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EP0778922A1 - Einrichtung zur erkennung eines lecks in einem kraftstoffversorgungssystem - Google Patents

Einrichtung zur erkennung eines lecks in einem kraftstoffversorgungssystem

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Publication number
EP0778922A1
EP0778922A1 EP96902877A EP96902877A EP0778922A1 EP 0778922 A1 EP0778922 A1 EP 0778922A1 EP 96902877 A EP96902877 A EP 96902877A EP 96902877 A EP96902877 A EP 96902877A EP 0778922 A1 EP0778922 A1 EP 0778922A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
fuel
leak
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP96902877A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0778922B1 (de
Inventor
Stefan Seiberth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0778922A1 publication Critical patent/EP0778922A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0778922B1 publication Critical patent/EP0778922B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/18—Detecting fluid leaks

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a leak in a fuel supply system in an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • the fuel In motor vehicles with an internal combustion engine, the fuel is conveyed out of the fuel tank with the aid of an electric fuel pump and supplied to the injection valves via fuel lines. Excess fuel usually gets back into the fuel tank via a return line.
  • the electric fuel pump In internal combustion engines with auto-ignition, the electric fuel pump is followed by a further pump which generates a very high pressure in the area of the fuel supply, which is connected to the injection valves.
  • Memory below a predetermined value leads to error detection. Since fuel would be continuously injected into the engine in such a case, the engine is switched off or the fuel delivery is stopped in the known device after detection of a fault.
  • the device according to the invention with the features of the main claim has the advantage over the known that the entire high-pressure fuel supply system can be monitored for leaks and not only is it recognized whether an injection valve is constantly open, but also a leak to the outside is recognizable.
  • the simplicity of the device according to the invention is particularly advantageous.
  • This advantage is achieved in that the fuel pressure is continuously measured with the help of an already existing pressure sensor in the high-pressure part of the fuel supply system, the error detection being carried out only when the control unit of the internal combustion engine detects a predeterminable operating state, for example overrun operation.
  • the pressure relief valve arranged in the return of the fuel supply system with the aid of which the fuel pressure is usually regulated, is then closed and the pressure which then arises, in particular the pressure change which arises, is compared with predeterminable values, with an error detection is triggered if the measured pressure or the measured pressure curve does not behave as expected with the return valve closed.
  • the engine is advantageously switched off or the fuel supply is interrupted by switching off the high-pressure pump.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
  • the single figure shows schematically the essential components of a fuel supply system for internal combustion engines with auto-ignition, for example diesel internal combustion engines, in which the leak detection according to the invention can take place.
  • the figure shows the components of a fuel supply system of an internal combustion engine with auto-ignition that are necessary for understanding the invention.
  • the fuel tank is designated 10, the fuel tank is assigned the fuel pump 11, usually an electric fuel pump and a return Impact valve 12, which is integrated in the fuel pump 11, for example.
  • the fuel pump 11 supplies the fuel to a high-pressure pump 13, to which a high-pressure accumulator 14 connects. From the high-pressure accumulator 14, the fuel reaches the injection nozzles 15, 16, 17, 18, which are arranged in a so-called common rail system 14a.
  • the injection valves 15, 16, 17, 18 are actuated by means of an electronic control unit 19 and corresponding connections 26.
  • the electronic control unit is supplied with further signals which indicate the operating conditions of the internal combustion engine. They are supplied by corresponding sensors 20, 21, 22 delivered.
  • a return 23 leads from the common rail 14a back to the fuel tank 10 via a solenoid valve 24.
  • This solenoid valve 24 can be controlled by the control unit 19 via the connection 27.
  • the injection pressure in the common rail 14a is regulated via the solenoid valve 24.
  • the solenoid valve 24 can be closed by the control device 19 for leak detection.
  • a pressure sensor 25 Associated with the common rail 14a is a pressure sensor 25, which measures the fuel pressure in the common rail and passes corresponding signals to the control unit 19 via the connecting line 28.
  • the leak detection according to the invention takes place.
  • the necessary calculations are carried out by the control unit 19, which also takes over the control or regulation of the internal combustion engine in a known manner. If the electronic control device 19 is an additional control device, an information exchange with the Control unit of the internal combustion engine required. In which of the control devices which evaluations or calculations then run can be suitably selected.
  • the pressure in the high pressure range can also be regulated with the aid of a dedicated pressure regulator or electronics, which takes the place of the electronic control unit 19 and controls the solenoid valve 14 as a function of the injection pressure pE supplied by the pressure sensor 25.
  • the pump 13 supplying the high pressure constantly runs at a speed which corresponds to approximately half the engine speed.
  • fuel is continuously pumped, the fuel or injection pressure which is established as already mentioned by
  • Control of the solenoid valve 24 is regulated.
  • the pressure drops briefly because a certain amount of fuel is emitted from the common rail. So that such a pressure fluctuation does not have a disruptive effect on the leak detection, the leak detection is preferably carried out when no fuel is injected.
  • Comparisons therefore run in the electronic control unit in which the pressure curve pE (t) measured by the pressure sensor 25 in overrun mode is evaluated or compared with predeterminable values. If it is recognized by the electronic control unit that the pressure changes or the pressure increase does not occur in the expected manner, the control unit 19 activates appropriate controls, e.g. B. triggered via the connection 29, which cause the internal combustion engine to be switched off or at least stop the fuel delivery via the high-pressure pump 13.
  • appropriate controls e.g. B. triggered via the connection 29, which cause the internal combustion engine to be switched off or at least stop the fuel delivery via the high-pressure pump 13.
  • the detection according to the invention of a leak in the high-pressure part of the common rail system or of an open injection valve therefore assumes that a pressure drop in the common rail or an implausibility between the working point of the internal combustion engine, for example the relationship between the speed and the injection quantity and activation the pressure control unit indicates an error and requires corresponding counter-reactions.
  • the response of the pressure control circuit to setpoint changes can be checked in certain operating conditions, advantageously in overrun. Plausibility is only present if the pressure reaches the adjustable setpoint within a time window. If a specific change in the control of the pressure control circuit is carried out, the system response can be evaluated and, on the basis of this system response, it can be assessed whether there is a leak.
  • This system can thus be used to check and assess the dynamic system behavior leads to considerably reliable results compared to a static analysis.

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Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben, bei der den Einspritzventilen Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Dabei wird der Kraftstoffdruck laufend gemessen und in üblicher Weise mit einem Regelkreis geregelt, indem ein im Kraftstoffrücklauf angeordnetes Magnetventil in geeigneter Weise betätigt wird. Wird vom Steuergerät der Brennkraftmaschine erkannt, dass ein vorgebbarer Zustand, beispielsweise Schubbetrieb vorliegt, wird das Magnetventil (24) geschlossen und der sich einstellende Druckverlauf daraufhin überprüft, ob er sich in vorgebbarer Weise verändert bzw. ob der Druck in vorgebbarer Weise ansteigt. Ist dies nicht der Fall, wird ein Leck erkannt und die Kraftstofförderung beendet.

Description

Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem KraftstoffVersorgungssystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe aus dem Kraftstoffbehälter gefördert und über Kraftstoffleitungen den Einspritzventilen zugeführt. Überschüssiger Kraftstoff gelangt üblicherweise über eine Rücklaufleitung in den Kraftstoffbehälter zurück. Bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung schließt sich an die Elektrokraftstoffpumpe eine weitere Pumpe an, die einen sehr hohen Druck in dem Bereich der KraftstoffVersorgung erzeugt, der mit den Ein¬ spritzventilen in Verbindung steht.
Bei solchen Kraftstoffversorgungssystemen mit den zugehöri¬ gen Einspritzdüsen besteht die Gefahr, daß im Fall eines Verklemmens des Ventils einer Einspritzdüse in der Offen¬ stellung ständig Kraftstoff in den zugehörigen Verbrennungs- räum eingespritzt wird, auch ein Leck nach außen ist möglich. Es wird deshalb beispielsweise in der DE-PS 31 26 393 vorgeschlagen, daß Mittel vorgesehen sind, die laufend den Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffver- sorgungssystem messen, wobei ein Absinken des Drucks im
Speicher unter einen vorbestimmten Wert zu einer Fehlerer¬ kennung führt. Da in einem solchen Fall ständig Kraftstoff in den Motor eingespritzt würde, wird bei der bekannten Ein¬ richtung nach Erkennen eines Fehlers der Motor abgeschaltet bzw. die Kraftstofförderung beendet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß das gesamte Hochdruck-KraftStoffVersorgungssystem auf Dichtheit überwacht werden kann und nicht nur erkannt wird, ob ein Einspritzventil ständig geöffnet ist, sondern auch ein Leck nach außen erkennbar ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die Einfachheit der erfindlingsgemäßen Einrichtung.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem mit Hilfe eines ohnehin vorhandenen Drucksensors im Hochdruckteil des Kraftstoffver¬ sorgungssystems der Kraf stoffdruck laufend gemessen wird, wobei die Fehlererkennung nur dann durchgeführt wird, wenn vom Steuergerät der Brennkraftmaschine ein vorgebbarer Be¬ triebszustand, beispielsweise Schubbetrieb erkannt wird. Es wird dann nach Erkennen des Schubbetriebes das im Rücklauf des Kraftstoffversorgungssystems angeordnete Überdruckven- til, mit dessen Hilfe üblicherweise der Kraftstoffdruck ge¬ regelt wird, geschlossen und der sich dann einstellende Druck, insbesondere die sich einstellende Druckänderung, mit vorgebbaren Werten verglichen, wobei eine Fehlererkennung ausgelöst wird, wenn sich der gemessene Druck bzw. der ge- messene Druckverlauf bei geschlossenem Rücklaufventil nicht in der erwarteten Weise verhält. Nach Erkennen eines Lecks wird in vorteilhaf er Weise der Motor abgeschaltet bzw. die KraftstoffVersorgung durch Abschalten der Hochdruckpumpe unterbrochen.
Besonders vorteilhaft ist, daß eine solche Lecküberprüfung immer dann erfolgen kann, wenn vom Steuergerät erkannt wird, daß Schubbetrieb vorliegt. In diesem Fall sollen keine Ein- spritzvorgänge vorgenommen werden und die Einspritzventile bleiben geschlossen. Wird dabei das Rücklaufventil ebenfalls geschlossen, kann ein nicht erwarteter Druckverlauf nur von einem Leck herrühren, das damit eindeutig detektierbar ist. Durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Druckanstieges nach Schließen des Rücklaufventiles läßt sich eine besonders eindeutige Aussage bezüglich des Vorliegen eines Lecks machen. Weiterhin sind im System vorhandene Toleranzen, die sich in Leckage äußern, am geringsten.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch die wesentlichen Bestandteile eines Kraftstoffversorgungssyste- mes für Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, also bei- spielswiese Dieselbrennkraftmaschinen, in dem die erfin¬ dungsgemäße Leckerkennung ablaufen kann.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In der Figur sind die für das Verständnis der Erfindung er¬ forderlichen Bestandteile eines Kraftstoffversorgungssyste- mes einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung dargestellt. Dabei ist der Kraftstoffbehälter mit 10 bezeichnet, den Kraftstoffbehälter zugeordnet ist die Kraftstoffpumpe 11, üblicherweise eine Elektrokraftstoffpumpe sowie ein Rück- schlagventil 12, das beispielsweise in die Kraftstoffpumpe 11 integriert ist.
Die Krafstoffpumpe 11 führt den Kraftstoff einer Hochdruck- pumpe 13 zu, an die sich ein Hochdruckspeicher 14 an¬ schließt. Vom Hochdruckspeicher 14 gelangt der Kraftstoff zu den Einspritzdüsen 15, 16, 17, 18, die in einem sogenannten Common-Rail-System 14a angeordnet sind. Die Ansteuerung der Einspritzventile 15, 16, 17, 18 erfolgt mittels eines elek- tronischen Steuergerätes 19 sowie entsprechende Verbindungen 26. Dem elektronischen Steuergerät werden weitere Signale, die die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erkennen lassen, zugeführt, sie werden von entsprechenden Sensoren 20, 21, 22 geliefert.
Vom Common-Rail 14a führt ein Rücklauf 23 über ein Magnet¬ ventil 24 zum Kraftstoffbehälter 10 zurück. Dieses Magnet¬ ventil 24 kann vom Steuergerät 19 über die Verbindung 27 an¬ gesteuert werden. Über das Magnetventil 24 wird zum einen der Einspritzdruck in Common-Rail 14a geregelt. Zum anderen kann das Magnetventil 24 zur Leckerkennung vom Steuergerät 19 geschlossen werden.
Dem Common-Rail 14a zugeordnet ist ein Drucksensor 25, der den Kraftstoffdruck im Common-Rail mißt und entsprechende Signale über die Verbindungsleitung 28 zum Steuergerät 19 leitet.
In dem in der Figur dargestellten Kraftstoffversorgungs- System, das im Prinzip bereits aus der DE-PS 31 26 393 be¬ kannt ist, läuft die erfindungsgemäße Leckerkennung ab. Die erforderlichen Berechnungen werden dabei vom Steuergerät 19 durchgeführt, das darüber hinaus in bekannter Weise auch die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine übernimmt. Falls das elektronische Steuergerät 19 ein zusätzliches Steuergerät ist, ist ein Informationsaustausch mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine erforderlich. In welchem der Steuergeräte dann welche Auswertungen bzw. Berechnungen ablaufen, kann geeignet ausgewählt werden.
Die Regelung des Druckes im Hochdruckbereich kann auch mit Hilfe eines eigenen Druckreglers bzw. einer Elektronik erfolgen, die anstelle des elektronischen Steuergerätes 19 tritt und das Magnetventil 14 in Abhängigkeit von dem vom Drucksensor 25 gelieferten Einspritzdruck pE ansteuert.
Bei derzeit eingesetzten Dieseleinspritzsystemen läuft die, den Hochdruck liefernde Pumpe 13 ständig mit einer Drehzahl, die etwa der halben Motordrehzahl entspricht. Dabei wird laufend Kraftstoff gefördert, wobei der sich einstellende Kraftstoff bzw. Einspritzdruck wie bereits erwähnt durch
Ansteuerung des Magnetventils 24 geregelt wird. Bei Betäti¬ gung der Einspritzventile fällt der Druck kurzfristig ab, da eine gewisse Menge Kraftstoff aus dem Common-Rail abgegeben wird. Damit eine solche Druckschwankung bei der Leckerken- nung nicht störend wirkt, wird die Leckerkennung vorzugs¬ weise dann durchgeführt, wenn kein Kraftstoff eingespritzt wird.
Eine solche Bedingung liegt immer dann vor, wenn sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb befindet. Die Leckerken¬ nung wird daher durchgeführt, wenn das Steuergerät der Brennkraftmaschine durch Auswertung der vorliegenden, bei¬ spielsweise von den Sensoren 20, 21, 22 gelieferten Informa¬ tionen erkennt, daß sich die Brennkraftmaschine im Schubbe- trieb befindet. Eine Schubbetrieberkennung durch Auswertung der Drehzahl und/oder anderer lastabhängiger Größen ist bei modernen Brennkraftmaschinen bereits üblich, die genaue Vor¬ gehensweise soll daher hier nicht weiter beschrieben werden. Es werden dann keine Ansteuerungen der Einspritzventile aus- gelöst. Wird dann das Magnetventil 24 bei erkanntem Schubbe¬ trieb vom Steuergerät geschlossen, muß der Druck im Common-Rail ansteigen, da die Pumpe 13 weiterhin Kraftstoff fördert. Wie stark der Druck ansteigt bzw. innerhalb welcher Zeiten welche Druckanstiege zu erwarten sind, läßt sich aus den Systemgegebenheiten abschätzen bzw. empirisch bestimmen. Im elektronischen Steuergerät laufen daher Vergleiche ab, in denen der vom Drucksensor 25 im Schubbetrieb gemessene Druckverlauf pE(t) ausgewertet bzw. mit vorgebbaren Werten verglichen wird. Wird vom elektronischen Steuergerät erkannt, daß sich die Druckänderungen bzw. der Druckanstieg nicht in der erwarteten Weise einstellt, werden vom Steuer¬ gerät 19 entsprechende Ansteuerungen z. B. über die Verbin¬ dung 29 ausgelöst, die ein Abschalten der Brennkraftmaschine bewirken oder zumindest die Kraftstofförderung über die Hochdruckpumpe 13 beenden.
Die erfindungsgemäße Erkennung eines Lecks im Hochdruckteil des Common-Rail-Systems oder eines offenstehenden Einspritz- ventiles geht also davon aus, daß ein Druckabfall im Common-Rail bzw. eine Unplausibilität zwischen Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine, also beispielsweise der Beziehung zwischen Drehzahl und Einspritzmenge und Ansteuerung der Druckregeleinheit auf einen Fehler hindeutet und entspre¬ chende Gegenreaktionen erfordert.
Generell kann eine Überprüfung der Antwort des Druckregel¬ kreises auf Sollwertänderungen in bestimmten Betriebsbedin¬ gungen, vorteilhafterweise im Schub erfolgen. Eine Plausibi- lität liegt nur dann vor, wenn der Druck innerhalb eines Zeitfensters den einstellbaren Sollwert erreicht. Wird eine gezielte Änderung der Ansteuerung des Druckregelkreises durchgeführt, kann die Systemantwort ausgewertet werden und anhand dieser Systemantwort beurteilt werden, ob ein Leck vorliegt.
Mit diesem System läßt sich also eine Überprüfung und Beur¬ teilung des dynamischen Systemverhaltens durchführen, dies führt gegenüber einer statischen Betrachtung zu wesentlich sicheren Ergebnissen.

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraft- stoffVersorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine, insbe¬ sondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff von wenigstens einer Pumpe unter Druck aus dem Kraftstoffbehälter gefördert wird und über entsprechende Leitungen zu den Einspritzventilen gelangt, mit einem Druck- sensor, der den Kraftstoffdruck mißt und einer Rechenein¬ richtung, der weitere den Betriebszustand kennzeichnende Meßgrößen zugeführt werden, zur Bildung von Ansteuersigna- len, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücklaufleitung mit einem Ventil vorhanden ist, über die überschüssiger Kraft- stoff zum Kraftstoffbehälter rückführbar ist, daß die
Recheneinrichtung aus Meßgrößen einen vorgebbaren Betriebs- zustand der Brennkraftmaschine erkennt und das Ventil bei Erkennen dieses vorgebbaren Betriebszustandes schließt und den sich dann einstellenden Druck oder Druckverlauf mit dem zu erwartenden Druck oder Druckverlauf verglichen wird, wobei Abweichungen ein Leck erkennen lassen.
2. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Betriebszustand der Brennkraftmaschine, bei der die Leckerkennung erfolgt, der Schubbetrieb ist, wobei die Erkennung des Schubbetriebes im Steuergerät erfolgt.
3. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennung des Schubbetriebes durch Auswertung der Drehzahl und einer weiteren, von der Belastung abhängigen Größe des Drosselklappenwinkels erfolgt, die jeweils mit einem zugehörigen Sensor ermittelt werden.
4. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß geprüft wird, ob sich der Druck nach dem Schließen des Magnetventiles so ändert, daß innerhalb einer vorgebbaren Zeit ein vorgebbarer höherer Druck erreicht wird.
5. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überprüfung der Antwort des Druckregelkreises auf Sollwer¬ tänderungen in bestimmten Betriebsbedingungen erfolgt und bei nicht plausiblen Änderungen des Druckes, insbesondere falls der Druck nicht innerhalb eines vorgebbaren Zeitfen¬ sters den Sollwert erreicht, ein Leck erkannt wird.
6. Einrichtung zur Erkennung eines Lecks nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Er¬ kennung eines Lecks die Brennkraftmaschine oder die Hoch¬ druckpumpe abgeschaltet wird, bzw. die Zuführung von Kraft¬ stoff ins Common-Rail unterbunden wird.
EP96902877A 1995-06-02 1996-02-22 Einrichtung zur erkennung eines lecks in einem kraftstoffversorgungssystem Expired - Lifetime EP0778922B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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