EP2336533A2 - Verfahren zur Erkennung und Bestimmung einer defekten Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Systems mittels Sensorsignalen und Steuergerät an einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Erkennung und Bestimmung einer defekten Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Systems mittels Sensorsignalen und Steuergerät an einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2336533A2 EP10015600A EP10015600A EP2336533A2 EP 2336533 A2 EP2336533 A2 EP 2336533A2 EP 10015600 A EP10015600 A EP 10015600A EP 10015600 A EP10015600 A EP 10015600A EP 2336533 A2 EP2336533 A2 EP 2336533A2
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/14—Timing of measurement, e.g. synchronisation of measurements to the engine cycle

Definitions

  • the object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 5.
  • the rail pressure signal of the rail pressure sensor 5 is influenced by each injection and each pump stroke, the normal and the error case can be distinguished on the basis of this signal.
  • an injection-synchronous discrete rail pressure information is generated by means of the engine control unit 7 from the analog rail pressure sensor signal of the rail pressure sensor 5.
  • the value of each injection synchronous rail pressure information is compared with the successor value.
  • the amount of deviation of this value is then compared to a detection threshold.
  • the detection threshold is freely definable over the operating map of the engine. As soon as the limit value for a freely definable time duration is exceeded, a freely determinable error reaction is triggered. For a smooth functionality, the error detection must be done only in a quasi-stationary state. The limits for this quasi-stationarity are freely definable over the engine map.
  • the invention is suitable for preventing an increased number of fault complaints on series engines.
  • appreciable wear between the camshaft and roller tappet of various high-pressure pumps can be avoided.
  • the increased load on one of the two roller tappets can in turn be the result of a delivery misfire or a reduction in the delivery of the other pump, which could be caused by a malfunction.
  • it is about cases of damage in high-pressure common-rail pumps or on the cam of the camshaft early, ie before the emergence, out.
  • the device or the method determines the possibly occurring differences in the fuel delivery - if they occur - by an evaluation of the pressure conditions by means of rail sensor 5 in the common rail system 4.
  • the gray curve shows that the delta-p of two consecutive deliveries from the two high-pressure pumps is very small.
  • the measurement should always be carried out at the same delivery time of the different high-pressure pumps. Furthermore, the evaluation should be carried out at a steady state of the engine, since only then the rail pressure should also be approximately constant. For example, when accelerating, the rail pressure may change and this could lead to incorrect measurements or misinterpretations. Furthermore, it should be measured over a defined period of time and thus an occurring single exposure of a promotion of a high pressure pump should be disregarded.
  • FIG. 1 an engine 1 with an injection pump 1 and an injection pump 2 is shown.
  • the common rail system 4 has a rail pressure sensor 5.
  • the rail pressure sensor 5 determines the rail pressure and transmits it to the engine control unit 7 via data transmission, which can be both wired and wireless.
  • the engine 1 has a cam / crankshaft angle sensor 6 , which transmits the crank angle of the camshaft or crankshaft to the engine control unit 7.
  • the engine control unit detects a pressure difference that is freely programmable in the case of two consecutive injector pumping operations, but should not exceed 10-20 bar in this example, then it will transmit
  • the warning signal in the fault memory 9 leads to a request for investigation to the workshop diagnostic device, which comes about by means of a suitable plug connection or alternatively by means of a wireless connection. Only after a repairer has confirmed via the diagnostic device that he has gone to the cause of the warning signal to the bottom and has eliminated the cause for it, the warning signal can be reset and the display disappears in the display 8.
  • FIG. 2 The diagram shown shows three injection cycles of the two injection pumps 2, 3, the pressure being plotted over time. It can be seen about six equally high pressure plateaus, which, as can be seen on the right side of the diagram, have a minimal pressure difference between two consecutive injection cycles and thus stand for a perfect operation of both injection pumps.
  • the same graph also shows three injection cycles where one of the two pumps is not working properly, as indicated by the significant difference in pressure at the left edge of the graph.
  • FIG. 3 shows in a flow chart how it can come in the case of a defective injection pump to an error message.
  • FIG. 4 the sub-function of the stability check, or the check whether the pressure difference is smaller or larger than the defined limit, is shown.
  • the control unit 6 must have an injection-synchronous rail pressure information, ie, at a respectively constant time / angle relative to ignition TDC of each cylinder, the rail pressure must be measured by means of rail pressure sensor 5.
  • the camshaft sensor 6 and a sensor wheel provide the engine control unit 7 with the information when an ignition TDC of a cylinder is present. In addition, this also provides the information when the engine reference TDC, which is usually equal to the ignition TDC of cylinder 1, is present.
  • injection-synchronous discrete rail pressure information is generated from the analog rail pressure sensor signal of the rail pressure sensor 5.
  • each injection synchronous rail pressure information is compared with the trailing value by subtraction. In this way, always positive and negative difference values alternate.
  • a synchronous data channel is generated which describes which pump is currently active.
  • This data channel is freely parameterizable insofar as that it can be determined which pump first delivers in time to the common rail system 4, which results in the FIGS. 4 and 5 is displayed (this is done depending on the engine reference TDC).
  • a suitable logic circuit as shown in Figure 6, it can be determined which high-pressure pump is defective.
  • Another logic circuit ensures that the information about the currently active pump is always automatically synchronized with the motor reference TDC.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung und Bestimmung einer defekten Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Systems mittels Sensorsignalen und Steuergerät an einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Einspritzpumpen (2,3), wenigstens einem Raildrucksensor (5), wenigstens einem Nocken-/Kurbelwellenwinkelsensor und wenigstens einem Motorsteuergerät (7).

Description

  • Gegenwärtig wird eine derartige Erkennung im Wesentlichen durch den persönlichen Eindruck des jeweiligen Fernfahrers bestimmt. Ist der Fahrer der Meinung, dass der Motor nicht mehr die volle Leistung bringt, so fährt er die nächste Werkstatt an, die dann mit einer Routineuntersuchung die vielfältigen Ursachen für zu geringe Leistung untersuchen müssen. Verfügt der Fahrer nicht über genügend Erfahrung, dann kann ein Unterlassen von Wartungsarbeiten zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine führen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schäden vorzubeugen und objektive Kriterien für den Fehlerfall zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 5.
  • Die Erfindung wird neben der Beschreibung auch in den nachfolgenden Figuren beschrieben, es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine
    Figur 2
    ein p,t-Diagramm für den Normal- und den Fehlerfall
    Figur 3
    ein p,t-Diagramm für den Normal- und den Fehlerfall
    Figur 4
    p,t-Diagramm und digitale Darstellung des Fehlerfalls
    Figur 5
    ein Flussdiagramm, das die Ermittlung der fehlerhaften Pumpe darstellt
  • Die Abfolge von Ereignissen im Common-Rail-System unter Normalbedingungen sieht wie folgt aus: Einspritzung, Pumpenhub, Einspritzung, Pumpenhub usw.
  • Anders sieht die Abfolge aus, wenn eine Pumpe nicht ordnungsgemäß funktioniert: Einspritzung, kein oder nur reduzierter Pumpenhub, Einspritzung, Pumpenhub etc.
  • Das Raildruck-Signal des Raildrucksensors 5 wird von jeder Einspritzung und jedem Pumpenhub beeinflusst, der Normal- und der Fehlerfall können anhand dieses Signals unterschieden werden. Mit Hilfe des Nockenwellensensors 6 wird aus dem analogen Raildrucksensor-Signal des Raildrucksensors 5 eine einspritzsynchrone diskrete Raildruckinformation mittels des Motorsteuergeräts 7 generiert. Der Wert jeder einspritzsynchronen Raildruckinformation wird mit dem Nachfolgewert verglichen.
  • Der Betrag der Abweichung dieses Werts wird daraufhin mit einem Erkennungs-Grenzwert verglichen. Der Erkennungsgrenzwert ist über dem Betriebskennfeld des Motors frei definierbar. Sobald der Grenzwert für eine ebenfalls frei definierbare Zeitdauer überschritten ist, wird eine frei bestimmbare Fehlerreaktion ausgelöst. Für eine reibungslose Funktionalität darf die Fehlererkennung nur in einem quasi-stationären Zustand erfolgen. Die Grenzen für diese Quasi-Stationarität sind frei über dem Motorkennfeld definierbar.
  • Die Erfindung ist geeignet, eine erhöhte Anzahl von Fehlerbeschwerden an Serienmotoren zu verhindern. Insbesondere kann nennenswerter Verschleiß zwischen Nockenwelle und Rollenstößel verschiedener Hochdruckpumpen vermieden werden. Die erhöhte Belastung von einer der beiden Rollenstößel kann wiederum Resultat eines Förderaussetzers bzw. einer Fördermengenreduzierung der anderen Pumpe sein, welche durch eine Fehlfunktion verursacht werden könnte. Bei der vorliegenden Erfindung geht es darum, Schadensfälle bei Hochdruck-Common-Rail-Pumpen bzw. an den Nocken der Nockenwelle frühzeitig, also vor dem Entstehen, herauszufinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren ermittelt die eventuell auftretenden Unterschiede bei der Kraftstoff-Förderung - falls sie denn auftreten - durch eine Auswertung der Druckverhältnisse mittels Railsensor 5 in dem Common-Rail-System 4. In Figur 2 erkennt man bei der grauen Kurve, dass das Delta-p von zwei aufeinanderfolgenden Förderungen von den beiden Hochdruckpumpen sehr klein ist.
  • Fällt eine Pumpe aus oder fördert deutlich mehr oder weniger als die andere Pumpe, ist die schwarze Kennlinie maßgebend und man erkennt, dass das Delta-p sehr groß ist.
  • Die Messung sollte nach Möglichkeit immer zum gleichen Förderzeitpunkt der unterschiedlichen Hochdruckpumpen erfolgen. Weiterhin sollte die Auswertung bei einem stationären Zustand des Motors erfolgen, da nur dann der Raildruck auch angenähert konstant sein sollte. Beim Beschleunigen beispielsweise kann sich der Raildruck ändern und dies könnte zu Fehlmessungen oder Fehlinterpretationen führen. Weiterhin sollte über einen definierten Zeitraum gemessen werden und somit ein auftretendes einmaliges Aussetzen einer Förderung einer Hochdruckpumpe unberücksichtigt bleiben.
  • In Figur 1 wird ein Motor 1 mit einer Einspritzpumpe 1 und einer Einspritzpumpe 2 dargestellt. Die Einspritzpumpen 1, 2, die z.B. von der Nockenwelle des Motors 1 angetrieben werden, fördern den Kraftstoff in das Rail 4, von wo es in die jeweiligen Zylinderköpfe des Motors 1 gefördert wird. Das Common-Rail-System 4 verfügt über einen Raildrucksensor 5. Der Raildrucksensor 5 ermittelt den Raildruck und übermittelt diesen per Datenübertragung, die sowohl kabelgebunden als auch kabellos erfolgen kann, an das Motorsteuergerät 7. Der Motor 1 verfügt über einen Nocken-/Kurbelwellenwinkelsensor 6, der den Kurbelwinkel der Nocken- bzw. Kurbelwelle an das Motorsteuergerät 7 übermittelt. Wenn das Motorsteuergerät bei zwei aufeinanderfolgenden Pumpvorgängen der Einspritzpumpen eine Druckdifferenz feststellt, die frei programmierbar ist, im vorliegenden Beispiel aber nicht höher als 10 - 20 bar sein sollte, dann übermittelt das Motorsteuergerät ein Warnsignal an den Fehlerspeicher 9 und einen Hinweis, die nächste Werkstatt aufzusuchen, ins Display 8. Das Warnsignal im Fehlerspeicher 9 führt zu einer Untersuchungsaufforderung an die Werkstattdiagnosevorrichtung, die mittels einer geeigneten Steckverbindung oder alternativ mittels einer kabellosen Verbindung zustande kommt. Erst nachdem ein Werkstattmitarbeiter über die Diagnosevorrichtung bestätigt hat, dass er der Ursache des Warnsignals auf den Grund gegangen ist und die Ursache dafür beseitigt hat, lässt sich das Warnsignal zurücksetzen und die Anzeige im Display 8 verschwindet.
  • Das in Figur 2 gezeigte Diagramm zeigt drei Einspritzzyklen der beiden Einspritzpumpen 2, 3, wobei der Druck über die Zeit aufgetragen ist. Es sind etwa sechs gleich hohe Druckplateaus zu sehen, die, wie am rechten Rand des Diagramms zu erkennen ist, einen minimalen Druckunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzzyklen aufweisen und somit für einen einwandfreien Betrieb beider Einspritzpumpen stehen. Im gleichen Diagramm sind ebenfalls drei Einspritzzyklen dargestellt, bei denen eine der beiden Pumpen nicht ordnungsgemäß funktioniert, was man am linken Rand des Diagramms an dem signifikanten Druckunterschied ablesen kann.
  • Figur 3 zeigt in einem Flussdiagramm, wie es im Falle einer defekten Einspritzpumpe zu eine Fehlermeldung kommen kann. In Figur 4 wird die Unterfunktion des Stabilitätschecks, bzw. der Überprüfung, ob der Druckunterschied kleiner oder größer als der definierte Grenzwert ist, dargestellt.
  • Wie bereits weiter oben beschrieben, wird der physikalische Raildruck von jeder Einspritzung und jedem Pumpenhub beeinflusst. Dem Steuergerät 6 muss eine einspritzsynchrone Raildruckinformation vorliegen, d. h., zu einem jeweils konstanten Zeitpunkt/Winkel relativ zu Zünd-OT jedes Zylinders muss der Raildruck mittels Raildrucksensor 5 gemessen werden. Der Nockenwellensensor 6 und ein Sensorrad stellen dem Motorsteuergerät 7 die Information zur Verfügung, wann ein Zünd-OT eines Zylinders vorliegt. Außerdem wird hierdurch auch die Information geliefert, wann der Motor-Referenz-OT, der in der Regel gleich dem Zünd-OT von Zylinder 1 ist, vorliegt.
  • Mit Hilfe des Nockenwellensensors 6 wird aus dem analogen Raildrucksensor-Signal des Raildrucksensors 5 eine einspritzsynchrone diskrete Raildruckinformation generiert.
  • Der Wert jeder einspritzsynchronen Raildruckinformation wird mit dem Nachfolgewert mittels Differenzbildung verglichen. Auf diesem Weg wechseln sich stets positive und negative Differenzwerte ab. Parallel dazu wird ein hierzu synchroner Datenkanal erzeugt, der beschreibt, welche Pumpe gerade aktiv ist. Dieser Datenkanal ist insofern frei parametrierbar, als dass festgelegt werden kann, welche Pumpe zeitlich zuerst in das Common-Rail-System 4 fördert, was in den Figuren 4 und 5 dargestellt wird (dies erfolgt in Abhängigkeit des Motor-Referenz-OT). Durch Kombination der beiden Informationen in einer geeigneten Logikschaltung, wie in Figur 6 dargestellt, kann bestimmt werden, welche Hochdruckpumpe defekt ist. Eine weitere Logikschaltung sorgt dafür, dass die Information über die momentan aktive Pumpe immer wieder automatisch mit dem Motor-Referenz-OT synchronisiert wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    2
    Einspritzpumpe 1
    3
    Einspritzpumpe 2
    4
    Common Rail
    5
    Raildrucksensor
    6
    Nocken-/Kurbelwellenwinkelsensor
    7
    Motorsteuergerät
    8
    Display
    9
    Fehlerspeicher

Claims (10)

  1. Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens ein Common-Rail-System (4), mit wenigstens zwei Einspritzpumpen (2, 3), wenigstens einen Raildrucksensor (5), wenigstens einen Nocken-/Kurbelwellenwinkelsensor (6), wenigstens ein Motorsteuergerät (7)
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Display (8) aufweist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Fehlerspeicher (9) aufweist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Sensorrad aufweist, insbesondere ein Inkrementalgeberrad (kW) und/oder ein Segment-Geberrad (BW).
  5. Verfahren zum sicheren Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
    Ermitteln des Raildruckes in Abhängigkeit des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine, insbesondere vor einer Einspritzung n,
    Ermitteln des Raildruckes in Abhängigkeit des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine, insbesondere vor einer Einspritzung n + 1,
    Ermitteln der Druckdifferenz der Zustände n und n+1,
    Ausgabe eines Warnsignals für den Fall, dass der Betrag der ermittelten Druckdifferenz frei einstellbar ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine einspritzsynchrone diskrete Raildruckinformation generiert wird,
    Differenzbildung der einspritzsynchronen Raildruckinformation mit dem Nachfolgewert,
    Erzeugung eines parallelen Datenkanals, der die aktive Pumpe ans Motorsteuergerät meldet,
    mit Nennung der als defekt ermittelten Einspritzpumpe (2, 3).
  7. Verfahren zum sicheren Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 5-6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Warnsignal an das Display (8) und/oder den Fehlerspeicher gesendet wird.
  8. Verfahren zum sicheren Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 5-7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal in Kombination mit einer Anweisung, die Werkstatt aufzusuchen im Display (8) angezeigt wird.
  9. Verfahren zum sicheren Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 5-8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Warnsignal an den Fehlerspeicher (9) übermittelt wird.
  10. Verfahren zum sicheren Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 5-9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das abgespeicherte Fehlersignal in eine Wartungsanweisung im Fehlerspeicher für die Werkstatt umwandelt.
EP10015600.9A 2009-12-19 2010-12-14 Verfahren zur Erkennung und Bestimmung einer defekten Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Systems mittels Sensorsignalen und Steuergerät an einer Brennkraftmaschine Withdrawn EP2336533A3 (de)

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