DE69409222T2

DE69409222T2 - Verfahren zur feststellung von störungen im hochdruckkreis eines hochdruck-kraftstoffeinspritz-systems einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69409222T2
Application number: DE69409222T
Authority: DE
Inventors: Stefano Borrione; Riccardo Buratti; Paolo Tubetti
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2014-09-03
Also published as: JP3727339B2; EP0668966A1; IT1261575B; ITTO930646A0; DE69409222D1; EP0668966B1; JPH08503053A; WO1995006814A1; ITTO930646A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von Störungen im Hochdruckkreis eines Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

Die EP-A-501 459 beschreibt ein Hochdruckeinspritzsystem. Dieses System umfaßt einen Kraftstofftank und einen Hochdruckkreis zur Versorgung von Injektoren, der verschiedene Pumpen umfaßt, die den Kraftstoff unter hohem Druck in einen Vorratsbehälter liefern, um eine Anzahl von Injektoren zu versorgen. Ferner ist ein Ventil zur Regelung des Kraftstoffdrucks auf einen vorbestimmten Sollwert vorgesehen. Eine Einrichtung dient zur Erkennung, ob eine der Pumpen fehlerhaft arbeitet. Ein Fehler wird erkannt, wenn der Druckverlauf nicht einem erwarteten Druckverlauf entspricht.
Die US-A 5,241,933 beschreibt ein Hochdruckeinspritzsystem. Dieses Dokument schlägt vor, daß obere und untere Grenzwerte zur Fehlererkennung des Systems verwendet werden. Der obere und der untere Grenzwert hängen von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab.
Die FR-A-2672640 schlägt die Verwendung von oberen und unteren Werten der Steuermenge zur Bestimmung einer Fehlfunktion des Hochdruckeinspritzsystems vor.
Bei solchen Systemen ist es wichtig, daß der Hochdruckkreis ständig überwacht wird um zu verhindern, daß das System durch eine Drift des Drucksensors ein Klemmen oder eine Fehlfunktion der Kontrollglieder oder der Injektoren beeinträchtigt werden oder das eine Leckage im Hochdruckkreis auftritt.

Beschreibung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, das es ermöglicht, alle Fehlfunktionen baldmöglichst aufzuzeigen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Methode zur Erkennung von Fehlfunktionen eines Hochdruckkreises einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckeinspritzsystem vorgesehen. Dieses Hochdruckeinspritzsystem umfaßt eine Hochdruckpumpe um Kraftstoff mit einem Druckwert, der mit einem Regelkreis geregelt wird. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritt: überwachung einer Größe, die den Druck charakterisiert, der von der Hochdruckpumpe (6) in aufeinanderfolgenden Regelzyklen gebildet wird, Vergleichen des Verhaltens dieser Größe in aufeinanderfolgenden Regelzyklen mit Referenzwerten, Erzeugen eines Fehlersignals, wenn das Verhalten der Größe nicht in einem vorgegebenen Verhältnis zu dem Referenzwert steht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden an einem Beispiel mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Figur 1 zeigt ein Übersichtsdiagramm des hydraulischen Systems eines Einspritzsystems auf das das Diagnoseverfahren entsprechend der Erfindung angewendet wird. Figur 2 zeigt den Druckregler des Systems gemäß Figur 1 detaillierter Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 4 zeigt eine Kurve eines Maximum- und eines Minimumvergleichsdruck als Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Figur 5a, 5b und 5c zeigt bei drei verschiedenen Betriebszuständen den Druck und die Arbeitszyklen eines Injektors, der in seiner offenen Position klemmt. Figur 6 zeigt das Verhältnis zwischen Druck und Tastverhältnis, das zur Prüfung der verwendet wird.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Anhand der Figuren 1 folgt eine allgemeine Beschreibung eines Hochdruckeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine. Das System ist mit 1 bezeichnet, es umfaßt einen Tank 2, der sich auf Atmosphärendruck befindet. Dieser ist über eine Versorgungsleitung 5 mit einer Radialkolbenpumpe 6 verbunden. Ferner ist ein Druckregelventil (oder Druckregler) 7 über eine Rückleitung 8 mit dem Tank 2 verbunden.
Die Pumpe 6 fördert den Kraftstoff unter hohem Druck über die Leitung 11 zu einem Speicher 10, welcher zur Verteilung des Kraftstoffes an die Injektoren und zur Dämpfung von Schwankungen des Drucks, die durch die Pumpe und das Öffnen der Injektoren verursacht ist, dient. Der Speicher 10 besteht aus einem Stahlkörper, vorzugsweise in Form eines Parallelepipedons, in welchem ein zylindrischer Hohlraum, der sich über die Länge des Speichers ausdehnt, und über eine zentrale Öffnung 12 mit der Leitung 11 verbunden ist. Ferner besitzt der Speicher 10 vier Öffnungen 13, die über die Länge des Speichers verteilt und mit vier Hochdruckversorgungsleitungen 14 von vier Injektoren 15 der Brennkraftmaschine 16 verbunden sind. Jeder Injektor 15 ist ferner mit einer Leitung 17 verbunden, welche den Kraftstoff in den Tank 2 zurückleitet. Der Speicher ist an einem Ende mit einem bekannten Drucksensor 18 verbunden.
Der Druckregler 17 ist in üblicherweise Weise, wie in Figur 2 dargestellt, ausgebildet und umfaßt einen Körper 20, der einen konischen Sitz 21 für ein kugelförmigen Verschluß 22 definiert. Über eine Schubstange 23 ist der Verschluß 22 der der gemeinsamen Kraft einer Feder 24 und einer Spule 25, welche einen Kern 26 umfaßt, der über einen Stab 27 mit der Schubstange 23 verbunden ist, ausgesetzt. Der Verschluß 22 trennt einen Einlaß 28, verbunden mit dem Körper der Pumpe 6, von einem Auslaß 29, verbunden mit der Leitung 8. Durch Änderung des Stromes, der durch die Spule 25 fließt, wird die Kraft, die auf den Verschluß 22 in Schließrichtung wirkt und folglich der Auslaßdruck der Pumpe 6 reguliert.
Die Druckregelung erfolgt dadurch, daß die Spule 25 mit einem Strom, dessen Tastverhältnis mit einer festen Frequenz moduliert wird, beaufschlagt wird. Dabei wird ein geschlossener Regelkreis verwendet, welcher den aktuell von einem von dem Sensor 18 gemessenen Druck und den gewünschten Druck berücksichtigt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung prüft periodisch die einzelnen Komponenten des Systems 1. Geprüft wird insbesondere, ob die Pumpe den gewünschten Druck erzeugen kann, die korrekte Dichtheit des Reglers 7, die Abwesenheit einer Leckage in dem Hochdruckkreis, das Klemmen des Injektors in seiner offenen Position, die korrekte Funktion des elektrischen Regelkreises des Reglers 7 und die Empfindlichkeit und die fehlerfreie Funktion des Drucksensors 18.
Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 werden vier Prüfungen periodisch durchgeführt. Dies sind der maximal gemessene Druck (Block 30) , der minimal gemessene Druck (Block 31), das Tastverhältnis, mit dem der Druckregler angesteuert wird (Block 32) und die Plausibilität des gemessenen Drucks mit dem Tastverhältnis (Block 33).
Die Maximaldruckprüfung (Block 30) überprüft, ob der mit dem Sensor 18 im Speicher 10 gemessene Druck einen maximal erlaubten, vorgegebenen Wert, beispielsweise 1600 bar, in einer vorgegebenen Anzahl von durchgeführten Prüfungen (beispielsweise 5) überschritten hat. Ein Druck der den maximal erlaubten Wert (in Figur 4 durch Linie A dargestellt) überschreitet, zeigt einen der folgenden Fehlertypen an: Eine Drift des Ausgangssignals des Sensors 18 (Meßfehler), der Regler 7 ist in seiner geschlossenen Position blockiert (ein Fehler des Reglers, der verhindert, daß eine Druckreduzierung durch einen Fluß vom Anschluß 28 zum Anschluß 29 des Reglers 7 erfolgt).
Die Minimaldruckprüfung (Block 31) besteht darin, daß bestimmt wird, ob in einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Prüfungen (5) der gemessene Druck unter einen kleinstmöglichen Druck abfällt. Der kleinste erlaubte Druckwert ist abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wie dies in Kurve b in Figur dargestellt ist. Ein Druckwert unter dem kleinsten erlaubten Wert zeigt einen der folgenden Fehlertypen an: Ein Injektor ist in seiner offenen Position blockiert, ein Fehler der Pumpe (stellt nicht den geforderten Kraftstofffluß zur Verfügung), eine Leckage in dem Hochdruckkreis, oder eine Drift des Sensorsignals. Die Zunahme des minimal erlaubten Werts über der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist wichtig, um einen im offenen Zustand klemmenden Injektor zu erkennen, da bei großen Drehzahlen, selbst wenn der Injektor in seiner offenen Position klemmt, der Druck nicht unter Werte fällt, welche in einem fehlerfreien Betrieb bei niederen Drehzahlen zulässig sind.
Die Prüfung des Tastverhältnises des Druckreglers (Block 32) besteht darin, daß das Tastverhältnis (prozentualer Anteil) in einer vorgegebenen Zahl (beispielsweise 5 für den Maximalwert und 25 für den Minimalwert) von aufeinanderfolgenden Prüfungen einen vorgegebenen Maximalwert K2 (beispielsweise 97 %) übersteigt oder einen vorgegebenen minimalen Wert K1 (beispielsweise 2 %) unterschreitet. Überschreitet das Tastverhältnis mehrmals den Maximalwert bedeutet dies, daß der gemessene Druck in diesem Zeitabschnitt ständig unter dem Sollwert für den Regler liegt, und zeigt denselben Fehler wie der Minimaldrucktest an, möglicherweise zeigt er auch eine Fehlfunktion der Elektronik an, die das Tastverhältnis regelt. Umgekehrt bedeutet ein ständig niederes Tastverhältnis, daß der gemessene Druck ständig über dem Sollwert des Regelsystems liegt, und zeigt eine Drift des Sensors 18 oder Undichtheit des Reglers an.
Drei Beispiele eines Fehlers, die durch ein Blockieren des Injektors in seiner offenen Position verursacht werden, sind in Figur 5a, 5b und 5c dargestellt, dabei ist eine Druckkurve (gestrichelte Linie) und die Tastverhältniskurve (durchgezogene Linie) bei 3 unterschiedlichen Bedingungen gezeigt, die sich beim Blockieren des Injektors beim Takt 2 der Brennkraftmaschine ergeben. Im Detail bezieht sich Figur 5a auf eine Hochdruckbedingung, in welcher ein Fehler aufgrund des Tastverhältnises, der ständig oberhalb eines Grenzwertes liegt, erkannt wird. Figur 5b bezieht sich auf eine Bedingung mit mittlerem Druck, bei welcher ein Fehler ebenfalls aufgrund eines zu hohen Tastverhältnises erkannt wird, wobei dies langsamer als bei Figur 5a erfolgt. Figur 5c zeigt einen Niederdruckzustand, bei welchem der Fehler erkannt wird, wenn der Druck mehrmals einen zu niederen Wert annimmt. Der Plausibilitätstest zwischen gemessenem Druck und Tastverhältnis (Block 33) wertet das Verhältnis zwischen dem Tastverhältnis (oder dem Effektivstrom mit dem der Regler 7 beaufschlagt wird) und dem in dem Speicher 10 gemessenen Druck aus. Dieses Verhältnis ist durch Kurve c in Figur 6 dargestellt, welche den Sollwert des Druckes PR als Funktion des Effektivstromes zeigt. Da die Kurve C zwischen bestimmten Grenzen abhängig vom Arbeitszustand des Reglers schwankt, wird dem Referenzwert PR ein unterer und ein oberer Toleranzwert T (beispielsweise 300 bar) zugeordnet, wodurch sich zwei Kurven D1, D2 ergeben, die ein Toleranzband definieren.
Der Plausibilitätstest besteht darin, daß das Tastverhältnis des Stromes, der durch die Spule des Ventils 7 fließt, von einem Proportional-/Integralregler und als Funktion des aktuell gemessenen Druckes und des Sollwerts für den Druck (berechnet ausgehend auf der Basis der Maschinenparameter und beschrieben in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin) vorgeben wird. Mittels eines Kennfeldes wird der Referenzwert der zu einem bestimmten Tastverhältnis (Kurve C) gehört, bestimmt. Es erfolgt eine Prüfung, ob der Wert, der mit dem Sensor 18 gemessen wurde, innerhalb des gegebenen Toleranzbandes um den Referenzwert PR liegt (beispielsweise ob der gemessene Druckwert innerhalb des Toleranzbandes fällt). Liegt der Druckwert eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Prüfung außerhalb des vorgegebenen Bereiches, so zeigt dies eine Drift des Sensors an. Der Plausibilitätstest ist langsamer als die übrigen Prüfungen, die übrigen Fehlertypen werden generell schneller erkannt.
Wird in einem der vier Prüfungen ein Fehler erkannt (wie in Figur 3 durch das ODER-Glied 35 gezeigt), so wird ein Fehlersignal erzeugt und die Brennkraftmaschine gestoppt (Block 36).
Das beschriebene Verfahren ermöglicht, daß in einer einfachen und zuverlässigen Weise, ansonsten nicht erkennbare Fehler in einem Hydrauliksystem, wie ein in seiner offenen Position blockierende Injektor sicher erkannt werden.

Claims

1. Verfahren zur Feststellung von Störungen im Hochdruckkreis eins Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei der Hochdruckkreis eine Hochdruckpumpe (6) zur Bereitstellung von Kraftstoff unter hohem Druck umfaßt, der in Regelzyklen geregelt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritt umfaßt:

Überwachung einer Größe, die den Druck charakterisiert, der von der Hochdruckpumpe (6) in aufeinanderfolgenden Regelzyklen gebildet wird,

Vergleichen des Verhaltens dieser Größe in aufeinanderfolgenden Regelzyklen mit Referenzwerten, Erzeugen eines Fehlersignals, wenn das Verhalten der Größe nicht in einem vorgegebenen Verhältnis zu dem Referenzwert steht,

daß das Tastverhältnis des Stromes, mit dem das Regelventil (7) versorgt wird verändert wird,

Messung des von der Hochdruckpumpe erzeugten Drucks, Berechnung des Tastverhältnises des Stromes auf der Basis der Abweichung zwischen dem Sollwert des Druckes und dem gemessenen Druck,

Bestimmung eines Referenzdruckes auf Grundlage des Tastverhältnises,

Vergleichen des gemessenen Druckes und des Referenzdruckes und Erzeugen eines Fehlersignales, wenn der gemessene Druck in einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Regelzyklen um mehr als ein Toleranzband von dem Referenzdruck abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzdruck aus einem Kennfeld, in dem der Druckwert als Funktion des Tastverhältnises gespeichert ist, ausgelesen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, der von der Hochdruckpumpe (6) in einem Speicher (10) bereitgestellt wird, gemessen und der gemessene Druck mit einem maximalen Referenzdruck verglichen wird, und ein Fehlersignal gebildet wird, wenn der gemessene Druck den maximalen Referenzdruck in einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Regelzyklen überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Druck mit einem minimalen Referenzdruck verglichen wird und daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der gemessene Druck den minimalen Referenzdruck in einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Regelzyklen unterschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Referenzdruck abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.