WO2012156185A2 - Verfahren zum bewerten der funktionsfähigkeit eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum bewerten der funktionsfähigkeit eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2012156185A2
WO2012156185A2 PCT/EP2012/057543 EP2012057543W WO2012156185A2 WO 2012156185 A2 WO2012156185 A2 WO 2012156185A2 EP 2012057543 W EP2012057543 W EP 2012057543W WO 2012156185 A2 WO2012156185 A2 WO 2012156185A2
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fuel
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Johannes Zeidler
Thorsten Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating the operability of a fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the high-pressure circuit of a conventional common rail diesel injection system has a high-pressure pump (CP) for generating the pressure, optionally a high-pressure pump associated metering unit (ZME) for volume control, a high-pressure accumulator (rail), injectors for injecting the fuel into the combustion chamber and optionally a pressure control valve (DRV).
  • CP high-pressure pump
  • ZME high-pressure pump associated metering unit
  • DRV pressure control valve
  • an internal (i.e., increased reflux) or external (i.e., fuel leak) leakage may occur.
  • these components even have a construction-related leakage, for example, for cooling, lubrication or control.
  • the invention provides a simple and inexpensive way to evaluate the functionality, in particular with regard to leakage, of a fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the invention takes advantage of the finding that a combined evaluation of the pressure build-up and the pressure drop (by detecting and evaluating a variable characterizing the pressure, in particular the pressure itself) provides information about which elements of the internal combustion engine may be faulty, so that the subsequent Troubleshooting can be limited to these items.
  • the invention offers the advantage of being able to carry out the evaluation quickly (i.e., test time reduction), noninvasively, and even with the system not starting.
  • Rails are already equipped with a rail pressure sensor, the implementation of the invention usually requires no additional components and can be done essentially computer-implemented.
  • existing engines or control devices can be converted accordingly.
  • the evaluation can be carried out by an on-board diagnosis in the control unit, which, for example, can be activated in the workshop. There is no installation work on the vehicle necessary to locate the fault. Furthermore, no additional measuring tools or tools are required. Overall, a significant time and cost advantage can be expected.
  • the invention offers the advantage that, in contrast to conventional methods, it can also be carried out when the internal combustion engine does not start.
  • the internal combustion engine is not fired during the pressure build-up phase and during the pressure drop phase.
  • substantially no injection of fuel from the high-pressure accumulator takes place into a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine.
  • a further improvement in the evaluation result is achieved if, in addition, the behavior of the internal combustion engine is used during a normal, fired start. For a particularly simple implementation, a simple subdivision of the fired start in two groups "non-start" and "bad start” offers.
  • a minimum pressure for example 25 bar
  • a value characterizing the respective pressure is monitored within a certain minimum pressure build-up period. This is helpful, for example, to limit the escape of fuel in the case of external leakage. If the minimum pressure is not reached within the minimum pressure build-up period, the pressure is detected as "insufficient" and the operation of the high pressure pump is stopped.
  • a maximum pressure or an upper limit of the rail pressure can be set, at which pressure is detected as "too high” and the actuation of the high-pressure pump is also terminated.
  • the pressure build-up can, for example, be examined particularly easily when it is checked whether the rail pressure reaches a normal range within a customary period of time, referred to below as the normal pressure build-up period. If he reaches this range, the pressure build-up can be rated as "normal", he does not reach it, as "too low”. This results in two pressure ratings for the pressure build-up. In practice, this can easily be done by threshold comparison (with a lower normal pressure threshold) and / or a range comparison (with a lower and upper normal pressure threshold). pressure threshold). An easy-to-use rating can then return "normal” or "too low” as a result.
  • the threshold values are preferably determined from the desired value for the pressure.
  • the pressure drop can be examined in a particularly simple manner if a specific Haitusruckzeitspanne is given, after the expiry of an assessment of the rail pressure then reached takes place.
  • an easy-to-use examination may yield "normal” (i.e., "dense") or "too fast” (i.e., "leaky”) results, which in turn may be thresholded (with a so-called holding pressure) and / or range comparison.
  • the threshold values and range limits are particularly preferably determined from the pressure reached at the end of the pressure build-up phase, for example using a predetermined percentage. The evaluation of the pressure drop can thus be carried out even if a certain outlet pressure is not reached.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.). Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
  • Figure 1 shows schematically a common rail system by means of which the invention will be described.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a method according to the invention on the basis of a state diagram.
  • FIG. 3 shows a possible evaluation of pressure curves during a pressure build-up phase and a pressure drop phase within the scope of the invention.
  • FIG. 1 an internal combustion engine designed here as a common-rail engine, on which the present invention is based, comprising a common rail fuel injection system 100 and a cylinder 16, is shown schematically.
  • the fuel injection system includes a fuel tank 101 that is shown in a nearly full condition. Within the fuel tank 101, a pre-feed pump 103 is arranged, which sucks fuel from the tank 101 through a pre-filter 102 and transported at low pressure of 1 bar to a maximum of 10 bar through a fuel line 105 to a fuel filter 104. From the fuel filter 104, another low-pressure line 105 'leads to a high-pressure pump (CP).
  • CP high-pressure pump
  • the high-pressure pump 106 which compresses the supplied fuel to a high pressure, which is typically between 100 bar and 2000 bar depending on the system.
  • the high-pressure pump 106 has a metering unit (ZME) 1 13 for adjusting a fuel quantity.
  • the high-pressure pump 106 feeds the compressed fuel into a high-pressure line 107 and a rail 108 connected thereto
  • High-pressure accumulator the so-called common rail, a. From the rail 108, another high-pressure line 107 'leads to the injector 109.
  • a system of return lines 1 10 allows the return flow of excess fuel from the fuel filter 104, the high-pressure pump 106 or
  • a pressure control valve (DRV) 1 12 connected, which can regulate the pressure prevailing in the rail 108 high pressure, the so-called. Rail pressure by changing the flowing from the rail 108 in the return line 1 10 fuel quantity.
  • the entire common rail injection system 100 is controlled by a control unit 1 1 1, which via electrical lines 128, inter alia, the prefeed pump 103, the high pressure pump 106, the metering unit 1 13, the injector 109, a pressure sensor 134 on the rail 108, the pressure control valve 1 12 and temperature sensors 130, 132, 122 on the cylinder 1 16 and connected to the fuel supply line 105.
  • the inventive method for evaluating the functionality of the fuel injection system 100 uses the evaluation of
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the invention with reference to a state diagram
  • FIG. 3 shows a rail pressure curve to be evaluated.
  • the operation of the high pressure pump 106 for the pressure build-up is accomplished here by the starter or starter (not shown) of the internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is not fired and no injection takes place.
  • the operation of the starter either manually (mechanic) or automatically by the test procedure in the control unit 1 1 1, which is set up program-technically to carry out the method.
  • Any existing metering unit 1 13 is preferably controlled so that the high-pressure pump 106 promotes the maximum possible amount.
  • Any existing pressure control valve 1 12 is preferably controlled so that it is closed up to a defined pressure (hereinafter p max ). A target leakage is thus prevented or minimized.
  • p max a defined pressure
  • Control of the controller are also conceivable.
  • the pressure in the rail 108 is detected by means of the rail pressure sensor 134 and fed to the control unit 1 1 1.
  • exemplary rail pressure profiles 301, 302 and 303 are plotted against the time t on the abscissa in a diagram on the ordinate.
  • the rotational speed n of the internal combustion engine, which is driven by the starter is shown.
  • the diagram shows a normal pressure curve 301, in which the set target pressure p so n is reached within the pressure build-up phase and the subsequent pressure drop is relatively slow, since the system is tight.
  • a pressure curve 302 is shown, in which the set target pressure p so n is achieved within the pressure build-up phase, but the subsequent pressure drop is somewhat steeper, since the system leaks a little.
  • a pressure curve 303 finally characterizes a system in which the set target pressure p so n is not reached within the pressure build-up phase and the subsequent pressure drop is relatively steep, since the system is leaking.
  • the process begins in a state 200, which identifies the inactive state in which the method is not active.
  • a state 201 This is a defined initial state in which the metering unit is closed, a nominal rail pressure of zero is specified and an injection release is switched off. In this way, a defined initial state is achieved.
  • the process can be ended at any time by transferring to a state 202.
  • the metering unit is closed, set the target rail pressure to zero and waited until the pressure in the rail has reduced. Subsequently, the injections are released again. Subsequently, the system returns to the initial state 200.
  • the system moves from state 201 to a state 203 in which it waits for the starter to be actuated.
  • the system Upon actuation of the starter, the system enters a state 204 in which the metering unit is opened and a predetermined target rail pressure of, for example, 300 bar is specified.
  • a predetermined target rail pressure of, for example, 300 bar is specified.
  • This condition characterizes the pressure buildup phase.
  • This phase begins with reference to FIG. 4 at time t 0 .
  • T 0 a minimum pressure build-up period
  • T 0 it is checked at time t 1 whether a minimum pressure p min has been reached. If this pressure has not been reached (pressure build-up "insufficient"), the system goes to state 202. However, if this pressure has been exceeded, the rail pressure p-1 is measured after expiry of the period of time und and the system then goes into operation the state 205 over.
  • the operation of the high-pressure pump is stopped before the expiration of the period ⁇ (for example, because the operator aborts)
  • the system goes from state 204 to state 202.
  • the system waits for the end (time t 2 ) of the operation of the high-pressure pump or the starter and then enters a state 206.
  • state 206 first the metering unit is closed. Subsequently, a predetermined Haitesruckzeitspanne T 2 is waited until a time t 3 and the pressure p 2 measured.
  • the ratio p 2 / pi is used to evaluate the pressure drop phase. For example, if this ratio is above a predetermined holding pressure of, for example, 0.8, the system is rated "leak tight". On the other hand, if the ratio is lower, the system is rated as "leaking".
  • a possible evaluation matrix is shown in the following table, in which possible causes of errors and instructions for action are shown for the possible combinations of the evaluation of the pressure build-up phase and the pressure drop phase.
  • Quantities for the evaluation are, for example, absolute values, differential pressures, gradients) allows conclusions on the cause of the error and the size of a possible leakage by comparison with thresholds.
  • the falling pressure in the rail absolute values, differential pressures, gradients

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine aufweisend einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff und eine Hochdruckpumpe zum Pumpen von Kraftstoff in den Hochdruckspeicher, wobei während einer Druckaufbauphase (t0-t2) der Druck (301, 302, 303) in dem Hochdruckspeicher durch Betätigung der Hochdruckpumpe erhöht wird, wobei anschließend die Betätigung der Hochdruckpumpe beendet wird, so dass der Druck (301, 302, 303) in dem Hochdruckspeicher während einer Druckabfallphase (>t2) absinkt, wobei der zeitliche Verlauf (301, 302, 303) einer den Druck in dem Hochdruckspeicher kennzeichnenden Größe während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) erfasst wird, wobei die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems basierend auf dem während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) erfassten zeitlichen Verlauf (301, 302, 303) der Größe bewertet wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Der Service, die Wartung sowie die Fehlersuche von modernen (Diesel-)Motoren werden auf Grund zunehmender Komplexität immer anspruchsvoller. Daher ist es wünschenswert, dem Servicepersonal geeignete Hilfsmittel an die Hand zu geben, welche diese Tätigkeiten erleichtern. Beispielsweise werden hierzu Wartungsanweisungen, Diagnosegeräte oder auch Diagnosefunktionen im Steuergerät der Brennkraftmaschine vom Hersteller bereitgestellt.
Der Hochdruckkreis eines üblichen Common-Rail Dieseleinspritzsystems weist eine Hochdruckpumpe (CP) zur Erzeugung des Drucks, optional eine der Hochdruckpumpe zugehörige Zumesseinheit (ZME) zur Mengenregulierung, einen Hochdruckspeicher (Rail), Injektoren zur Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum und optional ein Druckregelventil (DRV) auf. Hier kann eine interne (d.h. eine erhöhte Rückflussmenge) oder externe (d.h. Kraftstoffverlust) Leckage auftreten. Teilweise besitzen diese Bauteile sogar eine konstruktionsbedingte Leckage bspw. zur Kühlung, Schmierung oder Steuerung.
Es kann nun z.B. durch Alterung oder Verschleiß vorkommen, dass vorhandene Leckagemengen größer oder dass leckagefreie Bauteile undicht werden. Auch ist Leckage in Folge von unsachgemäß durchgeführten Reparaturen oder Montage- arbeiten möglich. Eine Leckage kann sogar so groß werden, dass ein Starten des Motors nicht mehr möglich ist, da der für den Start notwendige Kraftstoffdruck nicht mehr aufgebaut werden kann.
Auch kann es vorkommen, dass schon die Hochdruckpumpe wegen eines Defekts im Niederdruckkreis nicht ausreichend mit Kraftstoff versorgt wird, so dass der Hochdruck entweder nicht aufgebaut werden kann oder die geförderte Menge für den Betrieb des Motors nicht ausreicht. Als weitere Fehlerursachen kommen eine defekte oder nicht voll funktionsfähige ZME oder Hochdruckpumpe in betracht.
Aus der Werkstattpraxis ist auch bekannt, dass gerade im Fall einer internen Leckage oder einer Minderversorgung der Hochdruckpumpe ein schnelles oder nichtinvasives Eingrenzen des Fehlers kaum möglich ist, da bisherige nichtinvasive Testfunktionen für die Werkstatt in jedem Fall ein noch mögliches Starten des Motors voraussetzen, was bei den beschriebenen Fehlern jedoch möglicherweise nicht mehr gegeben ist.
Im Allgemeinen ist das Auffinden von Leckagen bisher mit aufwändigen invasiven Prüfungen verbunden, bei denen zudem ein hohes Risiko einer Fehldiagnose und damit des Ausbaus von funktionierenden Teilen besteht.
Es ist daher wünschenswert, das Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems zu vereinfachen, insbesondere mögliche Leckageursachen schneller zu erkennen, oder zumindest eine Unterscheidung zwischen
Leckageproblemen und Versorgungsproblemen zu treffen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile der Erfindung
Die Erfindung schafft eine einfache und unaufwendige Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit, insbesondere hinsichtlich Leckage, eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine zu bewerten. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass eine kombinierte Auswertung des Druckaufbaus und des Druckabfalls (durch Erfassung und Auswertung einer den Druck kennzeichnenden Größe, insbesondere des Drucks selbst) Aufschlüsse darüber liefert, welche Elemente der Brennkraftmaschine möglicherweise fehlerhaft sind, so dass die anschließende Fehlersuche auf diese Elemente beschränkt werden kann. Der
Arbeitsablauf bei der Fehlersuche und anschließenden Reparatur wird deutlich vereinfacht.
Die Erfindung bietet den Vorteil, die Bewertung schnell (d.h. Prüfzeitenreduktion), nichtinvasiv und auch bei nichtstartendem System durchführen zu können. Da
Rails ohnehin mit einem Raildrucksensor ausgerüstet sind, erfordert die Umsetzung der Erfindung üblicherweise keine zusätzlichen Bauteile und kann im Wesentlichen computerimplementiert erfolgen. Vorteilhaft können somit auch existierende Motoren bzw. Steuergeräte entsprechend umgerüstet werden. Die Bewer- tung kann dabei durch eine Onboard-Diagnose im Steuergerät durchgeführt werden, welche bspw. in der Werkstatt aktiviert werden kann. Es sind keine Montagearbeiten am Fahrzeug notwendig, um den Fehler zu lokalisieren. Weiterhin sind keine zusätzlichen Messtools bzw. Werkzeuge erforderlich. Insgesamt ist ein signifikanter Zeit- und Kostenvorteil zu erwarten.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sie - im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden - auch durchgeführt werden kann, wenn die Brennkraftmaschine nicht mehr startet. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine nämlich während der Druckaufbauphase und während der Druckabfallphase nicht befeuert. Auch fin- det während der Druckaufbauphase und während der Druckabfallphase im Wesentlichen keine Einspritzung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in einen Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine statt. Eine weitere Verbesserung des Bewertungsergebnisses wird erreicht, wenn zusätzlich das Verhalten der Brennkraftmaschine bei einem normalen, befeuerten Start herangezogen wird. Zur besonders einfachen Umsetzung bietet sich eine einfache Unterteilung des befeuerten Starts in zwei Gruppen "Nichtstart" und "Schlechtstart" an.
Für eine einfache Bewertung der Funktionsfähigkeit kann beispielsweise zunächst untersucht werden, ob dieser überhaupt gewissen Mindestanforderungen gerecht wird. Dazu wird bspw. während der Druckaufbauphase das Erreichen eines Mindestdrucks (bspw. 25 bar) (bzw. eines den jeweiligen Druck kennzeichnenden Werts) innerhalb einer bestimmten Mindestdruckaufbauzeitspanne überwacht. Dies ist bspw. hilfreich, um bei einer externen Leckage den Austritt von Kraftstoff zu begrenzen. Wird der Mindestdruck nicht innerhalb der Mindestdruckaufbauzeitspanne erreicht, wird der Druck als "nicht ausreichend" erkannt und die Betätigung der Hochdruckpumpe beendet.
Aus Sicherheitsgründen kann zusätzlich ein Höchstdruck bzw. eine Obergrenze des Raildrucks festgelegt werden, bei dessen Überschreiten der Druck als "zu hoch" erkannt wird und die Betätigung der Hochdruckpumpe ebenfalls beendet wird.
Vorteilhafterweise werden sowohl für die Bewertung des Druckaufbaus als auch für die des Druckabfalls nur wenige, bspw. zwei bis fünf, Bewertungsmöglichkeiten vorgegeben, so dass sich für die Gesamtbewertung eine einfache Matrix ergibt. Diese Lösung ist in der Praxis besonders einfach umzusetzen.
Der Druckaufbau kann beispielsweise besonders einfach untersucht werden, wenn überprüft wird, ob der Raildruck innerhalb einer üblichen Zeitspanne, im Folgenden als Normaldruckaufbauzeitspanne bezeichnet, einen üblichen Bereich erreicht. Erreicht er diesen Bereich, kann der Druckaufbau als "normal" bewertet werden, erreicht er ihn nicht, als "zu niedrig". Hieraus ergeben sich für den Druckaufbau zwei Bewertungsmöglichkeiten. In der Praxis lässt sich dies leicht durch Schwellwertvergleich (mit einem unteren Normaldruckschwellwert) und/oder ein Bereichsvergleich (mit einem unteren und einem oberen Normal- druckschwellwert) umsetzen. Eine einfach zu handhabende Bewertung kann dann "normal" oder "zu niedrig" als Ergebnis liefern. Die Schwellwerte werden vorzugsweise aus dem Sollwert für den Druck bestimmt.
Der Druckabfall kann besonders einfach untersucht werden, wenn eine bestimmte Haitedruckzeitspanne vorgegeben wird, nach deren Ablauf eine Bewertung des dann erreichten Raildrucks stattfindet. Eine einfach zu handhabende Untersuchung kann beispielsweise "normal" (d.h. "dicht") oder "zu schnell" (d.h. "undicht") als Ergebnis liefern, wozu sich wiederum ein Schwellwertvergleich (mit einem sog. Haltedruck) und/oder ein Bereichsvergleich anbietet. Die Schwellwerte und Bereichsgrenzen werden besonders vorzugsweise aus dem am Ende der Druckaufbauphase erreichten Druck bestimmt, bspw. unter Verwendung eines vorgegebenen Prozentsatzes. Die Bewertung des Druckabfalls kann somit auch bei Nichterreichen eines bestimmten Ausgangsdruck durchgeführt werden.
Durch spezielle Kombination der jeweiligen Ergebnisse des Druckaufbaus und des Druckabfalls kann Rückschluss auf die Art des Defekts bzw. die defekte Baugruppe gezogen werden, bspw. Niederdrucksystem (Tank, Vorförderpumpe, Vorfilter, Leitungen etc.), Zumesseinheit, Hochdruckpumpe, Injektor, Druckregelventil, externe Leckage, APCV-Wert usw. Darauf basierend wiederum kann eine Handlungsanweisung an das Werkstattpersonal vorgegeben werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schema- tisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch ein Common-Rail-System, anhand dessen die Erfindung beschrieben wird.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zustandsdiagramms.
Figur 3 zeigt eine mögliche Auswertung von Druckverläufen während einer Druckaufbauphase und einer Druckabfallphase im Rahmen der Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist eine hier als Common-Rail-Motor ausgebildete Brennkraftmaschine, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, umfassend ein Com- mon-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 und einen Zylinder 1 16 schematisch dargestellt.
In einem teilweise angeschnitten gezeigten, mit Kühlwasser 1 14 gekühlten Brennraum 124 des Zylinders 1 16 ist ein Kolben 126 beweglich angeordnet. Ein Injektor 109 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 124. Wenngleich hier nur ein Zylinder 1 16 dargestellt ist, ist die Erfindung für beliebig viele Zylinder geeignet. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 101 , der in nahezu gefülltem Zustand gezeigt ist. Innerhalb des Kraftstofftanks 101 ist eine Vorförder- pumpe 103 angeordnet, die durch ein Vorfilter 102 Kraftstoff aus dem Tank 101 ansaugt und mit niedrigem Druck von 1 bar bis maximal 10 bar durch eine Kraftstoffleitung 105 bis zu einem Kraftstofffilter 104 befördert. Von dem Kraftstofffilter 104 führt eine weitere Niederdruckleitung 105' zu einer Hochdruckpumpe (CP)
106, die den zugeführten Kraftstoff bis auf einen hohen Druck komprimiert, der je nach System typischerweise zwischen 100 bar und 2000 bar liegt. Die Hochdruckpumpe 106 weist eine Zumesseinheit (ZME) 1 13 zum Einstellen einer Kraftstoff menge auf. Die Hochdruckpumpe 106 speist den komprimierten Kraft- stoff in eine Hochdruckleitung 107 und ein mit dieser verbundenes Rail 108
(Hochdruckspeicher), das sog. Common-Rail, ein. Vom Rail 108 führt eine weitere Hochdruckleitung 107' zum Injektor 109.
Ein System von Rücklaufleitungen 1 10 ermöglicht den Rückfluss überschüssigen Kraftstoffs aus dem Kraftstofffilter 104, der Hochdruckpumpe 106 bzw.
Zumesseinheit 1 13, dem Injektor 109 und dem Rail 108 in den Kraftstofftank 101 . Dabei ist zwischen das Rail 108 und die Rückflussleitung 1 10 ein Druckregelventil (DRV) 1 12 geschaltet, das durch Verändern der vom Rail 108 in die Rückflussleitung 1 10 abfließenden Kraftstoffmenge den im Rail 108 herrschenden hohen Druck, den sog. Raildruck, regeln kann.
Das gesamte Common-Rail-Einspritzsystem 100 wird durch ein Steuergerät 1 1 1 gesteuert, das über elektrische Leitungen 128 u.a. mit der Vorförderpumpe 103, der Hochdruckpumpe 106, der Zumesseinheit 1 13, dem Injektor 109, einem Drucksensor 134 am Rail 108, dem Druckregelventil 1 12 sowie Temperatursensoren 130, 132, 122 am Zylinder 1 16 bzw. an der Kraftstoffzulaufleitung 105 verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems 100 bedient sich der Auswertung des
Raildruckverlaufs während einer Druckaufbauphase und während einer Druckabfallphase. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 erläutert. Dabei zeigt Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Zustandsdiagramms und Figur 3 zeigt einen auszuwertenden Raildruckverlauf.
Der Betrieb der Hochdruckpumpe 106 für den Druckaufbau wird hierbei vom Starter bzw. Anlasser (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine bewerkstelligt, wobei die Brennkraftmaschine nicht befeuert wird und auch keine Einspritzung stattfindet. Dabei kann die Betätigung des Starters wahlweise manuell (Mechaniker) oder automatisch durch den Testablauf im Steuergerät 1 1 1 , das zur Durchführung des Verfahrens programmtechnisch eingerichtet ist, erfolgen.
Eine eventuell vorhandene Zumesseinheit 1 13 wird vorzugsweise so angesteuert, dass die Hochdruckpumpe 106 die maximal mögliche Menge fördert. Ein eventuell vorhandenes Druckregelventil 1 12 wird vorzugsweise so angesteuert, dass es bis zu einem definierten Druck (im Folgenden pmax) geschlossen ist. Eine Soll-Leckage wird somit verhindert bzw. minimiert. Andere Kombinationen zur
Ansteuerung der Steller sind jedoch auch denkbar.
Der Druck im Rail 108 wird mittels des Raildrucksensors 134 erfasst und dem Steuergerät 1 1 1 zugeführt.
In Figur 3 sind in einem Diagramm beispielhafte Raildruckverläufe 301 , 302 und 303 auf der Ordinate gegen die Zeit t auf der Abszisse aufgetragen. Zusätzlich ist die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, die vom Starter angetrieben wird, dargestellt.
Das Diagramm zeigt einen normalen Druckverlauf 301 , bei dem der eingestellte Solldruck pson innerhalb der Druckaufbauphase erreicht wird und der anschließende Druckabfall relativ langsam erfolgt, da das System dicht ist. Zu Vergleichszwecken ist ein Druckverlauf 302 gezeigt, bei dem der eingestellte Solldruck pson innerhalb der Druckaufbauphase erreicht wird, der anschließende Druckabfall jedoch etwas steiler erfolgt, da das System etwas undicht.
Ein Druckverlauf 303 schließlich kennzeichnet ein System, bei dem der eingestellte Solldruck pson innerhalb der Druckaufbauphase nicht erreicht wird und der anschließende Druckabfall relativ steil erfolgt, da das System undicht ist.
Der Ablauf beginnt in einem Zustand 200, der den inaktiven Zustand kennzeich- net, in dem das Verfahren nicht aktiv ist. Bei der Durchführung des Verfahrens geht das System zunächst in einen Zustand 201 über. Es handelt sich hier um einen definierten Ausgangszustand, in dem die Zumesseinheit geschlossen, ein Soll-Raildruck von Null vorgegeben und eine Einspritzfreigabe abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird ein definierter Ausgangszustand erreicht.
Der Ablauf kann jederzeit durch Überführen in einen Zustand 202 beendet werden. In diesem Zustand wird die Zumesseinheit geschlossen, der Soll-Raildruck auf Null gestellt und gewartet, bis sich der Druck im Rail abgebaut hat. Anschließend werden die Einspritzungen wieder freigegeben. Anschließend geht das System wieder in den Ausgangszustand 200 über.
Bei Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geht das System nach Ablauf einer vorbestimmten Wartezeit vom Zustand 201 in einen Zustand 203 über, in dem es auf die Betätigung des Starters wartet.
Bei Betätigung des Starters geht das System in einen Zustand 204 über, in welchem die Zumesseinheit geöffnet und ein vorbestimmter Soll-Raildruck von beispielsweise 300 bar vorgegeben wird. Dieser Zustand kennzeichnet die Druckaufbauphase. Diese Phase beginnt unter Verweis auf Figur 4 zum Zeitpunkt t0. Zunächst wird nach Ablauf einer Mindestdruckaufbauzeitspanne T0 zum Zeitpunkt t-ι überprüft, ob ein Mindestdruck pmin erreicht worden ist. Ist dieser Druck nicht erreicht worden (Druckaufbau "unzureichend"), geht das System in Zustand 202 über. Ist dieser Druck jedoch überschritten worden, wird nach Ablauf der Zeitspanne ΤΊ der Raildruck p-ι gemessen und das System geht anschließend in den Zustand 205 über. Wird die Betätigung der Hochdruckpumpe jedoch vor Ablauf der Zeitspanne ΤΊ beendet (bspw. weil der Bediener abbricht), geht das System vom Zustand 204 in den Zustand 202 über.
Anhand des erreichten Drucks pi kann eine Bewertung der Druckaufbauphase erfolgen. Liegt der Druck p-ι oberhalb eines unteren Normaldruckschwellwert Pnorm, wird der Druckaufbau als "normal" bewertet. Liegt er darunter, als "zu niedrig".
In dem Zustand 205 wartet das System auf das Ende (Zeitpunkt t2) der Betätigung der Hochdruckpumpe bzw. des Starters und geht dann in einen Zustand 206 über.
Solange sich das System im Zustand 204 oder 205 befindet, wird eine Obergrenze pmax des Raildrucks überwacht, bei deren Überschreiten der Druck als "zu hoch" erkannt wird und das System in den Zustand 202 übergeht.
Im Zustand 206 wird zunächst die Zumesseinheit geschlossen. Anschließend wird eine vorbestimmte Haitedruckzeitspanne T2 bis zu einem Zeitpunkt t3 abgewartet und der Druck p2 gemessen. Das Verhältnis p2/pi wird zur Bewertung der Druckabfallphase herangezogen. Liegt dieses Verhältnis beispielsweise über einem vorgegebenen Haltedruck von z.B. 0,8, wird das System als "dicht" bewertet. Liegt das Verhältnis hingegen darunter, wird das System als "undicht" bewertet.
Anschließend geht das System in einen Zustand 207 über, in dem die Ergebnisse dargestellt werden. Der Ablauf endet dann im Zustand 202.
Eine mögliche Bewertungsmatrix ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt, in der zu den möglichen Kombinationen der Auswertung der Druckaufbauphase und der Druckabfallphase mögliche Fehlerursachen und Handlungsanweisungen dargestellt sind. Druckanstieg Druckabfall
Symptom mögliche Ursache Maßnahme/Hinweis (Soll-Druck) (Gradient)
- Schlechtstarter - N D-System
flach
- Motor springt - ZME - Prüfung ND-System ("dicht")
an, stirbt wie- CP
der ab
i.O. - Nichtstarter - Injektor
"normal" (unwahrscheinlich, - DRV - Prüfung HD-System aber theoretisch
steil denkbar) - externe Leckage
("undicht") - Injektor
- Schlechtstar- Hochdrucktest
- DRV
ter - Prüfung HD-System
- externe Leckage
- Nichtstarter - N D-System
- Prüfung APCV-
- Motor springt - ZME
Wert
an, stirbt wie- CP
- Prüfung ND-System flach der ab - APCV-Wert falsch
("dicht") - N D-System - Niederdrucktest
- Schlechtstar- ZME - Prüfung ND-System
"zu niedrig" ter - CP - Prüfung APCV- (<Soll-Druck) - APCV-Wert falsch Wert
- Injektor
- Nichtstarter - DRV - Prüfung HD-System steil - externe Leckage
("undicht") - Injektor
- Schlechtstar- Hochdrucktest
- DRV
ter - Prüfung HD-System
- externe Leckage
"unzurei- Nichtstarter
keine Aussage - Prüfung HD-System chend" (z.B. - - Fehlerspeimöglich - Prüfung ND-System <25bar) chereintrag
- Prüfung APCV-
- Fehlerspei- DRV
"zu hoch" - Wert
chereintrag - APCV-Wert falsch
- Prüfung DRV
Der sich während des Startvorgangs im Rail aufbauende Kraftstoffdruck (als
Größen für die Auswertung eignen sich bspw. Absolutwerte, Differenzdrücke, Gradienten) lässt durch Vergleich mit Schwellwerten Rückschlüsse auf die Fehlerursache sowie die Größe einer eventuellen Leckage zu. Nach Beenden des Startvorgangs liefert der abfallende Druck im Rail (Absolutwerte, Differenzdrücke, Gradienten) durch Vergleich mit Schwellwerten zusätzliche Informationen zur Diagnose.
Durch die Betrachtung der oben genanten Merkmale lässt sich eine Separierung zwischen unzulässig hoher Leckage und Kraftstoffversorgungsfehlern durchführen. Eine entsprechende Bewertung ist sowohl in leckagefreien Systemen (z. B. Systeme mit Piezo-Injektoren) als auch in Systemen mit natürlicher Leckage (z.B. Systeme mit Solenoid-Injektoren) möglich. Eine Auswertung ist sowohl im Diagnosetester als auch im Motorsteuergerät möglich.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems (100) einer Brennkraftmaschine aufweisend einen Hochdruckspeicher (108) für Kraftstoff und eine Hochdruckpumpe (106) zum Pumpen von Kraft- stoff in den Hochdruckspeicher (108),
wobei während einer Druckaufbauphase (t0-t2) der Druck (301 , 302, 303) in dem Hochdruckspeicher (108) durch Betätigung der Hochdruckpumpe (106) erhöht wird,
wobei anschließend die Betätigung der Hochdruckpumpe (106) beendet wird, so dass der Druck (301 , 302, 303) in dem Hochdruckspeicher (108) während einer Druckabfallphase (>t2) absinkt,
wobei der zeitliche Verlauf (301 , 302, 303) einer den Druck in dem Hochdruckspeicher (108) kennzeichnenden Größe während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) erfasst wird,
wobei die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems basierend auf dem während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) erfassten zeitlichen Verlauf (301 , 302, 303) der Größe bewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) die Brennkraftmaschine nicht befeuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während der Druckaufbauphase (t0-t2) und während der Druckabfallphase (>t2) keine Einspritzung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (108) in einen Brennraum (124) eines Zylinders (1 16) der Brennkraftmaschine stattfindet.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für das Bewerten der Funktionsfähigkeit zusätzlich das Verhalten der Brennkraftmaschine bei einem normalen, befeuerten Start herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betätigung der Hochdruckpumpe (106) mittels eines Starters erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzsystems (100) erkannt wird, wenn die Größe während der Druckaufbauphase (t0-t2) einen einen vorbestimmten Mindestdruck (pmin) kennzeichnenden Wert nicht innerhalb einer vorbestimmten Mindestdruck- aufbauzeitspanne (T0) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzsystems (100) erkannt wird, wenn die Größe während der Druckaufbauphase (t0-t2) einen einen vorbestimmten unteren Normaldruckschwellwert (pnorm) kennzeichnenden Wert nicht innerhalb einer vorbestimmten Normaldruckaufbauzeitspanne (T-i) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzsystems (100) erkannt wird, wenn die Größe (p) während der Druckabfallphase (>t2) einen einen vorbestimmten Haltedruck kennzeichnenden Wert innerhalb einer vorbestimmten Haitedruckzeitspanne (T2) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der den Haltedruck kennzeichnende Wert als vorbestimmter Anteil der am Ende (t2) der Druckaufbauphase erreichten Größe (pi) bestimmt wird. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Größe bzw. der Wert ein Absolutdruck, ein Differenzdruck oder ein Druckgradient ist.
1 1 . Recheneinheit (1 1 1 ), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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