DE19548279B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Überwachung
eines Kraftstoffzumesssystems, insbesondere eines Common-Rail- Systems einer
Dieselbrennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff von wenigstens einer
Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird,
wenn ein Ausgangssignal eines Körperschallsensors
und/oder eines Beschleunigungssensors von einem vorgebbaren Wert
abweicht und dass bei einem erkannten Defekt der Kraftstofffluss
zwischen einer Vorförderpumpe
und einer Hochdruckpumpe unterbrochen wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
- Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der
US 5,241,933 A bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Hochdruckkreises bei einem Common-Rail-System beschrieben. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird der Druck im Rail geregelt. Liegt die Stellgröße des Druckregelkreises außerhalb eines vorgebbaren Bereichs, erkennt die Vorrichtung auf Fehler. - Die Entgegenhaltung
JP 570 20 553 A - Des Weiteren sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ausgehend vom Druck im Rail auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen wird. Dabei wird der Druck mit unteren und oberen Grenzwerten verglichen, und auf Fehler erkannt, wenn der Druck außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt.
- Nachteilig an diesen Anordnungen ist es, dass ein Fehler erst bei einem starken Druckabfall erkannt wird.
- Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems der eingangs genannten Art möglichst sicher und einfach auf Fehler erkennen zu können. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
- Vorteile der Erfindung
- Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Fehler im Zumesssystem sicher und einfach erkannt werden. Insbesondere können defekte Injektoren bei Common-Rail-Systemen sicher nachgewiesen werden.
- Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Zeichnung
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.
- Es zeigen
1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,2 die Ausgangssignale eines Klopf-Sensors über der Zeit aufgetragen,3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise,4 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,5 ein Blockdiagramm der Signalauswertung und6 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale. - Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils gesteuert wird. Die in
1 dargestellte Ausführungsform betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt. Sie kann bei allen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Kraftstoffzumessung möglich ist. - Mit
100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über einen Ansaugleitung105 Frischluft zugeführt bekommt und über eine Abgasleitung110 Abgase abgibt. - Bei der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor
120 ,121 ,122 und123 zugeordnet. Den Injektoren wird über Magnetventile130 ,131 ,132 und133 Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt von einem sogenannten Rail135 über die Injektoren120 ,121 ,122 und123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine100 . - Der Kraftstoff in dem Rail
135 wird von einer Hochdruckpumpe145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruckpumpe145 ist über ein Magnetventil150 mit einer Kraftstofförderpumpe155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter160 in Verbindung. - Als Kraftstofförderpumpe können Elektrokraftstoffpumpen oder mechanische Kraftstoffpumpen eingesetzt werden. Bei der Verwendung einer Elektrokraftstoffpumpe ist ein Vorfilter notwendig. Bedingt durch hohe Kraftstofftemperaturen wird die Elektrokraftstoffpumpe vorzugsweise in der Nähe des Tanks angeordnet. Daraus ergeben sich große Volumen zwischen Elektrokraftstoffpumpe und Hochdruckpumpe große und damit lange Abschaltzeiten. Ein schneller Druckabbau, insbesondere im Fehlerfall ist nur mit erhöhtem Aufwand möglich.
- Eine in der Nähe der Brennkraftmaschine angeordnete mechanische Vorförderpumpe weist diese Nachteile nicht auf. Bei der mechanischen Vorförderpumpe ist zusätzlich das Magnetventil
150 notwendig, das im Fehlerfall die Kraftstoffzufuhr zur Hochdruckpumpe145 unterbindet. Das Absperrventil150 kann wahlweise als separate bauliche Einheit ausgeführt werden. Sie kann aber auch saugseitig in die Hochdruckpumpe145 bzw. druckseitig in die Vorförderpumpe155 integriert werden. - Das Ventil
150 umfaßt eine Spule152 . Die Magnetventile130 ,131 ,132 und133 enthalten Spulen140 ,141 ,142 und143 , die jeweils mittels einer Endstufe175 mit Strom beaufschlagt werden können. Die Endstufe175 ist vorzugsweise in einem Steuergerät170 angeordnet, das die Spule152 entsprechend ansteuert. - Desweiteren ist ein Sensor
177 vorgesehen, der den Druck im Rail135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät170 leitet. Mit180 ist ein sogenannter Körperschallsensor bezeichnet, der an akustisch gut leitender Stelle am Motor angeordnet ist. Dieser Körperschallsensor beaufschlagt das Steuergerät mit einem entsprechenden Signal. An Stelle des Körperschallsensor kann auch ein Beschleunigungssensors bzw. ein Klopfsensor eingesetzt werden. - Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstofförderpumpe
155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter über das Ventil150 zur Hochdruckpumpe145 . Die Hochdruckpumpe145 baut in dem Rail135 einen vorgebbaren Druck auf. Üblicherweise werden Druckwerte größer als 800 bar im Rail135 erzielt. - Durch Bestromen der Spulen
140 bis143 werden die entsprechenden Magnetventile130 bis133 angesteuert. Die Ansteuersignale für die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn und das Einspritzende des Kraftstoffs durch die Injektoren120 bis123 fest. Die Ansteuersignale werden von dem Steuergerät abhängig von verschiedenen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise dem Fahrerwunsch, der Drehzahl und weiteren Größen festgelegt. - Bei einem Common-Rail-System, kann eine solche Dauereinspritzung eines Injektors bei ausgeglichener Massenbilanz im Rail nicht ohne weiteres sicher erkannt werden. Diese kann zum Beispiel auftreten, wenn das Magnetventil dauerhaft bestromt wird oder der Injektor klemmt bzw. eine Undichtigkeit aufweist.. Dies kann zu einer ungewollten Drehmomenterhöhung an einem Zylinder führen und bis zur Motorzerstörung reichen, wenn die Zylinderspitzendrücke bzw. die zulässigen Temperaturen überschritten werden.
- Mit Hilfe des Körperschallsensors bzw. mittels eines Beschleunigungssensors werden erfindungsgemäß, die vom Brennraum ausgehenden Schwingungen erfaßt und mittels einer Auswerteschaltung aufbereitet. Weicht die erfaßte Schwingung eines einzelnen Zylinders signifikant von den übrigen oder dem erwarteten Wert ab, so wird auf einen Fehler im entsprechenden Injektor geschlossen.
- In
2 ist das Ausgangssignal des Körperschallsensors über die Winkelstellung der Kurbelwelle aufgetragen. In2a ist das Ausgangssignal des Körperschallsensors bei fehlerfreiem Betrieb aller Injektoren über die Winkelstellung der Kurbelwelle aufgezeichnet. Im Bereich des oberen Totpunktes, das heißt bei 0° Kurbelwelle, des ersten Zylinders erfolgt die Zumessung in der ersten Zylinder. Dies führt während der Zumessung bzw. während der Verbrennung zu einem signifikanten Signal des Körperschallsensors. Ein entsprechendes Signal tritt bei der Verbrennung im zweiten Zylinder bei 180° Kurbelwelle, bei der Verbrennung im dritten Zylinder bei 360° und bei der Verbrennung im vierten Zylinder bei 540° Kurbelwelle auf. - In
2b ist das entsprechende Signal bei einem fehlerhafte Injektor des zweiten Zylinders dargestellt. Die Schallemmision bei der Verbrennung im zweiten Zylinder ist deutlich verlängert. Dies zeigt an, daß der Injektor des zweiten Zylinders nicht ordnungsgemäß arbeitet. Dieser Injektor ist länger als vorgesehen in seinem geöffneten Zustand. - In
2c wird in den zweiten Zylinder kein Kraftstoff eingespritzt, dies bedeutet, der dem zweiten Zylinder zugeordnete Injektor ermöglicht keine Kraftstoffzumessung. - In
3 ist beispielhaft das Auswerteverfahren zur Erkennung des Fehlers dargestellt. In Schritt301 wird das Ausgangssignal des Körperschallsensors bei der Kraftstoffzumessung in den ersten Zylinder Z1 erfaßt. Entsprechend wird im Schritt300 das Körperschallsensorsignal bei der Verbrennung in den zweiten Zylinder Z2 erfaßt. In Schritt302 und303 wird das Körperschallsensorsignal für die Zylinder Z3 und Z4 erfaßt. Im Schritt310 werden die Amplituden der vier Signale aufsummiert und durch 4 dividiert. Somit ergibt sich der Mittelwert M der vier Körperschallsensorsignale. - Im Schritt
320 wird ein Zähler i auf 0 gesetzt und im anschließenden Schritt330 um 1 erhöht. Die Abfrage340 überprüft, ob die Differenz zwischen der Amplitude Zi des i-ten Zylinders und dem Mittelwert M größer als ein Schwellwert S ist. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage350 ob i größer gleich 4 ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt330 bzw. wenn i größer gleich 4 ist folgt Schritt300 . - Erkennt die Abfrage
340 , daß der Betrag der Differenz zwischen der Amplitude des i-ten Zylinders Zi und dem Mittelwert M größere als der Schwellwert S ist, so wird in Schritt360 auf Fehler erkannt und eine entsprechende Maßnahmen eingeleitet. - Das dargestellte Verfahren wurde am Beispiel einer Vierzylinder Brennkraftmaschine beschrieben. Durch entsprechende Wahl der Parameter insbesondere von i kann das Verfahren auch auf Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl ausgedehnt werden.
- Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß nicht die Amplitude des Signals, sondern die Zeitdauer des Signals zur Fehlererkennung ausgewertet wird.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in den folgenden Figuren dargestellt. In
4 ist schematisch eine 4-Zylinder Dieselbrennkraftmaschine mit zwei am Motor akustisch leitend angebrachten Körperschallsensoren410 und411 dargestellt. Mit415 ist ein Nadelbewegungsfühler und mit420 ist ein Zylinderdrucksensor bezeichnet. Mit105 sind die Frischluftleitungen und mit110 die Abgasleitungen bezeichnet. - In
5 ist die Signalauswertung für die beiden Klopfsensoren410 und411 als Blockdiagramm dargestellt. Das Ausgangssignal des ersten Klopfsensors410 gelangt über eine Laufzeitkorrektur201 zu einer Zylinderauswahl220 . Entsprechend gelangt das Ausgangssignal des zweiten Klopfsensors411 über eine zweite Laufzeitkorrektur202 zur Zylinderauswahl220 . - Von der Zylinderauswahl
220 gelangt das Signal zu einem ersten Bandpaß210 und zu einem zweiten Bandpaß215 . Die Ausgangssignale der Bandpässe gelangen zu einer Signalverarbeitung230 die wiederum ein Motorsteuergerät240 mit Signalen beaufschlagt. Ferner gelangen Ausgangssignale der Bandpässe210 und215 unmittelbar zur Motorsteuerung240 . Die Signalverarbeitung230 verarbeitet ferner Signale verschiedener Sensoren235 . - Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt: Die Laufzeit der verschiedenen Signale von einer Signalquelle zu den unterschiedlichen Klopfsensoren
410 und411 ist unterschiedlich. Diese Laufzeit wird durch die Laufzeitkorrekturen201 und202 kompensiert. Die Zylindererkennung ordnet ausgehend von der Signalhöhe, die wiederum von der Entfernung zwischen der Signalquelle und dem Sensor abhängt, das Signal einem bestimmten Sensor zu. Damit läßt sich eine Zuordnung zwischen dem erfaßten Signal und dem zugehörigen Zylinder durchführen. - Prinzipiell ist die im folgenden beschriebene Vorgehensweise auch mit einem Körperschallsensor durchführbar. Durch die Verwendung von Zweien oder mehreren Körperschallsensoren kann die Signalgüte wesentlich verbessert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Körperschallsensoren an räumlich unterschiedlichen Anbauorten am Motor angeordnet sind. Durch die Addition der laufzeitkorrigierten Signale kann das Nutzsignal im Vergleich zu Störsignalen wesentlich erhöht werden.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der erste Bandpaß Eckfrequenzen von 10 kHz und 30 kHz aufweist. Der zweite Bandpaß
215 weist Eckfrequenzen von 500 Hz und 4 kHz auf. Diese Frequenzwerte stellen nur Richtwerte dar und können je nach Typ von Brennkraftmaschine variieren. - Die Bandpässe filtern die Ausgangssignale der Klopfsensoren
410 bzw.411 . Ausgehend von den gefilterten Signalen bestimmt die Signalverarbeitung verschiedene Größen, die die Einspritzung bzw. die Verbrennung charakterisieren. Die so gewonnen Signale werden von der Motorsteuerung zu Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine verwendet. - In
6 a ist der Zylinderdruck, in6 b das Ausgangssignal des Nadelbewegungsfühlers, in6 c das Ausgangssignal eines der Klopfsensoren, in6 d das Ausgangssignal des ersten und in6 e das Ausgangssignal des zweiten Bandpasses über der Zeit aufgetragen. Bei den kleinen Mengen für die Voreinspritzung öffnet sich die Ventilnadel im allgemeinen nicht bis zum oberen Anschlag. - Bei der Voreinspritzung ist lediglich das Aufschlagen der Nadel am unteren Anschlag beim Ende des Einspritzvorgangs erkennbar. Zu diesem Zeitpunkt, steigt die Amplitude des Ausgangssignals des Klopfsensors an. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die hochfrequenten Anteile des Ausgangssignals des Klopfsensors zu. Dieser Zeitpunkt ist mit VE bezeichnet.
- Beim Beginn und dem Ende der Haupteinspritzung bewegt sich die Nadel des Nadelbewegungsfühlers bis zum unteren bzw. bis zum oberen Anschlag. Zu diesen Zeitpunkten steigt die Amplitude des Ausgangssignals des Klopfsensors und dabei insbesondere die hochfrequenten Anteile an. Dieser Zeitpunkt ist mit HE bezeichnet.
- Der Spritzbeginn und das Spritzende der Haupteinspritzung wird erkannt, wenn sich die Nadel des Injektors
120 bis123 bei Öffnen bis zum oberen Anschlag und beim Schließen bis zum unteren Anschlag bewegt. Diese Zeitpunkte werden anhand des Anstiegs des Ausgangssignal des ersten Bandpasses über einen ersten Schwellwert erkannt. Wird das Anschlagen der Nadel des Injektors nicht erkannt, bzw. wird das Anschlagen beim Schließen des Injektors nicht erkannt, so wird auf Dauereinspritzung erkannt. - Anhand dieser Signale wird bei jeder Einspritzung entschieden, ob eine Dauereinspritzung vorliegt oder nicht. Die Überwachung erfolgt vorzugsweise individuell für jeden Zylinder. Nach Erkennen von einer vorgebbaren Zahl von Dauereinspritzungen bei einem Zylinder wird auf Defekt erkannt.
- Ist die Kraftstofförderpumpe als mechanische Vorförderpumpe, beispielsweise als Zahnradpumpe, ausgebildet, so besteht keine unmittelbare Möglichkeit, die Förderung von Kraftstoff mittels der Vorförderpumpe zu unterbrechen, da diese unmittelbar vom Motor angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß mittels des elektrischen Abschaltventil
150 zwischen der Vorförderpumpe155 und der Hochdruckpumpe145 die Kraftstofförderung von der Vorförderpumpe155 zur Hochdruckpumpe145 unterbrochen wird. - Bei erkanntem Fehler unterbricht das Ventil
150 die Kraftstoffzufuhr zur Hochdruckpumpe145 . Ein Fehler kann dabei beispielsweise mit der beschriebenen Vorgehensweise erkannt werden. Es sind aber auch andere Verfahren zur Erkennung von Fehlern möglich. - Ist das Ventil
150 als 2/2-Ventil ausgeführt, das heißt es sperrt den Durchfluß zwischen der Vorförderpumpe155 und der Hochdruckpumpe145 , so baut sich bei geschlossenem Ventil ein Druck vor dem Ventil auf. Um diesen Druckaufbau zu vermeiden, sind geeignete Maßnahmen vorzusehen. Beispielsweise kann in der Vorförderpumpe ein Druckbegrenzungsventil integriert werden. Alternativ kann das Absperrventil als 3/2-Ventil ausgeführt werden. In diesem Fall gelangt der Kraftstoff bei angesteuertem Ventil150 über eine gestrichelt eingezeichnete Leitung von der Vorförderpumpe155 unmittelbar zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter160 . In dieser Ausgestaltung kann auf das Druckbegrenzungsventil in der Vorförderpumpe155 verzichtet werden.
Claims (8)
- Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems, insbesondere eines Common-Rail- Systems einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff von wenigstens einer Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird, wenn ein Ausgangssignal eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors von einem vorgebbaren Wert abweicht und dass bei einem erkannten Defekt der Kraftstofffluss zwischen einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe unterbrochen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Körperschallsensors eines Zylinders um mehr als ein vorgebbaren Wert vom Mittelwert aller Zylinder abweicht.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn die Zeitdauer des Signals des Körperschallsensors eines Zylinder um mehr als ein vorgebbaren Wert vom Mittelwert aller Zylinder abweicht.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Körperschallsensors gefiltert wird, und ausgehend von dem gefilterten Signal Signale vorgebbar sind, die den Beginn und das Ende der Einspritzung angeben, wobei ausgehend von den Signalen, die den Beginn und das Ende der Einspritzung angeben, auf Fehler erkannt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Körperschallsensors gefiltert wird, und ausgehend von dem gefilterten Signal Signale vorgebbar sind, die den Beginn und das Ende der Einspritzung angeben, wobei auf Fehler erkannt wird, wenn der Abstand zwischen den beiden Signalen, die den Beginn und das Ende der Einspritzung angeben, unzulässige Werte annimmt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Defekt eines Magnetventils und/oder eines Injektors des Kraftstoffzumesssystems erkannt wird.
- Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems, insbesondere eines Common-Rail-Systems einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff von wenigstens einer Vorförderpumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erkannten Defekt der Kraftstofffluss zwischen der Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe unterbunden wird.
- Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems, insbesondere eines Common-Rail-Systems für eine Dieselbrennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff von wenigstens einer Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Defekt des Zumesssystems erkennen, wenn ein Ausgangssignal eines Körperschallsensors und/oder eines Beschleunigungssensors von einem vorgegebenen Wert abweicht und dass Mittel vorgesehen sind, mit denen der Kraftstofffluss zwischen einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe bei einem Defekt unterbrochen wird.
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