DE60117090T2 - Verfahren zur Bestimmung von Leckagen in einem Einspritzungsystem mit Verteilerleitung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung von Leckagen in einem Einspritzungsystem mit Verteilerleitung in einem Verbrennungsmotor Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit in einem Hochdruckeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors.
  • Bekanntlich sind die schlimmsten und gefährlichsten der verschiedenen Probleme, die in einem Hochdruckeinspritzsystem auftreten können, dass eine oder mehrere der Einspritzvorrichtungen in der offenen Position stecken bleibt bzw. bleiben und Kraftstoff im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf austritt, was zu einem Kraftstoffaustritt in Form eines sehr feinen Sprühnebels führt.
  • Einerseits kann ein Austreten von Hochdruckkraftstoff einen Brand verursachen, sollte der Kxaftstoffsprühnebel auf besonders heiße Motorenflächen auftreffen; und andererseits führt eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung zu einer kontinuierlichen Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern, was wiederum nicht nur zu einem übermäßigen Kraftstoffverbrauch, sondern auch zu einer ungewöhnlich starken Verbrennung führt, die durch Druckspitzen und eine erhebliche Temperaturzunahme in den Zylindern gekennzeichnet ist.
  • Solche Fehler können nur so lange toleriert werden, solange sie keinen ernsten Schaden am Motor, z.B. an der Pleuelstange, dem Kolben oder den Einspritzdüsen verursachen, und sie können die Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs sofort beeinträchtigen.
  • Um sich gegen solche Gefahren zu schützen, wurden Diagnoseeinheiten vorgeschlagen, um eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem zu erfassen und so auf das Einspritzsystem einzuwirken, dass die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen unterbrochen und der Motor somit unverzüglich angehalten wird.
  • Konkreter ausgedrückt arbeiteten solche Einheiten so, dass sie den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung oder den Gesamtkraftstoffverbrauch des Motors mit jeweiligen Schwellenwerten verglichen und dementsprechend das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein irgendwelcher gefährlicher Situationen bestimmten.
  • Einspritzsysteme mit gemeinsamer Kraftstoffleitung, auch Common Rail-Systeme genannt, sind jedoch auch anfällig für eine Kraftstoffundichtigkeit im Niederdruckkraftstoffversorgungskreislauf – die beispielsweise durch Haarrisse in den Niederdruckleitungen verursacht wird – oder für fehlerhafte Niederdruckkraftstoffkreislaufbauteile, die eine richtige Kraftstoffzufuhr zum Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf verhindern.
  • Solche Undichtigkeiten und Defekte sind jedoch nicht so ernst wie eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung oder ein Hochdruckkraftstoffsprühnebel, weil sie die Motorleistung oder die Sicherheit des Fahrzeugs nicht unmittelbar beeinträchtigen, das in solchen Fällen nämlich zumindest noch bis zur nächsten Reparaturwerkstatt sicher gefahren werden kann.
  • Bekannte Diagnoseeinheiten der vorstehenden Art waren jedoch nicht in der Lage, zwischen einer Kraftstoffundichtigkeit im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf und einer Kraftstoffundichtigkeit oder Fehlern im Niederdruckkraftstoffkreislauf zu unterscheiden, so dass auch in Fällen kleinerer, ungefährlicher Fehler im Niederdruckkraftstoffkreislauf die bekannten Diagnoseeinheiten das Fahrzeug sofort lahm legten, wodurch dem Fahrer erhebliche Unannehmlichkeiten entstanden, die in keinem Verhältnis zu der direkt bestehenden Gefahr standen.
  • Eine der vielen vorgeschlagenen Lösungen, um den obigen Nachteil zumindest teilweise abzuschaffen, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 786 593 des Anmelders beschrieben, die eine Kraftstoffauffangstruktur vorschlägt, um ein Auslaufen von Kraftstoff aus den Hochdruckkraftstoffversorgungsleitungen zu bestimmen, die die Einspritzvorrichtungen mit der gemeinsamen Kraftstoffleitung verbinden.
  • Konkreter ausgedrückt umfasst die Kraftstoffauffangstruktur eine Anzahl von Hülsen aus Elastomerwerkstoff, die die Versorgungsleitungen der Einspritzvorrichtungen umgreifen und jeglichen aus den Leitungen auslaufenden Kraftstoff auffangen sollen; einen Auffangsammler, der mit den Hülsen verbunden ist und aus den Hülsen jeglichen aus den Versorgungsleitungen der Einspritzvorrichtungen auslaufenden Kraftstoff sammeln soll; einen Flüssigkeitssensor, der am Boden des Auffangsammlers angeordnet ist, um ein Lecksignal zu erzeugen, das das Vorhandensein von Kraftstoff im Auffangsammler anzeigt; und eine an den Flüssigkeitssammler angeschlossene Alarmschaltung, um beim Vorhandensein von Kraftstoff im Auffangsammler ein Alarmsignal zu erzeugen.
  • Obwohl die vorstehende Lösung in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
  • Konkreter ausgedrückt wird eine Kraftstoffundichtigkeit aus den Hochdruckversorgungsleitungen unter Verwendung zusätzlicher, zweckgebundener Bauteile bestimmt, die normalerweise im Fahrzeug nicht vorgesehen sind – wie etwa die Hülsen, der Auffangsammler, der Flüssigkeitssensor und die Alarmschaltung – und die, abgesehen davon, dass sie zur Herstellung oder zum Kauf und Zusammenbau Geld kosten, auch regelmäßiger Wartung bedürfen.
  • Darüber hinaus war die vorstehend beschriebene Auffangstruktur nur in der Lage, einen Fehlertyp im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf zu bestimmen – nämlich ein Auslaufen aus den Hochdruckversorgungsleitungen – so dass irgendwelche anderen Fehler im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf wie eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung undiagnostiziert blieben.
  • Eine andere Lösung, die vorgeschlagen wurde, um die vorstehenden Nachteile zumindest teilweise abzuschaffen, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 785 349 des Anmelders beschrieben, die eine Diagnoseeinheit vorschlägt, die dazu ausgelegt ist, die Fehlerart im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf zu bestimmen und insbesondere zwischen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung und einem allgemeinen Fehler im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf zu unterscheiden.
  • Konkreter ausgedrückt nutzt die Diagnoseeinheit ein Beschleunigungssensorsignal, das sich auf die Motorschwingungsstärke bezieht und von einem Beschleunigungssensor am Motorblock erzeugt wird; und ein Lagesignal, das die Winkellage der Antriebswelle (den Motorwinkel) angibt. Im Spezielleren vergleicht die Diagnoseeinheit die Amplitude des Beschleunigungssensorsignals mit einem ersten Bezugswert; vergleicht mit einem zweiten Bezugswert den Motorwinkelwert, bei dem die Amplitude des Beschleunigungssensorsignals den ersten Bezugswert überschreitet; und bestimmt einen Zustand einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung entsprechend dem Ergebnis der beiden Vergleiche.
  • Obwohl die vorstehende Lösung in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
  • Konkreter ausgedrückt wird die Fehlerart im Hochdruckkraftstoffversorgungskreislauf unter Verwendung eines zusätzlichen, zweckgebundenen Bauteils bestimmt, das normalerweise im Fahrzeug nicht vorgesehen ist, d.h. den Beschleunigungssensor, der, abgesehen davon, dass er zur Herstellung oder zum Kauf und Zusammenbau Geld kostet, auch regelmäßiger Wartung bedarf.
  • Um den vorstehenden Nachteil abzuschaffen, schlägt die europäische Patentanmeldung EP 0 785 358 des Anmelders eine Diagnoseeinheit vor, die dazu ausgelegt ist, die Fehlerart im Kraftstoffversorgungskreislauf insgesamt zu bestimmen und insbesondere zwischen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung und einem allgemeinen Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf zu unterscheiden, ohne einen zusätzlichen Beschleunigungssensor einsetzen zu müssen, der normalerweise im Fahrzeug nicht vorgesehen ist.
  • Konkreter ausgedrückt bestimmt die Diagnoseeinheit zuerst das Vorhandensein von Fehlern im Kraftstoffversorgungskreislauf, indem sie den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung oder den Gesamtkraftstoffverbrauch des Motors mit jeweiligen Schwellenwerten vergleicht; und, falls Fehler entdeckt werden, zwischen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung und einem allgemeinen Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf auf Grundlage des Motordrehmoments unterscheidet, das unter Verwendung eines Lage- und Geschwindigkeitssignals bestimmt wird, das die Geschwindigkeit und Winkellage der Antriebswelle angibt und von einer Erfassungsvorrichtung für die Antriebswellengeschwindigkeit und – winkellage erzeugt wird, die bereits im Fahrzeug vorgesehen ist und im Wesentlichen ein an der Antriebswelle angebrachtes Schallrad und einen elektromagnetischen Sensor umfasst, der dem Schallrad zugeordnet ist.
  • Konkreter ausgedrückt reduziert – insbesondere unterbricht – die Diagnoseeinheit, wenn irgendwelche Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf entdeckt werden, die Kraftstoffeinspritzung in jeden Motorzylinder; berechnet auf Grundlage des Lage- und Geschwindigkeitssignals den Beitrag jedes Zylinders zum Wert des vom Motor erzeugten Nutzdrehmoments; vergleicht jeden Beitrag mit einem jeweiligen Bezugswert; und bestimmt einen Zustand einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung, wenn mindestens ein Beitrag über dem jeweiligen Bezugswert liegt, und einen Fehlerzustand im Kraftstoffversorgungskreislauf wenn alle Beiträge unter den jeweiligen Bezugswerten liegen.
  • Das heißt, wenn die diagnostizierte Kraftstoffundichtigkeit durch einen Fehler im Kraftstoffversorgungskreislauf verursacht wird, erzeugt die Reduktion der in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge eine entsprechende Reduktion beim Nutzdrehmomentbeitrag jedes Zylinders; welche Reduktion leicht als eine Funktion der reduzierten Einspritzzeit jeder Einspritzvorrichtung berechnet werden kann. Umgekehrt erzeugt die Reduktion der eingespritzten Kraftstoffmenge, wenn die diagnostizierte Kraftstoffundichtigkeit von einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung verursacht wird, eine geringere Reduktion beim Nutzdrehmomentbeitrag als im vorherigen Fall, die daher kommt, dass die in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung dem jeweiligen Zylinder kontinuierlich Kraftstoff zuführt, der deshalb keine Reduktion bei seinem Beitrag zum Nutzdrehmoment zeigt, das vom Motor erzeugt wird.
  • Obwohl die vorstehende Lösung in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, weist sie dennoch mehrere Nachteile auf, die verhindern, dass ihre Vorteile voll genutzt werden können.
  • Konkreter ausgedrückt unterscheidet sich eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung dadurch von einem allgemeinen Fehler im Hochdruckversorgungskreislauf dass der Beitrag jedes Zylinders zu dem vom Motor erzeugten Nutzdrehmoment mit einem jeweiligen Bezugswert verglichen wird. Computersimulation und Straßentests, die der Anmelder durchführte, zeigten jedoch, dass auf dem vorstehenden Vergleich beruhende Fehlerdiagnosen bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen unzuverlässig sind. Insbesondere können Fehlererkennungsprobleme während Betriebsübergangszuständen des Motors, z.B. beim Loslassen des Gaspedals, auftreten.
  • Die DE 196 26 690 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Kraftstoffmesssystems für einen Verbrennungsmotor, wobei ein Signal, das eine gleichmäßige Verbrennung in den Zylindern anzeigt, ausgewertet wird, um Fehler im Kraftstoffeinspritzbereich zu bestimmen, und ein Fehler erfasst wird, wenn das Signal von einem vorweggenommenen Wert abweicht. Eine unzulässig lange Einspritzung und/oder eine unzulässig große Einspritzmenge kann erfasst werden. Ein Fehler wird beispielsweise dann erfasst, wenn mindestens ein Zylinder zuviel Leistung abgibt.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leckdiagnoseverfahren oder Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit bereitzustellen, das dazu ausgelegt ist, die zuvor erwähnten Nachteile aus der Welt zu schaffen.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 definiertes Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit in einem Hochdruckeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors bereitgestellt.
  • Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
  • 1 zeigt ein vereinfachtes Schaubild eines Einspritzsystems mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung;
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Leckdiagnoseverfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • Die Zahl 1 in 1 bezeichnet insgesamt ein Einspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoffleitung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor 2, der eine Anzahl von Zylindern 4, eine Ausgangswelle 6 (die durch die unterbrochene Linie nur schematisch dargestellt ist) und ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 8 umfasst.
  • Konkreter ausgedrückt sorgt das Abgasrückführungssystem 8 dafür, dass ein Teil des Abgases im Abgasrohr des Motors in das Ansaugrohr des Motors 2 zurückgeführt wird, um die Verbrennungstemperatur und die Bildung von Stickoxid (NOx) zu reduzieren und ist in 1 schematisch durch ein Rohr 10 gezeigt, das mit einem Regelventil 12 bestückt ist.
  • Das Einspritzsystem 1 umfasst im Wesentlichen eine Anzahl von Einspritzvorrichtungen 14, die den Zylindern 4 des Motors 2 Kraftstoff unter hohem Druck zuführen; einen Hochdruckversorgungskreislauf 16, der den Einspritzvorrichtungen 14 Kraftstoff mit hohem Druck zuführt; und einen Niederdruckversorgungskreislauf 18, der dem Hochdruckversorgungskreislauf 16 Kraftstoff bei niedrigem Druck zuführt.
  • Der Niederdruckversorgungskreislauf 18 umfasst einen Kraftstofftank 20; eine Zuleitungspumpe 22, z.B. eine im Kraftstofftank 20 versenkte Elektropumpe (die aber der Klarheit wegen außerhalb des Tanks 20 gezeigt ist); eine Hochdruckpumpe 24, die an die Zuleitungspumpe 22 durch eine Niederdruckversorgungsleitung 26 angeschlossen ist; und einen Kraftstoff-Filter 28, der entlang der Niederdruckversorgungsleitung 26 zwischen der Zuleitungspumpe 22 und der Hochdruckpumpe 24 angeordnet ist.
  • Der Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst eine bekannte gemeinsame Kraftstoffleitung 30, die durch eine Hochdruckversorgungsleitung 32 an die Hochdruckpumpe 24 und durch jeweilige Hochdruckversorgungsrohre 34 an die Einspritzvorrichtungen 14 angeschlossen ist, die auch durch jeweilige Rückführungsrohre 36 an eine Abzugsleitung 38 angeschlossen sind, die wiederum an den Tank 20 angeschlossen ist, um einen Teil des verbrauchten Kraftstoffs auf bekannte Weise durch und für den Betrieb der Einspritzvorrichtungen 14 wieder in den Tank 20 zurückzuführen.
  • Die Abzugsleitung 38 ist auch durch ein jeweiliges Rückführungsrohr 40 an die Hochdruckpumpe 24, und durch jeweilige Rückführungsrohre 42 und jeweilige Überdruckventile 44 an die Zuleitungspumpe 22 und den Kraftstoff-Filter 28 angeschlossen.
  • Die Hochdruckpumpe 24 ist mit einem (schematisch gezeigten) Ein-/Aus-Ventil 46, einem sogenannten Sperrventil ausgestattet, um eine Zufuhr zu den Pumpelementen (nicht gezeigt) der Hochdruckpumpe 24 zuzulassen, wenn ein Druckunterschied zwischen der Hochdruckversorgungsleitung 26 und dem Rückführungsrohr 40 besteht.
  • Der Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst auch einen Druckregler 48, der durch ein Rückführungsrohr 50 zwischen der Hochdruckversorgungsleitung 32 und der Abzugsleitung 38 angeschlossen ist und, wenn er aktiviert wird, dafür sorgt, dass ein Teil des Kraftstoffs, der durch die Hochdruckpumpe 24 der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 zugeführt wird, zurück in den Tank 20 geleitet wird und somit auf nicht im Einzelnen beschriebene, bekannte Weise den Druck des durch die Hochdruckpumpe 24 zugeführten Kraftstoffs und somit den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 regelt.
  • Der Hochdruckversorgungskreislauf 16 umfasst auch ein Überdruckventil 52, das auf einer Seite an die gemeinsame Kraftstoffleitung 30 und auf der anderen Seite durch ein Rückführungsrohr 54 an die Abzugsleitung 38 angeschlossen ist und verhindert, dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Druckleitung 30 einen vorbestimmten Höchstwert überschreitet.
  • Das Einspritzsystem 1 umfasst auch ein Diagnosesystem 56 zum Erfassen und Diagnostizieren einer Undichtigkeit im Einspritzsystem 1.
  • Konkreter ausgedrückt umfasst die Diagnoseeinheit 56 einen Drucksensor 58, der an die gemeinsame Kraftstoffleitung 30 angeschlossen ist und ein Drucksignal SP erzeugt, das sich auf den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 und somit auf den Kraftstoffeinspritzdruck bezieht; und eine Erfassungsvorrichtung 60 zum Erfassen der Geschwindigkeit und Winkelposition der Ausgangswelle 6, und die wiederum ein an der Ausgangswelle 6 angebrachtes, bekanntes Schallrad 62 und einen elektromagnetischen Sensor 64 umfasst, der dem Schallrad 62 zugewandt ist und ein Lage- und Geschwindigkeitssignal SA erzeugt, das die Geschwindigkeit und die Winkelposition des Schallrads 62 und somit die Geschwindigkeit und Winkelposition der Ausgangswelle 6 angibt.
  • Die Diagnoseeinheit 56 umfasst auch eine zentrale elektronische Steuereinheit 66 (die beispielsweise einen Teil einer nicht gezeigten zentralen Motorsteuereinheit bildet), um das Einspritzsystem 1 zu steuern, und die das Drucksignal SP und das Positions- und Geschwindigkeitssignal SA empfängt, ein erstes Steuersignal, das dem Druckregler 48 zugeführt wird, ein zweites Steuersignal, das der Zuleitungspumpe 22 zugeführt wird, und ein drittes Steuersignal erzeugt, das den Einspritzvorrichtungen 14 zugeführt wird, und die Arbeitsvorgänge ausführt, die nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben werden, um:
    • • das Vorhandensein eines Fehlers im Einspritzsystem zu erfassen;
    • • zu bestimmen, ob der Fehler auf eine oder mehrere in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung/en zurückzuführen ist; oder auf eine Undichtigkeit im Kraftstoffversorgungskreislauf, die zum Beispiel durch Risse in den Hochdruckrohren verursacht werden; oder auf einen allgemeinen Fehler im Niederdruckversorgungskreislauf; und
    • • je nach der diagnostizierten Fehlerart entsprechend auf das Einspritzsystem 1 einzuwirken.
  • Konkreter ausgedrückt wird jeder der nachstehend mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 2 beschriebenen Diagnosevorgänge von der zentralen elektronischen Steuereinheit 66 mit einer Frequenz wiederholt, die im Gegensatz dazu, konstant zu sein, von der Drehzahl des Motors 2 abhängt.
  • Beispielsweise kann jeder der Leckdiagnosevorgänge im Ablaufdiagramm von 2 durch die zentrale elektronische Steuereinheit 66 bei jeder Kraftstoffeinspritzung, d.h. bei jedem Motorzyklus erfolgen.
  • Konkreter ausgedrückt erfasst die zentrale elektronische Steuereinheit 66, wie in 2 gezeigt ist, zuerst das Drucksignal SP und das Positions- und Geschwindigkeitssignal SA (Block 100) und bestimmt als Funktion des Drucksignals SP den momentanen Druckwert PRAIL des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30, und als Funktion des Positions- und Geschwindigkeitssignals SA eine Größe AC1, die sich auf den Beitrag jedes Zylinders 4 zum vom Motor 2 erzeugten Nutzdrehmoment bezieht (Block 110).
  • Im Spezielleren definiert sich die Größe AC1 durch den Beitrag jedes Zylinders 4 zur Winkelbeschleunigung der Ausgangswelle 6 des Motors 2, die im Folgenden als "Winkelbeschleunigungsbeitrag ACi" bezeichnet wird – worin das tiefgestellte "i" den jeweiligen Zylinder 4 angibt – und lässt sich beispielsweise so berechnen, wie im Detail in der europäischen Patentanmeldung EP 637 738 des Anmelders beschrieben ist.
  • Den Winkelbeschleunigungsbeitrag im Gegensatz zum Drehmomentbeitrag zu berechnen, wird bevorzugt, erstens, weil bekanntlich die beiden Größen in engem Bezug stehen – vor allem proportional sind – und zweitens, weil die Berechnung des Drehmomentbeitrags jedes Zylinders ohnehin zwangsläufig auf die Berechnung des Winkelbeschleunigungsbeitrags hinausläuft.
  • Die zentrale elektronische Steuereinheit 66 filtert dann die Winkelbeschleunigungsbeiträge ACi jedes Zylinders 4, um für jeden Zylinder 4 eine Sequenz gefilterter Winkelbeschleunigungsbeiträge ACF1 herzustellen (Block 120). Konkreter ausgedrückt weiden die Winkelbeschleunigungsbeiträge ACi jedes Zylinders 4 auf eine nicht im Einzelnen beschriebenen Weise unter Verwendung eines herkömmlichen digitalen Tiefpassfilters mit einem Durchlassband zum Dämpfen von Schwankungen bei der Motordrehzahl gefiltert, die durch die Übertragung des Drehmoments vom Motor auf die Räder induziert werden.
  • Als Funktion jeweiliger gefilterter Winkelbeschleunigungsbeiträge ACF1 berechnet die zentrale elektronische Steuereinheit 66 dann (Block 130) für jeden Zylinder 4 einen Ungleichgewichtsindex ISi, der das Ungleichgewicht des jeweiligen gefilterten Winkelbeschleunigungsbeitrags ACFi im Hinblick auf die Mittelwerte der gefilterten Winkelbeschleunigungsbeiträge ACFi der anderen Zylinder 4 angibt und nach der folgenden Gleichung berechnet wird:
    Figure 00110001
    worin aj die Gewichtung ist, die jedem gefilterten Winkelbeschleunigungsbeitrag ACFi zugeteilt wird, und beispielsweise ein konstanter Wert aj = 1/(n – 1) sein kann, worin n gleich der Anzahl der Zylinder 4 des Motors 2 ist.
  • Die zentrale elektronische Steuereinheit 66 filtert dann die Ungleichgewichtsindices ISi jedes Zylinders 4, um für jeden Zylinder 4 eine Sequenz gefilterter Ungleichgewichtsindices ISFi herzustellen (Block 140). Im Spezielleren werden die Ungleichgewichtsindices ISi jedes Zylinders 4 auf eine nicht im Einzelnen beschriebene Weise unter Verwendung eines herkömmlichen digitalen Filters gefiltert.
  • Zeitgleich mit den vorstehenden Arbeitsabläufen in den Blöcken 100–140 vergleicht die zentrale elektronische Steuereinheit 66 den momentanen Druckwert PRAIL des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung mit einem Mindestdruckwert PMIN, der eine Funktion der Motordrehzahl ist und den Mindestdruckwert darstellt, unter dem das Einspritzsystem 1 definitiv fehlerhaft funktioniert und eines Vorgangs zur Bestimmung der Ursache bedarf (Block 150).
  • Beispielsweise kann der Mindestdruckwert PMIN zwischen 120 und 200 bar liegen und kann insbesondere ca. 120 bar für Motordrehzahlen unter 2300 U/min, ca. 200 bar für Motordrehzahlen über 2500 U/min betragen, und kann linear von 120 auf 200 bar für Motordrehzahlen zwischen 2300 und 2500 U/min ansteigen.
  • Ist der momentane Druckwert PRAIL größer als der oder gleich dem Mindestdruckwert PMIN (Ausgang NEIN des Blocks 150), diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 keinen Fehler im Einspritzsystem 1 und geht zum Eingang von Block 150 zurück, um weiterhin den momentanen Druckwert PRAIL mit dem Mindestdruckwert PMIN zu vergleichen. Liegt umgekehrt der momentane Druckwert PRAIL unter dem Mindestdruckwert PMIN (Ausgang JA des Blocks 150), diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 eine Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 und führt die nachstehenden Arbeitsvorgänge durch, um zu bestimmen, ob die Undichtigkeit auf eine oder mehrere in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtungen oder einen allgemeinen Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18 zurückzuführen ist.
  • Konkreter ausgedrückt speichert die zentrale elektronische Steuereinheit 66, wenn eine Kraftstoffundichtigkeit entdeckt wird, den gefilterten Ungleichgewichtsindex ISFi jedes Zylinders 4 unmittelbar bevor der Fehler im Einspritzsystem 1 im Block 150 erfasst wird (Block 160), unterbricht die Einspritzung, um die Einspritzvorrichtungen 14 vollständig außer Kraft zu setzen (Block 170), und schließt das Regelventil 12 des Abgasrückführungssystems 8 (Block 180).
  • Im Spezielleren wird das Regelventil 12 des Abgasrückführungssystems 8 geschlossen, um die Verbrennungsasymmetrie in den Zylindern 4 des Motors 2 zu reduzieren, die durch eine anomale Verbrennung verursacht wird, die wiederum durch die Rückführung unverbrannten Kraftstoffs in einem oder mehreren der Zylinder 4 im Falle einer oder mehrerer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtungen 14 bewirkt wird.
  • Dabei berechnet die zentrale elektronische Steuereinheit 66 eine Bereitschaftszeit T0 als Funktion von vorabgespeicherten Schließzeitwerten des Regelventils 12 des Abgasrückführungssystems 8, und der Konvergenz der digitalen Filter, die zum Filtern der Winkelbeschleunigungsbeiträge ACi jedes Zylinders 4 verwendet werden (Block 190), und schaltet während der Bereitschaftszeit T0, die lang genug ist, um den Übergangszustand, der durch die Einspritzunterbrechung und das Schließen des Regelventils 12 entsteht, zu einem Ende kommen zu lassen, auf Bereitschaft (Block 200).
  • Am Ende der Bereitschaftszeit T0 berechnet die zentrale elektronische Steuereinheit 6 für jeden Zylinder 4 einen Differenzungleichgewichtsindex Di, der gleich der Differenz zwischen dem unmittelbar nach dem Ende der Bereitschaftszeit T0 berechneten (d.h. unmittelbar nachdem ein Fehler im Einspritzsystem 1 entdeckt wird) Ungleichgewichtsindex ISi ist, und dem gefilterten Ungleichgewichtsindex ISFi, der unmittelbar bevor ein Fehler im Einspritzsystem 1 erfasst wird, berechnet und gespeichert wird (Block 210). Ein Differenzungleichgewichtsindex Di wird für jeden Zylinder 4 berechnet, um jede Streuung in der Winkelbeschleunigung einzelner Zylinder 4 zu beheben.
  • Die zentrale elektronische Steuereinheit 66 vergleicht dann den Differenzungleichgewichtsindex Di jedes Zylinders 4 mit einem jeweiligen Schwellendifferenzindex DTHi, bei dem es sich um einen konstanten Wert handeln kann, der im Speicher der zentralen elektronischen Steuereinheit 66 abgespeichert ist, oder der sich als Funktion des Motorarbeitspunkts (Lufteinlass, Belastung und Drehzahl, usw.) berechnen lässt (Block 220).
  • Ist der Differenzungleichgewichtsindex Di eines Zylinders 4 kleiner oder gleich dem jeweiligen Schwellendifferenzindex DTHi (Ausgang NEIN von Block 220), diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 einen Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18. Ist umgekehrt der Differenzungleichgewichtsindex Di eines Zylinders größer als der jeweilige Schwellendifferenzindex DTHi (Ausgang JA von Block 220), diagnostiziert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung.
  • Konkreter ausgedrückt begrenzt die zentrale elektronische Steuereinheit 66 beim Erfassen eines Fehlers in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen 16, 18 die Kraftstoffmenge, die den Einspritzvorrichtungen 14 zugeführt wird, um die Höchstmenge an Kraftstoff, die in jeden Zylinder 4 eingespritzt werden kann, zu begrenzen (Block 230); instruiert den Druckregler 48, den Höchstdruck zu begrenzen, den der Kraftstoff innerhalb der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 annehmen kann (Block 240); und führt einen weiteren bekannten, nicht im Einzelnen beschriebenen Diagnosevorgang durch, um zu bestimmen, ob der Fehler im Hochdruckversorgungskreislauf 16 oder im Niederdruckversorgungskreislauf 18 liegt (Block 250).
  • Umgekehrt deaktiviert die zentrale elektronische Steuereinheit 66 beim Erfassen einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung die Zuleitungspumpe 22, um die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen 14 zu unterbrechen (Block 260); öffnet den Druckregler 48, um den Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 abzuziehen (Block 270); und deaktiviert alle Einspritzvorrichtungen 14, um die Kraftstoffzufuhr in die Zylinder 4 zu unterbrechen und somit den Motor 2 abzuschalten (Block 280).
  • Schließlich zeigt die zentrale elektronische Steuereinheit 66 die Art des diagnostizierten Fehlers optisch und/oder akustisch auf fahrzeuginternen optischen oder akustischen Anzeigevorrichtungen an.
  • Die Vorteile des Leckdiagnoseverfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:
    Zuallererst sorgt es für eine Unterscheidung zwischen einer Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1, die durch eine in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung verursacht wird, und einem allgemeinen Fehler in den Hoch- und Niederdruckversorgungskreisläufen, wodurch eine einschneidende Maßnahme am Einspritzsystem 1 zum Anhalten des Motors 2 und von daher des Fahrzeugs ergriffen werden kann, wenn dies durch die Schwere der Situation (in der Offenstellung verklemmte Einspritzvorrichtung) tatsächlich erforderlich ist, und dass in Falle einer weniger ernsthaften Undichtigkeit eine weniger einschneidende Maßnahme am Einspritzsystem 1 ergriffen werden kann, so dass das Fahrzeug die nächste Werkstatt erreichen kann.
  • Darüber hinaus zeigten eine Computersimulation und Straßentests, die vom Anmelder durchgeführt wurden, dass das Diagnoseverfahren nach der vorliegenden Erfindung in jeder Betriebsbedingung des Motors zuverlässig ist, wodurch die Einschränkung des zuvor angesprochenen Diagnoseverfahrens überwunden wird.
  • Selbstverständlich können an dem wie hier beschriebenen und dargestellten Diagnoseverfahren Änderungen vorgenommen werden, ohne dass dabei vom wie in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen würde.
  • Beispielsweise kann eine Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 anders erfasst werden als mit Bezug auf Block 150 beschrieben ist.
  • Konkreter ausgedrückt ist es im Gegensatz dazu, den momentanen Druckwert PRAIL, mit dem Mindestdruckwert PMIN zu vergleichen, möglich, eine Druckabweichung zu berechnen, die gleich der Differenz zwischen dem momentanen Druckwert PRAIL und einem Referenzdruckwert PREF ist, der den gewünschten Kraftstoffdruck angibt; die Druckabweichung mit einem Schwellenwert zu vergleichen; und eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1 zu bestimmen, wenn die Druckabweichung größer ist als der Schwellenwert. Eine Kraftstoffundichtigkeit im Einspritzsystem 1 verhindert nämlich, dass der Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 den gewünschten Druckwert (PREF) erreichen kann, so dass eine übermäßig hohe Druckabweichung unzweifelhaft auf eine Undichtigkeit hindeutet.
  • Alternativ ist es möglich, die relative Einschaltdauer des dem Druckregler 48 zugeführten Steuersignals mit einem Schwellenwert zu vergleichen; und eine Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 zu bestimmen, wenn die relative Einschaltdauer des Steuersignals größer ist als der Schwellenwert. Die Schließdauer des Druckreglers 48 ist nämlich proportional zu der relativen Einschaltdauer des an ihn angelegten Steuersignals, und je länger die Schließdauer des Druckreglers 48 ist, umso höher sollte der Kraftstoffdruck PRAIL in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 30 sein, so dass relative Einschaltdauerwerte des Steuersignals, die über dem normalen Bereich, z.B. konstant über 90% liegen, die Schwierigkeit des Einspritzsystem 1, den gewünschten Einspritzdruck (PREF) zu erreichen und deshalb das Vorhandensein einer Undichtigkeit im Einspritzsystem 1 anzeigen.
  • Darüber hinaus kann der Einspritzunterbrechungszustand, für den durch die zentrale elektronische Steuereinheit 66 der Befehl gegeben wird (Block 170), ein anderer als beschrieben sein. Insbesondere kann im Gegensatz zu einer vollständigen Einspritzunterbrechung, bei der jede Einspritzvorrichtung vollkommen deaktiviert und kein Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder 4 eingespritzt wird, ein Teileinspritzunterbrechungszustand herbeigeführt werden, bei dem jede Einspritzvorrichtung 14 nur teilweise deaktiviert und die in den jeweiligen Zylinder 4 eingespritzte Kraftstoffmenge um einen vorbestimmten Betrag, z.B. die Hälfte, reduziert wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Diagnostizieren einer Undichtigkeit in einem Hochdruckeinspritzsystem (1) eines Verbrennungsmotors (2), der eine Anzahl Zylinder (4) umfasst; wobei das Einspritzsystem (1) eine Anzahl Einspritzvorrichtungen (14), die jeweils Hochdruckkraftstoff an einen jeweiligen Zylinder (4) des Motors (2) liefern, und einen Kraftstoffzufuhrkreislauf (16, 18) umfasst, der den Einspritzvorrichtungen (14) Kraftstoff liefert; und wobei das Diagnoseverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Bestimmen, für jeden der Zylinder (4), einer Größe (ACi), die sich auf den Beitrag des Zylinders (4) zum vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht; – Bestimmen, für jeden der Zylinder (4), eines Ungleichgewichtsindexes (ISi), der das Ungleichgewicht der Größe (ACi), die sich auf den Beitrag des Zylinders (4) zum vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht, im Hinblick auf die Größen (ACi) angibt, die sich auf die Beiträge der anderen Zylinder (4) zum vom Motor (2) erzeugten Drehmoment beziehen; – Reduzieren, beim Erfassen eines Fehlers im Einspritzsystem (1), der in jeden der Zylinder (4) eingespritzten Kraftstoffmenge; und – Unterscheiden, für jede der Einspritzvorrichtungen (14), zwischen einem Zustand einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung und einem Fehlerzustand im Kraftstoffzufuhrkreislauf (16, 18) auf Basis der Veränderung im Ungleichgewichtsindex (ISi) des jeweiligen Zylinders (4) nach der Kraftstoffreduktion.
  2. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe (ACi), die sich auf den Beitrag eines Zylinders (4) zum vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht, der Beitrag des Zylinders (4) zur Winkelbeschleunigung des Motors (2) ist.
  3. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit jedem der Zylinder (4) zusammenhängende Ungleichgewichtsindex (ISi) sich auf die Differenz zwischen der Größe (ACi), die sich auf den Beitrag des Zylinders (4) zu dem vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht, und einem Mittelwert der Größen (ACi) bezieht, der sich auf die Beiträge der anderen Zylinder (4) zu dem vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht.
  4. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Unterscheidens, für jede der Einspritzvorrichtungen (14), zwischen einem Zustand einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung und einem Fehlerzustand im Kraftstoffzufuhrkreislauf (16, 18) folgende Schritte umfasst: – Bestimmen eines Differenzungleichgewichtsindexes (Di) als Funktion eines Ungleichgewichtsindex (ISi) vor dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1), und eines Ungleichgewichtsindexes (ISi) nach dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1); – Vergleichen des Differenzungleichgewichtsindexes (Di) mit einem Schwellenwert (DTHi); – Bestimmen eines Zustands einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung, wenn der Differenzungleichgewichtsindex (Di) ein erstes vorbestimmtes Verhältnis zum Schwellenwert (DTHi) hat; und – Bestimmen eines Fehlerzustands im Kraftstoffzufuhrkreislauf (16, 18), wenn der Differenzungleichgewichtsindex (Di) kein erstes vorbestimmtes Verhältnis zum Schwellenwert (DTHi) hat.
  5. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzungleichgewichtsindex (Di) sich auf die Differenz zwischen dem Ungleichgewichtsindex (ISi) vor dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) und dem Ungleichgewichtsindex (ISi) nach dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) bezieht.
  6. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ungleichgewichtsindex (ISi) nach dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) am Ende einer Übergangsbetriebszustands berechnet wird, der durch die Reduktion der in die Zylinder (4) eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird.
  7. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ungleichgewichtsindex (ISi) vor dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) unmittelbar vor dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) berechnet wird.
  8. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens einer in der Offenstellung verklemmten Einspritzvorrichtung den Schritt des Bestimmens umfasst, ob der Differenzungleichgewichtsindex (Di) größer ist als der Schwellenwert (DTHi).
  9. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens eines Differenzungleichgewichtsindexes (Di) folgende Schritte umfasst: – Filtern des Ungleichgewichtsindexes (ISi), um einen gefilterten Ungleichgewichtsindex (ISFi) zu erzeugen; und – Bestimmen des Differenzindexes (Di) als Funktion eines Ungleichgewichtsindexes (ISi) nach dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1), und eines gefilterten Ungleichgewichtsindexes (ISFi) vor dem Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1).
  10. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens eines Ungleichgewichtsindexes (ISi) für jeden der Zylinder (4) die folgenden Schritte umfasst: – Filtern der Größe (ACi), die sich auf den Beitrag jedes Zylinders (4) zu dem vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht, um eine gefilterte Größe (ACFi) zu erzeugen, die sich auf den Beitrag jedes Zylinders (4) zu dem vom Motor (2) erzeugten Drehmoment bezieht; und – Bestimmen des Ungleichgewichtsindexes (ISi) als Funktion der gefilterten Größe (ACFi).
  11. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens eines Fehlers im Einspritzsystem (1) die folgenden Schritte umfasst: – Bestimmen des Kraftstoffdrucks (PRAIL) des durch die Einspritzvorrichtungen (14) eingespritzten Kraftstoffs; – Vergleichen des Kraftstoffdrucks (PRAIL) mit einem Schwellenwert (PMIN); und – Bestimmen des Fehlers im Einspritzsystem (1), wenn der Kraftstoffdruck (PRAIL) ein erstes vorbestimmtes Verhältnis zum Schwellenwert (PMIN) hat.
  12. Diagnoseverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens eines Fehlers im Einspritzsystem (1) den Schritt des Bestimmens umfasst, ob der Kraftstoffdruck (PRAIL) unter dem Schwellenwert (PMIN) liegt.
  13. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehler im Einspritzsystem (1) durch ein Auslaufen von Kraftstoff im Einspritzsystem (1) gebildet wird.
  14. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für einen Motor (2), der ein Abgasrückführsystem (8) mit einem Regelventil (12) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass es auch den Schritt des Schließen des Regelventils (8) beim Erfassen des Fehlers im Einspritzsystem (1) umfasst.
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