DE19626689C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems.
Ein Verfahren zur Überwachung der Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der JP 63-14 33 83 bekannt. Dort ist ein sogenanntes Common-Rail-System beschrieben, bei dem eine nicht dargestellte Pumpe den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert. Mittels eines Druckregelventils kann der Druck im Hochdruckbereich Rail auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Dieses Ventil gibt die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich frei, wenn der Druck im Hochdruckbereich einen bestimmten Wert erreicht. Dieses Ventil dient zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich.
Übersteigt der Druck einen vorgegebenen Schwellwert, so wird dies mittels einer Signallampe angezeigt. Weitere Maßnahmen werden nicht automatisch ergriffen, sondern müssen vom Fahrer eingeleitet werden.
Ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem für eine Dieselbrennkraftmaschine ist in der MTZ Motortechnische Zeitung 54, 1993, 11 S. 588-599 beschrieben. Bei diesem System kann der Druck durch Ansteuern der Hochdruckpumpe abhängig von dem Vergleich zwischen einem Sollwert und dem Istwert des Drucks geregelt werden. Übersteigt der Druck einen vorgegebenen Wert, so öffnet ein Druckbegrenzungsventil die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Kraftstoffvorratsbehälter. Eine Überwachung des Druckbegrenzungsventils ist nicht beschrieben.
Desweiteren ist aus der DE-OS 38 02 771 ein Sicherheitssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem zur Überwachung eines Sicherheitsabschaltventils im Schubbetrieb, die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge solange erhöht wird, bis ein Rückmeldesignal über eine tatsächlich auftretende Einspritzung erfolgt. Werden Einspritzungen erkannt, so wird das Sicherheitsabschaltventil angesteuert und überprüft, ob danach noch Einspritzungen erfolgen.
Aus der EP 0 409 264 A1 ist ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System bekannt. Bei diesem Einspritzsystem ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Dieses Druckbegrenzungsventil gibt die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich frei, wenn der Druck im Hochdruckbereich einen höchst zulässigen Wert übersteigt. Dieses Sicherheitsventil bleibt im Normalbetrieb ständig geschlossen. Lediglich bei einer Störung, die ein Anstieg des Drucks auf sehr hohe Werte zur Folge hat, öffnet das Ventil. Eine Überwachung dieses Druckbegrenzungsventils ist nicht vorgesehen.
Durch Verharzen, Verschmutzen, Vereisen oder Beschädigung von außen, kann das Druckbegrenzungsventil in seiner Funktion gestört sein. Werden entsprechende Störungen nicht erkannt, so führt dies im Notfall zum Ausfall des Druckbegrenzungsventils und somit zu einem unzulässigen Systemdruck. Dies wiederum verursacht eine Überlastung einzelner Komponenten des Systems, was zu einer Zerstörung des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine bzw. zu einem Kraftstoffaustritt in den Brennraum führen kann.
Ein Defekt des Druckbegrenzungsventils kann nicht ohne weiteres erkannt werden, da dieses Druckbegrenzungsventil in der Regel nur bei Störungen im System, beispielsweise wenn der Druck einen Schwellwert überschreitet, wirksam wird. Im normalen Betrieb ist es üblicherweise außer Funktion.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems eine kostengünstige und einfache Überwachung des Druckbegrenzungsventils bereitzustellen.
Vorteile der Erfindung
Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine einfache und sichere Überwachung des Druckbegrenzungsventils möglich.
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
Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 sind wesentliche Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet.
Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über ein ersten Filter 105, eine Vorförderpumpe 110 mit einem zweiten Filtermittel 115 in Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einem Ventil 120. Die Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel 115 und dem Ventil 120 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 140 mit dem Vorratsbehälter 100 in Verbindung. Das Ventil 120 steht über eine Hochdruckpumpe 125 mit einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Über ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar. Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.
Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und dem Eingang des Druckregelventils 135 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 150 erfaßt.
Zusätzlich zu dem Druckregelventil 135 ist ein Druckbegrenzungsventil 145 angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil 145 ist derart ausgestaltet, daß es erst bei einem bestimmten Druck die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich freigibt und damit einen schnellen Druckabbau im Rail 130 ermöglicht. Der Druck, bei dem das Druckbegrenzungsventil 145 öffnet, ist dabei so gewählt, daß dieser Wert im normalen, fehlerfreien Betrieb üblicherweise nicht auftritt.
Ein Steuergerät 10 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 125 und/oder die Spule 136 des Druckregelventils 135 mit Ansteuersignale.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch die Filtermittel 105 und 115 gefördert. Ausgangsseitig der Vorförderpumpe 110 ist der Kraftstoff mit einem Druck zwischen einem und ca. 3 bar beaufschlagt. Wenn der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems einen vorgebbaren Druck erreicht hat, öffnet das Ventil 120 und der Eingang der Hochdruckpumpe 125 wird mit einem bestimmten Druck beaufschlagt. Dieser Druck hängt von der Ausführung des Ventils 120 ab. Üblicherweise ist das Ventil 120 so ausgestaltet, daß es bei einem Druck von ca. 1 bar die Verbindung zur Hochdruckpumpe 125 freigibt.
Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 140 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 110 und dem Vorratsbehälter 100 frei. Mittels des Ventils 120 und dem Niederdruckbegrenzungsventil 140 wird der Druck im Niederdruckbereich auf Werte zwischen ca. 1 und 3 bar gehalten.
Die Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
Mittels des Sensors 150 wird der Druck im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels des Druckregelventils 135, das mit einer Spule 136 ansteuerbar ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule 136 anliegenden Spannung bzw. des durch die Spule 136 fließenden Stromes öffnet das Druckregelventil 135 bei unterschiedlichen Druckwerten.
Das Druckbegrenzungsventil 145 greift nur bei Störungen im System ein, beispielsweise wenn der Druck den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Während des normalen Betriebs ist es außer Funktion.
Durch Verharzen, Verschmutzen, Vereisen oder Beschädigung von außen, kann dieses Druckbegrenzungsventil 145 in seiner Funktion gestört sein. Wird eine entsprechende Störung nicht erkannt, so führt dies im Notfall zum Ausfall des Druckbegrenzungsventils 145 und somit zu einem unzulässigen Systemdruck. Dies kann zu weiteren schwerwiegenden Beschädigungen des Systems, insbesondere der Brennkraftmaschine führen.
Um die Funktion des Druckbegrenzungsventils 145 im Notfall gewährleisten zu können, wird wie folgt vorgegangen.
In unkritischen Fahrsituationen erhöht das Steuergerät 10, durch Ansteuern der Spule 136 des Druckregelventils 135 und/oder der Hochdruckpumpe 125 den Druck im Rail 130 auf einen solchen Wert, bei dem ein funktionsfähiges Druckbegrenzungsventil 145 anspricht. Eine solche Fahrsituation liegt beispielsweise vor, wenn kein Kraftstoff eingespritzt wird. Dies ist beispielsweise im Schubbetrieb der Fall. Ferner kann die Überprüfung beim Abschaltvorgang im sogenannten Nachlauf und/oder vor dem Start durchgeführt werden. Sobald das Steuergerät erkennt, daß die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll, wird der Druck erhöht, bis das Druckbegrenzungsventil ansprechen sollte.
Fällt der Druck ab, so erkennt das Steuergerät ein funktionierendes Druckbegrenzungsventil 145. Übersteigt der Druck einen kritischen Wert, so erkennt das Steuergerät eine Funktionsstörung des Druckbegrenzungsventils 145 und geht in einen Notfahrmodus über, der eine Systemüberlastung verhindert.
Die entsprechende erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in Form eines Ausführungsbeispiels in Fig. 2 dargestellt. In Schritt 200 wird auf Schub erkannt. Dies bedeutet, die Fehlerüberwachung wird aktiviert. Die Fehlerüberwachung wird in Schritt 200 aktiviert, wenn bestimmte Betriebsbedingungen vorliegen. Eine solche Betriebsbedingung liegt beispielsweise vor, wenn kein Kraftstoff eingespritzt wird. Dies ist beispielsweise im Schubbetrieb der Fall.
Anschließend in Schritt 210 wird ein Zeitzähler t mit 0 gesetzt. Im anschließenden Schritt 220 wird der momentane Druck PA im Hochdruckbereich erfaßt. Im anschließenden Schritt 230 wird ein solches Steuersignal vorgegeben, daß der Druck ansteigt. Dies kann zum einen dadurch realisiert werden, daß das Druckregelventil 135 mit einem solchen Signal beaufschlagt wird, daß der Druck zunimmt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, daß bei einer entsprechend gestalteten Hochdruckpumpe 125 diese so angesteuert wird, daß der Druck ansteigt.
Anschließend wird in Schritt 240 der Zeitzähler t erhöht. Die Abfrage 250 überprüft, ob der Zeitzähler t größer als ein Schwellwert ts ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 220 und die nachfolgenden Schritte 230 und 240.
Erkennt die Abfrage 250, daß der Zeitzähler t größer als der Schwellwert ts ist, so folgt Schritt 260, indem der neue Druckwert PN erfaßt wird. Der Schwellwert ts ist so gewählt, daß der Druck auf einen solchen Wert angestiegen ist, bei dem üblicherweise das Druckbegrenzungsventil 145 bei fehlerfreiem Betrieb öffnen sollte. Dies bedeutet, bei Ablauf der Wartezeit ts sollte der Druck abgefallen sein.
In Schritt 270 wird deshalb die Druckdifferenz zwischen dem neuen Wert PN und dem Wert PA, der vor der Druckerhöhung vorlag, bestimmt. Im Schritt 280 wird überprüft, ob diese Druckdifferenz PD kleiner 0 ist. Ist dies der Fall, so bedeutet dies, daß der Druck abgefallen ist. In diesem Fall endet das Programm im Schritt 295.
Erkennt die Abfrage 280, daß die Druckdifferenz größer 0 ist, dies bedeutet, der Druck ist nicht abgefallen, dies läßt darauf schließen, daß das Druckbegrenzungsventils 145 nicht geöffnet hat, so wird in Schritt 290 auf Fehler erkannt und eine entsprechende Fehlermaßnahme eingeleitet. Anschließend endet das Programm ebenfalls in Schritt 295.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß in Schritt 280 überprüft wird, ob der Druck PN größer ist als der Druck PS ist, bei dem Druckbegrenzungsventil üblicherweise öffnet. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls auf Fehler erkannt.
Vorteilhaft ist es, daß ständig eine Information über den Zustand der sicherheitstechnisch wichtigen Komponente Druckbegrenzungsventil vorliegt. Eine Überlastung und somit ein Funktionsausfall des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine wird sicher verhindert. Die Funktionssicherheit des Druckbegrenzungsventils kann über die Lebensdauer garantiert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung eines Einspritzsystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, dessen Leitungssystem einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich aufweist, wobei wenigstens eine Pumpe den Kraftstoff von dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich fördert, wobei ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet, wenn der Druck im Hochdruckbereich einen Schwellwert übersteigt, wobei in vorgebbaren Betriebszuständen Mittel zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich derart angesteuert werden, daß das Druckbegrenzungsventil im fehlerfreien Zustand den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet, und der Druck im Hochdruckbereich zur Erkennung einer Fehlfunktion des Druckbegrenzungsventils ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Fehler erkannt wird, wenn der Druck im Hochdruckbereich ansteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf Fehler erkannt wird, wenn der Druckwert über den Schwellwert ansteigt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung in Betriebszuständen erfolgt, in denen kein Kraftstoff eingespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung im Schub erfolgt.
6. Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, dessen Leitungssystem einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich aufweist, mit wenigstens einer Pumpe, die den Kraftstoff von dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich fördert, mit Mittel zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich, mit einem Druckbegrenzungsventil, das den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet, wenn der Druck im Hochdruckbereich einen Schwellwert übersteigt, mit Mitteln, die in vorgebbaren Betriebszuständen die Mittel zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich derart ansteuern, daß das Druckbegrenzungsventil im fehlerfreien Zustand den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet, und die den Druck im Hochdruckbereich zur Erkennung einer Fehlfunktion des Druckbegrenzungsventils auswerten.
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