DE102004032344A1

DE102004032344A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004032344A1
Application number: DE200410032344
Authority: DE
Inventors: Andreas Greim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-04
Also published as: FR2872543A1; DE102004032344B4; ITMI20051211A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (2) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1) vorgeschlagen, die Sensorsignale (9), die Informationen der Brennkraftmaschine messen, auswertet und Steuersignale für Stellglieder (12, 13), die den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussen, erzeugt. Mindestens ein Sensorsignal misst eine Eigenschaft eines Motoröls (8) der Brennkraftmaschine. Bei der Erzeugung der Steuersignale wird die Eigenschaft des Motoröls (8) berücksichtigt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der Sensorsignale die Informationen über den Zustand der Brennkraftmaschine geben, auswerten und diese für die Erzeugung von Steuersignalen für Stellglieder die den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussen, berücksichtigen. Aus der DE 101 41 694 ist bereits ein Sensor bekannt, der der Viskosität von Motoröl misst. Aus der Veränderung der Viskosität wird ein Zeitpunkt bestimmt ab dem das Motoröl gewechselt werden sollte.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Verfahren haben demgegenüber den Vorteil, dass in Abhängigkeit von Eigenschaften des Motoröls die Ansteuerung des Motors beeinflusst wird. Dabei kann es ausreichend sein, nur extreme Betriebszustände, die im Betrieb der Brennkraftmaschine ausgesprochen selten auftreten, auszuschließen. Das Motoröl kann daher entweder länger verwendet werden oder ein Nichtwechseln des Motoröls trotz Aufforderung an den Betreiber der Brennkraftmaschine führt nicht zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine.

Durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche werden vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Besonders gut messbare Eigenschaften des Motoröls sind die Viskosität, Leitfähigkeit, Temperatur oder Permittivität. Diese Eigenschaften können jeweils einzeln oder aber in Kombination miteinander ausgewertet werden. Weiterhin können diese Größen noch sinnvoll mit einer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine bzw. des Motoröls verknüpft werden, um so beispielsweise herauszufinden, ob die Veränderung der Viskosität durch eine Alterung des Motoröls oder durch Eintrag von anderen Flüssigkeiten in das Motoröl verursacht ist. Besonders vorteilhaft ist ein Schutz des Motors, wenn festgestellt wird, dass die Eigenschaften des Motoröls bei kritischen Betriebszuständen eine Beschädigung des Motors verursachen könnten. Eine besonders einfache Maßnahme besteht in einer Verringerung der Drehzahl. Weiterhin kann auch der Betrieb von Motorkomponenten begrenzt werden, beispielsweise kann die Drehzahl eines Turboladers, der ebenfalls von Motoröl geschmiert wird, beeinflusst werden. Durch eine Beeinflussung der Öltemperatur können verschiedene Vorteile erreicht werden. Durch Erhöhung der Motortemperatur können flüssige Verunreinigungen wie beispielsweise Wasser aus dem Motoröl durch Verdampfen entfernt werden. Bei einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften des Motoröls bei hohen Temperaturen können durch Beeinflussung der Öltemperatur hohe Temperaturspitzen vermieden werden. Weiterhin können die hydraulischen Eigenschaften des Motoröls verändert werden, was bei der Ansteuerung von Motorkomponenten bei denen das Motoröl für die hydraulische Kraftübertragung genutzt wird, berücksichtigt werden soll. Weiterhin kann das Motoröl durch Kraftstoff verunreinigt sein, was dann für die Zumessung von Kraftstoff für Verbrennungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden sollte. Als weiteres Sensorsignal kann auch noch der Füllstand des Motoröls festgestellt werden, was ebenfalls bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine Berücksichtigung finden sollte.

Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 schematisch eine Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine und 2 einen Ölzustandsensor.
Beschreibung
In der 1 wird schematisch eine Brennkraftmaschine 1 und ein Motorsteuergerät 2 gezeigt. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinder 3 mit einem darin angeordneten Kolben 4 auf. Über eine Pleuelstange 5 wird eine Bewegung des Kolbens 4 auf eine Kurbelwelle 6 übertragen und so in eine Drehbewegung umgesetzt. Im unteren Teil des Kurbelwellengehäuses 7 ist hier ein Vorrat an Motoröl 8 gezeigt, der zur Schmierung des Motors dient. Durch die Schmierung wird der mechanische Abrieb, der durch die Bewegung der verschiedenen mechanischen Bauteile entsteht, verringert. Weiterhin dient das Motoröl zur Kühlung der einzelnen Motorteile, dem Abtransport von Verunreinigungen, der Übertragung von Kräften und Dämpfung von Schwingungen. Durch Alterung oder Einbringen von Fremdflüssigkeiten wie Wasser, Benzin oder Dieselkraftstoff kann das Motoröl den Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Ohne eine Überwachung des Qualitätsmotoröls bzw. seiner eigenen Eigenschaften muss daher das Motoröl insbesondere hinsichtlich seiner Alterung mit einem deutlichen Sicherheitsabstand zu seiner möglichen Verwendungsgrenze ausgetauscht werden. Weiterhin muss der Motor und sein Betrieb so konzipiert sein, dass die üblicherweise auftretenden Verunreinigungen durch Wasser oder Betriebsstoff unschädlich sind. Dabei müssen auch extreme Belastungen, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine ausgesprochen selten auftreten, mit in die Überlegungen einbezogen werden.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass Signal von Sensoren, die Auskunft über die Eigenschaften des Motoröls geben, bei der Steuerung der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen. Dazu wird das Signal eines im Ölvorrat 8 angeordneten Ölzustandssensor 9 über eine Leitung 10 dem Steuergerät 2 zugeführt. Das Steuergerät 2 steuert über entsprechende Steuerleitungen 11 Aktoren oder Stellglieder die den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussen. Exemplarisch ist in der 1 ein Einspritzventil 12 und eine Zündkerze 13 gezeigt. Durch entsprechende Steuersignale auf den Leitungen 11 kann beim Einspritzventil 12 die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt beeinflusst werden. Durch die Zündkerze 13 ist insbesondere der Zeitpunkt der Verbrennung beeinflussbar. Es gibt eine Vielzahl von weiteren Stellgliedern, die die Verbrennung der Brennkraftmaschine beeinflussen. Diese können umfassen: Ventile zum Einlass von Luft und zum Ausstoß von Abgas aus dem Brennraum des Motors, andere Maßnahmen zur Beeinflussung der zugeführten Luftmenge wie Drosselklappen, Lader, Verwirbelungsklappen, Ladeluftkühlung, Abgasrückführvorrichtungen, Kühlvorrichtungen für den Motor, das Motoröl oder die Ladeluft und weitere dem Fachmann hinlänglich bekannte Stellglieder für die Beeinflussung der Verbrennung von Brennkraftmaschinen. Weiterhin können auch eine Vielzahl von anderen Sensoren vorgesehen sein, wie Drehzahlsensoren, Nockenwellensensoren, Luft- und Motortemperatursensoren, Messvorrichtungen für die zugeführte Luftmenge, Lambdasensoren, die die Abgase untersuchen, Klopfsensoren und weitere übliche Sensoren.
Das Steuergerät 2 beurteilt anhand der Signale des Ölzustandssensors 9 die Eigenschaften des Motoröls. Neben der Temperatur wird hier insbesondere an die Viskosität, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperatur, die Permittivität (Dielektrizitätskonstante) des Öls gedacht. Aufgrund dieser Messwerte können ein oder mehrere Eigenschaften des Motoröls 8 festgestellt werden. In Abhängigkeit von diesen Eigenschaften des Motoröls erfolgt dann eine Ansteuerung der Aktoren durch die die Brennkraftmaschine.
Eine mögliche Vorgehensweise ist dabei, das bestimmte Normeigenschaften für das Motoröl vorgeschrieben sind und bei einer Verschlechterung dieser Normeigenschaften Schutzmaßnahmen für den Motor 1 eingeleitet werden. Wenn beispielsweise sich durch Alterung die Ölqualität derart verschlechtert hat, dass bei kritischen Betriebszuständen eine ausreichende Schmierung nicht mehr gewährleistet werden kann, so kann durch entsprechende Steuersignale das Auftreten dieser kritischen Betriebszustände vermieden werden. Beispielsweise kann bei einer Verschlechterung der Ölqualität die Motordrehzahl nach oben hin beschränkt werden. Weiterhin kann die generelle Kühlleistung eines Motorkühlers bzw. eines Ölkühlers erhöht werden, da bei sehr hohen Temperaturen die Schmiereigenschaften des Motoröls verringert sind. Weiterhin sind die Schmiereigenschaften des Motoröls auch bei sehr geringen Temperaturen schlecht. Wenn aufgrund des Ölzustandssensors 9 festgestellt wird, dass die Schmierung bei geringen Temperaturen verringert ist, können Motorbetriebsarten gewählt werden, bei denen eine schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine erzielt wird. Eine derartige schnellere Erwärmung kann durch Verschlechterung des Wirkungsgrades beispielsweise durch verspätete Zündung des Gemischs im Brennraum erzielt werden.
Andere Schutzmaßnahmen betreffen Komponenten der Brennkraftmaschine. Eine derartige Komponente ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 15 versehen und wird über eine Ölzuführleitung 16 mit Motoröl versorgt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Abgasturbolader handeln, durch den die Luftmenge, die dem Zylinder 3 zugeführt wird, erhöht wird. Ein derartiger Turbolader weist eine Welle auf die sich mit einer Drehzahl von bis zu 200000 Umdrehungen pro Minute dreht. Diese Welle weist ein Gleitlager auf, welches auf eine ausreichende Schmierwirkung des Motoröls angewiesen ist. In Abhängigkeit vom Ölzustand, insbesondere bei einer unzureichenden Schmierung durch das Motoröl, wird dann der entsprechende Betrieb des Abgasturboladers beeinflusst. Eine Verringerung der Schmierfähigkeit des Motoröls kann sowohl durch Alterung wie auch durch Einbringen von Wasser, Diesel oder Benzinkraftstoff verursacht sein.
Sofern aufgrund der Eigenschaften des Motoröls eine Verunreinigung mit Fremdstoffen wie Wasser, Diesel oder Benzin festgestellt wird, so kann durch eine Erhöhung der Temperatur des Motoröls ein Abdampfen dieser Fremdstoffe aus dem Motoröl verursacht bzw. beschleunigt werden. Zu diesem Zwecke wird dann der Motor so betrieben, dass sich das Motoröl erwärmt und die fremden Betriebsstoffe aus dem Motoröl entfernt werden. Dazu gehören alle Maßnahmen die den Wirkungsgrad des Motors in Richtung eines schlechteren Wirkungsgrades beeinflussen. Beispielsweise kann dies durch eine Verschiebung des Zündfunkens an der Zündkerze 15 in Richtung spät bewirkt werden. Bei Dieselmotoren kann eine entsprechende stärkere Erwärmung durch Verschieben des Einspritzzeitpunktes nach spät oder durch zusätzliche späte Einspritzungen erzielt werden.
Die in der 1 mit 15 bezeichnete Komponente kann nicht nur eine Komponente sein, bei der eine Schmierung durch Motoröl erfolgt, sondern auch eine Komponente, bei der Motoröl als hydraulisches Betriebsmittel verwendet wird, um Kräfte zu übertragen. Beispiele für derartige Komponenten sind beispielsweise Nockenwellen-Phasenversteller mittels sogenannter Flügelsteller oder eine Ventilhubverstellung über Tassenstößel mit variabler Höhe. In beiden Fällen hängt die Reaktionsgeschwindigkeit der Stellglieder von der Viskosität des Motoröls ab, da das Öl über hydraulische Ventile geschaltet wird bzw. durch sehr enge Bohrungen hindurchgepresst wird. Zur Ansteuerung dieser Aktoren ist beispielsweise die Viskosität des Motoröls von entscheidender Bedeutung und sollte bei der Ansteuerung insbesondere in zeitlicher Hinsicht berücksichtigt werden.
Insbesondere das Einbringen von Kraftstoff in das Motoröl bringt das zusätzliche Problem mit sich, dass aus dem Motoröl heraus dieser Kraftstoff für die Verbrennung im Zylinder 3 zur Verfügung gestellt wird. Wenn aufgrund des Signals des Ölzustandssensors 8 festgestellt wird, dass eine nennenswerte Menge von Kraftstoff im Motoröl vorhanden ist, sollte dies bei der Zumessung des Kraftstoffes zu den Zylindern berücksichtigt werden. Besonders kritisch ist dies, da bezüglich der Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Zylindern Lernphasen vorgesehen sind, in denen versucht wird, Bauteiltoleranzen von Komponenten des Kraftstoffsystems durch entsprechende Lernalgorithmen zu erfassen und auszugleichen. Derartige Lernalgorithmen können durch Kraftstoff, der aus dem Motoröl verdampft und der Verbrennung zugeführt wird, gestört werden, was zu einer dauernden Verstellung der Kraftstoffzuführung führt. Diese Lernphasen sollten daher unterbunden werden, wenn aufgrund des Signals des Ölzustandssensors 9 eine erhöhte Kraftstoffmenge im Motoröl festgestellt wurde.
Weiterhin besteht noch die Möglichkeit, dass der Ölzustandssensor 9 zusätzlich ein Signal über die Füllhöhe des Motoröls liefert. Neben einer Warnfunktion bei zu geringem Motorölstand ist dabei auch ein zu hoher Stand des Motoröls problematisch. Dies kann insbesondere auch ohne eine fehlerhaft zu große Befüllung mit Motoröl auftreten, wenn nennenswerte Mengen von Kraftstoff oder Wasser ins Motoröl eingebracht wurden. Bei einer zu hohen Ölmenge kann bei einem Dieselfahrzeug Motoröl in den Brennraum gelangen und verbrannt werden. Der Motor ist in einem solchen Betriebszustand nicht mehr steuerbar und es besteht die Gefahr, dass der Dieselmotor unkontrolliert hochdreht und das Fahrzeug beschleunigt. Bei einem Ottomotor kann derart angesaugtes Motoröl zum Blockieren des Motors im Kompressionshub und damit zur Zerstörung des Motors führen. Wenn ein derart unzulässig hoher Füllstand des Motoröls erkannt wird, wird daher der Betrieb der Brennkraftmaschine unterbunden, entweder in dem ein laufender Motor gestoppt wird oder aber ein Start des Motors verhindert wird.
In der 2 wird exemplarisch ein Ölzustandsensor 9 gezeigt. Auf einem Trägersubstrat 100 sind zwei ineinandergreifende Elektrodenstrukturen 101, 102 aufgebracht. Diese Elektrodenstrukturen bestehen aus einem leitfähigen Material, beispielsweise Metall. Wenn das Trägersubstrat 100 aus piezoelektrischem Material besteht, so kann durch Ansteuerung der Elektrodenstrukturen Schwingungen in dem Trägersubstrat 100 erzeugt werden, die von der Viskosität des Motoröls in dem der Ölzustandssensor 9 eingebracht ist abhängen. Es kann so die Viskosität des Motoröls bestimmt werden. Durch Anlegen von hochfrequenten elektrischen Signalen an den Elektroden kann die Permittivität des Motoröls bestimmt werden. Durch Anlegen von elektrischen Gleichspannungen kann die elektrische Leitfähigkeit des Motoröls bestimmt werden. Für die Messung der Temperatur und des Füllstandes werden andere dem Fachmann wohl bekannte Messprinzipien verwendet.

Claims

Vorrichtung (2) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1), die Sensorsignale (9), die Informationen der Brennkraftmaschine messen, auswertet und Steuersignale für Stellglieder (12, 13), die den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussen, erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorsignal eine Eigenschaft eines Motoröls (8) der Brennkraftmaschine misst, und dass bei der Erzeugung der Steuersignale die Eigenschaft des Motoröls (8) berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaft des Motoröls (8) mindestens eine der folgenden Eigenschaften berücksichtigt wird: Viskosität, Leitfähigkeit, Temperatur und Permittivität.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch eine Betriebszeit der Brennkraftmaschine (1) berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Eigenschaft des Motoröls (8) Maßnahmen zum Schutz der Brennkraftmaschine (1) ergriffen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Maßnahmen zum Schutz der Brennkraftmaschine die Drehzahl und/oder die Geschwindigkeit eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs begrenzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Maßnahmen zum Schutz der Brennkraftmaschine der Betrieb einer Motorkomponente (15) die vom Motoröl geschmiert wird, begrenzt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Eigenschaft des Motoröls Maßnahmen zur Erhöhung der Öltemperatur ergriffen werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Eigenschaft des Motoröls die Ansteuerung von Motorkomponenten (15), bei denen das Motoröl für die hydraulische Kraftübertragung genutzt wird, beeinflusst wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Eigenschaft des Motoröls auf einen Anteil von Kraftstoff im Motoröl geschlossen wird, und dass der Anteil an Kraftstoff bei der Zumessung von Kraftstoff für Verbrennungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Füllstandssensor vorgesehen ist, durch den ein Füllstand des Motoröls erkannt wird, und dass bei einem zu hohen Füllstand der Betrieb der Brennkraftmaschine unterbunden wird.