DE102020213200A1

DE102020213200A1 - Verfahren zur Fehlererkennung beim Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems

Info

Publication number: DE102020213200A1
Application number: DE102020213200.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kieferle; Markus Strasser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung beim Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems (100) für eine Brennkraftmaschine (110), bei dem Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe (120) aus einem Kraftstofftank (122) einer Hochdruckpumpe (130) zugeführt wird, und bei dem der Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe (130) einem Hochdruckspeicher (140) zugeführt wird, wobei ein Istwert eines Drucks in einem Zulauf (128) der Hochdruckpumpe (130) ermittelt wird, wobei, wenn der Istwert des Drucks für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer (Δt) um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert über einem zugehörigen Sollwert liegt, überprüft wird, ob eine Hochdruckkomponente (142, 144) ein gegenüber einem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, und wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung auf eine Fehlerursache für die Abweichung des Drucks geschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung beim Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
In Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen können Kraftstoffversorgungssysteme mit einer Hochdruckpumpe eingesetzt werden, um eine möglichst optimale Kraftstoffversorgung, insbesondere für einen Hochdruckspeicher bzw. ein sog. Rail, aus dem der Kraftstoff dann mittels Kraftstoffinjektoren in die Brennkraftmaschine bzw. deren Brennräume eingebracht wird, zu erreichen.
Um Kraftstoff aus einem Kraftstofftank effizient zur Hochdruckpumpe zu bringen, werden in einem solchen Kraftstoffversorgungssystem typischerweise eine oder ggf. auch mehrere Niederdruckpumpen, insbesondere sog. elektrische bzw. elektronische Kraftstoffpumpen, auch als Vorförderpumpen bezeichnet, eingesetzt. Aus der DE 195 48 278 B4 ist z.B. eine Möglichkeit bekannt, einen Druck in einem solchen Hochdruckspeicher einzuregeln.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Fehlererkennung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe wie z.B. einer elektronischen Kraftstoffpumpe (EKP) aus einem Kraftstofftank einer Hochdruckpumpe zugeführt wird. Mittels der Hochdruckpumpe wird der Kraftstoff dann einem Hochdruckspeicher, auch als Rail oder Common-Rail bezeichnet, zugeführt. An den Hochdruckspeicher sind typischerweise mehrere Kraftstoffinjektoren angeschlossen, mittels welcher der Kraftstoff bedarfsgerecht in die Brennkraftmaschine bzw. deren Brennräume eingebracht werden kann. Überschüssiger Kraftstoff kann von den Kraftstoffinjektoren z.B. über einen Kraftstoffrücklauf bzw. eine entsprechende Rücklaufleitung in den Kraftstofftank abfließen. Zum Einstellen bzw. Regeln des Drucks im Hochdruckspeicher ist typischerweise ein Druckregelventil vorgesehen, von dem ein Kraftstoffrücklauf z.B. ebenfalls in den Kraftstofftank führt.
Beim Betrieb eines solchen Kraftstoffsystems kann es nun zu einer sog. dauerhaften negativen Niederdruckabweichung kommen. Eine solche liegt in der Regel vor, wenn ein Istwert eines Drucks in einem Zulauf der Hochdruckpumpe - also in einem Bereich bzw. einer Kraftstoffleitung von der Vorförderpumpe zur Hochdruckpumpe - für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert über einem zugehörigen Sollwert liegt, die Differenz zwischen Sollwert und Istwert also negativ ist. In dieser Situation lässt sich z.B. selbst bei minimaler Fördermenge der Vorförderpumpe der Solldruck nicht mehr einhalten (er liegt vielmehr dauerhaft zu hoch).
Bisher ist es nicht möglich, nur durch die Feststellung einer dauerhaften negativen Druckabweichung auf die dafür verantwortliche Fehlerursache zu schließen. Die Ursachen für diesen erhöhten Zulaufdruck können entweder in der Hochdruckpumpe, dort z.B. in einer hochdruckpumpeninternen Blockade (z.B. an Überströmventil oder Filter bzw. Sieb) oder in einer Blockade in der Rücklaufleitung und/oder einer Saugstrahlpumpe (die typischerweise im Kraftstofftank vorgesehen ist und über den Kraftstoffrücklauf angetrieben wird) liegen. Beide Fehlerursachen erfordern unterschiedliche Fehler- bzw. Gegenmaßnahmen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass ein Istwert eines Drucks im Zulauf der Hochdruckpumpe ermittelt wird. Hierzu kann z.B. ein geeigneter Drucksensor verwendet werden. Wenn dann eine negative Druckabweichung festgestellt bzw. erkannt wird, dann wird überprüft, ob eine Hochdruckkomponente ein gegenüber einem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung wird dann auf eine Fehlerursache für die Abweichung des Drucks geschlossen. Entsprechend kann dann eine geeignete Gegenmaßnahme eingeleitet oder durchgeführt werden. Denkbar ist z.B. ein Fehlerspeichereintrag oder die Aufforderung, eine Werkstatt zu besuchen. Der Fehlerspeichereintrag kann dann z.B. je nach Fehlerursache unterschiedlich ausfallen.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, auf ein gegenüber einem Normalbetrieb, d.h. ohne (dauerhafte) negative Druckabweichung im Zulauf der Hochdruckpumpe, abweichendes Verhalten zu prüfen, wenn eine (dauerhafte) negative Druckabweichung vorliegt. Bei der betreffenden Hochdruckkomponente kann es sich insbesondere um eine solche handeln, die über einen Kraftstoffrücklauf mit dem Kraftstofftank verbunden ist, im Fehlerfall also einem erhöhten Rücklaufdruck bzw. Gegendruck ausgesetzt sein kann, insbesondere um einen der Kraftstoffinjektoren oder das Hochdruckregelventil. Ein solches abweichendes Verhalten kann sich z.B. in einem veränderten hydraulischen Schaltverhalten äußern, bei dem beispielsweise bei gleichbleibenden Ansteuerparametern die Öffnungs- und/oder Schließdauern geändert sind. Das Verhalten bei Normalbetrieb kann z.B. initial bei (noch) regulärem Betrieb aufgezeichnet und hinterlegt werden.
Wenn die Hochdruckkomponente ein gegenüber dem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, wird bevorzugt auf einen Fehler im Rücklauf geschlossen, der insbesondere eine blockierte Rücklaufleitung und/oder eine verstopfte Saugstrahlpump in der Rücklaufleitung umfasst.
Wenn hingegen die Hochdruckkomponente kein gegenüber dem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, so wird bevorzugt auf einen Fehler in der Hochdruckpumpe geschlossen, der insbesondere ein in geschlossener Stellung blockiertes Überströmventil und/oder einen blockierten Filter vor dem Überströmventil umfasst.
Wie sich gezeigt hat, tritt zwar die (dauerhafte) negative Druckabweichung im Zulauf bei allen Fehlerursachen auf. Die Veränderung im Betriebsverhalten der Hochdruckkomponente hingegen tritt nur dann auf, wenn der Fehler im Rücklauf liegt. Der Grund hierfür liegt darin, dass diese Hochdruckkomponenten direkt an den Rücklauf angebunden sind, sodass ein Fehler dort auch einen erhöhten Rücklaufdruck zur Folge und damit eine Rückwirkung auf die Hochdruckkomponente hat.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte 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 magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, 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.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
2 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem 100 für eine Brennkraftmaschine 110 gezeigt. Dieses umfasst beispielhaft eine als elektrische Kraftstoffpumpe ausgebildete Niederdruckpumpe 120, mittels welcher Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 122 entnommen und über einen Kraftstofffilter 126 und einen Zulauf 128 zu einer Hochdruckpumpe 130 gefördert werden kann. Mittels eines Drucksensors 129 kann ein Druck in dem Zulauf 128 erfasst bzw. gemessen werden.
In der Hochdruckpumpe 130 sind beispielhaft ein Überströmventil 132 sowie ein Filter 134 hierfür gezeigt, worüber Kraftstoff in einen Rücklauf 154 und dann in den Kraftstofftank 122 fließen kann (dies ist natürlich nicht der Fall, wenn das Überströmventil in geschossener Stellung blockiert). Mittels der Hochdruckpumpe 130 wird der Kraftstoff dann weiter einem Hochdruckspeicher 140 zugeführt, von dem aus er an Kraftstoffinjektoren 142 geleitet wird. Mittels dieser kann der Kraftstoff dann bedarfsgerecht in die Brennkraftmaschine 110 eingebracht werden.
Über ein Druckregelventil 144 am Hochdruckspeicher kann Kraftstoff in einen Rücklauf 152 und dann in den Kraftstofftank 122 fließen. Ebenso kann Kraftstoff aus den Kraftstoffinjektoren 142 in einen Rücklauf 150 und dann in den Kraftstofftank 122 fließen. Die Rückläufe 150, 152, 154 können sich vereinen und gemeinsam in den Kraftstofftank 122 führen. Dort kann über den rückfließenden Kraftstoff z.B. eine Saugstrahlpumpe 124 betrieben werden.
Weiterhin ist eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 160 vorgesehen, mittels welcher z.B. der Drucksensor 129 ausgelesen und die Vorförderpumpe 120 sowie die Hochdruckpumpe 130, die Kraftstoffinjektoren 142 und das Druckregelventil 144 angesteuert werden können.
In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. In einem Schritt 200 beginnt das Verfahren, in einem Schritt 202 werden dann der Istwert p_ist des Drucks im Zulauf ermittelt und mit dem Sollwert p_soll verglichen. Wird in Schritt 204 festgestellt, dass der Istwert für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer Δt um mehr als einen Schwellwert ps über dem Sollwert liegt, p_soll + p_s - p_ist < 0, wird in Schritt 206 eine Überprüfung angestoßen. Andernfalls wird zurück zu Schritt 202 gewechselt.
Nach Schritt 206 wird in einem Schritt 208 überprüft, ob eine Hochdruckkomponente ein gegenüber einem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt. Insbesondere wird dabei eine Hochdruckkomponente überprüft, die über einen Rücklauf mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Wenn dem so ist, wird auf eine Fehlerursache 216 im Rücklauf geschlossen und ggf. eine Gegenmaßnahme 218 eingeleitet. Wenn dem nicht so ist, wird auf eine Fehlerursache 210 in der Hochdruckpumpe geschlossen und ggf. eine Gegenmaßnahme 212 eingeleitet.
In Schritt 214 ist das Verfahren dann beendet.
In 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist eine Schließdauer ts in µs eines Kraftstoffinjektors als zu prüfende Hochdruckkomponente gegenüber einer Ansteuerdauer t_A in µs aufgetragen. Die gezeigten Verläufe V₁ bis V₄ entsprechen dabei Drücken im Hochdruckspeicher von 2.500 bar, 1.200 bar, 800 bar bzw. 300 bar bei 2,0 bar Rücklaufgegendruck. Die gestrichelt gezeichneten Verläufe V'₁ bis V'₄ entsprechen diesen Drücken bei nur 0,5 bar Rücklaufgegendruck.
Daran ist deutlich zu erkennen, dass bei erhöhtem Rücklaufgegendruck von z.B. 2,0 bar (Fehlerfall) die Schließdauer bei gleichbleibender Ansteuerdauer höher ist als bei normalem bzw. geringem Rücklaufgegendruck von z.B. 0,5 bar (Normalfall bzw. Normalbetrieb). Ein solch erhöhter Rücklaufgegendruck und damit eine verändertes Schaltverhalten treten bei einem Fehler in der Hochdruckpumpe nicht auf, auch wenn es dort ebenso im Zulauf eine negative Druckabweichung gibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19548278 B4 [0003]

Claims

Verfahren zur Fehlererkennung beim Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems (100) für eine Brennkraftmaschine (110), bei dem Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe (120) aus einem Kraftstofftank (122) einer Hochdruckpumpe (130) zugeführt wird und bei dem der Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe (130) einem Hochdruckspeicher (140) zugeführt wird, wobei ein Istwert (p_ist) eines Drucks in einem Zulauf (128) der Hochdruckpumpe (130) ermittelt wird, wobei, wenn der Istwert (p_ist) des Drucks für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer (Δt) um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert (ps) über einem zugehörigen Sollwert (P_soll) liegt, überprüft wird, ob eine Hochdruckkomponente (142, 144) ein gegenüber einem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, und wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung (208) auf eine Fehlerursache (210, 216) für die Abweichung des Drucks geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hochdruckkomponente über einen Kraftstoffrücklauf (150, 152) mit dem Kraftstofftank (122) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Hochdruckkomponente einen Kraftstoffinjektor (142) umfasst, der über den Hochdruckspeicher (140) mit Kraftstoff versorgt wird, und von dem der Kraftstoffrücklauf (150) in den Kraftstofftank (122) führt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Hochdruckkomponente ein an dem Hochdruckspeicher (140) vorgesehenes Druckregelventil (144) umfasst, von dem der Kraftstoffrücklauf (152) in den Kraftstofftank (122) führt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das gegenüber dem Normalbetrieb abweichende Betriebsverhalten der Hochdruckkomponente (142, 144) ein verändertes hydraulisches Schaltverhalten umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn die Hochdruckkomponente (142, 144) ein gegenüber dem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, auf einen Fehler im Rücklauf (150, 152) geschlossen wird,
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Fehler im Rücklauf eine blockierte Rücklaufleitung und/oder eine verstopfte Saugstrahlpumpe (124) in der Rücklaufleitung umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn die Hochdruckkomponente (142, 144) kein gegenüber dem Normalbetrieb abweichendes Betriebsverhalten zeigt, auf einen Fehler in der Hochdruckpumpe (130) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Fehler in der Hochdruckpumpe ein in geschlossener Stellung blockiertes Überströmventil (132) und/oder einen blockierten Filter (134) vor dem Überströmventil umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von der Fehlerursache (210, 216), auf die geschlossen wurde, eine Gegenmaßnahme (212, 218) eingeleitet oder durchführt wird.
Recheneinheit (160), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (160) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (160) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.