PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19536109A1 03.04.1997
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Stumpp, Gerhard, Dipl.-Ing., 70569 Stuttgart, DE;
Locher, Johannes, Ing. (grad.), 70378 Stuttgart, DE;
Maier, Claus, Dipl.-Ing. (FH), 71642 Ludwigsburg, DE;
Biester, Juergen, 71034 Boeblingen, DE;
Teschner, Werner, Dipl.-Ing., 70619 Stuttgart, DE;
Eyberg, Wilhelm, Dr., 71229 Leonberg, DE;
Neumeister, Jochen, Dr., 70469 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 28.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536109
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse F02M 65/00
IPC-Nebenklasse F02B 77/08   F02D 41/22   G01M 15/00   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems, insbesondere eines Common-Rail-Systems für eine Dieselbrennkraftmaschine, beschrieben. Ein Defekt des Zumeßsystems wird erkannt, wenn ein Signal eines Temperatursensors und/oder eines Drucksensors von einem vorgebbaren Wert abweicht.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems ist aus der US-A 52 41 933 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Hochdruckkreises bei einem Common-Rail-System beschrieben. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird der Druck im Rail geregelt. Liegt die Stellgröße des Druckregelkreises außerhalb eines vorgebbaren Bereichs, erkennt die Vorrichtung auf Fehler.

Desweiteren sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ausgehend vom Druck im Rail auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen wird. Dabei wird der Druck mit unteren und oberen Grenzwerten verglichen, und auf Fehler erkannt, wenn der Druck außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt.

Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß ein Fehler erst bei einem starken Druckabfall erkannt wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems der eingangs genannten Art möglichst sicher und einfach Fehler erkennen zu können. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Fehler im Zumeßsystem sicher und einfach erkannt werden. Insbesondere können defekte Injektoren bei Common-Rail-Systemen sicher nachgewiesen werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Des weiteren ist aus der DE-OS 44 40 700 ein Verfahren bekannt, bei dem bei einem Unfall, der mittels eines Airbagsensors erkannt wird, ein elektromagnetischer Hochdruckregler auf der stromabwartigen Seite der Hochdruckleitung vollständig öffnet. Dies führt zu einem Druckabfall im Hochdruckteil der Kraftstoffzumeßeinrichtung.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Fig. 2, 3 und 4 jeweils ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils gesteuert wird. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt. Sie kann bei allen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Kraftstoffzumessung erfolgt.

Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über einen Ansaugleitung 105 Frischluft zugeführt bekommt und über eine Abgasleitung 110 Abgase abgibt.

Bei der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122 und 123 zugeordnet. Den Injektoren wird über Magnetventile 130, 131, 132 und 133 Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt von einem sogenannten Rail 135 über die Injektoren 120, 121, 122 und 123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.

Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe 145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruckpumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer Kraftstofförderpumpe 155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Verbindung.

Das Ventil 150 umfaßt eine Spule 152. Die Magnetventile 130, 131, 132 und 133 enthalten Spulen 140, 141, 142 und 143, die jeweils mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagt werden können. Die Endstufe 175 ist vorzugsweise in einem Steuergerät 170 angeordnet, das auch die Spule 152 ansteuert.

Desweiteren ist ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 170 leitet.

Mit 181 bis 184 sind Sensoren bezeichnet, die die Temperatur in den Brennräumen der einzelnen Zylinder erfassen. Diese Sensoren stehen mit einer Steuereinheit 180 in Verbindung, die die Steuerung 170 mit einem Signal beaufschlagt. Die Steuereinheit kann als selbständige Steuergerät ausgebildet sein. Sie kann aber auch in die Steuerung 170 integriert sein.

Zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem Rail 135 ist ein Druckregelventil bzw. ein Druckbegrenzungsventil 190 angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 190 ist zwischen der Verbindungsleitung zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem Rau 135 und einer Rücklaufleitung 195 angeordnet. Über die Rücklaufleitung 195 gelangt Kraftstoff zurück in den Vorratsbehälter 160. Das Druckregelventil kann von der Steuerung 170 angesteuert werden und gibt bei Vorliegen eines entsprechenden Ansteuersignals die Verbindung zwischen dem Rail 135 und der Rücklaufleitung 195 und damit dem Vorratsbehälter 160 frei.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren 181 bis 184 als Drucksensoren ausgebildet. Diese Sensoren erfassen den Brennraumdruck in den Brennräumen der einzelnen Zylinder.

Dies Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstofförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen vorgebbaren Druck auf. Üblicherweise werden Druckwerte größer als 800 bar im Rail 135 erzielt.

Durch Bestromen der Spulen 140 bis 143 werden die entsprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert. Die Ansteuersignale für die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn und das Einspritzende des Kraftstoffs durch die Injektoren 120 bis 123 fest. Die Ansteuersignale werden von dem Steuergerät abhängig von verschiedenen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise dem Fahrerwunsch, der Drehzahl und weiteren Größen festgelegt.

Bei einem Common-Rail-System kann eine Dauereinspritzung eines Injektors bei ausgeglichener Massenbilanz im Rail nicht ohne weiteres sicher erkannt werden. Diese kann zum Beispiel auftreten, wenn das Magnetventil dauerhaft bestromt wird oder der Injektor klemmt bzw. eine Undichtigkeit aufweist. Dies kann zu einer ungewollten Druckerhöhung in einem Zylinder führen und bis zur Motorzerstörung reichen, wenn die Zylinderspitzendrücke bzw. die zulässigen Temperaturen überschritten werden.

Mittels der Sensoren 181 bis 184 wird die Temperatur im Brennraum jedes Motorzylinders gemessen. Übersteigt die Temperatur eines der Zylinder einen vorgegebenen Schwellwert, wird die Kraftstoffzufuhr gedrosselt bzw. abgestellt oder sonstige Notfahrmaßnahmen eingeleitet.

Bei Dieselbrennkraftmaschinen ist der Sensor in die Glühstiftkerze integriert. Dies hat den Vorteil, daß keine zusätzliche Bohrung im Motor erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Widerstand der Glühstiftkerzen als Temperatursignal verwendet wird. Dieser Widerstand ändert sich um ca. den Faktor 2 bis 4 im Temperarturbereich 0 bis 1100°C. Alternativ kann auch der Thermoeffekt der Glühstiftkerzen zur Bereitstellung eines Temperatursignals ausgewertet werden.

Zur Fehlererkennung wird die Soll-Temperatur im Brennraum abhängig von der Soll-Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl N gespeichert. Diese Soll-Temperatur wird mit der im Brennraum gemessenen Temperatur verglichen. Falls die Ist-Temperatur im Brennraum länger als eine Zeit ts um mehr als eine Temperaturdifferenz Δ überschreitet, wird auf Fehler erkannt und die Kraftstoffmenge stark vermindert oder abgestellt.

Falls das vorgenannte Temperaturkennfeld gespeichert ist, kann die Kraftstoffmenge vor einem Motorschaden beeinflußt werden oder die Kraftstoffmenge kann reduziert werden, bevor das Fahrzeug unbeabsichtigt beschleunigt. Falls nur ein Motorschaden verhindert werden soll, genügt es, bei einer vereinfachten Ausführungsform die Soll-Temperatur als Funktion der Drehzahl abzulegen.

Eine mögliche Realisierung dieses Verfahrens ist in Fig. 2 als Flußdiagramm dargestellt. In Schritt 200 wird ein Zähler t auf Null gesetzt. Anschließend in Schritt 210 werden die aktuelle Brennraumtemperatur TI, die Kraftstoffmenge QKS und Drehzahl N erfaßt. Als Kraftstoffmenge QKS können alle in der Steuerung 170 vorliegenden Kraftstoffmengensignale, wie beispielsweise die Soll- oder die Ist-Kraftstoffmenge verwendet werden.

Im Schritt 220 wird aus einem Kennfeld die Soll-Temperatur IS als Funktion F der Kraftstoffmenge QKS und der Drehzahl N ausgelesen.

Die Abfrage 230 überprüft, ob der Betrag der Differenz zwischen der Ist-Temperatur TI und der Soll-Temperatur Ts kleiner als Δ ist. Ist dies der Fall, so folgt erneut Schritt 210. Ist dies nicht der Fall, d. h. die Ist-Temperatur weicht wesentlich von der Soll-Temperatur ab, so wird in Schritt 240 der Zeitzähler t um 1 erhöht. Die Abfrage 250 überprüft, ob der Zeitzähler t größer oder gleich einem Schwellwert ts ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut Schritt 210. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 260 auf Fehler erkannt und es werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet.

Weicht der Temperaturwert eines Zylinders von einem erwarteten Wert ab, so wird auf Fehler des entsprechenden Injektors bzw. des entsprechenden Magnetventils geschlossen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Abweichung der Temperatur eines Zylinders von einem Mittelwert über mehrere Zylinder ausgewertet wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt.

In Schritt 300 wird das Temperatursignal des ersten Zylinders Z1. erfaßt. Entsprechend wird im Schritt 300 das Temperatursignal des zweiten Zylinders Z2 erfaßt. In Schritt 302 und 303 wird das Temperatursignal der Zylinder Z3 und Z4 erfaßt. Im Schritt 310 werden die Amplituden der vier Signale aufsummiert und durch 4 dividiert. Somit ergibt sich der Mittelwert M der vier Temperatursignale.

Im Schritt 320 wird ein Zähler i auf 0 gesetzt und im anschließenden Schritt 330 um 1 erhöht. Die Abfrage 340 überprüft, ob die Differenz zwischen den Werten Zi des i-ten Zylinders und dem Mittelwert M größer als ein Schwellwert 5 ist. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage 350 ob i größer oder gleich 4 ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 330 bzw. wenn i größer oder gleich 4 ist folgt Schritt 300.

Erkennt die Abfrage 340, daß der Betrag der Differenz zwischen den Werten des i-ten Zylinders Zi und dem Mittelwert M größer als der Schwellwert S ist, so wird in Schritt 360 auf Fehler erkannt und eine entsprechende Maßnahmen eingeleitet.

Das dargestellte Verfahren wurde am Beispiel einer Vierzylinder Brennkraftmaschine beschrieben. Durch entsprechende Wahl der Parameter insbesondere von i kann das Verfahren auch auf Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl angewandt werden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß überprüft wird, ob die Temperatur innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums um mehr als ein Toleranzwert ansteigt. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist als Flußdiagramm in Fig. 4 dargestellt.

In einem ersten Schritt 400 wird ein Zeitzähler t auf Null gesetzt. Im anschließenden Schritt 410 erfaßt einer der Temperatursensoren 181 bis 184 einen Temperaturwert Z(k) der Brennraumtemperatur. Anschließend wird der Zeitzähler in Schritt 420 um eins erhöht. Die sich anschließende Abfrage 430 überprüft, ob eine Wartezeit tw abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut Schritt 420.

Nach Ablauf der Wartezeit tw wird in Schritt 440 ein neuer Wert Z(k+1) der Temperatur erfaßt. Der Schritt 450 bildet anschließend die Differenz ZA zwischen dem alten Wert Z(k) und dem neuen Wert Z(k+1). Diese Differenz ZA ist ein Maß für den Temperaturanstieg während der Wartezeit tw.

Die sich anschließende Abfrage 460 überprüft, ob die Differenz ZA größer als ein Schwellwert SA. ist. Ist dies nicht der Fall wird in Schritt 470 der alte Wert Z(k) mit dem neuen Wert Z(k+1) überschrieben. Anschließend folgt Schritt 420. Erkennt die Abfrage 460, daß der Temperaturanstieg größer ist, als ein zulässiger Wert, so erkennt der Schritt 480 auf Fehler.

Besonders vorteilhaft bei den beschriebenen Ausführungsformen ist es, daß die Einrichtung sowohl eine erhöhte als auch eine verringerte Einspritzmenge erkennt.

Als Notfahrmaßnahme kann vorgesehen sein, daß mittels eines Druckbegrenzungsventils der Druck im Rail vermindert wird. Ferner kann durch Absperren des Ventils 150 die Kraftstoffzufuhr zur Hochdruckpumpe 145 unterbunden werden.

Wird der Druck im Rail 135 unter den Öffnungsdruck der Injektoren 120 bis 123 abgesenkt, fließt an korrekt arbeitenden Injektoren kein Kraftstoff mehr. Kraftstoff fließt nur noch aus einem Injektor mit einer undichten Injektor.

Um einen Notfahrbetrieb des Motors aufrecht halten zu können, kann der Druck im Rail auf einen Wert knapp über dem Öffnungsdruck der Düsen eingestellt werden. Bei dieser Maßnahme kann ein empfindlicher Motor trotzdem Schaden nehmen, weil aus einer undichten Düse zuviel Kraftstoff strömen kann.

Ein sicheres Notfahren ist erreichbar, wenn die Motorzylinder zwei Gruppen zugeordnet werden und für jede Gruppe eine separate Hochdruckpumpe, ein separates Rail und ein separates Druckbegrenzungsventil verwendet wird. Bei dieser Ausgestaltung kann nur die Zylindergruppe abgeschaltet werden, in welcher ein Brennraum mit zu hoher Temperatur diagnostiziert wurde. Mit der zweiten Zylindergruppe kann ein Notfahrbetrieb aufrechterhalten werden.

Eine besonders vorteilhafte Alternative ergibt sich, wenn an Stelle bzw. zusätzlich zu den Temperatursensoren 181 bis 184 wenigstens ein Drucksensor eingesetzt wird, der ein Signal liefert, das dem Druck im jeweiligen Brennraum entspricht. Die Fehlererkennung erfolgt entsprechend, wie bei der Temperaturmessung. An Stelle der Temperatursignale werden Drucksignale verarbeitet.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, dadurch gekennzeichnet, daß ein Defekt des Zumeßsystems erkannt wird, wenn ein Signal eines Sensors, der die Temperatur und/oder den Druck in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine erfaßt, von einem vorgebbaren Wert abweicht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor ein Signal liefert das der Temperatur im Brennraum entspricht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein Signal liefert das dem Druck im Brennraum entspricht.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn das Signal von einem vorgebbaren Schwellwert abweicht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert abhängig von Drehzahl und/oder Kraftstofftemperatur in einem Kennfeld abgelegt ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn das Signal von einem Mittelwert über alle Zylinder abweicht.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn das Signal um mehr als ein zulässige Änderung ansteigt.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor in eine Glühstiftkerze integriert ist.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Glühstiftkerze als Maß für die Temperatur ausgewertet wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkanntem Fehler der Druck im Rail abgesenkt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in zwei Gruppen aufgeteilt werden und bei erkanntem Defekt in einer Gruppe, die als Defekt erkannte Gruppe abgeschaltet wird.
  12. 12. Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die ein Defekt des Zumeßsystems erkennen, wenn ein Signal eines Sensors, der die Temperatur und/oder den Druck in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine erfaßt, von einem vorgebbaren Wert abweicht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com