WO2013034479A1 - Verfahren zur analyse des wirkungsgrades der hochdruckpumpe eines kraftstoffeinspritzsystems - Google Patents

Verfahren zur analyse des wirkungsgrades der hochdruckpumpe eines kraftstoffeinspritzsystems Download PDF

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pressure pump
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Janos Radeczky
Hans Riepl
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing the efficiency of the high pressure pump of a Kraftstoffeinspritzsys- system.
  • fuel injection systems are used which make a high contribution to meeting demanding customer and legal requirements with regard to fuel consumption and emissions of undesired pollutants.
  • Such modern motor vehicles have, for example, self-igniting internal combustion engines which operate with a common-rail diesel injection system.
  • These fuel injection systems include one
  • High pressure pump on. Their task is to bring delivered fuel to a high pressure and forward it to a high-pressure system of the respective motor vehicle.
  • this high-pressure system includes a high-pressure accumulator, also referred to as a rail. From there, the fuel under high pressure is injected through injectors into the combustion chambers of the respective internal combustion engine.
  • the high-pressure pump of a fuel injection system is subject during driving high mechanical loads, which over time lead to increasing wear of the high-pressure pump. This increased wear can lead to a reduction in performance or even failure of the high-pressure pump. A failure of the high-pressure pump during driving is associated with a stoppage of the vehicle.
  • the object of the invention is to provide a method by means of which errors occurring in a fuel injection system can be better localized.
  • This object is achieved according to claim 1, characterized in that in a method for analyzing the efficiency of the high-pressure pump of a fuel injection system based on individual pump strokes analysis of the efficiency of the high-pressure pump is made for the individual pump strokes each of the pressure build-up and pressure reduction are analyzed and From the analysis of the pressure build-up and the pressure reduction conclusions about the condition of individual components of the high-pressure pump are drawn.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the components of a fuel injection system which are essential for understanding the invention
  • FIG. 3 shows diagrams for illustrating the influence of the
  • FIG. 4 shows diagrams for illustrating the influence of the
  • an analysis of the efficiency of the high-pressure pump of a fuel injection system wherein an individual pump strokes of the high-pressure pump related analysis of the efficiency of the high-pressure pump is carried out, for the individual pump strokes each of the
  • Pressure build-up and the pressure reduction are recorded and analyzed and drawn from the analysis of the pressure build-up or the pressure reduction conclusions about the condition of individual components of the high-pressure pump.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the components of a fuel injection system which are essential for understanding the invention.
  • the block diagram shown in FIG. 1 has one
  • Fuel supply system 1 a high-pressure fuel pump 2 and a high-pressure system 3.
  • the block 4 provided with a dashed border is a diesel common rail pump, which includes, inter alia, an internal transfer pump 7 and the high-pressure fuel pump 2.
  • the fuel supply system 1 includes a fuel tank 5, a fuel filter 6, the aforementioned internal transfer pump 7, a flow control valve 8, an overflow valve 9 and a pressure relief valve 10.
  • the arrows indicated by the letter pl are part of a pump lubrication and fuel return circuit.
  • the high-pressure fuel pump 2 has a parallel connection of two cylinders 11, 12, wherein the first cylinder 11 has an inlet valve 13 and an outlet valve 14 and the second cylinder 12 is provided with an inlet valve 15 and an outlet valve 16.
  • Each of the cylinders has a plunger which moves during operation of the cylinder along a cylinder surface becomes. This movement is in each case assigned a stroke volume or displacement volume. During the movement of the plunger along the cylinder surface pressure losses occur, hereinafter referred to as blowby.
  • the high-pressure system 3 contains a pressure-limiting valve 17, the rail 18 and injectors 19. Through these injectors 19, fuel is injected into the combustion chambers of the internal combustion engine via supply lines p2.
  • the device shown works as follows:
  • Fuel provided by the fuel tank 5 is supplied to the internal transfer pump 7 via the fuel filter 6.
  • the available at the output of the transfer pump 7 fuel low pressure is supplied via the flow control valve 8 of the high-pressure fuel pump and there brought by means of the cylinders 11 and 12 to a high pressure.
  • the fuel of high pressure passes through the exhaust valves 14 and 16 to the high-pressure system 3 and in this to the rail 18. From there, the fuel under high pressure is injected through the injectors 19 into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the high-pressure pump 2 is subject during operation of the engine high mechanical loads and thus an increasing wear of their components. This wear can lead to a reduction in performance or even failure of the high pressure pump over the life of the high pressure pump. A failure of the high-pressure pump is inevitably associated with a stoppage of the respective vehicle.
  • the present invention makes it possible to detect the state of wear of the components of the high-pressure pump and thus also to detect an impending failure of the high-pressure pump. This detection can stabilize the operation of the entire fuel injection system. In many cases, the cause of an error occurring in the fuel injection system may also be limited to a particular component of the fuel injection system. In particular, the invention allows individual components of the high-pressure pump of the fuel injection system to be detected as faulty or error-free.
  • an efficiency analysis of the high pressure pump is made in the invention. This efficiency analysis is carried out in relation to a single pump stroke and also taking into account several pump strokes. In order to be able to carry out an efficiency analysis related to the individual components of the high-pressure pump, this efficiency analysis takes place in several sub-ranges or steps.
  • an efficiency analysis is carried out, in which the outlet valves 14 and 16 of the pump cylinders 11 and 12 are checked for their functionality.
  • the pressure drop is recorded and analyzed in each case after a pump stroke. If this pressure drop is greater than an associated threshold, then the respective exhaust valve is detected as faulty. If, on the other hand, this pressure drop is smaller than the associated threshold value, then the respective outlet valve is recognized as error-free.
  • This step thus allows selective identification of a defective exhaust valve.
  • this possibility of analyzing the exhaust valves of the pump cylinders individually it is thus possible to draw conclusions about the functionality of the individual cylinders of the high-pressure pump, the sum of the results also being used for a total component evaluation.
  • an efficiency analysis is carried out, in which the inlet valves 13 and 15 of the cylinders 11 and 12 are checked for their functionality and in which the further by a blowby between the each Weil's pump piston and the respective cylinder surface area caused loss of efficiency is determined.
  • the pressure per pump stroke is recorded and analyzed. This is done in each case operating point.
  • a reference value and a permissible deviation are specified for a plurality of operating points. If the pressure build-up in the respective operating point is in the tolerated range, then the high-pressure pump is found to be in order with respect to the respective inlet valve. To determine the pressure drop caused by Blowby a corresponding
  • the above-described functional evaluation and combined consideration of the individual components of the high-pressure pump can be recognized as defective or severely worn and replaced, for example, in the course of customer service or repair before the respective vehicle is left due to an efficiency-related malfunction of the high pressure pump.
  • FIG. 2 shows diagrams for illustrating the pressure build-up in the cylinders of a high-pressure pump.
  • the upper diagram plots the crankshaft angle CRK along the abscissa and the pressure p along the ordinate.
  • the upper curve of the upper diagram shows the theoretical pressure build-up (efficiency 100%) with a delivery rate of the high-pressure pump of 100%.
  • the lower curve of the upper diagram illustrates the theoretical pressure build-up (efficiency 100%) with a delivery rate of the high-pressure pump of 50%.
  • FIG. 3 shows diagrams for illustrating the influence of the closing point of the outlet valves of a high-pressure pump on the pressure characteristic of the high-pressure pump.
  • crankshaft angle CRK is plotted along the abscissa in the upper diagram and the fuel pressure p along the ordinate.
  • the curve shown in the upper diagram illustrates the pressure loss ⁇ occurring in the fuel injection system, which occurs in the presence of a crankshaft closing angle lying at 50 °.
  • FIG. 4 shows diagrams for illustrating the influence of the rotational speed of the crankshaft on the pressure characteristic in the presence of an internal leakage of the high-pressure pump.
  • the curve Kl shown in the upper diagram illustrates the pressure build-up at 50% delivery rate of the high-pressure pump without pump leakage at 1000 rpm and 3000 rpm.
  • the curve K2 illustrates the pressure build-up at 50% delivery rate of the high pressure pump in the presence of a pump leakage at 3000 U / min.
  • the curve K3 illustrates the pressure build-up at 50% delivery rate of the high-pressure pump in the presence of a pump leakage at 1000 rev / min.
  • the accuracy of the efficiency analysis of the high pressure pump described above is influenced by several factors. On the one hand, it depends on the accuracy of the rail pressure sensor used in the measurement. The accuracy of this sensor is ⁇ 1%. In particular when considering pressure differences, it can therefore be assumed that the pressure sensor is sufficiently accurate. The accuracy of said sensor can - if desired - by a
  • the Young's modulus is Another factor that affects the accuracy of the high pressure pump efficiency analysis.
  • Young's modulus is the Young's modulus.
  • the temperature present in the rail is modeled based on the measured temperature value in the pump flow or in the injector return and is available in the system with high accuracy.
  • the present system continuous leakage affects the accuracy of the high pressure pump efficiency analysis.
  • pumping is prevented for a few cycles by closing the volume flow valve 8 and stored the pressure drop gradient over time as a permanent leak of the system via pressure and temperature in a memory of the system. This stored quantity can be used as a correction value in determining the actual pressure build-up.
  • the volumetric efficiency of the high-pressure pump is influenced essentially by two factors:
  • the first factor is the effective funding period.
  • the closing point of the outlet valves of the pump may vary. This may result in fuel returning from the high pressure system to the pump after reaching the top dead center of the plunger of the pump.
  • the closing angle of the outlet valves of the high-pressure pump is determined by detecting the pressure profile and correcting the detected pressure profile with the already determined permanent leakage. The course obtained in this way is derived. If the derivative is greater than zero, the pump delivers. If the derivative is zero, then the top dead center of the piston of the plunger is present. If the derivative is less than zero, pressure from the system flows back into the pump. The moment the drain returns to zero, the exhaust valve is closed.
  • This crank angle value related to the top dead center of the plunger is used as a correction in the calculation of the effective delivery rate.
  • the volumetric efficiency of the high pressure pump also depends on the tolerances and wear of the components of the high pressure pump. Thus, as already stated above, there are losses due to the blow-by between the plunger and the cylinder surface or due to a defective inlet valve. This pressure loss can be determined by using different
  • system-specific parameters were used in the described analysis of the pump efficiency to make targeted measurements during normal engine operation, and the data obtained by evaluating the measurement results used as verifying variables for determining the functionality and the state of wear of the high-pressure pump , By means of this functional evaluation of the acquired measurement data, a forward-looking evaluation of the high-pressure pump can be carried out and a
  • the described method for analyzing the efficiency of the high-pressure pump during normal vehicle operation can be performed, it advantageously covers the entire engine operating range. This allows a comprehensive judgment of the state of the high-pressure pump. Since occurring errors are detected during normal driving, these errors can be assigned to a specific engine operating state and this assignment can be stored together with other fault data in the vehicle. This has the advantage that in a subsequent workshop stay the load point at which the malfunction has occurred, is already known.
  • the method described for analyzing the efficiency of the high-pressure pump is preferably carried out in engine overrun phases, since in these engine traction phases an undesired influence of disturbance variables on the process can be largely ruled out.
  • the method described can advantageously be used together with another functionality, for example a MFMA (minimum fuel mass adaptation), as described, for example, in EP 1 570 165 Bl.
  • MFMA minimum fuel mass adaptation
  • a pressure increase in overrun is used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei welchem eine auf einzelne Pumpenhübe der Hochdruckpumpe bezogene Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe vorgenommen wird, für die einzelnen Pumpenhübe jeweils der Druckaufbau und der Druckabbau erfasst und analysiert werden und aus der Analyse des Druckaufbaus oder des Druckabbaus Rückschlüsse auf den Zustand von einzelnen Komponenten der Hochdruckpumpe gezogen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsys- tems .
In modernen Kraftfahrzeugen werden Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt, die einen hohen Beitrag zur Erfüllung anspruchsvoller Kunden- und Gesetzesanforderungen bezüglich Kraft- stoff erbrauch und Emissionen unerwünschter Schadstoffe liefern. Derartige moderne Kraftfahrzeuge weisen beispielsweise selbstzündende Verbrennungsmotoren auf, die mit einem Com- mon-Rail-Diesel-Einspritzsystem arbeiten . Diese Kraftstoffeinspritzsysteme weisen unter anderem eine
Hochdruckpumpe auf. Deren Aufgabe besteht darin, angelieferten Kraftstoff auf einen hohen Druck zu bringen und an ein Hochdrucksystem des jeweiligen Kraftfahrzeugs weiterzuleiten . Zu diesem Hochdrucksystem gehört unter anderem ein Hochdruck- Speicher, der auch als Rail bezeichnet wird. Von dort wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch Injektoren in die Brennkammern des jeweiligen Verbrennungsmotors eingespritzt.
Die Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritz Systems unterliegt während des Fahrbetriebs hohen mechanischen Belastungen, die mit der Zeit zu einem zunehmenden Verschleiß der Hochdruckpumpe führen. Dieser zunehmende Verschleiß kann zu einer Leistungsminderung oder gar zu einem Ausfall der Hochdruckpumpe führen. Ein Ausfall der Hochdruckpumpe während des Fahrbetriebes ist mit einem Liegenbleiben des Fahrzeugs verbunden.
Mittels bekannter Diagnosesysteme ist eine Verschleißerkennung der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems nicht möglich. Bekannte Diagnosesystem erkennen lediglich, dass im Kraftstoffeinspritzsystem ein Fehler vorliegt, ohne jedoch die Ursache des Fehlers identifizieren zu können. Dies führt oftmals dazu, dass in einer Werkstatt rein aus Verdacht und unnöti- gerweise Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems ausgetauscht werden, die für den aufgetretenen Fehler gar nicht verantwortlich sind .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen in einem Kraftstoffeinspritz System auftretende Fehler besser lokalisiert werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hoch- druckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems eine auf einzelne Pumpenhübe bezogene Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe vorgenommen wird, für die einzelnen Pumpenhübe jeweils der Druckaufbau und der Druckabbau analysiert werden und aus der Analyse des Druckaufbaus und des Druckabbaus Rückschlüsse auf den Zustand von einzelnen Komponenten der Hochdruckpumpe gezogen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfmdun sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgende beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Kraftstoffeinspritzsystems,
Figur 2 Diagramme zur Veranschaulichung des Druckaufbaus in den
Zylindern einer Hochdruckpumpe,
Figur 3 Diagramme zur Veranschaulichung des Einflusses des
Schließpunktes der Auslassventile einer Hochdruckpumpe auf die Druckcharakteristik und Figur 4 Diagramme zur Veranschaulichung des Einflusses der
Drehzahl der Kurbelwelle auf die Druckcharakteristik; beim Vorliegen einer Innenleckage der Hochdruckpumpe.
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsys- tems, wobei eine auf einzelne Pumpenhübe der Hochdruckpumpe bezogene Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe vor- genommen wird, für die einzelnen Pumpenhübe jeweils der
Druckaufbau und der Druckabbau erfasst und analysiert werden und aus der Analyse des Druckaufbaus oder des Druckabbaus Rückschlüsse auf den Zustand von einzelnen Komponenten der Hochdruckpumpe gezogen werden.
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Kraftstoffein- spritzsystems . Die in der Figur 1 gezeigte Blockdarstellung weist ein
KraftstoffzuführSystem 1, eine Kraftstoffhochdruckpumpe 2 und ein Hochdrucksystem 3 auf. Bei dem mit einer gestrichelten Umrandung versehenen Block 4 handelt es sich um eine Die- sel-Common-Rail-Pumpe, zu welcher unter anderem eine interne Transferpumpe 7 und die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 gehören. Zum KraftstoffzufuhrSystem 1 gehören ein Kraftstofftank 5, ein Kraftstofffilter 6, die bereits genannte interne Transferpumpe 7, ein Volumenstromregelventil 8, ein Überlaufventil 9 und ein Druckbegrenzungsventil 10. Die mit dem Buchstaben pl gekenn- zeichneten Pfeile sind Bestandteil eines Pumpenschmierungs- und Kraftstoffrückflusskreises .
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 weist eine Parallelschaltung zweier Zylinder 11, 12 auf, wobei der erste Zylinder 11 ein Einlassventil 13 und ein Auslassventil 14 aufweist und der zweite Zylinder 12 mit einem Einlassventil 15 und einem Auslassventil 16 versehen ist. Jeder der Zylinder weist einen Plunger auf, der im Betrieb des Zylinders längs einer Zylinderlauffläche bewegt wird. Dieser Bewegung ist jeweils ein Hubvolumen bzw. Verdrängungsvolumen zugeordnet. Während der Bewegung des Plungers entlang der Zylinderlauffläche treten Druckverluste auf, die nachfolgend als Blowby bezeichnet werden.
Das Hochdrucksystem 3 enthält ein Druckbegrenzungsventil 17, das Rail 18 und Injektoren 19. Durch diese Injektoren 19 wird über Zuleitungen p2 Kraftstoff in die Brennkammern des Verbrennungsmotors gespritzt.
Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Vom Kraftstofftank 5 bereitgestellter Kraftstoff wird über das Kraftstofffilter 6 der internen Transferpumpe 7 zugeführt. Der am Ausgang der Transferpumpe 7 zur Verfügung stehende Kraftstoff geringen Druckes wird über das Volumenstromregelventil 8 der Kraftstoffhochdruckpumpe zugeführt und dort mittels der Zylinder 11 und 12 auf einen hohen Druck gebracht. Der Kraftstoff hohen Druckes gelangt über die Auslassventile 14 und 16 an das Hochdrucksystem 3 und in diesem an das Rail 18. Von dort wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch die Injektoren 19 in die Brennkammern des Verbrennungsmotors eingespritzt.
Die Hochdruckpumpe 2 unterliegt während des Motorbetriebes hohen mechanischen Belastungen und damit einem zunehmenden Verschleiß ihrer Komponenten. Dieser Verschleiß kann über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe zu einer Leistungsminderung oder gar zu einem Ausfall der Hochdruckpumpe führen. Ein Ausfall der Hoch- druckpumpe ist zwangsläufig mit einem Liegenbleiben des jeweiligen Fahrzeugs verbunden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Erkennung des Verschleißzustandes der Komponenten der Hochdruckpumpe und damit auch eine Erkennung eines drohenden Ausfalls der Hochdruckpumpe . Durch diese Erkennung lässt sich der Betrieb des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems stabilisieren. In vielen Fällen kann auch die Ursache eines im Kraftstoffeinspritzsystem auftretenden Fehlers auf eine bestimmte Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems eingegrenzt werden. Insbesondere erlaubt die Erfindung, einzelne Komponenten der Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritz Systems als fehlerhaft oder fehlerfrei zu detektieren. Wird eine oder werden mehrere Komponenten der Hochdruckpumpe als fehlerhaft oder als von einem bevorstehenden Ausfall bedroht erkannt, dann kann durch eine gezielte Reparatur dieser Komponenten oder einen ggf. notwendigen Austausch dieser Komponenten oder der gesamten Hochdruckpumpe gezielt Abhilfe geschaffen werden. Zu diesem Zweck wird bei der Erfindung eine Wirkungsgradanalyse der Hochdruckpumpe vorgenommen. Diese Wirkungsgradanalyse erfolgt in Bezug auf einen einzelnen Pumpenhub und auch unter Berücksichtigung von mehreren Pumpenhüben. Um eine auf die einzelnen Komponenten der Hochdruckpumpe bezogene Wirkungs- gradanalyse durchführen zu können, erfolgt diese Wirkungsgradanalyse in mehreren Teilbereichen bzw. Schritten.
In einem dieser Schritte erfolgt eine Wirkungsgradanalyse, bei welcher die Auslassventile 14 und 16 der Pumpenzylinder 11 und 12 auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Zu diesem Zweck wird jeweils nach einem Pumpenhub der Druckabfall erfasst und analysiert. Ist dieser Druckabfall größer als ein zugehöriger Schwellenwert, dann wird das jeweilige Auslassventil als fehlerhaft erkannt. Ist hingegen dieser Druckabfall kleiner als der zugehörige Schwellenwert, dann wird das jeweilige Auslassventil als fehlerfrei erkannt. Dieser Schritt ermöglicht folglich eine selektive Identifizierung eines schadhaften Auslassventils. Durch diese Möglichkeit, die Auslassventile der Pumpenzylinder einzeln zu analysieren, können folglich Rück- Schlüsse auf die Funktionsfähigkeit der einzelnen Zylinder der Hochdruckpumpe gezogen werden, wobei die Summe der Ergebnisse auch zu einer Gesamtkomponentenbewertung herangezogen werden kann . In einem weiteren dieser Schritte erfolgt eine Wirkungsgradanalyse, bei welcher die Einlassventile 13 und 15 der Zylinder 11 und 12 auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden und bei welcher des Weiteren der durch einen Blowby zwischen dem je- weiligen Pumpenkolben und der jeweiligen Zylinderlauffläche verursachte Wirkungsgradverlust ermittelt wird. Zu diesem Zweck wird jeweils der Druck je Pumpenhub erfasst und analysiert. Dies erfolgt jeweils betriebspunktbezogen. Zu diesem Zweck sind für eine Vielzahl von Betriebspunkten jeweils ein Referenzwert und eine zulässige Abweichung vorgegeben. Befindet sich der Druckaufbau im jeweiligen Betriebspunkt im tolerierten Bereich, dann wird die Hochdruckpumpe bezüglich des jeweiligen Einlassventils für in Ordnung befunden. Zur Ermittlung des durch Blowby verursachten Druckabfalls erfolgt eine entsprechende
Überprüfung in mehreren Betriebspunkten mit unterschiedlichen Pumpenhubfreguenzen .
Durch die vorstehend beschriebene funktionale Bewertung und kombinierte Betrachtung der Einzelkomponenten der Hochdruckpumpe kann diese als defekt oder stark verschlissen erkannt werden und beispielsweise im Zuge von Kundendienstarbeiten ausgetauscht oder repariert werden, bevor das jeweilige Fahrzeug aufgrund einer wirkungsgradbedingten Fehlfunktion der Hoch- druckpumpe liegenbleibt.
Da die vorstehend beschriebene Wirkungsgradanalyse während des normalen Fahrbetriebes des Fahrzeugs durchgeführt werden kann, besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, beim Erkennen eines in absehbarer Zeit bevorstehenden Ausfalls der Hochdruckpumpe den maximal zulässigen Druck im Kraftstoffein- spritzsystem abzusenken, um die Volllastmenge realisieren zu können und die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritz- systems bis zum nächsten Werkstattbesuch aufrechterhalten zu können. Diese Absenkung des maximal zulässigen Drucks im
Kraftstoffeinspritzsystem erfolgt insbesondere in nicht abgasrelevanten Betriebspunkten bei einer als volumetrisch grenzwertig erkannten Hochdruckpumpe . Die Figur 2 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Druckaufbaus in den Zylindern einer Hochdruckpumpe. Im oberen Diagramm ist längs der Abszisse der Kurbelwellenwinkel CRK und längs der Ordinate der Druck p aufgetragen. Die obere Kurve des oberen Diagrames zeigt den theoretischen Druckaufbau (Wirkungsgrad 100%) bei einem Fördergrad der Hochdruckpumpe von 100%. In der unteren Kurve des oberen Diagrammes ist der theoretische Druckaufbau (Wirkungsgrad 100%) bei einem Fördergrad der Hochdruckpumpe von 50% veranschaulicht.
Im unteren Diagramm der Figur 2 ist längs der Abszisse der Kurbelwellenwinkel CRK und längs der Ordinate das Hubvolumen bzw. Verdrängungsvolumen HV der Zylinder der Hochdruckpumpe aufgetragen, wobei durch jeweilige Pfeile im Diagramm der Fördergrad 50% bzw. 100% der Hochdruckpumpe symbolisiert wird. Die Figur 3 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Einflusses des Schließpunktes der Auslassventile einer Hochdruckpumpe auf die Druckcharakteristik der Hochdruckpumpe.
Dabei ist im oberen Diagramm längs der Abszisse der Kurbel- wellenwinkel CRK und längs der Ordinate der Kraftstoffdruck p aufgetragen. Die im oberen Diagramm gezeigte Kurve veranschaulicht den im Kraftstoffeinspritzsystem auftretenden Druckverlust Δρ, der beim Vorliegen eines bei 50° liegenden Kurbelwellenschließwinkels auftritt .
Im unteren Diagramm ist längs der Abszisse der Kurbelwellenwinkel CRK und längs der Ordinate das Hubvolumen bzw. Verdrängungsvolumen HV der Zylinder der Hochdruckpumpe aufgetragen, wobei durch die Pfeile im Diagramm wiederum das Vorliegen eines Kurbelwellenschließwinkels von 50° veranschaulicht ist. Des Weiteren ist in der Figur 3 der obere Totpunkt des Plungers angegeben .
Die Figur 4 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Einflusses der Drehzahl der Kurbelwelle auf die Druckcharakteristik beim Vorliegen einer Innenleckage der Hochdruckpumpe. Dabei ist im oberen Diagramm längs der Abszisse der Kurbelwellenwinkel CRK und längs der Ordinate der Kraftstoffdruck p aufgetragen. Die im oberen Diagramm gezeigte Kurve Kl veranschaulicht den Druckaufbau bei 50% Fördergrad der Hochdruckpumpe ohne Vorliegen einer Pumpenleckage bei 1000 U/min sowie 3000 U/min. Die Kurve K2 veranschaulicht den Druckaufbau bei 50% Fördergrad der Hochdruckpumpe beim Vorliegen einer Pumpenleckage bei 3000 U/min. Die Kurve K3 veranschaulicht den Druckaufbau bei 50% Fördergrad der Hochdruckpumpe beim Vorliegen einer Pum- penleckage bei 1000 U/min.
Im unteren Diagramm ist längs der Abszisse der Kurbelwellenwinkel CRK und längs der Ordinate das Hubvolumen bzw. Verdrängungsvolumen HV der Zylinder der Hochdruckpumpe aufgetragen. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass der durch eine Pumpenleckage verursachte Flow FW mit zunehmenden Kurbelwellenwinkel bzw. zunehmender Drehzahl größer wird.
Die Genauigkeit der oben beschriebenen Wirkungsgradanalyse der Hochdruckpumpe wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst . Sie ist zum einen abhängig von der Genauigkeit des bei der Messung zum Einsatz kommenden Raildrucksensors . Die Genauigkeit dieses Sensors liegt bei ± 1%. Insbesondere bei einer Betrachtung von Druckdifferenzen kann deshalb von einer ausreichenden Genau- igkeit des Drucksensors ausgegangen werden. Die Genauigkeit des genannten Sensors kann - sofern gewünscht - durch eine
Plausibilisierung überprüft werden.
Ein weiterer Faktor, der die Genauigkeit der Wirkungsgradanalyse der Hochdruckpumpe beeinflusst, ist das Elastizitätsmodul. Bei konstantem Systemvolumen hat die Temperatur den größten Einfluss auf das Elastizitätsmodul. Die im Rail vorliegende Temperatur wird basierend auf dem gemessenen Temperaturwert im Pumpenvorlauf oder im Injektorrücklauf modelliert und steht im System mit hoher Genauigkeit zur Verfügung.
Ferner beeinflusst die vorliegende Dauerleckage des Systems die Genauigkeit der Wirkungsgradanalyse der Hochdruckpumpe. Um diese Dauerleckage des Systems ermitteln zu können, wird für einige wenige Arbeitsspiele eine Pumpenförderung durch ein Schließen des Volumenstromventils 8 verhindert und der Druckabfallgradient über der Zeit als Dauerleckage des Systems über Druck und Temperatur in einem Speicher des Systems abgelegt. Diese abgespeicherte Größe kann bei der Bestimmung des tatsächlichen Druckaufbaus als Korrekturwert verwendet werden.
Der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren beeinflusst:
Der erste Faktor ist die effektive Förderdauer. Je nach Ausführung der Pumpe kann der Schließpunkt der Auslassventile der Pumpe variieren. Dies kann dazu führen, dass nach dem Erreichen des oberen Totpunktes des Plungers der Pumpe Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem in die Pumpe zurückströmt. Der Schließwinkel der Auslassventile der Hochdruckpumpe wird dadurch ermittelt, dass der Druckverlauf erfasst und der erfasste Druckverlauf mit der bereits ermittelten Dauerleckage korrigiert wird. Der auf diese Weise gewonnene Verlauf wird abgeleitet . Ist die Ableitung größer als Null, dann fördert die Pumpe. Ist die Ableitung gleich Null, dann liegt der obere Totpunkt des Kolbens des Plungers vor. Ist die Ableitung kleiner als Null, dann strömt Druck aus dem System in die Pumpe zurück. In dem Moment, in dem die Ableitung wieder zu Null wird, ist das Auslassventil geschlossen. Dieser Kurbelwinkelwert bezogen auf den oberen Totpunkt des Plungers wird bei der Berechnung des effektiven Fördergrades als Korrektur angewendet . Der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe hängt auch von den Toleranzen und vom Verschleiß der Komponenten der Hochdruckpumpe ab. So gibt es - wie bereits oben ausgeführt wurde - Verluste durch den Blowby zwischen dem Plungerkolben und der Zylinderlauffläche oder durch ein defektes Einlassventil. Dieser Druckverlust lässt sich ermitteln, indem bei verschiedenen
Drehzahlen der Druckaufbau erfasst wird. Nach Berücksichtigung von Korrekturen, die auf die Dauerleckage und die Schließzeitpunkttoleranzen der Auslassventile zurückzuführen sind, ergibt sich ein unterschiedlicher Gradient im Druckaufbau über dem Kurbelwellenwinkel . Der Grund dafür ist, dass der Druckaufbau beim Vorliegen einer niedrigen Drehzahl länger dauert und dass während der Pumpenförderung mehr Zeit für Spaltverluste zur Verfügung steht.
Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich ist, wurden bei der beschriebenen Analyse des Pumpenwirkungsgrades systemspezifische Parameter verwendet, um gezielte Messungen während des normalen Motorbetriebes vorzunehmen, und die durch Auswertung der Messergebnisse gewonnen Daten als verifizierende Größen für die Ermittlung der Funktionsfähigkeit und des Verschleißzustandes der Hochdruckpumpe verwendet. Durch diese funktionale Auswertung der erfassten Messdaten kann eine vorausschauende Bewertung der Hochdruckpumpe vorgenommen werden und eine
Leistungsverminderung aufgrund von Pumpenverschleiß sowie ein Liegenbleiben des Fahrzeugs vermieden werden.
Da das beschriebene Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe während des normalen Fahrzeugbetriebes durchgeführt werden kann, deckt es in vorteilhafter Weise das gesamte Motorbetriebsbereichsspektrum ab. Dies ermöglicht eine umfassende Beurteilung des Zustande der Hochdruckpumpe. Da auftretende Fehler während des normalen Fahrbetriebes erfasst werden, können diese Fehler einem bestimmten Motorbetriebs- zustand zugeordnet werden und diese Zuordnung zusammen mit weiteren Fehlerdaten im Fahrzeug abgespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass bei einem nachfolgenden Werkstattaufenthalt der Lastpunkt, an dem die Fehlfunktion aufgetreten ist, bereits bekannt ist.
Das beschriebene Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe wird vorzugsweise in Motorschubphasen durchgeführt, da in diesen Motorschubphasen ein ungewünschter Einfluss von Störgrößen auf das Verfahren weitgehend ausgeschlossen werden kann. Das beschriebene Verfahren kann m vorteilhafter Weise mit einer weiteren Funktionalität, beispielsweise einer MFMA (minimal fuel mass adaption), wie sie beispielsweise in der EP 1 570 165 Bl beschrieben ist, gemeinsam verwendet werden. Dabei kommt eine Druckanhebung im Schubbetrieb zur Anwendung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritz Systems , bei welchem eine auf einzelne Pumpenhübe der Hochdruckpumpe bezogene Analyse des Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe vorgenommen wird, für die einzelnen Pumpenhübe jeweils der Druckaufbau und der Druckabbau erfasst und analysiert werden und aus der Analyse des Druckaufbaus oder des Druckabbaus Rückschlüsse auf den Zustand von einzelnen Kom- ponenten der Hochdruckpumpe gezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen momentan vorliegenden Betriebspunkt der während eines Pumpenhubes auftretende Druckaufbau analysiert wird und aus der Analyse des Druckaufbaus Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit eines Einlassventils der Hochdruckpumpe gezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vielzahl von Betriebspunkten jeweils ein Referenzverlauf für den Druckaufbau vorgegeben wird, ein Vergleich des Referenzverlaufes mit einem aus Druckmesswerten ermittelten Druckaufbauverlauf durchgeführt wird, im Falle einer Ermittlung einer unzulässig großen Abweichung des ermittelten Druckaufbauverlaufes vom Referenzverlauf das Einlassventil als feh- lerhaft erkannt wird und im Falle einer Ermittlung einer zulässigen Abweichung des ermittelten Druckaufbauverlaufs vom Referenzverlauf das Einlassventil als fehlerfrei erkannt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der während eines Pumpenhubes auftretende
Druckaufbau für mehrere Betriebspunkte mit unterschiedlicher Pumpenhubfreguenz analysiert wird und aus dieser Analyse Rückschlüsse auf das Vorliegen einer Undichtigkeit zwischen einem Plunger eines Zylinders der Hochdruckpumpe und einer zugehörigen Zylinderlauffläche gezogen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nach einem Pumpenhub auftretende Druckabfall analysiert wird und aus der Analyse des Druckabfalls Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit eines Auslassventils der Hochdruckpumpe gezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Druckabfall ein Referenzverlauf vorgegeben wird, ein Vergleich des Referenzverlaufes mit einem aus Druckmesswerten ermittelten Druckabfallverlauf durchgeführt wird, im Falle einer Ermittlung einer unzulässig großen Abweichung des ermittelten Druckabfallverlaufes vom Referenzverlauf das Auslassventil als fehlerhaft erkannt wird und im Falle einer Ermittlung einer zulässigen Abweichung des ermittelten Druckabbauverlaufes vom Referenzverlauf das Auslassventil als fehlerfrei erkannt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse für jeden Zylinder der Hochdruckpumpe einzeln durchgeführt wird und aus der Analyse Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Komponenten des jeweiligen Zylinders gezogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Analyse für jeden Zylinder der Hochdruckpumpe Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Hochdruckpumpe als Ganzes gezogen werden .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es während des normalen Fahrbetriebes eines Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die während des normalen Fahrbetriebes ermittelten, die Funktionsfähigkeit der Komponenten der Hochdruckpumpe betreffenden Daten in einem Speicher nichtflüchtig hinterlegt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den die Funktionsfähigkeit der Komponenten der Hochdruckpumpe betreffenden Daten während des Fahrbetriebes ein fortgeschrittener Verschleiß einer oder mehrerer Komponenten der Hochdruckpumpe erkannt wird und als Reaktion darauf eine Absenkung des maximal zulässigen Drucks im Kraftstoffein- spritzsystem vorgenommen wird.
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