-
Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren und eine Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung zum Überwachen der Funktion elektrischer Zünd- oder Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für die Überwachung der Funktion elektrischer Zündanlagen und Zündkerzen von Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung sowie für die Überwachung elektrischer Einspritzanlagen (oder -systeme) und Einspritzventile beziehungsweise Einspritzdüsen von Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung eines Kraftstoffs oder Kraftstoffgemischs.
-
Die vorliegende Erfindung eignet sich für alle Verbrennungsmotoren, unabhängig vom eingesetzten Kraftstoff, das heißt flüssiger oder gasförmiger Art, unabhängig von der Art der Zündung, das heißt ob mit Fremdzündung oder mit Selbstzündung, unabhängig vom Einbau der Motoren, das heißt stationär oder in Fahrzeugen, und unabhängig vom Hersteller der Motoren sowie unabhängig vom Einbau der Überwachung, ob festeingebaut oder als tragbares System (zum Beispiel Messkofer).
-
Moderne Verbrennungsmotoren sind hinsichtlich vielerlei Faktoren an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit angekommen. Geringerer Kraftstoffverbrauch und minimale Emission sind seit Jahren die obersten Ziele der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren. Um diese Ziele zu erreichen, ist ein Zusammenspiel aller Faktoren, wozu die Kraftstoffzufuhr, der Abgastransport, die Luftzufuhr von der Zündanlage und die gesamte Mechanik zählen, zwingend erforderlich. Verlässt auch nur ein Teil der Anlage seinen optimalen Bereich, führt das zu einer Verschlechterung des gesamten Systems. Bei Fremdzündungsmotoren kommt es häufig vor, dass Probleme an der Zündanlage zu einer Verschlechterung des gesamten Systems führen. Lässt zum Beispiel die Zündleistung einer Zündkerze nach, ändern sich die Leistungsdaten des Motors, das heißt es entsteht ein höherer Verbrauch, eine höhere Emission und weitere Nachteile. Zudem wird das Laufverhalten des Motors unruhiger. Bei Selbstzündungsmotoren tritt dieses Problem auf, wenn die Einspritzdüse nicht mehr exakt öffnet und schließt und der Kraftstoff nicht gründlich zerstäubt wird.
-
Moderne Hersteller von Großmotoren ab einer Leistung von 500 Kilowatt und mehr haben dazu Überwachungssysteme entwickelt und können auf die Zündaussetzer reagieren. Durch eine Überwachung der Verbrennungstemperatur im Zylinder können Aussagen über den Zustand der Zündkerze und die Verbrennung im Motor getroffen werden. Sinkt die Leistung der Zündkerze oder fällt diese vollständig aus, geht die Verbrennungstemperatur zurück. Diese Temperatur wird durch Sensoren gemessen und dem Anlagenbetreiber als Signal bereitgestellt. Der Betreiber kann dann die defekte Zündkerze austauschen oder gegebenenfalls nachstellen.
-
Bei kleineren Motoren gibt es diese Überwachung der Verbrennungstemperatur nicht beziehungsweise muss aufwendig nachgerüstet werden. In diesem Fall müssen vom Betreiber alle Zündkerzen ausgetauscht werden, da keine Aussage möglich ist, welche Zündkerze wirklich defekt ist. Vereinzelt versucht man nachträglich, die Abgastemperatur nach dem Austritt aus dem Motor zu messen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: Es wird ein Distanzstück oder ein Distanzflansch zwischen Motor und Abgaskrümmer eingebaut, wobei das Distanzstück oder der Distanzflansch dann den Sensor aufnimmt. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass der Temperaturfühler in den Abgaskrümmer eingebaut wird. Für die erste Möglichkeit muss das gesamte Ansaug- und Abgassystem umgebaut werden. Diese Änderungen führen dazu, dass die Gewährleistung des Motorherstellers erlischt. Für die zweite Möglichkeit muss der Abgastrakt erst demontiert, dann bearbeitet und schließlich wieder montiert werden. Auch die Änderungen führen dazu, dass die Gewährleistung des Motorherstellers erlischt. Zudem sind die Daten aus beiden Verfahren nicht eindeutig, weil die unverbrannten Brenngase im Abgastrakt nachverbrennen und dies damit die Abgastemperatur wieder anhebt. Weiterhin beinflussen die Abgase der anderen Zylinder die Temperatur maßgeblich. Eine eindeutige Zuordnung zu einem bestimmten Zylinder ist damit nicht möglich.
-
Bei Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung des Kraftstoffs oder Krafstoffgemischs sind es die Einspritzanlage und insbesondere die Einspritzventile(-düsen), die immer wieder zu einer Verschlechterung des gesamten Systems führen. Wenn die Einspritzventile nicht mehr für eine optimale Verteilung des Kraftstoffs im Zylinder sorgen, der Kraftstoff stattdessen teilweise sogar aus dem Ventil tropft, ändern sich auch in diesem Fall die Leistungsdaten des Motors und es entstehen die oben beschriebenen Nachteile, wie ein höherer Verbrauch an Kraftstoff und eine höhere Emission.
-
Die
DE 39 34 338 A1 betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Ottomotoren mit elektronischer Zündeinrichtung und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit denen die Zündparameter und Einspritzparameter für jeden Zylinder vorgebbar sind. Bei diesem Verfahren erfolgt die Verstellung von Zünd- oder Einspritzparametern von zuvor mittels anderer Aussetzererkennungsmethoden ausgewählten Zylindern, um die Reaktion auf eine mittels einer Drehzahlmesseinrichtung überwachte Momentandrehzahl und/oder auf das Klopfverhalten mittels eines Klopfsensors zu messen. Dabei wird die Zündungsenergie oder die Einspritzmenge beispielsweise für die ausgewählten Zylinder reduziert oder gänzlich abgeschaltet, um zu ermitteln, ob sich dadurch größere Momentandrehzahlschwankungen ergeben. Speziell geschieht das für die Zylinder, die den verdächtigen Zylindern in der Zündfolge benachbart sind. Für die verdächtigen Zylinder selbst wird die Zündung dagegen optimal gestaltet. Eine starke Änderung der Momentandrehzahl zeigt dabei an, dass die verdächtige Kerze defekt ist.
-
Aus der
DE 195 26 644 C1 ist ein Verfahren zur Erkennung von defekten Zünd- oder Einspritzvorrichtungen bekannt, das bei Verbrennungsmotoren eingesetzt werden soll. Dieses Verfahren ist vorrangig bei Ottomotoren mit zwei Zündkerzen oder bei Dieselmotoren mit zwei Einspritzdüsen anwendbar. Dabei wird vorgeschlagen, zeitweilig eine oder mehrere Zündkerzen oder Einspritzdüsen eines der beiden Steuerkreise abzuschalten, um bei den Zylindern, bei denen eine der Zündkerzen oder Einspritzdüsen ausgesetzt hat, eine vollständige Unterbindung des Verbrennungsvorganges zu erreichen und in bekannter Weise erkennen zu können. Gleichzeitig wird die Laufruhe des Motors überwacht. Die Ermittlung defekter Zündkerzen beziehungsweise Einspritzdüsen erfolgt somit verdachtsabhängig. Eine Veränderung der Laufruhe zeigt den Zylinder an, in dem sich die defekte Zündkerze befindet.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren oder eine Technik bereitzustellen, das/die es ermöglicht, auch bei kleineren stationären Verbrennungsmotoren und Aggregaten Zündaussetzer, den Ausfall oder Leistungseinbußen von Zündkerzen beziehungsweise das Ausfallen oder Leistungseinbußen von Einspritzventilen(-düsen) frühzeitig zu erkennen und gezielt die defekte Zündkerze beziehungsweise das defekte Einspritzventil (die defekte Einspritzdüse) zu finden. Damit ist es möglich, die Wartungskosten von Aggregaten und Motoren zu senken, deren Wirkungsgrad zu erhöhen und Emissionen zu verringern.
-
Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe besteht allgemein in einem Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Zünd- oder Einspritzanlagen von stationären Verbrennungsmotoren nach den Ansprüchen 1 und 2.
-
Gemäß der auf Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung gerichteten Lösungsvariante der Aufgabe der Erfindung wird die Funktion von elektrischen Zündanlagen mit einem Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren überwacht, bei dem die Leistung des Verbrennungsmotors gemessen wird und zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem
- a) die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule, die jeweils eine Zündkerze mit der Zündspannung versorgt, unterbrochen wird oder kurzzeitig ausgesetzt wird,
- b) anhand der Leistungsmessung des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt,
- c) nach der Prüfung die Stromzufuhr wiederhergestellt wird,
- d) die Schritte a) bis c) für jede weitere einzelne Zündspule des Verbrennungsmotors wiederholt werden.
-
Gemäß der Konzeption der Erfindung kann bei einem Leistungsabfall oder dem ganzen Ausfall einer Zündkerze dies eindeutig einem Zylinder zugeordnet werden, weshalb nur eine Zündkerze ausgetauscht oder eingestellt werden muss. Zu beliebig einstellbaren Zeitpunkten wird dazu, wie bereits oben erwähnt, die Stromzufuhr zur einzelnen Zündspule, die die Zündkerze mit der Zündspannung versorgt, kurzzeitig unterbrochen oder ausgesetzt. Die Unterbrechung oder Aussetzung der Stromversorgung kann zum Beispiel über ein oder mehrere Schaltelemente realisiert werden. Alternativ dazu kann aber auch ein Eingriff in eine bestehende Steuerung von Zündanlagen mit dem Ziel erfolgen, die Stromversorgung der Zündspule oder Zündkerze zu unterbrechen oder auszusetzen.
-
Durch diese Abschaltung ändert sich sofort das Laufverhalten des Motors und die Leistung. Der Motor läuft unruhig und die Leistung fällt ab, allerdings nur, wenn die Zündkerze vorher in Ordnung war. War diese Zündkerze bereits vorher defekt oder eingeschränkt funktionsfähig, ändert sich nichts oder zumindest weniger als bei einer vollständig funktionsfähigen Zündkerze zu erwarten wäre. Anschließend wird die Stromversorgung wiederhergestellt oder die Unterbrechung beseitigt. Die Leistungsmessung des Verbrennungsmotors ist in der Lage, diese Leistungsänderung bei einer intakten Zündkerze zu erfassen. Damit kann auch der Leistungsabfall einem einzelnen Zylinder exakt zugeordnet werden, beziehungsweise wenn keine Leistungsänderung erfolgte, kann auch der Defekt der Zündkerze dem Zylinder zugeordnet werden.
-
Die gleiche erfinderische Idee, die dem auf das Überwachen der Funktion von elektrischen Zündanlagen gerichteten Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zu Grunde liegt, wird auch in der auf Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren gerichteten Lösungsvariante umgesetzt. Diese Lösung beinhaltet ein Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zur Überwachung der Funktion elektrischer Einspritzanlagen von stationären Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung des Verbrennungsmotors gemessen wird und zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem
- a) die Stromzufuhr zu einem einzelnen elektrischen Einspritzventil (einer einzelnen elektrischen Einspritzdüse) der elektrischen Einspritzanlage unterbrochen oder ausgesetzt wird,
- b) anhand der Leistungsmessung des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt,
- c) nach der Prüfung die Stromzufuhr für die Freigabe des einzelnen elektrischen Einspritzventils wiederhergestellt wird,
- d) die Schritte a) bis c) für jedes weitere einzelne elektrische Einspritzventil der elektrischen Einspritzanlage wiederholt werden.
-
Diese Lösungsvariante ist insbesondere für die Anwendung in Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung des Kraftstoffs oder Kraftstoffgemischs relevant.
-
Auch bei elektrischen Einspritzanlagen kann einerseits die Betätigung ein oder mehrerer Schaltelemente für die Unterbrechung oder Aussetzung der Stromzufuhr sorgen, andererseits ist auch ein Eingriff in eine bestehende Steuerung von Einspritzanlagen mit dem Ziel möglich, die Stromversorgung des Einspritzventils (der Einspritzdüse) auszusetzen.
-
Erfindungsgemäß wird die Funktionskontrolle mit den Schritten a) bis d) in beiden Lösungsvarianten in regelmäßigen oder variierenden Abständen wiederholt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann/können in beiden Lösungsvarianten zusätzlich zur Leistung die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen werden. Anhand der Drehzahlmessung und/oder der Laufruhemessung des Verbrennungsmotors erfolgt eine Prüfung, ob sich durch die Unterbrechung der Stromzufuhr die Drehzahl und/oder das Laufverhalten ändert/ändern.
-
Eine entsprechende Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorüberwachungsverfahrens zum Überwachen der Funktion elektrischer Zünd- oder Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren umfasst demnach
- – eine Leistungsmesseinheit für das Messen der Leistung eines Verbrennungsmotors,
- – ein oder mehrere Schaltelemente zum Unterbrechen und Wiederherstellen der Stromzufuhr zu den einzelnen Zündspulen der elektrischen Zündanlage oder den Einspritzventilen des Verbrennungsmotors, wobei das eine oder die mehreren Schaltelemente insgesamt geeignet ist/sind, für eine natürliche Anzahl n an Zündspulen oder Einspritzventilen mindestens n + 1 Schaltzustände bereitzustellen, von denen ein Schaltzustand der Betriebszustand ist, in denen die Stromzufuhr zu jeder einzelnen Zündspule oder jedem einzelnen Einspritzventil intakt ist, und die übrigen n Schaltzustände Funktionskontrollzustände sind, in denen die Stromzufuhr zu jeweils nur einer Zündspule oder einem Einspritzventil, das heißt in jedem der n Funktionskontrollzustände zu einer anderen der n Zündspulen oder einem anderen der n Einspritzventile, unterbrochen oder ausgesetzt ist, und
- – eine Auswerteeinheit, die in der Lage ist, die von der Leistungsmesseinheit ausgegegeben Daten zu empfangen und auszuwerten.
-
Erfindungsgemäß ist die Leistungsmesseinheit dazu ausgebildet, in einem Funktionskontrollzustand n, in dem die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule der elektrischen Zündanlage oder einem einzelnen elektrischen Einspritzventil der elektrischen Einspritzanlage unterbrochen oder ausgesetzt ist, eine Leistungsänderung zu erfassen. Das eine oder die mehreren Schaltelemente sind dazu ausgebildet, nach erfolgter Prüfung die Stromzufuhr für die Freigabe der einzelnen Zündspule oder des einzelnen elektrischen Einspritzventils wiederherzustellen. Die Auswerteeinheit ist in der Lage, auf der Grundlage der Höhe des Leistungsabfalls oder aufgrund eines Ausbleibens eines Leistungsabfalls nach Unterbrechung der Stromzufuhr zu einer Zündkerze oder einem Einspritzventil eine Information auszugeben, ob die Zündkerze oder das Einspritzventil voll funktionsfähig, eingeschränkt funktionsfähig oder defekt ist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Anzahl der Schaltelemente der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors. Für einen Zwölfzylindermotor wären demnach zwölf Schaltelemente vorgesehen. Da bei den kleineren Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung die Spannungsversorgung der Zündspule unter 500 Volt liegt, können vorteilhaft handelsübliche Schalter eingebaut werden.
-
Der Verkabelungsaufwand ist gering. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem einen oder den mehreren Schaltelementen gekoppelt ist und den Ablauf der Funktionskontrolle steuert. Wie bereits erwähnt, ist gemäß der Erfindung eine Auswerteeinheit vorgesehen, die in der Lage ist, die von der Leistungsmesseinheit und gegebenenfalls der Messeinheit für das Laufverhalten des Motors und/oder der Drehzahlmesseinheit ausgegegeben Daten zu empfangen und auszuwerten. Auf der Grundlage der Höhe des Leistungsabfalls beziehungsweise aufgrund des Ausbleibens des Leistungsabfalls nach Unterbrechung der Stromversorgung zu einer Zündkerze oder zu einem Einspritzventil gibt die Auswerteeinheit eine Information an einen Benutzer aus, ob die Zündkerze beziehungsweise das Einspritzventil voll funktionsfähig, eingeschränkt funktionsfähig oder defekt ist. Die Auswerteeinheit kann auch Empfehlungen an den Benutzer ausgeben, eine Zündkerze oder ein Einspritzventil auszutauschen, wenn es defekt oder nur noch eingeschränkt funktionsfähig ist.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die Auswerte- als auch die Steuereinheit in einem Computer untergebracht. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Programmierung einer Software für die Steuereinheit, die den Ablauf des Verfahrens bestimmt, nur einmal erfolgen muss.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein einstellbares Zeitschaltelement vorgesehen, welches mit der Steuereinheit gekoppelt ist und zu gegebenen Zeitpunkten mit Hilfe eines Signals die Steuereinheit aktiviert, die Funktionskontrolle durchzuführen.
-
In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist ein einstellbares Zeitschaltelement mit einer Auswerteeinheit für die Leistung und gegebenenfalls die Drehzahl und/oder die Laufruhe in einem tragbaren Messkofer vorgesehen, welches mit dem Motor gekoppelt wird. Dabei ist nur die Schalteinheit für die Unterbrechung der Stromversorgung am Motor beziehungsweise im Fahrzeug eingebaut. Über die tragbare Messeinheit wird zu gegebenen Zeitpunkten mit Hilfe eines Signals die Steuereinheit aktiviert, die Funktionskontrolle durchzuführen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann/können eine Drehzahlmesseinheit und/oder eine Messeinheit für das Laufverhalten des Motors vorgesehen sein, so dass, wenn die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule der elektrischen Zündanlage oder einem einzelnen elektrischen Einspritzventil der elektrischen Einspritzanlage unterbrochen oder ausgesetzt wird, anhand der Drehzahlmessung und/oder Laufruhemessung des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgen kann, ob sich durch die Unterbrechung der Stromzufuhr die Drehzahl und/oder das Laufverhalten ändert/ändern.
-
Auf die Lebensdauer der Zündanlage, der Zündspule sowie der Zündkerzen beziehungsweise der Einspritzanlage und der Einspritzventile hat das Verfahren keine Auswirkung. Der grob geschätzte Preis pro Modul liegt derzeit bei rund 1.500,00 EUR. Des Weiteren hat die Erfindung folgende allgemeine Vorteile:
- – die Möglichkeit einer kostengünstigen Nachrüstung an allen Motoren,
- – die Möglichkeit einer Nachrüstung, ohne dass ein Eingriff in die bestehende Steuerung und in die bestehende Programmierung notwenig ist, da die erfindungsgemäße Vorrichtung als eigenes Modul geliefert werden kann,
- – die Möglichkeit der Integration in eine bestehende Steuerung,
- – die schnelle und einfache Montage der Zünd- beziehungsweise Einspritzüberwachung, wobei ein Stillstand des Verbrennungsmotors nur für wenige Stunden erforderlich ist, was insbesondere von Bedeutung ist, wenn der Verbrennungsmotor als Aggregat zur Stromerzeugung dient,
- – die fehlende Notwendigkeit von Änderungen am Verbrennungsmotor beziehungsweise am Aggregat, welche einen negativen Einfluss auf die Gewährleistung eines Verbrennungsmotors beziehungsweise eines Aggregates hätten.
-
Darüber hinaus lässt sich durch eine bessere Verbrennung von Kraftstoffen die Emission von Abgas senken. Des Weiteren werden durch längere Standzeiten von Zündkerzen und die bessere Nutzung von Energieträgern nachhaltig Ressourcen geschont. Die Lebensdauer der derzeit eingesetzten Zündkerzen liegt – je nach Qualität des Brenngases – bei 4.000 bis 8.000 Betriebsstunden. Beim Einsatz von Schwachgasen, wie zum Beispiel Bio-, Deponie-, Gruben-, Klär- und Holzgas, liegt die Lebensdauer bei ca. 2.000 bis 4.000 Betriebsstunden. Verschiedene Hersteller von Motoren sowie Errichter von Blockheizkraftwerken empfehlen aber den Tausch der Zündkerzen bereits nach 1.000 bis maximal 2.000 Betriebsstunden. Defekte Zündkerzen oder Zündanlagen verursachen folgende Probleme:
- – ein Ansteigen des Gasverbrauchs des Motors,
- – die Nichteinhaltung der Abgaswerte gemäß TA-Luft,
- – die Verschlechterung des Startverhaltens des Motors, wobei ein automatischer Start in der Regel nicht mehr möglich ist, sowie
- – das unruhige Laufen des Motors, wobei Schwingungen mechanische Probleme und somit Schäden erzeugen.
-
Daraus ergibt sich die Betrachtung gemäß der folgenden Tabelle: Tabelle 1: Einsparung durch den Einsatz der Zündaussetzer-Erkennung bei Fremdzündungsmotoren:
| | ohne Zündaussetzer-Erkennung | mit Zündaussetzer-Erkennung |
| Laufzeit in Betriebsstunden pro Jahr | 8.000 | 8.000 |
| Zylinder | 12 | 12 |
| Standzeit der Zündkerze in Betriebsstunden pro Jahr | 1.000 | 4.000 |
| Bedarf an Zündkerzen in Stück pro Jahr | 96 | 24 |
| Preis pro Zündkerze in € | 40,- | 40,- |
| Arbeitskosten pro Zündkerze in € | 5,- | 5,- |
| Gesamtkosten pro Zündkerze in € | 45,- | 45,- |
| Kosten pro Betriebsjahr in € | 4.320,- | 1.080,- |
| Lebensdauer des Aggregates in Jahren | 7 | 7 |
| Investitionskosten für die Zündaussetzer-Erkennung in € | -,- | –1.500,- |
| Wartungs- und Folgekosten für die gesamte Lebensdauer in € | -,- | –3.500,- |
| Gesamtkosten in € | 30.240,- | 6.080,- |
| Einsparung in € | | 24.160,- |
| Einsparung in Prozent | | 74,8 |
Tabelle 2: Einsparung durch den Einsatz der Zündaussetzer-Erkennung (Selbstzündungsmotoren):
| | ohne Zündaussetzer-Erkennung | mit Zündaussetzer-Erkennung |
| Laufzeit in Betriebsstunden pro Jahr | 8.000 | 8.000 |
| Zylinder | 12 | 12 |
| Standzeit der Einspritzdüsen in Betriebsstunden pro Jahr | 4.000 | 6.000 |
| Bedarf an Einspritzdüsen in Stück pro Jahr | 24 | 16 |
| Preis pro Einspritzdüse in € | 200,- | 200,- |
| Arbeitskosten pro Einspritzdüse in € | 10,- | 10,- |
| Gesamtkosten pro Zündkerze in € | 210,- | 210,- |
| Kosten pro Betriebsjahr in € | 5.040,- | 3.360,- |
| Lebensdauer des Aggregates in Jahren | 7 | 7 |
| Investitionskosten für die Zündaussetzer-Erkennung in € | -,- | –1.500,- |
| Wartungs- und Folgekosten für die gesamte Lebensdauer in € | -,- | –3.500,- |
| Gesamtkosten in € | 35.280,- | 22.020,- |
| Einsparung in € | | 13.260,- |
| Einsparung in Prozent | | 66,1% |
-
Die Verbesserung des Wirkungsgrades wurde in dieser tabellarischen Betrachtung nicht berücksichtigt. Man kann aber davon ausgehen, dass der Wirkungsgrad des Motors konstant mindestens ein Prozent höher liegt als bei vergleichbaren Anlagen ohne Zündaussetzer-Erkennung. Bei einer Leistung von 350 Kilowatt und ca. 8.000 Betriebsstunden (Volllast) entspricht das einem zusätzlichen Stromertrag in Höhe von 73.700 Kilowattstunden pro Jahr. Bei der derzeitigen Einspeisevergütung nach EEG (Stand 2008) ergibt sich daraus ein zusätzlicher Gewinn von 14.720,00 EUR pro Jahr, unabhängig ob es sich um Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung oder Fremdzündung handelt.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1: die schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung an einer elektrischen Zündanlage und
-
2: die schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung an einer elektrischen Einspritzanlage.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 zum Überwachen der Funktion einer elektrischen Zündanlage 2 eines Verbrennungsmotors. Die elektrische Zündanlage 2 umfasst neben einer Stromversorgungseinheit 3 mehrere Zündspulen 4, wobei jede Zündspule 4 jeweils eine Zündkerze 5 mit der Zündspannung versorgt. Die Zündkerzen 5 sind gemäß 1 der gleichen Anzahl an Zylindern 6 zugeordnet, so dass jeweils eine Zündkerze 5 in der Lage ist, in jeweils einem Zylinder 6 den Zündvorgang auszulösen. In der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 ist gemäß 1 eine Leistungsmessung 7, eine Drehzahlmessung 8, eine Messeinheit für das Laufverhalten des Motors 9 (Laufruhemessung 9) sowie eine Klopfregelung 10 vorgesehen. Alle Messgeräte 7, 8, 9, 10 und die elektrische Zündanlage 2 sind mit einer gemeinsamen Steuereinheit 11 verbunden. Die gemeinsame Steuereinheit 11 weist mehrere Ausgänge 12 auf, wobei von jedem Ausgang 12 eine Verbindung 13 zu jeweils einem Schaltelement 14 (Schalter 14 beziehungsweise Trenner 14) führt, wobei das jeweilige Schaltelement 14 geeignet ist, die Verbindung der Stromversorgungseinheit 3 der elektrischen Zündanlage 2 zu einer der Zündspulen 4 zu schließen oder zu unterbrechen. Gemäß der Anordnung in 1 wird der Erfindungsgedanke in der Weise umgesetzt, dass bei einer Funktionskontrolle über die Steuereinheit 11 alle Schaltelemente 14 nacheinander angesteuert werden. Wenn ein einzelnes Schaltelement 14 angesteuert wird, so wird die Stromversorgungsleitung 15 zwischen der Stromversorgungseinheit 3 und der jeweils zugeordneten Zündspule 4 zunächst unterbrochen (der Schalter 14 wird geöffnet) und die der jeweiligen Zündspule 4 zugeordnete Zündkerze 5 somit abgeschaltet. Dann werden Veränderungen der Leistung und gegebenenfalls der Drehzahl und/oder der Laufruhe über die Leistungsmessung 7 und gegebenenfalls die Drehzahlmessung 8 und/oder die Laufruhemessung 9 registriert, wobei die Messeinheiten 7, 8, 9 über die Steuereinheit 11 jeweils die Information erhalten, welche Zündkerze 5 beziehungsweise welcher Abschaltvorgang welche (oder keine) Veränderung verursachte, was die spätere Zuordnung erleichtert. Nach der Prüfung, das heißt nach der Aufzeichnung des Leistungsabfalls und gegebenenfalls der Drehzahlveränderung und/oder der Veränderung der Laufruhe infolge des Abschaltens der einzelnen Zündkerze 5, wird die Stromzufuhr zu der geprüften Zündkerze 5 wiederhergestellt, indem das Schaltelement 14 geschlossen wird. Nacheinander wird über die Steuereinheit 11 und die Verbindungen 13 jede weitere Zündspule 4 angesteuert, und der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt.
-
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 für Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung. Die Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 ist sowohl für Systeme der Direkteinspritzung von Kraftstoffen als auch für Systeme mit einer sogenannten Common-Rail-Einspritzung geeignet. Bei der Common-Rail-Einspritzung, die auch „Speichereinspritzung” genannt wird, handelt es sich um Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht.
-
Die (Common-Rail-)Einspritzanlage 16 gemäß 2 umfasst eine Kraftstoffpumpe 17, von der eine Kraftstoffleitung 18 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 19 (Rail) führt. Dieser Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail) 19 verfügt über Kraftstoffleitungsabgänge 20 zur Versorgung der einzelnen Zylinder 6 mit Kraftstoff. Die Kraftstoffleitungen 18, die von den Kraftstoffleitungsabgängen 20 ausgehen, führen über jeweils ein Einspritzventil 21 zum entsprechenden Zylinder 6. Das Einspritzventil 21 (Injektor) ist ein Magnetventil, das elektrisch betrieben wird. Dazu weist die Einspritzanlage 16 ein Steuergerät 22 auf, von dem mehrere Stromversorgungsabgänge 23 für die Stromversorgung der einzelnen Einspritzventile 21 ausgehen. Jede Stromversorgungsleitung 15 führt über ein Schaltelement 14 zum jeweiligen Einspritzventil 21. Die Schaltelemente 14 sind Teil der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 und geeignet, die Stromversorgung zu den einzelnen Einspritzventilen 21 zu schließen oder zu unterbrechen. Darüber hinaus weist die Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 gemäß 2 eine Steuereinheit 11 auf, die mit einer Leistungsmesseinheit 7, einer Drehzahlmesseinheit 8 und einer Messeinheit für das Laufverhalten des Motors 9 (Laufruhemessung 9) verbunden ist. Die gemeinsame Steuereinheit 11 weist mehrere Ausgänge 12 auf, wobei von jedem Ausgang 12 eine Verbindung 13 zu jeweils einem Schaltelement 14 (Schalter 14) führt, wobei, wie bereits erwähnt, das jeweilige Schaltelement 14 geeignet ist, die Stromversorgung zu einem Einspritzventil 21 zu schließen oder zu unterbrechen. Des Weiteren weist die gemeinsame Steuereinheit 11 auch eine Datenverbindung 24 zum Steuergerät 22 der Einspritzanlage 16 auf.
-
Gemäß der Anordnung in 2 wird der Erfindungsgedanke in der Weise umgesetzt, dass bei einer Funktionskontrolle über die Steuereinheit 11 alle Schaltelemente 14 nacheinander angesteuert werden. Wenn ein einzelnes Schaltelement 14 angesteuert wird, so wird die Stromversorgung zum jeweils zugeordneten Einspritzventil 21 zunächst unterbrochen (der Schalter 14 wird geöffnet) und das Einspritzventil 21 somit desaktiviert. Dann werden Veränderungen der Leistung und gegebenenfalls der Drehzahl und/oder der Laufruhe über die Leistungsmessung 7 und gegebenenfalls die Drehzahlmessung 8 und/oder die Laufruhemessung 9 registriert, wobei die Messeinheiten 7, 8, 9 über die Steuereinheit 11 jeweils die Information erhalten, welches Einspritzventil 21 beziehungsweise welcher Abschaltvorgang welche (oder keine) Veränderung verursacht, was die spätere Zuordnung erleichtert. Nach der Prüfung, das heißt nach der Aufzeichnung des Leistungsabfalls und gegebenenfalls der Drehzahlveränderung und/oder der Veränderung der Laufruhe infolge des Desaktivierens des einzelnen Einspritzventils 21, wird das Einspritzventil 21 wieder freigeschaltet, indem das Schaltelement 14 (der Schalter 14) geschlossen wird. Nacheinander wird über die Steuereinheit 11 und die Verbindungen 13 jedes weitere Einspritzventil 21 angesteuert und der oben beschriebene Vorgang wiederholt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung
- 2
- elektrische Zündanlage
- 3
- Stromversorgungseinheit
- 4
- Zündspule
- 5
- Zündkerze
- 6
- Zylinder
- 7
- Leistungsmessung, Leistungsmesseinheit, Messgerät
- 8
- Drehzahlmessung, Drehzahlmesseinheit, Messgerät
- 9
- Messeinheit für das Laufverhalten des Motors, Laufruhemessung, Messgerät
- 10
- Klopfregelung
- 11
- Steuereinheit
- 12
- Ausgänge
- 13
- Verbindung
- 14
- Schaltelement, Schalter, Trenner
- 15
- Stromversorgungsleitung
- 16
- (Common-Rail-)Einspritzanlage
- 17
- Kraftstoffpumpe
- 18
- Kraftstoffleitung
- 19
- Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail)
- 20
- Kraftstoffleitungsabgänge
- 21
- Einspritzventil (Injektor), Magnetventil
- 22
- Steuergerät der Einspritzanlage 16
- 23
- Stromversorgungsabgänge
- 24
- Datenverbindung
