Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose des Kraftstoffversorgungs- Systems einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru¬ ches 1.

Es ist bekannt, dass als möglicher Alternativkraftstoff für Anwendungen im au¬ tomobilen Bereich neben CNG (Compressed Natural Gas) auch LPG (Liquified Petrol Gas) eingesetzt wird. Im Rahmen von Konzepten werden derzeit auch Antriebe basierend auf LNG (Liquified Natural Gas) und H2 (Wasserstoff) als Alternativkraftstoff diskutiert. Insbesondere so genannte bivalente Antriebskon¬ zepte werden gegenwärtig in zunehmendem Maße entwickelt, wobei eine be¬ kannte Brennkraftmaschine sowohl mit einem ersten flüssigen Kraftstoff als auch mit einem zweiten flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff betrieben werden kann.

Die DE 102 55 345 A1 beschreibt das LPG-Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeuges, welches eine Kraftstoffpumpe aufweist, die in einem LPG- Kraftstofftank angeordnet ist. Der LPG-Kraftstoff wird mittels dieser Kraftstoff¬ pumpe unter Überdruck gesetzt, so dass der LPG-Kraftstoff in einer Kraftstoff¬ zufuhrleitung in flüssigem Zustand vorliegt. Der unter Druck gesetzte LPG- Kraftstoff wird mittels einer Einspritzdüse der Brennkraftmaschine zugemessen. In der Kraftstoffzufuhrleitung sind ein Absperrventil sowie Druck- und Tempe- raturmessstellen angeordnet. Weiterhin ist eine Kraftstoffrücklaufleitung mit ei¬ nem Druckregelventil vorgesehen. In der JP 2003328858 A ist ein weiteres System zur Versorgung einer Brenn¬ kraftmaschine mit flüssigem LPG- Kraftstoff gezeigt. In der Kraftstoffzufuhr- und -rücklaufleitung dieses Systems sind jeweils Absperrventile angeordnet.

Eine Einrichtung zur Erkennung von Undichtigkeiten in einem Kraftstoffversor¬ gungssystem, wie beispielsweise ein nicht einwandfrei schließender Kraftstof¬ finjektor, ist in der DE 195 13 158 A1 beschrieben. Dazu wird der Kraftstoff¬ druck in dem Kraftstoffversorgungssystem, beispielsweise während des Schub¬ betriebs der Brennkraftmaschine oder nach dem Abschalten der Brennkraftma- schine und der Kraftstoffpumpe messtechnisch erfasst. Der Verlauf des Kraft¬ stoffdruckes wird in eine Recheneinrichtung eingelesen und mit einem vorge¬ gebenen Verlauf verglichen. Bei erkannten Abweichungen zwischen dem ge¬ messenen und dem vorgegebenen Verlauf des Kraftstoff druckes wird eine Fehleranzeige ausgelöst.

Zur Erkennung von Undichtigkeiten, beispielsweise in einem bekannten LPG- Kraftstoffversorgungssystem, wie etwa ein nicht einwandfrei schließender Kraftstoffinjektor, ist die aus der DE 195 13 158 A1 vorbekannte Einrichtung jedoch nicht geeignet. LPG-Kraftstoff besteht allgemein allein aus Butan, Pro- pan oder einer Kombination dieser beiden Gase. Diese Gase liegen entspre¬ chend dem temperaturabhängigen Sättigungsdampfdruck bei normalen Umge¬ bungsbedingungen nahe dem Phasenübergang von flüssig zu gasförmig. Im Falle des Abschaltens der Kraftstoffpumpe können in Teilen des Kraftstoffver¬ sorgungssystems lokale Temperaturüberhöhungen auftreten, welche einen Phasenübergang des LPG-Kraftstoffes von flüssig zu gasförmig zur Folge ha¬ ben. Die Ursache dafür liegt in der mangelnden Wärmeabfuhr, welche beim Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Zirkulation des LPG-Kraftstoffes zwi¬ schen Motor und Tank erreicht wird. Bei einem solchen Phasenübergang von Anteilen des LPG-Kraftstoffes entstehen kompressible Bereiche im LPG- Kraftstoffversorgungssystem, die bei einer Messung des Verlaufes des Kraft¬ stoffdruckes nach Abschalten der Kraftstoffpumpe zu nicht reproduzierbaren Kraftstoffdruckschwankungen führen und daher nicht zur Bewertung der Dicht¬ heit des LPG-Kraftstoffversorgungssystems herangezogen werden können. Eine Prüfung des Kraftstoffversorgungssystems auf Undichtigkeiten mit der be¬ kannten Einrichtung ist dann denkbar, wenn sich die Temperatur des gesamten Kraftstoffversorgungssystems auf einem einheitlichen Niveau eingeschwungen hat. Die dafür benötigte Zeit ist im Zusammenhang mit einem längeren Still- stand der Brennkraftmaschine gegeben. Da die Dauer eines längeren Stillstan¬ des nach erfolgter Prüfung des Kraftstoffversorgungssystems auf Undichtigkei¬ ten unbekannt bleibt, ist das Ergebnis dieser Prüfung für den weiteren Betrieb nicht repräsentativ.

Weiterhin ist bedingt durch die Eigenschaften des LPG-Kraftstoffes zu beden¬ ken, dass sich ein nennenswerter Kraftstoffdruckabfall in einem LPG- Kraftstoffversorgungssystem mit einem größeren Volumen, welches sich aus den Einzelvolumen der Leitungs-, Verbindungs- und Zumessungselemente zu¬ sammensetzt, nur im Zusammenhang mit einer erheblichen Leckagemenge mess- und auswertbar darstellt. Aus der Leckagemenge flüssigen LPG- Kraftstoffes entsteht eine rund 250-fache Menge an gasförmigem Kraftstoff und etwa eine 15000-fache Menge an explosivem Gemisch. Eine Kraftstoffdruck¬ abfallprüfung auf Basis des LPG-Kraftstoffdruckes im gesamten Volumen des Kraftstoffversorgungssystems ist daher mit Risiken verbunden. Es ist folglich notwendig, kleine Leckagemengen erkennen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Diagnose des Kraftstoffversor¬ gungssystems einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Die Prüfung soll auf einfache Weise mit möglichst geringem Aufwand, innerhalb einer kurzen Zeit und während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit geringen Risiken mög¬ lich sein.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zur Diagnose des Kraftstoff¬ versorgungssystems Kraftstoffdruckprüfungen in einzeln absperrbaren Volumen des Kraftstoffversorgungssystems durchgeführt werden. Die Einzelvolumen des Kraftstoffversorgungssystems werden durch das Schließen der Absperrventile in der Kraftstoffzufuhr- und -rücklaufleitung gebildet. Die Kraftstoffdruckprüfun¬ gen erfolgen auf Grundlage der Messung von Kraftstoffdruck und Kraftstofftem¬ peratur und sind zusammen mit dem Öffnen und Schließen der Absperrventile in der Kraftstoffzufuhr- und -rücklaufleitung Bestandteil eines Prozessablaufes. Die Prozessführung wird mit einer Ablaufsteuerung umgesetzt, welche mit einer Diagnoseauswertung gekoppelt ist. Weiterhin kann vor Beginn des Prozessab¬ laufes geprüft werden, ob ein ausreichender Kraftstoffdruck im Kraftstoffversor- gungssystem für eine anschließende Diagnose vorhanden ist. In den Prozess¬ ablauf ist außerdem eine Konditionierung des Kraftstoffversorgungssystems eingebunden. Aufgabe dieser Konditionierung ist das Einstellen von günstigen Temperaturbedingungen für eine anschließende Diagnose des Kraftstoffversor¬ gungssystems. Diese Konditionierung erfolgt in Form einer Spülung des Kraft- Stoffversorgungssystems mit Kraftstoff. Ergebnis des Ablaufes der erfindungs¬ gemäßen Diagnose eines Kraftstoffversorgungssystems ist die Bereitstellung einer Entscheidungsgrundlage zur Freigabe des Kraftstoffversorgungssystems.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass durch die Durchführung der Kraftstoffdruckprüfungen in einzeln absperrbaren Volumen des Kraftstoffversor¬ gungssystems eine kleine Leckagemenge flüssigen Kraftstoffes erkannt werden kann. Weiterhin kann durch die Kraftstoffdruckprüfungen auf die Funktionstüch¬ tigkeit der Kraftstoffpumpe, der Absperrventile und den Zustand der Kraftstoff¬ zufuhr- und -rücklaufleitung geschlossen werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens zur Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems liegt darin, dass durch die Konditionierung des Kraftstoffversorgungssystems in Abhängigkeit der Temperaturverhältnisse der Brennkraftmaschine und des Kraftstoffes güns¬ tige Bedingungen für eine Bewertung der Dichtheit des Kraftstoffversorgungs¬ systems auf Grundlage einer Kraftstoffdruckmessung geschaffen werden, da auf diese Weise eine Wärmeabfuhr und somit eine Verminderung der Entste¬ hung kompressibler Bereiche im Kraftstoffversorgungssystem erreicht wird. Da¬ durch, dass vor Beginn des Prozessablaufes eine Prüfung erfolgt, ob ein aus¬ reichender Kraftstoff druck im Kraftstoffversorgungssystem für eine anschlie¬ ßende Diagnose vorhanden ist, können unnötige Diagnoselaufzeiten vermieden werden. Es ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als gleichwertig anzusehen, dass der für die Kraftstoffdruckprüfungen erforderliche Kraftstoffdruck nicht durch eine Kraftstoffpumpe sondern durch ein vorhandenes treibendes Gefälle zwischen Kraftstofftank und den weiteren Bestandteilen des Kraftstoffversor¬ gungssystems bereitgestellt wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Beispielhaft wird hier die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens be¬ schrieben. In den dazugehörigen Figuren zeigen:

Fig. 1 : schematische Darstellung des Kraftstoffversorgungssystems,

Fig. 2: Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3: Ablaufdiagramm Kraftstoffdruckprüfungen.

In der Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungs- Systems beispielsweise für LPG-Kraftstoff gezeigt. In einem Kraftstofftank 1 ist flüssiger LPG-Kraftstoff gespeichert. Mittels einer Kraftstoffpumpe 2 wird der flüssige LPG-Kraftstoff in der Kraftstoffzufuhrleitung 3 zu einem Rail 4 gefördert. In dem Rail 4 ist mindestens ein Kraftstoff injektor 5 angeordnet. Nicht am Kraftstoffinjektor 5 entnommener LPG-Kraftstoff wird in der Kraftstoffrücklauf- leitung 6 zurück zum Kraftstofftank 1 gefördert. In der Kraftstoffzufuhrleitung 3 und der Kraftstoffrücklaufleitung 6 sind Absperrventile 7 und 8 vorgesehen. Im Kraftstofftank 1 ist eine Temperaturmessstelle 9 und in dem Rail 4 eine Druck¬ messstelle 10 angeordnet. Der Kraftstoff injektor 5, die Kraftstoffpumpe 2, die Absperrventile 7 und 8 sowie die Temperaturmessstelle 9 und die Druckmess- stelle 10 sind neben Mitteln zur Erfassung der Ansaug- und Kühlwassertempe¬ ratur mit einem Steuergerät 11 verbunden. Das Steuergerät 11 entspricht dem heutigen Stand der Technik, das heißt, es dient unter anderem der Erfassung von Messgrößen, dem dauerhaften und nicht dauerhaften Speichern sowie Weiterverarbeiten von Betriebs- und Funktionsdaten auch der Ausgabe von Ansteuersignalen.

Eine Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt. In einem Raildruckmodell 12 wird die Kraftstoffdruckdifferenz zwischen dem Rail 4 und dem Kraftstofftank 1 berechnet, welche die Kraftstoffpumpe 2 erzeugt. Die zur Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems notwendigen Kraftstoff d ruck¬ prüf ungen, auf Basis des Raildruckmodells 12 sowie weiterer gemessener und modellierter Größen, sind im Funktionsblock 13 vorgesehen und deren Ergeb¬ nisse werden in einem Statuswort gebündelt, welches an die Diagnoseauswer- tung 14 übergeben wird. Die Diagnoseauswertung 14 ist mit einer Ablaufsteue¬ rung 16 gekoppelt, welche die Prozessführung umsetzt. Liegt kein Fehler im Kraftstoffversorgungssystem vor, wird im Funktionsblock 15 eine Kenngröße als Entscheidungsgrundlage zur Freigabe des Kraftstoffversorgungssystems gebil¬ det.

Mittels des Raildruckmodells 12 wird die Kraftstoffdruckdifferenz zwischen Kraftstofftank 1 und Rail 4 berechnet, welche die Kraftstoffpumpe 2 erzeugt. Grundlage dafür ist eine für das jeweilige Kraftstoffversorgungssystem frei pa- rametrierbare Kennlinie, welche in Abhängigkeit von der aufgenommenen Leistung der Kraftstoffpumpe 2 die Kraftstoffdruckdifferenz zwischen Kraftstoff¬ tank 1 und Rail 4 beschreibt. Die aufgenommene Leistung der Kraftstoffpumpe 2 wird beispielsweise aus der Bordnetzspannung üb abgeleitet. Die Kraftstoff¬ druckdifferenz zwischen Kraftstofftank 1 und Rail 4 wird weiterhin um den auf Basis des an der Temperaturmessstelle 9 ermittelten Kraftstofftemperaturwer- tes korrigiert.

In Figur 3 ist der Ablauf der Kraftstoffdruckprüfungen aus Funktionsblock 13 dargestellt. In einem ersten Schritt wird geprüft, ob der Kraftstoff druck im Kraft¬ stoffversorgungssystem signifikant über einem in dem Steuergerät 11 gespei- cherten Wert nahe dem Umgebungsdruck oder über dem in einer weiteren Ausführungsform messtechnisch erfassten Umgebungsdruck liegt.

Liegt der Kraftstoff druck im Kraftstoffversorgungssystem nicht signifikant über dem Umgebungsdruck, kann keine Undichtigkeit des Kraftstoffversorgungs- Systems erkannt werden, da kein Kraftstoffdruckabfall mit dem Entweichen der Leckagemenge verbunden ist. Ein derartiger Zustand ist bei niedrigen Außen¬ temperaturen bei Verwendung von Butan als LPG-Kraftstoff zu erwarten. Das Resultat dieses ersten Schrittes wird an die Diagnoseauswertung 14 und die Ablaufsteuerung 16 übergeben, welche einen Kraftstoffdruckaufbau im Kraftstoffversorgungssystem durch die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 2 ein¬ leiten. Es liegt nun ein Kraftstoffdruck signifikant über dem Umgebungsdruck im Kraftstoffversorgungssystem vor.

In einem zweiten Schritt werden zunächst die Absperrventile 7 und 8 in der Kraftstoffzufuhr- und -rücklaufleitung 3 und 6 geschlossen. Es wird nun geprüft, ob der an der Druckmessstelle 10 im Rail 4 ermittelte Kraftstoffdruck unter den Kraftstoff druck im Kraftstofftank 1 zuzüglich einer frei parametrierbaren Druck¬ schwelle für die geschlossenen Absperrventile 7 und 8 in der Kraftstoffzufuhr- und -rücklaufleitung 3 und 6 fällt. Auf diese Weise kann auf Undichtigkeiten, wie etwa einen nicht einwandfrei schließenden Kraftstoffinjektor 5, geschlossen werden. Der Kraftstoffdruck im Kraftstofftank 1 wird auf Basis des an der Tem- peraturmessstelle 9 ermittelten Kraftstofftemperaturwertes, dem gemessenen Kraftstoff druck im Rail 4 und dem im Steuergerät 11 gespeicherten funktionalen Zusammenhang zwischen dem Sättigungsdampfdruck und der Temperatur er¬ mittelt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kraftstoff druck im Kraft¬ stofftank 1 messtechnisch erfasst werden.

Das Resultat dieses zweiten Schrittes wird an die Diagnoseauswertung 14 und die Ablaufsteuerung 16 übergeben, welche entsprechend dem Ergebnis der vorherigen Kraftstoffdruckprüfungen den weiteren Ablauf der Kraftstoff druck- prüfungen unterbrechen oder weiterführen. Es wird davon ausgegangen, dass der Ablauf weitergeführt wird.

Im dritten Schritt wird das Absperrventil 7 in der Kraftstoffzufuhrleitung 3 geöff¬ net. Das Absperrventil 8 in der Kraftstoffrücklaufleitung 6 bleibt geschlossen. Anschließend wird geprüft, ob die Kraftstoffpumpe 2 entsprechende Kraftstoff- druckschwellwerte erreicht oder unzulässig überschreitet. Dabei wird der ge¬ messene Kraftstoff druck im Rail 4 einem Wert gegenübergestellt, welcher sich aus dem Produkt der Kraftstoffdruckdifferenz zwischen Rail 4 und Kraftstofftank 1 und einem frei parametrierbaren Druckaufbaufaktor sowie dem Kraftstoff druck im Kraftstofftank 1 zusammensetzt. Der Kraftstoff druck im Kraftstofftank 1 wird auf Basis des an der Temperaturmessstelle 9 ermittelten Kraftstofftemperatur¬ wertes, des gemessenen Kraftstoffdruckes im Rail 4 und des im Steuergerät 11 gespeicherten funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Sättigungs¬ dampfdruck und der Temperatur ermittelt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kraftstoffdruck im Kraftstofftank 1 messtechnisch erfasst werden.

Auf diese Weise kann auf eine nicht voll funktionsfähige Kraftstoffpumpe 2, eine zugesetzte Kraftstoffzufuhr- oder -rücklaufleitung 3 oder 6 sowie auf defekte stets geschlossene Absperrventile 7 oder 8 in der Kraftstoffzufuhr- und - rücklaufleitung 3 und 6 rückgeschlossen werden, da in diesen Fällen die ent¬ sprechenden Kraftstoffdruckschwellwerte nicht erreicht oder unzulässig über¬ schritten werden.

Das Resultat dieses dritten Schrittes wird an die Diagnoseauswertung 14 und die Ablaufsteuerung 16 übergeben. Liegt kein Fehler im Kraftstoffversorgungs¬ system vor, wird im Funktionsblock 15 eine Kenngröße als Entscheidungs¬ grundlage zur Freigabe des Kraftstoffversorgungssystems gebildet.

In einer weiteren Ausführungsform ist neben den statischen Druckprüfungen für die einzelnen Prozessschritte auch die Erfassung des Kraftstoffdruckgradienten sowie ein Vergleich dessen mit Werten, welche im Steuergerät 11 gespeichert sind, vorgesehen.

Den Kraftstoffdruckprüfungen ist weiterhin eine Konditionierung des Kraftstoff- Versorgungssystems in Abhängigkeit der Temperaturverhältnisse der Brenn¬ kraftmaschine und des Kraftstoffes zugeordnet. Diese Konditionierung wird auf Grundlage der Berechnung einer minimalen Spülzeit des Kraftstoffversorgungs¬ systems umgesetzt. Berücksichtigt werden die Temperatur der Ansaugluft, des Kühlmittels und des LPG-Kraftstoffes. Die Durchführung der Spülung des Kraft- Stoffversorgungssystems wird individuell für jeden Prozessschritt durch die Di¬ agnoseauswertung 14 bestimmt. Bezugszeichenliste

1 Kraftstofftank 2 Kraftstoffpumpe 3 Kraftstoffzufuhrleitung 4 Rail 5 Kraftstoffinjektor 6 Kraftstoffrücklaufleitung 7 Absperrventil Kraftstoffzufuhrleitung 8 Absperrventil Kraftstoffrücklaufleitung 9 Temperaturmessstelle 10 Druckmessstelle 11 Steuergerät 12 Funktionsblock Raildruckmodell 13 Funktionsblock Kraftstoffdruckprüfungen 14 Funktionsblock Diagnoseauswertung 15 Funktionsblock Freigabeanordnungen 16 Funktionsblock Ablaufsteuerung üb Bordnetzspannung