EP2705236A1 - Verfahren zur überwachung eines passiven druckregelventils - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines passiven druckregelventils

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EP2705236A1
EP2705236A1 EP12715854.1A EP12715854A EP2705236A1 EP 2705236 A1 EP2705236 A1 EP 2705236A1 EP 12715854 A EP12715854 A EP 12715854A EP 2705236 A1 EP2705236 A1 EP 2705236A1
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EP
European Patent Office
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pressure
rail
relief valve
pressure relief
rail pressure
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EP12715854.1A
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Armin DÖLKER
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3863—Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a passive
  • Pressure relief valve monitored for open. An open one
  • Pressure relief valve is detected after a load shedding because the rail pressure exceeds a limit, subsequently a stationary state of the
  • the characteristic variable of the rail pressure control loop is understood to mean the I component of the rail pressure regulator or, for example, a PWM signal for controlling the suction throttle.
  • a functional rail pressure sensor is absolutely necessary.
  • DE 10 2006 040 441 B3 also describes a method for monitoring a passive pressure limiting valve after a load shedding.
  • a first step it is checked whether the rail pressure, starting from a stationary rail pressure, for example 1800 bar, has exceeded a first, higher limit value, for example 1850 bar.
  • a second step is then checked whether the rail pressure, despite a temporary rail pressure
  • a second, even higher limit for example, 1920 bar
  • the pressure limiting valve is set as open. Due to the dispersion of the pressure relief valves, however, the case may occur in practice that the Pressure relief valve is recognized by the evaluation program as open, but in fact this is still closed. The consequence is an operator error alarm and an erroneous follow-up action.
  • a functional rail pressure sensor is also essential in this process.
  • the invention is based on the object, in a generic common Railsystem even if the rail pressure sensor fails an open
  • the method consists in switching from control to emergency operation upon detection of a defective rail pressure sensor, wherein in the emergency mode the rail pressure is increased successively until the response of the pressure limiting valve.
  • the pressure limiting valve is then set as open if, in addition, the starting phase of the internal combustion engine is recognized to have ended after the change to emergency operation. After the pressure relief valve has been set open, its opening duration is monitored.
  • the invention is therefore based on the finding that the operating time with the pressure relief valve open is decisive for the assessment of whether the pressure relief valve is still tight after a restart or already tends to leak.
  • a pressure-limiting valve with leakage causes a decreasing overall efficiency, since the fuel flows out of the rail unused into the fuel tank.
  • the opening duration of the pressure relief valve set as open is monitored by setting a first time limit and a second time limit for further operation. At the end of the first time limit, a yellow alarm will be issued to warn you
  • Detected pressure relief valve the stored opening time is counted and monitored for exceeding the first and second time limit.
  • Opening operations recorded. Thus, in a first number of opening operations, a yellow alarm will be initiated and will be on for a second number of openings
  • Pressure relief valve is still tight after a restart or already tends to leak.
  • FIG. 1 shows a system diagram
  • FIG. 2 shows a rail pressure control loop
  • FIG. 3 shows a first time diagram
  • FIG. 4 shows a second time diagram with several opening operations
  • FIG. 5 is a program flowchart
  • Figure 6 is a subroutine.
  • FIG. 1 shows a system diagram of an electronically controlled
  • the common rail system comprises the following mechanical components: a low-pressure pump 3 for
  • High-pressure pump 5 for conveying the fuel under pressure increase, a rail 6 for storing the fuel and injectors 7 for injecting the fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • the common rail system can also be designed with individual memories, in which case, for example, in the injector 7 a Single memory 8 is integrated as an additional buffer volume.
  • a passive pressure relief valve 11 is provided which opens, for example, at a rail pressure of 2400 bar and abgrest the fuel from the rail 6 into the fuel tank 2 in the open state.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is determined by an electronic control unit (ECU) 10.
  • the electronic control unit 10 includes the usual
  • Components of a microcomputer system such as a microprocessor, I / O devices, buffers and memory devices (EEPROM, RAM).
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • RAM random access memory
  • Memory chips are the relevant for the operation of the internal combustion engine 1 operating data applied in maps / curves. About this calculates the
  • the electronic control unit 10 from the input variables the output variables.
  • the following input variables are shown by way of example in FIG. 1: the rail pressure pCR, which is measured by means of a rail pressure sensor 9, an engine speed nMOT, a signal FP for output specification by the operator, optionally the individual accumulator pressure pE and an input variable EIN. Under the input quantity ON, the further sensor signals are combined, for example the charge air pressure of an exhaust gas turbocharger.
  • the output variables of the electronic control unit 10 are a signal PWM for controlling the suction throttle 4, a signal ve for controlling the injectors 7
  • the output variable OFF is representative of the further control signals for controlling and regulating the internal combustion engine 1, for example for a control signal for activating a second exhaust gas turbocharger in a register charging.
  • FIG. 2 shows a rail pressure control circuit 12 for regulating the rail pressure pCR.
  • the input variables of the rail pressure control circuit 12 are: a target rail pressure pCR (SL), a target consumption Wb, the engine speed nMOT, a signal SD as a marking of a defective rail pressure sensor and a variable E1.
  • the size E1 includes, for example, the basic PWM frequency, the battery voltage and the ohmic resistance of the intake throttle coil with supply line, which are included in the calculation of the PWM signal.
  • the output of the rail pressure control circuit 12 is the raw value of the rail pressure pCR. From the raw value of the rail pressure pCR, the actual rail pressure pCR (IST) is calculated by means of a filter 13.
  • a pressure regulator 14 calculates its control variable, which corresponds to a regulator volume flow VR with the physical unit liters / minute.
  • the calculated nominal consumption Wb is added to a summation point B.
  • the target consumption Wb is calculated as a function of a desired injection quantity and the engine speed. The result of the addition on
  • Summation point B corresponds to an unlimited volumetric flow Vu, which via a Limit 15 is limited depending on the engine speed nMOT.
  • Output of the limit 15 corresponds to a target volume flow V (SL), which is the input variable of a pump characteristic 16.
  • the setpoint volume flow V (SL) is assigned a desired electric current i (SL).
  • the desired current i (SL) is an input variable of a function block 17.
  • the function block 17 contains the calculation of the PWM signal.
  • the output of the function block 17 corresponds to the actual volume flow V (IST), which is conveyed by the high pressure pump in the rail 6.
  • the pressure level pCR in the rail is detected by the rail pressure sensor.
  • the control loop 12 is closed.
  • the control mode switches to emergency mode.
  • emergency mode the rail pressure is increased successively until the response of the pressure relief valve.
  • the suction throttle is acted upon in the opening direction, whereby then the high-pressure pump can promote more fuel.
  • This is achieved by setting the setpoint current i (SL) as the drive signal of the suction throttle to an emergency stop value, for example zero ampere.
  • the PWM signal can be set as the drive signal of the suction throttle to a Notlaufwert, for example, zero percent.
  • the rail pressure is between the pressure value at idle, z. B. 900 bar, and the pressure value at full load, z. B. 700 bar. Since the rail pressure in emergency operation always within this
  • Pressure range is guaranteed, a stable operating condition with a uniform engine performance.
  • FIG. 3 shows in a time diagram an opening process of the
  • a process variable D1 for the yellow alarm a process variable D2 for the red alarm
  • a process variable motor Mst stands for the detection of a stationary internal combustion engine and a signal RS as a reset signal.
  • the signal SD changes from the value 0 to the value 1. With detection of a defective rail pressure sensor is switched from the control to the emergency operation.
  • the pressure relief valve is selectively opened by, for example, the setpoint current of the suction throttle is set to the value 0 amperes.
  • the high-pressure pump delivers a larger volume flow into the rail, so that the rail pressure now rises after time t1.
  • the engine speed not shown, reaches the idling speed, ie, the engine leaves the starting phase. Accordingly, the signal START changes from the value 1 to the value 0.
  • the first time limit tLi1 may be, for example, 3 operating hours and the second time limit tLi2 may be, for example, 5 operating hours.
  • the first time limit tU1 is reached.
  • the current opening time is stored when the engine standstill is detected. Will after a restart of the internal combustion engine at a later time again an open
  • FIG. 4 shows a method in which besides the opening time of the
  • the two time limits tLi1 and tLi2 are omitted in FIG. Over time are shown: the rail pressure pCR, a counter Z, the process variable SD to identify a defective rail pressure sensor, a
  • Process variable D2 for the red alarm a process variable engine stands Mst for the detection of a stationary internal combustion engine and a signal RS as
  • the variable D1 is consequently set to the value 1.
  • the pressure relief valve has opened nROT times.
  • the rail pressure sensor defect remains active because the rail pressure sensor was not replaced at the same time. This is indicated by the signal SD, which is still 1 identical.
  • the signal SD which is still 1 identical.
  • FIG. 5 shows a program flowchart for monitoring the pressure limiting valve in the event of a defect in the rail pressure sensor.
  • S1 it is checked whether a defective rail pressure sensor has been detected. If this is not the case, query result S1: no, the program branches to normal operation. Otherwise, the value of the flag 3 is queried in S2.
  • the program flowchart of FIG. 5 also takes into account the case that the rail pressure sensor fails during operation. In this case, after going through
  • the subroutine UP is shown, via which the counter Z is checked.
  • the counter Z is incremented whenever an open pressure relief valve is detected.
  • S1 is checked whether the counter Z is greater than / equal to a predetermined number nGELB, for example, 30. If this is not the case, then continue with S3. Otherwise, query result S1: yes, becomes at
  • the yellow alarm is initiated to alert the operator. Subsequently, it is checked at S3 whether the counter Z is greater than / equal to a predeterminable number nROT, for example 50. If this is not the case, then the subroutine is ended. On the other hand, if the counter is greater than or equal to nROT, a red alarm is initiated at S4. The red alarm indicates to the operator that the pressure relief valve should be replaced. Thereafter, the subroutine is finished, it is returned to the main program of Figure 5 and there continued at S5 the main program.
  • nROT a predeterminable number
  • ECU electronice control unit

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Überwachung eines passiven Druckbegrenzungsventils (11), über welches Kraftstoff aus dem Rail (6) eines Common-Railsystems in den Kraftstofftank (2) abgeleitet wird, bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors (9) vom Raildruck-Regelungsbetrieb in einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck sukzessive bis zum Ansprechen des Druckbegrenzungsventils (11) erhöht wird, bei dem im Notbetrieb das Druckbegrenzungsventil (11) dann als geöffnet gesetzt wird, wenn zusätzlich die Startphase der Brennkraftmaschine als beendet erkannt wird, und bei dem ergänzend die Öffnungsdauer des Druckbegrenzungsventils (11) überwacht wird.

Description

VERFAHREN ZUR ÜBERWACHUNG EINES PASSIVEN DRUCKREGELVENTILS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines passiven
Druckbegrenzungsventils, über welches Kraftstoff aus dem Rail eines Common- Railsystems in den Kraftstofftank abgeleitet wird, bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors vom Raildruck-Regelungsbetrieb in einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck sukzessive bis zum Ansprechen des
Druckbegrenzungsventils erhöht wird.
Bei dem aus der DE 10 2006 049 266 B3 bekannten Verfahren wird das passive
Druckbegrenzungsventil auf ein öffnen überwacht. Ein geöffnetes
Druckbegrenzungsventil wird nach einem Lastabwurf daran erkannt, dass der Raildruck einen Grenzwert übersteigt, nachfolgend wieder ein stationärer Zustand der
Brennkraftmaschine erkannt wird und ergänzend eine Kenngröße des Raildruck- Regelkreises signifikant von einem Referenzwert abweicht. Unter Kenngröße des Raildruck-Regelkreises sind der I-Anteil des Raildruckreglers oder zum Beispiel ein PWM-Signal zur Ansteuerung der Saugdrossel zu verstehen. Für das dargestellte Verfahren ist ein funktionsfähiger Rail-Drucksensor zwingend erforderlich.
Auch die DE 10 2006 040 441 B3 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines passiven Druckbegrenzungsventils nach einem Lastabwurf. In einem ersten Schritt wird geprüft, ob der Raildruck, ausgehend von einem stationären Raildruck, zum Beispiel 1800 bar, einen ersten, höheren Grenzwert, zum Beispiel 1850 bar, überschritten hat. In einem zweiten Schritt wird dann geprüft, ob der Raildruck, trotz einer temporären
Beaufschlagung der Saugdrossel in Schließrichtung, einen zweiten, noch höheren Grenzwert, zum Beispiel 1920 bar, übersteigt. Wurden beide Grenzwerte überschritten, so wird das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt. Aufgrund der Streuung der Druckbegrenzungsventile kann in der Praxis jedoch der Fall eintreten, dass das Druckbegrenzungsventil vom Auswerteprogramm zwar als geöffnet erkannt wird, tatsächlich aber dieses noch geschlossen ist. Die Konsequenz ist ein Bedienerfehlalarm und eine irrtümliche Nachfolgereaktion. Ein funktionsfähiger Rail-Drucksensor ist auch bei diesem Verfahren zwingend erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem gattungsgemäßen Common- Railsystem auch bei Ausfall des Rail-Drucksensors ein geöffnetes
Druckbegrenzungsventil zu erkennen.
Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind die
Ausgestaltungen dargestellt.
Das Verfahren besteht darin, dass mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors vom Regelungs- in einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck sukzessive bis zum Ansprechen des Druckbegrenzungsventils erhöht wird.
Da bei defektem Rail-Drucksensor keine Informationen mehr über den Raildruck vorliegen, wird das Druckbegrenzungsventil dann als geöffnet gesetzt, wenn nach dem Wechsel in den Notbetrieb zusätzlich die Startphase der Brennkraftmaschine als beendet erkannt wird. Nachdem das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt wurde, wird dessen Öffnungsdauer überwacht. Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebsdauer bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil entscheidend ist für die Beurteilung, ob das Druckbegrenzungsventil nach einem Neustart noch dicht ist oder bereits zur Leckage neigt. Bekanntermaßen verursacht ein Druckbegrenzungsventil mit Leckage einen sich verringernden Gesamtwirkungsgrad, da der Kraftstoff ungenutzt aus dem Rail in den Kraftstofftank abfließt. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass neben einem stabilen Betriebszustand im Notbetrieb auch eine sichere Fehlereingrenzung hinsichtlich einer unerwünschten Leckage möglich ist. Insgesamt ist die einfache
Parametrierung und Implementierung des Verfahrens von Vorteil.
Überwacht wird die Öffnungsdauer des als geöffnet gesetzten Druckbegrenzungsventils, indem ein erstes Zeitlimit und ein zweites Zeitlimit für den Weiterbetrieb festgelegt werden. Nach Ablauf des ersten Zeitlimits wird ein Gelbalarm zur Warnung des
Betreibers initiiert. Nach Ablauf des zweiten Zeitlimits wird dann ein Rotalarm als
Empfehlung zum Tausch des Druckbegrenzungsventils initiiert. Wird vom Betreiber die Brennkraftmaschine abgestellt, so wird die aktuelle Öffnungszeit gespeichert. Wird danach nach dem Starten der Brennkraftmaschine erneut ein offenes
Druckbegrenzungsventil erkannt, so wird die gespeicherte Öffnungszeit weitergezählt und auf Überschreiten des ersten und zweiten Zeitlimits überwacht.
Neben der Überwachungsdauer wird in Ergänzung auch die Häufigkeit der
Öffnungsvorgänge erfasst. So wird bei einer ersten Anzahl von Öffnungsvorgängen ein Gelbalarm initiiert und wird bei einer zweiten Anzahl von Öffnungsvorgängen ein
Rotalarm initiiert. Dieser Lösung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass auch die Anzahl der Öffnungsvorgänge entscheidend für die Beurteilung ist, ob das
Druckbegrenzungsventil nach einem Neustart noch dicht ist oder bereits zur Leckage neigt.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Systemschaubild,
Figur 2 einen Raildruck-Regelkreis,
Figur 3 ein erstes Zeitdiagramm,
Figur 4 ein zweites Zeitdiagramm mit mehreren Öffnungsvorgängen,
Figur 5 einen Programmablaufplan und
Figur 6 ein Unterprogramm.
Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten
Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur
Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine
Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7 ein Einzelspeicher 8 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Als Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druckbegrenzungsventil 11 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6 in den Kraftstofftank 2 absteuert. Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ECU) 10 bestimmt. Das elektronische Steuergerät 10 beinhaltet die üblichen
Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den
Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das
elektronische Steuergerät 10 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 9 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber, optional der Einzelspeicherdruck pE und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. In Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 10 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 7
(Spritzbeginn/Spritzende) und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 , beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
Die Figur 2 zeigt einen Raildruck-Regelkreis 12 zur Regelung des Raildrucks pCR. Die Eingangsgrößen des Raildruck-Regelkreises 12 sind: ein Soll-Raildruck pCR(SL), ein Soll-Verbrauch Wb, die Motordrehzahl nMOT, ein Signal SD als Kennzeichnung eines defekten Rail-Drucksensors und eine Größe E1. Unter der Größe E1 sind beispielsweise die PWM-Grundfrequenz, die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst, welche in die Berechnung des PWM- Signals mit eingehen. Die Ausgangsgröße des Raildruck-Regelkreises 12 ist der Rohwert des Raildrucks pCR. Aus dem Rohwert des Raildrucks pCR wird mittels eines Filters 13 der Ist-Raildruck pCR(IST) berechnet. Dieser wird dann mit dem Soll-Raildruck pCR(SL) an einem Summationspunkt A verglichen, woraus eine Regelabweichung ep resultiert. Aus der Regelabweichung ep berechnet ein Druckregler 14 seine Stellgröße, welche einem Regler-Volumenstrom VR mit der physikalischen Einheit Liter/Minute entspricht. Zum Regler-Volumenstrom VR wird an einem Summationspunkt B der berechnete Soll- Verbrauch Wb addiert. Berechnet wird der Soll-Verbrauch Wb in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl. Das Ergebnis der Addition am
Summationspunkt B entspricht einem unbegrenzten Volumenstrom Vu, welcher über eine Begrenzung 15 in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT limitiert wird. Die
Ausgangsgröße der Begrenzung 15 entspricht einem Soll-Volumenstrom V(SL), der die Eingangsgröße einer Pumpen-Kennlinie 16 ist. Über die Pumpen-Kennlinie 16 wird dem Soll-Volumenstrom V(SL) ein elektrischer Soll-Strom i(SL) zugeordnet. Der Soll-Strom i(SL) ist eine Eingangsgröße eines Funktionsblocks 17. Im Funktionsblock 17 ist die Berechnung des PWM-Signals enthalten. Die Ausgangsgröße des Funktionsblöcks 17 entspricht dem Ist-Volumenstrom V(IST), welcher von der Hochdruckpumpe in das Rail 6 gefördert wird. Das Druckniveau pCR im Rail wird vom Rail-Drucksensor erfasst. Damit ist der Regelkreis 12 geschlossen.
Wird nun ein defekter Rail-Drucksensor erkannt (SD=1), so wird vom Regelungs- in einen Notbetrieb gewechselt. Im Notbetrieb wird der Raildruck sukzessive bis zum Ansprechen des Druckbegrenzungsventils erhöht. Hierzu wird die Saugdrossel in Öffnungsrichtung beaufschlagt, wodurch dann die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff fördern kann. Erreicht wird dies, indem der Soll-Strom i(SL) als Ansteuersignal der Saugdrossel auf eine Notlaufwert gesetzt wird, zum Beispiel Null Ampere. Alternativ kann das PWM-Signal als Ansteuersignal der Saugdrossel auf einen Notlaufwert, zum Beispiel Null Prozent, gesetzt werden. Ebenso kann von einer Pumpen-Kennlinie im Normalbetrieb auf eine Grenzkurve im Notbetrieb umgeschaltet werden. Bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil liegt der Raildruck zwischen dem Druckwert bei Leerlauf, z. B. 900 bar, und dem Druckwert bei Volllast, z. B. 700 bar. Da der Raildruck im Notbetrieb stets innerhalb dieses
Druckbereichs liegt, ist ein stabiler Betriebszustand mit einer einheitlichen Motorleistung gewährleistet.
Die Figur 3 zeigt in einem Zeitdiagramm einen Öffnungsvorgang des
Druckbegrenzungsventils mit Überwachung der Öffnungszeit. Über der Zeit sind dargestellt: der Raildruck pCR, die Prozessvariable SD zur Kennzeichnung eines defekten Rail-Drucksensors, eine Prozessvariable SDL zur Kennzeichnung des
Saugdrosselstroms, ein Signal Motorstart START, eine Prozessvariable DBV als
Zustandskennung des Druckbegrenzungsventils, eine Prozessvariable D1 für den Gelbalarm, eine Prozessvariable D2 für den Rotalarm, eine Prozessvariable Motor steht Mst für die Erkennung einer stehenden Brennkraftmaschine und ein Signal RS als Rücksetzsignal. Zum Zeitpunkt tO sind das System und der Rail-Drucksensor fehlerfrei. Damit hat die Prozessvariable SD den Wert SD=0. Der Raildruck beträgt pCR=1000 bar. Der Startvorgang ist noch nicht beendet, sodass die Prozessvariable START=1 ist. Zum Zeitpunkt t1 wird der Ausfall des Rail-Drucksensors detektiert, das Signal SD wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Mit Erkennen eines defekten Rail- Drucksensors wird vom Regelungs- in den Notbetrieb gewechselt. Im Notbetrieb wird das Druckbegrenzungsventil gezielt geöffnet, indem zum Beispiel der Sollstrom der Saugdrossel auf den Wert 0 Ampere gesetzt wird. Die Prozessvariable SDL wechselt vom Wert 1 auf den Wert SDL=0. Aufgrund der vollständig geöffneten Saugdrossel fördert die Hochdruckpumpe einen größeren Volumenstrom in das Rail, sodass der Raildruck nach dem Zeitpunkt t1 nun ansteigt. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die nicht dargestellte Motordrehzahl die Leerlaufdrehzahl, d. h. die Brennkraftmaschine verlässt die Startphase. Entsprechend wechselt das Signal START vom Wert 1 auf den Wert 0.
Da der Raildruck nicht mehr gemessen werden kann, kann daher auch nicht exakt bestimmt werden, wann das Druckbegrenzungsventil öffnet. Aus diesem Grund wird derjenige Zeitpunkt als Öffnungszeitpunkt angenommen, bei dem sowohl ein defekter Rail-Drucksensor erkannt wurde, hier: Zeitpunkt t1 , als auch gleichzeitig die Startphase der Brennkraftmaschine beendet ist. Dies ist der Zeitpunkt t2. Daher wird zum Zeitpunkt t2 das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt. Das Signal DBV wechselt nun vom Wert 0 auf den Wert DBV=1. Vom Zeitpunkt t2 an wird die
Öffnungszeit des Druckbegrenzungsventils auf Überschreiten eines ersten Zeitlimits tLi1 und eines zweiten Zeitlimits tLi2 überwacht. Im praktischen Betrieb kann das erste Zeitlimit tLi1 zum Beispiel 3 Betriebsstunden und das zweite Zeitlimit tLi2 zum Beispiel 5 Betriebsstunden betragen. Zum Zeitpunkt t3 wird das erste Zeitlimit tU1 erreicht. Die Prozessvariable D1 wechselt daher zum Zeitpunkt t3 auf den Wert D1 =1 , wodurch ein Gelbalarm zur Warnung des Betreibers initiiert wird. Zum
Zeitpunkt t4 wird auch das zweite Zeitlimit tLi2 erreicht. Die Prozessvariable D2 wechselt zu diesem Zeitpunkt auf den Wert D2=1 , wodurch ein Rotalarm ausgelöst wird.
Zum Zeitpunkt t5 wird die Brennkraftmaschine vom Betreiber gestoppt, wodurch die Prozessvariable Motor steht Mst auf den Wert Mst=1 gesetzt wird. Da das
Druckbegrenzungsventil bei stehender Brennkraftmaschine geschlossen ist, wird das Signal DBV nun wieder auf den Wert DBV=0 zurückgesetzt. Die Brennkraftmaschine ist wieder in der Startphase, das Signal START wird wieder auf den Wert 1 gesetzt. Zum Zeitpunkt t6 wird der Rail-Drucksensor ausgetauscht, der angezeigte
Sensordefekt verschwindet, d. h. das Signal SD wird auf den Wert SD=0
zurückgesetzt. Zum Zeitpunkt t7 wird die Reset-Taste gedrückt (RS=1), dadurch verschwinden die beiden Alarme, d. h. die Signale D1 und D2 werden vom Wert 1 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Die Alarme würden auch dann zurückgesetzt werden, wenn zu diesem Zeitpunkt der defekte Rail-Drucksensor noch nicht getauscht wäre.
Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, bevor die Öffnungszeit das erste Zeitlimit tü1 oder das zweite Zeitlimit tU2 überschritten hat, so wird die aktuelle Öffnungszeit beim Erkennen des Motorstillstands abgespeichert. Wird nach einem Neustart der Brennkraftmaschine zu einem späteren Zeitpunkt erneut ein offenes
Druckbegrenzungsventil erkannt, so wird die abgespeicherte Öffnungszeit
weitergezählt und auf Limit-Verletzung überwacht. Durch diese Maßnahme wird die Sicherheit erhöht, indem ein Druckbegrenzungsventil mit unerwünschter Leckage erkannt wird.
Die Figur 4 zeigt ein Verfahren, bei dem neben der Öffnungszeit des
Druckbegrenzungsventils auch die Anzahl der Öffnungsvorgänge überwacht wird.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur 4 die beiden Zeitenlimits tLi1 und tLi2 weggelassen. Über der Zeit sind dargestellt: der Raildruck pCR, ein Zähler Z, die Prozessvariable SD zur Kennzeichnung eines defekten Rail-Drucksensors, eine
Prozessvariable SDL zur Kennzeichnung des Saugdrosselstroms, ein Signal
Motorstart START, eine Prozessvariable DBV als Zustandskennung des
Druckbegrenzungsventils, eine Prozessvariable D1 für den Gelbalarm, eine
Prozessvariable D2 für den Rotalarm, eine Prozessvariable Motor steht Mst für die Erkennung einer stehenden Brennkraftmaschinen und ein Signal RS als
Rücksetzsignal.
Zum Zeitpunkt tO sind das System und der Rail-Drucksensor fehlerfrei. Zum Zeitpunkt t1 sind zwei Ereignisse zusammengefasst. Einerseits wird eine laufende
Brennkraftmaschine erkannt, d. h. die Variable Motor steht Mst wird auf den Wert Mst=0 zurückgesetzt. Andererseits wird ein defekter Rail-Drucksensor erkannt, d. h. die Variable SD wird auf den Wert 1 gesetzt. Als Folge wird die Saugdrossel in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Die Prozessvariable SDL ist daher SDL=0. Dies führt zu einem Ansteigen des Raildrucks pCR. Erreicht der Raildruck pCR zum Zeitpunkt t2 den Wert pLi1 , so ist die nicht dargestellte Motordrehzahl mit der Leerlaufdrehzahl identisch. Die Startphase ist damit abgeschlossen. Die Prozessvariable START wird zurückgesetzt. Da nunmehr beide Bedingungen erfüllt sind, d. h. der Rail-Drucksensor ist defekt und die Starphase ist abgeschlossen, wird das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt. Die Variable DBV wird auf den Wert DBV=1 gesetzt. Da nun der erste Öffnungsvorgang des
Druckbegrenzungsventils erkannt ist, nimmt der Zähler Z den Wert Z=1 an. Zum
Zeitpunkt t3 wird ein Motorstillstand erkannt, das Signal Motor steht Mst wird auf den Wert Mst=1 gesetzt. Das Druckbegrenzungsventil ist nun geschlossen, die Variable DBV wird auf den Wert DBV=0 zurückgesetzt. Die Startphase der Brennkraftmaschine wird wieder angezeigt, indem die Variable START auf den Wert 1 gesetzt wird. Die
Brennkraftmaschine wird nun wieder gestartet, so dass zum Zeitpunkt t4 eine laufende Brennkraftmaschine erkannt wird. Damit wird das Signal Motor steht Mst auf den Wert Mst=0 zurückgesetzt. Zum Zeitpunkt t5 wird wieder ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt, wodurch der Zähler Z auf den Wert Z=2 inkrementiert wird. Im Folgenden wird die Brennkraftmaschine bei einem weiterhin defekten Rail-Drucksensor mehrfach gestartet und wieder gestoppt. Zum Zeitpunkt t8 hat das Druckbegrenzungsventil nGELB- mal geöffnet. Der Zähler Z hat jetzt den Wert Z=nD1 , womit der Grenzwert für die
Aktivierung des Gelbalarms erreicht ist. Die Variable D1 wird folglich auf den Wert 1 gesetzt. Zum Zeitpunkt t1 1 hat das Druckbegrenzungsventil nROT-mal geöffnet. Der Zähler Z hat jetzt den Wert Z=nD2, wodurch ein Rotalarm ausgelöst wird. Dieser wird angezeigt, indem die Variable D2 auf den Wert D2=1 gesetzt wird. Zum Zeitpunkt t12 wird eine stehende Brennkraftmaschine erkannt, das Signal Motor steht Mst wechselt vom Wert Mst=0 auf den Wert Mst=1. Da die Brennkraftmaschine nun steht, kann das Druckbegrenzungsventil ausgetauscht werden. Nach dem Tausch des
Druckbegrenzungsventils bleibt der Raildrucksensordefekt weiterhin aktiv, weil der Rail- Drucksensor nicht gleichzeitig auch ausgetauscht wurde. Dies wird angezeigt durch das Signal SD, welches weiterhin identisch 1 ist. Zum Zeitpunkt t13 wird nun das
Rücksetzsignal aktiviert, das Signal RS nimmt den Wert 1 an. Als Folge werden beide Alarme zurückgesetzt, d. h. die Variablen D1 und D2 werden auf den Wert 0
zurückgesetzt. Gleichzeitig wird die Variable Z auf den Wert 0 zurückgesetzt, so dass nun der Zählvorgang wieder von vorne beginnen kann. Figur 5 zeigt einen Programmablaufplan zur Überwachung des Druckbegrenzungsventiis bei einem Defekt des Rail-Drucksensors. Bei S1 wird geprüft, ob ein defekter Rail- Drucksensor erkannt wurde. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S1 : nein, so wird in das Programm Normalbetrieb verzweigt. Anderenfalls wird bei S2 der Wert des Merkers3 abgefragt. Der Merker3 wird immer dann gesetzt, wenn das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt wird. Insofern entspricht der Merker3 der Prozessvariablen DBV aus der Figur 3 und der Figur 4. Ist der Merker3=1 , so wird der Programmteil S7 bis S13 durchlaufen. Ist der Merker3=0, so wird der Programmteil S3 bis S6 durchlaufen.
Wurde bei S2 festgestellt, dass das Druckbegrenzungsventil noch geschlossen ist, so wird bei S3 geprüft, ob die Startphase der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist. Hierzu wird die Motordrehzahl mit der Leerlaufdrehzahl verglichen. Ist die Startphase noch nicht abgeschlossen, das heißt, die Prozessvariable START ist 1 , so wird bei S14 fortgefahren. Ist die Startphase beendet, Abfrageergebnis S5: nein, so wird der Zähler Z bei S4 inkrementiert und anschließend bei S5 in einem Unterprogramm UP der Zählerstand geprüft. Das Unterprogramm ist in der Figur 6 dargestellt und wird in Verbindung mit dieser Figur erklärt. Anschließend wird bei S6 der Merker3=1 gesetzt, das heißt, das Druckbegrenzungsventil wird als geöffnet gesetzt. Danach wird der Programmablauf bei S14 fortgesetzt.
Wurde bei S2 erkannt, dass das Druckbegrenzungsventil bereits als geöffnet gesetzt wurde, Merker3=1 , so wird bei S7 die Zeit t1 inkrementiert. Anschließend wird bei S8 geprüft, ob die Zeit t1 das erste Zeitlimit tLi1 , zum Beispiel 3 Betriebsstunden, bereits überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S8: nein, wird der
Programmablauf bei S10 fortgesetzt. Anderenfalls wird bei S9 der Gelbalarm als
Warnung für den Betreiber gesetzt. Bei S10 wird dann geprüft, ob die Zeit t1 auch das zweite Zeitlimit tl_i2, zum Beispiel 5 Betriebsstunden, schon überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S10: nein, so wird der Programmablauf bei S12 fortgesetzt. Anderenfalls wird bei S11 der Rotalarm gesetzt. Bei S12 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine steht. Ist dies nicht der Fall, so wird der Programmablauf bei S14 fortgesetzt. Anderenfalls wird bei S13 der Merker3=0 gesetzt, das heißt, das Druckbegrenzungsventil gilt als geschlossen. Bei S14 wird in einer Abfrage 1
folgendes geprüft: Wurde die Rücksetz-Taste betätigt (RS=1) und liegt ein Gelboder Rotalarm vor und Motor steht (Mst=1 ). Ist die Abfrage negativ, Abfrageergebnis S14: nein, so ist der Programmablauf beendet. Anderenfalls wird bei S15 die Zeit t1 und der Zähler Z auf 0 gesetzt. Dann ist der Programmablauf beendet.
Im Programm-Ablaufplan der Figur 5 ist auch der Fall berücksichtigt, dass der Rail- Drucksensor im laufenden Betrieb ausfällt. In diesem Fall wird nach Durchlaufen von
51 und S2 dann bei S3 erkannt, dass die Startphase abgeschlossen ist,
Abfrageergebnis S3: nein. Im Anschluss wird der Zähler Z bei S4 inkrementiert, der Zählerstand bei S5 geprüft und unmittelbar bei S6 der Merker3=1 gesetzt. Damit gilt das Druckbegrenzungsventil als geöffnet.
In der Figur 6 ist das Unterprogramm UP dargestellt, über welches der Zähler Z abgeprüft wird. Der Zähler Z wird immer dann inkrementiert, wenn ein geöffnetes Druckbegrenzungsventil erkannt wird. Bei S1 wird abgeprüft, ob der Zähler Z größer/gleich als eine vorgebbare Anzahl nGELB, zum Beispiel 30, ist. Ist dies nicht der Fall, so wird mit S3 fortgefahren. Anderenfalls, Abfrageergebnis S1 : ja, wird bei
52 der Gelbalarm zur Warnung des Betreibers initiiert. Anschließend wird bei S3 geprüft, ob der Zähler Z größer/gleich als eine vorgebbare Anzahl nROT, zum Beispiel 50, ist. Ist dies nicht der Fall, so ist das Unterprogramm beendet. Ist der Zähler hingegen größer/gleich als nROT, so wird bei S4 ein Rotalarm initiiert. Über den Rotalarm wird dem Betreiber angezeigt, dass das Druckbegrenzungsventil getauscht werden sollte. Danach ist das Unterprogramm beendet, es wird in das Hauptprogramm der Figur 5 zurückgekehrt und dort bei S5 das Hauptprogramm fortgeführt.
Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Kraftstofftank
3 Niederdruckpumpe
4 Saugdrossel
5 Hochdruckpumpe
6 Rail
7 Injektor
8 Einzelspeicher (optional)
9 Rail-Drucksensor
10 elektronisches Steuergerät (ECU)
11 Druckbegrenzungsventil, passiv
12 Raildruck-Regelkreis
13 Filter
14 Druckregler
15 Begrenzung
16 Pumpen-Kennlinie
17 Funktionsblock

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines passiven Druckbegrenzungsventils (1 1), über welches Kraftstoff aus dem Rail (6) eines Common-Railsystems in den
Kraftstofftank (2) abgeleitet wird, bei dem mit Erkennen eines defekten Rail- Drucksensors (9) vom Raildruck-Regelungsbetrieb in einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck sukzessive bis zum Ansprechen des Druckbegrenzungsventils (1 1) erhöht wird, bei dem im Notbetrieb das
Druckbegrenzungsventil (1 1 ) dann als geöffnet gesetzt wird, wenn zusätzlich die Startphase der Brennkraftmaschine als beendet erkannt wird, und bei dem ergänzend die Öffnungsdauer des Druckbegrenzungsventils (1 1) überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnungsdauer überwacht wird, indem mit Setzen eines geöffneten Druckbegrenzungsventils (11 ) ein erstes Zeitlimit (tl_i1 ) und ein zweites Zeitlimit (tl_i2) für den Weiterbetrieb festgelegt werden, nach Ablauf des ersten Zeitlimits (tLi1 ) ein Gelbalarm zur Warnung des Betreibers initiiert wird und nach Ablauf des zweiten Zeitlimits (tLi2) ein Rotalarm als Empfehlung zum Tausch des
Druckbegrenzungsventils (11 ) initiiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktuelle Öffnungsdauer nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine (1 ) gespeichert wird und nach einem Neustart der Brennkraftmaschine (1)
weitergezählt wird. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach einem Neustart der Brennkraftmaschine (1) die gespeicherte
Öffnungsdauer als maßgeblich zur Initiierung des Gelbalarms und des Rotalarms gesetzt wird, wenn das Druckbegrenzungsventil (11 ) erneut als geöffnet erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass neben der Überwachung der Öffnungsdauer auch die Häufigkeit der
Öffnungsvorgänge erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer ersten Anzahl (nGELB) von Öffnungsvorgängen der Gelbalarm initiiert wird und bei einer zweiten Anzahl (nROT) von Öffnungsvorgängen der Rotalarm initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Normalbetrieb der Raildruck über eine niederdruckseitige Saugdrossel (4) als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis geregelt wird und im Notbetrieb die Saugdrossel in einen vollständig geöffneten Zustand verbracht wird.
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