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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines
Kraftstoffhochdrucksystems, das einen zentralen Druckspeicher für den Kraftstoff,
mehrere Einspritzventile, über
die Kraftstoff aus dem zentralen Druckspeicher in jeweils einen
der Zylinder eintritt, mindestens eine Hochdruckpumpe, um Kraftstoff
unter Druck in den zentralen Druckspeicher zu pumpen, und mindestens
ein Druckregelventil besitzt, über
das Kraftstoff aus dem zentralen Druckspeicher abgeleitet wird.
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Derartige
Kraftstoffhochdrucksysteme sind bekannt und werden auch als Common-Rail
bezeichnet. Ein solches Einspritzsystem ermöglicht innerhalb gegebener
Druckgrenzen einen frei wählbaren
Druck. Dies gibt dem Entwickler einen weiteren Freiheitsgrad bei
der Optimierung der Verbrennung gegenüber nockengesteuerten Einspritzsystemen.
Die Flexibilität,
wesentliche Einspritzparameter praktisch frei einstellen zu können, ist
sowohl in der Benzin- als auch in der Dieseleinspritztechnologie
eine schon immer gewünschte
Eigenschaft und öffnet
dem Brennverfahrensentwickler eine neue Dimension.
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Die
DE 195 20 300 A1 offenbart
ein Verfahren zur Diagnose eines Kraftstoffhochdrucksystems, bei welchem
im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, wenn also kein Kraftstoff
eingespritzt wird, das Druckregelventil geschlossen wird. Da die
Hochdruckpumpe jedoch weiterhin Kraftstoff in den Druckspeicher
befördert,
kommt es zu einem Druckanstieg im Kraftstoffhochdrucksystem. Dieser
Druckanstieg wird gemessen und mit vorbestimmten Werten verglichen.
Steigt der Druck nicht in erwarteter Weise an, wird eine entsprechende Fehlermeldung
generiert.
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In
der
DE 198 33 086
A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung
einer Leckage und ein Kraftstoffver sorgungssystem einer Brennkraftmaschine
beschrieben. Die Brennkraftmaschine ist dabei insbesondere mit einem
Common-Rail System
ausgestattet. Eine steuerbare Pumpe fördert Kraftstoff in einen Speicher.
Ein Drucksensor erfasst den Druck in dem Speicher. Zur Erkennung
einer Leckage wird im Schubbetrieb ein Ansteuersignal der Pumpe
mit wenigstens einem Schwellenwert verglichen und/oder es wird überprüft, ob der
Druck wie erwartet abfällt.
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Aus
der
DE 197 27 794
C1 ist ein Verfahren zum Überprüfen einer Kraftstoffversorgung
eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem der Kraftstoff von einer
Kraftstoffpumpe zu einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine
gefördert
wird und dabei eine zeitliche Änderung
des Kraftstoffdruckes in der Kraftstoffleitung über eine vorgegebene Zeitdauer überwacht
wird, wobei der Kraftstoffdruck nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine
durch Abschalten der Kraftstoffpumpe und der Einspritzanlage überwacht
wird. Die Änderung
des Kraftstoffdruckes wird mit einer Vergleichskennlinie verglichen,
die von der Temperatur des Kraftstoffs abhängt und bei einer Abweichung
von mehr als eine vorgebbare Toleranzbreite wird eine Fehlfunktion
erkannt.
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In
der
DE 195 13 158
A1 wird eine Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem
Kraftstoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine beschrieben,
bei der der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe unter Druck aus
dem Kraftstoffbehälter
befördert
wird und über
entsprechende Leitungen zu den Einspritzventilen gelangt. Es ist
ein Drucksensor vorhanden, der den Kraftstoffdruck fortlaufend misst,
sowie eine Recheneinrichtung, in der ausgehend aus gemessenen Größen Ansteuergrößen gebildet
werden. Die Recheneinrichtung ermittelt den Verlauf des Kraftstoffdruckes
nach Abschalten der Kraftstoffpumpe und vergleicht den Verlauf mit einem
vorgebbaren Verlauf. Bei erkannter Abweichung wird eine Fehleranzeige
ausgelöst.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diagnoseverfahren für ein Kraftstoffhochdrucksystem bereitzustellen,
das mit geringem zusätzlichen
Aufwand die Möglichkeit
bietet, eine Fehlfunktion zuverlässig und
möglichst
differenziert zu erkennen, vorzugsweise bei einer Diagnose in der
Werkstatt.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem Verfahren werden in einem ersten Intervall, Einspritz- und Druckregelventile
geschlossen und die Hochdruckpumpe gestartet. Ein Drucksensor misst
in dem ersten Intervall den sich aufbauenden Druck im zentralen
Druckspeicher. In einem zweiten Intervall wird bei geschlossenen
Einspritz- und Druckregelventilen die
Hochdruckpumpe ausgeschaltet. Für
eine Fehlerdiagnose werden die Druckwerte und der Druckverlauf aus
dem ersten und/oder dem zweiten Intervall mit vorbestimmten Werten
verglichen und im Fall eines nicht vollständigen oder zu langsamen Druckaufbaus
in dem ersten Intervall und/oder einem zu niedrigen Druckwert in
dem zweiten Intervall wird ein Fehler in dem Kraftstoffhochdrucksystem
diagnostiziert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem
zentralen Druckspeicher ein Druck aufgebaut und dieser anschließend während eines
zweiten Intervalls gehalten. Die während dieser Zeit aufgenommen
Druckwerte gestatten eine differenzierte Diagnose des Systems. Während bisher
bei einem bloßen
Verdacht auf Undichtigkeit, stets ein Austausch von Bauteilen vorgenommen
werden musste, besteht nunmehr die Möglichkeit festzustellen, ob
ein Fehler vorliegt. Hierdurch wird ein unnötiger Austausch von Bauteilen
vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt in dem ersten Intervall
der Druckaufbau, bis eine vorbestimmte Druckkonstante (C_FUP_MIN_RISS)
oder eine Zeitkonstante (C_T_MAX_RISS) überschritten wird. Die erste
von beiden Bedingungen für
das erste Intervall stellt sicher, dass der vorbestimmte Druckwert
erreicht wird. Kann dieser Druckwert nicht erreicht werden, beispielsweise
bei einem Leck im Hochdruckspeicher, so wird der Druckaufbau nach
einer Maximalzeit (C_T_MAX_RISE) abgebrochen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in dem zweiten Intervall die Zeitdauer gemessen, in der der
Druck über
einen vorbestimmten Mindestwert liegt. Vorzugsweise wird ein Fehler
erkannt, wenn die Zeitdauer, in der der Druck oberhalb des Mindestwerts
gehalten wird, klei ner als eine vorbestimmte Zeitkonstante ist.
Ein Fehler liegt ebenfalls vor, wenn der Druck unterhalb einer zweiten
Druckkonstanten (C_FUP_MIN_HOLD) liegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird an der Brennkraftmaschine lediglich dann durchgeführt, wenn ein
Satz von Betriebsbedingungen während
des Verfahrens erfüllt
ist. Bevorzugt gehören
zu dem Satz an Betriebsbedingungen eine oder mehrere der nachfolgend
aufgelisteten Bedingungen:
- – Öltemperatur und/oder Lufttemperatur
und/oder Temperatur des Kühlwassers
liegen in einem vorbestimmten Temperaturbereich,
- – die
Versorgungsspannung der Batterie liegt in einem vorbestimmten Bereich,
- – ein
Zündschlüssel steckt
in der Position: Zündung-Ein
und
- – die
Brennkraftmaschine läuft
nicht oder es liegt eine Starter-Ein-Position des Zündschlüssels vor.
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Zum
Starten der Nockenwellen gekoppelten Hochdruckpumpe wird bevorzugt
ein Anlasser der Brennkraftmaschine betätigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht
eines Kraftstoffhochdrucksystems,
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2 den Zeitablauf bei der
Durchführung
des Verfahrens,
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3 ein Flussdiagramm zum
Prüfungsablauf
und
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4 ein Flussdiagramm zur
Auswertung der Diagnoseergebnisse.
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1 zeigt an HPDI-System in
der schematischen Ansicht. Dem Kraftstofftank 10 wird über eine
Leitung 12 mit einer Kraftstoffpumpe 14, gelegentlich
auch als Niederdruck- oder low pressure-Niederdruckpumpe bezeichnet,
Kraftstoff entnommen. Die Pumpe 14 arbeitet bei einem Druck
von ungefähr
4 bar. Der entnommene Kraftstoff fließt teilweise über die
Leitung 16 zurück
in den Kraftstofftank 10. Die zurückfließende Kraftstoffmenge wird über ein
Ventil 18 festgelegt.
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Der
nicht zurückfließende Kraftstoffteil
gelangt über
die Leitung 20 zur Hochdruckpumpe 22. Von der Hochdruckpumpe
gelangt der Kraftstoff in einen zentralen Druckspeicher 24,
der auch als Rail bezeichnet wird. Von dem zentralen Druckspeicher 24 gelangt
der Kraftstoff über
die Einspritzventile 26 in die einzelnen Zylinder. Ein
Druckregelventil 28 erlaubt es, den unter Druck stehenden
Kraftstoff aus dem zentralen Druckspeicher 24 wieder abzulassen
und erneut der Hochdruckpumpe 22 oder dem Kraftstofftank 10 zu
zuführen.
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2 zeigt den Kraftstoffdruck
(FUP) 30 über
der Zeit während
des erfindungsgemäßen Verfahrens. In
einem Intervall A wird das Prüfverfahren
vorbereitet. In diesem Intervall, werden die Einspritzventile 26 geschlossen.
Ein Anlasser (nicht dargestellt) für die Brennkraftmaschine, der
die Hochdruckpumpe 22 betreiben kann, ist ausgeschaltet.
In diesem Bereich ist die Batteriespannung 32 konstant
ebenso wie die Drehzahl 34. Die Drehzahl 34 beträgt im Intervall
A Null, ein Wert der in 2 zur
besseren Übersicht
verschoben dargestellt ist.
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In
dem Bereich A, der auch als Initialisierung bezeichnet werden kann,
wird das Druckregelventil für eine
vorbestimmte Zeitdauer geöffnet,
um einen eventuell vorhandenen Druck abzulassen. Nachfolgend wird das
Druckregelventil 28 langsam geschlossen. Mit dem Öffnen erfolgt
ein Druckabbau in dem zentralen Druckspeicher. Durch das langsame
schließen
wird eine Beschädigung
des Druckreglers vermieden. Beispielsweise wird hierzu der Druckregler 28 zunächst stromlos
gemacht, da mit nach einer vorbestimmten Zeitdauer der Strom bis
zu einem Maximalwert rampenförmig
wieder an den Regler angelegt wird. Der in 2 dargestellte Druckverlauf zeigt, dass
bei dem Ausführungsbeispiel
kein Restdruck vorhanden war. An die Initialisierungsphase anschließt sich
das mit B bezeichnete erste Intervall, das auch als Druckaufbauintervall
bezeichnet werden kann. In dem ersten Intervall B wird der Anlasser
gestartet, so dass die Versorgungsspannung 32 der Batterie
absinkt. Gleichzeitig mit dem Anlasser steigt die Drehzahl 34 auf
einen von Null verschiedenen Wert an. Die Hochdruckpumpe wird durch
den Anlasser angetrieben. In dem ersten Intervall steigt der Druckwert
(FUP) in dem zentralen Druckspeicher 24 an.
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Hat
der Druckwert einen Schwellwert (C_FUP_MIN_RISE) überschritten,
so beginnt die Druckhaltephase. In der Druckhaltephase sind Druckventil
und Einspritzventile geschlossen und der Anlasser ausgeschaltet.
In dem zweiten Intervall C steigt der Druck 30 zunächst noch
an aufgrund des nachlaufenden Motors. Im weiteren Verlauf des zweiten
Intervalls C fallen die Druckwerte 30 ab. Das zweite Intervall
C dauert solange, bis der Kraftstoffdruck unter einen Schwellwert
(C_FUP_MIN_HOLD) gefallen ist. Hat der Druckwert diesen Schwellwert
unterschritten, so wird das Druckregelventil geöffnet und im Abschnitt D fällt der
Kraftstoffdruck deutlich.
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3 zeigt eine bevorzugte
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
als Flussdiagramm. Das Verfahren beginnt mit Schritt 36,
bei dem alle Variablen des Verfahrens zurückgesetzt werden, wenn der Zündschlüssel in
die Position Zündung-Ein gebracht wird.
In dem nachfolgenden Schritt 38 werden der Zustandsanzeiger
für ein
abgebrochenes Verfahren (LV_FSLT_STOPPED) und für ein abgelaufenes Verfahren (LV_FSLT_DONE)
zurückgesetzt.
In Schritt 40 wird die Zustandsanzeige (LV_FSLT_NOT_ACTIVE)
auf 1 gesetzt. Hierdurch wird angezeigt, dass das Prüfverfahren
aktiv ist.
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In
dem nachfolgenden Schritt 42 wird ein vorbestimmter Satz
von Betriebsparametern überprüft. Bei diesen
Parametern handelt es sich um die folgenden Bedingungen:
- – Das
Prüfverfahren
wird von dem Benutzer angefordert,
- – eine
Aktivierung des Anlassers wird von dem Benutzer ausgelöst,
- – der
Zündschlüssel steckt
in Position: Zündung-Ein,
- – der
Motor steht oder der Schlüssel
befindet sich in der Starter-Ein-Position,
- – die
Temperaturen für Öl, Kühlwasser,
Luft und ähnliche
Betriebsgrößen liegen
innerhalb von vorbestimmten Intervallen,
- – seit
der letzten Zündung-Ein-Aktion
(Reset 36 in 3)
ist das Prüfverfahren
noch nicht durchgeführt
worden.
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Sind
diese Bedingungen sämtlich
erfüllt,
so fährt
das Verfahren in Schritt 44 fort. Ansonsten kehrt das Verfahren
zu Schritt 40 zurück.
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In
dem Initialisierungsschritt 44 wird ein Anlassen unterbunden
und die Einspritzventile werden geschlossen. Das Hochdruckventil
wird geöffnet
und langsam wieder geschlossen. Das Flag (LV_FSLT_NOT_ACTIVE) wird
wieder gelöscht,
so dass der Wert Null vorliegt. In der der Initialisierung folgenden
Abfrage 46 wird überprüft, ob das
Druckregelventil geschlossen ist. Alternativ kann auch ein geschlossenes
Druckregelventil bei einem ausreichenden Schließstrom angenommen werden. Ist
das Druckregelventil nicht geschlossen, so werden erneut die Bedingungen
für das
Prüfverfahren
abgefragt. Sind diese erfüllt,
so kehrt das Verfahren zur Initialisierung zurück. Liegen die Bedingungen
für das
Prüfverfahren
nicht vor, so wird ein entsprechendes Flag (LV_FSLT_STOPPED) auf
1 gesetzt, ansonsten kehrt das Verfahren zur Initialisierung 44 zurück. Selbstverständlich sind
in der Abfolge der Schritte 44, 46 und 48 Zähler vorgesehen,
die eine Endlosschleife bei einem nicht schließenden Druckregelventil vermeiden.
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Ist
das Druckregelventil geschlossen, so werden in Schritt 50 die
Bedingungen für
das Prüfverfahren überprüft. Liegen
diese in Schritt 48 nicht vor, wird das Flag für ein abgebrochenes
Verfahren (LV_FSLT_STOPPED = 1) gesetzt. Liegen die Bedingungen
vor, so wird in Schritt 50 der Druckaufbau durchgeführt. Hierbei
sind die Einspritzventile und das Druckventil geschlossen und der
Anlasser wird betätigt.
Es baut sich ein Druck im zentralen Druckspeicher auf. Das Ende
der Druckphase erfolgt durch die Abfrage 52, bei der überprüft wird,
ob der vorliegende Druck (FUP) größer als eine minimale Konstante (C_FUP_MIN_RISS)
ist. Alternativ wird ebenfalls geprüft, ob die Zeitdauer (T_RISE)
seit Beginn der Druckphase 50 bereits einen Schwellwert überschritten
hat. Typische Werte, die sich bei Versuchen bewährt haben, sind 80 bar als
Druckschwelle und 3 sec als maximale Zeit für den Druckaufbau. Wird eine
dieser beiden Bedingungen verletzt, wird also entweder kein ausreichender
Druck aufgebaut oder die vorgegebene maximale Zeit überschritten,
so werden in Schritt 54 die Verfahrensbedingungen erneut
kontrolliert. Sind die Voraussetzungen für das Prüfverfahren erfüllt, wird
ein erneuter Druckerhöhungsschritt 50 durchgeführt. Sind
die Bedingungen nicht erfüllt,
wird das Flag für
das abgebrochene Verfahren (LV_FSLT_STOPPED = 1) gesetzt.
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Wurde
dagegen der Druckaufbau in Schritt 50 erfolgreich abgeschlossen,
werden in Schritt 56 erneut die Voraussetzungen für das Prüfverfahren
abgefragt. Liegen diese nicht vor, wird unter Setzen des entsprechenden
Flags das Verfahren abgebrochen. Liegen diese vor, so wird in einem
nachfolgenden Schritt 58 der Druck in dem zentralen Druckspeicher
gehalten. Hierzu sind Einspritzventile und das Druckregelventil
geschlossen und der Anlasser ausgeschaltet. Es erfolgt ein Druckabbau
mit der Zeit. In Schritt 60 wird überprüft, ob der Druck eine Mindestschwelle
(C_FUP_MIN_HOLD) unterschritten hat. Ebenfalls wird geschaut, ob
die Zeit für
den Druckhalteschritt 58 größer ist als eine Maximaldauer
(C_T_MAX_HOLD).
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Mögliche Werte
sind für
die Druckkonstante 40 bar und für
die Dauer des Druckhaltens 5 sec. Hierbei stellt der Vergleich
mit der Mindestschwelle sicher, dass der Druck oberhalb von dieser
liegt.
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Sind
die Bedingungen nicht erfüllt,
werden in Schritt 62 die Voraussetzungen für das Prüfverfahren
geprüft.
Sind diese erfüllt,
so kehrt das Verfahren zu dem Druckhalteschritt 58 zurück. Sind
diese Bedingungen nicht erfüllt,
so wird das Verfahren abgebrochen.
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Sind
die Bedingungen 60 erfüllt,
so wird das Verfahren unter Setzung eines Flags (LV_FSLT_DONE = 1)
beendet.
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Die
Auswertung des Prüfablaufs
ist in einem gesonderten Flussdiagramm in 4 dargestellt. Die Auswertung beginnt
mit Schritt 64, in dem die Parameter auf Null gesetzt werden,
wenn der Zündschlüssel in die
Zündung-Ein-Position
gebracht wird. Nachfolgend wird überprüft, ob dass
Prüfverfahren
ordnungsgemäß abgelaufen
ist, also das Flag (LV_FSLT_DONE) den Wert 1 besitzt. Wurde
das Prüfverfahren
ordnungsgemäß abgeschlossen,
so erfolgen drei Abfragen 68, 70 und 72,
um eine Diagnose des Kraftstoffhochdrucksystems durchzuführen. In
der Abfrage 68 wird überprüft, ob während der
Initialisierungsphase A der Druck kleiner als ein vorgegebener Schwellwert
(F_FUP_MAX_INI_DIAG) ist. Wird dieser Schwellwert, der beispielsweise
auf 5 bar gesetzt ist, in dem Intervall A unterschritten, so wird
das Flag (LV_FSLT_ERR_INI) gleich Null gesetzt. Ansonsten ist dieses
Flag auf den Wert 1 gesetzt, da zu Beginn des Verfahrens
noch ein Druck im zentralen Druckspeicher vorhanden war.
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Im
Verfahrensschritt 70 wird überprüft, ob der Anstieg bis zu einer
maximalen Druckschwelle (C_FUP_MAX_RISE_DIAG) innerhalb der Zeitspanne
(C_T_MAX_RISE_DIAG) erfolgt. Als typische Werte für den Schwellwert
sind 40 bar und die Zeitkonstante wird auf 1s gesetzt. Steigt der
Druck in der Druckphase innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls
an, so liegt kein Fehler während
des Druckanstiegs vor und das zugehörige Flag (LV_FSLT_ERR_RISS)
wird auf Null gesetzt. Steigt der Druck nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit
auf mindestens den Wert (C_FUP_MAX_RISE_DIAG) an, wird ein Fehler
erkannt und das Flag (LV_FSLT_ERR_RISE) gleich 1 gesetzt.
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In
dem Verfahrensschritt 72 wird die Diagnose für das zweite
Intervall C durchgeführt,
in dem der Druck gehalten werden soll. Hierzu wird zunächst überprüft, ob in
der Phase ein vorbestimmter Maximalwert (C_FUP_MAX_HOLD_DIAG) erreicht
wurde. Dieser Maximalwert in der Druckhaltephase wird bevorzugt
auf 80 bar gesetzt. In dem nachfolgenden Druckabbau wird geprüft, ob der
Druck in einem vorbestimmten Druckintervall innerhalb einer bestimmten
Zeit abfällt.
Hierzu wird geschaut, ob der Druckabfall von einem ersten Wert C_FUP_MAX_HOL_DIAG
auf den zweiten Wert C_FUP_MIN_HOLD_DIAG innerhalb der Zeit C_T_MIN_HOLD_DIAG
erfolgt. Als Werte hat sich hier die Abfrage herausgestellt, ob
der Druckabfall von 80 bar auf 40 bar innerhalb 1 Sekunde erfolgt.
Wurde der maximale Druckwert nicht erreicht oder erfolgte der Druckabfall
innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls, so konnte der Druck nicht
gehalten werden und es liegt ein Fehler vor, so dass das Flag (LV_FSLT_ERR_HOLD)
auf 1 gesetzt wird. Anderenfalls wird dieses Fehlerflag auf Null
gesetzt.
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Zur
Diagnose wird abhängig
von den drei beschriebenen Fehlerflags und den während der Durchführung des
Verfahrens gesetzten Flags ein Ergebnisflag (STATE_FSLT_RESULT)
gesetzt. Die möglichen
Werte sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.
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Die
Größe (STATE_FSLT_RESULT)
erlaubt es, insgesamt 11 Zustände zu unterscheiden. Wie der
vorstehenden Tabelle zu entnehmen ist, zeigt die Variable an, ob
das System einwandfrei arbeitet oder ein Fehler in den Intervallen
A, B oder C aufgetreten ist. Ebenfalls wird die Kombination von
Fehlern in den Intervallen A und C, B und C sowie ABC angezeigt.
Ferner zeigt die Variable an, ob das Prüfverfahren angehalten wurde, nicht
gestartet ist oder weiter läuft.
