DE69202189T2

DE69202189T2 - Schutzsystem für eine Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69202189T2
Application number: DE69202189T
Authority: DE
Inventors: Dean S Anderson; Roger J Hapka
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: EP0507500B1; JPH0778377B2; US5070832A; JPH0681704A; DE69202189D1; EP0507500A2; EP0507500A3

Description

Die Erfindung betrifft Steuerungen zum Schutz von Brennkraftmaschinen.
Die Notwendigkeit, Brennkraftmaschinen vor schädlichen oder destruktiven Arbeitsbedingungen zu schützen, liegt auf der Hand. Ein anhaltender Betrieb einer Brennkraftmaschine bei zu niedrigem Öl- oder Kühlmittelstand kann zu einem Totalausfall derselben führen. Um einem Maschinenbetrieb bei Arbeitsbedingungen außerhalb akzeptabler Grenzen entgegenzuwirken, verwendet man Fluidüberwachungs- und Schutzsysteme. Man hat bisher einige Systeme verschiedener Kompliziertheit konstruiert, um Fluide in der Maschine auf kritische Bedingungen zu überwachen und ein Maschinenschutzprotokoll zu implementieren.
In dem vielleicht einfachsten System dieser Art signalisiert ein Fluidfühler einen nicht akzeptablen Fluidzustand - bspw. eine Öldrucklampe. Fahrerwarnsysteme dieser Art zeigen die Entwicklung eines potentiellen Gefahrenzustands nicht kontinuierlich an, sondern melden nur den Gefahrenzustand als solchen. Analoge oder digitale Fühler erfassen Fluidstände und Temperaturen kontinuierlich, müssen aber vom Fahrer fortwährend beobachtet werden. Darüberhinaus liefern diese Systeme keine Geschichte von Fluidproblemen zur späteren Analyse durch das Wartungspersonal. Bezeichnenderweise wird bei keineu dieser Ansätze ein Maschinenschutzprotokoll implementiert; vielmehr muß der Fahrer ein Problem instinktiv erfassen und Gegen- bzw. Schutzmaßnahmen ergreifen.
Auf dem Zubehörmarkt werden Aufrüstsysteme angeboten, die bestimmte Arbeitsparameter einer Maschine elektronisch überwachen. Bei einigen dieser Systeme wird die Maschine selbsttätig stillgesetzt, sobald ein Arbeitsparameter einen kritischen Wert übersteigt. Während man mit einem Stillstand weiteren Schaden an der Maschine verhindern kann, schränkt dieser Ansatz die Fähigkeit des Fahrers, das Fahrzeug zu steuern und zu kontrollieren, erheblich ein.
Mit der Einführung der Elektronik auf dem Kfz- und Motorenmarkt ist die automatische und kontinuierliche Überwachung und Kontrolle von Maschinen praktikabler und effektiver geworden. Die Systeme PEEC der Fa. Caterpillar, DDECII der Fa. Detroit Diesel sowie CELECT der Fa. Cummins sind neuere Beispiele elektronischer Steuerungen zur kontinuierlichen Überwachung und Kontrolle des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Bisher beruhten diese elektronischen Steuerungen zum Schutz auf einem Stillsetzen der Maschine oder auf dem Rücknehmen der Maschinenleistung um einen festen Betrag. Im ersteren Fall wird die Maschine kontinuierlich, aber rasch durch ein elektronisches Kraftstoffventil stillgesetzt. Im letzteren Fall wird die verfügbare Maschinenleistung über den gesamten Arbeitsbereichg der Maschine verringert. Dies geschieht durch Begrenzen der Höchstdrehzahl der Maschine, wie im System PEEC der Fa. Caterpillar, oder durch Begrenzen der Gaspedalauslenkung wie im System der Fa. Detroit Diesel.
Die US-A-4 592 323 offenbart eine Motorensteuerung für die Dieselmaschine einer dieselelektrischen Lokomotive. Dieses System stellt ein schrittweises Herabsetzen der Höchstdrehzahl des Motors als Funktion der Motoröltemperatur sicher, damit die Maschine beim Warmlaufen keinen Schaden nehmen kann. Dort sind auch Mittel angegeben, um die Maschinendrehzahl herabzusetzen, falls die Öltemperatur einen vorbestimmten Höchstwert übersteigt.
Die US-A-4 429 670 offenbart ein Schutzsystem für eine Brennkraftmaschine, das Arbeitsparameter derselben mißt und sie beim Überschreiten vorbestimmter Grenzwerte stillsetzt. Es sind Mittel vorgesehen, um auch beim Überschreiten von Grenzwerten einen vorübergehenden Notbetrieb der Maschine zuzulassen.
Nach der EP-A-0 234 906 begrenzt eine Steuerung mittels einer Aufsuchtabelle die Höchstdrehzahl eines Motors als Funktion des Ölstandes im Sumpf; unterhalb der von der Steuerung bestimmten Höchstdrehzahl bleibt das Maschinenverhalten unbeeinflußt.
Die bekannten Systeme bieten einen absoluten Motorschutz - der Motor wird beim Erfassen eines Fehlers stillgesetzt. Es besteht jedoch Bedarf an einem Motorenschutzsystem, das "intelligenter" ist. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Schutz einesr Brennkraftmaschine mit einer Steuerelektronik vorgeschlagen, die Motorensteuerroutinen zur Funktionssteuerung der Maschine im Normalbetrieb enthält. Nach diesem Verfahren werden folgende Schritte kontinuierlich wiederholt:
- Überwachen einer Anzahl von Arbeitsparametern der Maschine, die deren Zustand im Normalbetrieb anzeigen;
- Bestimmen, ob eine Abweichung in einem oder mehreren der Arbeitsparameter der Maschine vom Normalzustand einen Fehlerzustand anzeigt;
- Bestimmen eines teilweisen Herabsetzens der Maschinenleistung vom Normalzustand her über den gesamten Drehzahlbereich als progressive Funktion der Schwere des Fehlerzustands;
- Erzeugen von das teilweise Herabsetzen anzeigenden Leistungsdrosselungsinformationen;
- Modifizieren der Maschinensteuerungsroutinen entsprechend den Leistungsdrosselungsinformationen, um die Maschinenleistung über den gesamten Drehzahlbereich zu drosseln;
- Weiterlaufenlassen der Maschine bei der teilweise verminderten Leistung. Weiterhin kann zwecks Diagnose durch das Wartungspersonal das erfindungsgemäße System eine Geschichte der Fehlerzustände der Maschinenfluidedes liefern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung der Elemente einer Motorensteuerung, innerhalb der das erfindungsgemäße Schutzsystem implementiert werden kann;
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung der Hauptkomponenten des Motorenschutzsystems;
Fig. 3 stellt als Diagramm eine erste Systematik der vom erfindungsgemäßen Schutzsystem für ein erstes Fluidparameter-Fehlerniveau ausgeführten Leistungsminderung dar;
Fig. 4 stellt als Diagramm eine weitere Systematik der vom erfindungsgemäßen Schutzsystem für ein zweites Fluidparameter-Fehlerniveau ausgeführten Leistungsminderung dar;
Fig. 5 zeigt tabellarisch die Charakteristika der Leistungsminderung für eine Anzahl von Fluidparameter-Fehlerzuständen;
Fig. 6 zeigt als Kurvendiagramm die Charakteristika der Leistungsminderung für einen bestimmten Fluidparameter in einem Fehlerzustand;
Fig. 7 zeigt schaubildlich für eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung die Öldruck-Fehlerniveaus als Funktion der Drehzahl; und
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm des mit dem erfindungsgemäßen Schutzsystem implementierten Motorenschutzprotokolls.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, soll nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform eingegangen werden; zu deren Beschreibung wird eine spezielle Ausdrucksweise verwendet. Es ist jedoch einzusehen, daß damit der Umfang der Erfindung nicht eingeschränkt werden soll. Vielmehr ergeben sich derartige Änderungen an der dargestellten Vorrichtung sowie weitere Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie hier dargestellt sind, für den einschlägigen Fachmann unmittelbar.
Das erfindungsgemäße Schutzsystem für Brennkraftmaschinen ist auf elektronische Motorenschutzsysteme wie das System CELECT der Anmelderin anwendbar, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Das Herz dieses Maschinenschutzsystems ist ein Steuerungsmodul (ECM) 10. Dabei handelt es sich um einen programmierbaren Mikrocomputer mit digitaler und analoger Ein-/Ausgabe sowie den zugehörigen Schnittstellen. Das ECM 10 empfängt Eingangssignale aus einer Anzahl von über die Maschine E und das Getriebe T verteilten Fühlern. Jedes diese Signale ist ein Maß für das Arbeitsverhalten der Maschine. Software im ECM 10 wertet die aus den Sensorsignalen bezogenen Daten aus und verwendet sie zur Steuerung der Maschine. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind die primären Fühler ein Kühlmittel-Standschalter 11, ein KÜhlmittel-Temperaturschalter 12, ein Öldruckfühler 13, ein Öltemperaturfühler 14 sowie ein Ansaugverteiler-Lufttemperaturfühler 15. Diese Sensoren können jeweils herkömmlich aufgebaut sein, wobei der hinsichtlich der Erfindung wesentliche Aspekt ist, daß sie jeweils ein Signal zu einem erfaßten Zustand eines Fluids in der Maschine E liefern. Ein Positionsfühler 16 liefert ein Signal, das zur Verwendung bei der Berechnung der Maschinendrehzahl die Kurbelwellendrehung an das ECM 10 meldet.
Das ECM 10 empfängt die Signale aus den verschiedenen Maschinenfühlern und liefert Ausgangssignalen, von denen einige auf die Konsole C in der Fahrerkabine des Fahrzeugs gehen. Unter den Analog- und Digitalanzeigen auf der Konsole C, die den Fahrer mit Informationen versorgen, sind einige Fehlermeldebzw. Warnlampen 18. Von hauptsächlicher Wichtigkeit unter den Ausgangssignalen des ECM 10 sind Steuersignale, die die Zeitsteuerung der und die Kraftstoffzufuhr zur Maschine steuern. Insbeson dere schickt das ECM 10 Ansteuersignale an die Kraftstoff-Einspritzdüsen 20a - 20f sowie an ein Kraftstoff-Sperrventil 21. Mit dem Kraftstoff-Sperrventil 21 läßt sich unter Steuerung durch das ECM 10 die Kraftstoff zufuhr zu den Einspritzdüsen 20 sperren und damit die Maschine E stillsetzen. Bei den Einspritzdüsen 20 kann es sich um bekannte elektronisch gesteuerte Ausführungen handeln, die sowohl die eingespritzte Kraftstoffmenge als auch den Einspritzzeitpunkt steuern.
Das ECM 10 setzt Software um, die durch Ansteuerung der Einspritzdüsen 20 die Leistung und die Drehzahl der Maschine bestimmt. Andere Software im ECM hält Werte zur Maschinenleistung und -drehzahl vor zum Vergleich mit das Arbeitsverhalten beschreibenden Wertetabellen, die bspw. im Speicher des ECM 10 abgelegt sein können. Das ECM 10 kann zahlreiche Protokolle zur Steuerung der Maschine E im Normalbetrieb implementieren. Die Details des ECM 10 können dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der elektronischen Maschinensteuerung überlassen bleiben. Typische elektronische Steuerungen sind in der SAE-Veröffentlichung SP-673 mit dem Titel "Electronic Controls of Diesel Engines" 1986, beschrieben. Die meisten elektronischen Maschinesnteuerungen enthalten einen Mikroprozessor, Ein-/Ausgabe-Module für Digital- und Analogdaten, elektronische Speicher wie RAMs, ROMs, PROMs und EEPROMs sowie eine Datenübertragungsstrecke für die externe Eingabe von Betriebsparametern - bspw. die Soll-Drehzahl - enthalten. De Mikroprozessor ist so programmiert, daß er verschiedene Steueralgorithmen ausführt, die ebenfalls im Rahmen des Fachwissens des Fachmanns auf dem Gebiet der elektronischen Maschinensteuerung liegen. Für die vorliegenden Zwecke reicht die Angabe aus, daß diese Algorithmen die Kraftstoff- Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt auf der Grundlage von Kurvendarstellungen der Ausgangsleistung (des Nennmoments) als Funktion der Drehzahl steuern können.
Die vorliegende Erfindung betrifft Modifikationen am Maschinensteuerungsprotokoll zum Schutz der Maschine, wenn ein erfaßter Fluidparameter den vorbestimmten normalen Arbeitsbereich verläßt. Das erfindungsgemäße Maschinenschutzprotokoll läßt sich in die Maschinensteuerungssoftware der meisten elektronischenm Maschinensteuerungen einfügen. Der Maschinenschutzaspekt der Maschinensteuerung ist ausführlicher in der Fig. 2 dargestellt. Das ECM 10 - und insbesondere der Mikroprozessor im ECM - führt Softwarecode für Maschinensteuerroutinen aus, die allgemein mit 30 bezeichnet sind. Diese Maschinensteuerroutinen 30 sind u.a. eine Kraftstoffmenge-Routine 31 sowie eine Einspritzzeit-Routine 32, die die Einspritzdüsen 20 im Normalbetrieb der Maschine steuern. Weiterhin befindet sich unter den Maschinensteuerroutinen 30 ein Algorithmus zur Drehzahlbestimmung aus dem die Winkelstellung der Kurbelwelle darstellenden Signal aus dem Positionsfühler 16. In vorlieggenden System wird die Drehzahl für alle 1000 der Kurbeldrehung berechnet.
Das erfindungsgemäße Maschinenschutzsystem enthält weiterhin Softwarecode für eine Maschinenschutzroutine 35, die im ECM 10 gespeichert ist und ausgeführt wird. Die Hauptfunktion dieser Routine 35 ist, die Maschinenleistung und -drehzahl als Funktion von Fluidparameter-Fehlerzuständen allmählich herabzusetzen, um die Maschinen vor einem Tortalausfall zu bewahren. Für weniger schwere Fehlerzustände nimmt die Maschinenschutzroutine 35 das Maschinenverhalten auf vorbestimmte Niveaus zurück, bei denen der Fahrer das Fahrzeug noch sicher ans Ziel bringen kann. Der Fahrer kann also das Fahrzeug bei verringerter Leistung und Drehzahl, die einen Totalausfall der Maschine verhindern, weiterbetreiben. Bei schwereren Fehlerzuständen erlaubt die Schutzroutine 35, bei stetig herabgesetzter Leistung und Drehzahl weiterzuarbeiten, bis die Maschine stillgesetzt ist. Dann kann der Fahrer mit geringe Leistung das Fahrzeug in den Stillstand bringen - im Gegensatz zu anderen, bekannten Systemen, die die Maschine selbsttätig und möglicherweise auf für sie schädliche Weise abschalten.
Die Maschinenschutzroutine 35 empfängt Daten aus mehreren Fluidfühlern, d.h. dem Kühlmittel-Füllstandschalter 11, der ausgelöst wird, wenn der Kühlmittel-Füllstand der Maschine unter ein vorbestimmtes Niveau abfällt; dem Kühlmittel-Temperaturfühler 12, der ein die Kühlmitteltemperatur angebendes Signal liefert; dem Öldruckfühler 13, der ein dem Maschinenöldruck proportionales Signal liefert; dem Öltemperaturfühler 14, der ein zur Maschinenöltemperatur proportionales Signal abgibt; und dem Lufttemperaturfühler 15, der ein Signal bezüglich der Ansauglufttemperatur der Maschine abgibt. Jedes dieser Signale wird im Maschinensteuerungsmodul ECM mit abgespeicherten Bereichsgrenzwerten verglichen, um zu bestimmen, ob für einen bestimmten Fluidparameter ein Fehlerzustand vorliegt. Diese Grenzwerte können Einzelwerte (bspw. Kühlmittel-Höchsttempratur, Kühlmittel-Mindeststand, Öl-Höchsttempe/ratur) oder auch eine Werte-Aufsuchtabelle als Funktion der Drehzahl (bspw. Öldruck als Funktion der Drehzahl) sein.
Die Maschinenschutzroutine 35 empfängt und sendet über eine interne Übermittlungseinrichtung 36 Informationen von den und an die Maschinensteuerroutinen 30. Die Maschinenschutzroutine 35 verarbeitet Sensorsignale, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand vorliegt, und liefert Minderungs- bzw. Drosselungsinformationen an die Steuerroutinen 30 zurück. Die Einspritzmengen- und Einspritzzeit-Programmodule 31 bzw. 32 benutzen diese Drosselungsinformationen, um die Maschinenleistung und -drehzahl unterhalb der normalen Arbeitswerte zu halten. M.a.W.: die Maschinenschutzroutine 35 liefert an die Maschinensteuerroutinen 30 Informationen, mit denen der normale Maschinenbetrieb zum Schutz der Maschine nach Bedarf übersteuert wird. In der bevorzugten Ausführungsform stellt diese Drosselungsinformation einen Index oder Drosselungsmultiplikator dar, der auf die von den Maschinensteuerroutinen 30 auszuführenden Betriebsalgorithmen angewandt wird.
Die Maschinenschutzroutine 35 führt Softwarecode aus, der abhängig von der Schwere des Fehlerzustands einen Leistungsund einen Drehzahldrosselungsplan implementiert. Für weniger schwere Fehler wird der Leistungsdrosselungsplan implementiert, bei dem die Maschine mit allen Drehzahlen innerhalb des geregelten Drehzahlbereichs arbeiten kann, aber das Drehmoment (abhängig von der Schwere des Fluidparameterfehlers) auf bestimmte Anteile des Nennmoments herabgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, kann bei weniger schweren Fehlerzuständen der Fahrer das Fahrzeug immer noch sicher ans Ziel fahren, da der volle Drehzahlbereich erhalten bleibt. Bei schwereren Fehlern wird der Drehzahldrosselungsplan implementiert, bei dem die Drehzahl allmählich herabgesetzt wird, damit der Fahrer das Fahrzeug kontrolliert in den Stillstand bringen kann.
Die Fig. 3 zeigt den Leistungsdrosselungsplan für eine Ausführungsform der Erfindung als Familie von Moment/Drehzahl- Kurven über den Arbeits-Drehzahlbereich der Maschine. Die oberste Kurve ist die Moment/Drehzahl-Kurve, die die Maschinensteuerroutinen 30 im Normalfall implementieren. Die anderen Kurven entsprechen unterschiedlich schweren Fehlerzuständen, wobei der Fehlergrad A am wenigsten schwer und der Fehlergrad F am schwersten ist. Für jedes Fehlerniveau wird die Normalbetriebskurve durch eine modifizierte Moment/Drehzahl- Kurve ersetzt, aufgrund der das Maschinenmoment über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine herabgesetzt wird. Obgleich diskrete Fehlergrade A - F gezeigt sind, erhält man mit der vorliegenden Erfindung ein Kontinuum von fehlermodifizierten Kurven. In der Zeichnung sind die Kurven für einige diskrete Fehlergrade aufgetragen, um die Änderung der Moment/Drehzahl-Kurve mit zunehmender Schwere des Fluidparameterfehlers zu zeigen.
Es ergibt sich aus der Fig. 3, daß die Stärke der Drosselung des Drehmoments mit dem Fehlergrad zunimmt. An keinem Punkt wird aber das Drehmoment auf wenige als 70% des Nennmoments der Maschine gedrosselt. Das Ausmaß der Leistungsdrosselung bei der Drehzahl des Spitzenmoments (Punkt T in Fig. 3; ca. 1310 U/min für eine bestimmte Maschine) ist höher als die Leistungsdrosselung bei der Nenndrehzahl der Maschine (Punkt R; 1800 U/min in dem bestimmten Beispiel). M.a.W.: wird die Maschine bei der Drehzahl T des Spitzenmoments betrieben, wird das höchstzulässige Drehmoment (als prozentualer Anteil des Nennmoments) bspw. vom Fehlergrad A zum Fehlergrad B schneller verringert als wenn die Maschine mit der Nenndrehzahl R läuft. Infolgedessen wird der Fahrer erfindungsgemäß bei niedrigeren Drehzahl herunterschalten, da die Leistungsminderung bei den niedrigeren Drehzahlen ungenügend wird. Das Herunterschalten erlaubt der Maschine, bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit mit höherer Kurbelwellendrehzahl zu arbeiten, was das Kühlen der Maschine erleichtert, da das Kühlsystem der Maschine bei höheren Drehzahlen wirkungsvoller arbeitet.
Treten mehrere schwere Fluidparameterfehler auf, implementiert die Maschinenschutzroutine den Drehzahlminderungsplan. Diese Plan ist graphisch in Fig. 4 dargestellt, die als Kurvenfamilie den prozentualen Anteil des Nenndrehmoments (Ordinate) als Funktion des prozentualen Anteils der Maschinenhöchstdrehzahl (Abszisse) zeigt. Jede Kurve geht von der Maschinenhöchstdrehzahl aus (Punkt M in Fig. 3 und 4; ca. 1950 U/min für eine bestimmte Maschine). (Es sei darauf verwiesen, daß der Punkt T der Drehzahl mit dem Drehmomentmaximum in den beiden Figuren der gleiche ist.) Gem. dem Drehzahlminderungsplan wird die Höchstdrehzahl der Maschine, mit der diese während des Maschinenschutzprotokolls laufen darf, von der Drehzahl für normale Arbeitsbedingungen an der rechts außen liegenden Linie in Diagramm ausgehend verringert. (Wie bei den Fehlergraden A bis F ist zur Klarheit der Drehzahlminderungsplan zu diskreten Fehlergraden G - L aufgelöst dargestellt.) In der bevorzugten Ausführungsform wird die höchstzulässige Drehzahl mit jedem Fehlergrad G - L bis auf ein Minimum von 70% der absoluten Höchstdrehzahl M verringert.
Erfindungsgemäß wird das Eintreten eines der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Fehlergrade A bis L durch Analyse der Fluidparameterinformationen bestimmt, die aus den verschiedenen Fluidsensoren durch das ECM 10 geliefert werden. Ob ein Maschinenschutz und eine Leistungsminderung erforderlich sind, hängt von einem Vergleich jedes der Fluidparameter mit verschiedenen Grenzwerten ab, die in einem ROM-Speicher im ECM 10 abgelegt sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform können fünf Arten Fluidfehlerzustände eintreten: (1) niedriger Kühlmittelstand, (2) hohe Kühlmitteltemperatur, (3) niedriger Öldruck, (4) hohe Öltemperatur und (5) hohe Lufttemperatur im Ansaugverteiler.
Die Tabelle der Fig. 5 zeigt die Charakteristika der Drosselung bzw. Minderung, die die Maschinenschutzroutine 35 als Funktion der fünf Arten von Maschinenfehlerzuständen erzeugt. Erfindungsgemäß wird der Leistungsdrosselungsplan für einen Fehler des "Niveaus 1" angewandt, wie auf der linken Seite der Tabelle in Fig. gezeigt, während der Drehzahlminderungsplan für Fehler des "Niveaus 2" auf der rechten Seite der Tabelle gezeigt ist. Bspw. löst der Kühlmittelstand, den der Kühlmittelstandfühler 11 erfaßt, einen Fehler des Niveaus 1, wenn er unter einen Wert LC abfällt. Beim Erfassen dieses Zustands wird die Maschinenleistung zeitlich linear so lange gedrosselt, wie der Kühlmittelstand unter diesem unteren Grenzwert LC bleibt. Ist der Kühlmittelstand für die Dauer tci unter LC geblieben, ist die Maschinenleistung maximal gedrosselt worden, d.h. auf 70% ihres Nennwerts; vergl. Fig. 3. Eine Software-Uhr im ECM 10 dient zur Messung der zeitlichen Dauer, für die der Kühlmittelstandfehler erhalten geblieben ist. Mit anhaltender Länge diese Dauer steigt das Fehlerniveau vom Grad A auf den Grad F bei tc1. Die Maschinenleistung wird gem. der Gleichung 255 * (Zeit)/tc1 linear gedrosselt, wobei 255 ein Skalierfaktor für Rechenzwecke und die Variable "(Zeit)" die zunehmende Dauer des Kühlmittelstandfehlers ist. In einer speziellen Ausführungsform des ECM 10 und der Maschinenschutzroutine 35 beträgt bei niedrigem Kühlmittelstand die Zeit tc1 bis zur maximalen Leistungsdrosselung 24 s.
Während der Leistungsdrosselungsplan in Fig. 3 mit diskreten Fehlergraden A - F dargestellt ist, erfolgt die Drosselung tatsächlich zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Fehlergrad stetig. Läuft die Maschine bei einer festen Geschwindigkeit von bspw. 1600 U/min, wird während einer Leistungsdrosselung das Drehmomentmaximum zeitlich entlang der Linie R in Fig. 3 verringert. Wird die Maschinendrehzahl allmählich herabgesetzt, verringert das Drehmomentmaximum sich entlang der Linie S, was eine nichtlinear Abnahme des Maschinen-Ist- moments bzw. der Leistung ergibt.
Die Drosselungs- bzw. Minderungscharakteristik für einen Kühlmittel-Temperaturfehler ist in der zweiten Zeile der Tabelle der Fig. 5 gezeigt. Der erste Fehlerzustand (Niveau 1) tritt auf, wenn der Kühlmittel-Temperatursensor 12 eine Kühlmitteltemperatur von mehr als TC1 meldet. An diesem Punkt ist nach dem Leistungsdrosselungsplan der Fig. 3 ein Fehlerereignis des Grads A eingetreten. Die Maschinenleistung wird stetig gedrosselt, solange die Kühlmitteltemperatur den Wert TC1 als lineare Funktion der Temperaturgrade (ºF) über TC1 übersteigt. M.a.W.: Mit anhaltender Zunahme der Kühlmitteltemperatur über ihre Niveau-1-Fehlergrenze TC1 nimmt die Höhe der Leistungsdrosselung bis zum Erreichen einer Kühlmitteltemperatur TC2 zu, bei der die Maschinenleistung höchstmöglich auf 70% des Nenndrehmoments herabgesetzt worden ist. Stabilisiert sich die Temperatur bei einem bestimmten Wert über TC1, aber unter TC2, bleibt die Leistungsdrosselungsrate konstant, obgleich das Ausgangsdrehmoment (bzw. die Ausgangsleistung) der Maschine mit sich ändernder Drehzahl sich ebenfalls ändern kann.
Beim Fehlerniveau 1 wird die Maschinenleistung nach der Gleichung 255 * ((temp) - TC1)/(TC2 - TC1)) berechnet, wobei 255 ein Skalierfaktor und die Variable "(temp)" die Temperaturanzeige des Kühlmitteltemperatursensors 12 sind. Bei einer bestimmten Dieselmaschine beträgt der Temperaturfehlerwert TC1 (Niveau 1) 104 ºC (220 ºF), der Temperaturwert TC2 (Niveau 2) 114 ºC (238 ºF). Die Leistungsdrosselungsgleichung für einen Kühlmittel-Temperaturfehler wird also zu 255 * ((temp) - 220) / (238 - 220).
Ein Kühlmitteltemperaturfehler ist für einen Totalausfall der Maschine potentiell gefährlicher als ein Kühlmittelstandsfehler. Die erfindungsgemäße Maschinenschutzroutine 25 achtet also auf einen Niveau-2-Fehlerzustand. Dieser Niveau-2-Fehler tritt auf, wenn die Kühlmitteltemperatur den Wert TC2 (notwendigerweise größer als TC1) übersteigt. Während dieses Fehlerzustands wird die Maschinendrehzahl zeitlich linear mit der Dauer gedrosselt, über die die Kühlmitteltemperatur den Grenzwert TC2 übersteigt. Die Niveau-2-Höchstdrehzahl wird stetig gem. den Kurven der Fig. 4 herabgesetzt, bis die Dauer tc2 erreicht ist, mit der die Drehzahl auf 70% ihres normalen Arbeitsmaximums verringert worden ist. Die Gleichung für diese Niveau-2-Drehzahlminderung entspricht der für die Drosselung bei einem Kühlmitteltemperaturfehler (nach Austausch der zugehörigen Variablen). In der speziellen Ausführungsform beträgt die Dauer tc2 bis zur maximalen Drehzahldrosselung 24 s.
Zur Erläuterung ist die Charakteristik eines Kühlmitteltemperatur-Fehlerzustands als Liniengraph in Fig. 6 dargestellt. Die obere Linie entspricht einem Kühlmitteltemperatur-Fehlerzustand des Niveaus 1 innerhalb des Temperaturbereichs zwischen TC1 und TC2. Die untere Linie entspricht einem Kühlmitteltemperatur-Fehlerzustand des Niveaus 2, während dessen die Kühlmitteltemperatur die Obergrenze TC2 übersteigt. In der bevorzugten Ausführungsform wendet von der Maschinenschutzroutine 25 ausgeführter Softwarecode die linearen Gleichungen für die beiden oben beschriebenen Fehlerniveaus an. Zur Vereinfachung sind jedoch für das Fehlerniveau 1 die diskreten Fehlergrade A - F und für das Fehlerniveau 2 die diskreten Fehlergrade G - L angegeben. Diese Fehlergrade entsprechen den gleichbenannten Kurven im Leistungsdrosselungsplan der Fig. 3 bzw. dem Drehzahlminderungsplan der Fig. 4.
Wie der Liniengraph der Fig. 6 zeigt, steigt mit (bspw. von 106 ºC (223 ºF) auf 108 ºC (226 ºF)) steigender Temperatur der Fehlergrad von A auf B und geht in Fig. 3 die Maschinenleistungskurve von A auf B über. Erreicht die Kühlmitteltemperatur die Obergrenze TC2 = 114 ºC (238 ºF), wird die Kühlmittel-Isttemperatur nicht mehr berücksichtigt; vielmehr dient nun die Dauer des Verbleibs der Kühlmitteltemperatur über der Obergrenze TC2 zur Steigerung des Fehlergrades und schließlich zur Minderung der Maschinendrehzahl gem. den Drehzahlkurven der Fig. 4.
Die Tabelle in Fig. 5 (dritte Reihe) zeigt die Drosselungs-/Minderungscharakteristik für Öldruckfehler. Wie der Fluidparameter Kühlmittelstand hat auch der Fluidparameter Öldruck zwei Fehlerniveaus. Beim Fehlerniveau 1 fällt der vom Öldrucksensor 13 erfaßte Öldruck unter eine Untergrenze P&sub0;&sub1; ab.
Bei diesem Niveau-1-Fehlerzustand wird die Maschinenleistung mit der Dauer des Verbleibs des Öldrucks unter der Untergrenze P&sub0;&sub1; linear herabgesetzt bis zu einer Zeit t&sub0;&sub1;, bei der die maximale Leistungsdrosselung erfolgt. In dieser Hinsicht ist die Leistungsdrosselung für einen Niveau-1-Öldruckfehler die gleiche wie die für einen zu niedrigen Kühlmittelstand.
Fällt der Öldruck unter einen sehr niedrigen unteren Grenzwert P&sub0;&sub2; ab, ergibt sich ein Fehlerzustand des Niveaus 2, der die Anwendung des Drehzahlminderungsplans erfordert. Wie beim Niveau-2-Kühlmikttelstandfehler ist die Drehzahlminderung eine linear Funktion der Zeit unterhalb der sehr niedrigen Untergrenze P&sub0;&sub2;. Die maximale Niveau-2-Minderung für einen Öldruckfehler erfolgt zu einer Zeit t&sub0;&sub2; nach dem Öldruckabfall unter die Grenze P&sub0;&sub2;. Der vom Öldruckfühler 13 erfaßte Öldruck wird mit den beiden Grenzwerten P&sub0;&sub1; und P&sub0;&sub2; verglichen, wobei der Niveau-1-Fehlerzustand P&sub0;&sub1; größer ist als der Niveau-2-Fehlerzustand P&sub0;&sub2;. Im Fahrzeugbetrieb kann es vorkommen, daß der Öldruck zwar unter die erste Untergrenze P&sub0;&sub1;, aber nie unter die sehr niedrige zweite Untergrenze P&sub0;&sub2; abfällt. In diesem Fall wird zum Schutz de Maschine nur der Leistungsdrosselungsplan angewandt. Die Maschine kann dabei im Niveau-1-Fehlerzustand bei maximaler Leistungsdrosselung (70% des Nennmoments) unbeschränkt lange betrieben werden, sofern kein schwererer Fluidparameterfehler auftritt.
Im Gegensatz zu den anderen Fluidparameter ist der Öldruck drehzahlabhängig, desgl. also auch die Öldruck-Untergrenzen P&sub0;&sub1;, P&sub0;&sub2;. Für eine bestimmte Maschine sind diese Öldruck-Untergrenzen im Graph der Fig. 7 gezeigt. Die Maschinenschutzroutine 35 kann Softwarecode für eine Berechnung der beiden Öldruck-Untergrenzen als Funktion der Drehzahl enthalten, die man aus Berechnungen der Maschinensteuerroutinen 30 erhält. Alternativ kann die Maschinenschutzroutine 35 diese Grenzwerte einer im ECM 10 gespeicherten Tabelle entnehmen.
Die vom Öltemperaturfühler 14 überwachte Öltemperatur wird mit einer Obergrenze T&sub0;&sub1; verglicvhen, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand des Niveaus 1 vorliegt. Falls ja, wird die Maschinenleistung auf die gleiche Weise gedrosselt wie bei einem Niveau-1-Kühlmitteltemperaturfehler, wobei die maximale Drosselung erreicht wird, wenn die Öltemperatur eine zweite Obergrenze T&sub0;&sub2; erreicht hat. Bei einem Öltemperaturfehler findet keinerlei weitere Drosselung/Minderung statt, auch wenn die Öltemperatur die zweite Temperatur T&sub0;&sub2; übersteigt. Das Fahrzeug kann also gedrosselt (im sogen. "Limp home"- Modus) ans Ziel gefahren werden. Steigt die Öltemperatur dabei zu stark an, treten natürlich Maschinen- und Fluid-Fehlerzustände auf, die ihrerseits andere Schutzprotokolle auslösen. Für eine bestimmte Maschine sind T&sub0;&sub1; = 126 ºC (258 ºF) und T&sub0;&sub2; = 139 ºC ( 282 ºF).
Der letzte in Fig. 5 angegebene Fluidparameter ist die Lufttemperatur im Ansaugverteiler, die der Lufttemperaturfühler überwacht. Die Niveau-1- unde Niveau-2-Drosselungs- bzw. Minderungseigenschaften entsprechen bei einem Lufttemperaturfehler denen bei einem Kühlmittel-Temperaturfehler, obgleich die Temperaturgrenzen TA1 und TA2 sowie die Höchstdauer tA2 für die Drosselung/Minderung anders sein können. In dem speziellen Beispiel betragen sind Werte TA1 = 82 ºC (180 ºF), TA2 = 104 ºC (220 ºF) und tA2 = 24 s.
Bisher wurde davon ausgegangen, daß der Fluidparameter mit der Zeit weiter aus dem normalen Arbeitsbereich herausläuft.
Die Kühlmitteltemperatur kann einen Niveau-1-Fehlerzustand sowie aufsteigende Fehlergrade bis bspw. zum Grad C hervorrufen, nur um danach auf ihren normalen Arbeitswert unter 104 ºC (220 ºF) zurückzukehren. Da die Drosselung/Minderung auf Berechnungen en tsprechend einer linearen Gleichung basiert, nimmt mit fallender Kühlmitteltemperatur das Ausmaß der Leistungsdrosselung ab bzw. die Höhe des verfügbaren Drehmoments zu, bis die Drehmomentkurve für den normal Arbeitszustand erreicht ist. Die Maschinenschutzroutine fragt fortwährend alle Fluidparameter ab, um festzustellen, ob ein Fehlerzustand anhält. Sobald er entfällt, wird das Schutzprotokoll verlassen und können die Maschinensteuerungsroutinen 30 ihre normalen Funktionen wieder aufnehmen.
Unter einigen Bedingungen kann es vorkommen, daß ein Fluidparameter die Normalgrenzen nur kurzzeitig verläßt, um dann in den normalen Arbeitsbereich zurückzukehren. Der Kühlmittelstand sowie der Öldruck haben sich als für relativ schnelle, aber kurzlebige Änderungen über die Grenzwerte hinaus als anfällig erwiesen. Um dieses Phänomen abzufangen, enthält die Maschinenschutzroutine 35 in ihrer Analyse des Kühlmittelstands und des Öldrucks nach der anfänglichen Meldung eines Fehlerzustands eine Verzögerung. In einer bestimmten Ausführungsform muß ein Kühlmittelstand- oder ein Öldruckfehler für die Dauer von 30 s erfaßt worden sein, bevor der Niveau-1- Leistungsdrosselungsplan wirksam wird.
In einer weiteren Situation kann ein Fluidparameter rasch von normalen Arbeitswerten bspw. auf einen Fehlergrad D springen oder das Fehlerniveau 2 annehmen. Nach der Drosselungs-/Minderungscharakteristik für jeden den Fluidparameter und insbesondere nach den linearen Drosselungs-/Minderungsgleichungen sollte die Leistung bzw. die Drehzahl so schnell reduziert werden, wie sich der Fluidparameter ändert. Plötzliche Änderungen der Fluidparameter resultieren in plötzlichen Änderungen der Maschinenleistung und -drehzahl, die für den Fahrzeugbetrieb schädlich sein können. Folglich enthält die Maschinenschutzroutine 35 eine Filterung, die bei einer plötzlichen Parameteränderungen die Drosselung/Minderung unter Kontrolle hält. In der bevorzugten Ausführungsform wendet diese Filterung auf plötzliche Parameteränderungen in den Fehlerbereich des Niveaus 1 hinein ein Filter 1. Ordnung sowie für plötzlliche Änderungen in den Fehlerbereich des Niveaus 2 hinein ein Filter 2. Ordnung an. Wird ein plötzlicher Fehler des Niveaus 1 erfaßt, erzwingt die Filterung eine Leistungsdrosselung über eine Dauer von 30 s. Hierzu ein Beispiel: Es steige die Kühlmitteltemperatur der Maschine von der normalen Arbeitstemperatur von 103 ºC (217 ºF) auf eine Temperatur von 109 ºC (229 ºF) ensprechend dem Niveau 1, Fehlergrad C; das Filter 1. Ordnung erzwingt dann für die Dauer von 30 s eine Leistungsdrosselung entsprechend der dem Grad C zugeordneten Kurve (Fig. 3). Die gleiche Dauer von 30 s gilt, falls die Kühlmitteltemperatur von 103 ºC (217 ºF) auf 114 ºC (238 ºF) springt, d.h. die Fehlertemperatur der maximalen Leistungsdrosselung.
Springt der Fluidparameter vom normalen Arbeitswert auf einen Fehlerzustand des Niveaus 2, wird zusätzlich zum Filter 1. Ordnung ein Filter 2. Ordnung angesetzt. Das Filter 2. Ordnung erzwingt für die Dauer eines weiteren 24-s-Intervalls eine lineare Minderung der Maschinendrehzahl. Springt bspw. die Kühlmitteltemperatur von 103 ºC (217 ºF) auf 116 ºC (240 ºF) über den Temperaturfehler des Niveaus 2 hinaus, wird zunächst die Maschinenleistung vom Filter 1. Ordnung für die Dauer von 30 s auf den Höchstwert von 70 % des Nennmoments gedrosselt. Entsprechend dem Niveau-2-Drehzahlminderungsplan würde während dieses 30-s-Intervalls die Drehzahl ebenfalls herabgesetzt werden, da eine Niveau-2-Fehlertemperatur erfaßt worden ist. Das Filter 2. Ordnung wird jedoch angewandt, nachdem die Maschinenleistung gedrosselt bzw. nach das erste 30-s-Intervall verstrichen ist, um die Maschinendrehzahl für die Dauer von 24 s auf den maximalen Minderungswert herabzusetzen. Die Filterung mit Filtern 1. und 2. Ordnung sorgt für eine ordnungsgemäße Drosselung/Minderung der Maschinenleistung bzw. -drehzahl, auch wenn sich ein Fluidparameter innerhalb der Fehlerbereiche schnell ändert.
In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Filterung zunächst durch Ermittlung des Fehlerniveaus und -grades. Im Fall des Filters 1. Ordnung wird die Leistungsdrosselung entsprechen dem jeweiligen Fehlergrad mit der dem normalen Leistungsdrosselungsplan zugeordneten Gleichung berechnet. Die eigentliche Leistungsdrosselung erhält man durch lineare Zunahme der Drosselung mit der Zeit, wobei die berechnete Drosselung nach 30 s erreicht wird. In dieser Hinsicht arbeitet das Filter 1. Ordnung auf die gleiche Weise (und wird innerhalb der Maschinenschutzreoutine auf die gleiche Weise implementiert) wie der zeitabhängige Leistungsdrosselungsplan, der auf einen niedrigen Kühlmittelstand oder einen niedrigen Öldruck (Fehlerzustände des Niveaus 1) angewandt wird.
Hat der Fluidparameter das Innere der Hüllkurven des Niveaus 2 erreicht, wird erst das Filter 1. Ordnung angewandt, um die Maschinenleistung zu drosseln, und dann das Filter 2. Ordnung, um die Drehzahl herabzusetzen. In diesem Fall arbeitet das Filter 2. Ordnung wie eine Niveau-2-Drehzahlminderung, aber lediglich um das 30-s-Intervall des Filters 1. Ordnung zeitverschoben.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung werden einige der Meldelampen 18 auf der Konsole C in der Fahrerkabine je nach Fehlerniveau und Grad hellgeschaltet. Unter den Meldelampen 18 befinden sich eine Kühlmittel-Warnlampe 18a, eine Öl- Warnlampe 18b, eine Lampe 18c "Maschine prüfen" und eine Lampe 18d "Maschine abschalten". DEie Kühlmittel-Warnlampe 18a und die Öl-Warnlampe 18b leuchten auf, wenn die entsprechenden Grenzwerte überschritten werden. Diese Lampen melden dem fahrer, welches der überwachten Fluide sich außerhalb des normalen Arbeitsbereichs befindet. Alternativ kann man die Lampen 18a, 18b durch eine einzige Lampe "Fluidwarnung" ersetzen, die den Eintritt eines Fluidüpüarameterfehlers signalisiert. Die Melde- bzw. Warnlampen 18a, 18b lenken die Aufmerksamkeit des Fahrers auf die Maschinenschutzfunktionen der vorliegenden Erfindung. In einer bestimmten Ausführungsform kann eine Fluid-Warnlampe (18a oder 18b) hellgeschaltet werden, wenn ein Fluidparameter sich einem Grenzwert nähert. Bspw. kann man für das Kühlmittel die Lampe 18a erregen, wenn die Kühlmitteltemperatur 100 ºC (212 ºF) erreicht, was zwar unter der Grenze von 104 ºC (220 ºF), aber doch nahe genug an der höheren Temperatur liegt, um den Verdacht nahezulegen, daß sich im Kühlsystem der Maschine ein Fehlerzustand entwikkelt hat.
Beim Fehlerniveau 1 wird die Fluid-Warnlampe 18a oder 18b zunächst stetig hellgeschaltet. Geht der Fluidparameter zu höheren Fehlergraden über, wird die Lampe - mit einer Nennfreguenz von 2 bis 3 Hz - impulsgeschaltet, um die Aufmerksamkeit des Fahrers auf den bevorstehenden Maschinenausfall zu lenken. Die gleichen Funktionen lassen sich natürlich vorsehen, wenn nur eine Fluidwarnlampe verwendet wird. In diesem Fall würde ein Fehler eines beliebigen Fluids ein Erregen dieser einen Lampe auslösen.
In einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Maschinenschutzsystems ist das ECM 10 an eine Ein-/Ausgabe-Datenstrekke 40 angeschlossen. Mit dieser Datenstrecke 40 kann der Fahrzeugfahrer bestimmte die Maschine betreffende Arbeitswerte eingeben. Weiterhin stellt die Datesntrecke ein Mittel zur Ausgabe von Maschinenfehler-Informationen dar, die die Maschinenschutzroutine 35 erzeugt. Die Maschinenschutzroutine 35 protokolliert die Anzahl der Fehlerzustände in den Fluidparametern und aktualisiert diese fortwährend. Für jeden der in der bevorzugten Ausführungsform überwachten fünf Fluidparameter wird über die Lebensdauer einer bestimmten Maschine ein Fluidparameter-Zähler aufrechterhalten, der bei jedem Auftreten eines Fehlers des betreffenden Fluidparameters hochgezählt wird.
Die Maschinenschutzroutine 35 enthält auch einen internen Betriebstundenzähler, der die in der Lebenszeit einer überwachten und von einem bestimmten ECM 10 gesteuerten Maschine abgelaufene Betriebszeit erfaßt. Beim Auftreten eines Fluidparameterfehlers liest die Maschinenschutzroutine 35 diesen Stundenzähler ab und protokolliert den Ablesewert. Desgl. mißt die Routine 35 die Länge der Zeit, die der Fluidparameter außerhalb des normalen Arbeitsbereichs verbracht hat. Im Speicher wird für jeden Fluidparameter eine Tabelle geführt, die für jedes Fehlerereignis den Ablesewert des Betriebsstundenzählers, die Dauer des Fehlerzustands, die Gesamtanzahl sowie die gesamte Dauer aller Fehler enthält. Als weitere Besonderheit der Maschinenschutzroutine speichert sie die maximalen Fluidtemperaturen (Kühlmittel, Öl und Ansaugluft) und aktualisiert diese fortwährend über die gesamte Lebensdauer der Maschine.
Mittels einer geeigneten Datenleseeinrichtung kann der Fahrer oder Wartunngspersonal auf die im Speicher enthaltene Fehlerinformationen zugreifen, wenn die Maschine nicht läuft. Diese Informationen bieten ein Bild des Verhaltens der Maschine innerhalb ihrer Nutzungsdauer, das vollständiger ist als bisher möglich. Mit den von der Maschinenschutzroutine 35 geführten und aus ihr abgelesenen Informationen lassen sich chronische Schwierigkeiten mit einem gegebenen Fluidsystem problemlos diagnostizieren. Weiterhin läßt sich durch einen Vergleich der Stunden-Ablesewerte des Auftretens einer Reihe von Fehlerzuständen die Ursache bestimmter Maschinenausfälle ermitteln.
Die Fig. 8 zeigt als Flußdiagramm eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d.h. die von der Maschinenschutzroutine 35 ausgeführten allgemeinen Schritte des Maschinenschutzprotokolls. In einer Hintergrundprozedur werden die Fluidparameterfühler 11 - 15 abgefragt und die resultierenden Werte mit den vom Fahrer festgelegten Grenzwerten verglichen. In einer bestimmten Ausführungsform werden die Fühler alle 50 ms abgefragt. Es wird geprüft, ob ein Fehlerzustand des Niveaus 1 oder 2 eingetreten ist oder fortbesteht oder ob der Fehler vergangen ist. Diese Prüfung erfolgt für alle fünf Fluidparameter der bevorzugten Ausführungsform. Für jeden Fluidparameter, der die normalen Grenzen erstmalig überschreitet, wird eine Fehlermarke abgespeichert, der zugehörige Ereigniszähler hochgezählt und die Maschinenzeit des erstmaligen Auftretens des Fehler im Speicher abgelegt. Wird der Fehler eines Fluidparameters erstmalig ermittelt und seine Schwere bestimmt, beginnt ein Fehlerdauer-Zeitgeber zu zählen und arbeitet, bis der Fehlerzustand entfällt oder die Maschine stillgesetzt wird; danach wird die gesamte abgelaufene Zeit zusammen mit der jeweiligen Fluidparameter-Fehlermarke abgespeichert.
Abhängig von der Bestimmung des Fehlerniveaus werden Marken gesetzt, die anzeigen, ob gem. dem Maschinenschutzprotokoll die Leistung oder die Drehzahl herabgesetzt werden muß. Normalerweise wird die Drehzahlminderungsmarke erst gesetzt, nachdem eine Leistungsdrosselung stattgefunden hat. Unter bestimmten Fluidfehlerzuständen kann es jedoch zweckmäßig sein, praktisch gleichzeitig die Leistung (das Drehmoment) zu drosseln und die Drehzahl herabzusetzen.
Im nächsten Schritt der Maschinenschutzsequenz werden Drosselungs-/Minderungs-Indizes berechnet. Ist eine Leistungsdrosselungsmarke gesetzt, wird für jeden Fluidparameter, der sich außerhalb seines Normalbereichs befindet, nach den oben angegeben, in der Tabelle der Fig. 5 beschriebenen Gleichungen ein Leistungsdrosselungsindex (PDI) berechnet. Ist die Drehzahlminderungsmarke gesetzt, wird für jeden Fluidparameter, der aus dem Normalbereich fällt, nach den oben angegebenen Drehzahlminderungsgleichungen ein Drehzahlminderungsindex (SDI) berechnet. In dem bevorzugten Flußdiagramm der Fig. 8 werden dann auf die Drosselungs-/Minderungsindizes PDI, SDI die optionalen Filter angewandt. Das Filter 1. Ordnung wird implementiert durch Bestimmung, welcher PDI welchen Fluidparameters der höchste ist. Dann wird das Filter auf diesen höchsten PDI gem. der folgenden Filtergleichung angewandt, die im Speicher des ECM enthalten ist: PDIneu = tpwr * PDIalt + (1 - tpwr) * PDIhöchst. In dieser Gleichung sind PDIneu ein gefilterter Indexwert, tpwr eine gefilterte Zeitkonstante, PDIalt ein gefilterter PDI-Wert aus dem vorhergehenden Durchlauf des Maschinenschutzprotokolls und PDIhöchst der höchste PDI-Wert aller zuletzt berechneten PDIs aller fehlerbehafteten Fluidparameter. Das Filter 2. Ordnung implementiert eine entsprechende Gleichung in Anwendung auf den Drehzahlminderungsindex SDI, um einen gefilterten Index zu erzeugen.
Nach dem Berechnen der Drosselungs-/Minderungsindizes aktualisiert die Maschinenschutzroutine 35 die Zeitablaufswerte für jeden fehlerbehafteten Fluidparameter. Auch wird geprüft, ob eine neue Kühlmittel- oder Öl-Höchsttemperatur erfaßt worden ist. Falls ja, wird der neue Wert zusammen mit der Maschinenzeit des Auftretens der jeweiligen Temperatur abgespeichert.
Die Verwendung der (ggf. gefilterten) Drosselungs-/Minderungsindizes PDI, SDI durch die Maschinensteuerungsroutinen 30 hängt von deren Programmierung ab. In einer Ausführungsform werden in der Maschinenschutzroutine 35 die aktuellen Betriebswerte der Maschine aufgrund der normalen Größe dieser Werte, der von den PDI- bzw. SDI-Werten geforderten Drosselung/Minderung sowie der Größe dieser Maschinenbetriebsparameter im maximal gedrosselten/geminderten Zustand berechnet. In dieser Ausführungsform benutzt die Maschinenschutzroutine 35 zwei Maschinenarbeitswerte zur Änderung des Maschinenverhaltens - maximale Drehzahl und maximales Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl. Die maximale Maschinendrehzahl wird nach folgender Gleichung berechnet: (Solldrehzahl - max. geminderte Drehzahl) * SDI/255, in der "Solldrehzahl" die normale maximale Maschinendrehzahl und "max.geminderte Drehzahl" die Maschinendrehzahl bei maximaler Minderung (nominell 70 % der Nenndrehzahl) sind.
Das maximale Maschinendrehmoment ist eine Funktion der Drehzahl und wird nach folgender Gleichung bestimmt: PDI/255 * (max.gedrosseltes Moment [U/min] + (1 - PDI/255) * Normal-Drehmoment [U/min]. In dieser Gleichung kann das maximale gedrosselte Drehmoment als Funktion der Drehzahl vorherbestimmt und und als Tabelle abgespeichert werden. Nominell beträgt das Drehmoment bei maximaler Drosselung 70% des Maschinen- Nenndrehmoments bei allen Drehzahlen - vergl. die Linie F in Fig. 3. Das "Normal-Drehmoment" als Funktion der Maschinendrehzahl läßt sich ebenfalls aus einer Tabelle abrufen und erscheint normalerweise als die obere Kurve in der Fig. 3. Diese neu berechneten Werte der Höchstdrehzahl und des Höchstdrehmoments werden unmittelbar in die Maschinensteuerungsroutinen 30 eingegeben, um das Maschinenverhalten zu beeinflussen.
Nachdem die neuen Arbeitswerte für die Maschine berechnet worden und an die Steuerungsroutinen 30 übergeben worden sind, liest das Maschinenschutzprotokoll einen weiteren Fühler ab und bestimmt einen neuen Satz Fehlerinformationen und Drosselungs-/Minderungsindizes. Die Implementierung des Maschinenschutzprotokolls für ein bestimmtes ECM hängt vom Mikroprozessor, dem verfügbaren Speicherraum und den Maschinensteuerungsorutinen des ECM ab. Die zur Ausführung des Schutzprotokolls erforderliche Software wird von dem jeweiligen ECM bestimmt; ihre Entwicklung kann dem einschlägigen Fachmann überlassen bleiben.
Das erfindungsgemäße Maschinenschutzprotokoll geht davon aus, daß die Maschine während der Anwendung der Drosselungs-/Minderungspläne weiterläuft. Ein Ziel der Erfindung, den Fahrer visuell zu warnen, daß ein potentiell gefährlicher Fluidfehlerzustand besteht. Ein weiteres Ziel ist, beim Erfassen eines Fehlers den Fahrer zu einer Änderung seines Fahrverhaltens zu veranlassen, um den Fehlerzustand zu minimieren und die Gefahr eines Maschinenausfalls zu verringern. Es werden also erfindungsgemäß Leistungs-/Drehzahl-Drosselungs-/Minderungspläne benutzt, um das Maschinenverhalten merklich zu begrenzen und damit den Fahrer zu veranlassen, die Maschine baldestmöglich stillzusetzen.
Der Maschinenschutzroutine im ECM 10 kann jedoch eine Eigensicherungsroutine hinzugefügt werden, die die Maschine nach Erreichen des höchsten Fehlergrades selbsttätig stillsetzt. Diese Eigensicherungsroutine kann ähnlichen Routinen dieser Art entsprechen und bspw. die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen (bspw. durch Erregen des Kraftstoff-Absperrventils 21) vollständig absperren.

Claims

1. Verfahren zum Schutz einer Brennkraftmaschine mit einer elektronischen Steuerung mit Maschinensteuerprogrammen, die die das Arbeitsverhalten der Maschine im normalen Betrieb steuern, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte, die stetig wiederholt werden:

Überwachen einer Anzahl von Betriebsparametern der Maschine, die in deren Normalbetrieb den Maschinenzustand anzeigen,

Bestimmen, ob eine Abweichung eines oder mehrerer Betriebsparameter der Maschine vom Normalzustand einen Fehlerzustand anzeigt,

Bestimmen einer partiellen Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine gegenüber deren normaler Leistungsfähigkeit über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine als progressive Funktion der Schwere des Fehlerzustands,

Erzeugen von die partielle Verringerung der Leistungsfähigkeit anzeigenden Maschinen-Drosselungs-Informationen,

Abändern der Maschinensteuerprogramme entsprechend den Drosselungs-Informationen zwecks Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine über deren gesamten Drehzahlbereich, und

Weiterarbeitenlassen der Maschine bei der partiell verringerten Leistungsfähigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Maschinenfluidparameter überwacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwere des Fehlerzustands anhand der Dauer bestimmt wird, während der ein Maschinenfluidparameter einen ersten Grenzwert übersteigt, wobei die partielle Verminderung der Leistungsfähigkeit der Maschine mit dieser Dauer zunimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwere des Fehlerzustands anhand der Differenz zwischen der Größe eines Maschinenfluidparameters im Fehlerzustand und einem ersten Grenzwert bestimmt wird, wobei die partielle Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine mit dieser Differenz zunimmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung einer partiellen Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine die Schritte einer Bestimmung, ob der Fehlerzustand der Maschine einen ersten Grenzwert erreicht oder überstiegen hat, und der Implementierung eines Plans zur Drosselung der Nutzleistung der Maschine beinhaltet, um das verfügbare Maschinen-Drehmoment bei allen Drehzahlen der Maschine zu verringern, wobei die Größe der Verringerung des verfügbaren Drehmoments von der Schwere des Fluid-Fehlerzustands abhängt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Plan zur Drosselung der Nutzleistung der Maschine das verfügbare Drehmoment bei der Drehzahl mit dem Drehmoment-Maximum der Maschine stärker verringert als im Vergleich mit der Verringerung des verfügbaren Drehmoments bei höheren Drehzahlen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung einer partiellen Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine die Schritte einer Bestimmung, ob der Fehlerzustand der Maschine einen zweiten Grenzwert erreicht oder überstiegen hat, und der Implementierung eines Plans zur Drehzahl- Drosselung bei dem zweiten Grenzwert beinhaltet, um die höchstzulässige Maschinendrehzahl zu verringern, wobei die Größe der Drehzahlverringerung der Maschine von der Schwere des Fluid-Fehlerzustands abhängt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt der Implementierung eines Plans zur Drehzahl-Drosselung die Schwere des Fehlerzustands anhand der Dauer bestimmt wird, während der ein Maschinenfluidparameter den zweiten Grenzwert übersteigt, wobei die höchstzulässige Drehzahl der Maschine mit zunehmender Dauer herabgesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Grenzwert höher liegt als der erste.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwere des Fehlerzustands anhand der Dauer bestimmt wird, während der ein Maschinenfluidparameter einen ersten Grenzwert übersteigt, wobei die Größe des verfügbaren Drehmoments mit zunehmender Dauer herabgesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwere des Fehlerzustands anhand der Differenz zwischen der Größe eines Maschinenfluidparameters im Fehlerzustand und einem ersten Grenzwert bestimmt wird, wobei die Größe des verfügbaren Drehmoments mit zunehmender Differenz herabgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens, ob ein Fehlerzustand besteht, die Schritte des Wartens für eine bestimmte Dauer nach dem Erfassen eines Fehlerzustands sowie des Bestimmens beinhaltet, ob der Fehlerzustand nach Ablauf der bestimmten Dauer noch anhält, um momentane Änderungen in der Größe eines Maschinenbetriebsparameters auszufiltern.

13. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens der partiellen Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine die Schritte des Filterns der Verringerung der Leistungsfähigkeit der Maschine als Funktion der Zeit und des Erzeugens gefilterter Drosselungs-Informationen der Maschine für eine bestimmte Dauer beinhaltet, um momentane Änderungen der Maschinen-Drosselungs-Informationen auszufiltern.

14. System zum Schutz einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens eines der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

Mittel zum Ermitteln der Größe einer Vielzahl von Betriebsparametern der Maschine,

eine Einrichtung, die bestimmt, ob ein Fehlerzustand besteht, indem sie die Größe eines oder mehrerer der Parameter mit einem entsprechenden Grenzwert vergleicht, und

eine einen Mikroprozessor enthaltende Maschinenschutzvorrichtung zum Erzeugen von durch Maschinensteuerprogramme nutzbaren Daten, die

eine Einrichtung zum Ermitteln der Schwere eines Fehlerzustands sowie

eine Einrichtung zur Berechnung von Maschinen- Drosselungs-Informationen als progressive Funktion der Schwere des Fehlerzustands aufweist, wobei die Daten diese Drosselungs-Informationen zur Nutzung durch die Maschinensteuerungsprogramme zum Verringern der Leistungsfähigkeit der Maschine über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine enthalten.

15. Schutzsystem nach Anspruch 14, gekennzeichnet weiterhin durch Mittel zum Erfassen von Maschinenfluidparametern.

16. Schutzsystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet weiterhin durch eine Einrichtung, die nach dem Erfassen eines Fehlerzustands für die Dauer eines bestimmten Zeitintervalls wartet, und durch eine Einrichtung, die bestimmt, ob der Fehlerzustand nach Ablauf des bestimmten Zeitintervalls noch besteht, um so momentane Änderungen in der Größe eines Fluidparameters auszufiltern.

17. Schutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenschutzeinrichtung eine Filtereinrichtung zum Erzeugen von durch die Maschinensteuerungsprogramme nutzbaren gefilterten Daten aufweist und die Filtereinrichtung eine Einrichtung aufweist, um gefilterte Drosselungs-Informationen als Funktion der Zeit und über ein bestimmtes Zeitintervall zu berechnen, um so momentane Änderungen der Drosselungs-Informationen auszufiltern.

18. Schutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der Schwere eines Fehlerzustands Mittel aufweist, um zu bestimmen, ob der Fehlerzustand ein erstes oder ein zweites Fehlerniveau hat, und daß die Einrichtung zum Berechnen von Maschinen-Drosselungs-Informationen eine Einrichtung zum Berechnen eines Maschinen-Nutzleistungs- Drosselungsplans bei oder über dem ersten Fehlerniveau sowie eine Einrichtung zum Berechnen eines Maschinen-Drehzahl-Drosselungsplans bei oder über dem zweiten Fehlerniveau aufweist, wobei der Maschinen-Nutzleistungs-Drosselungsplan das verfügbare Drehmoment der Maschine bei allen ihren Drehzahlen und der Maschinen-Drehzahl-Drosselungsplan die höchstzulässige Maschinendrehzahl herabsetzen.

19. Schutzsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinen-Nutzleistung- Drosselungsplan das verfügbare Drehmoment bei der Drehzahl des Drehmoment-Maximums stärker herabsetzt als im Vergleich zu der Verringerung des verfügbaren Drehmoments bei höheren Drehzahlen.

20. Schutzsystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenschutzvorrichtung weiterhin eine Filtereinrichtung erster Ordnung zum Berechnen eines gefilterten Nutzleistungs-Drosselungsplans als Funktion der Zeit und über ein erstes bestimmtes Zeitintervall sowie eine Filtereinrichtung zweiter Ordnung enthält, die einen gefilterten Drehzahl-Drosselungsplan als Funktion der Zeit und über ein zweites bestimmtes Zeitintervall berechnet, um momentane Änderungen des Nutzleistungs- und des Drehzahl-Drosselungsplans auszufiltern.