Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei dem von einer Druckpumpe Kraftstoff in eine Druckversorgungsleitung gefördert und Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordneten Düsen zur Einspritzung zugeführt wird, wobei zwischen dem Ende einer Einspritzung und dem Beginn der Förderung oder zwischen dem Ende einer Förderung und dem Beginn einer Einspritzung der jeweils an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten (t₁;t₂ oder t₁';t₂') anliegende Druck erfaßt oder im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine mindestens eine der nächstfolgenden Einspritzungen und Förderungen für mindestens einen Zylinder abgeschaltet wird und der an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten anliegende Druck erfaßt oder im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bei abgeschalteten Düsen und Nullförderung der Hochdruckpumpe der an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten jeweils anliegende Druck erfaßt und jeweils die ermittelte Druckdifferenz erst bei Überschreiten eines definierten Grenzwertes als Störung angezeigt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

[0002] Aus der EP 0 501 459 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem von einer Hochdruckpumpe Kraftstoff unter hohem Druck in eine für alle Düsen vorgesehenen gemeinsamen Versorgungsleitung (Common Rail) gefördert wird. Bei diesem Einspritzsystem sind Mittel zum Aufspüren von Betriebsstörungen eingesetzt, durch die z.B. fehlerhaft arbeitende Hochdruckpumpen ermittelt werden können.

[0003] Das hierbei aus den Komponenten, wie Düse bzw. Injektor, gemeinsame Versorgungsleitung, Rückschlagventil und Einspritzleitungen zwischen Injektor und Versorgungsleitung bestehende Einspritzsystem wird ständig mit dem hohen Speicherdruck beaufschlagt. Betriebsstörungen, die z.B. aus Undichtigkeiten dieser Komponenten resultieren, würden einen hohen Kraftstoffverlust bedeuten. Der Speicherdruck in der Versorgungsleitung kann nicht mehr aufgebaut werden. Die Folge ist eine fehlerhafte Einspritzung und damit eine Betriebsstörung des Motors, die bei nicht frühzeitigem Erkennen zum Ausfall des Gesamtsystems führen kann.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch besondere Maßnahmen eine sichere Kontrolle über auftretende Undichtigkeiten von Komponenten in der Kraftstoffeinspritzanlage zu ermöglichen.

[0005] Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen der unabhängigen Patentansprüche 1,2 und 3 angegebenen Merkmale.

[0006] In dem Unteranspruch ist noch eine förderliche Weiterbildung der Erfindung angegeben.

[0007] Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte gemäß Anspruch 1, nämlich in dem einen Block zwischen dem Ende einer Einspritzung und dem Förderbeginn oder in dem anderen Block zwischen dem Ende der Förderung und dem Beginn der Einspritzung den Druck mindestens zweier Zeitpunkte des jeweilig zugeordneten Blocks zu erfassen und die ermittelte Druckdifferenz erst bei Überschreiten eines definierten Grenzwertes anzuzeigen, können auf einfache Weise große Undichtigkeiten festgestellt werden.

[0008] Die Ermittlung von großen Undichtigkeiten bietet sich insbesondere bei einem Einspritzsystem als Common-Rail-System an. Bei diesen Systemen wird im normalen, also störungsfreien Betrieb der Druck im Hochdruckspeicher bzw. in der für alle magnetventilgesteuerten Düsen bestimmten gemeinsamen Versorgungsleitung durch die verschiedenen Vorgänge, wie Förderung und Einspritzung dauernd verändert. Jede Einspritzung führt hierbei zu einer üblichen rapiden Druckabsenkung, die allerdings in der nachfolgenden Förderung der Hochdruckpumpe wieder ausgeglichen wird. Ein zusätzlicher Druckabfall als Folge einer Undichtigkeit wird somit durch die besonderen Verfahrensschritte erkannt und zur Anzeige gebracht.

[0009] Die Ermittlung des Druckverlaufs kann aber erschwert werden, wenn die Kraftstoffvolumina zwischen der Druckpumpe und den Düsen bzw. Injektoren klein sind. In diesem Fall wird der Systemdruck von Reflexionswellen stark beeinflußt.

[0010] Durch Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder während des Betriebes der Brennkraftmaschine, indem mindestens eine der nächstfolgenden Einspritzungen und Förderungen ausgesetzt wird, ist trotz der kleinen Volumina eine exakte Messung zum Erkennen von Undichtigkeiten durchführbar.
Die Ermittlung des Druckverlaufes kann aber auch dann erschwert werden, wenn im System zwischen der Druckpumpe und den Düsen bzw. Injektoren kleine Undichtigkeiten auftreten. Die Druckregelung im System würde kleine Undichtigkeiten durch erhöhte Förderleistung der Druckpumpe ausgleichen wollen.

[0011] Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte gemäß Anspruch 3 sind auftretende Undichtigkeiten auf einfache Weise aufspürbar.

[0012] Die Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Druckversorgungsleitung als gemeinsame Hochdruckversorgungsleitung für alle magnetventilgesteuerten Düsen bzw. Injektoren,

Fig. 2

in einem Diagramm den synchronen Verlauf des Drucks, der Förderung und der Einspritzung,

Fig. 3

in vergrößerter Darstellung den Druckverlauf bei störungsfreiem und undichtem System, jeweils im Motorbetrieb,

Fig. 4

in vergrößerter Darstellung den Druckverlauf bei störungsfreiem und undichtem System, jeweils im Motorbetrieb, allerdings bei ausgesetzter Förderung und Einspritzung,

Fig. 5

den Druckverlauf bei undichtem System im Schubbetrieb, bei dem die Förderung und die Einspritzung abgeschaltet ist.

[0013] In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine 2 gezeigt, die im wesentlichen aus einer bedarfsgeregelten Hochdruckpumpe 3 sowie aus einem Einspritzleitungssystem 4 mit einer für alle magnetventilgesteuerten Düsen bzw. Injektoren 5,6,7,8 vorgesehenen gemeinsamen Hochdruckversorgungsleitung 9 besteht.

[0014] Ein mit 10 bezeichneter Drucksensor mißt den Ist-Druck in der Hochdruckversorgungsleitung 9. Abweichungen vom Soll-Druck in dem jeweiligen Betriebsbereich werden durch eine elektronische Steuereinheit 11 ausgeglichen, indem ein angesteuertes Verstellorgan 12 an der Hochdruckpumpe 3 den vorgegebenen Druck einregelt.

[0015] Der Drucksensor 10 dient nicht allein zur Regulierung des Hochdruckregelkreises für die Einhaltung eines bestimmten Druckniveaus, sondern wird auch zur Ermittlung von Undichtigkeiten im hochdruckseitigen Leitungssystem herangezogen, worauf nachfolgend näher eingegangen ist.

[0016] In Fig. 2 sind phasensynchrone Verläufe a,b,c hinsichtlich des Raildrucks, der Förderung und der Einspritzung aufgetragen. Die dargestellten Verläufe ergeben sich im normalen, also störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine. Im einzelnen bedeuten

F_B

= Förderbeginn

F_E

= Förderende

E_B

= Einspritzbeginn

E_E

= Einspritzende

t₁

= erster Zeitpunkt und

t₂

= zweiter Zeitpunkt für die Druckmessung (nach Einspritzphase)

t₁'

= erster Zeitpunkt und

t₂'

= zweiter Zeitpunkt für die Druckmessung (nach Förderphase)

[0017] Der Drucksensor 10 erfaßt den jeweiligen Druck zum vorgegebenen Zeitpunkt t₁ und t₂. Beide Zeitpunkte sind zwischen dem Einspritzende E_E und dem Förderbeginn F_B gewählt. Bei störungsfreiem, also dichtem Leitungssystem ergibt sich ein mit durchgehender Linie in Fig. 3 dargestellter Druckverlauf. Es liegt keine nennenswerte Druckdifferenz zwischen den ermittelten Drücken bei t₁ und t₂ und gegebenenfalls t₃ vor.

[0018] Bei undichtem System ergibt sich ein mit unterbrochener Linie dargestellter Druckverlauf bzw. Druckabfall.

[0019] Wenn die hier ermittelte Druckdifferenz einen definierten Grenzwert überschreitet, wird dieser Zustand als Störung angezeigt.

[0020] Dieses Verfahren, das zum Erkennen von großen Undichtigkeiten eingesetzt werden kann, eignet sich besonders bei Leitungssystemen mit großen Kraftstoff-Volumina zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren.

[0021] Die Ermittlung des Druckverlaufs ist aber bei kleinen Volumina aufgrund der den Systemdruck stark beeinflussenden Reflexionwellen erschwert.

[0022] Für diesen Fall ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine in unregelmäßigen Abständen eine erzwungene Abschaltung mindestens einer Förderung und mindestens einer Einspritzung erfolgt.

[0023] In Fig. 4 sind die Zeitpunkte t₁ und t₂, gegebenenfalls weitere Zeitpunkte, zur Erfassung des jeweiligen Drucks sowie der Förder- und Einspritzverlauf bei vorübergehender Abschaltung der Förderung und Einspritzung gezeigt.

[0024] Der Raildruckverlauf ist bei intaktem System und bei undichtem System ähnlich wie derjenige nach Fig. 3.

[0025] Für den Fall, daß im System zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren kleine Undichtigkeiten auftreten, ist ein Verfahren angewendet, das nur im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine zum Tragen kommt. Bei jedem Übergang vom normalen in den Schubbetrieb, erkennbar am Signal eines Fahrpedalgebers, wird zusätzlich zu den in diesem Betriebszustand ohnehin abgeschalteten Injektoren auch die Hochdruckpumpe auf Nullförderung eingestellt.

[0026] In Fig. 5 sind die Zeitpunkte t₁ und t₂ zur Druckerfassung im Schubbetrieb sowie der Druckverlauf bei undichtem System dargestellt.

[0027] Der Zeitpunkt t₁ kann nach dem Übergang in den Schubbetrieb frühestens innerhalb der zweiten Umdrehung der Kurbelwelle für die Ermittlung des Raildrucks ausgewählt werden. Die erste Umdrehung der Kurbelwelle kann dabei zur Beruhigung der Druckschwingungen im System benutzt werden. Der Raildruck wird an mehreren Zeitpunkten gemessen, z.B. innerhalb von zehn Umdrehungen der Kurbelwelle, und aus den Messungen die Druckabfallrate ermittelt, die bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes als Störung angezeigt wird.

[0028] Die Zeitpunkte zur Druckerfassung können aber auch auf höherem Druckniveau ausgewählt werden, und zwar zwischen dem Förderende F_E und dem Einspritzbeginn E_B. Die Zeitpunkte sind mit t₁' und t₂' bezeichnet und beispielhaft in Fig.2 dargestellt.
Die Festlegung der Zeitpunkte t₁' und t₂' gilt gleichermaßen für die anderen Ausführungen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei dem von einer Druckpumpe Kraftstoff in eine Druckversorgungsleitung gefördert und Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordneten Düsen zur Einspritzung zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Ende einer Einspritzung und dem Beginn der Förderung oder zwischen dem Ende einer Förderung und dem Beginn einer Einspritzung der an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten (t₁;t₂ oder t₁';t₂') jeweils anliegende Druck erfaßt und die ermittelte Druckdifferenz erst bei Überschreiten eines definierten Grenzwertes als Störung angezeigt wird.

2. Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei dem von einer Druckpumpe Kraftstoff in eine Druckversorgungsleitung gefördert und Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordneten Düsen zur Einspritzung zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine mindestens eine der nächstfolgenden Einspritzungen und Förderungen für mindestens einen Zylinder abgeschaltet wird und der an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten (t₁;t₂ oder t₁';t₂') anliegende Druck erfaßt und die ermittelte Druckdifferenz erst bei Überschreiten eines definierten Grenzwertes als Störung angezeigt wird.

3. Verfahren zum Erkennen von Betriebsstörungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei dem von einer Druckpumpe Kraftstoff in eine Druckversorgungsleitung gefördert und Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordneten Düsen zur Einspritzung zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bei abgeschalteten Düsen (5-8) und Nullförderung der Hochdruckpumpe (3) der an mindestens zwei vorgegebenen Zeitpunkten (t₁;t₂ oder t₁';t₂') jeweils anliegende Druck erfaßt und die ermittelte Druckdifferenz erst bei Überschreiten eines definierten Grenzwertes als Störung angezeigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitpunkte (t₁;t₂ oder t₁';t₂') mindestens innerhalb einer Umdrehung der Kurbelwelle, vorzugsweise innerhalb von zehn Umdrehungen erfaßt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitpunkte (t₁;t₂ oder t₁';t₂') zur Druckerfassung frühestens ab der zweiten Umdrehung der Kurbelwelle nach dem Übergang in den Schubbetrieb gelegt werden.

Zeichnung