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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen.
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Solche Verfahren sind zur zylinderselektiven Dichtigkeitsprüfung der Zylinder-Brennräume und damit auch zur Ermittlung der relativen Kompression in diesen Brennräumen bekannt und beruhen vielfach darauf, dass in einem ohne Zündung ablaufenden Teilbereich des elektrischen Anlasserbetriebes die Stromaufnahme des Anlassermotors als Maß für den Druckverlauf in den einzelnen Zylinder-Brennräumen genutzt wird, um so unter Berücksichtigung weiterer Kenngrößen im Quervergleich den allgemeinen Verschleißzustand und/oder auch sonstige die Dichtigkeit beeinträchtigende Mängel, wie etwa schlecht schließende Ventile ermitteln zu können. Unter anderem aus der Patentliteratur sind hierzu vielfältige Lösungsansätze bekannt, so beispielsweise aus den nachgenannten Druckschriften:
DE 27 09 128 A1 ,
DE 197 34 680 B4 ,
DE 100 25 846 B4 ,
EP 0 269 606 B1 und
EP-0 652 425 B1 .
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Neben durch solche Funktionsüberprüfungen erfassbaren Verschleißerscheinungen, Fehlern und Mängeln sind eine Vielzahl weiterer Funktionsüberprüfungen gebräuchlich, so beispielsweise bei Brennkraftmaschinen, die mit Piezoinjektoren zur Einspritzung des Kraftstoffs auf die jeweiligen Zylinder-Brennräume arbeiten, um sicherzustellen, dass bei Fehlfunktionen dieser Injektoren Kraftstoff ungehindert und ungewollt in den jeweiligen Brennraum gelangen kann. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine kann dies zu einer Kraftstoffansammlung im Brennraum führen, die den sogenannten „Kraftstoffschlag” zur Folge hat, und im Betrieb der Brennkraftmaschine können sich auch bei kleinen, auf den Brennraum ungewollt zufließenden Kraftstoffmengen nicht nur unerwünschte Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, sondern insbesondere auch deren Emissionsverhalten ergeben, gegebenenfalls verbunden mit Schäden an fast durchgängig verwendeten Katalysator- und/oder Rußfiltersystemen. Um dies auszuschließen, sieht die
DE 101 48 221 A1 vor, bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoinjektors den Kraftstoffzufluss zum Piezoinjektor zu reduzieren, und es sind im Sinne dieser Aufgabenstellung insbesondere auch anderweitig vielfältige Lösungen bekannt, über entsprechend ausgestaltete Mengenbegrenzungsventile einen ungewollten Zufluss von Kraftstoff auf die Brennräume auszuschließen.
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Kommt es ungeachtet all dieser Vorkehrungen dennoch zu einem ungewollten Kraftstoffzufluss auf den jeweiligen Brennraum, so beispielsweise bei auch nur geringer Leckage des Injektors, wenn dieser einen unter Druck stehenden Kraftstoffspeicher umfasst und/oder aus einem solchen Speicher gespeist wird, so können insbesondere längere Betriebspausen der Brennkraftmaschine in den jeweiligen Zylinder-Brennraum zufliegende Kraftstoffmengen zur Folge haben, die bei in Betriebsetzen der Brennkraftmaschine zu erheblichen Schäden führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich auch solche Leckagen erkennen und insbesondere hinsichtlich ihrer schädigenden Auswirkung auf die Brennkraftmaschine beseitigen lassen.
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Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, zu dem die Unteransprüche teils auch eigenständig nutzbare Ausgestaltungen enthalten, so insbesondere hinsichtlich der Erfassung der Kompressionsdrücke in ihrer Höhe, abgeleitet aus der zylinderindividuell erfassten Drehgeschwindigkeit und/oder der zylinderindividuell erfassten Stromaufnahme.
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Ferner auch hinsichtlich des Abbaus der auf den oder die Zylinder eingeflossenen Leckagemengen durch Fortführung des ohne Zündung ablaufenden Anlasserbetriebes bis sich die zylinderindividuellen Kompressionsdrücke auf einen Mittelwert als zulässigen Grenzwert eingependelt haben, verbunden mit der Möglichkeit, den jeweiligen Anlasserbetrieb abzubrechen, falls der jeweilige Mittelwert über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus bezüglich eines der Zylinder überschritten wird und/oder die Anpassung an den jeweiligen Mittelwert nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums erreicht wird.
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Mit der zylinderindividuellen Detektion der Kompressionsdrücke unmittelbar beginnend mit dem Anlasserbetrieb wird erreicht, dass der Anlasserbetrieb gegebenenfalls sofort abgebrochen wird, sobald zylinderindividuell kritische Grenzwerte überschritten werden oder dass die leckagebedingten Unterschiede der Kompressionsdrücke durch Abbau der jeweiligen Leckagen schnellstmöglich eingeebnet werden, um in den normalen Anlasserbetrieb mit Zündung, also mit über das Steuergerät freigegebener Ansteuerung der Einspritzorgane, insbesondere Injektoren und/oder Einspritzventilen, übergehen zu können.
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Die Erfassung der Stromaufnahme während des ohne Zündung ablaufenden Teilbereiches des Anlasserbetriebes bietet eine günstige Möglichkeit, den Kompressionsdruck indirekt zu erfassen, und in entsprechender Weise ist dies auch über die zylinderindividuelle Erfassung der Drehgeschwindigkeit, korrelierend zur Anlasserdrehzahl, mit Vorteil möglich, so dass für die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens in vielen Fällen auf bereits für anderweitige Zwecke erfasste Daten zurückgegriffen werden kann.
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Um den Anlasserbetrieb ohne Zündung, ungeachtet sonstiger diesen Betriebsbereich abgrenzender Gegebenheiten, auf ein vertretbares Maß zu beschränken, erweist es sich als zweckmäßig, wenn der ohne Zündung ablaufende Teilbereich des Anlasserbetriebes auf eine vorgegebene Anzahl von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine beschränkt wird.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, die sich auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschinen bezieht. Wenn dabei auf einen ohne Zündung ablaufenden Teilbereich des Anlasserbetriebes Bezug genommen wird, so bedeutet dies, korrelierend zu fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, dass die für die Selbstzündung verantwortliche und deren Zündzeitpunkt im Wesentlichen auch bestimmende Einspritzung des Kraftstoffes auf den jeweiligen Brennraum in diesem Teilbereich ausgesetzt ist, entsprechend der Unterdrückung des Zündstromes bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.
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Die Figuren veranschaulichen stark schematisiert in
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1 den grundsätzlichen Aufbau einer vierzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine, die mit Speicherdruck-Einspritzung arbeitet, als ein Beispiel für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine,
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2 in einem Diagramm den Verlauf der Stromaufnahme in Zuordnung zu den Zylindern im ohne Zündung ablaufenden, elektrischen Anlasserbetrieb, wobei dem Verlauf der Stromaufnahme der Verlauf des Kompressionsdruckes entspricht und die Darstellung im Übrigen stark schematisiert ist,
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3 in einer entsprechenden Diagrammdarstellung der Verlauf der Anlasserdrehzahl im ohne Zündung ablaufenden Teilbereich des elektrischen Anlasserbetriebes in Zuordnung zu den jeweiligen Zylindern, wobei zum Drehzahlverlauf die Drehgeschwindigkeit korreliert, und
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4 ein Ablaufdiagramm, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsprüfung schematisiert dargestellt ist.
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Die als Beispiel für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine im Schema dargestellte vierzylindrige Diesel-Brennkraftmaschine 1 weist einen Motorblock 2 auf, der die Zylinder A, B, C, D aufnimmt, die in Reihe zueinander angeordnet sind und in denen jeweils ein Kolben 3 hubbeweglich angeordnet und über ein Pleuel 4 mit der Kurbelwelle 5 verbunden ist. Kopfseitig, und damit gegenüberliegend zur Kurbelwelle 5, ist die Nockenwelle 6 angedeutet, über die nicht dargestellte Gaswechselsteuerelemente beaufschlagt werden, entsprechend dem Viertaktbetrieb der dargestellten Brennkraftmaschine 1. Die Kolben 3 grenzen innerhalb der jeweiligen Zylinder A, B, C, D jeweils einen Brennraum 7 zum nur angedeuteten Zylinderkopf 8 ab und auf die Brennräume 7 münden jeweils Einspritzorgane 9 aus, die im Ausführungsbeispiel als Injektoren 10 gestaltet sind und über die Kraftstoff, entsprechend der Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 im Ausführungsbeispiel als selbstzündende, direkt einspritzende Diesel-Brennkraftmaschine, auf die Brennräume 7 eingespritzt wird. Die Injektoren 10 werden im Ausführungsbeispiel über einen Druckspeicher 11 mit unter Hochdruck stehendem Dieselkraftstoff versorgt und sind in Abstimmung auf den Viertakt-Arbeitsprozess über ein Steuergerät 12 angesteuert. Die diesbezüglichen Steuerleitungen sind bei 13 veranschaulicht. Die hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen dem Druckspeicher 11 und den Injektoren 10 sind mit 14 bezeichnet.
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Die Versorgung der Injektoren über einen als Common Rail ausgebildeten Druckspeicher 11 ist nur beispielhaft. Auch in die Injektoren 10 können, was nicht dargestellt ist, Druckspeicher integriert sein, die an eine gemeinsame Druckversorgung angeschlossen sind, gegebenenfalls auch über einen zwischengeschalteten weiteren Druckspeicher etwa entsprechend dem Druckspeicher 11.
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Das Steuergerät 12 verarbeitet unter anderem im Hinblick auf die Koordination der Kraftstoffeinspritzung über die Injektoren 10 zur Stellung der Kolben 3 in den verschiedenen Arbeitsphasen Drehzahl – und Drehstellungssignale – Pfeile 15, 16 – von Kurbelwelle 5 und Nockenwelle 6, die im Ausführungsbeispiel über die Zahnräder 17 und 18 antriebsverbunden sind, wobei das kurbelwellenseitige Zahnrad 18 über das Zahnrad 19 auch in Antriebsverbindung zu einem Anlasser 20 steht, der im Ausführungsbeispiel als elektrischer Anlasser ausgebildet ist.
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Nicht dargestellt ist in 1, dass diverse Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sind, um eine Einspritzung des Kraftstoffs über die Injektoren 10 auf die Brennräume 7 lediglich zu den vorgesehenen Zeitpunkten zu bewerkstelligen und insbesondere auch zu verhindern, dass im Schadensfalle, beispielsweise bei Stromausfall oder Fehlern im Steuergerät 12, Kraftstoff zu nicht vorgesehenen Zeitpunkten und/oder in nicht vorgesehener Menge in die Brennräume 7 gelangt.
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Hierzu finden, in 1 nicht dargestellt, gegebenenfalls im Zulauf auf die Injektoren 10 liegende Mengenbegrenzungsventile Verwendung, ferner auch Druckentlastungsventile, um außerhalb der Betriebsphasen der Brennkraftmaschine den Druck in dem oder den Druckspeichern abzusenken, wobei meist ein Restdruck verbleibt.
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Auch wenn die Injektoren 10 außerhalb der Einspritzphasen geschlossen sind und auf die Schließlage im Regelfall auch zumindest federbelastet sind, kann es beispielsweise vorkommen, dass die Injektoren beispielsweise durch Verklemmen der Düsennadel, durch Ablagerungen, eingeschwemmte Partikel oder dergleichen ihre Schließlage nicht erreichen, was in Anbetracht des auch im Stillstandsbetrieb der Brennkraftmaschine unter einem gewissen Druck stehenden, im Zulauf auf die Injektoren 10 befindlichen Kraftstoffes dazu führen kann, dass sich während der Stillstandszeit eine mehr oder minder große Leckagemenge im jeweiligen Brennraum ansammelt.
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Um dies einerseits zu detektieren und andererseits damit möglicherweise verbundene Schädigungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden wird erfindungsgemäß zu Beginn eines jeweiligen Anlassvorganges, also zu Beginn eines jeweiligen Anlasserbetriebes für die Brennkraftmaschine und bei in diesem Teilbereich des Anlasserbetriebes unterdrückter Verbrennung, der Kompressionsdruck in den jeweiligen Zylinder-Brennräumen detektiert, so dass ausgehend hiervon entweder der Anlasserbetrieb abgebrochen wird, oder über den Anlasserbetrieb bei weiter unterdrückter Zündung die jeweils detektierte Leckmenge zumindest teilweise und/oder im Wesentlichen abgebaut wird. Auf einen mit Zündung ablaufenden elektrischen Anlasserbetrieb wird erst übergegangen, wenn auch bei einem Verbleib einer gewissen Leckage-Restmenge die Brennkraftmaschine ohne Gefahr von Schädigungen, insbesondere auch der jeweils zugeordneten Abgasnachbehandlungseinheit in Betrieb gesetzt werden kann.
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2 veranschaulicht diesbezüglich in schematischer Darstellung den Verlauf des Anlasserstroms (A) in Zuordnung zu den einzelnen Zylindern A bis D über mehrere aufeinander folgende Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine, wobei für den Zylinder D eine Ausgangssituation gegeben ist, bei der sich in diesem eine gewisse Leckagemenge angesammelt hat. Diese Leckagemenge wird, wie für den Zylinder D veranschaulicht, in aufeinander folgenden Arbeitsspielen aus dem Zylinder unverbrannt ausgeschoben, bis sich auch für den mit Leckage beaufschlagten Zylinder eine Stromaufnahme ergibt, die als |Max zulässig der mittleren maximalen Stromaufnahme über die Summe der Zylinder A bis D etwa entspricht. Ist dieser Zustand, wie in 2 dargestellt, erreicht, so kann der Übergang auf den gezündeten Anlasserbetrieb erfolgen, und dies zweckmäßigerweise möglichst unmittelbar.
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Anstelle oder zusätzlich zur Erfassung der Stromaufnahme kann wie in 3 veranschaulicht, der Drehzahlverlauf n (1/min), bzw. die Drehgeschwindigkeit zylinderindividuell und in Zuordnung zu den Zylindern A bis D erfasst werden, wiederum, wie schon im Falle der Stromaufnahme, in indirekter Detektierung des Kompressionsdrucks in den Brennräumen 7 abhängig von etwa in diesen eingelagerten Leckagemengen. Hat sich beispielsweise, wiederum bezogen auf den Zylinder D, eine Leckage ergeben, so führt dies bei ohne Zündung ablaufendem elektrischen Anlasserbetrieb dazu, dass die Drehzahl, und in entsprechender Weise auch die Drehgeschwindigkeit, bedingt durch das aufgrund der Leckage kleinere Kompressionsvolumen und den damit verbundenen größeren, sich aufbauenden Kompressionsdruck für diesen Zylinder D im Vergleich zu den anderen Zylindern A bis C stärker absinkt. Bezogen auf einen Mittelwert über die Summe der Zylinder A bis D lässt sich so ein Schwellwert – n min zulässig – festlegen, der den noch zulässigen Drehzahl- oder Drehgeschwindigkeitsbereich nach unten abgrenzt, wobei auch in diesem Fall, was 3 nicht zeigt, analog zu 2 bei sich über dem nicht gezündeten Anlasserbetrieb eintretender Verringerung der Drehzahl des leckbeaufschlagten Zylinders D, ein so weitgehender Abbau der im Zylinder D befindlichen Leckagemenge ergeben kann, dass die Voraussetzungen für einen zulässigen Betrieb erreicht sind und damit der Anlasserbetrieb mit Zündung eingeleitet werden kann. Bleiben für den Zylinder D die Verhältnisse, wie in 3 angedeutet, so dass wiederkehrend eine geringere Drehgeschwindigkeit gegeben ist und gegeben bleibt, dass also die Anlasserdrehzahl für den leckbeaufschlagten Zylinder D unter den zulässigen Wert – n min zulässig – abfällt, so ist damit in das Signal für den Abbruch des Anlasserbetriebs gegeben, um Schäden für die Brennkraftmaschine zu vermeiden.
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Eine Übersicht über den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf der Funktionsüberprüfung zeigt stark schematisiert 4. Die erfindungsgemäße Funktionsüberprüfung beginnt mit dem Einschalten der Zündung, symbolisiert im Block 30 und dem damit verbundenen „Systemcheck Motorbetrieb”, Block 31.
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Der Systemcheck Motorbetrieb umfasst Feststellungen unter anderem zu Injektorfunktionsstörungen, zur Erhöhung der Abgastemperatur, zum Leistungsmangel (Block 32). Ergeben sich insoweit keine Beanstandungen im Sinne von Störungen oder Abweichungen vom Soll, so wird, im Regelfall zeitabhängig gesteuert, ein erneuter Prüfablauf eingeleitet. Ergeben sich hingegen Beanstandungen, Störungen oder dergleichen, so werden diese gespeichert, Block 33, und ausgehend hiervon wird der Anlassvorgang mit dem Motorstart fortgesetzt, wobei der Motorstart zunächst ohne Freigabe der Ansteuerung für die Injektoren erfolgt, Block 34, also über einen Teilbereich ohne Zündung. Innerhalb dieses Teilbereiches wird, Block 35, überprüft, ob der Anlasserstrom mindestens eines Zylinders über Soll liegt, die Anlasserdrehzahl mindestens eines Zylinders unter Soll liegt, und/oder die Drehgeschwindigkeit mindestens eines Zylinders von der mittleren Drehgeschwindigkeit über die Summe der Zylinder stark abweicht. Ist dies der Fall, so wird der Anlassvorgang abgebrochen, und zwar mit entsprechender Fehlermeldung (Block 36). Ist dies nicht der Fall, liegen also keine Beanstandungen vor, so wird der bislang ohne Zündung ablaufende Teilbereich des Anlasserbetriebes beendet und der Anlasserbetrieb geht in seinen mit Zündung verlaufenden Teilbereich – Block 37 – über, in dem, bezogen auf das Ausführungsbeispiel, die Ansteuerung der Injektoren freigegeben ist und somit der Arbeitsbetrieb der Brennkraftmaschine mit entsprechender Zündung über alle Zylinder beginnt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2709128 A1 [0002]
- DE 19734680 B4 [0002]
- DE 10025846 B4 [0002]
- EP 0269606 B1 [0002]
- EP 0652425 B1 [0002]
- DE 10148221 A1 [0003]
