DE102009009796B3

DE102009009796B3 - Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102009009796B3
Application number: DE200910009796
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Ziegler; Hartmut Schneider
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-02-21

Abstract

Bei einem Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen mit über Spritzlöcher (18) einspritzenden Einspritzdüsen (4) von Kraftstoffinjektoren (5) werden Querschnittsänderungen, insbesondere Verkokungen der Spritzlöcher (18) festgestellt und es werden bei auftretenden Querschnittsänderungen Korrekturmaßnahmen, insbesondere auch Maßnahmen zur Reinigung der Spritzlöcher (18) eingeleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 10 2007 002 028 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge einer Einspritzdüse bekannt, mit dem das Ziel verfolgt wird, in Berücksichtigung des Verkokungsgrades der Einspritzdüse eine jeweils geforderte Soll-Einspritzmenge einstellen zu können. Hierfür wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass, bezogen auf einen jeweiligen Zylinder einer Brennkraftmaschine, die Abgastemperatur mit einer jeweils zugehörigen Einspritzmenge korreliert, somit Veränderungen der Einspritzmenge Veränderungen der Abgastemperatur nach sich ziehen. Einem Sollwert einer Einspritzmenge entspricht somit ein Sollwert einer Abgastemperatur, die – vorab ermittelt – in einem Kennfeldspeicher abzulegen ist.
Zur Berücksichtigung des Verkokungsgrades wird im nichtballistischen Bereich der Kraftstoffeinspritzung mit einer Korrekturfunktion gearbeitet, welche linear verläuft. Ein erster Punkt dieser linearen Korrekturfunktion ist durch einen vordefinierten Übergang der ballistischen Düsennadelbewegung in den nichtballistischen Teil der Düsennadelbewegung bestimmt, ein weiterer Punkt der linearen Korrekturfunktion durch die Abgastemperatur bei Soll-Einspritzmenge und bei Ist-Einspritzmenge. Über die Korrekturfunktion lässt sich die verkokungsbedingt zur Soll-Einspritzmenge abweichende, geringere Ist-Einspritzmenge an die Soll-Einspritzmenge durch Verlängerung der Einspritzzeit, also der Ansteuerzeit der Düsennadel anpassen, aber nur unter Inkaufnahme einer längeren Einspritzzeit, da die Verkokung als solche nicht beseitigt wird.
Zur Beseitigung der Verkokung wird bei der JP 10339196 A der Einspritzdruck bei Verkürzung der Einspritzzeit angehoben.
Bei einer aus der DE 102 11 282 A1 bekannten Brennkraftmaschine, die als Direkteinspritzer mit Benzin oder Diesel als Kraftstoff homogen oder mit Schichtladung zu betreiben ist und die ein Einspritzventil aufweist, wird eine Verschmutzung des Einspritzventils durch die Auswertung von Ausgangswerten einer Gemischadaptionsfunktion erkannt. Steigende Ausgangswerte der Gemischadaptionsfunktion weisen auf eine Durchflussmengenverringerung des Kraftstoff-Einspritzventils, insbesondere auf dessen Verkokung hin. Die Gemischadaptionsfunktion erkennt Änderungen der Gemischzusummensetzung und erfasst als Ausgangssignal über eine Lambasonde das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases. Ergibt sich aufgrund einer Verschmutzung, insbesondere eine Verkokung des Einspritzventiles eine Verringerung der eingespritzten Kraftstoffmasse, so hat dies ein abgemagertes Gemisch zur Folge, das durch Verlängerung der Einspritzzeit wieder auf den Sollwert angereichert wird, der insbesondere einem abgespeicherten Ausgangswert bei nicht verschmutzter Einspritzdüse entspricht. Gegebenenfalls wird auch ein Reinigungsmodus für das Einspritzventil aktiviert, wobei bezogen auf eine solche homogen und im Schichtladebetrieb zu betreibende Brennkraftmaschine ein Umschalten von Schichtladebetrieb auf den Homogenbetrieb, ein Verstellen des Zündwinkels nach früh zur Erzeugung kurzzeitig klopfender Verbrennung oder auch eine Doppeleinspritzung (zweimaliges Einspritzen) vorgesehen wird. Letzteres mit dem Ziel der Reduktion der Ventilspitzentemperatur mit entsprechend positiver Auswirkung auf die Verkokung.
Bei Einspritzdüsen ist die Aufbereitung des Einspritzstrahles von der Form des oder der Spritzlöcher abhängig, so dass Formänderungen an dem Spritzloch oder den Spritzlöchern, wie sie durch Verkokung eintreten, die Gemischaufbereitung im Brennraum verändern, sowie auch eine Änderung der Einspritzmenge über der Zeit zur Folge haben. Entsprechend sind auch die Abgasemissionen beeinflusst.
Um solche Ablagerungen, insbesondere Verkokungen, in dem oder den Spritzlöchern zu vermeiden, sieht die WO 2008/025728 A1 Reinigungssequenzen während des Betriebes der Brennkraftmaschine vor. Die Reinigungssequenzen sind in ihrer zeitlichen Abfolge über vorgegebene Betriebspunkte und/oder Laufzeitvorgaben, und damit weitgehend empirisch, und nicht auf Basis aktuell gemessener Daten festgelegt. In diesen Reinigungssequenzen wird die Einspritzdüse mit Sitzdrosselung gefahren. Eine solche ergibt sich im Bereich geringer Nadelhübe bei gleichzeitig starkem Volumenstromgradienten, das heißt, wenn die Austrittsquerschnittsfläche des Spritzlochs, oder die Summe der Austrittsquerschnittsflächen bei mehreren Spritzlöchern, größer ist als die beim jeweiligen Düsennadelhub zur Verfügung stehende Durchflussquerschnittsfläche zwischen Düsennadel und Düsenkörper. Durch die damit verbundene Drosselung ergibt sich in dem nachgelagerten Düsenloch oder den nachgelagerten Düsenlöchern eine turbulente Strömung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Durch diese Turbulenzen und/oder eine zumindest bereichsweise auftretende Kavitation sollen entstandene Ablagerungen abgetragen werden, oder das Entstehen von Ablagerungen verhindert werden. Um trotz der durch die Drosselung bedingten Verluste und des damit verbundenen Druckabfalls eine Beeinträchtigung der Kraftstoffaufbereitung beim Einspritzen in den Brennraum zu vermeiden, wird während der Reinigungssequenzen der Systemdruck zum Ausgleich des durch die Drosselung bedingten Druckabfalls angehoben.
Auch bei der WO 03/104640 A1 wird zur Vermeidung von Ablagerungen, insbesondere Verkokungen, und zum Abbau eventuell entstandener Ablagerungen im Bereich der Auslassöffnung des Spritzloches Kavitation gezielt eingesetzt. Hierzu wird bewusst mit einer strömungstechnisch ungünstigen, bevorzugt tonnenartigen Spritzlochform gearbeitet, die im Bereich ihrer mittigen Querschnittserweiterung zu einer Unterschreitung des Dampfdrucks mit entsprechenden Dampfblasen führt, welche am verjüngten Auslassende des Spritzloches implodieren und so durch Kavitation die Selbstreinigung der Spritzlöcher im Bereich der Auslassöffnungen bewirken sollen.
Aus der DE 103 05 656 A1 ist es bei Brennkraftmaschinen des Weiteren bekannt, Körperschallsignale zu erfassen und ausgehend von Signalen eines Körperschallsensors Kenngrößen zu ermitteln, die zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Als eine solche Kenngröße wird beispielsweise der Beginn der Verbrennung als Ist-Wert erfasst, aus dem ausgehend von einem Vergleich mit einer Soll-Größe, gegebenenfalls verbunden mit einer Mittelwertbildung und weiteren Verarbeitungsschritten, Stellwerte für den Beginn und/oder die Ansteuerdauer der Vor-, Haupt- und/oder Nacheinspritzung ermittelt werden.
Insbesondere ausgehend von der über die Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge einer zumindest mit Vor- und Haupteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine werden bei der DE 10 2006 019 317 A1 Mengenfehler sowohl der Voreinspritzung wie auch der Haupteinspritzung detektiert. In Berücksichtigung dessen, dass bei der Voreinspritzung ein vergleichsweise einfacher Zusammenhang zwischen der relativ kleinen, bei der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge und dem mit der Voreinspritzung verbundenen Körperschallsignal gegeben sei, wird für die einzuspritzende Kraftstoffmenge ein Korrekturwert als Funktion des Mengenfehlers der Voreinspritzung gebildet. Dies gegebenenfalls unter zusätzlicher Berücksichtigung des Einspritzdruckes bei mit Speicherdruck betriebenen Einspritz-Brennkraftmaschinen.
Weiter wurde mit der nachveröffentlichten DE 10 2008 001 412 A1 bereits vorgeschlagen, den Schließzeitpunkt eines Einspritzventiles zu erfassen und ausgehend von einem den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventiles bestimmenden Ansteuersignal sowie dem Schließzeitpunkt des durch dieses Ansteuersignal eingeleiteten Einspritzvorganges den Verkokungsgrad der Einspritzöffnungen der Einspritzdüse im Betrieb zu überwachen. Zur Detektion des Schließzeitpunktes wird unter anderem vorgeschlagen, ein in Verbindung mit dem Schließen des Einspritzventiles auftretendes Körperschallsignal zu erfassen, um Abweichungen von einem Neuzustand des Einspritzventiles entsprechenden Werten als Steuergrößen für den Verkokungsgrad kompensierende Maßnahmen, wie beispielsweise die Modifizierung des Ansteuersignals oder des Kraftstoffzuführdruckes, zu nutzen.
Bei einer aus der EP 1 995 448 A1 bekannten Einspritzdüse sind bezogen auf die Hubrichtung derer Düsennadel zwei axial beabstandete Reihen von Einspritzöffnungen vorgesehen. Von diesen ist in Abhängigkeit von der Hubstellung der Düsennadel entweder nur die in Hubrichtung obere, erste Reihe von Ein spritzöffnungen freigegeben, oder beide Reihen von Einspritzöffnungen, also die erste und die zweite Reihe von Einspritzöffnungen. Ist nur die erste Reihe von Einspritzöffnungen freigegeben, so ist die Einspritzdüse insbesondere im Bereich der zweiten Reihe von Einspritzöffnungen durch sich anlagernde Verbrennungsrückstände verkokungsgefährdet. Wird nun ein jeweils kritischer Grad der Verkokung diagnostiziert, beispielsweise in Abhängigkeit von der Zeit, in der nur über die ersten Einspritzöffnungen eingespritzt wird, in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur oder in Abhängigkeit von der Einspritzmenge, so wird verfahrensgemäß zum Abbau der Verkokung für einen gewissen Zeitraum auch die Einspritzung über die zweite Reihe von Einspritzöffnungen gesteuert freigegeben, und dies bevorzugt abgestimmt auf Betriebsbereiche, für die unter Gesichtpunkten der Abgasqualität ein fettes Kraftstoffgemisch gefordert ist.
Auch bei einem weiteren, aus der DE 10 2005 034 449 A1 bekannten Verfahren zur Erkennung von durch Öle und/oder Kraftstoffe hervorgerufenen Verkokungen an Einspritzdüsen von Brennkraftmaschinen werden Vergleichswerte herangezogen, die bezogen auf denselben Betriebspunkt bei unverschmutzter und zeitversetzt bei benutzter und damit gegebenenfalls verschmutzter Einspritzdüse gewonnen werden, wobei als Vergleichswerte mindestens ein Zylinderdruckverlauf-Kriterium und/oder mindestens ein thermodynamisches Kriterium genutzt werden, als Zylinderdruckverlauf-Kriterium beispielsweise der maximale Druckanstieg je Arbeitsspiel, als thermodynamisches Kriterium beispielsweise die Winkellage bei einem vorgegebenen Prozentsatz des Energieumsatzes je Arbeitsspiel. Weichen diese Diagnosewerte um einen vorgegebenen Betrag voneinander ab, so ist dies ein Indiz für eine Verkokung, die entsprechende Regenerationsmaßnahmen erforderlich macht.
Aus der DE 10 2005 005 351 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung des Einspritzvorganges einer mit einer zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung beweglichen Düsennadel versehene Einspritzdüse bekannt, bei dem eine mittels eines Schallsensors aufgenommenen Schallkurve ausgewertet wird. Hierbei wird ein der Schallkurve entsprechendes Signal über einen den Einspritzvorgang enthaltenden Zeitraum aufgezeichnet, eine zeitliche Ableitung des aufgezeichneten Signales gebildet sowie ein zeitlich zweites Maximum des zeitlich abgeleiteten Signals erfasst und im Sinne einer Zuordnung zum Anschlagen der Düsennadel bei ihrer Schließbewegung ausgewertet. Gegebenenfalls erfolgt auch eine Erfassung eines zeitlich ersten Maximums des zeitlich abgeleiteten Signals, und es wird dieses im Sinne einer Zuordnung zum Anschlagen der Düsennadel bei ihrer Öffnungsbewegung ausgewertet.
Trotz der Vielzahl der bereits bekannten Verfahren zur Diagnose, Steuerung und/oder Regelung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, ist es vor allem in Berücksichtigung der ständig steigenden Forderungen an die Kraftstoffaufbereitung unter Emissions-, Verbrauchs- und Leistungsgesichtspunkten schwierig, mit vertretbarem Aufwand Lösungen zu schaffen, die diesen Forderungen über alle Betriebsbereiche der jeweiligen Brennkraftmaschine gleichermaßen gerecht werden.
Insoweit erweiternde Möglichkeiten aufzuzeigen, hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt.
Erreicht wird dies mit Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 sowie auch 7, wobei die dort aufgezeigten Verfahren insbesondere auch in Kombination, sowie in Kombination mit bereits bekannten Verfahren eingesetzt werden können, und dies insbesondere unter Nutzung von Ausgangswerten, die bereits für andere Zwecke oder andere Verfahren erfasst sind und/oder erfasst werden, so dass der Aufwand vertretbar bleibt, auch wenn mehrere Verfahren in Kombination eingesetzt werden.
Ein diesbezügliches, erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere von mit Speicherdruck arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschinen besteht darin, betriebsabhängig auftretende Verkokungen des Spritzloches oder der Spritzlöcher einer Einspritzdüse dadurch zu diagnostizieren, dass, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse, bei gleicher Einspritzdauer die Druckdifferenz zwischen Beginn und Ende der Einspritzung, zwischen Beginn und Ende eines Einspritzintervalls in der ballistischen Öffnungsphase der Düsennadel und/oder eines Einspritzintervalls in der ballistischen Schließphase der Düsennadel gemessen und die Differenz der für Neuzustand und jeweiligen Gebrauchszustand ermittelten Werte auf Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes überprüft wird. Wird dieser überschritten, so können sowohl Korrekturmaßnahmen hinsichtlich der Einspritzparameter vorgenommen werden, insbesondere aber auch Maßnahmen eingeleitet werden, um aufgetretene Änderungen des Spritzlochquerschnitts zu beseitigen.
Hierfür kann beispielsweise zeitbegrenzt der Einspritzdruck erhöht werden, mit Sitzdrosselung gearbeitet werden oder mit anderen Mitteln eine Durchströmung des oder der Spritzlöcher unter Auftreten hoher Turbulenz und/oder von Kavitation angestrebt werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass bei mit Speicherdruck arbeitenden Kraftstoff-Einspritzsystemen bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchs zustand der Einspritzdüse die Winkeldifferenz der Druckabfallgradienten ermittelt wird, und zwar aus zumindest zu Beginn und zum Ende eines Einspritzintervalls in der ballistischen Öffnungs- und/oder Schließphase der Düsennadel gegebenen Drücken, und dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes entsprechende Korrekturmaßnahmen zum Abbau der Verkokung und zur Abstimmung der Einspritzparameter auf einen möglichst verkokungsarmen Betrieb eingestellt werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, mit über eine Düsennadel gesteuerten Spritzlöchern einer Einspritzdüse verwendet zur Feststellung des Verkokungsgrades und/oder zur Einleitung von im Hinblick auf eine eingetretene Verkokung erforderlichen Korrekturmaßnahmen Körperschallsignale, die, bezogen auf den Neuzustand oder einen jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse, sich aus dem spezifischen Geräuschspektrum der Kraftstoffströmung insbesondere im Bereich des im Zulauf auf das Spritzloch oder die Spritzlöcher liegenden Sackloches ergeben und die in Abhängigkeit vom jeweiligen Verkokungsgrad charakteristische Merkmale aufweisen. Diese treten insbesondere im Bereich der beginnenden Einspritzung oder der Voreinspritzung auf, und zwar in Form eines spezifischen Rauschens, dessen Rohsignal für den Neuzustand und den Gebrauchszustand verglichen wird. So kann das Rohsignal mit zunehmender Verkokung abnehmende Amplituden aufweisen, aus denen sich der Verkokungsgrad im Vergleich zu entsprechenden Werten im Neuzustand der Einspritzdüse ermitteln lässt, so dass entsprechende Korrekturmaßnahmen, so beispielsweise bei Überschreiten eines kritischen Grenzwertes entsprechende Reinigungsmaßnahmen eingeleitet werden können.
In Verbindung mit diesen erfindungsgemäßen Lösungen kann, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse, die dem Verstellweg zwischen öffnungsseitigem und schließseitigem Anschlag der Düsennadel entsprechende Zeit als Öffnungs- oder Schließzeit der Düsennadel erfasst und die Differenz dieser Öffnungs- oder Schließzeiten im Neuzustand und im jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse mit einem Grenzwert verglichen werden. Wird dieser überschritten, so werden wiederum entsprechende Korrekturmaßnahmen eingeleitet, da die Differenz der Öffnungszeiten und auch der Schließzeiten einen Hinweis auf Veränderungen des Spritzlochquerschnittes ergibt. Ist dieser verringert, so baut sich der Druck in dem bezogen auf die Strömungsrichtung der Druckschulter der Düsennadel vorgelagerten, also stromab der Düsennadel liegendem Druckraum, üblicherweise einem Sackloch, beim Öffnen der Düsennadel schneller auf und beim Schließen der Düsennadel langsamer ab, was entsprechende Änderungen in den Öffnungs- und Schließzeiten zur Folge hat. Die Öffnungs- und Schließzeiten können im Rahmen der Erfindung auch als Körperschallsignale über einen an der oder im Bereich der Einspritzdüse vorgesehenen Körperschallsensor erfasst werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 in schematisierter Darstellung eine Brennkraftmaschine mit zugeordnetem Einspritzsystem,
2 und 3 Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen von Einspritzdüsen für Einspritzinjektoren, und
4 bis 7 Diagrammdarstellungen.
In 1 ist schematisiert ein Beispiel für eine als Dieselmotor arbeitende Brennkraftmaschine 1 mit einem mit Speicherdruck arbeitendem Kraftstoff-Einspritzsystem 2 gezeigt. Die Einspritzung erfolgt – wie schematisch für einen Zylinder veranschaulicht – jeweils auf einen Brennraum 3 über eine Einspritzdüse 4 eines Kraftstoffinjektors 5. Dieser ist über eine Kraftstoffleitung 6 versorgt, in der ausgehend von einem Kraftstofftank 7 eine Niederdruckpumpe 8, eine Hochdruckpumpe 9 und ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 liegen. Vom Hochdruckspeicher 10 aus erfolgt verzweigend die Versorgung der den jeweiligen, teilweise nicht dargestellten Zylindern zugeordneten Kraftstoffinjektoren, wobei im Zulauf auf jeden dieser teilweise nicht dargestellten Kraftstoffinjektoren 5 jeweils eine Mengenbegrenzungsanordnung 11 vorgesehen ist, wie sie beispielsweise als Mengenbegrenzungsventil bekannt ist. Die Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 5 erfolgt, wie schematisch angedeutet, über eine Steuer- und Regeleinheit 12 und eine jeweilige Steuerleitung 13. In der Steuer- und Regeleinheit 12 werden, wie durch die Pfeile 14 angedeutet, zumindest die für die Arbeit des Einspritzsystems 2 relevanten Steuerparameter verarbeitet.
Dargestellt ist das Einspritzsystem 2 in 1 mit einem zentralen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10. Anstelle eines solchen zentralen Kraftstoff-Hochdruckspeichers 10, aber auch ergänzend zu diesem, können dezentrale, den Kraftstoff-Einspritzdüsen der Kraftstoffinjektoren 5 zugeordnete Kraftstoff-Hochdruckspeicher 16 vorgesehen sein, wie dies in Verbindung mit der in 2 schematisiert gezeigten Einspritzdüse 25 veranschaulicht ist. Die Einspritzdüse 25, die eine Düsennadel 17 aufnimmt, ist hierzu im Bereich ihres von der Spitze der Düsennadel 17 und den Spritzlöchern 18 abgelegenen Endes ihres Düsenkörpers 19 mit einer Speicherkammer 20 versehen. Die Speicherkammer 20 umschließt einen Aufnahmeraum 21 für einen Stützzapfen 22, der in bekannter Weise von einem nicht dargestellten Steuer- und Betätigungsteil beaufschlagt ist und gegen den die Düsennadel 17 rückseitig federnd abgestützt ist. Der Aufnahmeraum 21 bildet einen Teil der auf die Spritzlöcher 18 auslaufenden, düsenseitigen Kraftstoffzuführung 23, in der auch die Düsennadel 17 in koaxialer Lage zum Stützzapfen 22 liegt. Mit dem Aufnahmeraum 21 steht die Speicherkammer 22 in offener Verbindung, was symbolisch veranschaulicht ist durch ein Fenster 24 in der Wandung des Aufnahmeraums 21.
Angedeutet sind in 1 des Weiteren verschiedene Befestigungspositionen für einen Körperschallsensor 15, dessen Funktion später noch erläutert wird. Mögliche Befestigungspositionen für den Körperschallsensor 15 sind unter anderem die angedeuteten, so einmal am Kraftstoffinjektor 5 und zum anderen im Bereich des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine 1.
3 zeigt einen weiteren Schnitt durch eine Einspritzdüse 26 eines Kraftstoffinjektors 5, der hier im Wesentlichen nur bezüglich seines gegen eine Zwischenscheibe 27 abgestützten Düsenteiles gezeigt ist. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 26 umfasst wiederum eine Düsennadel 28, die in einer axialen Bohrung 29 des Düsenkörpers 30 geführt ist. Die Bohrung 29 bildet einen Teil der Kraftstoffzuführung 31, die über in der Zwischenscheibe 27 vorgesehene Kanäle 32 und die Bohrung 29 auf die Spritzlöcher 33 erfolgt. Auf ihre den Zulauf auf die Spritzlöcher 33 sperrende Schließlage ist die Düsennadel 28 federbelastet. Die hierfür vorgesehene Feder 34 liegt eingespannt zwischen der Rückseite der Düsennadel 28 und einer Stützhülse 35, die an der Zwischenscheibe 27 anliegt und einen Stempel 36 umschließt, ebenso wie die Feder 34. Die Stützhülse 35 umgrenzt einen zwischen der Zwischenscheibe 27 und dem Stempel 36 liegenden Steuerraum 37, bei dessen Druck beaufschlagung die Düsennadel 28 über den Stempel 36 ergänzend zur Feder 34 auf ihre den Zulauf zu den Spritzlöchern 33 sperrende Schließlage belastet ist. Ist der Steuerraum 37 druckentlastet, wird die Düsennadel 28 über den über die Kraftstoffzuführung 31 auf die Spritzlöcher 33 zugeführten, unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in ihre Öffnungslage abgedrängt.
In 3 ist weiter veranschaulicht, dass die Düsennadel 28 im Zusammenwirken mit dem Düsenkörper 30 die Funktion eines in einem Steuerkreis liegenden Schalters 38 hat, wobei im Ausführungsbeispiel die Düsennadel 28 als Schaltglied an Masse liegt und der Düsenkörper 30 an Plus angeschlossen ist, bei, wie bei 39 und 40 angedeutet, isolierter Anordnung des Düsenkörpers 30 und, wie bei 41 angedeutet, isolierter Anordnung der Düsennadel 28 zum Düsenkörper 30 in der Öffnungslage der Düsennadel 28.
In den 1 bis 3 sind somit verschiedene Ausführungsbeispiele von Kombination an Brennkraftmaschinen 1 mit Einspritzinjektoren 5 aufgezeigt, bei denen die Kraftstoffinjektoren 5 Einspritzdüsen 4, 25 und/oder 26 aufweisen und bei denen die baulichen Voraussetzungen für die erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen gegeben sind.
So sind anhand der Darstellungen gemäß 1 und 2 die baulichen Voraussetzungen für die Durchführung eines Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen 1, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, veranschaulicht und gegeben, bei dem dann korrigierend auf betriebsabhängig durch Verkokung des Spritzloches 18 der Einspritzdüse 25 sich einstellende Verengung des Lochquerschnitts Einfluss genommen wird, wenn, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse 25, bei gleicher Einspritzdauer die Druckdifferenz der zu Beginn und Ende einer Einspritzung gemessenen Speicherdrücke einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Ausgangspunkt für diese auf der Messung des Speicherdrucks basierende Lösung zur Feststellung des freien Spritzlochquerschnittes ist die Überlegung, dass bei verkokten, und damit teilweise verstopften Spritzlöchern, bezogen auf die gleiche Zeit und den gleichen Druck, über die Einspritzdüse eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird als bei freiem Düsenlochquerschnitt, der Gebrauchszustand der Einspritzdüse – mit Verkokung des oder der Spritzlöcher im Vergleich zum Neuzustand der Einspritzdüse – somit dazu führt, dass bei gleicher Einspritzdauer, und damit bei gleicher Bestromungsdauer des Injektors und gleichen Druck, der Speicherdruck weniger abfällt als im Neuzustand der Düse. Die sich einstellende Druckdifferenz zwischen dem bei Beginn der Einspritzung auftretenden Maximaldruck und dem bei Ende der Einspritzung sich ergebenden Minimaldruck kann in einfacher Weise gemessen werden.
Da dies bei neuem wie auch bei gebrauchtem Injektor, und in gleicher Weise bei Düsen mit freiem Spritzlochquerschnitt und bei Düsen mit verengtem Querschnitt, in gleicher Weise der Fall ist und der zu Beginn der Einspritzung gemessene maximale Speicherdruck von etwaigen verkokungsbedingten Veränderungen des Spritzlochquerschnittes praktisch unabhängig ist, kann durch entsprechenden Vergleich somit auf den Verkokungsgrad rückgeschlossen werden. Dies ist bei geringem Rechenaufwand möglich, wobei zweckmäßigerweise, bezogen auf den Neuzustand der Einspritzdüse, der Differenzdruck ΔP1 zwischen PMAX und PMIN1 in der Motorsteuerung, bezogen auf 1 in der Steuer- und Regeleinheit 12 hinterlegt wird und somit als Vergleichsgröße für eine Druckdifferenz ΔP2 zur Verfügung steht, die sich bezogen auf einen jeweiligen Gebrauchszustand aus der Differenz zwischen PMAX und PMIN2 ergibt. Überschreitet der Unterschied zwischen den beiden Druckdifferenzen ΔP1 und ΔP2 einen vorgegebenen Grenzwert, so ist ein kritischer Verkokungsgrad erreicht und es werden in Abhängigkeit davon entsprechende Korrekturmaßnahmen, insbesondere Reinigungsmaß nahmen, eingeleitet, wobei hierfür insbesondere eine kurzzeitige Druckerhöhung in Frage kommt.
Ein entsprechende Ablaufschema in Form eines Blockdiagramms veranschaulicht 4, wobei die Blöcke 43 bis 45 sich auf die Ermittlung der Druckdifferenz ΔP1 für den Neuzustand und die Blöcke 47 bis 49 auf die Ermittlung der Druckdifferenz ΔP2 für den Gebrauchszustand und die Auswertung der Messergebnisse beziehen.
Ausgangspunkt ist die jeweilige Messung des Ausgangs-Speicherdrucks PMAX – Block 43 bzw. 47. Danach wird der Speicherdruck am Ende einer jeweiligen Einspritzung, also der Speicherdruck PMIN1 bezogen auf den Neuzustand, und PMIN2 bezogen auf den Gebrauchszustand gemessen – Blöcke 44 bzw. 48. Es folgt – Blöcke 45 bzw. 49 – die jeweilige Differenzbildung PMAX-PMIN1 = ΔP1 und PMAX-PMIN2 = ΔP2 Der Differenzwert ΔP1 für die Ausgangsmessung wird in der Motorsteuerung abgelegt – Block 46 – und, – Block 50 –, die Differenzwerte ΔP1 und ΔP2 werden miteinander verglichen. Führt der Vergleich – Block 51 – zu dem Ergebnis, dass der Unterschiedsbetrag zwischen der für den Gebrauchszustand gemessenen Druckdifferenz ΔP2 und der für den Neuzustand gemessenen und in der Motorsteuerung abgelegten Druckdifferenz ΔP1 kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, so wird mit entsprechendem Zeitversatz, der beispielsweise Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt, die auf den Gebrauchszustand bezogene Messung gemäß Blöcken 47 bis 49 wiederholt und anschließend ein erneuter Vergleich der Druckdifferenzen – Block 50 – durchgeführt. Ergibt sich ein den angesprochenen Grenzwert überschreitender Differenzbetrag, so sind – Block 52 – entsprechende Korrektur- und/oder Reinigungsmaßnahmen einzuleiten.
Die Speicherdruckerfassung kann sowohl am zentralen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 wie auch am dezentralen Hochdruckspeicher 16 erfolgen, wobei die dezentrale Erfassung die Ausblendung verfälschender Einflüsse, die gegebenenfalls auf rechnerischem Wege erfolgen müsste, zumindest erleichtert, gegebenenfalls sogar unnötig macht. Die Druckerfassung kann mit herkömmlichen Mitteln erfolgen und ist in den 1 und 2 ebenso wenig veranschaulicht wie die notwendigen Leitungsverbindungen zur Steuer- und Regeleinheit 12.
Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen mit einem Einspritzsystem, dessen Einspritzdüse wenigstens ein auf einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzendes Spritzloch mit einem vorgegebenen Lochquerschnitt aufweist, der betriebsabhängig durch Verkokung verringert wird und bei dem in Abhängigkeit von korrelierend zu zur Verringerung des Lochquerschnittes auftretenden Änderungen der Durchflussmenge diesen Änderungen entgegenwirkende Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, werden Druckänderungen in dem dem Spritzloch oder den Spritzlöchern zulaufseitig vorgelagerten Sackloch – in 2 und 3 mit 72 bezeichnet – für die Bestimmung des Verkokungsgrades des oder der Spritzlöcher genutzt.
Hierfür wird davon ausgegangen, dass der Druck in Sackloch 72 einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Düsennadelöffnung hat. Dies bedeutet, dass der Druck im Sackloch 72 schneller ansteigt, wenn das Spritzloch oder die Spritzlöcher verstopft sind, sich somit unterhalb der Düsennadelspitze schneller ein höherer Druck ausbildet, und – als Folge hiervon – die Düsennadel schneller geöffnet wird, wenn ein höherer Sacklochdruck gegeben ist. Da die einzuspritzende Menge zu Beginn der Einspritzung im Bereich der ballistischen Bewegung der Düsennadel zudem durch die Düsennadel gedrosselt wird, hat ein schnelleres Öffnen der Düsennadel einen steileren Anstieg des Einspritzratenverlaufs zur Folge. Dies mit entsprechender Rückwirkung auf den Hochdruckspeicher.
Die Messung des Druckabfallgradienten des Speicherdrucks zu Beginn der Einspritzung oder am Ende der Einspritzung, jeweils in der ballistischen Phase der Nadelbewegung beim Öffnen oder Schließen der Nadel, lässt sich ausgehend hiervon mit Vorteil für die Bestimmung des Verkokungsgrades des Spritzloches oder der Spritzlöcher nutzen.
Bei der Ermittlung des Druckabfallgradienten des Speicherdrucks zu Beginn der Einspritzung wird zunächst, wie auch beim eingangs erläuterten Ausführungsbeispiel, der gegebene maximale Speicherdruck PMAX ermittelt. Bei der Einspritzung ergibt sich ein Druckabfall und es wird im ballistischen Bereich der Nadelöffnung nach einer Zeit T, die etwa dem 0,5- bis 0,7-fachen der Nadelöffnungszeit eines neuen Injektors entspricht, durch eine weitere Druckmessung ein Druck 23 ermittelt. Aus dem Druckabfall dieses Druckes 23 zum Druck PMAX (PMAX-P3) über der Zeit T ergibt sich eine Steigung α₃ des Druckabfallgradienten. Diese Steigung wird in der Motorsteuerung abgelegt.
Bezogen auf den Gebrauchszustand des Injektors wird während des Betriebes zum Beginn einer Einspritzung wiederum der maximale Speicherdruck PMAX durch Messung ermittelt. Analog zur Messung im Neuzustand wird wiederum nach der Zeit T der gegenüber dem maximalen Speicherdruck PMAX abgefallene Speicherdruck P4 gemessen. Aus dem Druckabfall PMAX zu P4 während der Zeit T wird wiederum die aktuelle Steigung α₄ des Druckabfallgradienten gebildet. Diese wird mit dem in der Motorsteuerung abgelegten, im Neuzustand gegebenen Druckabfallgradienten mit der Steigung α₃ verglichen. Wenn die Differenz der Steigung α₄ zu α₃ einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, werden Korrektur-, insbesondere Reinigungsmaßnahmen eingeleitet. Der Ablauf entspricht somit dem anhand des Blockdiagrammes gemäß 4 erläuterten Ablauf im Prinzip.
Wird für die Messung des Druckabfallgradienten des Speicherdrucks zu Beginn der Einspritzung, wie vorstehend dargelegt, davon ausgegangen, dass bei verengtem Querschnitt des Spritzloches oder der Spritzlöcher der Druck im Sackloch schneller ansteigt als im Neuzustand der Spritzlöcher, so haben verstopfte Spritzlöcher am Ende der Einspritzung einen langsameren Abbau des Druckes im Sackloch zur Folge, so dass die Nadel langsamer schließt und somit das Spritzende verschleppt wird. Durch das langsamere Nadelschließen wird der Abfall des Druckgradienten am Ende der Einspritzung flacher.
Für die Bestimmung des Druckabfallgradienten wird in diesem Fall, bezogen auf den Neuzustand des Injektors, am Ende der Einspritzung der minimale Speicherdruck PMIN gemessen. Davon ausgehend wird der rückwirkend zu einer Zeit T vor Nadelschließen gegebene Druck P7 rückwirkend rechnerisch ermittelt. Die Zeit T entspricht auch hier etwa dem 0,5- bis 0,7fachen der Schließzeit der Düsennadel eines neuen Injektors. Aus dem Druckunterschied des Druckes P7 zum Druck PMIN über der Zeit T ergibt sich die Steigung des Druckabfallgradienten α₇, die in der Motorsteuerung abgelegt wird.
Eine entsprechende Messung wird wiederum für den Gebrauchszustand durchgeführt und es wird während des Betriebes zum Ende einer Einspritzung erneut der minimale Druck PMIN gemessen. Davon wird rückwirkend der zu einer Zeit T vor Nadelschließen herrschende Druck P8 rechnerisch ermittelt. Aus dem Druckunterschied von P8 zu PMIN während der Zeit T wird die aktuelle Steigung des Druckabfallgradienten α₈ bestimmt, die mit der in der Motorsteuerung abgelegten Steigung α₇ verglichen wird. Überschreitet die Differenz zwischen den Steigungen α₇ zu α₈ einen vorgegebenen Grenzwert, so ist dies wiederum ein Signal für die Einleitung von der Korrektur-, insbesondere Reinigungsmaßnahmen.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Korrektur-, insbesondere Reinigungsmaßnahmen zum Abbau einer sich betriebsabhängig einstellenden Verkokung von Spritzlochquerschnitten in Abhängigkeit vom Druckabfall des Speicherdrucks zum Beginn oder zum Ende der Einspritzung in der ballistischen Phase der Nadelöffnung eingeleitet. 5 veranschaulicht hierzu den Druckverlauf in einem Druck-Zeitdiagramm in der ballistischen Endphase des Nadelschließens, wobei die dem Neuzustand des Injektors entsprechende Druckverlaufskurve 53 in Volllinie aufgetragen ist. Mit Beginn der Einspritzung im Punkt BOI (Begin of Injection) fällt die Druckverlaufskurve 53 verhältnismäßig steil und etwa linear auf den Punkt EOI1 (End of Injection) ab, der das Ende der Einspritzung markiert und von dem aus der Speicherdruck wiederum auf das Ausgangsniveau ansteigt. Schematisiert, und im Wesentlichen prinzipiell, ist die Druckverlaufskurve 56 bei insbesondere durch Verkokung verengtem Querschnitt des Spritzloches oder der Spritzlöcher strichliert dargestellt.
Mit Beginn der Einspritzung im Punkt BOI fällt die Druckverlaufskurve 53 bis zum Ende der Einspritzung, bezogen auf den Neuzustand, auf den minimalen Speicherdruck PMIN im Punkt EOI1 am Ende der Einspritzung ab. Vom Punkt EOI1, dem minimalen Speicherdruck PMIN ausgehend, wird rückwirkend der Druck P9 ermittelt, der zur Zeit T vor dem Nadelschließen (Punkt EOI1) gegeben war. Die Zeit T entspricht etwa dem 0,5- bis 0,7-fachen der Schließzeit der Düsennadel im Neuzustand des Injektors. Aus der Differenz der Druckwerte PMIN und P9 wird der charakteristische Druckabfallwert gebildet, der in der Motorsteuerung abgelegt wird. Bezogen auf den Gebrauchtzustand wird während des Betriebes am Ende einer Einspritzung erneut der minimale Speicherdruck PMIN gemessen und davon ausgehend rückwirkend der Druck P10 ermittelt, der bei gleicher Zeitspanne T vor Nadelschließen gegeben war. Aus der Druckdifferenz von PMIN zu P10 wird der aktuelle Druckabfallwert ΔP10 ermittelt . Bezogen auf die Differenz der Druckabfallwerte ΔP9 und ΔP10 ist bevorzugt empirisch ein Grenzwert festgelegt, bei dessen Überschreiten Korrekturmaßnahmen, insbesondere Reinigungsmaßnahmen eingeleitet werden.
In prinzipiell gleicher Weise erfolgt die Messung des Druckabfalls des Speicherdrucks in der ballistischen Phase der Nadelöffnung, wobei zu Beginn der Einspritzung – Punkt BOI in 5 – der maximale Speicherdruck PMAX gemessen wird. Ausgehend vom Beginn der Einspritzung im Punkt BOI wird nach einer Zeit T, die wiederum dem 0,5- bis 0,7-fachen der Nadelöffnungszeit des neuen Injektors im Wesentlichen entspricht, ein Druck 25 gemessen. Die Differenz zwischen dem Druck PMAX und PMIN bei im ballistischen Bereich liegenden Druck 25 wird als charakteristischer Druckabfallwert ΔP5 erfasst und gespeichert, insbesondere in der Motorsteuerung abgelegt.
Eine erneute Messung wird im Gebrauchszustand durchgeführt, wiederum ausgehend vom im Beginn der Einspritzung gegebenen maximalen Speicherdruck PMAX. Entsprechend dem Druck P5 im Neuzustand wird ein Druck P6 im Gebrauchszustand gemessen, und zwar nach der gleichen Zeit T. Aus dem Druckabfall von PMAX auf P6 wird, in Analogie zur Darstellung gemäß 5, der aktuelle Druckabfallwert ΔP6 ermittelt. Überschreitet die Differenz der Druckabfallwerte ΔP5 und ΔP6 einen vorgegebenen Grenzwert, so wird analog zum Vorgehen bei der Messung des Druckabfalls des Speicherdrucks im Endbereich der ballistischen Phase des Nadelschließens die jeweilige Korrekturmaßnahme, insbesondere die Reinigung des Spritzlochquerschnitts eingeleitet.
Anhand der 3 ist als Ausschnitt aus einem Einspritzinjektor 5 das Prinzip einer Einspritzdüse 26 veranschaulicht, für deren Düsennadel 28 eine Sitzkontaktmessung realisiert ist. 6 veranschaulicht bezogen auf ein erfindungsgemäßes Verfahren die Messung der Querschnittsveränderung der jeweiligen Spritzlöcher über die Sitzkontaktmessung einer Düsennadel.
Die Düsennadel bildet hierbei, wie in 3 veranschaulicht, das Schalterelement eines Schalters 38. Sie hat nur elektrischen Kontakt zu den umgebenden Bauteilen, wenn sie im geschlossenen Zustand im Nadelsitz oder in voll geöffnetem Zustand am oberen Anschlag anliegt.
Im Rahmen dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wieder davon ausgegangen, dass sich bei verstopften Spritzlöchern während der Öffnungsbewegung der Düsennadel der Druck im Sackloch 72 und damit eine die Düsennadel in Öffnungsrichtung unterstützende Kraft schneller aufbaut als bei im Neuzustand befindlichen Spritzlöchern. Dies führt zu einer Verkürzung der Öffnungszeit für die Düsennadel. Während der Schließbewegung der Düsennadel baut sich bei verstopften Spritzlöchern der Druck im Sackloch, und damit die entgegen der Schließrichtung auf die Düsennadel wirkende Kraft langsamer ab. Dies führt zu einer Verlangsamung der Schließbewegung. Aus dem Diagramm gemäß 6 sind diese Effekte ersichtlich, wobei in 6 einander zugeordnet über der Zeit der Druck im Sackloch, der Düsennadelhub und in Zuordnung hierzu der Verlauf des Sitzkontaktsignals aufgetragen sind. Dies jeweils in Volllinie bezogen auf den Neuzustand, und strichliert bezogen auf den Gebrauchszustand, wobei die Verlaufskurve für den Druck im Sackloch mit 58, die Verlaufskurve für den Düsennadelhub mit 59 und die Verlaufskurve des Sitzkontaktsignals mit 60 bezeichnet ist.
In der Darstellung gemäß 6 finden, in Übereinstimmung zur Darstellung 5 bezogen auf die dortige Druckverlaufskurve 53, wiederum die Bezeichnungen BOI für den Beginn der Einspritzung und EOI1 für das Ende der Einspritzung bezogen auf den Neuzustand sowie EOI2 bezogen auf den Gebrauchszustand Verwendung. Weitere verwendete Bezugszeichen in der Darstellung gemäß 6 sind die Kurzbezeichnungen NCP (Needle Closed Position) für die Schließlage der Düsennadel und NOP (Needle Opened Position) für die Öffnungslage der Düsennadel, wobei mit NCP und NCP1 die Übergangspunkte von der Schließlage in die Öffnungsbewegung bzw. von der Öffnungsbewegung in die Schließlage, bezogen auf den Neuzustand, bezeichnet sind. Entsprechend beziehen sich auf den Neuzustand die Bezugszeichen NOP und NOP1 auf die Öffnungslage der Düsennadel, wobei mit NOP der Übergangspunkt von der Öffnungslage auf die Schließbewegung und mit NOP1 der Übergangspunkt von der Öffnungsbewegung auf die Öffnungslage bezeichnet ist. Mit NCP2 und NOP2 sind die den Punkten NCP1 und NOP1 entspre chenden Übergangspunkte im Gebrauchszustand veranschaulicht, entsprechend der Darstellung in strichlierter Linie.
Entsprechend zu den vorstehend erläuterten Bezeichnungen ist bezogen auf die Verlaufskurve 60 des Sitzkontaktsignals mit OT (Opening Time) die Öffnungszeit und mit CT (Closing Time) die Schließzeit bezeichnet.
Beim Beginn der Einspritzung (BOI) befindet sich die Düsennadel in ihrer Schließlage (NCP). Damit ist der durch die Düsennadel als Schaltelement veranschaulichte Kontaktschalter 38 geschlossen. Die Düsennadel hebt sich, nach wie vor bezogen auf den Neuzustand, aus ihrer Schließlage und bewegt sich auf ihre Öffnungslage NOP1 als Anschlaglage, entsprechend dem Druckanstieg im Sackloch 72, der aus der Druckverlaufskurve 58 ersichtlich ist. Ist die Öffnungslage, und damit der obere Endanschlag für die Düsennadel im Punkt NOP1 erreicht, so schließt der Kontaktschalter wiederum. Die Übergangszeit von der Schließlage NCP auf die Öffnungslage NOP1 wird als dem Neuzustand entsprechende Öffnungszeit OT1 des Kontaktschalters 38 erfasst und in der Motorsteuerung abgelegt.
Bei verengtem, insbesondere verkoktem Querschnitt des Spritzloches oder der Spritzlöcher steigt der Druck im Sackloch beim Öffnen schneller an als im Neuzustand. Die Düsennadel erreicht damit schneller ihre volle Öffnungslage NOP2 als Anschlaglage. Die in diesem Gebrauchszustand gegebene Übergangszeit zwischen der Schließlage NCP und der Öffnungslage NOP2 wird als Öffnungszeit OT2 erfasst.
Die Werte von OT2 und OT1 werden verglichen und ein Korrekturvorgang, insbesondere der Reinigungsvorgang für die Spritzlöcher eingeleitet, wenn ein vorgegebener Grenzwert für die Differenz von OT2 zu OT1 überschritten wird.
Der entsprechende Effekt lässt sich auch beim Schließen der Düsennadel nutzen, um ein Verstopfen der Spritzlöcher zu erkennen.
Die Ausgangslage der Düsennadel zum Ende der Einspritzung ist die obere Anschlaglage NOP, in der der durch die Düsennadel als Schaltelement gebildete Kontaktschalter geschlossen ist. Zum Beginn des Schließvorganges löst sich die Düsennadel aus dieser oberen Endanschlaglage NOP, der Kontaktschalter öffnet sich. Die Düsennadel bewegt sich bis in ihre Schließlage, die sie im Punkt NCP1 erreicht. Die Übergangszeit zwischen der vollen Öffnungslage und der vollen Schließlage, also zwischen den Punkten NOP und NCP1 wird über die Kontaktsignale erfasst und als Schließzeit CT1 in der Motorsteuerung abgelegt.
Wenn die Spritzlöcher verstopft sind, baut sich der Druck im Sackloch langsamer ab. Die Bewegungszeit zwischen der vollen Öffnungslage im Punkt NOP und der vollen Schließlage im Punkt NCP2 als Schließzeit CT2 ist länger als die Schließzeit CT1. Durch Vergleich der Werte von CT2 und CT1 ist der Verkokungsgrad zu beurteilen und wenn die Differenz zwischen den Werten CT1 und OT2 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so sind entsprechende Korrekturmaßnahmen, insbesondere Reinigungsmaßnahmen einzuleiten.
Eine weitere verfahrensmäßige Möglichkeit zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen im Hinblick auf verunreinigungsbedingte, insbesondere verkokungsbedingte Querschnittsveränderungen des Spritzloches oder der Spritzlöcher der Einspritzdüsen basiert auf der Erfassung des spezifischen Geräuschspektrums der Kraftstoffströmung im Sacklochbereich der Düsen beim Einspritzvorgang, somit im Wesentlich der Sacklochströmung, und zwar zu Beginn der Einspritzung.
Dieses Geräuschspektrum wird über zumindest einen Körperschallsensor erfasst, wobei ein solcher Körperschallsensor 15 wie in 1 beispielsweise dargestellt, bevorzugt am Kraftstoffinjektor 5 oder zumindest in dessen Nähe angeordnet ist.
7 veranschaulicht in einer schematisierten Diagrammdarstellung über der Zeitachse T bei 68 den Hubverlauf, bei 69 den Einspritzratenverlauf und bei 70 den Verlauf des Rohsignales des Körperschallsensors. Letzteres zeigt insbesondere in dem hervorgehobenen Bereich 71 zu Beginn der Einspritzung bezogen auf die Sacklochströmung ein charakteristisches Rauschen, das sich in Abhängigkeit von Veränderungen des freien Einspritzlochquerschnittes, insbesondere durch Verkokung, verändert und sich damit, bezogen auf Neuzustand und Gebrauchszustand, vergleichend als Hinweis für notwendige Korrekturmaßnahmen, insbesondere Reinigungsmaßnahmen nutzen lässt. Im einfachsten Fall wird hierzu bereits das Rohsignal als solches, andernfalls in entsprechender Aufbereitung, für den Neuzustand erfasst und als Vergleichswert hinterlegt, insbesondere in der Motorsteuerung abgespeichert und in vorgegebenen, gegebenenfalls betriebsabhängig gewählten Zeitabständen mit dem entsprechenden, im Gebrauchszustand ermittelten Signal – gegebenenfalls in entsprechender Aufbereitung – verglichen. Bei Auftreten charakteristischer Veränderungen werden Korrekturmaßnahmen, insbesondere Reinigungsmaßnahmen ausgelöst.
Der Begriff des Neuzustands ist vorliegend fallweise auch verallgemeinert zu verstehen im Sinne von „neu erfasstem Zustand” als neu erfasstem Ausgangswert für die Vergleichsmessungen.
Erfindungsgemäß stehen somit eine Reihe von Verfahren zur Verfügung, die gegebenenfalls ohne bauliche Veränderungen oder mit vergleichsweise geringen baulichen Ergänzungen auch kombiniert eingesetzt werden können und die benutzerunabhängig eine Optimierung des motorischen Betriebes insbesondere hinsichtlich Emissionsverhalten, Gebrauchsverhalten sowie auch hinsichtlich der Laufkultur ermöglichen.

Claims

Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einem zumindest eine Einspritzdüse (4, 25) mit Düsennadel (17) umfassenden Kraftstoff-Einspritzsystem (2), bei dem die Einspritzdüse (4, 25) wenigstens ein auf einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einspritzendes Spritzloch (18) mit einem vorgegebenen Spritzlochquerschnitt aufweist, der betriebsabhängig durch Verkokung verringert wird, und bei dem in Abhängigkeit von korrelierend zu zur Verringerung des Spritzlochquerschnittes auftretenden Änderungen der Durchflussmenge diesen Änderungen entgegenwirkende Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei mit Speicherdruck arbeitendem Kraftstoff-Einspritzsystem (2) die Korrekturmaßnahmen in Abhängigkeit davon eingeleitet werden, ob, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse (4, 25), bei gleicher Einspritzdauer die Druckdifferenz der zu Beginn und Ende • einer Einspritzung, und/oder • eines Einspritzintervalls in der ballistischen Öffnungsphase der Düsennadel, und/oder • eines Einspritzintervalls in der ballistischen Schließphase der Düsennadel gemessenen Speicherdrücke einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Verfahren zur Diagnose- und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einem zumindest eine Einspritzdüse (4, 25) mit Düsennadel (17) umfassenden Kraftstoff-Einspritzsystem (2), bei dem die Einspritzdüse (4, 25) wenigstens ein auf einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einspritzendes Spritzloch (18) mit einem vorgegebenen Spritzlochquerschnitt aufweist, der betriebsabhängig durch Verkokung verringert wird, und bei dem in Abhängigkeit von korrelierend zu zur Verringerung des Spritzlochquerschnittes auftretenden Änderungen der Durchflussmenge diesen Änderungen entgegenwirkende Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mit Speicherdruck arbeitendem Kraftstoff-Einspritzsystem (2) Korrekturmaßnahmen in Abhängigkeit davon eingeleitet werden, ob, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse (4, 25), die Winkeldifferenz der Druckabfallgradienten, die aus zumindest zu Beginn und zu Ende eines Einspritzintervalls in der ballistischen Öffnungs- und/oder Schließphase der Düsennadel gegebenen Drücken ermittelt wird, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Öffnungsphase, die jeweiligen Druckabfallgradienten im Neuzustand und im Gebrauchszustand des Injektors (5) aus der Differenz der Speicherdrücke bestimmt werden, die als Maximaldruck zu Beginn der Einspritzung und, zu einem hierzu zeitversetzten Zeitpunkt, als gegenüber dem Maximaldruck abgefallener Druck gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Schließphase, die jeweiligen Druckabfallgradienten im Neuzustand und im Gebrauchszustand des Injektors (5) aus der Differenz der Speicherdrücke bestimmt werden, die als gemessener minimaler Speicherdruck am Ende der Einspritzung und als zu einem hierzu zeitversetzten, davor liegenden Zeitpunkt gegebener, rechnerisch ermittelter Speicherdruck erfasst sind.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz zwischen den Bestimmungszeitpunkten für die Drücke bevorzugt gleich ist und insbesondere dem 0,5- bis 0,7-fachen der Nadelöffnungszeit der Nadelschließzeit entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils im Neustand des Injektors (5) erfassten Werte des Druckabfallgradienten abgespeichert vorgehalten werden.
Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einem Kraftstoff-Einspritzsystem (2), das zumindest eine Einspritzdüse (4, 25, 26) mit einer Düsennadel (17, 28) aufweist, welche druckbeaufschlagt den Kraftstoffzulauf auf mindestens ein Spritzloch (18, 33) steuert und bei dem korrelierend zur Verkokung des Spritzloches (18, 33) Maßnahmen zur Feststellung des Verkokungsgrades und/oder Korrekturmaßhahmen eingeleitet werden, die den durch die Verkokung auftretenden Änderungen der Durchflussmenge entgegenwirken, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf den Neuzustand und einen jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse (4, 25, 26), ein spezifisches Geräuschspektrum der Kraftstoffströmung erfasst wird und dass in Abhängigkeit von Änderungen dieses Geräuschspektrums der Verkokungsgrad bestimmt und/oder Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschspektrum der Sacklochströmung als charakteristisches Rauschen bei Einspritzbeginn oder im Bereich einer Voreinspritzung, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklochströmung als Rohsignal erfasst wird und mit zunehmender Verkokung auftretende Abweichungen bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Feststellung des Verkokungsgrades und/oder für die Einleitung der Korrekturmaßnahmen genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (28) druckbeaufschlagt, den Zulauf auf mindestens ein Spritzloch (33) steuernd und mit einer Druckschulter in einen dem Spritzloch (33) vorgelagerten Druckraum (Sackloch 72) eintauchend, über einen durch ihre Schließlage und ihre Öffnungslage vorgegebenen Verstellweg anschlagbegrenzt hubbeweglich ist, und bei dem korrelierend zur Verkokung des Spritzloches (33) den dadurch gegebenen Änderungen des Spritzlochquerschnittes entgegenwirkende Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden, wobei, bezogen auf den Neuzustand und den jeweiligen Gebrauchszustand der Einspritzdüse (26), die dem Verstellweg zwischen den Anschlägen entsprechenden Verstellzeiten als Öffnungs – oder Schließzeiten der Düsennadel (28) erfasst werden, wobei die Differenz der Verstellzeiten gebildet wird und wobei bei Überschreiten eines Grenzwertes der Differenz der Verstellzeiten die Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, beim Öffnen der Düsennadel (28), die Differenz der Öffnungszeiten durch Subtraktion der kürzeren, im Gebrauchszustand der Düse (26) gegebenen Öffnungszeit von der längeren Öffnungszeit im Neuzustand der Düse (26) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, beim Schließen der Düsennadel (28), die Differenz der Schließzeiten durch Subtraktion der kürzeren, im Neuzustand der Düse (26) gegebenen Schließzeit von der längeren, im Gebrauchszustand der Düse (26) gegebenen Schließzeit gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Anschlägen elektrische Kontakte zugeordnet sind, aus deren Signalen die Öffnungs- und Schließzeiten rechnerisch ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Auftreffen der Düsennadel (28) auf die Anschläge entstehenden Anschlaggeräusche als Körperschallsignale über zumindest einen an der Einspritzdüse (26) oder an einem diese aufnehmenden Einspritzinjektor (5) vorgesehenen Sensor (15) erfasst werden und dass aus diesen Signalen die Öffnungs- und Schließzeiten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschallsignale als Rohsignale erfasst und aufbereitet werden und dass aus den aufbereiteten Signalen rechnerisch die Öffnungszeiten ermittelt werden.