DE60114336T2

DE60114336T2 - Verfahren zum Prüfen der Dichtheit eines Brennstoffverteilsystems

Info

Publication number: DE60114336T2
Application number: DE60114336T
Authority: DE
Inventors: Emma Henley-on-Thames Sweetland; Eric B. Andrews; Thomas E. Fletcher; Stacey A. Bowling
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Inc
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: JP2002130033A; EP1186775B1; JP4750978B2; EP1186775A3; GB0021923D0; GB2366598A; EP1186775A2; ATE307973T1; DE60114336D1; US20030172720A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motor, bei dem einzelne Einspritzdüsen mit einer gemeinsamen Kraftstoffzufuhr-Sammelleitung verwendet werden, um Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammern des Motors einzuspritzen.
Bei derartigen Motoren und insbesondere bei Dieselmotoren muss die Kraftstoff-Sammelleitung durch eine Kraftstoffpumpe unter hohem Druck gehalten werden, und die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung einer Undichtigkeit oder eines Ausleckens von Kraftstoff aus der Sammelleitung und den damit verbundenen Rohren oder Schläuchen festzustellen.
In der JP-A-10 089 135 ist ein Verfahren zur Feststellung eines Ausleckens von Kraftstoff vorgeschlagen, das einen erwarteten Druckabfall zu einer vorgegebenen Zeit mit einem gemessenen Druckabfall vergleicht. In der Praxis kann ein derartiges Verfahren zu ungenauen Messungen führen, weil es eine sehr strikte Beachtung der Zeit-Druck-Beziehung erfordert.
Die US-A-5 715 786 schlägt vor, ein Auslecken von Kraftstoff durch Beobachten eines Druckanstiegs in einer Kraftstoff-Sammelleitung festzustellen. Der Druckeinstieg wird absichtlich von dem System mit Hilfe eines Schließens der Kraftstoff-Rücklaufleitung zum Tank bei gleichzeitigem Zulassen der Zuführung von Kraftstoff an die Sammelleitung durch die Kraftstoffpumpe erzeugt. Eine aktive Intervention im normalen Betrieb des Motors ist erforderlich, was zusätzlich zu hohen Druckspitzen führt.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile des Standes der Technik dadurch zu überwinden, dass ein Verfahren und eine Einrichtung zur Feststellung des Ausleckens von Kraftstoff aus einer Kraftstoff-Sammelleitung in zuverlässigerer und weniger komplizierter Weise geschaffen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Feststellung einer Undichtigkeit in der Kraftstoffversorgung an die Einspritzdüsen eines Motors geschaffen, bei dem die einzelnen Einspritzdüsen mit einer Kraftstoffzufuhr-Sammelleitung verbundenen sind, an die der Kraftstoff von einem Vorratsbehälter unter Druck mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe geliefert wird, wobei das Verfahren den Schritt der Überwachung des Druckes in der Kraftstoff-Sammelleitung umfasst.
Das Verfahren umfasst die weiteren aufeinanderfolgenden folgenden Schritte:

– Überwachen der Motorlast und Feststellen, wann ein Übergang von einem Wert oberhalb eines ersten Wertes der Motorlast zu einem Wert unterhalb eines zweiten Wertes der Motorlast innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftritt;
– Abschalten der Einspritzdüsen;
– Liefern eines Abschaltbefehls an die Kraftstoffpumpe; und
– Feststellen, ob ein Parameter eines Druckanstiegs in der Kraftstoffzufuhr-Sammelleitung, der sich aus einem schnellen Übergang von einer hohen zu einer niedrigen Motorlast ergibt, keinen Bezugswert erreicht.

In mit einer gemeinsamen Kraftstoff-Sammelleitung arbeitenden Systemen werden, wenn die auf den Motor einwirkende Last verringert wird (durch Loslassen des Gaspedals), die Einspritzdüsen unmittelbar abgeschaltet, und es wird weiterhin einer die Kraftstoff-Sammelleitung versorgenden Kraftstoffpumpe ein Abschaltbefehl gegeben. Weil jedoch einige der Pumpenkammern bereits Kraftstoff enthalten, das an die Sammelleitung selbst nach dem Abschaltbefehl an die Pumpe geliefert wird, steigt der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung für eine kurze Zeit an und fällt dann langsam ab. Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass dieser unvermeidbare Drucksprung, der bisher als störend betrachtet wurde, in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden kann, die Integrität der Kraftstoff-Sammelleitung zu überwachen. Dies ergibt sich daraus, dass die Wirkung einer Leckstelle in der Kraftstoff-Sammelleitung der Hochdruckleitungen nicht nur den Spitzendruck des Druckanstiegs verringern würde, sondern auch die Zeit verringern würde, die dieser Druck benötigt, um abzusinken.
Der Druckanstieg kann bei solchen Gelegenheiten gemessen werden, bei denen das Gaspedal plötzlich losgelassen wird, insbesondere dann, wenn der Motor mit voller Last oder nahe bei der vollen Last arbeitet, weil der Druckanstieg dann seinen maximalen Pegel hat. Der Spitzendruck und die Abfallzeit des Druckanstiegs, die unter diesen Umständen auftreten, hängen von der Motordrehzahl ab. Durch Speichern der passenden Werte des Kraftstoff-Spitzendruckes und/oder der Abfallzeit, oder alternativ des Zeitintegrals des Druckanstiegs, in einer Nachschlagetabelle, oder durch Berechnen derartiger Bezugsdrücke unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus ist es möglich, eine Undichtigkeit durch Vergleichen des jeweils gemessenen Parameters mit dem Parameter festzustellen, der für die derzeitige Motordrehzahl gespeichert oder berechnet wurde.
Es ist möglich, selbstlernende oder Anpassungs-Merkmale in den Undichtigkeits-Detektionsalgorithmus einzubauen, um Faktoren, wie die Änderung der Ausgangsleistung der Kraftstoffpumpe zu berücksichtigen. Insbesondere kann der Algorithmus dadurch effizienter gemacht werden, dass es ermöglicht wird, dass die Kalibrierung die Charakteristiken des speziellen Kraftstoffsystems während der ersten wenigen Betriebsstunden lernt. Solange wie die gemessenen Werte sich als innerhalb eines erwarteten Bereichs liegend erweisen, so können sie als eine Grundlinie dienen, von der aus Änderungen gemessen werden sollten.
Die Erfindung wird nunmehr weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Motors-Steuersystems zeigt, das die folgende Erfindung verwirklicht;
2 eine grafische Darstellung des gemessenen Sammelleitungs-Druckes gegenüber der Zeit vor und nach einer Änderung des Gashebelbefehls zeigt; und
3 einen Teil der grafischen Darstellung nach 2 in vergrößertem Maßstab zeigt und die Wirkung der Motordrehzahl auf den Druckanstieg in der Kraftstoff-Sammelleitung erläutert.
1 zeigt einen Dieselmotor 10, der eine Kraftstoffpumpe 12 hat, die Kraftstoff von einem Tank 14 über eine Leitung 16 ansaugt und Kraftstoff unter Druck an eine Kraftstoff-Sammelleitung 20 über eine Leitung 18 liefert. Von der Kraftstoff-Sammelleitung 20 fließt Kraftstoff zu den einzelnen (nicht gezeigten) Einspritzdüsen. Die Pumpe 12 wird durch eine Motorsteuerung 30 gesteuert, die Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfängt, unter anderem von einem Drucksensor 24, der den Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 20 feststellt, einem Motordrehzahl-/Positionssensor 32, der mit der Kurbelwelle 22 des Motors 10 verbunden ist, und einem Positionssensor 26, der auf die Position des Gashebels oder Steuerpedals 28 anspricht. Die Steuerung kann weiterhin eine Uhr einschließen, um es ihr zu ermöglichen, eine Abnutzung in dem System vorherzusagen.
Wie dies in den grafischen Darstellungen nach den 2 und 3 gezeigt ist, sendet, wenn der Fahrer plötzlich die Motorlast dadurch verringert, dass er seinen Fuß von dem Gashebel 28 nimmt, das heißt, wenn sich eine steile Änderung des Gashebelbefehls an die Steuerung 30 ergibt, diese nach einer geringen Verzögerung ein Signal an die Kraftstoffpumpe 12, damit diese ihre Ausgangsleistung verringert. Wenn jedoch das Kraftstoffsystem keine Undichtigkeit aufweist, so ergibt sich ein vorübergehender Anstieg des Druckes in der Kraftstoff-Sammelleitung, wie er von dem Sensor 24 gemessen wird, bevor der Druck auf den Wert absinkt, der dem verringerten Motor-Lastzustand entspricht. Der Grund für diesen Druckanstieg besteht, wie dies weiter oben erläutert wurde, darin, dass einige der Pumpenkammern immer noch Kraftstoff enthalten, der an die Kraftstoff-Sammelleitung geliefert wird, nachdem die Einspritzdüsen abgeschaltet wurden. Die vorliegende Erfindung nutzt diesen unvermeidbaren Druckanstieg aus, um die Integrität der Kraftstoff-Sammelleitung zu überwachen, weil die Spitze und/oder Dauer dieses Druckanstiegs im Fall einer Undichtigkeit in der Kraftstoff-Sammelleitung verringert würde.
Um Fehler zu vermeiden, ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Überwachung des Druckanstiegs lediglich dann erfolgt, wenn ein Übergang von einem Wert oberhalb eines ersten Wertes der Motorlast auf einen Wert unterhalb eines zweiten Wertes der Motorlast innerhalb einer vorgegebenen Zeit erfolgt. Mit anderen Worten heißt dies, dass sichergestellt werden muss, dass ein erheblicher und plötzlicher Abfall der Motorlast aufgetreten ist.
In 3 zeigt die Kurve A die Druckänderung in der Kraftstoff-Sammelleitung, wenn das Gaspedal losgelassen wird, während der Motor mit 2500 Umdrehungen pro Minute läuft, während die Kurve B die Druckänderung zeigt, die auftritt, wenn das Loslassen des Gaspedals erfolgt, während der Motor mit 700 Umdrehungen pro Minute läuft. Aufgrund dieser Änderungen ist es nicht möglich, eine feste Grenze für die Amplitude und/oder Dauer dieser Druckanstiege festzulegen, weil sie von anderen Betriebsparametern, wie z. B. der Motordrehzahl abhängen. Statt dessen kann die Motorsteuerung 30, die ihrerseits ein Mikrocomputer ist, der verschiedene andere Funktionen erfüllt, dazu verwendet werden, Tabellen der erwarteten Amplitude des Druckanstiegs und dessen Dauer zu speichern oder zu berechnen, die bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten (oder anderen Motor-Steuerparametern, die den Kraftstoff-Sammelleitungs-Druckanstieg beeinflussen) auftreten, und die erwarteten Werte mit tatsächlichen Werten zu vergleichen, die von dem Sensor gemessen werden. Wenn der Unterschied zwischen den erwarteten und gemessenen Druckanstiegen und/oder Druckanstiegs-Dauern unter einen Schwellenwert fällt, so kann die Steuerung 30 eine Warnung über eine vermutete Undichtigkeit in der Kraftstoff-Sammelleitung abgeben.
Die Werte des Druckanstiegs und dessen Dauer können bei einzelnen Kraftstoffsystemen verschieden sein, und es ist möglich, derartige Änderungen dadurch zu kompensieren, dass ein selbstlernender Algorithmus in der Steuerung 30 verwendet wird.
Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Kraftstoff-Leckkontrolle zu verbessern, kann auch das Zeitintegral des Druckes während des Druckanstieges als Entscheidungsparameter verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Feststellung einer Undichtigkeit in der Kraftstoffzufuhr an die Einspritzdüsen eines Motors (10), bei dem die einzelnen Einspritzdüsen mit einer Kraftstoffzufuhr-Sammelleitung (20) verbunden sind, der Kraftstoff von einem Vorratsbehälter (14) unter Druck über eine Kraftstoffpumpe (12) zugeführt wird, wobei das Verfahren den Schritt der Überwachung des Druckes in der Kraftstoff-Sammelleitung (20) umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die aufeinanderfolgenden folgenden Schritte umfasst: – Überwachen der Motorlast und Feststellen, wann ein Übergang von einem Wert der Motorlast oberhalb eines ersten Wertes zu einem Wert der Motorlast unterhalb eines zweiten Wertes innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftritt; – Abschalten der Einspritzdüsen; – Liefern eines Abschaltbefehls an die Kraftstoffpumpe (12); und – Feststellen, ob ein Parameter eines Druckanstiegs in der Kraftstoff-Versorgungs-Sammelleitung (20), der sich aus einem schnellen Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Wert der Motorlast ergibt, einen Bezugswert nicht erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Parameter des Druckanstiegs der maximale Druck ist, der während des Druckanstiegs erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Parameter des Druckanstiegs die Dauer des Druckanstiegs ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Parameter das Zeitintervall des Druckes während des Druckanstiegs ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Druckanstiegs lediglich dann erfolgt, wenn ein Übergang von einem Wert der Motorlast oberhalb eines ersten Wertes auf einen Wert der Motorlast unterhalb eines zweiten Wertes innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftritt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert als eine Funktion der Motordrehzahl während des Druckanstiegs geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturfaktor auf den Bezugswert angewandt wird, um Änderungen der Kraftstoffsystem-Produktion zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert als eine Funktion einer Betriebsbedingung des Motors (10), wie z. B. der Kühlmitteltemperatur, der Umgebungstemperatur und der Kraftstoff-Temperatur während des Druckanstiegs geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der Berechnung oder des Suchens aus einer gespeicherten Tabelle eines Bezugswertes umfasst, der für die vorherrschenden Motor-Betriebsbedingungen passend ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der Anwendung einer Korrektur des Bezugswertes zur Kompensation von Änderungen der Ausgangsleistung der Kraftstoffpumpe (12) umfasst.