DE19513158A1 - Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem - Google Patents

Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem

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Description

Stand der Technik
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.
Vorteile der Erfindung
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.
Zeichnung
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.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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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