DE102015206303A1

DE102015206303A1 - Verfahren zum Detektieren einer Leckage

Info

Publication number: DE102015206303A1
Application number: DE102015206303.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Klee; Frank Mueller; Markus Willimowski; Holger Jessen; Andreas Hastall
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage in einer Einspritzanlage (10) einer Brennkraftmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, einen ersten Druck in einem Niederdruckbereich (12) und einen zweiten Druck in einem Hochdruckbereich (14) auf ein gleiches Niveau zu bringen, dann die Brennkraftmaschine abzuschalten und anschließend den Verlauf des Raildrucks auszuwerten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Einspritzanlagen als Teil eines Kraftstoffversorgungssystems dienen bei Brennkraftmaschinen dazu, Kraftstoff aus einem Tank in die Brennräume, die Zylinder, der Brennkraftmaschine unter Druck zu befördern. Eine Common-Rail-Einspritzanlage als Ausführung einer Einspritzanlage zeichnet sich durch die Trennung von Druckerzeugung und eigentlichem Einspritzvorgang aus.
Der Kraftstoff soll dabei ohne Verluste aus dem Tank bis in die Zylinder befördert werden. Aufgrund des hohen Drucks des Kraftstoffs gegenüber der Atmosphäre kann es an vielen Stellen innerhalb der Einspritzanlage zu einem Austritt von Kraftstoff, was hierin als Leckage bezeichnet wird, kommen. Solche Leckagen beeinträchtigen die Sicherheit und die Umweltverträglichkeit der Brennkraftmaschine und sollten daher, falls diese auftreten, beseitigt werden. Hierzu ist es zunächst erforderlich, diese zu detektieren, d. h. zu erfassen, und möglichst genau zu lokalisieren.
Zu beachten ist, dass Leckagen der Hochdruckeinspritzventile von Fahrzeugen mit Benzindirekteinspritzung (BDE) im Fahrbetrieb, einschließlich des Nachlaufs und des Motorstopps, grundsätzlich über mehrere Diagnosefunktionen erkannt werden können:
Treten große Summenleckagen der Einspritzventile in den Brennraum auf, kann dies bei symptomrelevanter Ausprägung über die Gemischdiagnose erkannt werden. Um hier ins Gewicht zu fallen, muss der Leckageanteil einen gewissen Anteil der Einspritzmenge ausmachen. Die erkennbaren Leckagen sind daher als grob zu klassifizieren.
Einzelventilleckagen, die zu unrundem Motorlauf führen können, können über die Mengengleichstellungsfunktion oder im Extremfall über die Aussetzererkennung erkannt werden, sofern sie in einem bestimmten Verhältnis zur gewollten Einspritzmenge auftreten. Auch diese Leckagen sind als grob zu klassifizieren.
Über eine Druckhaltefunktion im Nachlauf können Gesamtsystemleckagen erkannt werden, die zu einem erhöhten Druckabbau nach Abstellen des Motors führen. Da diese Funktion nach regulärem Motorstopp stattfindet, wird der Druckabbau bei hohem Raildruck gemessen. In diesem Druckbereich wird der Druckabbau durch leckagebehaftete Hochdruckeinspritzventile hauptsächlich durch den Druckabbau über das Druckbegrenzungsventil und das Auslassventil der Hochdruckpumpe in den Niederdruckbereich überlagert. Die erkennbaren Leckagen der Hochdruckeinspritzventile sind wegen der Toleranzen der vorstehend genannten Leckagewege ebenfalls als grob zu klassifizieren.
Die Druckschrift EP 0 974 826 A2 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage. Bei dem Verfahren wird Kraftstoff von einer steuerbaren Pumpe in einen Speicher gefördert und ein Drucksignal erfasst, das den Druck charakterisiert. Dabei wird im Schubbetrieb zur Erkennung einer Leckage ein Ansteuersignal der Pumpe mit wenigstens einem Maximalwert verglichen und/oder überprüft, ob das Drucksignal wie erwartet abfällt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren dient dazu, kleinere als die vorstehend genannten und als grob klassifizierten Leckagen im Fahrbetrieb, einschließlich des Nachlaufs und des Motorstopps, oder im Rahmen einer Werkstattroutine zu erkennen. Das vorgestellte Verfahren sieht im Gegensatz zur vorhandenen Druckhalteprüfung vor, dass bei gleichem Druck in Niederdruckbereich und Hochdruckbereich der Leckageweg über die Hochdruckpumpe ausgeschlossen werden kann. Dadurch ist die Erkennung kleinerer Leckagen möglich. Somit müssen ein erster Druck, der im Niederdruckbereich vorliegt, und ein zweiter Druck, der im Hochdruckbereich vorliegt, angeglichen werden, bis diese im Wesentlichen oder nahezu gleich sind. Dies wird bspw. durch Absenken des Drucks im Hochdruckbereich erreicht. Grundsätzlich ist es aber möglich, die Nivellierung der beiden Drücke auf andere Weise herbeizuführen.
Das Verfahren ermöglicht somit festzustellen, ob eine Leckage in der Einspritzanlage vorliegt und zudem, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, den Ort der Leckage näher zu spezifizieren. Dies wird hierin als Detektieren einer Leckage verstanden.
Es wurde erkannt, dass zur Realisierung einer verbesserten Druckhalteprüfung der Druck im Hochdrucksystem und der Druck im Niederdrucksystem angeglichen werden müssen, bspw. dadurch, dass das Hochdruckniveau vor Abstellen des Motors auf Niederdruckniveau abgesenkt werden muss. Dadurch liegen Hochdruck und Niederdruck auf gleichem Niveau, so dass keine Leckagemenge vom Hochdruck- ins Niederdrucksystem fließen kann. Der nun vorherrschende Leckageweg ist der über die Einspritzventile, Kraftstoffniederdruck ca. 300–800 kPa absolut, in den Brennraum Atmosphärendruck ca. 100 kPa absolut. Externe Leckagen können leicht olfaktorisch ausgeschlossen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Einspritzanlage für einen Verbrennungsmotor.
2 zeigt in einem Graphen den Verlauf des Raildrucks bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
3 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
In 1 ist eine Einspritzanlage, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Common-Rail-Einspritzanlage mit einem Niederdruckbereich 12, in der ein erster Druck vorliegt, und einem Hochdruckbereich 14, in dem ein zweiter Druck vorliegt. Im Niederdruckbereich 12 befindet sich eine Niederdruckpumpe 16, die Kraftstoff aus einem Tank 18 hin zu dem Hochdruckbereich 14 fördert, in dem eine Hochdruckpumpe 20 vorgesehen ist. Diese umfasst eine Pumpe 22, ein Auslassventil 24 und ein Druckbegrenzungsventil 26.
Die Hochdruckpumpe 20 fördert den Kraftstoff unter Hochdruck zu einem Rail 28, in dem der Kraftstoff unter Hochdruck, dem Raildruck, gehalten wird. Das Rail 28 verfügt über einen Raildrucksensor 29. Aus diesem Rail 28 wird der Kraftstoff über Einspritzventile 30 in zugeordnete Brennräume 32, die Zylinder, eingespritzt.
Die Darstellung zeigt weiterhin ein Steuergerät 40, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist und somit als eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dient. Dieses Steuergerät 40, das bspw. durch das Motorsteuergerät realisiert ist, ist dazu eingerichtet, sämtliche Schritte des Verfahrens durchzuführen, insbesondere die Drucknivellierung bzw. -angleichung zu veranlassen, Messwerte zum Raildruck aufzunehmen und die Messwerte ggf. auch auszuwerten.
Anhand der Darstellung werden im Folgenden mögliche Leckagen in der dargestellten Einspritzanlage 10 erläutert.
Es sind grundsätzlich drei Arten der Leckage im Hochdruckbereich 14 möglich:

1. externe Leckagen
2. Hochdruckpumpen-interne Leckagen
3. Leckagen der Einspritzventile

Die externen Leckagen treten im Bereich zwischen der Hochdruckpumpe 20 und den Einspritzventilen 30 auf. Diese sind sensorisch, bspw. durch olfaktorische Wahrnehmung, gut zu erfassen.
Die Hochdruckpumpen-internen Leckagen treten innerhalb der Hochdruckpumpe 20, insbesondere bei dem Auslassventil 24 und dem Druckbegrenzungsventil 26, auf und führen zu einem Ausfluss von Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 14 in den Niederdruckbereich 12.
Leckagen an den Einspritzventilen 30 führen zu einem ungewollten Ausfluss von Kraftstoff aus den Einspritzventilen 30 in die Brennräume 32.
Wird somit eine Leckage in der Einspritzanlage 10 erkannt und ist zu erkennen, dass es sich hierbei nicht um eine externe Leckage handelt, bleibt die Aufgabe festzustellen, ob es sich um eine Hochdruckpumpen-interne Leckage oder um eine Leckage bei einem oder mehreren der Einspritzventile 30 handelt. Hier setzt die Erfindung an. Durch Angleichen des Drucks im Hochdruckbereich 14 an das Niveau des Niederdruckbereichs 12, bspw. durch Absenken des Drucks im Hochdruckbereich 14 auf das Niveau des Niederdruckbereichs 12, können Hochdruckpumpen-interne Leckagen, die einen Ausfluss vom Hochdruckbereich 14 in den Niederdruckbereich 12 bewirken, ausgeschlossen werden. Ist somit nach Absenken des Drucks weiterhin eine Leckage zu verzeichnen, ist davon auszugehen, dass diese im Bereich der Einspritzventile 30 vorliegt. Ist keine Leckage mehr zu verzeichnen, deutet dies auf Leckagen im Normalbetrieb im Bereich der Hochdruckpumpe 20 hin. Geeignete Maßnahmen können dann ergriffen werden.
Ob eine Leckage vorliegt, lässt sich am Verlauf des Raildrucks erkennen, wobei insbesondere auch Effekte, bspw. durch Temperatureinflüsse, auch nach Abschalten des Motors, die ggf. zu einer Erhöhung des Raildrucks führen, berücksichtigt werden können. Ein gleichbleibender oder nur leicht ansteigender Raildruck nach Abschalten des Motors kann somit auch auf eine Leckage hinweisen.
2 zeigt in einem Graphen Verläufe des Raildrucks, dabei ist an einer Abszisse 50 die Zeit und an einer Ordinate 52 der Druck aufgetragen. Eine erste Kurve 54 zeigt den Verlauf des Raildrucks im Normalbetrieb bis zu einem ersten Zeitpunkt 56. In diesem Zeitraum befindet sich der Raildruck auf Hochdruckniveau 58. Bei herkömmlichen Verfahren wird nunmehr der Motor abgeschaltet und es ergibt sich ein Druckverlauf, der durch eine zweite Kurve 60 repräsentiert ist. Dieser Druckverlauf ermöglicht festzustellen, ob eine Leckage irgendwo in der Einspritzanlage vorliegt. Hierzu wird insbesondere der Gradient der zweiten Kurve 60 betrachtet.
Gemäß dem vorgestellten Verfahren wird zum ersten Zeitpunkt 56 die Hochdruckpumpe abgeschaltet, der Motor bleibt aber im Betrieb, es ergibt sich ein Druckverlauf, der durch eine dritte Kurve 62 repräsentiert ist, bis zu einem zweiten Zeitpunkt 64, an dem der Druck im Rail auf Niederdruckniveau 66 gefallen ist. Nunmehr wird der Motor abgeschaltet, es erfolgen keine Einspritzungen mehr. Nachfolgend wird der Druckverlauf im Rail, der durch eine vierte Kurve 68 wiedergegeben ist, beobachtet. Dabei wird insbesondere der Gradient der vierten Kurve 68 betrachte, wobei weitere Einflüsse, wie bspw. Temperatureinflüsse, berücksichtigt werden können.
Ein möglicher Ablauf des Verfahrens ist in 3 in einem Flussdiagramm dargestellt.
In einem ersten Schritt 100 folgt ein Prüfen von Freigabebedingungen, wie diese bspw. auch bei der bekannten Druckhalteprüfung durchgeführt werden. So kann bspw. erkannt worden sein, dass eine Leckage in der Einspritzablage vorliegt und nunmehr diese lokalisiert werden soll.
Bei laufendem Motor wird in einem nächsten Schritt 102 die Förderung der Hochdruckpumpe deaktiviert, um Druck im Rail auf Niederdruckniveau abzusenken. Gleichzeitig wird über Ansteuerung der Vorförderpumpe ein gewünschtes Niederdruckniveau eingestellt. Ist das gewünschte Druckniveau erreicht, was bspw. etwa 1 bis 5 Sekunden dauert, werden in einem nächsten Schritt 104 Einspritzungen abgeschaltet und damit der Motor ab- bzw. ausgeschaltet.
Es wird dann in einem Schritt 106 des Druckabbaus über einen kalibierbaren Zeitraum gemessen und abschließend in einem Schritt 108 der Druckabbaugradient bewertet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0974826 A2 [0007]

Claims

Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer Einspritzanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Einspritzanlage (10) einen Niederdruckbereich (12) mit einem ersten Druck, einen Hochdruckbereich (14) mit einem zweiten Druck und ein Rail (28), in dem ein Raildruck vorliegt, umfasst, wobei zunächst der erste Druck und der zweite Druck auf ein gleiches Niveau gebracht werden, dann die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird und anschließend der Verlauf des Raildrucks ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Druck im Hochdruckbereich (14) an das Niveau des ersten Drucks im Niederdruckbereich (12) angeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verfahren bei Vorliegen mindestens einer Freigabebedingung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als mindestens eine Freigabebedingung das Vorliegen einer erkannten Leckage dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Gradient des Verlaufs des Raildrucks ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei der Auswertung des Verlaufs des Raildrucks weitere Einflüsse berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Temperatureinflüsse auf den Verlauf des Raildrucks berücksichtigt werden.
Anordnung zum Detektieren einer Leckage in einer Einspritzanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Einspritzanlage (10) einen Niederdruckbereich (12) mit einem ersten Druck, einen Hochdruckbereich (14) mit einem zweiten Druck und ein Rail (28), in dem ein Raildruck vorliegt, umfasst, wobei die Anordnung dazu eingerichtet ist, zunächst den ersten Druck und den zweiten Druck auf ein gleiches Niveau zu bringen, dann die Brennkraftmaschine abzuschalten und anschließend den Verlauf des Raildrucks auszuwerten.
Anordnung nach Anspruch 8, die für einen Einsatz in einer Common-Rail-Einspritzanlage eingerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, die als Steuergerät (40) ausgebildet ist.