DE102012213241B4 - Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung und variabler Einlassventilsteuerung, mit den Schritten: – Betreiben (100) des Verbrennungsmotors im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdrehzahl; – Verstellen (110) der Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh; und – Bestimmen (120–150) einer für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristischen Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors, wobei anhand der Laufunruhe-Kenngröße das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt erkennbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit variabler Einlassnockenwellen-Verstellung sowie ein entsprechendes Motortestgerät zur Erkennung einer Verkokung.
  • Bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung kann es zu einer Verkokung des Einlasstraktes kommen, insbesondere am Einlassventil (beispielsweise an der Ventilkehlung) oder im Einlasskanal an der Ventilöffnung. Bei einer derartigen Verkokung lagert sich Kohle im Einlasstrakt ab. Ursächlich für die Verkokungsneigung bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung ist, dass bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung keine kontinuierliche reinigende Spülung des Einlasstraktes, beispielsweise des Einlassventils, mit Benzin stattfindet, da der Kraftstoff direkt im Brennraum eingespritzt wird; Ölrückstände aus der Kurbelgehäuse-Entlüftung können sich in Verbindung mit Rußpartikeln aus dem Zylinder unter Hitzeeinwirkung in Form von Kohle im Einlass ablagern. Die Verkokungsneigung nimmt dabei bei Verwendung von Kraftstoffen mit niedriger Qualität und bei Fahrprofilen mit niedriger Last zu.
  • Diese Verkokung sorgt für eine Verschlechterung der Laufruhe im Kaltleerlauf und kann zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie zu Beanstandungen im Warmlauf-Fahrverhalten führen. Ein Verkokungsbelag beispielsweise oben an der Ventilkehlung zwischen Ventilteller und Ventilschaft kann die Tumble-Strömung stören, so dass die Leerlaufdrehzahl stärker schwankt und es im Extremfall sogar zu Zündaussetzern kommen kann. Ein Verkokungsbelag kann sogar als Strömungswiderstand aufgrund unzureichender Zylinderfüllung zu einem Leistungsabfall führen. Darüber hinaus kann ein Verkokungsbelag am Einlassventil oder an der Ventilöffnung ein korrektes Schließen des Ventils verhindern, so dass es zu Kompressionsverlusten und sporadischen Zündaussetzern kommt. Die Verkokung des Einlasstraktes, insbesondere der Einlassventile, bei Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung und deren Folgen sind in der Druckschrift EP 1 884 637 A2 beschrieben.
  • Typischerweise kann der Grad der Verkokung im Einlasstrakt in der Werkstatt nur nach Demontage von Motorenteilen optisch festgestellt werden. Falls der Einlasstrakt entsprechend verkokt ist, erfolgt dann eine Reinigung des Einlasstrakts oder ein Austausch der betroffenen Bauteile.
  • Die optische Erkennung einer Verkokung weist den Nachteil eines hohen Arbeitsaufwands zur Demontage der Motorenteile für die optische Zugänglichkeit auf. Außerdem ist die optische Begutachtung mit dem Nachteil mangelnder Objektivierbarkeit verbunden, da die Verkokung bei einer rein visuellen Betrachtung schwer zu beurteilen ist.
  • Ferner ist es aus der Druckschrift DE 199 58 177 A1 bekannt, dass auch der Brennraum eines Verbrennungsmotors von Verkokung betroffen sein kann. Im Zusammenhang mit der Verkokung des Brennraums wird vorgeschlagen, Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors zu detektierten und im Fall signifikanter Schwankungen der Leerlaufdrehzahl eine Reinigung der Brennräume des Motors zu veranlassen.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2004 024 161 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit variabler Ventilbetätigung bekannt. Hierbei wird eine Klopfsteuerung zum Einstellen eines Zündzeitpunkts durchgeführt. Es wird ferner eine Steuerung der variablen Ventilbetätigung zum Einstellen einer Ventilbetätigung durchgeführt. Dabei wird eine Größenordnung einer Veränderung des Zündzeitpunkts aufgrund des Anhaftens von Abscheidungen in dem Motor basierend auf den Ergebnissen der Klopfsteuerung bestimmt und ein gesetzter Wert der Ventilbetätigung in der Steuerung der variablen Ventilbetätigung basierend auf der Größenordnung der Veränderung des Zündzeitpunkts verändert.
  • Aus der Druckschrift DE 199 45 813 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem über eine Aussetzererkennung auf Ablagerungen im Brennraum geschlossen wird und daraufhin Maßnahmen zur Reinigung des Brennraums eingeleitet werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung anzugeben, welches zur Erkennung keine Demontage des Verbrennungsmotors erfordert und eine objektive Beurteilung der Verkokung ermöglicht. Ferner ist die Aufgabe auf die Angabe eines Motortestgeräts mit entsprechenden Eigenschaften gerichtet.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung, insbesondere eines Ottomotors mit Benzindirekteinspritzung. Das Verfahren läuft beispielsweise auf einem fahrzeugexternen Motortestgerät ab, welches beispielsweise in einer Fahrzeug-Reparaturwerkstatt verwendet wird. Das Motortestgerät wird über eine entsprechende Fahrzeugschnittstelle mit der Motorsteuerung des Fahrzeugs drahtlos oder drahtgebunden verbunden und kann darüber den Betrieb des Fahrzeugs steuern und Messwerte von der Motorsteuerung abrufen. Es wäre aber auch denkbar, dass das Verfahren auf dem Motorsteuergerät des Fahrzeugs abläuft, wobei beispielsweise im Fall der Erkennung einer Verkokung eine Reinigung der Kanäle automatisch angewiesen wird. Es kann dazu ein Hinweis zur Reinigung an den Fahrer oder an einen Monteur in der Werkstatt ausgegeben wird und/oder eine entsprechender Hinweis auf Verkokung in einem Fehlerspeicher des Fahrzeugs abgelegt werden. Ferner wäre es auch denkbar, dass bei einer Erkennung der Verkokung über das Motorsteuergerät eine automatische Reinigung des Fahrzeugs durchgeführt wird, beispielsweise über die Einbringung von Reinigungsflüssigkeit in den Einlasstrakt oder die Umschaltung in einen Reinigungsbetriebsmodus des Verbrennungsmotors.
  • Der Verbrennungsmotor weist ferner noch eine variable Einlassventilsteuerung auf. Diese variable Einlassventilsteuerung ermöglicht es, die Öffnungszeit der Einlassventile in Relation zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle zu verändern. Beispielsweise handelt es sich um eine variable Nockenwellenverstellung, bei der die Position der Einlassnockenwelle zur Kurbelwelle verändert wird, insbesondere über einen sogenannten Flügelzellenversteller. Es kann sich auch um einen vollvariablen Ventiltrieb handeln, bei dem neben der Öffnungszeit der Einlassventile außerdem der Ventilhub verändert werden kann.
  • Bei dem Verfahren wird der Verbrennungsmotor im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdrehzahl betrieben. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor zunächst im Leerlaufnormalbetrieb betrieben wird, beispielsweise mit einer Drehzahl im Bereich von 700 bis 900 U/min. Danach wird für die Erkennung der Verkokung die Leerlaufdrehzahl erhöht, beispielsweise auf eine Leerlaufdrehzahl größer 1200 U/min, insbesondere auf eine Drehzahl von ungefähr 1500 U/min.
  • Zur Durchführung der Messung wird außerdem die Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh verstellt, wodurch die Ventilüberschneidung (die Zeitdauer bei der das Einlassventil bereits geöffnet ist, noch bevor das Auslassventil geschlossen ist) vergrößert wird. Hierbei ist es möglich, dass eine bestimmte Einstellung für die Öffnungszeit angefahren wird und dann Messwerte bei dieser Einstellung der Öffnungszeit der Einlassventile aufgenommen werden. Es wird beispielsweise eine Einstellung für die Öffnungszeit angefahren, die in der frühen Hälfte des Verstellbereichs liegt. Es kann eine Einstellung verwendet werden, bei der die Einlassventile schon kurz nach dem unteren Totpunkt oder bereits vor dem unteren Totpunkt schließen. Es ist auch möglich, dass die die Öffnungszeit von spät nach früh einmal oder mehrmals durchfahren wird und während des Durchfahrens der Öffnungszeit jeweils Messwerte aufgenommen werden. Hierbei werden beispielsweise Messwerte in einem Auswertungsfenster für die Bestimmung einer Laufunruhe-Kenngröße verwendet, dessen Schwerpunkt oder das vollständig in der frühen Hälfte des maximalen Verstellbereichs liegt.
  • Mittels Messung kann ein für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristische Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Anhand der Laufunruhe-Kenngröße lässt sich dann das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt erkennen.
  • Durch die erfindungsgemäße Verstellung der Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh wird die Laufunruhe des Verbrennungsmotors grundsätzlich erhöht. Der Unterschied in der Laufunruhe des Verbrennungsmotors zwischen dem Fall einer Verkokung des Einlasstraktes und dem Fall eine Nichtverkokung wird dadurch größer, wodurch leichter zwischen Verkokung und Nichtverkokung unterschieden werden kann und damit eine Verkokung sicherer und geringere Einlassverkokungsgrade auch früher erkannt werden können. Andererseits sollte bei einer frühen Öffnungszeit der Einlassventile eine höhere Leerlaufdrehzahl verwendet werden, um das Ausgehen des Verbrennungsmotors zu verhindern.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine objektive Feststellung der Verkokung durch Messung anstatt durch subjektive visuelle Beurteilung. Eine Reinigung bzw. Reparatur findet nur dann statt, wenn dies objektiv wirklich notwendig ist.
  • Eine Demontage des Motors allein zur visuellen Beurteilung der Verkokung ist bei Anwendung des Verfahrens nicht notwendig. Eine Verkokung kann durch das Verfahren sehr schnell festgestellt werden (beispielsweise innerhalb von 3 min anstatt in 1 h und mehr bei Demontage des Motors).
  • Die Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors kann mit einem Vergleichswert verglichen werden. Falls die Laufunruhe-Kenngröße beispielsweise mit steigender Laufunruhe größer wird, kann insbesondere für den Fall, dass die Laufunruhe-Kenngröße größer als der Vergleichswert ist, ein hoher Verkokungsgrad des Einlasstraktes und/oder ein Reinigungsbedarf des Einlasstraktes festgestellt werden. Falls aber die Laufunruhe-Kenngrößer kleiner als die Kenngröße ist, besteht kein Bedarf zur Reinigung des Einlasstraktes
  • Falls die Laufunruhe-Kenngröße beispielsweise mit steigender Laufunruhe kleiner wird, kann beispielsweise für den Fall, dass die Laufunruhe-Kenngröße kleiner als der Vergleichswert ist, ein hoher Verkokungsgrad des Einlasstraktes und/oder ein Reinigungsbedarf des Einlasstraktes festgestellt werden.
  • Die Laufunruhe-Kenngröße, das Vorliegen eines hohen Verkokungsgrads, und/oder ein Reinigungsbedarf können beispielsweise dem Benutzer des Motortestgeräts insbesondere optisch mitgeteilt werden, der dann die Reinigung des Einlasstaktes durchführt.
  • Vorzugsweise wird eine für die Laufunruhe eines Zylinders charakterstischen zylinderbezogene Laufunruhe-Kenngröße für jeden Zylinder bestimmt. Aus den zylinderbezogenen Laufunruhe-Kenngrößen wird dann die (globale) Laufunruhe-Kenngröße für den gesamten Verbrennungsmotor gebildet. Dies kann insbesondere durch Mittelwertbildung der Laufunruhe-Kenngrößen der einzelnen Zylinder geschehen. Indem ein Mittelwert der Laufunruhe-Kenngrößen der einzelnen Zylinder gebildet wird, kann anhand der sich ergebenden Laufunruhe-Kenngröße besser auf das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt geschossen werden. Wenn die zylinderbezogene Laufunruhe-Kenngröße sämtlicher Zylinder eine erhöhte Laufunruhe anzeigt, liegt typischerweise eine Verkokung des Einlasstraktes vor. Wenn die Laufunruhe-Kenngröße eines einzelnen Zylinders eine erhöhte Laufunruhe anzeigt, die Laufunruhe-Kenngrößen der anderen Zylinder aber keine erhöhte Laufunruhe anzeigen, liegt jedoch meistens keine Verkokung des Einlasstraktes vor; in diesem Fall wird aber bei einer Mittelwertbildung der Laufunruhe-Kenngrößen die sich ergebende Laufunruhe-Kenngröße gerade keine besonders hohe Laufunruhe anzeigen, da die Erhöhung der Laufunruhe-Kenngröße eines Zylinders nur um den Faktor 1/Zylinderanzahl auf die Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors durchschlägt.
  • Die vorstehend genannte Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors kann wiederum eine gemittelte Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors sein, die sich aus der Mittelung mehrere Laufunruhe-Kenngrößen des Verbrennungsmotors bei mehreren Messdurchgängen ergibt.
  • Vorzugsweise wird die zylinderbezogene Laufunruhe-Kenngröße jedes Zylinders in Abhängigkeit mehrerer auf den jeweiligen Zylinder bezogenen Laufunruhewerte bestimmt, die die Laufunruhe des Verbrennungsmotors in den Arbeitsphasen des jeweiligen Zylinders (d. h. bei Zündung des jeweiligen Zylinders) beschreiben. Ein Laufunruhewert gibt dabei beispielsweise an, ob sich die Kurbelwelle im Vergleich zu einer Referenz schneller oder langsamer dreht.
  • Die Laufunruhe-Kenngröße eines Zylinders kann durch Mittelung von Laufunruhewerten, die auf diesen Zylinder bezogen sind, bestimmt werden.
  • Die Laufunruhe-Kenngröße eines Zylinders kann beispielsweise aus dem Mittelwert der Laufunruhewerte, die angeben, dass sich die Kurbelwelle schneller dreht, und aus dem Mittelwert der Laufunruhewerte, die angeben, dass sich die Kurbelwelle langsamer dreht, bestimmt werden, beispielsweise indem der Abstand dieser beiden Mittelwerte bestimmt wird.
  • Vorzugsweise ist die Motortemperatur (beispielsweise bezogen auf die Temperatur des Kühlmittels) zumindest bei Start der Messung kleiner oder kleiner gleich einem Temperaturschwellwert (beispielsweise ein Temperaturschwellwert im Bereich von 30°C bis 50°C, insbesondere ein Temperaturschwellwert von 40°C), damit die Messung aussagekräftig ist. Dies wird beispielsweise vor der Messung geprüft. Wenn die Motortemperatur diese Bedingung vor der Messung nicht erfüllt, wird vorzugsweise eine Schnellkühlung des Motors mittels des Elektrolüfters durchgeführt, wobei beispielsweise die gemessene Temperatur des Kühlmittels innerhalb von 2 h (anstatt 8 h) von beispielsweise 100°C auf 30°C herunter gekühlt werden kann. Es könnte auch vorgesehen werden, dass während der gesamten Messung die Motortemperatur kleiner oder kleiner gleich als ein Temperaturschwellwert sein muss.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf ein Motortestgerät gerichtet. Das Motortestgerät ist zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung und variabler Einlassventilsteuerung eingerichtet. Das Gerät ist mit einem Kraftfahrzeug zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs und zur Entgegennahme von fahrzeuginternen Messwerten verbindbar, beispielsweise über eine elektrische Verbindung oder eine Funkverbindung.
  • Das Motortestgerät steuert den Verbrennungsmotor über das Motorsteuergerät so, dass dieser im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdrehzahl betrieben wird. Das Motortestgerät verstellt über das Motorsteuergerät die Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh. Ferner bestimmt das Motortestgerät eine für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristische Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors, wobei anhand der Laufunruhe-Kenngröße das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt erkennbar ist.
  • Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Motortestgerät nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Motortestgeräts entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
  • 1 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakts eines Verbrennungsmotors;
  • 2 eine Darstellung zur Definition des Einlass-Spreizungswerts;
  • 3 eine Darstellung gemessener Laufunruhewerte für vier verschiedene Zylinder Z1, Z2, Z3 und Z4 über dem Spreizungswinkel SW; und
  • 4 Messergebnisse für die Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff vor und nach Reinigung des Einlasstraktes.
  • In 1 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors dargestellt.
  • In Schritt 90 wird geprüft, ob die Motortemperatur unterhalb eines Schwellwerts liegt, beispielsweise unterhalb 40°C. Falls dies nicht der Fall ist, wird eine Schnellkühlung (Rapid Cool Down) des Motors mittels des Elektrolüfters durchgeführt, so dass vor Beginn der Messung die Motortemperatur auf einen Wert unterhalb von 40°C abgesenkt ist.
  • Nach Gewährleisten einer Temperatur unterhalb des Schwellwerts wird in Schritt 100 die Leerlaufdrehzahl von einer im Leerlaufnormalbetrieb typischen Leerlaufdrehzahl (beispielsweise 750 U/min) auf einer erhöhte Leerlaufdrehzahl erhöht (beispielsweise 1500 U/min).
  • Ferner wird die Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh verstellt (s. Schritt 110), indem die Einlassnockenwelle in Richtung früh verstellt wird. Hierbei wird der sogenannte Spreizungswert SW verringert. Der Spreizungswert SW beschreibt den Winkel in °KW (Kurbelwelle) zwischen dem oberen Totpunkt und dem Scheitelpunkt der Ventilhubkurve des Einlassventils. Dies ist in 2 dargestellt. Die Kurve 200 beschreibt eine beispielhafte Ventilhubkurve bei Mittelstellung der Einlassnockenwelle. Die gestrichelte Kurve 210 beschreibt eine beispielhafte Ventilhubkurve nach einer Frühverstellung der Kurve 200, wobei die Öffnungszeit ÖZ (d. h. der Zeitraum zwischen Öffnen und Schließen des Einlassventils) für die Kurve 200 zeitlich früher als für die Kurve 210 liegt. In 2 ist dabei der Spreizungswert SW für die Kurve 200 bei Mittelstellung dargestellt, der dem Winkel zwischen dem oberen Totpunkt und dem Scheitelpunkt der Ventilhubkurve entspricht.
  • Das Verstellen der Öffnungszeit ÖZ in Richtung früh gemäß Schritt 110 erfolgt beispielsweise so, dass durch Ändern des Spreizungswerts SW die Öffnungszeit ÖZ von spät zu früh mehrmals durchfahren wird und während des Durchfahrens der Öffnungszeit ÖZ jeweils Messwerte aufgenommen werden. Alternativ könnte natürlich die Öffnungszeit ÖZ fix auf eine frühe Stellung gebracht werden (d. h. der Spreizungswert SW auf einen fixen Wert eingestellt werden, beispielsweise ein Wert SW im Bereich von 50°KW und 85°KW) und in dieser Stellung die Messung durchgeführt werden.
  • Zum Durchfahren der Öffnungszeit von spät nach früh wird der Spreizungswert SW ausgehend von einem Spreizungswert SW4 (entspricht einer späten Öffnungszeit ÖZ) auf einen demgegenüber geringeren Spreizungswert SW1 (entspricht einer frühen Öffnungszeit ÖZ) reduziert. Dabei entspricht der Spreizungswert SW4 beispielsweise der spätesten möglichen Lage der Öffnungszeit ÖZ, die mit dem Einlassventiltrieb des Motors einstellbar ist, während der Spreizungswert SW1 beispielsweise der frühesten möglichen Lage der Öffnungszeit entspricht, die mit dem Einlassventiltrieb des Motors einstellbar ist. Beispielsweise wird der Spreizungswert SW ausgehend von SW4 = 120°KW auf einen Spreizungswert SW1 = 50°KW reduziert, wobei sich ein Verstellbereich von 70°KW ergibt. Der durchgefahrene Wertebereich des Spreizungswerts SW von SW1 bis SW4 ist in 3 als X-Achse dargestellt.
  • Der Spreizungswert SW wird in Schritt 110 vorzugsweise nicht nur einmal, sondern mehrmals von SW4 auf SW1 durchgefahren.
  • Beim Durchfahren werden sogenannte Segmentzeiten mittels einer Geber-Rad-Messung aufgenommen. Eine Segmentzeit entspricht dabei der Zeit, bei der die Kurbelwelle einen vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich überschreitet. Hierbei ist beispielsweise jedem Zylinder ein als Segment bezeichneter Kurbelwellenwinkelbereich zugeordnet, in dem dieser zündet. Anhand der Segmentzeiten lassen sich Laufunruhewerte für die einzelnen Zylinder berechnen (s. Schritt 120 in 1). Die Berechnung von Laufunruhewerten ist beispielsweise in der Druckschrift DE 198 14 732 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der Anmeldung aufgenommen wird.
  • Laufunruhewerte lut(n) können beispielsweise in der folgenden Weise berechnet werden:
    Figure DE102012213241B4_0002
  • Hierbei beschreibt lut(n) einen Laufunruhewert für den Zündtakt n eines beispielsweise vierzylindrigen Motors. Die Größe ts(n + 1) beschreibt die Segmentzeit zum Zündtakt n, ts(n + 1) beschreibt die Segment zum Zündtakt n + 1. Die Größe K entspricht einem Korrekturwert K, insbesondere zur Dynamikkompensation.
  • Jeder Laufunruhewert lut(n) ist in Abhängigkeit der Zündreihenfolge der Zylinder dem Arbeitstakt eines bestimmten Zylinders und damit einem bestimmten Zylinder zugeordnet. In 3 sind beispielshafte Laufunruhewerte für die Zylinder Z1, Z2, Z3 und Z4 eines vierzylindrigen Verbrennungsmotors über dem Spreizungswert SW, d. h. über der Nockenwellenstellung, dargestellt. Dabei können die Laufunruhewerte lut(n) sowohl positive als auch negative Werte annehmen. Ein Laufunruhewert von null entspricht einem Motorlauf ohne Laufunruhe. Bei einem positiven Wert lut(n) dreht der Motor in dem zugeordneten Segment n zu langsam, bei einem negativen Wert lut(n) dreht der Motor in dem zugeordneten Segment n zu schnell.
  • Die in 3 dargestellten Laufunruhewerte lut(n) werden durch mehrfaches Durchlaufen des Spreizungswerts SW von SW4 bis SW1 bestimmt und zylinderindividuell abgespeichert.
  • Die Laufunruhewerte lut(n) bilden eine Trichterform, wobei der Betrag und damit die Trichterweite mit zunehmendem Spreizungswert SW (d. h. mit zunehmender Spätverschiebung der Öffnungszeit) tendenziell kleiner wird und mit kleiner werdendem Spreizungswert SW (d. h. mit zunehmender Frühverschiebung der Öffnungszeit) tendenziell größer wird. Bei Verschiebung der Öffnungszeit in Richtung früh wird die Laufunruhe des Verbrennungsmotors also tendenziell erhöht. Die Verwendung von Laufunruhewerte lut(n) mit eher früherer Stellung der Nockenwelle, beispielsweise bis 85°KW, eignet sich für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung einer Verkokung, da bei eher früherer Stellung der Nockenwelle der Unterschied in der Laufunruhe des Verbrennungsmotors zwischen dem Fall einer Verkokung des Einlasstraktes und dem Fall eine Nichtverkokung größer ist, wodurch leichter zwischen Verkokung und Nichtverkokung unterschieden werden kann. Die Robustheit des Messverfahrens wird somit erhöht.
  • In den nachfolgenden Schritten werden zur Bestimmung einer Laufunruhe-Kenngröße nur die Laufunruhewerte lut(n) in einem Auswertungsfenster von SW2 bis SW3 berücksichtigt, beispielsweise von SW2 = 60°KW bis SW3 = 85°KW. Der Schwerpunkt des Auswertungsfensters liegt vorzugsweise in der frühen Hälfte des maximalen Verstellbereichs, vorzugsweise liegt das gesamte Auswertungsfenster in der frühen Hälfte des maximalen Verstellbereichs. Bei dem Beispiel in 3 erstrecken sich die frühe Hälfte des maximalen Verstellbereichs von SW = 50°KW bis SW = 85°KW und die späte Hälfte des maximalen Verstellbereichs von 85°KW bis 120°KW, wobei im Fall eines Auswertungsfensters von SW2 = 60°KW bis SW3 = 85°KW das gesamte Auswertungsfenster in der frühen Hälfte des maximalen Verstellbereichs liegt.
  • Zur Berechnung einer Laufunruhe-Kenngröße des Motors wird ein zylinderbezogene Mittelwert mwlutZi_pos für alle Laufunruhewerte eines Zylinders Zi in dem Auswertungsfenster berechnet, die größer als 0 sind (s. Schritt 130 in 1). Dies geschieht jeweils für sämtliche Zylinder Zi mit beispielsweise i = 1, 2, 3 und 4.
  • In ähnlicher Weise wird der zylinderbezogene Mittelwert mwlutZi_neg für alle Laufunruhewerte eines Zylinders Zi in dem Auswertungsfenster berechnet, die kleiner als 0 sind. Auch dies geschieht für jeden Zylinder Zi.
  • Aus den Mittelwerten lässt sich zylinderindividuell für jeden Zylinder Zi der Abstand difflutZi zwischen dem positiven Mittelwert mwlutZi_pos des Zylinders Zi und dem negativen Mittelwert mwlutZi_neg des Zylinders Zi berechnen (s. Schritt 140 in 1). Auch die Berechnung des Abstands difflutZi erfolgt jeweils für sämtliche Zylinder Zi. Der Abstandswert difflutZi gibt an, wie breit der Trichter in 3 für den jeweiligen Zylinder Zi im Mittel im gewählten Auswertefenster ist.
  • In Schritt 150 wird eine Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff des Verbrennungsmotors bestimmt, indem die zylinderbezogenen Werte difflutZi über die sämtliche Zylinder Zi gemittelt werden.
  • Es können optional mehrere Messwerte in aufeinander folgenden Messungen für die Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff bestimmt werden (indem beispielsweise die Schritte 110–150 mehrfach durchgeführt werden) und die mehreren Messwerte gemittelt werden, wobei dann die gemittelte Größe als Laufunruhe-Kenngröße für die Erkennung der Verkokung des Einlasstraktes herangezogen wird.
  • Anhand der Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff (oder die gemittelte Laufunruhe-Kenngröße) kann die Verkokung des Einlasstraktes erkannt werden. Falls die Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff (bzw. die gemittelte Laufunruhe-Kenngröße) größer als ein Grenzwert ist, deutet dies auf eine Verkokung des Einlasstraktes hin und es ist eine Reinigung des Einlasstraktes nötig. Falls die Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff (bzw. die gemittelte Laufunruhe-Kenngröße) kleiner als ein Grenzwert ist, ist der Einlasstakt nicht merklich verkokt und eine Reinigung ist nicht nötig.
  • Der Grenzwert kann dabei anhand einer empirischen Vermessung einer genügend großen Anzahl an Fahrzeugen gewonnen werden.
  • In 4 ist sind jeweils vier Messwerte für die Laufunruhe-Kenngröße lutmwdiff vor und nach der Reinigung des Einlasstraktes dargestellt. Die gestrichelten Linien markieren jeweils den Mittelwert der jeweiligen vier Messwerte. Wie anhand von 4 sichtbar, ist der Mittelwert von lutmwdiff vor der Reinigung des Einlasstraktes fast doppelt so hoch wie nach der Reinigung des Einlasstraktes. Ferner ist ersichtlich, dass die Messwerte für die Laufunruhe-Kenngröße vor der Reinigung zunehmend kleiner werden und dadurch an Aussagekraft verlieren. Die Ursache hierfür ist die gestiegene Motortemperatur, da lediglich vor dem Start der Messung des ersten Messwerts die Motortemperatur unterhalb der Schwelltemperatur von beispielsweise 40°C lag, jedoch bei den nachfolgenden Messungen durch das langsame Aufheizen des Motors die Temperatur gestiegen ist. Die Werte für lutmwdiff sind also eine Funktion der Temperatur. Bei Beginn der ersten Messung sollte vorzugsweise gewährleistet sein, dass die Start-Temperatur unterhalb der Schwelltemperatur von beispielsweise 40°C ist. Dann sind die Messungen besonders aussagekräftig.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung und variabler Einlassventilsteuerung, mit den Schritten: – Betreiben (100) des Verbrennungsmotors im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdrehzahl; – Verstellen (110) der Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh; und – Bestimmen (120–150) einer für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristischen Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors, wobei anhand der Laufunruhe-Kenngröße das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt erkennbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erhöhte Leerlaufdrehzahl größer als 1200 U/min ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erhöhte Leerlaufdrehzahl ungefähr 1500 U/min entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens der Laufunruhe-Kenngröße umfasst: – Bestimmen (140) einer für die Laufunruhe eines Zylinders charakteristischen zylinderbezogenen Laufunruhe-Kenngröße für jeden Zylinder, wobei die Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors aus den zylinderbezogenen Laufunruhe-Kenngrößen bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors aus den zylinderbezogenen Laufunruhe-Kenngrößen durch Mittelwertbildung bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die zylinderbezogene Laufunruhe-Kenngröße jedes Zylinders in Abhängigkeit mehrerer auf den jeweiligen Zylinder bezogenen Laufunruhewerte bestimmt wird, die die Laufunruhe des Verbrennungsmotors in den Arbeitstakten des jeweiligen Zylinders beschreiben.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den zusätzlichen Schritt: – Erkennen des Vorliegens einer Verkokung durch Vergleichen der Laufunruhe-Kenngröße mit einem Vergleichswert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs eine Reinigung oder ein Austausch eines betroffenen Motorbauteils durchgeführt wird oder nicht.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den zusätzlichen Schritt: – Prüfen, ob die Motortemperatur kleiner oder kleiner gleich einer Schwelltemperatur ist.
  10. Motortestgerät zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung und variabler Einlassventilsteuerung, welches mit einem Kraftfahrzeug zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs und zur Entgegennahme von fahrzeuginternen Messwerten verbindbar ist und eingerichtet ist, – den Verbrennungsmotor im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdrehzahl zu betreiben, – die Öffnungszeit der Einlassventile in Richtung früh zu verstellen, – eine für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristischen Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors zu bestimmen, wobei anhand der Laufunruhe-Kenngröße das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt erkennbar ist.
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