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