WO2019115342A1 - Verfahren und vorrichtung zur vorhersage des ausfallzeitpunktes des druckbegrenzungsventils einer kraftstoffhochdruckpumpe eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur vorhersage des ausfallzeitpunktes des druckbegrenzungsventils einer kraftstoffhochdruckpumpe eines kraftfahrzeugs Download PDF

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Michael Wirkowski
Tobias Ritsch
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for predicting the failure time of the pressure limiting valve of a high-pressure fuel pump of a motor vehicle.
  • This pressure limitation is important for the following two cases: a.) A high pressure pump can not be controlled by a malfunction and promotes erroneous instead of a given amount of fuel too much fuel or even the maximum amount of fuel in the Hochtikbe rich. b.) After switching off the internal combustion engine, the high pressure range of the internal combustion engine by engine waste heat on heated. The degree of heating depends on the engine temperature and the fuel temperature and is in practice different levels. At a high degree of heating, the pressure in the high-pressure region, which is hermetically sealed, increases.
  • the pressure limited by the pressure relief valve is as low as possible to ensure the opening of the injectors to ge, the pressure relief valve is set so that it opens at this pressure and discharges the fuel from the high pressure region of the system in the low pressure region of the internal combustion engine.
  • pressure peaks may occur even in the presence of special operating points, in particular under high load and / or high rotational speeds, which open the pressure relief valve for a short time.
  • the pressure relief valve is also used in normal operation of the internal combustion engine, i. opened and closed.
  • the opening of the pressure relief valve causes increasing wear of the pressure relief valve. Too much wear will cause the pressure relief valve to leak. An adequate engine start is no longer possible in this case. In extreme cases, an engine start is no longer possible.
  • the vehicle can not be started after a break during a longer journey, so that a towing of the vehicle and an unscheduled visit to the workshop are necessary. Furthermore, it is already known to replace the pressure relief valve or the entire high-pressure fuel pump for a pre-specified operating time as a precaution.
  • Pressure peaks does not open or that caused by pressure peaks opening the pressure relief valve is prevented by the height of the set pressure, for example, at a pressure of 60 bar above the nominal pressure of for example 250 bar.
  • this procedure has the disadvantage in the system design that the injectors must also withstand at least such high pressures and also must be able to inject even at the high opening pressure of the pressure relief valve and that the magnetic circuit must be designed for correspondingly high pressures. This is associated with high component costs for the injectors.
  • the object of the invention is to provide a method and a device, by which a better availability of the high-pressure pump and thus of the vehicle, in which the high-pressure pump is installed, is achieved.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the repair behavior, the reliability and the interpretation of high-pressure fuel pumps can be positively changed by the evaluation of the relationships between the time course characteristic wear characteristics of Druckbe limiting valve and the time interval to a ver schl formulate employmenten failure of the high-pressure fuel pump.
  • the monitoring of the characteristic wear characteristics, the collection of associated data and the correct interpretation of these data leads to the possibility of predicting the time of a wear-related failure of the pressure relief valve and thus the high-pressure fuel pump and thereby the machine robustness, reliability and availability of the motor vehicle while reducing Increase unforeseen workshop times and unanticipated resource requirements.
  • the maximum opening pressure of the pressure relief valve can be set lower without risking vehicle dropouts or stoppages of vehicles.
  • the solenoid valves or injectors can be carried out more cost-effectively, since the magnetic circuit must open against lower pressures and the solenoid valves or injectors are exposed to lower pressures. This results, inter alia, a different, more cost-effective material selection.
  • FIG. 1 shows a first diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure relief valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a second diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure relief valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle
  • FIG. 3 is a third diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure limiting valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle and
  • FIG. 4 shows a fourth diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time point of the pressure-limiting valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle,
  • the invention provides a method for predicting the failure time of the pressure limiting valve of a high-pressure fuel pump of a motor vehicle, which comprises the following method steps:
  • This latter time is predicted as a failure of the pressure relief valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle and can be displayed to the driver of the motor vehicle and / or the workshop personnel automatically or after a successful call.
  • the characteristic parameter of the pressure-limiting valve specified in claim 1 is preferably the pressure applied to the pressure-limiting valve, as can be seen from the following explanation of the figures.
  • FIG. 1 shows a first diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure-limiting valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle.
  • the pressure in bar is shown to the top and the time in minutes to the right.
  • the curve K1 characterizes the behavior of a newly commissioned pressure relief valve.
  • Curve K2 characterizes the behavior of a pressure-limiting valve that has already been put into operation and is still completely sealed.
  • the curve K3 characterizes the behavior of an already worn, no longer completely tight pressure relief valve.
  • the curve K4 characterizes the behavior of an already defective pressure relief valve.
  • Pressure relief valve applied pressure acts. It can be seen from the curves K1 and K2 that, in the presence of a new pressure relief valve or a no longer new, but still normally sealed pressure relief valve, after the motor vehicle has been turned off, a brief increase in pressure occurs within the framework of a short postheating phase in the high pressure region of the motor vehicle and after this short increase in pressure occurs over a time extending pressure drop. It can be seen from the curves K3 and K4 that, in the presence of an already worn-out pressure limiting valve or an already defective pressure limiting valve, after stopping the motor vehicle, a greater pressure drop extending over time already occurs from the beginning.
  • This pressure curve after stopping the engine characterizes the degree of wear of the pressure limiting valve and, after further evaluation of this pressure loss, allows a prediction of the time of the wear-related failure of the pressure relief valve.
  • the pressure is preferably measured after each stop of the engine, the pressure difference he averages and stored as a relevant, the respective pressure drop associated size. The time course of this stored size, plotted against the number of operating hours, makes it possible to predict the time of the ver
  • the occurring after stopping the engine pressure loss is a measure of the wear of the pressure relief valve.
  • the pressure level at which a certain pressure gradient, measured in bar per minute, occurs is a value that becomes smaller with increasing wear of the pressure relief valve. This value is determined using the measured pressure values.
  • the pressure loss curves for different degrees of wear of the pressure relief valve are shown. It can be seen that the gradient value, here for example 10 bar per minute, can be found at a lower pressure level with increasing wear of the pressure-limiting valve. If this pressure level, at which the predetermined pressure gradient occurs, is tracked over the number of operating hours, a further trend can be predicted by a trend analysis. By comparing this further course with a predetermined wear limit, the time when the wear limit is reached can be predicted.
  • FIG. shows a second diagram, which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure relief valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle.
  • the pressure level is plotted in bar and to the right the operating time of the pressure relief valve in operating hours.
  • the pressure level indicated by PI was determined after 700 hours of operation.
  • the pressure level designated P2 was determined after 900 hours of operation.
  • the pressure level designated P3 was determined after 1200 hours of operation.
  • the pressure level designated P4 was determined after 2100 hours of operation. From the course of the determined pressure levels, the time can be predicted before, at which a wear-related failure of the pressure relief valve is expected. In the embodiment shown in Figure 2, this is after 3000 Be operating hours of the case.
  • the driver of the motor vehicle has the opportunity in good time before the predicted failure of the pressure relief valve for a repair or replacement of the pressure relief valve or the entire fuel high pressure pump care.
  • FIG. 3 shows a third diagram which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure-limiting valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle instead of the first diagram shown in FIG.
  • the curve K2 characterizes the behavior of a pressure-limiting valve that has already been put into operation and is still completely sealed.
  • the curve K3 characterizes the behavior of an already worn, no longer completely tight pressure relief valve.
  • the curve K4 characterizes the behavior of an already defective pressure limiting valve. For the preparation of these curves takes place after stopping the motor vehicle, a measurement of a characteristic parameter of the pressure relief valve, which is in this cha rakteristic parameter to those in the high pressure area on
  • Pressure relief valve applied pressure acts. It can be seen from the curves K1 and K2 that, in the presence of a new pressure relief valve or a no longer new, but still normally sealed pressure relief valve, after the motor vehicle has been turned off, a brief increase in pressure occurs within the framework of a short postheating phase in the high pressure region of the motor vehicle and after this short increase in pressure occurs over a time extending pressure drop. It can be seen from the curves K3 and K4 that, in the presence of an already worn-out pressure limiting valve or an already defective pressure limiting valve, after stopping the motor vehicle, a greater pressure drop extending over time already occurs from the beginning.
  • This pressure curve after stopping the engine characterizes the degree of wear of the pressure limiting valve and, after further evaluation of this pressure loss, allows a prediction of the time of the wear-related failure of the pressure relief valve.
  • the pressure drop is preferably measured after each shutdown of the engine and stored the pressure difference as relevant, the respective pressure drop associated and determined from the respective pressure variable. The time course of this stored size, plotted against the number of operating hours, allows a prediction of the time of the wear-related failure of the Druckbegren relief valve and thus also on the expected
  • the pressure in the high-pressure region at the pressure limit valve applied pressure over time. After a predetermined period of time, this pressure has reached a different, lower pressure level as a function of the present degree of wear of the pressure regulating valve.
  • the predetermined period of time is 5 minutes. After this period, the pressure level of the curve Kl is 325 bar, the pressure level of the curve K2 to 310 bar, the pressure level of the curve K3 to 260 bar and the pressure level of the curve K4 to 200 bar.
  • this pressure level which occurs after the defined time, is determined and stored over the remaining service life of the pressure relief valve each time the engine is stopped, then the further course of the wear-related pressure loss curve can be predicted by a trend analysis, which in turn determines the time of a wear-related failure of the pressure control valve can be predicted.
  • FIG. This shows a fourth diagram, which can be used in the prediction of the wear-related failure time of the pressure relief valve of the high-pressure fuel pump of a motor vehicle instead of the second diagram shown in Figure 2.
  • this fourth diagram in turn, the pressure level in bar and to the right the operating time of the pressure limiting valve in operating hours is plotted upward.
  • the pressure level indicated by PI was determined after 700 hours of operation.
  • the pressure level designated P2 was determined after 900 hours of operation.
  • the pressure level designated P3 was determined after 1200 hours of operation.
  • the pressure level designated P4 was determined after 2100 hours of operation. From the course of the determined pressure levels, the time can be predicted here, at which a wear-related failure of the pressure relief valve is to be expected. In the embodiment shown in Figure 4, this is also the case after 3000 hours of operation. By this prediction, the driver of the motor vehicle has the opportunity in good time before the predicted failure of the pressure relief valve for a repair or replacement of the pressure relief valve or the entire fuel high pressure pump care.
  • the pressure relief valve can be opened both in a Nachloomphase after stopping the engine as well as in operating points with high load and speed. Consequently, the operating point range is known in which the pressure relief valve can be opened. This opens up the possibility of counting the times when the engine is operated at these operating points. There is also the possibility of individual load cycles such as a
  • the trend algorithm may also include, for example, the frequency of the critical load points in order to adapt the prediction to the usage behavior occurring during operation. For example, the prediction for a driver who frequently operates the vehicle at critical load points will predict an earlier failure of the pressure relief valve than for a driver who rarely operates the vehicle at critical load points.
  • An apparatus for predicting the timing of the pressure relief valve of a high-pressure fuel pump of a motor vehicle thus has a Control unit, which is designed to control a method according to one of claims 1 to 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: - Messen eines charakteristischen Parameters des Druckbegrenzungsventils nach jedem Abstellen des Kraftfahrzeugs, - Ermitteln und Abspeichern einer unter Verwendung des gemessenen charakteristischen Parameters ermittelten Größe, - Ermitteln des Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe über der Zeit, - Vorhersage des zukünftigen Verlaufes der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe und - Vergleich des vorhergesagten zukünftigen Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe mit einem vorgegebenen Verschleißgrenzwert zur Vorhersage des Zeitpunkts, an welchem der vorhergesagte zeitliche Verlauf der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe zur Vorhersage des Zeitpunkts, an welchem der vorhergesagte zukünftige Verlauf der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe den vorgegebenen Verschleißgrenzwert erreicht.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs.
In Kraftstoffeinsprit zsystemen, die Kraftstoff unter einem hohen Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen, wird der benötigte hohe Druck unter Verwendung einer Kraft stoffhochdruckpumpe erzeugt. Eine derartige Kraftstoffhoch druckpumpe ist in der Regel mit einem Überdruckventil ausge stattet, um zu erreichen, dass im Falle eines Vorliegens von unzulässig hohem Druck ein Druckabbau über dieses Überdruck ventil erfolgt. Das Überdruckventil übernimmt die Funktionen, den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich auf einen Wert zu begrenzen, bei dem sichergestellt ist, dass der Hochdruckbereich nicht undicht wird, und bei dem des Weiteren auch sicherstellt ist, dass die mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgten Injektoren den Kraftstoff noch in den Brennraum einspritzen können. Diese sind in der Regel nur bis zu einem bestimmten Maximaldruck in der Lage, gegen den hohen Druck zu öffnen .
Diese Druckbegrenzung ist für die beiden folgenden Fälle von Bedeutung : a.) Eine Hochdruckpumpe kann durch eine Fehlfunktion nicht mehr geregelt werden und fördert in fehlerhafter Weise statt einer vorgegebenen Kraftstoffmenge eine zu große Kraftstoffmenge oder gar die maximal mögliche Kraftstoffmenge in den Hochdruckbe reich. b.) Nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors wird der Hoch druckbereich der Brennkraftmaschine durch Motorabwärme auf- geheizt. Der Grad der Aufheizung hängt dabei von der Motor temperatur und der Kraftstofftemperatur ab und ist in der Praxis unterschiedlich hoch. Bei hohem Erhitzungsgrad steigt der Druck im Hochdruckbereich, welcher hermetisch abgedichtet ist, an.
Damit der durch das Druckbegrenzungsventil begrenzte Druck so niedrig wie möglich ist, um das Öffnen der Injektoren zu ge währleisten, wird das Druckbegrenzungsventil so eingestellt, dass es bei diesem Druck öffnet und den Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich des Systems in den Niederdruckbereich der Brennkraftmaschine ablässt.
Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine können auch beim Vorliegen von besonderen Betriebspunkten, insbesondere bei hoher Last und/oder hohen Drehzahlen, Druckspitzen auftreten, die das Druckbegrenzungsventil kurzzeitig öffnen.
Folglich wird das Druckbegrenzungsventil auch im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine benutzt, d.h. geöffnet und geschlossen. Insbesondere das Öffnen des Druckbegrenzungsventils verursacht einen zunehmenden Verschleiß des Druckbegrenzungsventils. Bei zu starkem Verschleiß wird das Druckbegrenzungsventil undicht. Ein adäquater Motorstart ist in diesem Fall nicht mehr möglich. Im Extremfall ist ein Motorstart gar nicht mehr möglich.
Es ist bereits bekannt, ein verschlissenes Druckbegrenzungs ventil oder die gesamte Kraftstoffhochdruckpumpe auszutauschen, wenn der Motor nicht mehr oder nur mehr deutlich schlechter als üblich gestartet werden kann. Dazu ist es notwendig, das Fahrzeug zu einem eigens für diesen Austausch festgelegten Termin in eine Werkstatt zu bringen.
Ferner kann auch der Fall auftreten, dass das Fahrzeug nach einer Pause während einer längeren Fahrt nicht mehr gestartet werden kann, so dass ein Abschleppen des Fahrzeugs und ein nicht geplanter Werkstattaufenthalt notwendig sind. Des Weiteren ist es bereits bekannt, das Druckbegrenzungsventil oder die gesamte Kraftstoffhochdruckpumpe nach einer vorge gebenen Betriebsdauer vorsorglich auszutauschen.
Ferner ist es bereits bekannt, die Standzeit eines Druckbe grenzungsventils dadurch zu erhöhen, dass der eingestellte Druck so hoch ist, dass das Druckbegrenzungsventil im Normalbetrieb in den nicht häufig auftretenden Betriebspunkten mit hohen
Druckspitzen nicht öffnet oder dass ein durch Druckspitzen bedingtes Öffnen des Druckbegrenzungsventils durch die Höhe des Einstelldruckes verhindert wird, beispielsweise bei einem Druck von 60 bar über dem nominalen Druck von beispielsweise 250 bar. Dieses Vorgehen hat jedoch bei der Systemauslegung den Nachteil, dass die Injektoren ebenfalls mindestens derart hohe Drücke aushalten müssen und darüber hinaus auch noch bei dem hohen Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils einspritzen können müssen und dass der Magnetkreis für entsprechend hohe Drücke ausgelegt sein muss. Dies ist mit hohen Bauteilkosten für die Injektoren verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch welche eine bessere Verfügbarkeit der Hochdruckpumpe und damit des Fahrzeugs, in welches die Hochdruckpumpe eingebaut ist, erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die Auswertung der Zusammenhänge zwischen dem zeitlichen Verlauf charakteristischer Verschleißmerkmale des Druckbe grenzungsventils und dem zeitlichen Abstand zu einem ver schleißbedingten Ausfall der Kraftstoffhochdruckpumpe das Reparaturverhalten, die Zuverlässigkeit und die Auslegungsart von Kraftstoffhochdruckpumpen positiv verändert werden können. Das Überwachen der charakteristischen Verschleißmerkmale, das Sammeln zugehöriger Daten und das korrekte Interpretieren dieser Daten führt zu der Möglichkeit, den Zeitpunkt eines ver schleißbedingten Ausfalls des Druckbegrenzungsventils und damit der Kraftstoffhochdruckpumpe zu prognostizieren und dadurch die Maschinenrobustheit, die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Reduzierung von unvor hergesehenen WerkstattZeiten und unvorhergesehenem Ressour cenbedarf zu erhöhen.
Des Weiteren kann der maximale Öffnungsdruck des Druckbe grenzungsventils niedriger eingestellt werden, ohne Fahr zeugausfälle oder ein Liegenbleiben von Fahrzeugen zu riskieren. Die Magnetventile bzw. Injektoren können kostengünstiger ausgeführt werden, da der Magnetkreis gegen niedrigere Drücke öffnen muss und die Magnetventile bzw. Injektoren geringeren Drücken ausgesetzt sind. Dadurch ergibt sich unter anderem eine andere, kostengünstigere Materialauswahl.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 ein erstes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druck begrenzungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann,
Figur 2 ein zweites Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druck begrenzungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann,
Figur 3 ein drittes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druck begrenzungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann und Figur 4 ein viertes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druck begrenzungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann,
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraft stoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- Messen eines charakteristischen Parameters des Druckbe grenzungsventils nach jedem Abstellen des Kraftfahrzeugs,
- Ermitteln und Abspeichern einer aus dem gemessenen charak teristischen Parameter ermittelte Größe,
- Ermitteln des Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe über der Zeit,
- Vorhersage des zukünftigen Verlaufes der aus dem charakte ristischen Parameter ermittelten Größe und
- Vergleich des vorhergesagten zukünftigen Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe mit einem vorgegebenen Verschleißgrenzwert zur Vorhersage des Zeitpunkts, an welchem der vorhergesagte zeitliche Verlauf der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe den vorgegebenen Verschleißgrenzwert erreicht.
Dieser letztgenannte Zeitpunkt wird als Ausfallzeitpunkt des Druckbegrenzungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs vorhergesagt und kann dem Fahrer des Kraft fahrzeugs und/oder dem Werkstattpersonal automatisch oder nach erfolgtem Abruf angezeigt werden.
Dadurch wird es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ermöglicht, rechtzeitig vor einem auf einen verschleißbedingten Ausfall des Druckbegrenzungsventils zurückgehenden Fahrzeugausfall für eine Reparatur oder einen Austausch des Druckbegrenzungsventils oder der gesamten Kraftstoffhochdruckpumpe Sorge zu tragen. Die Wahrscheinlichkeit eines unerwarteten, auf einen verschleiß bedingten Ausfall des Druckbegrenzungsventils zurückgehenden Fahrzeugausfalls ist stark reduziert. Bei dem im Anspruch 1 angegebenen charakteristischen Parameter des Druckbegrenzungsventils handelt es sich vorzugsweise um den am Druckbegrenzungsventil anliegenden Druck, wie aus der nachfolgenden Erläuterung der Figuren hervorgeht.
Die Figur 1 zeigt ein erstes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druckbegren zungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. In diesem ersten Diagramm ist nach oben der Druck in bar und nach rechts die Zeit in Minuten aufgetragen. Die Kurve Kl charakterisiert das Verhalten eines neu in Betrieb genommenen Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K2 charakteri siert das Verhalten eines schon in Betrieb genommenen, noch vollkommen dichten Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K3 charakterisiert das Verhalten eines bereits verschlissenen, nicht mehr vollständig dichten Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K4 charakterisiert das Verhalten eines bereits defekten Druckbegrenzungsventils .
Zur Erstellung dieser Kurven erfolgt nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs eine Messung eines charakteristischen Parameters des Druckbegrenzungsventils, wobei es sich bei diesem cha rakteristischen Parameter um den im Hochdruckbereich am
Druckbegrenzungsventil anliegenden Druck handelt. Aus den Kurven Kl und K2 ist ersichtlich, dass es beim Vorliegen eines neuen Druckbegrenzungsventils oder eines nicht mehr neuen, aber noch normal dichten Druckbegrenzungsventils nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs zunächst im Rahmen einer kurzen Nachheizphase im Hochdruckbereich des Kraftfahrzeugs zu einem kurzen Druckanstieg kommt und dass nach diesem kurzen Druckanstieg ein sich über die Zeit erstreckender Druckabfall auftritt. Aus den Kurven K3 und K4 ist ersichtlich, dass beim Vorliegen eines bereits ver schlissenen Druckbegrenzungsventils oder eines bereits defekten Druckbegrenzungsventils nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs bereits von Anfang an ein sich über die Zeit erstreckender stärkerer Druckabfall auftritt. Dieser Druckverlauf nach dem Abstellen des Motors charakte risiert den Grad des Verschleißes des Druckbegrenzungsventils und erlaubt nach weiterer Auswertung dieses Druckverlustes eine Vorhersage des Zeitpunkts des verschleißbedingten Ausfalls des Druckbegrenzungsventils. Dazu wird der Druck vorzugsweise nach jedem Abstellen des Motors gemessen, die Druckdifferenz er mittelt und als relevante, dem jeweiligen Druckabfall zugehörige Größe abgespeichert. Der zeitliche Verlauf dieser abgespei cherten Größe, aufgetragen über der Anzahl der Betriebsstunden, ermöglicht eine Vorhersage über den Zeitpunkt des ver
schleißbedingten Ausfalls des Druckbegrenzungsventils und damit auch über die noch zu erwartende Restlebensdauer des Druck begrenzungsventils .
In der Figur 1 ist zu erkennen, dass der nach einem Abstellen des Motors auftretende Druckverlust ein Maß für den Verschleiß des Druckbegrenzungsventils ist. Das Druckniveau, bei dem ein bestimmter Druckgradient, gemessen in bar pro Minute, auftritt, ist ein Wert, der mit zunehmenden Verschleiß des Druckbe grenzungsventils kleiner wird. Dieser Wert wird unter Verwendung der gemessenen Druckwerte ermittelt. In der Figur 1 sind -wie es bereits oben ausgeführt wurde- die Druckverlustkurven für verschiedene Verschleißgrade des Druckbegrenzungsventils dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Gradientenwert, hier beispielsweise 10 bar pro Minute, mit zunehmendem Verschleiß des Druckbegrenzungsventils auf einem niedrigeren Druckniveau zu finden ist. Wird dieses Druckniveau, bei dem der vorgegebene Druckgradient auftritt, über die Anzahl der Betriebsstunden verfolgt, so kann durch eine Trendanalyse der weitere Verlauf vorhergesagt werden. Durch einen Vergleich dieses weiteren Verlaufes mit einer vorgegebenen Verschleißgrenze kann der Zeitpunkt, wann die Verschleißgrenze erreicht wird, vorhergesagt werden .
Dies ist in der Figur 2 veranschaulicht. Diese zeigt ein zweites Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druckbegrenzungsventils der Kraft stoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. In diesem zweiten Diagramm ist nach oben das Druckniveau in bar und nach rechts die Betriebszeit des Druckbegrenzungsventils in Betriebsstunden aufgetragen.
Das mit PI bezeichnete Druckniveau wurde nach 700 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P2 bezeichnete Druckniveau wurde nach 900 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P3 bezeichnete Druckniveau wurde nach 1200 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P4 bezeichnete Druckniveau wurde nach 2100 Betriebsstunden ermittelt. Aus dem Verlauf der ermittelten Druckniveaus kann der Zeitpunkt vor hergesagt werden, an welchem ein verschleißbedingter Ausfall des Druckbegrenzungsventils zu erwarten ist. Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies nach 3000 Be triebsstunden der Fall.
Durch diese Vorhersage hat der Fahrer des Kraftfahrzeugs die Möglichkeit rechtzeitig vor dem prognostizierten Ausfall des Druckbegrenzungsventils für eine Reparatur oder einen Austausch des Druckbegrenzungsventils oder der gesamten Kraftstoff hochdruckpumpe Sorge zu tragen.
Die Figur 3 zeigt ein drittes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallzeitpunktes des Druckbegren zungsventils der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs anstelle des in der Figur 1 gezeigten ersten Diagrammes verwendet werden kann.
In diesem dritten Diagramm ist nach oben der Druck in bar und nach rechts die Zeit in Minuten aufgetragen. Die Kurve Kl charak terisiert das Verhalten eines neu in Betrieb genommenen
Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K2 charakterisiert das Verhalten eines schon in Betrieb genommenen, noch vollkommen dichten Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K3 charakterisiert das Verhalten eines bereits verschlissenen, nicht mehr voll ständig dichten Druckbegrenzungsventils. Die Kurve K4 cha rakterisiert das Verhalten eines bereits defekten Druckbe grenzungsventils . Zur Erstellung dieser Kurven erfolgt nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs eine Messung eines charakteristischen Parameters des Druckbegrenzungsventils, wobei es sich bei diesem cha rakteristischen Parameter um den im Hochdruckbereich am
Druckbegrenzungsventil anliegenden Druck handelt. Aus den Kurven Kl und K2 ist ersichtlich, dass es beim Vorliegen eines neuen Druckbegrenzungsventils oder eines nicht mehr neuen, aber noch normal dichten Druckbegrenzungsventils nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs zunächst im Rahmen einer kurzen Nachheizphase im Hochdruckbereich des Kraftfahrzeugs zu einem kurzen Druckanstieg kommt und dass nach diesem kurzen Druckanstieg ein sich über die Zeit erstreckender Druckabfall auftritt. Aus den Kurven K3 und K4 ist ersichtlich, dass beim Vorliegen eines bereits ver schlissenen Druckbegrenzungsventils oder eines bereits defekten Druckbegrenzungsventils nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs bereits von Anfang an ein sich über die Zeit erstreckender stärkerer Druckabfall auftritt.
Dieser Druckverlauf nach dem Abstellen des Motors charakte risiert den Grad des Verschleißes des Druckbegrenzungsventils und erlaubt nach weiterer Auswertung dieses Druckverlustes eine Vorhersage des Zeitpunkts des verschleißbedingten Ausfalls des Druckbegrenzungsventils. Dazu wird der Druckabfall vorzugsweise nach jedem Abstellen des Motors gemessen und die Druckdifferenz als relevante, dem jeweiligen Druckabfall zugehörige und aus dem jeweiligen Druck ermittelte Größe abgespeichert. Der zeitliche Verlauf dieser abgespeicherten Größe, aufgetragen über der Anzahl der Betriebsstunden, ermöglicht eine Vorhersage über den Zeitpunkt des verschleißbedingten Ausfalls des Druckbegren zungsventils und damit auch über die noch zu erwartende
Restlebensdauer des Druckbegrenzungsventils.
In der Figur 3 ist zu erkennen, dass der nach einem Abstellen des Motors auftretende Druckverlust ein Maß für den Verschleiß des Druckbegrenzungsventils ist.
Bei dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nach dem Abstellen des Motors der im Hochdruckbereich am Druckbe- grenzungsventil anliegende Druck über der Zeit gemessen. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer hat dieser Druck in Abhängigkeit vom vorliegenden Verschleißgrad des Druckregelventils ein anderes, niedrigeres Druckniveau erreicht.
Bei dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die vorgegebene Zeitdauer 5 Minuten. Nach dieser Zeitdauer liegt das Druckniveau der Kurve Kl auf 325 bar, das Druckniveau der Kurve K2 auf 310 bar, das Druckniveau der Kurve K3 auf 260 bar und das Druckniveau der Kurve K4 auf 200 bar.
Wird dieses Druckniveau, das sich nach der definierten Zeit einstellt, über die weitere Lebensdauer des Druckbegren zungsventils jeweils nach dem Abstellen des Motors ermittelt und abgespeichert, dann kann durch eine Trendanalyse der weitere Verlauf der verschleißbedingten Druckverlustkurve vorhergesagt werden, woraus wiederum der Zeitpunkt eines verschleißbedingten Ausfalls des Druckregelventils prognostiziert werden kann.
Dies ist in der Figur 4 veranschaulicht. Diese zeigt ein viertes Diagramm, welches bei der Vorhersage des verschleißbedingten Ausfallszeitpunktes des Druckbegrenzungsventils der Kraft stoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs anstelle des in der Figur 2 gezeigten zweiten Diagrammes verwendet werden kann. In diesem vierten Diagramm ist nach oben wiederum das Druckniveau in bar und nach rechts die Betriebszeit des Druckbegren zungsventils in Betriebsstunden aufgetragen.
Das mit PI bezeichnete Druckniveau wurde nach 700 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P2 bezeichnete Druckniveau wurde nach 900 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P3 bezeichnete Druckniveau wurde nach 1200 Betriebsstunden ermittelt. Das mit P4 bezeichnete Druckniveau wurde nach 2100 Betriebsstunden ermittelt. Aus dem Verlauf der ermittelten Druckniveaus kann auch hier der Zeitpunkt vorhergesagt werden, an welchem ein verschleißbedingter Ausfall des Druckbegrenzungsventils zu erwarten ist. Bei dem in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ebenfalls nach 3000 Betriebsstunden der Fall. Durch diese Vorhersage hat der Fahrer des Kraftfahrzeugs die Möglichkeit rechtzeitig vor dem prognostizierten Ausfall des Druckbegrenzungsventils für eine Reparatur oder einen Austausch des Druckbegrenzungsventils oder der gesamten Kraftstoff hochdruckpumpe Sorge zu tragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, die zusätzlich oder auch alternativ zu einer Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, erfolgt eine Berück sichtigung zeitlicher Anteile in kritischen Betriebspunkten. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann das Druckbegrenzungsventil sowohl in einer Nachheizphase nach dem Abstellen des Motors geöffnet werden als auch in Betriebspunkten mit hoher Last und Drehzahl. Folglich ist der Betriebspunktebereich bekannt, in welchem das Druckbegrenzungsventil geöffnet werden kann. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Zeiten, an denen der Motor in diesen Betriebspunkten betrieben wird, zu zählen. Es besteht auch die Möglichkeit, einzelne Lastzyklen wie zum Beispiel einen
Hochdruckpumpenkolbenhub zu zählen. Die Häufigkeit und der ermittelte zeitliche Verlauf erlauben es wiederum, durch eine Trendanalyse den Zeitpunkt des Erreichens der Verschleißgrenze vorherzusagen .
Dabei kann der Trendalgorithmus auch beispielsweise die Häu figkeit der kritischen Lastpunkte mit einbeziehen, um die Vorhersage an das im Betrieb auftretende Nutzungsverhalten anzupassen. So wird die Vorhersage für einen Fahrer, der des Öfteren das Fahrzeug in kritischen Lastpunkten betreibt, einen früheren Ausfall des Druckbegrenzungsventils prognostizieren als für einen Fahrer, der das Fahrzeug nur selten in kritischen Lastpunkten betreibt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird von einer Steuer einheit gesteuert. Eine Vorrichtung zur Vorhersage des Aus fallszeitpunkts des Druckbegrenzungsventils einer Kraft stoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs weist folglich eine Steuereinheit auf, die zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des
Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs mit folgenden Schritten:
- Messen eines charakteristischen Parameters des Druckbe grenzungsventils nach jedem Abstellen des Kraftfahrzeugs,
- Ermitteln und Abspeichern einer unter Verwendung des ge messenen charakteristischen Parameters ermittelte Größe,
- Ermitteln des Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe über der Zeit,
- Vorhersage des zukünftigen Verlaufes der aus dem charak teristischen Parameter ermittelten Größe und
- Vergleich des vorhergesagten zukünftigen Verlaufs der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe mit einem vorgegebenen Verschleißgrenzwert zur Vorhersage des Zeit punkts, an welchem der vorhergesagte zukünftige Verlauf der aus dem charakteristischen Parameter ermittelten Größe den vorgegebenen Verschleißgrenzwert erreicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter der Druck ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem gemessenen Druck ermittelte Größe der Druckabfall ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Druckabfalls über der Zeit ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zukünftige Verlauf des Druckabfalls über der Zeit aus dem ermittelten Verlauf des Druckabfalls über der Zeit vorhergesagt wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich des vorhergesagten zukünftigen Verlaufs des Druck abfalls mit einem vorgegebenen Verschleißgrenzwert vorgenommen wird, um eine Vorhersage des Zeitpunkts vorzunehmen, an welchem der vorhergesagte zeitliche Verlauf des Druckabfalls den vorgegebenen Verschleißgrenzwert erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorhergesagte Zeitpunkt als Ausfallzeitpunkt des Druckbe grenzungsventils angesehen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils des Weiteren Betriebszeiten, in denen das Kraftfahrzeug in kritischen Betriebspunkten betrieben wurde, berücksichtigt werden.
9. Vorrichtung zur Vorhersage des Ausfallzeitpunktes des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs, welche eine Steuereinheit aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden An sprüche ausgebildet ist.
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