EP1573188B1 - Vorrichtung und verfahren zum erkennen von fehlern in einem kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erkennen von fehlern in einem kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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EP1573188B1
EP1573188B1 EP03769234A EP03769234A EP1573188B1 EP 1573188 B1 EP1573188 B1 EP 1573188B1 EP 03769234 A EP03769234 A EP 03769234A EP 03769234 A EP03769234 A EP 03769234A EP 1573188 B1 EP1573188 B1 EP 1573188B1
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EP
European Patent Office
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pressure
fuel
injection system
defect
fuel injection
Prior art date
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EP03769234A
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EP1573188A1 (de
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Frank Widmann
Gerhard Eser
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for detecting faults in a fuel injection system, wherein the fuel injection system comprises at least one high-pressure pump, at least one fuel accumulator, at least one fuel pressure control valve and at least one pressure sensor for detecting the pressure prevailing in the at least one fuel accumulator.
  • the invention further relates to a method for detecting faults in a fuel injection system, wherein the fuel injection system comprises at least one high-pressure pump, at least one fuel accumulator, at least one fuel pressure control valve and at least one pressure sensor for detecting the pressure prevailing in the at least one fuel accumulator.
  • the invention further relates to a motor vehicle having a device for detecting errors in a fuel injection system and a diagnostic device having a device for detecting errors in a fuel injection system.
  • Fuel injection systems that are treated in the present disclosure are for high pressure injection of fuel into the cylinders of an internal combustion engine.
  • Such a fuel injection system may be equipped with a fuel accumulator which is filled with fuel by a high pressure pump and thereby brought to a pressure level required for the high pressure injection.
  • the high pressure pump itself is fueled by a low pressure fuel pump provided by the low pressure fuel pump is removed from a fuel tank.
  • different measures can be taken. For example, mechanical regulators in the low-pressure range and control valves in the high-pressure range are known.
  • the latter are particularly important in connection with continuously conveying high-pressure fuel pumps, which promote the fuel in the fuel storage (the "rail”).
  • Such fuel pressure control valves can be adjusted via an electrically definable magnetic force.
  • a method and a device for monitoring a Kraftstoffzumess system of an internal combustion engine in which an output signal of a pressure sensor which detects the pressure in a fuel reservoir is filtered by means of a bandpass filter.
  • the bandpass filter is designed to filter out frequencies that correspond to the pump rotation or an integral multiple of the pump speed. If the filtered output signal exceeds a threshold value, an error of a high-pressure pump or a pressure regulating valve is detected.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method for detecting errors in a fuel injection system, which can locate a source of error in the fuel injection system with little effort.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for detecting errors in a fuel injection system.
  • the fuel injection system comprises at least one high-pressure pump, at least one fuel accumulator, at least one fuel pressure control valve and at least one pressure sensor for detecting the pressure prevailing in the at least one fuel accumulator.
  • the presence of at least one fault in the fuel injection system is detected by detecting too low a pressure in the fuel accumulator and confining the source of error is a high-frequency portion of the temporal pressure curve in the fuel storage characterizing first signal used.
  • the high-frequency portion of the time pressure curve in the fuel storage is correlated with the possible source of error.
  • the source of the error can therefore be determined with high probability, so that in the event of a defect in the repair of the fuel injection system, the components can be exchanged or repaired in a targeted manner.
  • the pressure which is determined in the at least one fuel accumulator is compared with a setpoint pressure or with an actually existing pressure in a low-pressure region of the fuel injection system.
  • a defect in the low-pressure region is closed when the target pressure is undershot by the pressure determined in the at least one fuel accumulator, or a defective drive of the high-pressure pump is closed when the actual pressure in the low-pressure region has fallen below is determined by the pressure determined in the at least one fuel accumulator.
  • the pressure in the fuel reservoir is lower than the pressure present in the low-pressure region at the same time, then this is very likely due to the fact that the drive of the high-pressure pump is defective.
  • the high-pressure pump equipped with a membrane acts as a throttle, so that the output side of the high-pressure pump is a lower pressure than the input side.
  • the inventive method can be developed in a particularly advantageous manner in that the first signal is low-pass filtered, so that a low-pass filtered second signal is generated, that a third signal is generated as an absolute difference between the first signal and the second signal and that the third signal is compared with a predetermined threshold value, wherein the error source is limited depending on the comparison.
  • the temporal pressure curve is low-pass filtered.
  • a malfunction of the at least one high-pressure pump is concluded when the third signal is substantially, in particular at high load, above the predetermined threshold value.
  • a malfunction of the at least one fuel pressure control valve is concluded when the third signal is substantially below the predetermined threshold value.
  • Rail pressure loss in high-frequency, low-amplitude portions is most likely due to another component in the high pressure circuit, most likely a defective fuel pressure regulator.
  • the pressure determined in the at least one fuel accumulator is evaluated for plausibility on the basis of a value measured by a lambda probe arranged in the exhaust gas flow of an internal combustion engine and closed for a defect of the at least one pressure sensor in the absence of plausibility ,
  • the fuel pressure sensor detects a pressure that is too low or the pressure present in the low-pressure region of the fuel injection system in the fuel accumulator, it is first checked by a cross-plausibility check using the information supplied by the lambda probe as to whether the fuel pressure sensor has a defect.
  • This has the background that a strong pressure drop in the fuel reservoir has a direct influence on the mixture formation and thus on the exhaust gas values determined by the lambda probe. With exhaust gas values within predefined limits and nevertheless reported pressure drop in the rail, there is therefore a high probability of a defect, in particular a mechanical defect, of the fuel sensor.
  • At least one electronic control unit assigned to the fuel injection system is provided, in which at least one of the aforementioned evaluations can take place.
  • the various threshold comparisons as well as the digital-based filtering and subtraction can be done in the electronic control unit of the fuel injection system.
  • parts of the evaluation are realized by analog circuit technology.
  • parts of the evaluations mentioned can be made in other control units of a motor vehicle or another device, with communication between these components and the control of the fuel injection system being possible in particular via a data bus.
  • the device is designed so that it has an interface for installation in a motor vehicle.
  • the error detection can therefore be carried out in the motor vehicle itself.
  • Detected errors can be stored in a fault memory.
  • the device has an interface for installation in a separate diagnostic device from the motor vehicle.
  • the device can therefore also be used in the context of vehicle diagnosis in a workshop.
  • the invention relates to a motor vehicle with the device for detecting errors in the fuel injection system.
  • the invention also relates to a diagnostic device with the device for detecting errors in the fuel injection system.
  • the invention is based on the finding that an extensive diagnosis of a fuel injection system can be made on the basis of readily available measured values.
  • a mechanical defect of the high-pressure pump and a mechanical defect of the fuel pressure control valve on the basis of the high-frequency components of the pressure curve in the fuel reservoir.
  • the defective components can thus be exchanged or repaired in a targeted manner without the need for further diagnostic steps.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel injection system.
  • a fuel tank 20 is connected via a Fuel line 22 by means of a low pressure pump 24 fuel.
  • the low pressure pump 24 supplies a low pressure circuit 26 with fuel.
  • the pressure in this low-pressure circuit 26 is adjusted via a mechanical low-pressure control device 28 which is able to return fuel via a fuel line 30 to the fuel tank 20.
  • the fuel passes via the low pressure circuit 26 with a base pressure to a high pressure pump 10.
  • This high pressure pump 10 delivers the fuel into a high pressure circuit 32 and in particular into a fuel reservoir 12.
  • the fuel accumulator 12 is provided with injectors or injection valves 34, 36, 38, 40 equipped, which can bring the fuel into the cylinder interior.
  • a fuel pressure control valve 14 via which the difference between the fuel delivered by the high-pressure pump 12 and the fuel introduced into the cylinders by the injection valves flows into the low-pressure circuit 26.
  • the fuel pressure regulating valve 14 described in more detail in conjunction with FIG. 2 is actuated by an electronic controller 18 which receives (among others) as an input value a value determined by a pressure sensor 16 arranged on the fuel accumulator 12.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a fuel pressure control valve.
  • the fuel pressure control valve 14 includes a solenoid (not shown) which applies a force to an armature 42.
  • the armature 42 is fixedly connected to a valve tappet 44, which releases a flow opening 46 to the low pressure circuit 26 more or less, depending on the position of the armature 42.
  • an equilibrium position dependent on the current flow through the magnetic coil will be set by the magnet coil.
  • the magnetic force is generated by a pulse width modulated voltage, so that the base load ratio of the coil voltage is the basis for adjusting the pressure in the fuel reservoir 12.
  • a linear characteristic between hydraulic force and magnetic force is realized.
  • FIG. 3 shows two diagrams for explaining the filtering used within the scope of the invention:
  • the line p K symbolizes the pressure curve in the fuel accumulator.
  • the line p KF symbolizes a low-pass filtered pressure curve in the fuel accumulator.
  • This low-pass filtering is preferably carried out in the electronic controller 18, but can also be made in other known manner.
  • the difference ⁇ is formed between the two curves p K and p KF .
  • the absolute values of this difference ⁇ are shown again in FIG. 3 in the lower diagram.
  • FIG. 4 shows a measurement diagram which is characteristic of a defect of the fuel pressure control valve. That there is a defect in the fuel injection system, it can be seen that the fuel pressure p K in the fuel storage is only in the range of 7000 hPa. There is thus low pressure in the rail. But because of this information is but no indication is given as to whether the error lies in the region of the high-pressure pump or in the region of the fuel pressure control valve. This indication is obtained only on the basis of the evaluation described in connection with FIG. By the described successive low-pass filtering and subtraction one obtains a waveform ⁇ , which reflects the high-frequency component of the fuel pressure curve. In the present example according to FIG.
  • this high-frequency component ⁇ is very small, that is to say it lies below a suitable threshold below this threshold. This applies both at high speed and low speed, which is shown as curve N in the diagram in Figure 4, as a, in particular mechanical, defect of the fuel pressure control valve substantially independent of load effect.
  • FIG. 5 shows a measurement diagram which is characteristic of a defect of the high-pressure pump.
  • the fuel pressure curve p K shown here has a strong high-frequency component.
  • the signal characteristic ⁇ characterizing the high-frequency component of the signal is filtered out of this. If the threshold is suitably chosen, this signal curve ⁇ will largely be above this threshold. This suggests a defective high-pressure pump, since in particular after a rupture of the membrane in the high-pressure pump the fuel pressure signal significant high-frequency vibrations are impressed.
  • the signal ⁇ is substantially above a suitably selected threshold only at high load, so that this can be used as a further decision criterion for fault finding.
  • FIG. 6 shows a flow chart for explaining a method according to the invention. If it is detected in step S10 that in the fuel storage a reduced pressure, that is, a low pressure is present, a cross-plausibility between the fuel pressure determined by the pressure sensor and one or more lambda probe values is initially carried out in step S12. If it is determined that the reduced pressure value does not reflect the values determined by the lambda probe, it is concluded in accordance with step S14 that the pressure sensor is defective. However, if there is a plausible behavior with regard to pressure sensor and lambda probe, it is determined in step S16 whether the fuel pressure in the fuel reservoir is less than the pressure in the low-pressure circuit.
  • step S18 the method which switches off on the high-frequency component and which has been described with reference to FIG. 3 and is illustrated in connection with FIG. 4 and FIG.
  • step S22 the absolute value from the difference between the fuel pressure and the low-pass-filtered fuel pressure is compared with an error threshold and in particular at elevated load. If this determined absolute value is smaller than the error threshold, then there is a high probability of a defect in the fuel pressure control valve according to step S22. Otherwise, that is, when the error threshold is exceeded, there is a defect in the high pressure pump according to step S24.
  • the invention may be summarized as follows: With respect to a fuel injection system having a fuel accumulator 12, a continuously operating high pressure pump 10, and a fuel pressure control valve 14, fault detection becomes possible on the basis of the present invention.
  • a fuel pressure control valve 14 By the high-frequency component of the fuel pressure curve is evaluated in the fuel storage 12, can be specified which of the components are likely to be defective, this being aided in particular by further evaluations within a diagnostic procedure.

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Abstract

Im Hinblick auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffspeicher (12), einer kontinuierlich arbeitenden Hochdruckpumpe (10) und einem Kraftstoffdruckregelventil (14) wird auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung eine Fehlererkennung möglich. Indem der hochfrequente Anteil des Kraftstoffdruckverlaufs im Kraftstoffspeicher (12) ausgewertet wird, kann angegeben werden, welche der Komponenten mit großer Wahrscheinlichkeit defekt sind, wobei dies insbesondere durch weitere Auswertungen innerhalb eines Diagnoseverfahrens unterstützt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem mindestens eine Hochdruckpumpe, mindestens einen Kraftstoffspeicher, mindestens ein Kraftstoffdruckregelventil und mindestens einen Drucksensor zum Erfassen des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher herrschenden Drucks umfasst.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem mindestens eine Hochdruckpumpe, mindestens einen Kraftstoffspeicher, mindestens ein Kraftstoffdruckregelventil und mindestens einen Drucksensor zum Erfassen des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher herrschenden Drucks umfasst.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem sowie eine Diagnoseeinrichtung mit einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem.
  • Kraftstoffeinspritzsysteme, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung behandelt werden, dienen der Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine.
  • Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem kann mit einem Kraftstoffspeicher ausgerüstet sein, der durch eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt wird und dabei auf ein für die Hochdruckeinspritzung erforderliches Druckniveau gebracht wird. Die Hochdruckpumpe selbst wird durch eine Niederdruckkraftstoffpumpe mit Kraftstoff versorgt, der von der Niederdruckkraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank entnommen wird. Zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Kraftstoffeinspritzsystems können unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kennt man mechanische Regler im Niederdruckbereich als auch Regelventile im Hochdruckbereich.
  • Letztere sind insbesondere im Zusammenhang mit kontinuierlich fördernden Hochdruckkraftstoffpumpen von Bedeutung, die den Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher (das "Rail") fördern. Derartige Kraftstoffdruckregelventile lassen sich über eine elektrisch festlegbare Magnetkraft einstellen.
  • Insgesamt hat man es also mit komplexen Systemen zu tun, bei denen verschiedenste Defekte auftreten können. Dass ein Defekt vorliegt, kann insbesondere an einem erniedrigten Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher festgestellt werden - die genaue Lokalisierung der Fehlerursache gelingt allein auf der Grundlage dieses erkannten zu geringen Druckes aber nicht.
  • Aus der WO 01/83971 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Kraftstoffzumess-Systems einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Ausgangssignal eines Drucksensors, der den Druck in einem Kraftstoffspeicher erfasst, mittels eines Bandpass-Filters gefiltert wird. Der Bandpass Filter ist so ausgelegt, dass er Frequenzen herausfiltert, die der Pumpenumdrehung oder einem ganzzahligen Vielfachen der Pumpendrehzahl entsprechen. Überschreitet das gefilterte Ausgangssignal einen Schwellenwert, so wird ein Fehler einer Hochdruckpumpe oder eines Druckregelventils erkannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, die bzw. das mit geringem Aufwand eine Fehlerquelle in dem Kraftstoffeinspritzsystem lokalisieren kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst mindestens eine Hochdruckpumpe, mindestens einen Kraftstoffspeicher, mindestens ein Kraftstoffdruckregelventil und mindestens einen Drucksensor zum Erfassen des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher herrschenden Drucks. Das Vorliegen mindestens eines Fehlers in dem Kraftstoffeinspritzsystem wird erkannt durch Erfassen eines zu geringen Druckes im Kraftstoffspeicher und zum Eingrenzen der Fehlerquelle wird ein hochfrequenter Anteil eines den zeitlichen Druckverlauf im Kraftstoffspeicher kennzeichnenden ersten Signals herangezogen.
  • Der hochfrequente Anteil des zeitlichen Druckverlaufs im Kraftstoffspeicher ist mit der möglichen Fehlerquelle korreliert. Durch Herausfiltern dieses Anteils lässt sich daher mit großer Wahrscheinlichkeit die Fehlerquelle bestimmen, so dass im Falle eines Defekts bei der Reparatur des Kraftstoffeinspritzsystems die Komponenten gezielt getauscht beziehungsweise repariert werden können.
  • Der Druck, der in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher ermittelt wird, wird mit einem Solldruck oder mit einem tatsächlich vorliegenden Druck in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage verglichen. Auf einen Defekt in dem Niederdruckbereich wird geschlossen, wenn der Solldruck unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher ermittelten Druck, oder auf einen defekten Antrieb der Hochdruckpumpe wird geschlossen, wenn der tatsächlich vorliegende Druck in dem Niederdruckbereich unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher ermittelten Druck.
  • Ist der Druck im Kraftstoffspeicher geringer als der zur selben Zeit vorliegende Druck im Niederdruckbereich, so liegt dies mit großer Wahrscheinlichkeit daran, dass der Antrieb der Hochdruckpumpe defekt ist. In diesem Fall wirkt nämlich die mit einer Membran ausgestattete Hochdruckpumpe als Drossel, so dass ausgangsseitig der Hochdruckpumpe ein geringerer Druck vorliegt als eingangsseitig. Ebenfalls empfiehlt sich aber auch ein Vergleich des im Kraftstoffspeicher ermittelten Drucks mit dem Solldruck im Niederdruckbereich. Insbesondere bei einem Druck im Kraftstoffspeicher, der wesentlich geringer ist als der Solldruck im Niederdruckbereich, ist es wahrscheinlich, dass ein Defekt im Niederdruckbereich vorliegt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass das erste Signal tiefpassgefiltert wird, so dass ein tiefpassgefiltertes zweites Signal erzeugt wird, dass ein drittes Signal als absolute Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal erzeugt wird und dass das dritte Signal mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs die Fehlerquelle eingegrenzt wird. Zunächst wird also der zeitliche Druckverlauf tiefpassgefiltert. Indem zwischen diesem tiefpassgefilterten Signal und dem ursprünglichen Signal die Differenz und deren Absolutwert gebildet wird, erhält man ein weiteres drittes Signal, dessen Amplitude eine absolute Aussagekraft hat, so dass diese mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf eine Fehlfunktion der mindestens einen Hochdruckpumpe geschlossen, wenn das dritte Signal im Wesentlichen, insbesondere bei hoher Last, oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Da bei einem Defekt der Hochdruckpumpe, insbesondere bei hoher Last, im Allgemeinen starke hochfrequente Anteile im zeitlichen Druckverlauf im Kraftstoffspeicher vorliegen, ist es bei geeignet vorgegebenem Schwellenwert möglich, auf einen Hochdruckpumpendefekt zu schließen, falls dieser Schwellenwert durch das dritte Signal überschritten wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf eine Fehlfunktion des mindestens einen Kraftstoffdruckregelventils geschlossen, wenn das dritte Signal im Wesentlichen unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Der Druckverlust im Rail hat bei hochfrequenten Anteilen mit niedriger Amplitude mit großer Wahrscheinlichkeit seine Ursache in einer anderen Komponente im Hochdruckkreis, das heißt höchstwahrscheinlich in einem defekten Kraftstoffdruckregelventil.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird der in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher ermittelte Druck auf der Grundlage eines von einer im Abgasstrom eines der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeordneten Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde gemessenen Wertes auf Plausibilität bewertet und bei nicht vorliegender Plausibilität auf einen Defekt des mindestens einen Drucksensors geschlossen. Sobald also der Kraftstoffdrucksensor einen zu geringen Druck beziehungsweise den im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems vorliegenden Druck im Kraftstoffspeicher erfasst, wird zunächst durch eine Querplausibilisierung unter Hinzuziehung der von der Lambdasonde gelieferten Informationen geprüft, ob der Kraftstoffdrucksensor einen Defekt aufweist. Dies hat den Hintergrund, dass ein starker Druckabfall im Kraftstoffspeicher unmittelbaren Einfluss auf die Gemischbildung und somit auf die von der Lambdasonde ermittelten Abgaswerte hat. Bei Abgaswerten innerhalb vorgegebener Grenzen und dennoch gemeldetem Druckabfall im Rail liegt somit mit großer Wahrscheinlichkeit ein Defekt, insbesondere ein mechanischer Defekt, des Kraftstoffsensors vor.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn mindestens eine dem Kraftstoffeinspritzsystem zugeordnete elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, in der mindestens eine der vorgenannten Auswertungen erfolgen kann. Insbesondere können die verschiedenen Schwellenwertvergleiche sowie die Filterung und die Differenzbildung auf digitaler Basis in der elektronischen Steuereinheit des Kraftstoffeinspritzsystem erfolgen. Andererseits ist aber auch denkbar, dass Teile der Auswertung durch analoge Schaltungstechnik realisiert sind. Weiterhin können Teile der genannten Auswertungen in anderen Steuereinheiten eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer sonstigen Vorrichtung vorgenommen werden, wobei zwischen diesen Komponenten und der Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems insbesondere eine Kommunikation über einen Datenbus möglich ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass sie eine Schnittstelle für den Einbau in einem Kraftfahrzeug aufweist. Die Fehlererkennung kann also im Kraftfahrzeug selbst erfolgen. Erkannte Fehler können in einem Fehlerspeicher gespeichert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Schnittstelle für den Einbau in eine von dem Kraftfahrzeug getrennte Diagnoseeinrichtung aufweist. Die Vorrichtung ist also auch im Rahmen der Fahrzeugdiagnose in einer Werkstatt einsetzbar.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in dem Kraftstoffeinspritzsystem.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Diagnoseeinrichtung mit der Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in dem Kraftstoffeinspritzsystem.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitgehende Diagnose eines Kraftstoffeinspritzsystems auf der Grundlage jederzeit verfügbarer Messwerte vorgenommen werden kann. Insbesondere kann zwischen einem mechanischen Defekt der Hochdruckpumpe und einem mechanischen Defekt des Kraftstoffdruckregelventils auf der Grundlage der hochfrequenten Anteile des Druckverlaufs im Kraftstoffspeicher geschlossen werden. Im Fehlerfall können also gezielt die defekten Komponenten ohne das Erfordernis weiterer Diagnoseschritte ausgetauscht beziehungsweise in Stand gesetzt werden.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems;
    Figur 2
    eine schematische Schnittdarstellung eines Kraftstoffdruckregelventils;
    Figur 3
    zwei Diagramme zur Erläuterung der im Rahmen der Erfindung eingesetzten Filterung;
    Figur 4
    ein Messdiagramm, das für einen Defekt des Kraftstoffdruckregelventils charakteristisch ist;
    Figur 5
    ein Messdiagramm, das für einen Defekt der Hochdruckpumpe charakteristisch ist; und
    Figur 6
    ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems. Aus einem Kraftstofftank 20 wird über eine Kraftstoffleitung 22 mittels einer Niederdruckpumpe 24 Kraftstoff gefördert. Die Niederdruckpumpe 24 versorgt einen Niederdruckkreis 26 mit Kraftstoff. Der Druck in diesem Niederdruckkreis 26 wird über eine mechanische Niederdruckregeleinrichtung 28 eingestellt, die in der Lage ist, Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 30 zum Kraftstofftank 20 zurückzuführen. Von der Niederdruckpumpe 24 gelangt der Kraftstoff über den Niederdruckkreis 26 mit einem Basisvordruck zu einer Hochdruckpumpe 10. Diese Hochdruckpumpe 10 fördert den Kraftstoff in einen Hochdruckkreis 32 und insbesondere in einen Kraftstoffspeicher 12. Der Kraftstoffspeicher 12 ist mit Injektoren beziehungsweise Einspritzventilen 34, 36, 38, 40 ausgestattet, die den Kraftstoff in den Zylinderinnenraum einbringen können. Da die Hochdruckpumpe 22 kontinuierlich arbeitet, muss anderweitig für eine gewünschte Druckeinstellung im Kraftstoffspeicher 12 gesorgt werden. Dies geschieht durch ein Kraftstoffdruckregelventil 14, über das die Differenz zwischen dem von der Hochdruckpumpe 12 geförderten Kraftstoff und dem durch die Einspritzventile in die Zylinder eingebrachten Kraftstoff in den Niederdruckkreis 26 abfließt. Das im Zusammenhang mit Figur 2 genauer beschriebene Kraftstoffdruckregelventil 14 wird von einer elektronischen Steuerung 18 angesteuert, die (neben anderen) als Eingangswert ein von einem am Kraftstoffspeicher 12 angeordneten Drucksensor 16 ermittelten Wert erhält. Somit kann eine Regelung des Einspritzdrucks erfolgen, indem das Kraftstoffdruckregelventil 14 je nach Ansteuerung durch die elektronische Steuerung 18 mehr oder weniger Kraftstoff in den Niederdruckkreis 26 abfließen lässt.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Kraftstoffdruckregelventils. Das Kraftstoffdruckregelventil 14 umfasst eine (nicht dargestellte) Magnetspule, die eine Kraft auf einen Anker 42 ausübt. Der Anker 42 ist fest mit einem Ventilstößel 44 verbunden, der je nach Stellung des Ankers 42 eine Durchflussöffnung 46 zum Niederdruckkreis 26 mehr oder weniger freigibt. In Abhängigkeit des Stromflusses durch die Magnetspule wird sich somit aufgrund der Magnetkraft und der ihr entgegengesetzt gerichteten Kraft des aus dem Hochdruckkreis 32 einströmenden Kraftstoffes auf den Ventilstößel 44 eine vom Stromfluss durch die Magnetspule abhängige Gleichgewichtslage einstellen. Vorzugsweise wird die Magnetkraft durch eine pulsweitenmodulierte Spannung erzeugt, so dass das Basistastverhältnis der Spulenspannung die Grundlage für die Einstellung des Drucks im Kraftstoffspeicher 12 darstellt. Dabei wird insbesondere eine lineare Kennlinie zwischen hydraulischer Kraft und magnetischer Kraft realisiert.
  • Figur 3 zeigt zwei Diagramme zur Erläuterung der im Rahmen der Erfindung eingesetzten Filterung: Im oberen Diagramm ist der Kraftstoffdruck gegen die Zeit aufgetragen. Die Linie pK symbolisiert den Druckverlauf im Kraftstoffspeicher. Die Linie pKF symbolisiert einen tiefpassgefilterten Druckverlauf im Kraftstoffspeicher. Diese Tiefpassfilterung erfolgt vorzugsweise in der elektronischen Steuerung 18, kann aber auch auf andere bekannte Art und Weise vorgenommen werden. Zwischen den beiden Kurven pK und pKF wird die Differenz Δ gebildet. Die Absolutbeträge dieser Differenz Δ sind im unteren Diagramm in Figur 3 nochmals dargestellt.
  • Durch diese Filterung und Differenzbildung erhält man somit einen Werteverlauf, der mit einer absolut gewählten Druckschwelle verglichen werden kann, so dass auf diese Weise der hochfrequente Anteil des Kraftstoffdruckverlaufs als Kriterium für die Verhältnisse im Kraftstoffeinspritzsystem verwendet werden kann.
  • Figur 4 zeigt ein Messdiagramm, das für einen Defekt des Kraftstoffdruckregelventils charakteristisch ist. Dass ein Defekt im Kraftstoffeinspritzsystem vorliegt, ist daran zu erkennen, dass der Kraftstoffdruck pK im Kraftstoffspeicher nur im Bereich von 7000 hPa liegt. Es herrscht somit Niederdruck im Rail. Allein aufgrund dieser Information wird aber noch kein Hinweis darauf gegeben, ob der Fehler im Bereich der Hochdruckpumpe oder im Bereich des Kraftstoffdruckregelventils liegt. Diesen Hinweis erhält man erst aufgrund der im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Auswertung. Durch die beschriebene hintereinandergeschaltete Tiefpassfilterung und Differenzbildung erhält man einen Signalverlauf Δ, der den hochfrequenten Anteil des Kraftstoffdruckverlaufs widerspiegelt. Im vorliegenden Beispiel gemäß Figur 4 ist dieser hochfrequente Anteil Δ sehr klein, das heißt, er liegt bei geeignet gewählter Schwelle unterhalb dieser Schwelle. Dies gilt sowohl bei hoher Drehzahl als auch niedriger Drehzahl, die als Kurvenverlauf N in das Diagramm in Figur 4 eingezeichnet ist, da sich ein, insbesondere mechanischer, Defekt des Kraftstoffdruckregelventils im Wesentlichen lastunabhängig auswirkt.
  • Figur 5 zeigt ein Messdiagramm, das für einen Defekt der Hochdruckpumpe charakteristisch ist. Der hier dargestellte Kraftstoffdruckverlauf pK hat einen starken hochfrequenten Anteil. Durch das im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebene Filter- und Differenzbildungsverfahren wird hieraus der den hochfrequenten Anteil des Signals kennzeichnende Signalverlauf Δ herausgefiltert. Bei geeignet gewählter Schwelle wird dieser Signalverlauf Δ in weiten Teilen oberhalb dieser Schwelle liegen. Dies lässt auf eine defekte Hochdruckpumpe schließen, da insbesondere nach einem Reißen der Membran in der Hochdruckpumpe dem Kraftstoffdrucksignal erhebliche hochfrequente Schwingungen aufgeprägt werden. Weiterhin ist in dem Diagramm gemäß Figur 5 zu erkennen, dass das Signal Δ im Wesentlichen nur bei hoher Last oberhalb einer geeignet gewählten Schwelle liegt, so dass dies als weiteres Entscheidungskriterium bei der Fehlerfindung herangezogen werden kann.
  • Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Wird in Schritt S10 erkannt, dass im Kraftstoffspeicher ein verminderter Druck, das heißt ein Niederdruck vorliegt, wird zunächst in Schritt S12 eine Querplausibilisierung zwischen dem vom Drucksensor ermittelten Kraftstoffdruck und einem oder mehreren Lambdasondenwerten vorgenommen. Wird ermittelt, dass sich der verminderte Druckwert nicht in den von der Lambdasonde ermittelten Werten wiederspiegelt, wird gemäß Schritt S14 darauf geschlossen, dass der Drucksensor defekt ist. Liegt jedoch ein plausibles Verhalten im Hinblick auf Drucksensor und Lambdasonde vor, so wird in Schritt S16 ermittelt, ob der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher kleiner ist als der Druck im Niederdruckkreislauf. Ist dies der Fall, so wird auf einen Defekt im Pumpenantrieb der Hochdruckpumpe gemäß Schritt S18 geschlossen, da die nicht angetriebene Hochdruckpumpe als Drossel wirkt. Ebenfalls könnte man noch prüfen, ob der Kraftstoffdruck im Rail niedriger ist als ein Solldruck im Niederdruckkreislauf und auf diese Weise gegebenenfalls auf einen Defekt im Niederdruckkreis schließen. Wird nicht ermittelt, dass der Antrieb der Hochdruckpumpe defekt ist, so wird in Schritt S20 das auf den hochfrequenten Anteil abstellende anhand von Figur 3 beschriebene und im Zusammenhang mit Figur 4 und Figur 5 veranschaulichte Verfahren durchgeführt. Es wird also der Absolutwert aus der Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem tiefpassgefilterten Kraftstoffdruck mit einer Fehlerschwelle verglichen und das insbesondere bei erhöhter Last. Ist dieser ermittelte Absolutwert kleiner als die Fehlerschwelle, so liegt mit großer Wahrscheinlichkeit ein Defekt am Kraftstoffdruckregelventil gemäß Schritt S22 vor. Andernfalls, das heißt bei Überschreiten der Fehlerschwelle, liegt gemäß Schritt S24 ein Defekt an der Hochdruckpumpe vor.
  • Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Im Hinblick auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffspeicher 12, einer kontinuierlich arbeitenden Hochdruckpumpe 10 und einem Kraftstoffdruckregelventil 14 wird auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung eine Fehlererkennung möglich. Indem der hochfrequente Anteil des Kraftstoffdruckverlaufs im Kraftstoffspeicher 12 ausgewertet wird, kann angegeben werden, welche der Komponenten mit großer Wahrscheinlichkeit defekt sind, wobei dies insbesondere durch weitere Auswertungen innerhalb eines Diagnoseverfahrens unterstützt wird.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem
    - mindestens eine Hochdruckpumpe (10),
    - mindestens einen Kraftstoffspeicher (12),
    - mindestens ein Kraftstoffdruckregelventil (14) und
    - mindestens einen Drucksensor (16) zum Erfassen des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) herrschenden Drucks umfasst,
    wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    - Erkennen des Vorliegens mindestens eines Fehlers in dem Kraftstoffeinspritzsystem durch Erfassen eines zu geringen Druckes im Kraftstoffspeicher (12) und
    - Heranziehen eines hochfrequenten Anteils eines den zeitlichen Druckverlauf im Kraftstoffspeicher (12) kennzeichnenden ersten Signals zur Eingrenzung der Fehlerquelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst:
    - Vergleichen des Drucks, der in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelt wird, mit einem Solldruck in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage oder mit einem tatsächlich vorliegenden Druck in dem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage und
    - Schließen auf einen Defekt in dem Niederdruckbereich, wenn der Solldruck unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Druck, oder Schließen auf einen defekten Antrieb der Hochdruckpumpe (10), wenn der tatsächlich vorliegende Druck in dem Niederdruckbereich unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Druck.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
    - dass das erste Signal tiefpassgefiltert wird, so dass ein tiefpassgefiltertes zweites Signal erzeugt wird,
    - dass ein drittes Signal als absolute Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal erzeugt wird und
    - dass das dritte Signal mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs die Fehlerquelle eingegrenzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Fehlfunktion der mindestens einen Hochdruckpumpe (10) geschlossen wird, wenn das dritte Signal im Wesentlichen, insbesondere bei hoher Last, oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Fehlfunktion des mindestens einen Kraftstoffdruckregelventils (14) geschlossen wird, wenn das dritte Signal im Wesentlichen unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass der in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelte Druck auf der Grundlage eines von einer im Abgasstrom eines der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeordneten Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde gemessenen Wertes auf Plausibilität bewertet wird und
    - dass bei nicht vorliegender Plausibilität auf einen Defekt des mindestens einen Drucksensors (16) geschlossen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Vergleich des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Drucks mit dem Solldruck beziehungsweise dem tatsächlichen Druck in dem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage vor dem Heranziehen des hochfrequenten Anteils des ersten Signals erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Plausibilitätsbewertung zur Ermittlung der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors (16) vor dem Vergleich des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Drucks mit einem Solldruck beziehungsweise dem tatsächlichen Duck in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage erfolgt.
  8. Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem
    - mindestens eine Hochdruckpumpe (10),
    - mindestens einen Kraftstoffspeicher (12),
    - mindestens ein Kraftstoffdruckregelventil (14) und
    - mindestens einen Drucksensor (16) zum Erfassen des in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) herrschenden Drucks umfasst,
    wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum
    - Erkennen des Vorliegens mindestens eines Fehlers in dem Kraftstoffeinspritzsystem durch Erfassen eines zu geringen Druckes im Kraftstoffspeicher (12) und
    - Heranziehen eines hochfrequenten Anteils eines den zeitlichen Druckverlauf im Kraftstoffspeicher (12) kennzeichnenden ersten Signals zur Eingrenzung der Fehlerquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ausgebildet ist
    - zum Vergleichen des Drucks, der in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelt wird, mit einem Solldruck in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage oder mit einem tatsächlich vorliegenden Druck in dem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage und
    - zum Schließen auf einen Defekt in dem Niederdruckbereich, wenn der Solldruck unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Druck, oder zum Schließen auf einen defekten Antrieb der Hochdruckpumpe (10), wenn der tatsächlich vorliegende Druck in dem Niederdruckbereich unterschritten wird durch den in dem mindestens einen Kraftstoffspeicher (12) ermittelten Druck.
  9. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in dem Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8.
  10. Diagnoseeinrichtung mit einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in dem Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, die von dem Kraftfahrzeug getrennt angeordnet ist, nach Anspruch 8.
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