DE102005004423B3

DE102005004423B3 - Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE102005004423B3
Application number: DE102005004423A
Authority: DE
Inventors: Carl-Eike Hofmeister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: CN100434683C; DE502006000413D1; WO2006079606A1; US7444993B2; EP1711704B8; EP1711704A1; CN1942663A; EP1711704B1; US20080109144A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Überwachen einer Funktionsfähigkeit eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem bei einer Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängig vom Verhalten des im Hochdruckspeicher herrschenden Drucks eine Fehlerquelle detektiert wird. Abhängig von der erkannten Fehlerquelle wird ein entsprechendes Notsteuerprogramm vom Steuergerät ausgeführt. Durch das beschriebene Verfahren kann eine einfache und genaue Analyse einer Fehlerquelle ermöglicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß Anspruch 1.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems bekannt. Die immer strenger werdenden Abgasvorschriften erfordern eine zunehmende Präzision der Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Deshalb steigen auch die Anforderungen an die Verfahren zur Überwachung der Funktionalität von Kraftstoffeinspritzanlagen.
Aus DE 199 83 014 T1 ist ein Verfahren zum Überwachen einer Funktionsfähigkeit eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Einspritzsystem weist einen Druckspeicher und daran angeschlossene Einspritzventile auf. Zudem ist ein regelbares Kraftstoffzuführsystem vorgesehen, das den Druckspeicher mit Kraftstoff versorgt. Des weiteren ist ein Drucksensor angeordnet, der am Druckspeicher angeschlossen ist und der den Druck im Druckspeicher erfasst. Es ist ein Steuergerät vorgesehen, dem der Druck im Druckspeicher über den Drucksensor zugeführt wird und durch das die vom Einspritzsteuerventil abgeführte und die vom Kraftstoffzuführsystem zugeführte Kraftstoffmenge abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Bei der Ansteuerung wird die vom Einspritzventil abzugebende Kraftstoffmenge verändert, wobei der sich darauf einstellende Druck erfasst wird und mit einem Solldruck für die gegebenen Betriebsbedingungen verglichen wird. Abhängig von der Abweichung des gemessenen Drucks vom Vergleichswert wird eine Feh lerquelle erkannt, wenn der Druck außerhalb eines Schwellbereichs liegt.
Aus DE 102 59 797 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem bekannt. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Kraftstoffspeicher, eine kontinuierlich arbeitende Hochdruckpumpe und ein Kraftstoffdruckregelventil auf. Für die Erkennung einer Fehlfunktion wird ein hochfrequenter Anteil des Kraftstoffdruckverlaufs des Kraftstoffspeichers ausgewertet und mit einem Vergleichswert verglichen. Aufgrund des Vergleichs kann erkannt werden, ob eine Komponente defekt ist.
Aus DE 198 56 203 C2 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt wird. An den Druckspeicher sind Einspritzventile angeschlossen, die gemäß einer Ansteuerung durch ein Steuergerät den Kraftstoff der Brennkraftmaschine zuführen. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Kraftstoffversorgungssystems wird vom Steuergerät eine Druckänderung im Druckspeicher veranlasst. Anschließend wird die Zeit erfasst, die zur Einstellung der Druckänderung benötigt wird. Die erfasste Zeit wird mit experimentell ermittelten Zeitwerten verglichen und auf einen Fehler geschlossen, wenn die erfassten Zeitwerte nicht den abgelegten Zeitwerten entsprechen.
Weiterhin ist es aus DE 199 46 506 C1 bekannt, eine Fehlfunktion im Drucksystem einer Kraftstoffeinspritzanlage dadurch zu überwachen, dass die Druckänderung des Drucksystems erfasst wird und periodische Druckschwankungen ermittelt werden. Es wird eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn die Periodizität des registrierten Druckmesssignals hinsichtlich der Amplitude und/oder Gleichförmigkeit der Schwankungen des Drucks deutlich von dem Muster abweicht, das bei fehlerfreiem Betrieb des Systems zu erwarten ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems bereit zu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass eine Analyse der Fehlerursache durchgeführt wird und eine genauere Ermittlung der Fehlerquelle ermöglicht wird.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Druck im Druckspeicher nach einer Änderung der Einspritzmenge über einen bestimmten Zeitraum erfasst und der während der Messzeit erfasste Druckverlauf mit einem Sollwert oder Sollwertverlauf verglichen. Durch den längeren Zeitraum werden kurzzeitige Fehler, die beispielsweise durch defekte Einspritzventile auftreten können, herausgemittelt. Damit werden nur Fehler erkannt, die vom Einspritzsystem und nicht von den Einspritzventilen verursacht werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Fehlerquelle die Dichtigkeit des Einspritzsystems erkannt, wenn bei einer Änderung der Einspritzmenge der Solldruck im Druckspeicher unterschritten wird und sich ein konstanter Druck im Druckspeicher einstellt. Auf diese Weise können Undichtigkeiten im Drucksystem des Einspritzsystems genau erkannt werden. Somit können entsprechende Notprogramme vom Steuergerät abgearbeitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Änderung der Einspritzmenge und bei einem Unterschreiten des Solldrucks im Druckspeicher und einem sich entgegen der Änderung der Einspritzmenge ändernden Kraftstoffdrucks im Druckspeicher die Kraftstoffzuführung als Fehlerquelle erkannt. Somit kann mit dem beschriebenen Verfahren eine Überwachung des Kraftstoffzuführsystems durchgeführt werden und bei Erkennen einer Fehlfunktion des Kraftstoffzuführsystems vom Steuergerät ein entsprechendes Notprogramm verwendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems;
2 zwei Diagramme zur Erfassung eines ersten Fehlerfalls; und
3 zwei Diagramme zur Erfassung eines zweiten Fehlerfalls.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem. Das Einspritzsystem weist einen Hochdruckspeicher 1 auf, der mit Einspritzventilen 2 verbunden ist. Zudem ist der Hochdruckspeicher 1 über eine Zuleitung 3 mit einem Kraftstoffzuführsystem 4 verbunden. Das Kraftstoffzuführsystem ist an einen Kraftstofftank 5 angeschlossen. Weiterhin ist ein Steuergerät 6 vorgesehen, das abhängig von Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine 8 das Kraftstoffzuführsystem 4 und die Einspritzventile 2 steuert. Dazu weist das Steuergerät 6 einen Datenspeicher 7 auf, in dem entsprechende Steuerprogramme abgespeichert sind. Zum Ansteuern des Kraftstoffzuführsystems 4 ist eine Steuerleitung 11 zwischen dem Steuergerät 6 und dem Kraftstoffzuführsystem 4 vorgesehen. Weiterhin sind an der Brennkraftmaschine 8 Sensoren 9 angeordnet, die die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 8 erfassen. Als Betriebsbedingungen werden beispielsweise die Drehzahl und die Gaspedalstellung ermittelt und an das Steuergerät 6 weitergeleitet. Zudem sind auch Steuerleitungen zwischen den Einspritzventilen 2 und dem Steuergerät 6 zur Ansteuerung der Einspritzventile 2 ausgebildet. Weiterhin ist am Hochdruckspeicher 1 ein Drucksensor 10 vorgesehen, der den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 1 erfasst und an das Steuergerät 6 weiterleitet.
Die Aufgabe des Kraftstoffzuführsystems 4 besteht darin, den Hochdruckspeicher 1 gemäß der Ansteuerung durch das Steuergerät 6 mit Kraftstoff mit einem gewünschten Solldruck zu versorgen. Dazu kann das Kraftstoffzuführsystem 4 verschiedene Komponenten aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weist das Kraftstoffzuführsystem 4 eine Kraftstoffpumpe 12 und ein zwischen dem Kraftstofftank 5 und der Kraftstoffpumpe 12 geschaltetes Zuflussregelventil 13 auf. Zudem ist in der Zuleitung 3 zwischen der Kraftstoffpumpe 12 und dem Hochdruckspeicher 1 ein Druckventil 14 geschaltet, dessen Ausgang mit einem Rücklauf 15 verbunden ist.
Für die Steuerung der dem Hochdruckspeicher 1 zugeführten Kraftstoffmenge wird vom Steuergerät 6 ein Durchflussquerschnitt des Zuflussregelventils 13 weiter oder weniger weit aufgesteuert, so dass von der Kraftstoffpumpe 12 mehr oder weniger Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 1 befördert werden kann. Zudem steht als weiteres Mittel zur Beeinflussung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckspeicher 1 das Druckventil 14 zur Verfügung, das ebenfalls vom Steuergerät 6 angesteuert wird. Wird das Druckventil 14 vom Steuergerät 6 aufgesteuert, so wird Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe 12 bereits verdichtet und in die Zuleitung 3 gepumpt wurde, über den Rücklauf 15 zurück in den Kraftstofftank 5 befördert. Damit wird der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 1 gesenkt.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird in Abhängigkeit von festgelegten Steuerprogrammen abhängig von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 8 die Kraftstoffzu fuhr zum Hochdruckspeicher 1, der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 1 und die von den Einspritzventilen 2 abgegebene Kraftstoffmenge eingestellt.
Der Kraftstoffdruck, mit dem der Kraftstoff eingespritzt wird, ist für die Abgasqualität der Brennkraftmaschine ein wesentliches Merkmal und deshalb präzise einzuhalten. Zudem ist der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher auch ein Messsignal, das für eine Fehleranalyse des Einspritzsystems verwendet werden kann.
2 zeigt in einem oberen Diagramm den zeitlichen Verlauf der Kraftstoffmenge, der von den Einspritzventilen 2 abgegeben wird. Im unteren Diagramm ist dazu zeitlich parallel der Verlauf des Druckes im Hochdruckspeicher 1 aufgetragen, der vom Drucksensor 10 erfasst wird. Das obere Diagramm zeigt, dass die Kraftstoffmenge zum Zeitpunkt t0 von einem oberen Wert auf einen niedrigeren Wert zum Zeitpunkt t1 abfällt und anschließend wieder auf einen höheren Wert zum Zeitpunkt t2 ansteigt, um wiederum zu einem Zeitpunkt t3 auf einen niedrigeren Wert abzufallen. Die Zeitdauer zwischen dem 0ten Zeitpunkt t0 und dem dritten Zeitpunkt t3 ist länger als 1 Sekunde.
Parallel dazu ist im unteren Diagramm sowohl der Sollwert des Kraftstoffdruckes als auch der gemessene Druck p über die Zeit aufgetragen. Der Sollwert wird von Steuerprogrammen abhängig von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorgegeben. Das Steuergerät 6 steuert das Kraftstoffzuführsystem 4 so an, dass der Solldruck eingestellt wird. Aus dem unteren Diagramm ist ersichtlich, dass während der Messdauer, d. h. vom 0ten Zeitpunkt bis zum dritten Zeitpunkt t3 der erfasste Druckwert p nahezu konstant bleibt und unter dem Solldruck liegt.
Damit erkennt das Steuergerät 6, dass eine Fehlfunktion des Kraftstoffzuführsystems 4 vorliegt. Weiterhin erkennt das Steuergerät 6 aufgrund der vorliegenden Situation, dass sich die eingespritzte Kraftstoffmenge über die Zeit ändert und der im Hochdruckspeicher 1 vorherrschende Kraftstoffdruck nahezu konstant und unter dem Solldruck bleibt, dass eine Fehlfunktion des Druckventils vorliegt. Für die Erkennung eines nahezu konstanten Drucks wird ein Druckbereich von beispielsweise 3% festgelegt, in dem sich der Druck im Hochdruckspeicher 1 während der Messung ändern kann, wobei jedoch das Steuergerät 6 trotzdem einen konstanten Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 1 erkennt.
Wird vom Steuergerät 6 ein Fehler im Druckventil 14 erkannt, so wird ein entsprechend vorbereitetes Notprogramm vom Steuergerät 6 für die weitere Ansteuerung des Kraftstoffzuführsystems 4 und/oder der Einspritzventile 2 verwendet. Das Notprogramm ist im Speicher 7 des Steuergeräts 6 abgelegt.
In 3 wird ein weiterer Fehlerfall dargestellt.
3 zeigt im oberen Diagramm wieder die zeitliche Änderung der von den Einspritzventilen 2 eingespritzten Kraftstoffmenge. Im unteren Diagramm ist der Sollwert des Kraftstoffdruckes und der gemessene Kraftstoffdruck p parallel über die Zeit aufgetragen. Auch in dieser Situation wird der von den Einspritzventilen 2 eingespritzte Kraftstoff in der Menge vom Zeitpunkt t0 von einem hohen Wert auf einen niedrigeren Wert zum ersten Zeitpunkt t1 gesenkt, anschließend wieder auf einen höheren Wert zum zweiten Zeitpunkt t2 erhöht und daraufhin wieder auf einen niedrigeren Wert zum dritten Zeitpunkt t3 gesenkt. Der Zeitraum zwischen dem 0ten Zeitpunkt t0 und dem dritten Zeitpunkt t3 entspricht ungefähr 1 Sekunde.
Der zeitliche Verlauf des gemessenen Drucks im Hochdruckspeicher 1 weist eine der Kraftstoffänderung entgegengesetzte Druckänderung auf, d. h. während die eingespritzte Kraftstoffmenge abnimmt, nimmt der Kraftstoffdruck im Hochdruck speicher 1 zu und umgekehrt. Damit wird vom Steuergerät 6 eindeutig eine Fehlfunktion des Zuflussregelventils 13 erkannt. Bei Erkennen einer Fehlfunktion des Zuflussregelventils 13 wird vom Steuergerät 6 ein entsprechendes Notprogramm für die weitere Ansteuerung des Zuführsystems 4 und/oder der Einspritzventile 2 verwendet.
Das Notprogramm, das bei einer Fehlfunktion des Zuflussregelventils eingesetzt wird, erniedrigt beispielsweise die von den Einspritzventilen 2 einzuspritzende Kraftstoffmenge. Bei erkennen eines defekten Druckventils wird zudem beispielsweise der Sollwert des Drucks limitiert.
In Abhängigkeit von der Anwendung können auch weitere Parameter bei den zu verwendenden Notprogrammen begrenzt oder verändert werden.

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Funktionsfähigkeit eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einem Druckspeicher, mit einem am Druckspeicher angeschlossenen Einspritzventil, mit einem regelbaren Kraftstoffzuführsystem, das den Druckspeicher mit Kraftstoff versorgt, mit einem Drucksensor, der am Druckspeicher angeschlossen ist und den Druck im Druckspeicher erfasst, mit einem Steuergerät, dem der Druck im Druckspeicher über den Drucksensor zugeführt wird und das die vom Einspritzventil abgeführte und die vom Kraftstoffzuführsystem zugeführte Kraftstoffmenge abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird, wobei die vom Einspritzventil abzugebene Kraftstoffmenge verändert wird, wobei der sich daraufhin einstellende Druck erfasst wird, wobei der Druck über eine bestimmte Messzeit von einer Sekunde erfast wird, wobei das zeitliche Verhalten des Drucks während der Messzeit mit einem Sollwertverlauf für die gegebenen Betriebsbedingungen verglichen wird, und abhängig von der Abweichung des gemessenen zeitlichen Verhaltens des Drucks von dem Sollwertverlauf und bei Unterschreiten des Solldrucks eine Fehlerquelle erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckventil vorgesehen ist, das am Druckspeicher angeschlossen ist und durch Ablassen von Kraftstoff den Druck im Druckspeicher beeinflusst, dass bei einem Unterschreiten des Solldrucks im Druckspeicher und bei einem annähernd konstanten Druck im Druckspeicher als Fehlerquelle das Druckventil erkannt wird, das den gewünschten Druck nicht einstellen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung der Einspritzmenge, bei einem Unterschreiten des Solldrucks im Druckspeicher und bei einem sich entgegen der Änderung der Einspritzmenge ändernden Kraftstoffdruck im Druckspeicher, als Fehlerquelle das Kraftstoffzuführsystem erkannt wird, das nicht ausreichend Kraftstoff zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom erkannten Fehler ein entsprechendes Notprogramm zur Steuerung von dem Steuergerät verwendet wird, wobei für die verschiedenen Fehler entsprechende Notprogramme für das Steuergerät zur Verfügung stehen.