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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Diagnostizieren
einer Undichtigkeit in einem Hochdruckeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors.
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Bekanntlich
sind die schlimmsten und gefährlichsten
der verschiedenen Probleme, die in einem Hochdruckeinspritzsystem
auftreten können, dass
eine oder mehrere der Einspritzvorrichtungen in der offenen Position
stecken bleibt bzw. bleiben und Kraftstoff im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf
austritt, was zu einem Kraftstoffaustritt in Form eines sehr feinen
Sprühnebels
führt.
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Einerseits
kann ein Austreten von Hochdruckkraftstoff einen Brand verursachen,
sollte der Kxaftstoffsprühnebel
auf besonders heiße
Motorenflächen
auftreffen; und andererseits führt
eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung zu einer
kontinuierlichen Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern, was wiederum
nicht nur zu einem übermäßigen Kraftstoffverbrauch,
sondern auch zu einer ungewöhnlich
starken Verbrennung führt,
die durch Druckspitzen und eine erhebliche Temperaturzunahme in den
Zylindern gekennzeichnet ist.
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Solche
Fehler können
nur so lange toleriert werden, solange sie keinen ernsten Schaden
am Motor, z.B. an der Pleuelstange, dem Kolben oder den Einspritzdüsen verursachen,
und sie können
die Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs sofort beeinträchtigen.
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Um
sich gegen solche Gefahren zu schützen, wurden Diagnoseeinheiten
vorgeschlagen, um eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem
zu erfassen und so auf das Einspritzsystem einzuwirken, dass die
Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen unterbrochen und
der Motor somit unverzüglich angehalten
wird.
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Konkreter
ausgedrückt
arbeiteten solche Einheiten so, dass sie den Kraftstoffdruck in
der gemeinsamen Kraftstoffleitung oder den Gesamtkraftstoffverbrauch
des Motors mit jeweiligen Schwellenwerten verglichen und dementsprechend
das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein irgendwelcher gefährlicher
Situationen bestimmten.
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Einspritzsysteme
mit gemeinsamer Kraftstoffleitung, auch Common Rail-Systeme genannt, sind
jedoch auch anfällig
für eine
Kraftstoffundichtigkeit im Niederdruckkraftstoffversorgungskreislauf – die beispielsweise
durch Haarrisse in den Niederdruckleitungen verursacht wird – oder für fehlerhafte Niederdruckkraftstoffkreislaufbauteile,
die eine richtige Kraftstoffzufuhr zum Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf
verhindern.
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Solche
Undichtigkeiten und Defekte sind jedoch nicht so ernst wie eine
in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung oder ein Hochdruckkraftstoffsprühnebel,
weil sie die Motorleistung oder die Sicherheit des Fahrzeugs nicht
unmittelbar beeinträchtigen,
das in solchen Fällen
nämlich
zumindest noch bis zur nächsten
Reparaturwerkstatt sicher gefahren werden kann.
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Bekannte
Diagnoseeinheiten der vorstehenden Art waren jedoch nicht in der
Lage, zwischen einer Kraftstoffundichtigkeit im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf
und einer Kraftstoffundichtigkeit oder Fehlern im Niederdruckkraftstoffkreislauf
zu unterscheiden, so dass auch in Fällen kleinerer, ungefährlicher
Fehler im Niederdruckkraftstoffkreislauf die bekannten Diagnoseeinheiten
das Fahrzeug sofort lahm legten, wodurch dem Fahrer erhebliche Unannehmlichkeiten
entstanden, die in keinem Verhältnis zu
der direkt bestehenden Gefahr standen.
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Eine
der vielen vorgeschlagenen Lösungen, um
den obigen Nachteil zumindest teilweise abzuschaffen, ist in der
europäischen
Patentanmeldung
EP 0 786 593 des
Anmelders beschrieben, die eine Kraftstoffauffangstruktur vorschlägt, um ein
Auslaufen von Kraftstoff aus den Hochdruckkraftstoffversorgungsleitungen
zu bestimmen, die die Einspritzvorrichtungen mit der gemeinsamen
Kraftstoffleitung verbinden.
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Konkreter
ausgedrückt
umfasst die Kraftstoffauffangstruktur eine Anzahl von Hülsen aus Elastomerwerkstoff,
die die Versorgungsleitungen der Einspritzvorrichtungen umgreifen
und jeglichen aus den Leitungen auslaufenden Kraftstoff auffangen sollen;
einen Auffangsammler, der mit den Hülsen verbunden ist und aus
den Hülsen
jeglichen aus den Versorgungsleitungen der Einspritzvorrichtungen auslaufenden
Kraftstoff sammeln soll; einen Flüssigkeitssensor, der am Boden
des Auffangsammlers angeordnet ist, um ein Lecksignal zu erzeugen,
das das Vorhandensein von Kraftstoff im Auffangsammler anzeigt;
und eine an den Flüssigkeitssammler
angeschlossene Alarmschaltung, um beim Vorhandensein von Kraftstoff
im Auffangsammler ein Alarmsignal zu erzeugen.
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Obwohl
die vorstehende Lösung
in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile
auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
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Konkreter
ausgedrückt
wird eine Kraftstoffundichtigkeit aus den Hochdruckversorgungsleitungen
unter Verwendung zusätzlicher,
zweckgebundener Bauteile bestimmt, die normalerweise im Fahrzeug
nicht vorgesehen sind – wie
etwa die Hülsen, der
Auffangsammler, der Flüssigkeitssensor
und die Alarmschaltung – und
die, abgesehen davon, dass sie zur Herstellung oder zum Kauf und
Zusammenbau Geld kosten, auch regelmäßiger Wartung bedürfen.
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Darüber hinaus
war die vorstehend beschriebene Auffangstruktur nur in der Lage,
einen Fehlertyp im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf zu bestimmen – nämlich ein
Auslaufen aus den Hochdruckversorgungsleitungen – so dass irgendwelche anderen
Fehler im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf wie eine in der
Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung undiagnostiziert blieben.
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Eine
andere Lösung,
die vorgeschlagen wurde, um die vorstehenden Nachteile zumindest
teilweise abzuschaffen, ist in der europäischen Patentanmeldung
EP 0 785 349 des Anmelders
beschrieben, die eine Diagnoseeinheit vorschlägt, die dazu ausgelegt ist,
die Fehlerart im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf zu bestimmen
und insbesondere zwischen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung
und einem allgemeinen Fehler im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf
zu unterscheiden.
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Konkreter
ausgedrückt
nutzt die Diagnoseeinheit ein Beschleunigungssensorsignal, das sich
auf die Motorschwingungsstärke
bezieht und von einem Beschleunigungssensor am Motorblock erzeugt
wird; und ein Lagesignal, das die Winkellage der Antriebswelle (den
Motorwinkel) angibt. Im Spezielleren vergleicht die Diagnoseeinheit
die Amplitude des Beschleunigungssensorsignals mit einem ersten
Bezugswert; vergleicht mit einem zweiten Bezugswert den Motorwinkelwert,
bei dem die Amplitude des Beschleunigungssensorsignals den ersten
Bezugswert überschreitet;
und bestimmt einen Zustand einer in der Offenstellung verklemmten
Einspritzvorrichtung entsprechend dem Ergebnis der beiden Vergleiche.
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Obwohl
die vorstehende Lösung
in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile
auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
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Konkreter
ausgedrückt
wird die Fehlerart im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf unter
Verwendung eines zusätzlichen,
zweckgebundenen Bauteils bestimmt, das normalerweise im Fahrzeug nicht
vorgesehen ist, d.h. den Beschleunigungssensor, der, abgesehen davon,
dass er zur Herstellung oder zum Kauf und Zusammenbau Geld kostet,
auch regelmäßiger Wartung
bedarf.
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Um
den vorstehenden Nachteil abzuschaffen, schlägt die europäische Patentanmeldung
EP 0 785 358 des Anmelders
eine Diagnoseeinheit vor, die dazu ausgelegt ist, die Fehlerart
im Kraftstoffversorgungskreislauf insgesamt zu bestimmen und insbesondere
zwischen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung
und einem allgemeinen Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf zu
unterscheiden, ohne einen zusätzlichen
Beschleunigungssensor einsetzen zu müssen, der normalerweise im
Fahrzeug nicht vorgesehen ist.
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Konkreter
ausgedrückt
bestimmt die Diagnoseeinheit zuerst das Vorhandensein von Fehlern
im Kraftstoffversorgungskreislauf, indem sie den Kraftstoffdruck
in der gemeinsamen Kraftstoffleitung oder den Gesamtkraftstoffverbrauch
des Motors mit jeweiligen Schwellenwerten vergleicht; und, falls
Fehler entdeckt werden, zwischen einer in der Offenstellung verklemmten
Einspritzvorrichtung und einem allgemeinen Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf
auf Grundlage des Motordrehmoments unterscheidet, das unter Verwendung
eines Lage- und Geschwindigkeitssignals bestimmt wird, das die Geschwindigkeit
und Winkellage der Antriebswelle angibt und von einer Erfassungsvorrichtung
für die
Antriebswellengeschwindigkeit und – winkellage erzeugt wird,
die bereits im Fahrzeug vorgesehen ist und im Wesentlichen ein an
der Antriebswelle angebrachtes Schallrad und einen elektromagnetischen
Sensor umfasst, der dem Schallrad zugeordnet ist.
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Konkreter
ausgedrückt
reduziert – insbesondere
unterbricht – die
Diagnoseeinheit, wenn irgendwelche Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf
entdeckt werden, die Kraftstoffeinspritzung in jeden Motorzylinder;
berechnet auf Grundlage des Lage- und Geschwindigkeitssignals den
Beitrag jedes Zylinders zum Wert des vom Motor erzeugten Nutzdrehmoments;
vergleicht jeden Beitrag mit einem jeweiligen Bezugswert; und bestimmt
einen Zustand einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung, wenn
mindestens ein Beitrag über
dem jeweiligen Bezugswert liegt, und einen Fehlerzustand im Kraftstoffversorgungskreislauf
wenn alle Beiträge
unter den jeweiligen Bezugswerten liegen.
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Das
heißt,
wenn die diagnostizierte Kraftstoffundichtigkeit durch einen Fehler
im Kraftstoffversorgungskreislauf verursacht wird, erzeugt die Reduktion
der in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge eine entsprechende
Reduktion beim Nutzdrehmomentbeitrag jedes Zylinders; welche Reduktion
leicht als eine Funktion der reduzierten Einspritzzeit jeder Einspritzvorrichtung
berechnet werden kann. Umgekehrt erzeugt die Reduktion der eingespritzten
Kraftstoffmenge, wenn die diagnostizierte Kraftstoffundichtigkeit
von einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung
verursacht wird, eine geringere Reduktion beim Nutzdrehmomentbeitrag
als im vorherigen Fall, die daher kommt, dass die in der Offenstellung
verklemmte Einspritzvorrichtung dem jeweiligen Zylinder kontinuierlich
Kraftstoff zuführt,
der deshalb keine Reduktion bei seinem Beitrag zum Nutzdrehmoment
zeigt, das vom Motor erzeugt wird.
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Obwohl
die vorstehende Lösung
in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile
auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
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Konkreter
ausgedrückt
unterscheidet sich eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung
dadurch von einem allgemeinen Fehler im Hochdruckversorgungskreislauf
dass der Beitrag jedes Zylinders zu dem vom Motor erzeugten Nutzdrehmoment
mit einem jeweiligen Bezugswert verglichen wird. Computersimulation
und Straßentests,
die der Anmelder durchführte,
zeigten jedoch, dass auf dem vorstehenden Vergleich beruhende Fehlerdiagnosen
bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen unzuverlässig sind. Insbesondere können Fehlererkennungsprobleme
während
Betriebsübergangszuständen des
Motors, z.B. beim Loslassen des Gaspedals, auftreten.
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Die
DE 196 26 690 offenbart
ein Verfahren zum Überwachen
eines Kraftstoffmesssystems für
einen Verbrennungsmotor, wobei ein Signal, das eine gleichmäßige Verbrennung
in den Zylindern anzeigt, ausgewertet wird, um Fehler im Kraftstoffeinspritzbereich
zu bestimmen, und ein Fehler erfasst wird, wenn das Signal von einem
vorweggenommenen Wert abweicht. Eine unzulässig lange Einspritzung und/oder
eine unzulässig
große
Einspritzmenge kann erfasst werden. Ein Fehler wird beispielsweise dann
erfasst, wenn mindestens ein Zylinder zuviel Leistung abgibt.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leckdiagnoseverfahren
oder Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit bereitzustellen,
das dazu ausgelegt ist, die zuvor erwähnten Nachteile aus der Welt
zu schaffen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 definiertes
Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit in einem Hochdruckeinspritzsystem
eines Verbrennungsmotors bereitgestellt.
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Eine
bevorzugte, nicht einschränkende
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
ein vereinfachtes Schaubild eines Einspritzsystems mit einer gemeinsamen
Kraftstoffleitung;
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Leckdiagnoseverfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Die
Zahl 1 in 1 bezeichnet insgesamt ein Einspritzsystem
mit gemeinsamer Kraftstoffleitung für einen Verbrennungsmotor,
insbesondere einen Dieselmotor 2, der eine Anzahl von Zylindern 4,
eine Ausgangswelle 6 (die durch die unterbrochene Linie nur
schematisch dargestellt ist) und ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 8 umfasst.
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Konkreter
ausgedrückt
sorgt das Abgasrückführungssystem 8 dafür, dass
ein Teil des Abgases im Abgasrohr des Motors in das Ansaugrohr des
Motors 2 zurückgeführt wird,
um die Verbrennungstemperatur und die Bildung von Stickoxid (NOx)
zu reduzieren und ist in 1 schematisch durch ein Rohr 10 gezeigt,
das mit einem Regelventil 12 bestückt ist.
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Das
Einspritzsystem 1 umfasst im Wesentlichen eine Anzahl von
Einspritzvorrichtungen 14, die den Zylindern 4 des
Motors 2 Kraftstoff unter hohem Druck zuführen; einen
Hochdruckversorgungskreislauf 16, der den Einspritzvorrichtungen 14 Kraftstoff mit
hohem Druck zuführt;
und einen Niederdruckversorgungskreislauf 18, der dem Hochdruckversorgungskreislauf 16 Kraftstoff
bei niedrigem Druck zuführt.
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Der
Niederdruckversorgungskreislauf 18 umfasst einen Kraftstofftank 20;
eine Zuleitungspumpe 22, z.B. eine im Kraftstofftank 20 versenkte
Elektropumpe (die aber der Klarheit wegen außerhalb des Tanks 20 gezeigt
ist); eine Hochdruckpumpe 24, die an die Zuleitungspumpe 22 durch
eine Niederdruckversorgungsleitung 26 angeschlossen ist; und
einen Kraftstoff-Filter 28, der entlang der Niederdruckversorgungsleitung 26 zwischen
der Zuleitungspumpe 22 und der Hochdruckpumpe 24 angeordnet
ist.
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Der
Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst eine bekannte
gemeinsame Kraftstoffleitung 30, die durch eine Hochdruckversorgungsleitung 32 an die
Hochdruckpumpe 24 und durch jeweilige Hochdruckversorgungsrohre 34 an
die Einspritzvorrichtungen 14 angeschlossen ist, die auch
durch jeweilige Rückführungsrohre 36 an
eine Abzugsleitung 38 angeschlossen sind, die wiederum
an den Tank 20 angeschlossen ist, um einen Teil des verbrauchten Kraftstoffs
auf bekannte Weise durch und für
den Betrieb der Einspritzvorrichtungen 14 wieder in den Tank 20 zurückzuführen.
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Die
Abzugsleitung 38 ist auch durch ein jeweiliges Rückführungsrohr 40 an
die Hochdruckpumpe 24, und durch jeweilige Rückführungsrohre 42 und jeweilige Überdruckventile 44 an
die Zuleitungspumpe 22 und den Kraftstoff-Filter 28 angeschlossen.
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Die
Hochdruckpumpe 24 ist mit einem (schematisch gezeigten)
Ein-/Aus-Ventil 46, einem sogenannten Sperrventil ausgestattet,
um eine Zufuhr zu den Pumpelementen (nicht gezeigt) der Hochdruckpumpe 24 zuzulassen,
wenn ein Druckunterschied zwischen der Hochdruckversorgungsleitung 26 und dem
Rückführungsrohr 40 besteht.
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Der
Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst auch einen Druckregler 48,
der durch ein Rückführungsrohr 50 zwischen
der Hochdruckversorgungsleitung 32 und der Abzugsleitung 38 angeschlossen
ist und, wenn er aktiviert wird, dafür sorgt, dass ein Teil des
Kraftstoffs, der durch die Hochdruckpumpe 24 der gemeinsamen
Kraftstoffleitung 30 zugeführt wird, zurück in den
Tank 20 geleitet wird und somit auf nicht im Einzelnen
beschriebene, bekannte Weise den Druck des durch die Hochdruckpumpe 24 zugeführten Kraftstoffs
und somit den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 regelt.
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Der
Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst auch ein Überdruckventil 52,
das auf einer Seite an die gemeinsame Kraftstoffleitung 30 und
auf der anderen Seite durch ein Rückführungsrohr 54 an die Abzugsleitung 38 angeschlossen
ist und verhindert, dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen
Druckleitung 30 einen vorbestimmten Höchstwert überschreitet.
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Das
Einspritzsystem 1 umfasst auch ein Diagnosesystem 56 zum
Erfassen und Diagnostizieren einer Undichtigkeit im Einspritzsystem 1.
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Konkreter
ausgedrückt
umfasst die Diagnoseeinheit 56 einen Drucksensor 58,
der an die gemeinsame Kraftstoffleitung 30 angeschlossen
ist und ein Drucksignal SP erzeugt, das
sich auf den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 und
somit auf den Kraftstoffeinspritzdruck bezieht; und eine Erfassungsvorrichtung 60 zum
Erfassen der Geschwindigkeit und Winkelposition der Ausgangswelle 6,
und die wiederum ein an der Ausgangswelle 6 angebrachtes,
bekanntes Schallrad 62 und einen elektromagnetischen Sensor 64 umfasst,
der dem Schallrad 62 zugewandt ist und ein Lage- und Geschwindigkeitssignal
SA erzeugt, das die Geschwindigkeit und
die Winkelposition des Schallrads 62 und somit die Geschwindigkeit
und Winkelposition der Ausgangswelle 6 angibt.
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Die
Diagnoseeinheit 56 umfasst auch eine zentrale elektronische
Steuereinheit 66 (die beispielsweise einen Teil einer nicht
gezeigten zentralen Motorsteuereinheit bildet), um das Einspritzsystem 1 zu
steuern, und die das Drucksignal SP und
das Positions- und Geschwindigkeitssignal SA empfängt, ein erstes
Steuersignal, das dem Druckregler 48 zugeführt wird,
ein zweites Steuersignal, das der Zuleitungspumpe 22 zugeführt wird,
und ein drittes Steuersignal erzeugt, das den Einspritzvorrichtungen 14 zugeführt wird,
und die Arbeitsvorgänge
ausführt,
die nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben
werden, um:
- • das Vorhandensein eines Fehlers
im Einspritzsystem zu erfassen;
- • zu
bestimmen, ob der Fehler auf eine oder mehrere in der Offenstellung
verklemmte Einspritzvorrichtung/en zurückzuführen ist; oder auf eine Undichtigkeit
im Kraftstoffversorgungskreislauf, die zum Beispiel durch Risse
in den Hochdruckrohren verursacht werden; oder auf einen allgemeinen Fehler
im Niederdruckversorgungskreislauf; und
- • je
nach der diagnostizierten Fehlerart entsprechend auf das Einspritzsystem 1 einzuwirken.
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Konkreter
ausgedrückt
wird jeder der nachstehend mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 2 beschriebenen
Diagnosevorgänge
von der zentralen elektronischen Steuereinheit 66 mit einer Frequenz
wiederholt, die im Gegensatz dazu, konstant zu sein, von der Drehzahl
des Motors 2 abhängt.
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Beispielsweise
kann jeder der Leckdiagnosevorgänge
im Ablaufdiagramm von 2 durch die zentrale elektronische
Steuereinheit 66 bei jeder Kraftstoffeinspritzung, d.h.
bei jedem Motorzyklus erfolgen.
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Konkreter
ausgedrückt
erfasst die zentrale elektronische Steuereinheit 66, wie
in 2 gezeigt ist, zuerst das Drucksignal SP und das Positions- und Geschwindigkeitssignal
SA (Block 100) und bestimmt als
Funktion des Drucksignals SP den momentanen Druckwert
PRAIL des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30,
und als Funktion des Positions- und Geschwindigkeitssignals SA eine Größe AC1, die sich auf den Beitrag jedes Zylinders 4 zum
vom Motor 2 erzeugten Nutzdrehmoment bezieht (Block 110).
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Im
Spezielleren definiert sich die Größe AC
1 durch
den Beitrag jedes Zylinders
4 zur Winkelbeschleunigung
der Ausgangswelle
6 des Motors
2, die im Folgenden
als "Winkelbeschleunigungsbeitrag AC
i" bezeichnet
wird – worin
das tiefgestellte "i" den jeweiligen Zylinder
4 angibt – und lässt sich
beispielsweise so berechnen, wie im Detail in der europäischen Patentanmeldung
EP 637 738 des Anmelders beschrieben
ist.
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Den
Winkelbeschleunigungsbeitrag im Gegensatz zum Drehmomentbeitrag
zu berechnen, wird bevorzugt, erstens, weil bekanntlich die beiden
Größen in engem
Bezug stehen – vor
allem proportional sind – und
zweitens, weil die Berechnung des Drehmomentbeitrags jedes Zylinders
ohnehin zwangsläufig
auf die Berechnung des Winkelbeschleunigungsbeitrags hinausläuft.
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Die
zentrale elektronische Steuereinheit 66 filtert dann die
Winkelbeschleunigungsbeiträge
ACi jedes Zylinders 4, um für jeden
Zylinder 4 eine Sequenz gefilterter Winkelbeschleunigungsbeiträge ACF1 herzustellen (Block 120). Konkreter
ausgedrückt
weiden die Winkelbeschleunigungsbeiträge ACi jedes
Zylinders 4 auf eine nicht im Einzelnen beschriebenen Weise
unter Verwendung eines herkömmlichen
digitalen Tiefpassfilters mit einem Durchlassband zum Dämpfen von
Schwankungen bei der Motordrehzahl gefiltert, die durch die Übertragung
des Drehmoments vom Motor auf die Räder induziert werden.
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Als
Funktion jeweiliger gefilterter Winkelbeschleunigungsbeiträge ACF
1 berechnet die zentrale elektronische Steuereinheit
66 dann
(Block
130) für jeden
Zylinder
4 einen Ungleichgewichtsindex IS
i,
der das Ungleichgewicht des jeweiligen gefilterten Winkelbeschleunigungsbeitrags
ACF
i im Hinblick auf die Mittelwerte der
gefilterten Winkelbeschleunigungsbeiträge ACF
i der
anderen Zylinder
4 angibt und nach der folgenden Gleichung
berechnet wird:
worin a
j die
Gewichtung ist, die jedem gefilterten Winkelbeschleunigungsbeitrag
ACF
i zugeteilt wird, und beispielsweise
ein konstanter Wert a
j = 1/(n – 1) sein kann,
worin n gleich der Anzahl der Zylinder
4 des Motors
2 ist.
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Die
zentrale elektronische Steuereinheit 66 filtert dann die
Ungleichgewichtsindices ISi jedes Zylinders 4,
um für
jeden Zylinder 4 eine Sequenz gefilterter Ungleichgewichtsindices
ISFi herzustellen (Block 140).
Im Spezielleren werden die Ungleichgewichtsindices ISi jedes
Zylinders 4 auf eine nicht im Einzelnen beschriebene Weise
unter Verwendung eines herkömmlichen
digitalen Filters gefiltert.
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Zeitgleich
mit den vorstehenden Arbeitsabläufen
in den Blöcken 100–140 vergleicht
die zentrale elektronische Steuereinheit 66 den momentanen Druckwert
PRAIL des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung
mit einem Mindestdruckwert PMIN, der eine
Funktion der Motordrehzahl ist und den Mindestdruckwert darstellt,
unter dem das Einspritzsystem 1 definitiv fehlerhaft funktioniert
und eines Vorgangs zur Bestimmung der Ursache bedarf (Block 150).
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Beispielsweise
kann der Mindestdruckwert PMIN zwischen
120 und 200 bar liegen und kann insbesondere ca. 120 bar für Motordrehzahlen
unter 2300 U/min, ca. 200 bar für
Motordrehzahlen über 2500
U/min betragen, und kann linear von 120 auf 200 bar für Motordrehzahlen
zwischen 2300 und 2500 U/min ansteigen.
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Ist
der momentane Druckwert PRAIL größer als
der oder gleich dem Mindestdruckwert PMIN (Ausgang
NEIN des Blocks 150), diagnostiziert die zentrale elektronische
Steuereinheit 66 keinen Fehler im Einspritzsystem 1 und
geht zum Eingang von Block 150 zurück, um weiterhin den momentanen
Druckwert PRAIL mit dem Mindestdruckwert
PMIN zu vergleichen. Liegt umgekehrt der
momentane Druckwert PRAIL unter dem Mindestdruckwert
PMIN (Ausgang JA des Blocks 150),
diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 eine
Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 und führt die
nachstehenden Arbeitsvorgänge
durch, um zu bestimmen, ob die Undichtigkeit auf eine oder mehrere
in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtungen oder einen
allgemeinen Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18 zurückzuführen ist.
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Konkreter
ausgedrückt
speichert die zentrale elektronische Steuereinheit 66,
wenn eine Kraftstoffundichtigkeit entdeckt wird, den gefilterten
Ungleichgewichtsindex ISFi jedes Zylinders 4 unmittelbar
bevor der Fehler im Einspritzsystem 1 im Block 150 erfasst
wird (Block 160), unterbricht die Einspritzung, um die
Einspritzvorrichtungen 14 vollständig außer Kraft zu setzen (Block 170),
und schließt
das Regelventil 12 des Abgasrückführungssystems 8 (Block 180).
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Im
Spezielleren wird das Regelventil 12 des Abgasrückführungssystems 8 geschlossen,
um die Verbrennungsasymmetrie in den Zylindern 4 des Motors 2 zu
reduzieren, die durch eine anomale Verbrennung verursacht wird,
die wiederum durch die Rückführung unverbrannten
Kraftstoffs in einem oder mehreren der Zylinder 4 im Falle
einer oder mehrerer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtungen 14 bewirkt
wird.
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Dabei
berechnet die zentrale elektronische Steuereinheit 66 eine
Bereitschaftszeit T0 als Funktion von vorabgespeicherten
Schließzeitwerten
des Regelventils 12 des Abgasrückführungssystems 8, und
der Konvergenz der digitalen Filter, die zum Filtern der Winkelbeschleunigungsbeiträge ACi jedes Zylinders 4 verwendet werden
(Block 190), und schaltet während der Bereitschaftszeit
T0, die lang genug ist, um den Übergangszustand,
der durch die Einspritzunterbrechung und das Schließen des
Regelventils 12 entsteht, zu einem Ende kommen zu lassen,
auf Bereitschaft (Block 200).
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Am
Ende der Bereitschaftszeit T0 berechnet die
zentrale elektronische Steuereinheit 6 für jeden Zylinder 4 einen
Differenzungleichgewichtsindex Di, der gleich
der Differenz zwischen dem unmittelbar nach dem Ende der Bereitschaftszeit
T0 berechneten (d.h. unmittelbar nachdem
ein Fehler im Einspritzsystem 1 entdeckt wird) Ungleichgewichtsindex
ISi ist, und dem gefilterten Ungleichgewichtsindex
ISFi, der unmittelbar bevor ein Fehler im
Einspritzsystem 1 erfasst wird, berechnet und gespeichert
wird (Block 210). Ein Differenzungleichgewichtsindex Di wird für jeden
Zylinder 4 berechnet, um jede Streuung in der Winkelbeschleunigung
einzelner Zylinder 4 zu beheben.
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Die
zentrale elektronische Steuereinheit 66 vergleicht dann
den Differenzungleichgewichtsindex Di jedes
Zylinders 4 mit einem jeweiligen Schwellendifferenzindex
DTHi, bei dem es sich um einen konstanten
Wert handeln kann, der im Speicher der zentralen elektronischen
Steuereinheit 66 abgespeichert ist, oder der sich als Funktion
des Motorarbeitspunkts (Lufteinlass, Belastung und Drehzahl, usw.)
berechnen lässt
(Block 220).
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Ist
der Differenzungleichgewichtsindex Di eines
Zylinders 4 kleiner oder gleich dem jeweiligen Schwellendifferenzindex
DTHi (Ausgang NEIN von Block 220),
diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 einen
Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18.
Ist umgekehrt der Differenzungleichgewichtsindex Di eines Zylinders
größer als
der jeweilige Schwellendifferenzindex DTHi (Ausgang
JA von Block 220), diagnostiziert die zentrale elektronische
Steuereinheit 66 eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung.
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Konkreter
ausgedrückt
begrenzt die zentrale elektronische Steuereinheit 66 beim
Erfassen eines Fehlers in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18 die
Kraftstoffmenge, die den Einspritzvorrichtungen 14 zugeführt wird,
um die Höchstmenge
an Kraftstoff, die in jeden Zylinder 4 eingespritzt werden
kann, zu begrenzen (Block 230); instruiert den Druckregler 48,
den Höchstdruck
zu begrenzen, den der Kraftstoff innerhalb der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 annehmen
kann (Block 240); und führt
einen weiteren bekannten, nicht im Einzelnen beschriebenen Diagnosevorgang
durch, um zu bestimmen, ob der Fehler im Hochdruckversorgungskreislauf 16 oder
im Niederdruckversorgungskreislauf 18 liegt (Block 250).
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Umgekehrt
deaktiviert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 beim
Erfassen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung
die Zuleitungspumpe 22, um die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen 14 zu
unterbrechen (Block 260); öffnet den Druckregler 48,
um den Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 abzuziehen (Block 270);
und deaktiviert alle Einspritzvorrichtungen 14, um die
Kraftstoffzufuhr in die Zylinder 4 zu unterbrechen und
somit den Motor 2 abzuschalten (Block 280).
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Schließlich zeigt
die zentrale elektronische Steuereinheit 66 die Art des
diagnostizierten Fehlers optisch und/oder akustisch auf fahrzeuginternen
optischen oder akustischen Anzeigevorrichtungen an.
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Die
Vorteile des Leckdiagnoseverfahrens nach der vorliegenden Erfindung
sind wie folgt:
Zuallererst sorgt es für eine Unterscheidung zwischen
einer Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1, die
durch eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung
verursacht wird, und einem allgemeinen Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen, wodurch
eine einschneidende Maßnahme
am Einspritzsystem 1 zum Anhalten des Motors 2 und
von daher des Fahrzeugs ergriffen werden kann, wenn dies durch die
Schwere der Situation (in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung)
tatsächlich
erforderlich ist, und dass in Falle einer weniger ernsthaften Undichtigkeit
eine weniger einschneidende Maßnahme
am Einspritzsystem 1 ergriffen werden kann, so dass das
Fahrzeug die nächste
Werkstatt erreichen kann.
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Darüber hinaus
zeigten eine Computersimulation und Straßentests, die vom Anmelder
durchgeführt
wurden, dass das Diagnoseverfahren nach der vorliegenden Erfindung
in jeder Betriebsbedingung des Motors zuverlässig ist, wodurch die Einschränkung des
zuvor angesprochenen Diagnoseverfahrens überwunden wird.
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Selbstverständlich können an
dem wie hier beschriebenen und dargestellten Diagnoseverfahren Änderungen
vorgenommen werden, ohne dass dabei vom wie in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang
der vorliegenden Erfindung abgewichen würde.
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Beispielsweise
kann eine Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 anders erfasst
werden als mit Bezug auf Block 150 beschrieben ist.
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Konkreter
ausgedrückt
ist es im Gegensatz dazu, den momentanen Druckwert PRAIL,
mit dem Mindestdruckwert PMIN zu vergleichen,
möglich,
eine Druckabweichung zu berechnen, die gleich der Differenz zwischen
dem momentanen Druckwert PRAIL und einem
Referenzdruckwert PREF ist, der den gewünschten
Kraftstoffdruck angibt; die Druckabweichung mit einem Schwellenwert
zu vergleichen; und eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1 zu bestimmen,
wenn die Druckabweichung größer ist als
der Schwellenwert. Eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1 verhindert
nämlich,
dass der Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 den
gewünschten
Druckwert (PREF) erreichen kann, so dass eine übermäßig hohe
Druckabweichung unzweifelhaft auf eine Undichtigkeit hindeutet.
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Alternativ
ist es möglich,
die relative Einschaltdauer des dem Druckregler 48 zugeführten Steuersignals
mit einem Schwellenwert zu vergleichen; und eine Undichtigkeit im
Einspritzsystem 1 zu bestimmen, wenn die relative Einschaltdauer
des Steuersignals größer ist
als der Schwellenwert. Die Schließdauer des Druckreglers 48 ist
nämlich
proportional zu der relativen Einschaltdauer des an ihn angelegten
Steuersignals, und je länger
die Schließdauer
des Druckreglers 48 ist, umso höher sollte der Kraftstoffdruck
PRAIL in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 sein,
so dass relative Einschaltdauerwerte des Steuersignals, die über dem
normalen Bereich, z.B. konstant über
90% liegen, die Schwierigkeit des Einspritzsystem 1, den
gewünschten
Einspritzdruck (PREF) zu erreichen und deshalb
das Vorhandensein einer Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 anzeigen.
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Darüber hinaus
kann der Einspritzunterbrechungszustand, für den durch die zentrale elektronische
Steuereinheit 66 der Befehl gegeben wird (Block 170),
ein anderer als beschrieben sein. Insbesondere kann im Gegensatz
zu einer vollständigen Einspritzunterbrechung,
bei der jede Einspritzvorrichtung vollkommen deaktiviert und kein
Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder 4 eingespritzt wird,
ein Teileinspritzunterbrechungszustand herbeigeführt werden, bei dem jede Einspritzvorrichtung 14 nur
teilweise deaktiviert und die in den jeweiligen Zylinder 4 eingespritzte
Kraftstoffmenge um einen vorbestimmten Betrag, z.B. die Hälfte, reduziert
wird.