EP2705237B1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2705237B1
EP2705237B1 EP12719266.4A EP12719266A EP2705237B1 EP 2705237 B1 EP2705237 B1 EP 2705237B1 EP 12719266 A EP12719266 A EP 12719266A EP 2705237 B1 EP2705237 B1 EP 2705237B1
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pressure
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limit
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    • F02M63/005—Pressure relief valves

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and regulating an internal combustion engine with a common rail system and with a passive pressure relief valve for discharging fuel from a rail in the fuel tank, in which the pressure relief valve is monitored according to the preamble of claim 1.
  • the DE 199 37 962 A1 describes the detection of a faulty valve between the high-pressure region and the low-pressure region, if, when a first pressure value is exceeded, the pressure does not drop as expected after a waiting time.
  • the passive pressure relief valve is monitored for opening.
  • An open pressure relief valve is detected after a load shedding because the rail pressure exceeds a limit value, subsequently again a stationary state of the internal combustion engine is detected and, in addition, a characteristic variable of the rail pressure control loop deviates significantly from a reference value.
  • Characteristics of the rail pressure control loop are the I component of the rail pressure regulator and, for example, a PWM signal for controlling the suction throttle.
  • the DE 10 2006 040 441 B3 describes a method for monitoring a passive pressure relief 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 it is then checked whether the rail pressure, despite a temporary increase of the drive signal for the intake throttle, a second, even higher limit, for example, 1920 bar, exceeds. If both limits have been exceeded, the pressure limiting valve is set as open. Due to the scattering of the pressure relief valves, however, the case may occur in practice that the pressure limiting valve is recognized as being open by the evaluation program, but in fact this is still closed. The consequence is an operator error alarm and an erroneous follow-up action.
  • a check is made as to whether the rail pressure has exceeded the second limit value and subsequently falls below a further limit value with a lower pressure level than the second limit value. If the further limit value is undershot, the rail pressure control deviation is then monitored for a predefinable time period. If this is permanently greater during the period than, for example, 20 bar, the pressure relief valve is set open as time passes. It is critical that a pressure relief valve that has been opened can be prone to leaking and cause unwanted leakage during normal operation. The leakage corresponds to that fuel volume flow, which flows via the pressure relief valve undesirable in the fuel tank.
  • the leakage in turn causes a decreasing overall efficiency, since the high-pressure pump must pump more fuel into the rail, so that the target rail pressure is reached.
  • the high-pressure pump can no longer maintain the actual rail pressure, that is, the engine power drops and the exhaust gas values deteriorate with a clearly visible turbidity.
  • the invention is based on the object, in a generic common rail system to recognize an actually open pressure relief valve beyond doubt and set a course of action for further operation.
  • the pressure limiting valve is set as open when, within a first critical time, starting from a stationary rail pressure, the rail pressure exceeds a first limit value and then falls below a second limit value.
  • the first limit is characterized by a higher pressure level than the stationary rail pressure and the second limit is characterized by a lower pressure level than the first limit.
  • the opening duration of the pressure-limiting valve is then monitored by setting an open pressure-limiting valve to set a first time limit, for example three hours, and a second time limit, for example five hours, for further operation. After the expiration of the first time limit, a yellow alarm is initiated to warn the operator and after expiration of the second time limit, a red alarm is issued as a recommendation for the exchange of the Pressure relief valve initiated.
  • the opening duration is stored with recognition of the stationary internal combustion engine. After a restart of the internal combustion engine then the stored opening period is counted further, if in normal operation, the pressure relief valve is set again as open and its opening period is monitored.
  • the simple parameterization and implementation of the method is advantageous. It only has to be measured, which maximum rail pressure is set with the pressure relief valve open. This is the case at maximum engine speed and minimum load. The second limit then needs to be slightly larger than this resulting rail pressure value.
  • the first critical time can also be easily parameterized by recording an opening operation and measuring the time from exceeding the first and falling below the second threshold. Since a pressure drop, due to a control process, z. B. in a load shedding, takes much longer, still a sufficient time reserve can be considered.
  • the simple parameterization is also particularly clear in comparison with a method in which the rail pressure gradient is evaluated. Among other things, the type of gradient calculation plays a major role here, since the maximum negative rail pressure gradient must be determined and compared with the maximum negative rail pressure gradient in controlled operation in order to obtain a criterion for detecting an open pressure relief valve.
  • a safety plus can be achieved by supplementing the single-stage process with a second stage, which is used as a further criterion in addition to the rail pressure control deviation.
  • the method consists in the fact that the pressure relief valve is set as open when, after a positively recognized first stage in the second stage within a second critical time, a rail pressure control deviation has been recognized as being continuously greater than or equal to a limit value. Therefore, the operator can be warned in time if the pressure relief valve is leaking. Of the Operators can thereby replace the pressure relief valve in good time before it comes due to a leaking pressure relief valve, a power loss of the internal combustion engine or to a deterioration of emissions or black smoke.
  • the frequency of opening operations is also recorded in addition.
  • a yellow alarm is initiated at a first number of opening operations and a red alarm is initiated at a second number of opening operations.
  • the FIG. 1 shows a system diagram of an electronically controlled internal combustion engine 1 with a common rail system.
  • the common rail system comprises the following mechanical components: a low-pressure pump 3 for conveying fuel from a fuel tank 2, a variable intake throttle 4 for influencing the fuel volume flow flowing through it, a high-pressure pump 5 for conveying the fuel with 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). In the memory modules relevant for the operation of the internal combustion engine 1 operating data in maps / curves are applied. About this calculates the electronic control unit 10 from the input variables, the output variables.
  • 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 ON.
  • the further sensor signals are combined, for example the charge air pressure of an exhaust gas turbocharger.
  • FIG. 1 are shown as output variables of the electronic control unit 10 is a signal PWM for controlling the suction throttle 4, a signal ve for controlling the injectors 7 (start of injection / injection end) and an output variable OFF.
  • 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.
  • the 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, and a quantity 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.
  • a Summation point B of the calculated target consumption VVb added to the regulator volume flow VR.
  • the target consumption Wb is calculated as a function of a desired injection quantity and the engine speed.
  • the result of the addition at the summation point B corresponds to an unlimited volume flow Vu, which is limited by a limit 15 as a function of the engine speed nMOT.
  • the output of the limit 15 corresponds to a desired 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. Thus, the control loop 12 is closed.
  • FIG. 3 shows in a time chart, the single-stage method for detecting an opening operation of the pressure relief valve with monitoring of the opening time. Over time are shown: the rail pressure pCR, a process variable DBV as a state identifier of the pressure relief valve, a process variable D1 for the yellow alarm, a process variable D2 for the red alarm, a process variable motor Mst for a stationary internal combustion engine and a signal RS as a reset signal.
  • the rail pressure pCR reaches the first limit value pLi1.
  • a first critical time tKr1 begins, which ends at time t3. If, within the first critical time tKr1, the rail pressure pCR drops at least to a second limit value pLi2, then an open pressure limiting valve is detected. This is in FIG.
  • the first limit value pLi1 is z.
  • the second limit value pLi2 must be set so that the rail pressure pCR drops to a lower level than the second limit value pLi2 for all operating points when the pressure relief valve is open.
  • the internal combustion engine is then turned off by the operator so that a motor standstill is detected at the time t6.
  • the process variable Mst (motor stalled) changes from the value 0 to the value 1.
  • the pressure relief valve is now closed, the process variable DBV changes from the value 1 to the value 0.
  • the pressure relief valve should now be replaced with a new valve. If this has happened, the reset button is pressed at time t7, whereby the signal RS changes from the value 0 to the value 1. This resets the alarms, i. H. the two process variables D1 (yellow alarm) and D2 (red alarm) change back to the value 0. Monitoring of the pressure relief valve can now start again.
  • the current opening time is stored when the engine standstill is detected. If, after a restart of the internal combustion engine, an open pressure limiting valve is detected again at a later time, the stored opening time is counted further and monitored for limit violation. By this measure, the security is increased by an undesirable leakage is prevented in normal operation due to a previously opened pressure relief valve.
  • FIG. 4 shows in a time chart, the two-stage method for detecting the opening operation of the pressure relief valve with monitoring of the opening time. Over time, the following are shown: the rail pressure pCR, the process variable DBV as the state identifier of the pressure relief valve, the process variable D1 for the yellow alarm, the process variable D2 for the red alarm, the process variable engine Mst for a stationary internal combustion engine and the signal RS as the reset signal.
  • the rail pressure pCR In order to detect an open pressure limiting valve, the rail pressure pCR must again reach or fall below the second limit value pLi2 within the first critical time tKr1 after reaching the first limit value pLi1. If this is the case, the rail pressure control deviation within a second critical time tKr2 during the time dtdp must be continuously greater than or equal to a limit value dpLi. At the same time, the rail pressure must not fall below a third limit value pLi3 and must not exceed a fourth limit value pLi4 and no motor standstill must be detected. If all these conditions are met, then an open pressure relief valve is detected.
  • the process variable DBV now assumes the value 1.
  • the further procedure corresponds to the single-stage procedure of FIG. 3 that is, from time t5, the first time limit tLi1 and the second time limit tLi2 are set. After the first time limit tLi1 has elapsed, a yellow alarm is initiated. Accordingly, the value of the process variable D1 changes from 0 to 1. This is the case at time t7. At the end of the second time limit tLi2, a red alarm is initiated. Accordingly, the value of the process variable D2 changes from 0 to 1. This is the case at time t8.
  • the FIG. 5 shows a method in which the number of opening operations are monitored in addition to the opening time of the pressure relief valve.
  • both the single-stage procedure ( Fig. 3 ) as well as the two-stage process ( Fig. 4 ) be used.
  • the times (tKr1, tKr2, tLi1, tLi2, etc.) are omitted.
  • Over time are shown: the rail pressure pCR, a counter Z, the process variable DBV as a state identifier of the pressure relief valve, the process variable D1 for the yellow alarm, the process variable D2 for the red alarm, the process variable engine Mst stands for a stationary internal combustion engine and the signal RS as reset signal.
  • an open pressure limiting valve is detected after the rail pressure pCR has first exceeded the first limit value pLi1 and then has fallen below the second limit value pLi2.
  • the signal DBV changes from the value 0 to the value 1.
  • the number of opening operations are counted and stored in the counter Z. Since the first opening process is detected at the time t1, the count changes from the value 0 to the value 1.
  • the internal combustion engine is now turned off.
  • the motor standstill is detected, ie the signal Mst (motor stopped) changes from the value 0 to the value 1.
  • the signal DBV is reset.
  • the internal combustion engine is now restarted, so that at the time t3 a running internal combustion engine is detected.
  • variable D1 changes from value 0 to value 1 (time t7).
  • nD2 times for example 50 times
  • an additional red alarm is triggered at time t10.
  • the variable Mst is set to the value 1.
  • the reset RS is triggered at the time t12, as a result of which the two alarms D1 and D2 are reset to the value 0.
  • the counter Z which describes the number of opening operations, is also reset to the value 0.
  • FIG. 6 shows a program flowchart for monitoring the pressure relief valve.
  • the flag 3 is queried.
  • query result S3 yes
  • the time t1 is compared with a first critical time tKr1 at S7. This time t1 serves to check whether the second limit value pLi2 is reached or undershot within the first critical time tKr1. If the time t1 is greater than the critical time tKr1, query result S7: yes, the flag 1 and the time t1 are reset to the value 0, S16 and S17. Thereafter, the program flow continues at S20. If the first critical time tKr1 is not exceeded by the time t1, query result S7: no, then it is checked at S8 whether the rail pressure pCR reaches or falls below a second limit value pLi2.
  • the counter Z which indicates how many times the pressure relief valve has opened, is incremented.
  • the counter reading is queried in a third subroutine UP3.
  • the third subroutine UP3 will be used in conjunction with the FIG. 9 explained.
  • the program flow continues at S20.
  • the first subroutine UP1 detects the opening duration of the pressure relief valve.
  • a time t5 is incremented and checked at S2 whether the time t5 has already exceeded the first time limit tLi1. If this is not the case, query result S2: no, then it is continued at S4. If the first time limit tLi1 has been exceeded, a yellow alarm is output at S3 as a warning to the operator.
  • FIG. 8 is the second subroutine UP2 shown.
  • time t3 and the time t4 which indicate how long the rail pressure control deviation without interruption has been greater in magnitude than the limit value dpLi, are reset to the value 0, S13 and S14. If none of the abovementioned conditions is met, query result S1: no, then it is checked at S2 whether the rail pressure control deviation ep is greater than or equal to the limit value dpLi. If this is the case, the time t4 is reset to the value 0 at S3. This time t4 measures how long the rail pressure control deviation ep is continuously negative and greater in magnitude than the limit value dpLi. By contrast, time t3 measures how long the rail pressure control deviation ep is continuously positive and greater than the limit value dpLi.
  • query result S4 yes, an open pressure relief valve is detected.
  • the variable DBV (see FIG. 4 ) is set to the value 1.
  • the flags1 and flags2 as well as the time t2 and the time t3 are reset to the value 0.
  • the counter Z is incremented at S6 and then checked for limit violation at S7 in the third subroutine UP3. After that, in the main program of the FIG. 6 branched to point A.
  • query result S2 If it was determined at S2 that the rail pressure control deviation ep is smaller than the limit value dpLi, query result S2: no, the time t3 is reset to the value 0 at S15. It is then checked at S16 whether the rail pressure deviation ep is less than or equal to - dpLi. If this is not the case, query result S16: no, the time t4 is reset to the value 0 at S21 and the time t2 is incremented at S22. If, on the other hand, the condition at S16 is met, query result S16: yes, it is checked at S17 whether the time t4 is greater than or equal to the limit value dtdp.
  • query result S17 no
  • the time t4 is incremented at S23 and the time t2 at S24.
  • the time t4 is greater than or equal to the limit value dtdp
  • an open pressure relief valve is detected at S18 and the variable DBV is set to the value 1.
  • the flags1 and flags2 as well as the time t2 and the time t4 are reset to the value 0 and the flag 3 is set to the value 1.
  • the counter Z is then incremented and at S20 in the third subroutine UP3 (FIG. FIG. 9 ) checks the counter Z for limit violation. After that, in the main program of the FIG. 6 branched to point A.
  • the third subroutine UP3 shown over which the counter Z is checked.
  • the counter is incremented whenever an open pressure relief valve is detected.
  • nGELB a predetermined number
  • query result S1 yes, at S2 the yellow alarm is initiated to warn the operator.
  • nROT a predeterminable number

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem und mit einem passiven Druckbegrenzungsventil zur Ableitung von Kraftstoff aus einem Rail in den Kraftstofftank, bei dem das Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 überwacht wird. Die DE 199 37 962 A1 beschreibt das Erkennen eines fehlerhaften Ventils zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich, wenn bei Überschreiten eines ersten Druckwertes der Druck nach einer Wartezeit nicht wie erwartet abfällt. 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 Kenngrößen des Raildruck-Regelkreises sind der I-Anteil des Raildruckreglers und zum Beispiel ein PWM-Signal zur Ansteuerung der Saugdrossel zu verstehen.
  • 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 Erhöhung des Ansteuersignals für die Saugdrossel, 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.
  • In einer Ausführungsform der DE 10 2006 040 441 B3 wird geprüft, ob der Raildruck den zweiten Grenzwert überschritten hat und anschließend einen weiteren Grenzwert mit niedrigerem Druckniveau als der zweite Grenzwert unterschreitet. Mit Unterschreiten des weiteren Grenzwerts wird dann für einen vorgebbaren Zeitraum die Raildruck-Regelabweichung überwacht. Ist diese während des Zeitraums dauerhaft größer als zum Beispiel 20 bar, so wird mit Ablauf der Zeit das Druckbegrenzungsventil als geöffnet gesetzt. Kritisch ist, dass ein einmal geöffnetes Druckbegrenzungsventil zur Undichtigkeit neigen kann und im Normalbetrieb eine unerwünschte Leckage verursachen kann. Die Leckage entspricht jenem Kraftstoff-Volumenstrom, welcher über das Druckbegrenzungsventil unerwünscht in den Kraftstofftank abfließt. Die Leckage wiederum bewirkt einen sich verringernden Gesamtwirkungsgrad, da die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff in das Rail fördern muss, damit der Soll-Raildruck erreicht wird. Im fortgeschrittenen Stadium kann dann die Hochdruckpumpe den Ist-Raildruck nicht mehr aufrecht erhalten, das heißt, die Motorleistung sinkt und die Abgaswerte verschlechtern sich mit einer deutlich sichtbaren Trübung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem gattungsgemäßen Common-Railsystem ein tatsächlich geöffnetes Druckbegrenzungsventil zweifelsfrei zu erkennen und eine Handlungsempfehlung für den weiteren Betrieb festzulegen.
  • Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind die Ausgestaltungen dargestellt.
  • In einer ersten Stufe wird das Druckbegrenzungsventil dann als geöffnet gesetzt, wenn innerhalb einer ersten kritischen Zeit, ausgehend von einem stationären Raildruck, der Raildruck einen ersten Grenzwert überschreitet und danach einen zweiten Grenzwert unterschreitet. Der erste Grenzwert ist durch ein höheres Druckniveau als der stationäre Raildruck gekennzeichnet und der zweite Grenzwert ist durch ein niedrigeres Druckniveau als der erste Grenzwert gekennzeichnet. Ergänzend wird dann die Öffnungsdauer des Druckbegrenzungsventils überwacht, indem mit Setzen eines geöffneten Druckbegrenzungsventils ein erstes Zeitlimit, beispielsweise drei Stunden, und ein zweites Zeitlimit, beispielsweise fünf Stunden, für den Weiterbetrieb festgelegt werden. Nach Ablauf des ersten Zeitlimits wird ein Gelbalarm zur Warnung des Betreibers initiiert und nach Ablauf des zweiten Zeitlimits wird ein Rotalarm als Empfehlung zum Tausch des Druckbegrenzungsventils initiiert. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebsdauer bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil entscheidend für die Beurteilung ist, ob das Druckbegrenzungsventil nach einem Neustart noch dicht ist oder bereits zur Leckage neigt.
  • Wird vom Betreiber ein manueller Motorstopp ausgelöst, so wird die Öffnungsdauer mit Erkennen der stehenden Brennkraftmaschine abgespeichert. Nach einem Neustart der Brennkraftmaschine wird dann die abgespeicherte Öffnungsdauer weitergezählt, wenn im Normalbetrieb das Druckbegrenzungsventil erneut als geöffnet gesetzt wird und dessen Öffnungsdauer überwacht wird.
  • Bereits die erste Stufe der Überwachung des Überdruckventils bietet ein sicheres Verfahren zur Erkennung eines offenen Überdruckventils. Vorteilhaft ist vor allem die einfache Parametrierung und Implementierung des Verfahrens. Es muss lediglich gemessen werden, welcher Raildruck sich maximal bei offenem Überdruckventil einstellt. Dies ist bei maximaler Motordrehzahl und minimaler Last der Fall. Der zweite Grenzwert muss dann etwas größer als dieser sich ergebende Raildruckwert gewählt werden. Die erste kritische Zeit kann ebenfalls einfach parametriert werden, indem ein Öffnungsvorgang aufgezeichnet wird und die Zeit vom Überschreiten des ersten und dem Unterschreiten des zweiten Grenzwerts gemessen wird. Da ein Druckabfall, bedingt durch einen Regelvorgang, z. B. bei einem Lastabwurf, deutlich länger dauert, kann noch eine hinreichende Zeitreserve berücksichtigt werden. Besonders deutlich wird die einfache Parametrierung auch im Vergleich mit einem Verfahren, bei dem der Raildruckgradient ausgewertet wird. So spielt hierbei unter anderem die Art der Gradientenberechnung eine große Rolle, da der maximale negative Raildruckgradient ermittelt und mit dem maximalen negativen Raildruckgradienten im geregelten Betrieb verglichen werden muss, um ein Kriterium für das Erkennen eines offenen Überdruckventils zu erhalten.
  • Ein Sicherheitsplus kann erzielt werden, indem das einstufige Verfahren durch eine zweite Stufe ergänzt wird, welche neben der Raildruck-Regelabweichung als weiteres Kriterium verwendet wird. Konkret besteht das Verfahren darin, dass das Druckbegrenzungsventil dann als geöffnet gesetzt wird, wenn nach positiv erkannter ersten Stufe in der zweiten Stufe innerhalb einer zweiten kritischen Zeit eine Raildruck-Regelabweichung betragsmäßig ununterbrochen größer/gleich als ein Grenzwert erkannt wurde. Daher kann der Betreiber rechtzeitig gewarnt werden, wenn das Überdruckventil undicht wird. Der Betreiber kann das Druckbegrenzungsventil dadurch rechtzeitig tauschen, bevor es, bedingt durch ein undichtes Druckbegrenzungsventil, zu einem Leistungsabfall der Brennkraftmaschine oder zu einer Verschlechterung der Emissionen oder zu Schwarzrauchbildung kommt.
  • Neben der Öffnungsdauer 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 neben der Betriebsdauer bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil 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
    das einstufige Verfahren in einem Zeitdiagramm,
    Figur 4
    das zweistufige Verfahren in einem Zeitdiagramm,
    Figur 5
    mehrere Öffnungsvorgänge in einem Zeitdiagramm,
    Figur 6
    einen Programmablaufplan,
    Figur 7
    ein erstes Unterprogramm,
    Figur 8
    ein zweites Unterprogramm und
    Figur 9
    ein drittes 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 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 VVb 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 Funktionsblocks 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.
  • Die Figur 3 zeigt in einem Zeitdiagramm das einstufige Verfahren zum Erkennen eines Öffnungsvorganges des Druckbegrenzungsventils mit Überwachung der Öffnungszeit. Über der Zeit sind dargestellt: der Raildruck pCR, 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 eine stehende Brennkraftmaschine und ein Signal RS als Rücksetzsignal.
  • Zum Zeitpunkt t0 entspricht der Raildruck pCR dem stationären Raildruck pSTAT=2200 bar. Nach diesem Zeitpunkt kommt es, ausgelöst z. B. durch einen Kabelbruch der Saugdrossel und damit vollständig geöffneter Saugdrossel, zu einem Ansteigen des Raildrucks. Zum Zeitpunkt t1 erreicht der Raildruck pCR den ersten Grenzwert pLi1. Zum Zeitpunkt t1 beginnt eine erste kritische Zeit tKr1 zu laufen, welche zum Zeitpunkt t3 endet. Kommt es nun innerhalb der ersten kritischen Zeit tKr1 zu einem Absinken des Raildrucks pCR zumindest auf einen zweiten Grenzwert pLi2, so wird ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt. Dies ist in Figur 3 zum Zeitpunkt t2 der Fall, die Prozessvariable DBV ändert sich nun vom Wert 0 auf den Wert 1, das heißt, das Druckbegrenzungsventil wird als geöffnet gesetzt (DBV=1). Der erste Grenzwert pLi1 wird z. B. auf den Wert pLi1=2320 bar eingestellt. Der zweite Grenzwert pLi2 muss so eingestellt werden, dass der Raildruck pCR bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil für alle Betriebspunkte auf ein tieferes Niveau als der zweite Grenzwert pLi2 abfällt. In der Praxis kann der zweite Grenzwert pLi2 z. B. den Wert pLi2=1000 bar annehmen. Bei Prüfstandsversuchen wurde ermittelt, dass das Absinken des Raildrucks pCR vom ersten Grenzwert pLi1 auf den zweiten Grenzwert pLi2 im Falle eines öffnenden Druckbegrenzungsventils innerhalb einer Zeitspanne von ca. 0.2 Sekunden erfolgt. Die erste kritische Zeit tKr1 kann deshalb z. B. auf den Wert tKr1=0.5 Sekunden eingestellt werden.
  • Mit dem Erkennen eines geöffneten Druckbegrenzungsventils beginnt ab dem Zeitpunkt t2 die Überwachung der Öffnungszeit. Wird das Druckbegrenzungsventil während eines ersten Zeitlimits tLi1 im geöffneten Zustand betrieben, so wird mit Ablauf des ersten Zeitlimits tLi1, zum Beispiel tLi1=3 Stunden, ein Gelbalarm ausgelöst. Dies ist zum Zeitpunkt t4 der Fall. Die Prozessvariable D1 wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Über den Gelbalarm wird der Betreiber gewarnt. Wird das Druckbegrenzungsventil auch noch während des zweiten Zeitlimits tLi2 im geöffneten Zustand betrieben, zum Beispiel tLi2=5 Stunden, so wird nach Ablauf des zweiten Zeitlimits tLi2 ein Rotalarm ausgelöst. Dies ist zum Zeitpunkt t5 der Fall. Die Prozessvariable D2 wechselt vom Wert 0 zum Wert 1. Die Brennkraftmaschine wird anschließend vom Betreiber abgestellt, so dass zum Zeitpunkt t6 ein Motorstillstand erkannt wird. Die Prozessvariable Mst (Motor steht) wechselt dadurch vom Wert 0 zum Wert 1. Das Druckbegrenzungsventil ist nun geschlossen, die Prozessvariable DBV ändert sich vom Wert 1 auf den Wert 0. Das Druckbegrenzungsventil sollte nun gegen ein neues Ventil ausgetauscht werden. Ist dies erfolgt, so wird zum Zeitpunkt t7 die Reset-Taste gedrückt, wodurch das Signal RS vom Wert 0 auf den Wert 1 wechselt. Dadurch werden die Alarme zurückgesetzt, d. h. die beiden Prozessvariablen D1 (Gelbalarm) und D2 (Rotalarm) wechseln wieder zurück auf den Wert 0. Die Überwachung des Druckbegrenzungsventils kann nun wieder von Neuem beginnen.
  • Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, bevor die Öffnungszeit das erste Zeitlimit tLi1 oder das zweite Zeitlimit tLi2 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 im Normalbetrieb eine unerwünschte Leckage aufgrund eines zuvor geöffneten Druckbegrenzungsventils unterbunden wird.
  • Die Figur 4 zeigt in einem Zeitdiagramm das zweistufige Verfahren zum Erkennen des Öffnungsvorganges des Druckbegrenzungsventils mit Überwachung der Öffnungszeit. Über der Zeit sind dargestellt: der Raildruck pCR, die Prozessvariable DBV als Zustandskennung des Druckbegrenzungsventils, die Prozessvariable D1 für den Gelbalarm, die Prozessvariable D2 für den Rotalarm, die Prozessvariable Motor steht Mst für eine stehende Brennkraftmaschine und das Signal RS als Rücksetzsignal.
  • Der Verlauf im Zeitraum t0 bis t3 entspricht dem der Figur 3. Um ein offenes Druckbegrenzungsventil zu erkennen, muss der Raildruck pCR wiederum nach Erreichen des ersten Grenzwerts pLi1 innerhalb der ersten kritischen Zeit tKr1 den zweiten Grenzwert pLi2 erreichen bzw. unterschreiten. Ist dies der Fall, so muss die Raildruck-Regelabweichung innerhalb einer zweiten kritischen Zeit tKr2 während der Zeit dtdp betragsmäßig ununterbrochen größer oder gleich als ein Grenzwert dpLi sein. Gleichzeitig darf der Raildruck einen dritten Grenzwert pLi3 nicht unter- und einen vierten Grenzwert pLi4 nicht überschreiten und es darf kein Motorstillstand erkannt werden. Sind alle diese Bedingungen erfüllt, dann wird ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt. Dies ist zum Zeitpunkt t5 der Fall. Die Prozessvariable DBV nimmt nun den Wert 1 an. Der weitere Ablauf entspricht dem einstufigen Verfahren der Figur 3, das heißt, ab dem Zeitpunkt t5 wird das erste Zeitlimit tLi1 und das zweite Zeitlimit tLi2 gesetzt. Nach Ablauf des ersten Zeitlimits tLi1 wird ein Gelbalarm initiiert. Dementsprechend ändert sich der Wert der Prozessvariablen D1 von 0 nach 1. Dies ist zum Zeitpunkt t7 der Fall. Mit Ablauf des zweiten Zeitlimits tLi2 wird ein Rotalarm initiiert. Dementsprechend ändert sich der Wert der Prozessvariablen D2 von 0 nach 1. Dies ist zum Zeitpunkt t8 der Fall. Zum Zeitpunkt t9 wird Motorstillstand erkannt, d. h. das Signal Mst (Motor steht) wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Das Druckbegrenzungsventil ist nun wieder geschlossen, so dass die Prozessvariable DBV vom Wert 1 auf den Wert 0 wechselt. Zum Zeitpunkt t10 wird der Reset RS aktiviert, was zur Folge hat, dass die Alarme zurückgesetzt werden, d. h. die Signale D1 und D2 werden vom Wert 1 auf den Wert 0 zurückgesetzt.
  • Die Figur 5 zeigt ein Verfahren, bei dem neben der Öffnungszeit des Druckbegrenzungsventils auch die Anzahl der Öffnungsvorgänge überwacht werden. Für die einzelnen Öffnungsvorgänge kann sowohl das einstufige Verfahren (Fig. 3) als auch das zweistufige Verfahren (Fig. 4) verwendet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur 5 die Zeiten (tKr1, tKr2, tLi1, tLi2 usw.) weggelassen. Über der Zeit sind dargestellt: der Raildruck pCR, ein Zähler Z, die Prozessvariable DBV als Zustandskennung des Druckbegrenzungsventils, die Prozessvariable D1 für den Gelbalarm, die Prozessvariable D2 für den Rotalarm, die Prozessvariable Motor steht Mst für eine stehende Brennkraftmaschine und das Signal RS als Rücksetzsignal.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt, nachdem der Raildruck pCR den ersten Grenzwert pLi1 zuerst überschritten und den zweiten Grenzwert pLi2 anschließend unterschritten hat. Das Signal DBV wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Die Anzahl der Öffnungsvorgänge werden gezählt und im Zähler Z gespeichert. Da zum Zeitpunkt t1 der erste Öffnungsvorgang erkannt wird, wechselt der Zählerstand vom Wert 0 auf den Wert 1. Die Brennkraftmaschine wird nun abgestellt. Zum Zeitpunkt t2 wird der Motorstillstand erkannt, d. h. das Signal Mst (Motor steht) wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Das Signal DBV wird zurückgesetzt. Die Brennkraftmaschine wird nun wieder gestartet, so dass zum Zeitpunkt t3 eine laufende Brennkraftmaschine erkannt wird. Dies bedeutet, dass das Signal Mst (Motor steht) zu diesem Zeitpunkt zurückgesetzt wird. Zum Zeitpunkt t4 wird zum zweiten Mal ein offenes Überdruckventil erkannt. Der Zähler Z wird auf den Wert zwei hochgezählt. Die Variable DBV nimmt gleichzeitig wieder den Wert 1 an. Die Brennkraftmaschine wird wieder abgestellt, so dass zum Zeitpunkt t5 ein Motorstillstand erkannt wird, d. h. die Variable Motor steht Mst wird wieder auf den Wert 1 gesetzt. Die Variable DBV wird auf den Wert 0 zurückgesetzt. Im Folgenden wird die Anzahl der Öffnungsvorgänge weiter gezählt, d. h. der Zähler Z wird mit jedem weiteren Öffnungsvorgang inkrementiert. Hat das Druckbegrenzungsventil insgesamt nD1 mal geöffnet, zum Beispiel 30 mal, so wird ein Gelbalarm ausgelöst, d. h. in diesem Fall wechselt die Variable D1 vom Wert 0 auf den Wert 1 (Zeitpunkt t7). Hat das Überdruckventil schließlich nD2 mal geöffnet, zum Beispiel 50 mal, so wird zum Zeitpunkt t10 zusätzlich ein Rotalarm ausgelöst. Zum Zeitpunkt t11 wird ein Motorstillstand erkannt, die Variable Mst wird auf den Wert 1 gesetzt. Spätestens zum jetzigen Zeitpunkt sollte ein Austausch des Druckbegrenzungsventils erfolgen. Ist dieser Austausch erfolgt, so wird zum Zeitpunkt t12 der Reset RS ausgelöst, dadurch werden die beiden Alarme D1 und D2 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Der Zähler Z, welcher die Anzahl der Öffnungsvorgänge beschreibt, wird ebenfalls auf den Wert 0 zurückgesetzt. Damit kann die Überwachung des Druckbegrenzungsventils nun von Neuem beginnen.
  • Figur 6 zeigt einen Programmablaufplan zur Überwachung des Druckbegrenzungsventils. Bei S1 wird der Merker3 abgefragt. Der Merker3 ist dann gesetzt, wenn das Druckbegrenzungsventil bereits offen ist (Merker3=1). Ist dies der Fall, Abfrageergebnis S1: ja, so wird in ein erstes Unterprogramm UP1 verzweigt, welches in Verbindung mit der Figur 7 erklärt wird. Anderenfalls wird bei S2 ein Merker2 abgefragt. Der Merker2 wird dann gesetzt (Merker2=1), wenn das zweistufige Verfahren verwendet wird und das einstufige Verfahren bereits erfolgreich durchlaufen wurde. Ist dies der Fall, Abfrageergebnis S2: ja, so wird in ein zweites Unterprogramm UP2 verzweigt, welches in Verbindung mit der Figur 8 erklärt wird. Anderenfalls wird bei S3 der Wert eines Merkers1 abgefragt. Der Merker1 wird dann gesetzt (Merker1=1), wenn ein erster Grenzwert pLi1 bereits erreicht wurde. Der erste Grenzwert pLi1 kennzeichnet ein höheres Druckniveau als der stationäre Raildruck pSTAT. Typische Werte sind für den stationären Raildruck pSTAT=2200 bar und für den ersten Grenzwert pLi1 =2320 bar. Wurde der Merker1 noch nicht gesetzt, Abfrageergebnis S3: nein, so wird bei S4 geprüft, ob der Raildruck pCR den ersten Grenzwert pLi1 erreicht oder überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S4: nein, so fährt der Programmablauf bei S20 fort. Anderenfalls wird bei S5 der Merker1 auf den Wert 1 gesetzt (Merker1=1) und bei S6 eine Zeit t1 inkrementiert. Danach wird der Programmablauf bei S20 fortgesetzt.
  • Hat die Prüfung bei S3 ergeben, dass der Merker1 gesetzt ist, Abfrageergebnis S3: ja, so wird bei S7 die Zeit t1 mit einer ersten kritischen Zeit tKr1 verglichen. Diese Zeit t1 dient dazu, zu überprüfen, ob der zweite Grenzwert pLi2 innerhalb der ersten kritischen Zeit tKr1 erreicht oder unterschritten wird. Ist die Zeit t1 größer als die kritische Zeit tKr1, Abfrageergebnis S7: ja, so werden der Merker1 und die Zeit t1 auf den Wert 0 zurückgesetzt, S16 und S17. Danach wird der Programmablauf bei S20 fortgesetzt. Wird die erste kritische Zeit tKr1 von der Zeit t1 nicht überschritten, Abfrageergebnis S7: nein, so wird bei S8 geprüft, ob der Raildruck pCR einen zweiten Grenzwert pLi2 erreicht oder unterschreitet. Ein typischer Wert für den zweiten Grenzwert ist pLi2=1000 bar. Ist dies nicht der Fall, so wird bei S9 die Zeit t1 inkrementiert und der Programmablauf am Punkt A fortgesetzt. Wurde bei S8 festgestellt, dass der Raildruck pCR den zweiten Grenzwert pLi2 erreicht oder unterschritten hat, so wird die Zeit t1 bei S10 auf den Wert t1=0 zurückgesetzt. Die erste Stufe des Überwachungsverfahrens ist damit abgeschlossen.
  • Nun wird bei S11 geprüft, ob das Überwachungsverfahren in zwei Stufen durchgeführt werden soll. Ist die zweite Stufe gesetzt, Abfrageergebnis S11: ja, so wird bei S18 der Merker2 auf den Wert 1 gesetzt und bei S19 wird die Zeit t2 inkrementiert. Diese Zeit t2 dient dazu, zu überprüfen, ob innerhalb einer zweiten kritischen Zeit tKr2 während eines Zeitraums dtdp ununterbrochen eine Raildruck-Regelabweichung ep vorliegt, welche betragsmäßig größer oder gleich als der Grenzwert dpLi ist. Soll nur das einstufige Überwachungsverfahren eingesetzt werden, Abfrageergebnis S11: nein, so wird bei S12 der Merker1 auf den Wert Merker1=0 zurückgesetzt und bei S13 der Merker3 auf den Wert Merker3=1 gesetzt, d. h. in diesem Fall wird ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt. Anschließend wird bei S14 der Zähler Z, welcher anzeigt, wie oft das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat, inkrementiert. Bei S15 wird in einem dritten Unterprogramm UP3 der Zählerstand abgefragt. Das dritte Unterprogramm UP3 wird in Verbindung mit der Figur 9 erklärt. Danach wird der Programmablauf bei S20 fortgesetzt. Bei S20 wird in einer Abfrage 1 die folgende Bedingung abgeprüft: Wurde das Resetsignal RS ausgegeben, d. h. wurde das Druckbegrenzungsventil getauscht, und fand ein Gelbalarm oder ein Rotalarm statt und steht der Motor (Mst=1). Ist diese Abfrage negativ, so ist der Programmablauf beendet. Ist die Abfrage positiv, Abfrageergebnis S20: ja, so werden bei S21 eine Zeit t5 und der Zähler Z auf Null gesetzt. Damit ist der Programmablauf beendet.
  • In der Figur 7 ist das erste Unterprogramm UP1 dargestellt. Über das erste Unterprogramm UP1 wird die Öffnungsdauer des Druckbegrenzungsventils erfasst. Aufgerufen wird das erste Unterprogramm UP1, wenn im Hauptprogramm der Figur 6 bei S1 festgestellt wurde, dass der Merker3 gesetzt ist (Merker3=1), also dass das Druckbegrenzungsventil bereits offen ist. Bei S1 wird eine Zeit t5 inkrementiert und bei S2 geprüft, ob die Zeit t5 das erste Zeitlimit tLi1 bereits überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S2: nein, so wird bei S4 fortgefahren. Wurde das erste Zeitlimit tLi1 überschritten, so wird bei S3 ein Gelbalarm als Warnung des Betreibers ausgegeben. Danach wird bei S4 geprüft, ob die Zeit t5 auch das zweite Zeitlimit tLi2 überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, wird bei S6 fortgefahren. Wurde auch das zweite Zeitlimit tLi2 überschritten, so wird bei S5 der Rotalarm gesetzt. Anschließend wird bei S6 anhand des Signals Motor steht Mst geprüft, ob die Brennkraftmaschine steht. Wurde das Signal Motor steht Mst nicht gesetzt, wird zum Hauptprogramm der Figur 6, Punkt A, zurückgekehrt. Ist das Signal Motor steht Mst gesetzt, so wird bei S7 der Merker3 auf den Wert Merker3=0 gesetzt und zum Hauptprogramm der Figur 6, Punkt A, zurückgekehrt.
  • In der Figur 8 ist das zweite Unterprogramm UP2 dargestellt. Aufgerufen wird das zweite Unterprogramm UP2, wenn im Hauptprogramm der Figur 6 bei S2 festgestellt wurde, dass der Merker2 gesetzt ist (Merker2=1). Ist dieser gesetzt, so hat das Überwachungsverfahren zwei Stufen, wobei die erste Stufe bereits erfolgreich abgelaufen ist. Bei S1 wird in einer Abfrage 2 geprüft, ob die Zeit t2 die zweite kritische Zeit tKr2 überschreitet oder ob der Raildruck pCR einen vierten Grenzwert pLi4 überschreitet oder ob der Raildruck pCR einen dritten Grenzwert pLi3 unterschreitet oder ob ein Motorstillstand (Mst=1) erkannt ist. Ist eine dieser Bedingungen bei S1 erfüllt, Abfrageergebnis S1: ja, so wird das Verfahren abgebrochen, d. h. es wird in diesem Fall kein offenes Druckbegrenzungsventil detektiert. Nachfolgend werden dann bei S10 der Merker1, bei S11 der Merker2 und bei S12 die Zeit t2 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Auch die Zeit t3 und die Zeit t4, welche anzeigen, wie lange die Raildruck-Regelabweichung ohne Unterbrechung betragsmäßig größer als der Grenzwert dpLi war, werden auf den Wert 0 zurückgesetzt, S13 und S14. Ist keine der o. g. Bedingungen erfüllt, Abfrageergebnis S1: nein, so wird bei S2 überprüft, ob die Raildruck-Regelabweichung ep größer oder gleich als der Grenzwert dpLi ist. Ist dies der Fall, so wird bei S3 die Zeit t4 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Diese Zeit t4 misst, wie lange die Raildruck-Regelabweichung ep ununterbrochen negativ und betragsmäßig größer als der Grenzwert dpLi ist. Die Zeit t3 hingegen misst, wie lange die Raildruck-Regelabweichung ep ununterbrochen positiv und größer als der Grenzwert dpLi ist. Erreicht die Zeit t3 den Grenzwert dtdp, Abfrageergebnis S4: ja, so wird ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt. Bei S5 wird die Variable DBV (siehe Figur 4) auf den Wert 1 gesetzt. Ebenfalls bei S5 werden die Merker1 und Merker2 sowie die Zeit t2 und die Zeit t3 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Der Merker3, welcher der Prozessvariablen DBV entspricht, wird auf den Wert Merker3=1 gesetzt. Der Zähler Z wird bei S6 inkrementiert und anschließend bei S7 im dritten Unterprogramm UP3 auf Grenzwertverletzung überprüft. Danach wird in das Hauptprogramm der Figur 6 zum Punkt A verzweigt. Wird bei S4 erkannt, dass die Zeit t3 kleiner als der Grenzwert dtdp is, Abfrageergebnis S4: nein, so wird bei S8 die Zeit t3 inkrementiert und bei S9 die Zeit t2 inkrementiert und in das Hauptprogramm der Figur 6 zum Punkt A verzweigt.
  • Wurde bei S2 festgestellt, dass die Raildruck-Regelabweichung ep kleiner als der Grenzwert dpLi ist, Abfrageergebnis S2: nein, so wird bei S15 die Zeit t3 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Anschließend wird bei S16 überprüft, ob die Raildruck-Regelabweichung ep kleiner oder gleich als - dpLi ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S16: nein, so wird bei S21 die Zeit t4 auf den Wert 0 zurückgesetzt und bei S22 die Zeit t2 inkrementiert. Ist die Bedingung bei S16 hingegen erfüllt, Abfrageergebnis S16: ja, wird bei S17 überprüft, ob die Zeit t4 größer oder gleich als der Grenzwert dtdp ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S17: nein, werden bei S23 die Zeit t4 und bei S24 die Zeit t2 inkrementiert. Danach wird in das Hauptprogramm der Figur 6 zum Punkt A verzweigt. Wurde bei S17 festgestellt, dass die Zeit t4 größer/gleich als der Grenzwert dtdp ist, so wird bei S18 ein offenes Druckbegrenzungsventil erkannt und die Variable DBV wird auf den Wert 1 gesetzt. Ebenfalls bei S18 werden die Merker1 und Merker2 sowie die Zeit t2 und die Zeit t4 auf den Wert 0 zurückgesetzt und der Merker3 auf den Wert 1 gesetzt. Bei S19 wird dann der Zähler Z inkrementiert und bei S20 im dritten Unterprogramm UP3 (Figur 9) der Zähler Z auf Grenzwertverletzung überprüft. Danach wird in das Hauptprogramm der Figur 6 zum Punkt A verzweigt.
  • In der Figur 9 ist das dritte Unterprogramm UP3 dargestellt, über welches der Zähler Z abgeprüft wird. Der Zähler 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 S2 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.
    • 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 (7)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Common-Railsystem sowie mit einem passiven Druckbegrenzungsventil (11) zur Ableitung von Kraftstoff aus einem Rail (6) in den Kraftstofftank (2), bei dem in einer ersten Stufe das Druckbegrenzungsventil (11) dann als geöffnet gesetzt (DBV=1) wird, wenn innerhalb einer ersten kritische Zeit (tKr1), ausgehend von einem stationären Raildruck (pSTAT) der Raildruck einen ersten Grenzwert (pLi1) überschreitet und danach einen zweiten Grenzwert (pLi2) unterschreitet, wobei der erste Grenzwert (pLi1) ein höheres Druckniveau als der stationäre Raildruck (pSTAT) kennzeichnet und der zweite Grenzwert (pLi2) ein niedrigeres Druckniveau als der erste Grenzwert (pLi1) kennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsdauer des geöffneten Druckbegrenzungsventils (11) überwacht wird, indem mit Setzen eines geöffneten Druckbegrenzungsventils (11) ein erstes Zeitlimit (tLi1) und ein zweites Zeitlimit (tLi2) 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste kritische Zeit (tKr1) mit Überschreiten des ersten Grenzwerts (pLi1) gesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Öffnungsdauer mit Erkennen einer stehenden Brennkraftmaschine (1) abgespeichert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach einem Neustart der Brennkraftmaschine (1) die abgespeicherte Öffnungsdauer weitergezählt wird, wenn im Normalbetrieb das Druckbegrenzungsventil (11) erneut als geöffnet gesetzt wird und die Öffnungsdauer des Druckbegrenzungsventils (11) überwacht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Druckbegrenzungsventil (11) dann als geöffnet gesetzt (DBV=1) wird, wenn nach positiv erkannter erster Stufe in einer zweiten Stufe innerhalb einer zweiten kritischen Zeit (tKR2) eine Raildruck-Regelabweichung (ep) betragsmäßig ununterbrochen größer/gleich als ein Grenzwert (dpLi) erkannt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ergänzend zur Überwachung der Öffnungsdauer auch die Häufigkeit der Öffnungsvorgänge erfasst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    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.
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