DE19513158A1 - Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem - Google Patents
Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem KraftstoffversorgungssystemInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Erkennung
eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem bei einer
Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine wird der
Kraftstoff mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe aus dem
Kraftstoffbehälter gefördert und über Kraftstoffleitungen
den Einspritzventilen zugeführt. Überschüssiger Kraftstoff
gelangt üblicherweise über eine Rücklaufleitung in den
Kraftstoffbehälter zurück. Damit stets eine ausreichende
Menge an Kraftstoff zur Verfügung steht, wird der Kraftstoff
von der Elektrokraftstoffpumpe mit einem Überdruck geför
dert, dabei erfolgt die Regelung der Elektrokraftstoffpumpe
in geeigneter Weise, indem beispielsweise der Kraftstoff
druck gemessen und zur Auswertung verwendet wird.
Bei einigen Kraftstoffversorgungssystemen wird auf die Rück
laufleitung verzichtet, es erfolgt eine bedarfsorientierte
Regelung der Kraftstoffördermenge. Bei beiden Kraftstoffver
sorgungssystemen ist es erforderlich, ein Leck bzw. eine Un
dichtheit im Kraftstoffkreislauf sicher und zuverlässig zu
erkennen, da andernfalls austretender Kraftstoff oder aus
tretende Kraftstoffdämpfe zum einen zu unzulässigen
Emissionswerten führen könnten und da zum anderen bei un
dichten Einspritzventilen unter Umständen Motorschäden auf
treten könnten, wenn infolge der undichten Einspritzventile
ungewollt Kraftstoff in einen Motorzylinder gelangen könnte.
Ausgehend von dieser Problemstellung sind bereits Verfahren
bzw. Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe undichte Ein
spritzventile erkannt werden können oder mit deren Hilfe im
Zusammenhang mit einem Tankentlüftungssystem eine Leckerken
nung durchgeführt wird. Solche Verfahren bzw. Vorrichtungen
sind beispielsweise in der DE-OS 42 43 178 oder der
DE-OS 40 40 896 beschrieben. Dabei wird in der
DE-OS 42 43 178 ein Verfahren angegeben, bei dem undichte
Einspritzventile erkannt werden, indem jeweils beim Start
der Brennkraftmaschine auch Zylinder gezündet werden, in die
noch kein Kraftstoff eingespritzt wurde. Führen solche
Zündungen zu einem erkennbaren Anstieg der Drehzahl, muß das
zugehörige Einspritzventil undicht sein, so daß Kraftstoff
in den betreffenden Zylinder gelangen konnte.
Bei dem aus der DE-OS 40 40 896 bekannten Verfahren bzw. der
Vorrichtung zum Überprüfen der Dichtheit eines Tankentlüf
tungssystems wird geprüft, ob nach dem Öffnen des Tankent
lüftungsventils sich der im Tank aufbauende Unterdruck in
der vorhergesagten Weise ändert. Dazu wird die gesamte An
lage auf Funktionsfähigkeit überwacht und es erfolgt eine
Beurteilung der Anlage als nicht funktionsfähig, wenn der
Unterdruckaufbaugradient unter einem vorgebbaren Schwellwert
liegt.
Beide bekannten Systeme zur Erkennung von Undichtheiten in
einem Teilbereich des Kraftstoffversorgungssystems einer
Brennkraftmaschine sind entweder ziemlich aufwendig oder ge
währleisten nicht, daß eine Leckerkennung im gesamten Kraft
stoffversorgungssystem möglich ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das gesamte
Kraftstoffversorgungssystem auf Dichtheit überwacht werden
kann. Besonders vorteilhaft ist die Einfachheit der erfin
dungsgemäßen Einrichtung, die bei den meisten herkömmlichen
Kraftstoffversorgungssystemen ohne Einsatz aufwendiger zu
sätzlicher Bauelemente eingesetzt werden kann.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem mit Hilfe eines Drucksen
sors der Kraftstoffdruck gemessen wird und indem nach Ab
schalten der Elektrokraftstoffpumpe überprüft wird, ob sich
der Überdruck im Kraftstoffversorgungssystem in einer vor
gebbaren Weise ändert. Ist dies nicht der Fall, kann sofort
erkannt werden, daß ein Leck bzw. eine Undichtheit im Kraft
stoffversorgungssystem vorhanden ist.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den
Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen erzielt. Dabei ist
besonders vorteilhaft, daß die Leckerkennungals sogenannte
"on-board-Diagnose" durchführbar ist und beispielsweise im
Steuergerät des Kraftfahrzeuges abläuft. Weiterhin ist vor
teilhaft, daß die Leckerkennung sowohl bei Kraftstoffsyste
men mit Rücklauf als auch bei solchen ohne Rücklaufleitung
eingesetzt werden kann.
In Verbindung mit anderen Auswertungen und Fehlererkennun
gen, die im Steuergerät ablaufen, kann genau erkannt werden,
welches Einspritzventil undicht ist. Dies ist beispielsweise
möglich, indem die Leckerkennung mit einem Verfahren zur
Verbrennungsaussetzererkennung kombiniert wird.
Die Leckerkennung kann vorteilhafterweise auch bei speziel
len Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgen,
beispielsweise wenn das Steuergerät eine Motorschubphase er
kennt, in der dem Motor während der Schubabschaltung den
Einspritzventilen kein Kraftstoff mehr zugeführt wird.
Während der Schubabschaltung wird dann die Elektrokraft
stoffpumpe abgeschaltet und danach die Leckdiagnose durchge
führt.
Eine Leckdiagnose während des Schubbetriebes hat die Vortei
le, daß sie öfters durchgeführt werden kann, daß sie während
einer Fahrt wiederholbar ist und daß zur Durchführung der
Diagnose kein Steuergerätenachlauf erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch die
wesentlichen Bestandteile eines Kraftstoffversorgungs
systems, in dem die erfindungsgemäße Leckerkennung ablaufen
kann.
In der Figur sind die für das Verständnis der Erfindung er
forderlichen Bestandteile eines Kraftstoffversorgungssyste
mes einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei ist der
Kraftstoffbehälter mit 10 bezeichnet, im Kraftstoffbehälter
befindet sich die Kraftstoffpumpe 11, üblicherweise eine
Elektrokraftstoffpumpe sowie ein Rückschlagventil 12, das
beispielsweise in die Kraftstoffpumpe 11 integriert ist.
Von der Kraftstoffpumpe 11 führt der Vorlauf 13 zum Kraft
stoffverteiler 14, über den der Kraftstoff den Einspritzven
tilen 15 zugeführt wird. Die Regelung des Kraftstoffdruckes
erfolgt mit Hilfe des Druckreglers 16, der bei einem Kraft
stoffversorgungssystem mit einer Kraftstoffrückführleitung
bzw. Rücklauf 17 über den Rücklauf 17 sowie gegebenenfalls
ein Druckhalteventil 18 mit dem Kraftstoffbehälter 10 in
Verbindung steht und gegebenenfalls über eine Verbindung 28
mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine.
Zur Entlüftung ist der Kraftstoffbehälter 10 über eine Lei
tung 19, in der sich ein Entlüftungsventil 20 befindet mit
dem Saugrohr 21 der Brennkraftmaschine verbunden. Zwischen
dem Kraftstoffbehälter 10 und dem Entlüftungsventil 20 ist
noch ein Adsorptionsfilter 22 vorhanden, in dem die Kraft
stoffdämpfe aufgefangen werden.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine dient das
Steuergerät 23, dem die erforderlichen Größen zugeführt wer
den bzw. das die erforderlichen Ansteuersignale abgibt. Im
Steuergerät laufen die, erforderlichen Berechnungen ab. Die
erfindungsgemäße Leckerkennung wird ebenfalls im Steuergerät
vorgenommen.
Die Messung der zur Steuerung bzw. Regelung benötigten Größe
erfolgt mit Hilfe geeigneter Sensoren. In der Figur ist zum
einen ein Drucksensor 24 dargestellt, der den Druck p des
Kraftstoffs im Verteiler 14 mißt. Alternativ zum Drucksensor
24 kann ein Differenzdrucksensor 25 vorhanden sein, der über
eine Leitung 26 mit dem Rücklauf 17 in Verbindung steht und
den Differenzdruck δp mißt. Als Verbindungen, über die An
steuerungen erfolgen, sind in der Figur angegeben die Ver
bindung zwischen dem Steuergerät 23 und der Kraftstoffpumpe
11 sowie die Verbindung zwischen dem Steuergerät und dem
Entlüftungsventil 20, das je nach herrschenden Bedingungen
geschlossen oder geöffnet ist. Weiterhin kann eine Verbin
dung zwischen dem Steuergerät 23 und dem Druckregler 16 vor
handen sein.
Mit der in der Figur dargestellten Einrichtung kann die
Kraftstoffversorgungssystemleckdiagnose ablaufen. Die Leck
diagnose kann unter folgenden Randbedingungen ablaufen:
- 1) Sobald das Steuergerät eine Motorschubphase erkennt, in der dem Motor während der "Schubabschaltung" der Einspritz ventile 15 kein Kraftstoff mehr zugeführt wird. Dann wird die Kraftstoffpumpe 11 abgeschaltet und die Prüfung durchge führt.
- 2) Falls das Steuergerät einen sogenannten "Nachlauf" be sitzt, d. h. nach dem Abstellen des Motors noch für eine gewisse "Haltezeit" eingeschaltet bleibt, kann die Diagnose während dieser Haltezeit durchgeführt werden, nachdem die Kraftstoffpumpe 11 abgeschaltet wird.
- 3) Wenn das Steuergerät eine Motorschubphase erkennt, kann eine Schubabschaltung erfolgen, während der den Einspritz ventilen kein Kraftstoff mehr zugeführt wird. Während der Schubabschaltung kann dann die Kraftstoffpumpe abgeschaltet werden.
Das Rückschlagventil 12 im Kraftstoffkreislauf, das bei
spielsweise in der Kraftstoffpumpe 11 integriert ist, hält
nach dem Abschalten der Kraftstoffpumpe den Systemdruck p
noch einige Zeit aufrecht. Im Kraftstoffversorgungssystem
liegt auf der Druckseite des Rückschlagventils 12 der Druck
sensor 24, der den Kraftstoffdruck p mißt. Auch nach dem Ab
stellen des Kraftstoffpumpe 11 wird dieser Druck gemessen
und im Steuergerät ausgewertet. Aus dem erhaltenen Druckver
lauf kann das Steuergerät bzw. der im Steuergerät enthaltene
Mikroprozessor den Druckgradienten ermitteln. Dieser Druck
gradient, der als Maß für die Druckänderung dient, kann nach
einer der bekannten Gradientenermittlungsmethoden bestimmt
werden, beispielsweise kann der Druckgradient aus zwei
Druckwerten ermittelt werden, die in einem vorgebbaren Zeit
abstand voneinander ermittelt wurden.
Ist der ermittelte Druckgradient steiler als eine in ge
eigneter Weise festzulegende Schwelle SW, wird im
Steuergerät auf das Vorliegen einer Undichtheit bzw. eines
Lecks geschlossen und es kann beispielsweise eine Anzeige 27
erfolgen bzw. es können Warnsignale abgegeben werden.
Als Drucksensor 24 kann ein Sensor mit analoger Ausgangs
größe verwendet werden, es ist auch möglich, einen Kontakt
schalter einzusetzen, bei dem der Druckgradient gradp über
die Zeit zwischen dem Ausschalten der Kraftstoffpumpe und
dem Schaltzeitpunkt des Schalters bei Unterschreitung eines
vorzugebenden Systemdrucks bestimmt wird.
Der Drucksensor 24 wird vorzugsweise an der in der Figur
dargestellten Stelle angeordnet, er kann sich aber auch an
anderer Stelle befinden. Bei rücklauffreien Kraftstoffver
sorgungssystemen kann dabei das gesamte Kraftstoffsystem
überwacht werden, wenn der Drucksensor 24 an der in der
Figur angegebenen Stelle eingebaut wird.
Kraftstoffversorgungssysteme mit Kraftstoffrücklauf 17 kön
nen ebenfalls vollständig überwacht werden, also auch im
Rücklaufbereich, sofern zusätzlich zu dem Rückschlagventil
12 an der Kraftstoffpumpe 11 noch ein Druckhalteventil 18 an
der Austrittsöffnung der Rücklaufleitung im Kraftstoffbehäl
ter angebracht wird. Es ist dann möglich, nicht nur den Vor
lauf-, sondern auch den Rücklaufbereich bis zum Austritt in
den Kraftstoffbehälter zu überwachen. Als Drucksensor wird
in diesem Fall ein Differenzdrucksensor 25 verwendet, der
den Differenzdruck δp zwischen dem Kraftstoffvorlauf und dem
Rücklauf mißt, beispielsweise am Kraftstoffdruckregler. Bei
Undichtheiten im Vorlauf ist der Gradient des Differenz
drucks grad δp (mit δp= [pVorlauf - pRücklauf), welcher
wiederum im Steuergerät ermittelt wird, nach Abschalten der
Kraftstoffpumpe zunächst kleiner als bei dichten Systemen,
bei Undichtheiten im Rücklauf ist der Differenzdruckgradient
grad δp nach Abschalten der Kraftstoffpumpe zunächst größer
als bei dichten Systemen. Über die Auswertung des Differenz
druck-Gradienten δp und Vergleich mit zwei anzupassenden
oberen und unteren Schwellwerten SWo und SWu kann im Steuer
gerät die Leckerkennung erfolgen und eine entsprechende An
zeige erfolgen.
Bei einem System mit einer Brennkraftmaschine, bei der im
Steuergerät ohnehin eine Verbrennungsaussetzererkennung
durchgeführt wird, kann aus der Kombination der Erkennung
von Verbrennungsaussetzern an einem bestimmten Einspritzven
til und gleichzeitig erkanntem Leck im Kraftstoffsystem auf
ein undichtes Einspritzventil geschlossen werden und dadurch
ein möglicher Motorschaden verhindert oder das undichte Ven
til gleich richtig lokalisiert werden.
Die Leckerkennung kann vom Steuergerät nach jedem Abschalten
der Kraftstoffpumpe durchgeführt werden, es ist auch mög
lich, daß diese Erkennung nur unter vorgebbaren Bedingungen
erfolgt, beispielsweise nur nach längerer Einschaltung der
Kraftstoffpumpe. Da das Verfahren zur Leckerkennung im
Steuergerät der Brennkraftmaschine abläuft, handelt es sich
bei einer solchen Erkennung um eine "on-board-Diagnose". Die
Erkennung eines vorhandenen Lecks im Kraftstoffversorgungs
system oder direkt in einem Einspritzventil kann in einem
Speicher des Steuergerätes 23 abgelegt werden und steht dann
beim nächsten Werkstattbesuch als Information zur Verfügung.
Falls die Leckerkennung nach Abschalten der Kraftstoffpumpe
und damit auch nach Abschalten der Brennkraftmaschine er
folgt, ist ein Nachlauf des Steuergerätes von ausreichender
Dauer erforderlich, d. h. das Steuergerät muß nach dem Ab
schalten der BKM noch mit Spannung versorgt werden, damit
die erforderlichen Funktionen noch ablaufen können. Falls
die Diagnose im Schub erfolgen soll, ist es erforderlich,
daß die Kraftstoffpumpe vom Steuergerät direkt, also unab
hängig vom Zündschloß angesteuert werden kann.
Claims (7)
1. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraft
stoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine, bei der
der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe unter Druck aus dem
Kraftstoffbehälter gefördert wird und über entsprechende
Leitungen zu den Einspritzventilen gelangt, mit einem Druck
sensor, der den Kraftstoffdruck fortlaufend mißt und einer
Recheneinrichtung, in der ausgehend aus gemessenen Größen
Ansteuergrößen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Recheneinrichtung den Verlauf des Kraftstoffdruckes nach
Abschalten der Kraftstoffpumpe ermittelt und den Verlauf mit
einem vorgebbaren Verlauf vergleicht und bei erkannten Ab
weichungen eine Fehleranzeige auslöst.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Recheneinrichtung das Steuergerät der Brennkraftmaschine
ist, in dem die erforderlichen Berechnungen ablaufen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß zur Ermöglichung der Diagnose der Kraftstoffrück
führleitung ein Druckhalteventil am Austritt der Leitung in
den Kraftstoffbehälter vorhanden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus dem nach Abstellen der Kraftstoffpumpe er
mittelten Druck der Gradient (gradp) des Druckes ermittelt
wird und dieser Gradient mit einem vorgebbaren Schwellwert
(SW) verglichen wird.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß anstelle des Drucksensors (24) ein
Differenzdrucksensor (25) eingesetzt wird, der den Diffe
renzdruck zwischen Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf
mißt und der Gradient des Differenzdruckes (gradδp) nach Ab
stellen der Kraftstoffpumpe ermittelt wird und dieser Gra
dient mit einem Schwellwert (SWu bzw. SWo) verglichen wird
und eine Fehlererkennung erfolgt, wenn der Gradient des
Differenzdrucks größer ist als der Schwellwert (SWo) bzw.
kleiner ist als der Schwellwert (SWu).
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Recheneinrichtung zusätz
lich eine Aussetzererkennung abläuft, mit der erkannt wird,
in welchen Zylindern keine Verbrennung stattgefunden hat und
die Aussetzererkennung und die Leckerkennung miteinander
kombiniert, zur eindeutigen Festlegung, welches der Ein
spritzventile undicht ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß vom Steuergerät eine Schuberken
nung durchgeführt wird und bei erkanntem Schubbetrieb die
Kraftstoffpumpe abgeschaltet wird und eine Leckerkennung
erfolgt.
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