DE19626690A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer BrennkraftmaschineInfo
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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 zur
Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems sind aus der
US-A 52 41 933 bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Überwachung eines 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.
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 bei diesen Anordnungen ist, daß ein Fehler erst
bei einem starken Druckabfall erkannt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Vorrichtung und einem Verfahren zur Überwachung eines
Kraftstoffzumeßsystems der eingangs genannten Art möglichst
einfach und sicher Fehler zu erkennen. Diese Aufgabe wird
durch die in unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
Aus der DE-OS 42 43 178 (US-A 5 404 750) sind ebenfalls ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines
Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Mit
dem dort beschriebenen Verfahren werden undichte
Einspritzventile erkannt, durch die ständig Kraftstoff in
die Brennräume gelangt. Um solche undichte Einspritzventile
zu erkennen, erfolgt nach dem Start der Brennkraftmaschine
eine Zündung in allen Zylindern, ohne daß ein Ansteuersignal
zur Einspritzung vorgegeben wird. Erfolgt ein
Drehzahlanstieg, der eine Verbrennung anzeigt, so beruht
dies auf einem undichten Einspritzventil.
Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist es, daß Fehler im
laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine nicht erkannt
werden können. Tritt während des Betriebs der
Brennkraftmaschine ein Fehler auf, so kann dieser nicht
erkannt werden. Dies kann zu einer Beschädigung bzw. einer
Zerstörung der Brennkraftmaschine führen.
Aus der DE-OS 40 35 958 ist eine Vorrichtung zur Erkennung
von Aussetzern bekannt. Hierbei wird überwacht, ob nach
einer Einspritzung bzw. einer Zündung ein Drehzahlanstieg
erfolgt. Erfolgt dieser nicht so wird ein Aussetzer als eine
ausbleibende Zündung oder eine unzureichende Verbrennung
erkannt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
erfindungsgemäßen Vorrichtung können Fehler im Zumeßsystem
insbesondere Fehler die zu einer ständigen
Kraftstoffeinspritzung in einzelne Brennräume führten,
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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
Fig. 1
ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2
den Verlauf des Drehzahlsignals über der Zeit t aufgetragen
und Fig. 3 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am
Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine
dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels
Magnetventilen gesteuert wird. Die in Fig. 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
erfolgt.
Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über
einen Ansaugleitung 105 Frischluft zugeführt bekommt und
über eine Abgasleitung 110 Abgase abgibt.
Bei der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um
eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Jedem Zylinder der
Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122 und 123
zugeordnet. Den Injektoren wird über Magnetventile 130, 131,
132 und 133 Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt
von einem sogenannten Rail 135 über die Injektoren 120, 121,
122 und 123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.
Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe
145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die
Hochdruckpumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer
Kraftstofförderpumpe 155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe
steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Verbindung.
Das Ventil 150 umfaßt eine Spule 152. Die Magnetventile 130,
131, 132 und 133 enthalten Spulen 140, 141, 142 und 143, die
jeweils mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagt
werden können. Die Endstufe 175 ist vorzugsweise in einem
Steuergerät 170 angeordnet, das auch die Spule 152
ansteuert.
Desweiteren ist ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im
Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das
Steuergerät 170 leitet.
Zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem Rail 135 ist ein
Druckregelventil bzw. ein Druckbegrenzungsventil 190
angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 190 ist zwischen der
Verbindungsleitung zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem
Rail 135 und einer Rücklaufleitung 195 angeordnet. Über die
Rücklaufleitung 195 gelangt Kraftstoff zurück in den
Vorratsbehälter 160. Das Druckregelventil kann von der
Steuerung 170 angesteuert werden und gibt bei Vorliegen
eines entsprechenden Ansteuersignals die Verbindung zwischen
dem Rail 135 und der Rücklaufleitung 195 und damit dem
Vorratsbehälter 160 frei.
Mit 180 ist ein Sensor bezeichnet, der die Markierungen auf
einer rotierenden Welle 185 abtastet. Bei der rotierenden
Welle handelt es sich vorzugsweise um die Kurbelwelle oder
eine anderen mit der Kurbelwelle gekoppelten drehenden
Welle, wie beispielsweise der Nockenwelle oder dem
Anlasserzahnkranz. Die Anzahl der Markierungen entspricht
dabei der Anzahl der Zylinder. Die Markierungen auf der
rotierenden Welle 185 werden von dem Geber 180 abgetastet.
Dies Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die
Kraftstofförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem
Vorratsbehälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145.
Die Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen
vorgebbaren 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.
Durch Bestromen der Spulen 140 bis 143 werden die
entsprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert. Die
Ansteuersignale für die Spulen legen dabei den
Einspritzbeginn und das Einspritzende des Kraftstoffs durch
die Injektoren 120 bis 123 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 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 Druckerhöhung in
einem Zylinder führen und bis zur Motorzerstörung reichen,
wenn die Zylinderspitzendrücke bzw. die zulässigen
Temperaturen überschritten werden.
Die Markierungen auf der rotierenden Welle 185 werden von
dem Geber 180 abgetastet. Die Drehzahlerfassung erfolgt
durch eine Zeitmessung zwischen den Markierungen. Pro
Verbrennung werden zwei Drehzahlwerte ermittelt.
In Fig. 2 sind Momentandrehzahlwerte N(i) sowie die
tatsächliche Drehzahl N über der Zeit t aufgetragen. Bei
einem Verbrennungszyklus steigt die Drehzahl von einem
minimalen Wert auf einen maximalen Wert an und fällt dann
wieder auf den minimalen Wert ab. Bei jedem
Verbrennungsvorgang wiederholt sich dieser Vorgang. Werden
die Markierungen geeignet angeordnet, so liegt ein
Meßintervall vor der Verbrennung und ein Meßintervall nach
der Verbrennung. Die Lage der Markierungen ist mittels eines
Punktes in Fig. 2 dargestellt.
Ausgehend von dem Abstand der jeweils zurückliegenden zwei
Impulse, die von den Markierungen ausgelöst werden, ergibt
sich ein Drehzahlwert. Die im Steuergerät 170 vorliegende
Drehzahl nimmt jeweils vor der Verbrennung in einen Zylinder
einen niederen und nach der Verbrennung einen hohen Wert an.
Der hohe Wert beruht auf einer erfolgten Verbrennung. Die
tatsächliche Drehzahl steigt bei einer Verbrennung in einem
Zylinder an. Anschließend erfolgt ein Drehzahlabfall während
der Verdichtung.
Durch die gewählte Anordnung des Drehzahlgebers 180, 185
treten diese Drehzahlschwankung auch in dem vom Steuergerät
verwendeten Signal N(i) auf. Wird einem Zylinder mehr
Kraftstoff zugemessen als den übrigen Zylinder, so hat dies
zur Folge, daß der Drehzahlanstieg bei diesem Zylinder
wesentlich höher ist als bei den übrigen Zylindern.
Erfindungsgemäß erfolgt die Leckageerkennung bei
Common-Rail-Systemen mittels einer Aussetzererkennung. Bei einer
Aussetzererkennung wird anhand verschiedener Signale
überwacht, ob in allen Zylindern eine gleichförmige
Verbrennung erfolgt. Hierzu wird ein Signal ausgewertet, das
eine gleichförmige Verbrennung in allen Zylindern der
Brennkraftmaschine anzeigt. Weicht dieses Signal von seinem
erwarteten Wert ab, so wird auf Leckage erkannt. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn erst dann auf Fehler erkannt wird,
wenn das Signal mehrmals von seinem erwarteten Wert
abweicht.
Zur Aussetzererkennung wird üblicherweise überwacht, ob ein
Zylinder einen kleineren Beitrag zur Arbeitsleistung der
Brennkraftmaschine beiträgt. Erfindungsgemäß wird eine
Leckage erkannt, wenn ein Zylinder einen zu großen Beitrag
zur Leistung liefert. Die Verfahren zur Auswertung bei einer
Aussetzererkennung und der Leckageerkennung entsprechen
sich. Sie unterscheiden sich im wesentlichen nur darin daß
zur Leckageerkennung eine erhöhte Einspritzmenge und bei der
Aussetzererkennung eine zu kleine Menge detektiert werden.
Bei einer mögliche Ausführungsform zur Leckageerkennung wird
der Drehzahlanstieg bei der Verbrennung überwacht.
Alternativ oder ergänzend zum Drehzahlanstieg können auch
andere Signale verwendet werden. Üblicherweise wird zur
Aussetzererkennung dieser Drehzahlanstieg dahingehend
überwacht, ob er einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
Ist dies nicht der Fall, das heißt der Drehzahlanstieg ist
zu gering, so wird ein Aussetzer, dies bedeutet eine
unzureichende Verbrennung oder eine ausgebliebene Zündung,
erkannt. Insbesondere bei kleinen Lasten oder im
Schubbetrieb wird die normale Aussetzererkennung
abgeschaltet, da alle Zylinder nur einen sehr kleinen oder
gar keinen Beitrag zum Drehmoment leisten. Diesen
Betriebsbedingungen liegt kein oder nur ein sehr geringer
Drehzahlanstieg vor.
In diesem Betriebsbereich kann aber überwacht werden, ob der
Arbeitsbeitrag eines Zylinders größer als ein maximal
zulässiger Wert ist. Wird ein solcher unzulässig hoher
Anstieg der Drehzahl erkannt, so ist von einem undichten
Injektor auszugehen, da üblicherweise im Schub keine
Einspritzung und damit keine Verbrennung erfolgt.
Da Kraftstoff bei einer inneren Leckage, beispielsweise bei
einem undichten Injektor, ständig in den Zylinder gelangt,
kann die Zündung auch bereits vor dem oberen Totpunkt
erfolgen. In diesem Fall trägt die Verbrennung nicht zum
Drehzahlanstieg bei. Durch den zusätzlichen Kraftstoff folgt
eine verzögerte Verbrennung, die dem üblichen Aussetzer
entspricht. Erfindungsgemäß wird daher in allen
Betriebszuständen überwacht, ob die Drehzahl unzulässig hoch
ansteigt bzw. ob der Drehzahlanstieg kleiner als ein
Schwellwert ist. Sobald der Drehzahlanstieg außerhalb eines
vorgebbaren Fensters liegt, wird auf Aussetzer oder Fehler
erkannt. Die Schwellwerte, die das Fenster definieren,
innerhalb dem ein Aussetzer erkannt wird, sind vorzugsweise
in einem Kennfeld abhängig von der Drehzahl N und der
Kühlwassertemperatur TW abgespeichert.
In Fig. 3 ist anhand eines Flußdiagramms ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. In Schritt 300 wird der Drehzahlwert N(2*Z) vor
der aktuellen Verbrennung, d. h. bei der Verdichtung erfaßt.
Anschließend in Schritt 310 wird der Drehzahlwert N(2*Z + 1)
nach der aktuellen Verbrennung erfaßt.
In Schritt 320 wird der Mittelwert NAM der Drehzahlanstiege
berechnet. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise gemäß der
nachfolgenden Formel.
Hierbei entspricht Z der Anzahl der Zylinder der
Brennkraftmaschine bei der Größe k handelt es sich um eine
Variable. Bei den Werten N (k) handelt es sich jeweils um
die Momentandrehzahlwerte. Der Wert NAM entspricht dem über
zwei Motorzyklen, das heißt über 2*Z-Verbrennungen,
gemittelten Drehzahlanstiege.
Im nächsten Schritt 330 wird der Schwellwert SW als Funktion
F von der Drehzahl N und der Kühlwassertemperatur TW
vorgegeben. Dieser Schwellwert SW gibt an um welchen Wert
der aktuelle Drehzahlanstieg NAA von dem mittleren
Drehzahlanstieg NAM abweichen kann bevor ein Fehler erkannt
wird.
Im nächst folgenden Schritt 340 wird der aktuelle Wert NAA
für den Drehzahlanstieg der aktuellen Verbrennung bestimmt.
Dies erfolgt gemäß der folgenden Formel:
NAA = N(2*z + 1) - N(2*z).
Die anschließende Abfrage 350 überprüft, ob die Differenz
zwischen dem aktuellen Drehzahlanstieg NAA und dem mittleren
Drehzahlanstieg NAM größer als der Schwellwert SW ist. Ist
dies der Fall, die Drehzahl steigt nach der Verbrennung auf
einen unzulässig hohen Wert an, so wird in Schritt 360 ein
Fehlerzähler FZ um 1 erhöht. Ein Fehler wird erkannt, wenn
ein momentaner Drehzahlwert unzulässig ansteigt.
Insbesondere wird ein unzulässiger Anstieg des momentanen
Drehzahlwerts erkannt, wenn der momentane Drehzahlwert um
mehr als ein Schwellwert von einem mittleren Drehzahlwert
abweicht.
Die sich anschließende Abfrage 365 überprüft, ob der
Fehlerzähler FZ größer als ein Schwellwert ZS ist. Ist dies
der Fall, wird in Schritt 370 auf einen fehlerhaften
Injektor erkannt. Durch die Schritte 360 und 365 wird
erreicht, daß nicht jeder unzulässige Anstieg der Drehzahl
zu einer Fehlererkennung und damit zu einer Notabschaltung
der Brennkraftmaschine führt. Bei einer vereinfachten
Ausführungsform können diese Schritte auch weggelassen
werden.
Erkennt die Abfrage 350, daß die Differenz NAA-NAM nicht
größer ist als der Schwellwert SW, so folgt die Abfrage 380
diese überprüft, ob der Leerlauf zustand LL vorliegt. Ist
dies nicht der Fall, so folgt unmittelbar Schritt 390. Ist
dies der Fall, so wird in Schritt 385 überprüft, ob die
Differenz NAA-NAM kleiner als der Schwellwert SW ist. Ist
dies der Fall, so wird ebenfalls in Schritt 360 der Zähler
FZ erhöht. Ist dies nicht der Fall, so folgt ebenfalls
Schritt 390. In Schritt 390 werden die Werte für die
Drehzahlen der vorhergehenden Zumessung mit den Werten der
aktuellen Zumessung überschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird überprüft, ob die Drehzahl
nach der Verbrennung unzulässig stark ansteigt. Ist dies der
Fall, so wird auf Fehler erkannt. Bei einer bevorzugten
Ausgestaltung wird erst dann auf Fehler erkannt und
entsprechende Maßnahmen eingeleitet, wenn mehrmals ein
Fehler aufgetreten ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
überprüft wird, ob jeweils beim gleichen Zylinder ein Fehler
aufgetreten ist. In diesem Fall kann der defekte Injektor
erkannt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß im
Schubbetrieb verschärfte Grenzwerte verwendet werde. Dies
bedeutet, daß der Schwellwert SW in Schritt 330 abhängig
davon, ob der Schubbetrieb vorliegt oder nicht
unterschiedliche Grenzwerte gewählt werden. Im Schubbetrieb
werden kleinere Werte für den Schwellwert SW vorgegeben.
Dies bedeutet im Schubbetrieb hat schon ein geringerer
Anstieg der Drehzahl eine Fehlererkennung zur Folge.
Claims (9)
1. Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems
einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung von
Fehlern im Bereich der Kraftstoffeinspritzung ein Signal
ausgewertet wird, daß eine gleichförmige Verbrennung in den
Zylindern der Brennkraftmaschine anzeigt, wobei ein Fehler
im Bereich der Kraftstoffeinspritzung erkannt wird, wenn das
Signal von einem erwarteten Wert abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine unzulässig lange Einspritzung und/oder eine unzulässig
große eingespritzte Kraftstoffmenge erkannt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn
wenigstens ein Zylinder der Brennkraftmaschine eine zu hohe
Arbeitsleistung bereitstellt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn
ein momentaner Drehzahlwert unzulässig ansteigt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
ausgehend von wenigstens zwei Drehzahlwerten eine
Drehzahländerung ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
ein unzulässiger Anstieg des momentanen Drehzahlwerts
erkannt wird, wenn die Drehzahländerung um mehr als ein
Schwellwert von einer mittleren Drehzahländerung abweicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erst dann erkannt
wird, wenn das Signal mehrmals von dem erwarteten Wert
abweicht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein defekter Injektor erkannt
wird.
9. Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems
einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind,
die zur Erkennung von Fehlern im Bereich der
Kraftstoffeinspritzung ein Signal auswerten, daß eine
gleichförmige Verbrennung in den Zylindern der
Brennkraftmaschine anzeigt, wobei die Mittel ein Fehler im
Bereich der Kraftstoffeinspritzung erkennen, wenn das Signal
von einem erwarteten Wert abweicht.
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