DE19620038B4

DE19620038B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems

Info

Publication number: DE19620038B4
Application number: DE1996120038
Authority: DE
Inventors: Rainer Burkel; Bernhard Bronkal; Juergen Biester; Martin Grosser; Rainer Oettinger; Wilhelm Dr. Eyberg; Lutz-Martin Fink
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: DE19620038A1; JPH1068353A

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, dadurch gekennzeichnet, dass ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird, wenn ein Signal eines Sensors, das von der Abgaszusammensetzung abhängt, von einem vorgebbaren Schwellwert abweicht, wobei der Schwellwert abhängig von der Drehzahl und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgegeben wird.

Description

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 sind aus der US-A 52 41 933 A bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines 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.

Aus der US 5,287,28 A ist ein Schadensdiagnosegerät für eine Brennkraftmaschine bekannt. Dort wird überprüft, ob das Fahrzeug sich in einem bestimmten Fahrzustand befindet. Ist dies der Fall, so wird die Konzentration des Sauerstoffgehalts im Abgas mittels einer Lambdasonde erfasst und auf Fehler erkannt, wenn dies von einem vorgegebenen Wert abweicht.

Die DE 37 29 77 A1 zeigt ebenfalls eine Kraftstoffzumesseinrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine. Dort wird für jeden Zylinder ein Lambdawert ermittelt und ausgehend von diesen ermittelten Werten ein Mittelwert für alle Zylinder berechnet. Weicht eine der Zylinder von diesem Mittelwert ab, so erkennt die Einrichtung auf Fehler.

Die DE 37 05 972 A1 beschreibt eine Steuereinrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine. Bei dieser Brennkraftmaschine wird der Sauerstoffgehalt des Abgases mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung wird auf Fehler erkannt. Dabei tritt die Problematik auf, dass beim Starten eine erhöhte Kraftstoffmenge zugemessen wird und dies zu einer Fehlererkennung führen würde. Um dies zu vermeiden ist vorgesehen, dass der Vergleichswert abhängig von der Drehzahl vorgegeben wird.

Ferner 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 es, dass ein Fehler erst bei einem starken Druckabfall erkannt wird.

Ferner ist aus der DE 44 40 700 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem bei einem Unfall, der mittels eines Airbagsensors erkannt wird, ein elektromagnetischer Hochdruckregler auf der stromabwärtigen Seite der Hochdruckleitung vollständig öffnet. Dies führt zu einem Druckabfall im Hochdruckbereich der Kraftstoffzumesseinrichtung.

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 zu erkennen. 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.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die 2 und 3 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 1 dargestellte Ausführungsform betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf dieses System beschränkt. Sie kann bei allen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Kraftstoffzumessung erfolgt. Insbesondere kann sie auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Steuerung der Kraftstoffzumessung vorgesehen ist.
Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine 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 bis 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 142 ansteuert.
Ferner ist ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 170 leitet. Mit 180 ist ein Sensor bezeichnet, der ein Abgassignal bereitstellt, das insbesondere die Abgaszusammensetzung charakterisiert. Beispielsweise kann ein Sensor verwendet werden, der ein Signal bereitstellt, dessen Signalspannung von der Sauerstoffkonzentration des Abgases abhängt. Solche Sensoren werden üblicherweise als Lambdasensoren bezeichnet. Ferner ist es auch möglich, daß ein Sensor verwendet wird, der ein Signal bereitstellt, das vom Anteil von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas abhängt. Ein solcher Sensor kann auch als HC-Sensor bezeichnet werden.
Ist die Brennkraftmaschine mit einem Katalysator ausgerüstet, der die Abgase behandelt, so sind die Sensoren zwischen der Brennkraftmaschine und dem Katalysator angeordnet.
Der Druck im Rail 135 wird über eine Verstelleinrichtung 190 geregelt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist diese Verstelleinrichtung als Druckregelventil ausgebildet. Dieses Druckregelventil ist zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem Rail 135 angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 190 ist zwischen der Verbindungsleitung zwischen der Hochdruckpumpe 145 und dem Rail 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 anderen Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung in die Hochdruckpumpe 145 integriert. Hierbei handelt es sich dann um eine Vorrichtung, die abhängig von einem Ansteuersignal die Kraftstoff-Förderung beeinflußt und regelt.
Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstoffförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 160 über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen vorgebbaren Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen mit fremdgezündeter Brennkraftmaschine Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar 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 der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 120 bis 123 fest. Die Ansteuersignale werden von dem Steuergerät 170 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. Dies kann z. B. auftreten, wenn eines der Magnetventile dauerhaft bestromt wird und/oder einer der Injektoren klemmt bzw. eine Undichtigkeit aufweist und/oder nicht vollständig schließt. Dies kann zu einer ungewollten Einspritzung und/oder zu einer erhöhten Einspritzmenge führen. Dies kann zu einem ungewollten Anstieg des Brennraumdrucks in einem der Zylinder führen und bis zur Motorzerstörung reichen, wenn Zylinderspitzendrücke bzw. die zulässigen Temperaturen überschritten werden.
Erfindungsgemäß wird eine erhöhte Einspritzmenge bedingt durch einen klemmenden Injektor oder sonstige Fehler durch Auswerten der Abgaszusammensetzung erkannt. Bei einer ersten Ausführungsform wird zur Fehlererkennung die Soll-Abgaszusammensetzung IS abhängig von verschiedenen Betriebsparametern, wie beispielsweise der Soll-Kraftstoffmenge QKS und der Drehzahl N gespeichert. Diese Soll-Zusammensetzung wird mit der gemessenen Abgaszusammensetzung verglichen. Falls die Ist-Abgaszusammensetzung länger als eine Zeit ts um mehr als eine Differenz Δ überschreitet, wird auf Fehler erkannt und die Kraftstoffmenge stark vermindert oder abgestellt bzw. andere Notfahrmaßnahmen eingeleitet.
Falls das vorgenannte Kennfeld 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-Abgaszusammensetzung als Funktion der Drehzahl abzulegen.
Eine mögliche Realisierung dieses Verfahrens ist in 2 als Flußdiagramm dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird ein Zähler t auf 0 gesetzt. Anschließend in Schritt 210 werden die aktuellen Werte der Abgaszusammensetzung TI, die Kraftstoffmenge QKS und/oder die Drehzahl N erfaßt. Als Kraftstoffmengensignal QKS können alle in der Steuerung 170 vorliegenden Kraftstoffmengensignale, wie beispielsweise die Soll- oder die Ist-Kraftstoffmenge oder die Ansteuerdauer für die Injektoren verwendet werden.
Anschließend in Schritt 220 wird aus einem Kennfeld die Soll-Abgaszusammensetzung IS als Funktion F der Kraftstoffmenge QKS und/oder der Drehzahl N ausgelesen. Die sich anschließende Abfrage 230 überprüft, ob der Betrag der Differenz zwischen der Ist-Abgaszusammensetzung TI und der Soll-Abgaszusammensetzung TS kleiner als Δ ist. Ist dies der Fall, so folgt erneut Schritt 210. Ist dies nicht der Fall, d. h. die Ist-Abgaszusammensetzung weicht wesentlich von der Soll-Abgaszusammensetzung ab, so wird in Schritt 240 der Zeitzähler t um 1 erhöht. Die Abfrage 250 überprüft, ob der Zeitzähler 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.
Wird als Sensor, der die Abgaszusammensetzung erfaßt ein sogenannter HC-Sensor verwendet ist es vorteilhaft, wenn der Schwellwert Δ ebenfalls abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen wie der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QKS und der Drehzahl N in einem Kennfeld abgelegt ist.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß überprüft wird, ob die Abgaszusammensetzung innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes um mehr als ein Toleranzwert ansteigt. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist als Flußdiagramm in 3 dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird ein Zeitzähler t auf null gesetzt. Im anschließenden Schritt 310 erfaßt der Sensor 180, der die Abgaszusammensetzung erfaßt einen Signalwert Z (k). Anschließend wird der Zeitzähler in Schritt 320 um 1 erhöht. Die sich anschließende Abfrage 330 überprüft, ob eine Wartezeit tw abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut Schritt 320.
Nach Ablauf der Wartezeit tw wird in Schritt 340 ein neuer Wert Z (k + 1) der Abgaszusammensetzung erfaßt. Im Schritt 350 wird anschließend die Differenz ZA zwischen dem alten Wert Z (k) und dem neuen Wert Z (k + 1) gebildet. Diese Differenz ZA ist ein Maß für die Änderung der Abgaszusammensetzung während der Wartezeit tw.
Die sich anschließende Abfrage 360 überprüft, ob der Betrag der Differenz ZA größer als ein Schwellwert 5A ist. Ist dies nicht der Fall wird in Schritt 370 der alte Wert Z (k) mit dem neuen Wert Z (k + 1) überschrieben. Anschließend folgt Schritt 320. Erkennt die Abfrage 360, daß der Betrag der Änderung ZA größer ist als ein zulässiger Wert, so erkennt der Schritt 380 auf Fehler.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Einrichtung sowohl eine erhöhte als auch eine verringerte Einspritzmenge erkennt.
Als Notfahrmaßnahme kann vorgesehen sein, daß mittels eines Druckbegrenzungsventils und/oder der Verstelleinrichtung 190 der Druck im Rail vermindert wird. Ferner kann durch Absperren des Ventils 150 die Kraftstoffzufuhr zur Hochdruckpumpe 145 unterbunden werden. Mit Hilfe des HC-Sensors und/oder eines Lambdasensors kann die bei einer Leckage auftretende Änderung der Abgaszusammensetzung erfaßt werden. Bei einer Leckage wird üblicherweise der Anteil von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ansteigen, die Sauerstoffkonzentration abnehmen. Der von dem Sensor erfaßte Wert wird mit einem betriebspunktabhängigen Schwellwert verglichen. Liegt der Wert an unverbrannten Kohlenwasserstoffen über diesem Schwellwert wird eine Störung eines Injektors erkannt und eine entsprechende Ersatzfunktion eingeleitet. Entsprechendes gilt für einen Lambdasensor. Liegt der Wert der Sauerstoffkonzentration unter dem Schwellwert wird eine Störung eines Injektors erkannt und eine entsprechende Ersatzfunktion eingeleitet.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird, wenn ein Signal eines Sensors, das von der Abgaszusammensetzung abhängt, von einem vorgebbaren Schwellwert abweicht, wobei der Schwellwert abhängig von der Drehzahl und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor, der die Abgaszusammensetzung erfasst, ein Signal liefert, das von der Sauerstoffkonzentration im Abgas abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor, der die Abgaszusammensetzung erfasst, ein Signal liefert, das vom Anteil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Defekt erkannt wird, wenn sich das Signal um mehr als einen zulässigen Wert ändert.
Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Defekt des Zumesssystems erkennen, wenn ein Signal eines Sensors, das von der Abgaszusammensetzung abhängt, von einem vorgebbaren Wert abweicht.