DE19931266C2 - Verfahren und Motormanagementsystem zur Ausfallerkennung eines Förderaggregats in einem Fördermodul - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausfallerkennung eines Förderaggregats in einem Fördermodul für Kraftstoff in Brennkraftmaschinen, welches mehrere Förderaggregate enthält und ein entsprechendes Motormanagementsystem.

Bei Kraftstoffördermodulen wird in der Regel ein Kraftstofförderaggregat, beispielsweise eine Elektrokraftstoffpumpe eingesetzt, die die Brennkraft­ maschine mit Kraftstoff versorgt. Bei gängigen Anwendungsfällen kann die Fördermenge eines einzigen Kraftstofförderaggregats ausreichend sein, um den Kraftstoffbedarf eines Motors mit normalem Kraftstoffverbrauch zu decken. Bei Fahrzeugen, die sehr hoch motorisiert sind und einen sehr hohen Kraftstoffverbrauch aufweisen, können im Kraftstoffördermodul zwei oder mehr Kraftstofförderaggregate, wie beispielsweise Elektrokraftstoffpumpen vorgesehen werden, um die höhere Verbrauchsmenge des Motors im Vollastfall beispielsweise abzudecken.

Bei solcherart ausgestatteten Kraftstoffördermodulen kann der Ausfall eines Kraftstofförderaggregats zur Folge haben, daß infolge unzureichender Kraft­ stoffversorgung im Vollastfalle der unzulässig abmagernde Motor überhitzt und es zu Katalysatorbrand kommen kann, da unverbrauchter Kraftstoff aufgrund von Zündaussetzern durch die Auslaßventile direkt in den sehr heißen Katalysator gelangt. Dies tritt insbesondere bei Lambda-Werten von 1,2 bis 1,5 auf und kann im schlimmsten Fall zur vollständigen Zerstörung des Motors führen.

DE 42 05 285 A1 bezieht sich auf die Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine. Bei einer Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern ist je einer halben Anzahl der Zylinder eine eigene elektrische Kraftstoffpumpe zugeordnet und an den Stromkreisen der beiden Kraftstoffpumpen eine Diagnoseleitung angeschlossen. Diese ist bei gleicher Funktion der beiden Kraftstoffpumpen und bei einer Fehlfunktion einer der beiden Kraftstoffpumpen mit einem signifikanten Spannungswert beaufschlagt.

DE 196 07 284 A1 betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Dokumentieren von abgasrelevanten Fehlfunktionen eines Fahrzeuges. Bei einem Verfahren zum Erfassen und Dokumentieren abgasrelevanter Fehlfunktionen eines Fahrzeugs mit Brennkraftmaschine mit Hilfe bordeigener Mittel, wird zur Abgrenzung von durch eine Fehlbedienung des Fahrzeugs verursachten Fehlern gegenüber auf Defekten von Fahrzeugsystemen beruhenden Fehlern vorgeschlagen, daß zur Abgrenzung von durch eine Fehlbedienung des Fahrzeugs verursachten Fehlern gegenüber auf Defekten von Fahrzeugsystemen beruhenden Fehlern in einer Schaltungsanordnung eine Auswertung des Betriebszustandes wenigstens einer Komponente der Brennkraftmaschine vorgenommen wird und eine Ausgabe einer Fehlermeldung sowie eine Abspeicherung einer Fehlermeldung in Abhängigkeit vom Betriebszustand dieser Komponente in einem Fehlerzustand erfolgt.

EP 0 899 442 A2 betrifft ein Diagnosesystem für das Kraftstoffsystem einer Verbrennungskraftmaschine. Mittels des vorgeschlagenen Diagnosesystems wird bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen eine Druckabweichung des momentanen Kraftstoffdruckes angezeigt, wobei die Druckabweichung mittels eines Drucksensors in eine Rückmeldeschleife im Vergleich zum gewünschten Druck ermittelt wird. Durch die Ermittlung der Druckabweichung wird eine Fehlfunktion im Kraftstoffversorgungssystem ermittelt. Verbleibt die aufgetretene Druckabweichung außerhalb eines Normalbereiches, wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auf einen homogenen, stöchiometrischen Verbrennungsmodus umgeschaltet. Die Korrekturgröße wird zurückgemeldet, solange die Verbrennungskraftmaschine sich in diesem Betriebsmodus befindet. Ein Controller schreibt die festgestellte Störung im Kraftstoffdruckniveau dem Kraftstoffsensor zu, wenn die rückgemeldete Korrekturgröße, d. h. das Luft/Kraftstoffverhältnis sich an einer oberen oder an einer unteren Grenze befindet.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Ausfall eines Kraftstofförderaggregates in einem Kraftstoffördermodul mit mehreren Kraftstofförderaggregaten sicher zu erfassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß des Patentanspruches 1 und ein Motormanagementsystem gemäß des Patentanspruchs 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Ausnutzung des kontinuierlich erfaßten Lambda-Signals im Abgassystem zur Ermittlung des Ausfalls einer von mehreren Kraftstofförderaggregaten und schützt die mit Kraftstoff zu versorgende Brennkraftmaschine vor Überhitzung und weitergehenden Schäden sowie den im Abgassystem enthaltenen Katalysator vor Katalysatorbrand durch Entzündung unverbrannten Kraftstoffs. Da die notwendigen Sensoren zur Ermittlung des Lambda-Signals, des Lastzustandes, der Drehzahl und weiterer motorspezifischer Parameter wie Motortemperatur, Klopfneigung und Lufttemperatur bereits vorhanden sind, bedarf es lediglich einer Modifikation des Steuerprogrammes für das Steuergerät, um die erfindungsgemäße Lösung in einem Motormanagementsystem zu implementieren.

Neben der auf diese Weise einfach - unter Verzicht auf zusätzliche Baukom­ ponenten - zu implementierenden Auswahlerkennung für ein Kraftstofförder­ aggregat, kann die Sicherheitsabschaltung in motorspezifische, verschiedene Typen und Baureihen von Brennkraftmaschinen implementiert und eingesetzt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Lambda-Signal vor dem im Abgassystem angeordneten Katalysator kontinuierlich ermittelt und dem Steuergerät mittels Motormanagementsystem zurückgemeldet. Die Beschränkung sowohl von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge als auch der zugehörigen Luftmenge kann im Vollastfall beispielsweise bei maximaler Drehzahl erfolgen, wo die Brennkraftmaschine einen maximalen Kraftstoffbedarf hat und eine durch Ausfall eines Förderaggregats bedingte Abmagerung des Kraftstoff/Luftgemisches zwangsläufig binnen kürzester Zeit zur Überhitzung und zu weiterführenden Motorschäden führen müßte.

Die Grenzwerte für das Lambda-Signal können je nach Einsatz des Motor­ managementsystems motorspezifisch ermittelt werden. Mittels einfacher Soft­ wareänderungen kann der Lambda-Grenzwert an unterschiedliche Anforderungen bei den verschiedensten Baureihen gängiger Brennkraftmaschinen angepaßt werden.

Die Auslösung der Beschränkung der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge sowie der dazugehörigen Luftmenge kann gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits dann erfolgen, wenn die Drehzahl 80% der Maximaldrehzahl beträgt oder die Drosselklappe mindestens zu 80% oder mehr geöffnet ist, was im Vollastfall bei einer Brennkraftmaschine durchweg der Fall ist. Eine weitere Randbedingung zur Auslösung der Beschränkung von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge und zugehöriger Luftmenge kann dadurch vorgegeben werden, daß die Drosselklappe für eine vorwählbare Zeitspanne Δt in konstanter Drosselklappenstellung verbleibt, die Vollastbedingungen mithin nicht durch eine Schubabschaltung unterbrochen werden, somit die Vollastbedingungen für einen konstanten Zeitraum vorliegen. In diesem Falle ist eine Ausfallerkennung für eines der Kraftstoffördermodule zwingend erforderlich, da es unter Vollast am schnellsten zu einer Überhitzung kommen kann.

Neben der aufgezeigten Beschränkung der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge und der dazugehörigen Luftmenge, kann bei zulässiger Gemischabmagerung ein weiterführender Motorschaden auch dadurch verhindert werden, daß über das Steuergerät die gesamte Kraftstofförderung durch das Kraftstoffördermodul abgeschaltet wird, so daß der Motor zwangsläufig zum Stillstand kommt.

Innerhalb des erfindungsgemäßen Motormanagementsystems wird die Drossel­ klappe über den Drosselklappengeber vom Steuergerät abhängig vom durch die Lambda-Sonden ermittelten Lambda-Signal gesteuert, so daß bei überstöchio­ metrischen Lambda-Werten eine Beschränkung der maximalen Kraftstoff einspritzmenge und zugehörigen Luftmenge oder einer Abschaltung der gesamten Kraftstofförderung erfolgt.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung nachstehend näher erläutert:
Die einzige Figur zeigt ein Motormanagementsystem mit einem Kraftstoffördermodul, welches hier mit beispielsweise mit zwei im Vorratstank angeordneten Elektrokraftstoffpumpen versehen ist.

In der gemäß Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante des Motormanagement­ systems ist zwischen einem Absperrventil 2 und einem Vorratstank 33 ein Aktivkohlebehälter 1 eingebaut, der die Kraftstoffdämpfe filtert. Über ein Regulierventil 3 ist der Aktivkohlebehälter 1 außerdem mit dem Saugrohr verbunden, welches hinter einem Filterelement eine Drosselklappe 13.1 aufnimmt, die mittels eines Drosselklappengebers 13 betätigbar ist.

Über eine Förderleitung, die von einem Kraftstofförderaggregat 25 zum Ein­ spritzventil 5 oberhalb des Brennraums 28 in einen Zylinder der Brennkraft­ maschine 26 führt, wird Kraftstoff gefördert. Neben dem Kraftstofförderaggregat 25 enthält der Vorratstank 33 ein weiteres Kraftstofförderaggregat 32, welches ebenfalls Kraftstoff zur Brennkraftmaschine 26 fördert. Die Kraftstofförder­ aggregate 25, 32 sind entsprechend des im Vorratstank 33 herrschenden Kraft­ stoffpegels 34 von Kraftstoff umgeben; im Vorratstank 33 können Saugstrahl­ pumpen vorgesehen sein, die den Kraftstoff, aus einer Rücklaufleitung vom Kraftstoffdruckregler 4 kommend, den Kraftstofförderaggregaten 25, 32 zuführen, die ihrerseits von topfförmig ausgestalteten Behältern umgeben sein können.

In die Förderleitung vom Vorratstank 33 zum Einspritzventil 5 ist ein Kraft­ stofffilterelement 17 integriert, dessen Filterelement leicht auswechselbar ist. In die Förderleitung vom Kraftstofförderaggregat 25 zum Einspritzventil 5 kann die Förderleitung vom weiteren Kraftstofförderaggregat 32 münden. Über die beiden hier beispielhaft dargestellten Förderaggregate 25, 32 lassen sich auch Gruppen von jeweils zwei, vier oder mehr Zylindern der Brennkraftmaschine 26 mit Kraftstoff versorgen.

Die Brennkraftmaschine 26 enthält oberhalb des Brennraumes 28 eine Zündspule 7; neben dieser befindet sich ein Phasensensor 8. Dem Zylinder 28 der Brenn­ kraftmaschine 26 zugeordnet befinden sich ein Klopfsensor 18 sowie ein Motortemperatursensor 20. Der Schwungscheibe 27 der Brennkraftmaschine 26 ist ein Drehzahlsensor 19 zugeordnet, mit welchem die Drehzahl des Motors 26 ermittelt werden kann. Über die hier nicht dargestellte mehrfach gekröpfte Kurbelwelle stehen die Kolben 29 über die Pleuel 30 mit der Schwungscheibe 27 in Verbindung.

Dem Auslaß des jeweiligen Brennraums 28 der Brennkraftmaschine 26 ist ein Abgasrohr 31 zugeordnet, in welches vor und hinter dem Katalysator Lambda- Sonden 21 eingelassen sind. In das Abgasrohr 31 mündet eine zu Zuluftleitung von einem Sekundärluftventil 10, welches seinerseits mit einer Sekundärluftpumpe 9 in Verbindung steht, welche dem Abgas, falls erforderlich, vor dem Katalysator zusätzliche Luft beimischt.

Das sich vom Luftfilterelement bis zum Einspritzventil 5 erstreckende Saugrohr 31 ist hinter dem Luftfilterelement mit einem Luftmassensensor 11 versehen, hinter dem ein mit einem Drosselklappengeber 13 verbundenen Drosselklappe 13.1 angeordnet ist. Mit der elektrisch betätigbaren Drosselklappe 13.1 wird je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine 26 mehr oder weniger zur Verbrennung benötigte Luft in die Brennräume 28 der Brennkraftmaschine 26 geleitet. Beiderseits der in das Saugrohr eingelassenen, elektrisch betätigbaren Drosselklappe 13.1 münden die Kanäle eines Leerlaufstellers 14, welcher bei geschlossener, i. e. senkrecht im Saugrohr stehenden Drosselklappe 13.1 den Leerlauf der Brennkraftmaschine 26 gewährleistet. Hinter dem Leerlaufsteller 14 befindet sich ein Lufttemperatursensor 15 im Saugrohr, der die Temperatur der eintretenden Verbrennungsluft mißt, da das Luftvolumen abhängig von dessen Temperatur ist.

Dem Lufttemperatursensor 15 nachgeordnet befindet sich ein Abgasrückführ­ ventil 16, mit dem aus der Brennkraftmaschine 26 Abgas wieder in das Saugrohr zurückgeführt werden kann, etwa bei Kaltstart zur Verbrennungsluftvorwärmung.

Das Motormanagement erfolgt über ein Steuergerät 12, mit dem sämtliche Sensoren, i. e. der Lufttemperatursensor 15, der Klopfsensor 18, der Motor­ temperatursensor 20 sowie die beiden Lambda-Sonden 21 und der Drehzahlsensor 19 und weitere hier nicht im einzelnen aufgeführte Sensoren verbunden sind. Ferner steuert das Steuergerät 12 die Drosselklappe 13.1, sowie die Kraftstoff­ förderaggregate 25 und 32 im Vorratstank 33 und weist ferner eine Diagnoseschnittstelle 22 sowie eine Diagnoselampe 23 auf. Über einen Differenz­ drucksensor 24 wird dem Steuergerät 12 der Druck im Vorratstank 33 zurück­ gemeldet, mittels des Gebers 13 die Position der Drosselklappe 13.1 im Saugrohr zurückgegeben. Ferner werden die Drehzahl, das Klopfverhalten und die Motortemperatur über die Sensorik an das Steuergerät 12 zurückgemeldet. Mittels eines Druckstellers 6 wird das Motormanagementsystem den Umgebungs­ druckverhältnissen angepaßt.

Das dem Vorratstank 33 zugeordnete Kraftstoffördermodul, welches im vor­ liegenden Falle zwei Kraftstofförderaggregate 25 und 32 aufweist, ist über Signalleitungen ebenfalls mit dem Steuergerät 12 verbunden; die beiden Kraft­ stofförderaggregate 25 bzw. 32 lassen sich über das Steuergerät 12 ansteuern. Mittels des Differenzdrucksensors 24 läßt sich der Druck im Vorratstank 33 überwachen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches als Steuerprogramm auf einfache Weise ohne großen apparativen Aufwand in das Steuergerät 12 implementierbar ist, können die ohnehin im Motormanagementsystem vorhandenen Sensoren zur Ausfallerkennung eines Kraftstofförder­ aggregats 25 bzw. 32 im Kraftstoffördermodul und zur Abregelung bzw. zur Abschaltung der Brennkraftmaschine 26 genutzt werden, ohne daß großer zusätzlicher apparativer Aufwand erforderlich wäre.

Die Ausfallerkennung eines der Kraftstofförderaggregate 25, 32 wird durch die Detektion des Lambda-Signals durch die Lambda-Sonde 21 vor dem Katalysator im Abgasrohr 31 detektiert. Bei unzulässige Abmagerung von Lambda-Werten im Bereich von 0,8 bis 0,9 im Vollastfall nimmt Lambda Werte zwischen 1,2 und 1,5 an, was zur Überhitzung der Brennkraftmaschine 26 und zum Katalysatorbrand durch unverbrannten Kraftstoff führen kann. Wird über die Sensoren 19 eine geöffnete Drosselklappenstellung von mindestens 80% Öffnung im Vollastfall eine Zunahme des Lambda-Wertes ermittelt, so wird durch das Steuergerät 12 die maximale Einspritzmenge an den Einspritzventilen 5 und die dazugehörige Luftmenge sofort auf die Kraftstoffördermenge eines der Kraftstoff­ förderaggregate 25 bzw. 32 beschränkt.

Damit nimmt zwar die Motorleistung ab, da nicht mehr der gesamte im Vollastfall benötigte Kraftstoffbedarf gedeckt werden kann, jedoch ist der Motor 26 auch vor weitergehender Überhitzung und daraus resultierenden Folgeschäden wie Kolbenfressern durch Verdampfung des an den Brennraumwänden befindlichen Ölfilms geschützt. Alternativ zur Beschränkung der maximalen Einspritzmenge und der dazu gehörigen Luftmenge kann durch das Steuergerät 12 auch die gesamte Kraftstofförderung durch das Kraftstoffördermodul abgeschaltet werden, was zwangsläufig zum Stillstand der Brennkraftmaschine 26 führen muß.

Neben den durch die Sensorik des Motormanagementsystems erfaßten Parametern wie die Motordrehzahl und die Stellung der Drosselklappe 13.1 im Saugrohr, kann durch die Sensorik auch festgestellt werden, daß eine konstante Öffnung der Drosselklappe 13.1 über einen vorwählbaren Zeitraum vorliegt. Auch ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 13.1 von ca. 80% im Saugrohr, sowie das Erreichen und Halten von 80% der Maximaldrehzahl können als Auslösepara­ meter für die Beschränkung der Kraftstoffzufuhr und der zugehörigen Luftmenge zur Brennkraftmaschine 26 dienen.

Je nach Baureihe und Typ der durch das Motormanagement gesteuerten Brenn­ kraftmaschine 26 kann das Motormanagementsystem maßgeschneidert werden, wobei unerheblich ist, wie viele Kraftstofförderaggregate 25 und 32 das Kraftstoffördermodul enthält und vom Steuergerät 12 zu steuern sind. Durch lediglich geringfügige Anpassungen der Steuerprogramme im Steuergerät 12 kann die Ausfallerkennung und die Sicherheitsabschaltung motorspezifisch abgestimmt werden, da keine Veränderung an den ohnehin vorhandenen Baukomponenten erforderlich sind.

Teileliste

1

Aktivkohlebehälter

2

Absperrventil

3

Regulierventil

4

Kraftstoffdruckregler

5

Einspritzventil

6

Drucksteller

7

Zündspule

8

Phasensensor

9

Sekundärluftpumpe

10

Sekundärluftventil

11

Luftmassensensor

12

Steuergerät

13

Drosselklappengeber

13.1

Drosselklappe

14

Leerlaufsteller

15

Lufttemperatursensor

16

Abgasrückführventil

17

Kraftstofffilter

18

Klopfsensor

19

Drehzahlsensor

20

Motortemperatursensor

21

Lambda-Sonde

22

Diagnoseschnittstelle

23

Diagnoselampe

24

Differenzdrucksensor

25

Kraftstofförderaggregat

26

Brennkraftmaschine

27

Schwungscheibe

28

Brennraum

29

Kolben

30

Pleuel

31

Abgasrohr

32

Kraftstofförderaggregat

33

Vorratstank

34

Kraftstoffpegel

Claims (10)

1. Verfahren zur Ausfallerkennung eines Förderaggregats (25, 32) in einem Fördermodul für Kraftstoff in Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Förderaggregaten, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
dem kontinuierlichen Abfragen des Lambda-Wertes über Lambda- Sonden (21) durch ein Steuergerät (12),
dem Beschränken der maximalen Einspritzmenge auf die Förder­ menge eines Kraftstofförderaggregats (25, 32)
dem gleichzeitigen Beschränken der zugehörigen Luftmenge auf die der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge entsprechende Luftmenge,
wobei die Beschränkung von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge und zulässiger Luftmenge über die Stellung eines Drosselklappenelements (13.1) erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lambda- Signal vor dem Abgasrohr (31) angeordneten Katalysator abgefragt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschränkung der maximalen Einspritzmenge und der zugehörigen Luftmenge im Vollastfall erfolgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschränkung der maximalen Einspritzmenge und der zugehörigen Luftmenge bei maximaler Drehzahl der Brennkraftmaschine (26) erfolgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert für das Lambda-Signal motorspezifisch ermittelt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Beschränkung von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge und zugehöriger Luftmenge die Drosselklappe (13.1) mindestens 80% oder mehr geöffnet ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Beschränkung von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge und zugehöriger Luftmenge die Drehzahl mindestens 80% der Maximal­ drehzahl beträgt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Beschränkung von maximaler Kraftstoffeinspritzmenge und zugehöriger Luftmenge die Stellung der Drosselklappe (13.1) im Saugrohr konstant bleibt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (13.1) für eine vorwählbare Zeitspanne Δt in konstanter Drosselklappenstellung verbleibt.

10. Motormanagementsystem mit einem Steuergerät (12) zur Ausfallerkennung eines Kraftstofförderaggregats (25, 32) in einem Kraftstoffördermodul mit mindestens zwei Förderaggregaten mit denen ein Verfahren gemäß der Patentansprüche 1 bis 9 durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (13.1) über einen Drosselklappengeber (13) vom Steuergerät (12) abhängig vom durch Lambda-Sonden (21) ermittelten Lambda-Signal gesteuert wird, und die einer maximalen Einspritzmenge von Kraftstoff eines der Kraftstofförderaggregate (25, 32) entsprechende Luftmenge mittels eines Luftmassensensors (11), welcher der Drosselklappe (13.1) vorgelagert ist, ermittelt wird.