DE102012222104A1

DE102012222104A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012222104A1
Application number: DE201210222104
Authority: DE
Inventors: Udo Schulz; Friedemann Moers; Rainer Ecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Funktionsstörung eines Einspritzsystems der Brennkraftmaschine detektiert wird. Bei einem Verfahren, welches eine genaue Erkennung eines Fehlverhaltens an einem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine ermöglicht, wird die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Auswertung einer Partikelkonzentration in der Brennkraftmaschine ermittelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Funktionsstörung eines Einspritzsystems der Brennkraftmaschine detektiert wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aufgrund der Verschärfung der Partikelemissionsgrenzwerte von Verbrennungsmotoren, wie Diesel- und Ottomotoren, durch den Gesetzgeber wird es zunehmend wichtig, eine über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine anhaltend partikelarme Verbrennung zu gewährleisten. Bisher werden zur Reduzierung der Partikelemission zum Teil Partikelfilter eingesetzt, die aber nur eine gewisse Menge der von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Partikel aufnehmen können. Bei hoher Partikelemission im Rohabgas müssen die Filter häufig regeneriert werden, da sie ansonsten schneller verstopfen bzw. größer ausgelegt werden müssen. Eine notwendige Regeneration (Reinigung der Filter) ist aber mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch verbunden und daher aus Gründen der geforderten Verbrauchs- bzw. CO₂-Reduktion unerwünscht.
Selbst bei Einsatz der Partikelfilter ist es von Bedeutung, dass eine gewisse Menge von Ruß-Rohemissionen bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses nicht überschritten wird.
Durch Defekte und/oder Driften und/oder Alterungseffekte im Einspritzsystem der Brennkraftmaschine kann es infolge geänderter Einspritzung (wie Beginn, Dauer, Strahlbild, Leckagen, Adsorption von Kraftstoff in Belägen, Durchflussänderungen usw.) und damit schlechterer Gemischbildung und schlechterer Verbrennung zu erhöhter Partikelbildung und Partikelemissionen kommen. Dies kann zur Beeinträchtigung und/oder Beschädigung des Katalysators bzw. des Partikelfilters führen. Gleichzeitig können die vom Gesetzgeber vorgegebenen Partikelemissionsgrenzwerte weitgehend überschritten werden.
Insbesondere bei Common-Rail-Hochdruckeinspritzsystemen für Benzin- und Dieselmotoren, bei welchen Mehrfacheinspritzungen genutzt werden, driftet das Einspritzsystem über die Lebensdauer infolge von Alterung und Verschleiß weg, was sich in geänderten Einspritzverläufen wie verschobenem Spritzbeginn, Spritzenden und geänderten Strahlbildern sowie in den Effekten wie Ölverdünnung und Ölabtrag zeigt.
Aus der DE 103 16 391 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem Kraftstoff einem Kraftstoffspeicher unter einem Druck zugeführt wird. Der Kraftstoff wird über einen Kraftstoffeinspritzinjektor in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Danach wird eine Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors ermittelt und eine Kraftstoffdruckerhöhung vorgenommen, wenn die Injektorverschmutzung einen Schwellwert überschreitet. Zur Ermittlung der Verschmutzung, d.h. von Ablagerungen am Kraftstoffeinspritzinjektor, zählt ein Zähler als Maß für die Ablagerungen die Anzahl der ablagerungskritischen Betriebspunkte der Brennkraftmaschine und summiert diese auf. Alternativ wird auf eine Ablagerung aus einer gemessenen oder ermittelten Lambdaabweichung geschlossen. Beide Verfahren erlauben nur eine indirekte Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Einspritzsystems. Eine Aussage über eine konkrete Funktionsstörung des Einspritzsystems ist nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem zur Einhaltung der vom Gesetzgeber vorgegebenen Partikelemissionsgrenzwerte Funktionsstörungen des Einspritzsystems zuverlässig erkannt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Auswertung einer Partikelkonzentration der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Die Ermittlung der Partikelkonzentration stellt dabei ein direktes Auswerteverfahren dar, welches zuverlässige Rückschlüsse über eine Veränderung der Partikelkonzentration im Brennraum der Brennkraftmaschine erlaubt. Da bei einer vorhandenen Funktionsstörung des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine ein veränderter Kraftstoffeintrag mit einhergehender erhöhter Emission von Partikeln auftritt, wird eine Beschädigung des Einspritzsystems zuverlässig erkannt. Dieses Verfahren ist über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine einsetzbar. Infolge von sofort einleitbaren Gegenmaßnahmen nach der Feststellung der Erhöhung der Partikelkonzentration ist ein Schutz von Katalysator und/oder Partikelfilter gewährleistet. Die Erkennung von Funktionsstörungen des Einspritzsystems und damit die kontinuierliche Sicherstellung von rußarmer Verbrennung führen dazu, dass eine Überdimensionierung der Partikelfilter unterbunden wird. Gleichfalls kann auf eine häufige Regenerierung des Partikelfilters und damit ein unnötig schneller thermischer Verschleiß des Partikelfiltermaterials unterbunden werden. Außerdem kann die vom Gesetzgeber geforderte Einhaltung der Partikelemissionsgrenzwerte über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine sicher gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise wird die gemessene Partikelkonzentration mit einer Standardpartikelkonzentration an vorgegebenen Referenzbetriebspunkten verglichen und bei Überschreitung der Standardpartikelkonzentration auf eine Funktionsstörung des Einspritzsystems geschlossen. Aufgrund dieser Vorgehensweise kann ein massiver Schaden der Brennkraftmaschine im Vorfeld vermieden werden. Als Referenzbetriebspunkten werden beispielsweise vorgegebene Lastpunkte gewählt.
In einer Ausgestaltung wird die Standardpartikelkonzentration während des Neuzustandes des Einspritzsystems ermittelt. Bei einem Neuzustand des Einspritzsystems ist diese noch frei von Verschmutzungen oder Ablagerungen auf bzw. in den Kraftstoffeinspritzinjektoren, so dass sich der, nach einer vorgegebenen Einlaufzeit zur Abnutzung und zum Einfahren des Einspritzsystems ermittelte Partikelkonzentrationswert als Standardpartikelkonzentration für weitere Messverfahren besonders eignet.
Alternativ kann die Standardpartikelkonzentration, vorzugsweise adaptiv, in vorgegebenen Zeiträumen während der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Dabei wird die Standardpartikelkonzentration über die Lebensdauer des Einspritzsystems gelernt, so dass man aus verschiedenen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Werten der Partikelkonzentration einen zuverlässigen Rückschluss auf die Veränderung der Partikelkonzentration in dem Einspritzsystem ziehen kann.
In einer Variante wird die Partikelkonzentration und/oder die Standardpartikelkonzentration in Abhängigkeit von einem Zündspannungsbedarf einer, in einem Partikel enthaltenden Gas angeordneten Zündeinrichtung ermittelt, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung notwendige Zündspannung als Zündspannungsbedarf gemessen wird. Dies hat den Vorteil, dass durch diese direkte Detektion der Partikelkonzentration im Brennraum der Brennkraftmaschine Partikel am Entstehungsort und zylinderindividuell erfasst werden können. Neben Rußpartikeln gehören dazu z.B. durch Verbrennung von Schmieröl im Brennraum entstehende Partikel oder von den kraftstoffbenetzten Bauteilen sowie lokalfetten Zonen im Brennraum herrührende Partikel.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Zündspannungsbedarf zylinderindividuell oder nur für einen Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt. Insbesondere durch die zylinderindividuelle Bestimmung der Partikelkonzentration ist eine hochgenaue Auswertung des Zustandes des Einspritzsystems möglich, da Rückschlüsse auf einzelne Teile des Einspritzsystems gezogen und Funktionsstörungen gezielt festgestellt werden können. Je nach Anforderungen an das Zündspannungsbedarfssignal und dessen weitere Bearbeitung kann es als ausreichend betrachtet werden, wenn der Zündspannungsbedarf nur an einem Leitzylinder detektiert wird.
In einer Weiterbildung besteht eine Funktionsstörung des Einspritzsystems in einer Verschmutzung eines Kraftstoffeinspritzinjektors des Einspritzsystems. Störungen beim Einspritzsystem entstehen durch einen unzulässig hohen Aufbau von Belägen auf der Oberfläche des Kraftstoffeinspritzinjektors. Wird Kraftstoff, der während und nach der Einspritzung aus einer Düsenöffnung des Kraftstoffeinspritzinjektors austritt, durch die in Düsenöffnungsnähe vorhandenen Beläge eingespeichert und erst nach der Hauptverbrennung wieder in Form von Kraftstoffdampf abgegeben, so tritt mittels der Partikelkonzentrationsbestimmung ein messbarer Effekt des Belagsaufbaus auf. Infolge veränderter Gemischaufbereitung erhöht sich die Partikelemission des Verbrennungsprozesses signifikant.
Vorteilhafterweise wird eine Einspritzdauer des Kraftstoffeinspritzinjektors überwacht und bei einer Einspritzdauerverlängerung, vorzugsweise durch Anforderung einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine, auf eine Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors geschlossen. Die Einspritzdauerverlängerung kann somit als zusätzlicher Indikator für strömungsbehindernde Verschmutzungszustände des Kraftstoffeinspritzinjektors genutzt werden.
Insbesondere wird bei der Detektion der Einspritzdauerverlängerung durch die Lambdaregelung der Brennkraftmaschine auf eine innere Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors geschlossen.
In einer Variante wird nach Detektion der Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors ein Reinigungsverfahren des Kraftstoffeinspritzinjektors eingeleitet, nach dessen Abschluss die Partikelkonzentration gemessen wird. Nach erkannter Reinigung kann der Kraftstoffeinspritzinjektor vorzugsweise zylinderindividuell als sauber betrachtet werden. Danach wird dieses Grundniveau als Basis für die Verschmutzungsbeurteilung in Form der Standardpartikelkonzentration betrachtet.
In einer Ausgestaltung wird bei einer Abweichung der gemessenen Partikelkonzentration von der Standardpartikelkonzentration nach der erkannten nicht ausreichenden Reinigung des Kraftstoffeinspritzinjektors zur Unterbindung einer Zunahme der Partikelkonzentration in der Brennkraftmaschine ein Einspritzmuster bestehend aus Haupteinspritzungen und/oder Voreinspritzungungen und/oder Nebeneinspritzungungen der Brennkraftmaschine variiert. Dabei wird die Gemischbildung verbessert und damit das Partikelemissionsniveau verringert. In einer Ausgestaltung wird eine Spritzdauerverteilung des Einspritzmusters gesamtmomentenneutral variiert. Zur Momentengleichstellung werden beispielsweise die Einspritzenden bzw. die Dauer der Haupteinspritzungen angepasst.
Damit wird sichergestellt, dass durch den während der Verbrennung erzeugten Brennraumdruck das über die Kurbelwelle umgesetzte Moment der Brennkraftmaschine unabhängig von dem Einspritzmuster ausgeführt wird.
In einer Variante werden die Voreinspritzungen vollständig ausgeblendet, wobei der momentenrelevante Anteil der Voreinspritzungen durch eine Spritzdauerverlängerung der Haupteinspritzungen kompensiert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Funktionsstörung eines Einspritzsystems der Brennkraftmaschine detektiert wird. Bei einer Vorrichtung, welche eine genaue Feststellung der Funktionsstörung des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine ermöglicht, sind Mittel vorhanden, welche die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Auswertung einer Partikelkonzentration der Brennkraftmaschine bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine die Partikelkonzentrationsmessung durchführbar ist. Im Fehlerfall kann die Funktionsstörung dem Einspritzsystem genau zugeordnet werden, wobei ein Schutz von Katalysator und/oder Partikelfilter auf der Grundlage der ständigen Kontrolle der Partikelkonzentration zusätzlich gegeben ist. Sprühstrahländerungen des Kraftstoffstrahles des Kraftstoffeinspritzinjektors 16, welche zur Brennraumbenetzung und infolgedessen zu Schadstoffemissionserhöhungen und/oder Bauteilbeschädigung und/oder Glühzündungen durch abfallende Kohlenstoffbeläge führen, werden durch das vorgeschlagene Verfahren zuverlässig unterbunden.
Vorteilhafterweise detektieren die Mittel die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch die Ermittlung eines Zündspannungsbedarfs einer, in einem Partikel enthaltenden Gas angeordneten Zündeinrichtung, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung notwendige Zündspannung als Zündspannungsbedarf gemessen wird. Eine Funktionsstörung des Einspritzsystems, insbesondere eine Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors, kann einfach detektiert werden, da bei einer Partikelkonzentrationssteigerung eine Senkung des Zündspannungsbedarfs festgestellt wird.
Alternativ detektieren die Mittel die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Überwachung der Einspritzdauer des Kraftstoffeinspritzinjektors, wobei auf die Funktionsstörung geschlossen wird, wenn eine Verlängerung der Einspritzdauer, vorzugsweise durch eine Lambdaregelung eingestellt wird. Da insbesondere durch innere Beläge im Kraftstoffeinspritzinjektor eine Durchflussreduktion bewirkt wird, lässt eine Verlängerung der Einspritzdauer durch die Lambdaregelung einen zuverlässigen Schluss auf die Funktionsstörung des Einspritzsystems, insbesondere der Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors, zu.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: schematische Darstellung eines konventionellen Ottomotors
2: Darstellung eines induktiven Zündsystems eines Ottomotors nach 1.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ottomotors 1, welcher mit Benzin als Kraftstoff arbeitet. Dieser Ottomotor 1 weist einen Luftansaugtrakt 2 auf und besteht aus vier Zylindern 3, 4, 5, 6. In jedem Zylinder 3, 4, 5, 6 ist ein Kolben 7, 8, 9, 10 beweglich angeordnet, wobei der Kolben 7, 8, 9, 10 über jeweils eine Pleuelstange 11, 12, 13, 14 mit einer Kurbelwelle 15 verbunden ist. Die Kolben 7, 8, 9, 10 bewegen sich nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 aufgrund der durch die Verbrennung verursachten Druckänderungen und treiben somit die Kurbelwelle 15 an. Jeder Zylinder 3, 4, 5, 6 ist mit einem Kraftstoffeinspritzinjektor 16, 17, 18, 19 versehen, der den Kraftstoff in Form des Benzins direkt in den jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 injiziert. Darüber hinaus ragt in jeden Zylinder 3, 4, 5, 6 jeweils eine Zündkerze 20, 21, 22, 23. Diese Zündkerze 20, 21, 22, 23 hat dabei die Aufgabe, mittels eines Funkens das durch den Kolben 7, 8, 9, 10 in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders 3, 4, 5, 6 komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Diese Zündung durch die Zündkerze 20, 21, 22, 23 erfolgt, nachdem durch den Luftansaugtrakt 2 Frischluft und durch den Kraftstoffeinspritzinjektor 16, 17, 18, 19 jeweils Kraftstoff in den Brennraum des jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 eingespritzt wurde.
Die Zündkerzen 20, 21, 22, 23 sind genauso wie die Kraftstoffeinspritzinjektoren 16, 17, 18, 19 mit einem Steuergerät 24 verbunden. Das Steuergerät 24 weist dabei mindestens eine Empfangseinheit 25 für die, von den Zündkerzen 20, 21, 22, 23 empfangenen Signale auf. Diese Signale werden von der Empfangseinheit 25 an eine Auswerteeinheit 26, vorzugsweise einen Mikrocontroller, weitergegeben und dort ausgewertet. Die Auswerteeinheit 26 steuert die Kraftstoffeinspritzinjektoren 16, 17, 18, 19 an, um eine vorgegebene Menge an Kraftstoff in den Brennraum der jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 abzugeben.
Im Weiteren soll die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Partikelkonzentration in einem Brennraum eines Zylinders 3, 4, 5, 6 betrachtet werden, wobei beispielhaft nur der Zylinder 3 betrachtet wird. Die nachfolgend beschriebenen Funktionsweisen sind äquivalent zu den Vorgängen in den Zylindern 4, 5, 6.
Wie in 2 dargestellt, ist die Zündkerze 20, welche in den Zylinder 3 hineinragt, mit einer Zündspule 27 verbunden. Die Zündspule 27 weist dabei eine Primärseite auf, welche durch eine erste Wicklung 28 gebildet ist und welche induktiv mit einer zweiten, die Sekundärseite der Zündspule 27 bildenden Wicklung 29 verbunden ist. Auf der Primärseite wird die Wicklung 28 mit einer Niederspannung 30 versorgt, wobei der Stromkreis zwischen der Niederspannung 30 und der Wicklung 28 durch eine, von dem Steuergerät 24 angesteuerten Endstufe 31 geöffnet bzw. geschlossen wird. Die zweite Wicklung 29 ist dabei beidseitig mit der zwei Elektroden 20a und 20b aufweisenden Zündkerze 20 verbunden.
Wie aus 2 hervorgeht, ist die Endstufe 31 auf der Primärseite der Zündspule 27 normalerweise geöffnet. Nur wenn nach Frischluftzufuhr und Einspritzung des Kraftstoffes eine Verbrennung im Zylinder erfolgen soll, gibt das Steuergerät 24 ein Signal ab, wobei die Endstufe 31 geschlossen wird. Aufgrund des Schließens der Endstufe 31 wird die erste Wicklung 28 mit der Niederspannung 30 versorgt und mit einem Strom, der kontinuierlich ansteigt, bestromt. Wird nun durch das Steuergerät 24 die Endstufe 31 abrupt wieder geöffnet, bricht die Spannungsversorgung an der Wicklung 28 zusammen. Aufgrund der induktiven Bedingungen an der Wicklung 28 wirkt die Spannung dem Abbruch entgegen und steigt schnell an. Dabei wird in die zweite Wicklung 29 in nur wenigen Sekundenbruchteilen eine Hochspannung induziert. Diese Hochspannung, die sich zwischen den Elektroden 20a, 20b der Zündkerze 20 ausbildet, führt zu einer Ionisierung des im Brennraum der Zündkerze 3 befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die Spannung zwischen den Elektroden 20a, 20b im Brennraum wird so weit gesteigert, bis es zu dem sogenannten Funkendurchbruch kommt.
Um eine Funktionsstörung des Einspritzsystems zu überprüfen, wird zunächst ein erhöhter Ölnebeleintrag infolge einer defekten Kurbelgehäuseentlüftung oder einer defekten Ventilschaftdichtung bzw. eines defekten Kolbenringes untersucht. Um diese Fehlerquelle zu detektieren, gibt die Zündkerze 20 in Folge eines Signals des Steuergerätes 24 ein Funken ab, um die zu diesem Zeitpunkt im Brennraum des Zylinders 3 befindliche Partikelkonzentration erstmalig zu messen, wobei der Zündspannungsbedarf U_Z der Zündkerze 20 als Maß für die Partikelkonzentration detektiert wird. Diese gemessene erste Partikelkonzentration wird im Steuergerät 24 abgespeichert. Danach wird der Ottomotor 1 in einen Schubbetrieb versetzt, welcher durch die Momentenanforderung des Fahrers oder anderen Funktionen wieder abgestellt wird. Im Schubbetrieb herrscht im Ansaugtrakt und damit auch im Brennraum des Zylinders 3 ein hoher Unterdruck und somit ein hoher Differenzdruck zum Einlassventil und zum Kurbelgehäuse und Nockenwellengehäuse. Dadurch wird bei undichten Ventilschaftdichtungen des Einlaßventils und/oder Kolbenringes im Schubbetrieb Öl in den Brennraum des Zylinders 3 angesaugt.
Nach dem der Schubbetrieb des Ottomotors 1 wieder abgeschaltet ist, wird unmittelbar nach der Abschaltung des Schubbetriebes die zweite Partikelkonzentration im Brennraum des Zylinders 3 im gleichen Motorbetriebspunkt wie bei der ersten Partikelkonzentrationsmessung detektiert. Auch zu diesem Zweck wird mindestens ein, von der Zündkerze 16 abgegebener Funken gezündet, um den Zündspannungsbedarf U_Z als Maß für die vorhandene Partikelkonzentration im Brennraum des Zylinders 3 zu bestimmen. Auch dieser zweite Wert für die Partikelkonzentration wird im Steuergerät 24 gespeichert und weiterverarbeitet. Eine sich direkt nach dem Schubbetrieb einstellende massiv erhöhte Partikelkonzentration durch Verbrennung des im Brennraum eingelagerten Ölfilms kann durch den Vergleich des Zündspannungsbedarfs U_Z bei der ersten Partikelkonzentrationsmessung und damit der Partikelkonzentration erkannt werden. Diese vergleichende Messung kann mehrfach durchgeführt werden, um die Aussagesicherheit zu erhöhen.
Wird bei dieser Untersuchung festgestellt, dass sich die Ventilschaftdichtungen und/oder die Kolbenringe in einem fehlerfreien Zustand befinden, wird anschließend bei einem ungefeuerten Schubbetrieb die Kurbelgehäuseentlüftung des Zylinders 3 des Ottomotors 1 auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Die Partikelkonzentrationsmessung erfolgt dabei an reproduzierbaren Arbeitspunkten des Ottomotors 1, wie Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, Ladedruck, Abgasrückführrate, Motordrehzahl, Last und damit reproduzierbar vorgegebenen/gesteuerten Einspritzmustern. Auch hier erfolgen wieder zwei Partikelkonzentrationsmessungen, eine bei geöffneter und eine bei geschlossener Kurbelgehäuseentlüftung. Stimmen die so gewonnenen Partikelkonzentrationsmesswerte in vorgegebenen Grenzen überein, wird davon ausgegangen, dass die Kurbelgehäuseentlüftung korrekt arbeitet.
Wurde durch diese beschriebenen Partikelkonzentrationsmessungen festgestellt, dass die Ventilschaftdichtung und Kolbenringe und die Kurbelgehäuseentlüftung nicht fehlerbehaftet sind, wird eine erneute Partikelkonzentrationsmessung durchgeführt, welche mit einer Standardpartikelkonzentration verglichen wird. Die Standardpartikelkonzentration wird bei einem neuen Einspritzsystem bestimmt und stellt ein Grundniveau als Basis für die Beurteilung der Funktionsstörung des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 dar. Die Standardpartikelkonzentration wird im Steuergerät 24 abgespeichert. Weicht die Standardpartikelkonzentration von der erneut gemessenen Partikelkonzentration ab, wird auf eine Funktionsstörung des Kraftstoffeinspritzinjektors geschlossen.
Im einfachsten Fall dienen die Erkennung der Änderung der Partikelkonzentration und der Vergleich mit einer gespeicherten Standardpartikelkonzentration nur der Diagnose. Überschreitet die Partikelkonzentration zum Zündzeitpunkt und/oder während und/oder nach der Verbrennung die Standardpartikelkonzentration, wird ein Fehlerspeichereintrag vorgenommen, welcher signalisiert wird.
Zur Detektion des Verschmutzungszustandes des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 wird neben der Messung der Partikelkonzentration die Einspritzdauer des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 überwacht. Dies kann alternativ oder optional erfolgen. Bei vorhandener Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 wird durch eine Anforderung aus der Lambdaregelung des Ottomotors 1 die Einspritzdauer durch das Steuergerät 24 verlängert, was als zusätzlicher Indikator für den Verschmutzungszustand des Kraftstoffeinspritzinjektors 16, vor allem bei Belägen im Inneren des Kraftstoffeinspritzinjektors 16, genutzt werden kann.
Nach der Detektion eines Verschmutzungszustandes des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 ist ein Einsatz eines Reinigungsverfahrens zwingend erforderlich. Bei dem Reinigungsverfahren wird Kraftstoff unter erhöhtem Druck eingespritzt. Wird bei einem gereinigten Kraftstoffeinspritzinjektor 16 bei einer wiederholten Detektion der Partikelkonzentrationen und deren Vergleich mit der Standardpartikelkonzentration kein Unterschied festgestellt, so wird davon ausgegangen, dass die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 wieder hergestellt ist. Im weiteren Betrieb des Ottomotors 1 wird die laufend gemessene Partikelkonzentration mit der Standardpartikelkonzentration verglichen, wodurch weitere Rückschlüsse auf den Verschmutzungsgrad des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 gezogen werden können und gegebenenfalls weitere Reinigungsverfahren eingeleitet werden. Die Wiederholhäufigkeit oder die Dauer der Reinigungsperioden können durch Erhöhung des regulären Kraftstoffniveaus reduziert werden.
Wird nach ein- oder mehrmaliger Reinigung des Einspritzsystems immer noch eine Partikelkonzentration gemessen, welche die Standardpartikelkonzentration weit überschreitet, wird davon ausgegangen, das sich die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 nicht verbessert hat. An dieser Stelle werden Maßnahmen zur Unterbindung des weiteren Anstiegs der Partikelkonzentration eingeleitet. Um die Gemischbildung zu verbessern, werden die Haupteinspritzungen und/oder die Voreinspritzungen und/oder die Nacheinspritzungen weiter aufgesplittet, um bei der Gemischbildung und Verbrennung mehr Sauerstoff in den Strahlzerfall des Kraftstoffes zu bringen. Darüber hinaus werden die Spritzpause zwischen dem Ende der Voreinspritzungen zum Beginn der Haupteinspritzungen und/oder die Spritzpausen zwischen Ende der Haupteinspritzungen zum Beginn angelagerter oder späterer Nacheinspritzungen vergrößert. Der momentenrelevante Anteil der Voreinspritzungen bzw. der angelagerten Nacheinspritzungen kann den Haupteinspritzungen durch eine Ansteuerdauerverlängerung zugeschlagen werden. Zur Realisierung einer Gesamtmomentneutralität variieren die Spritzdauerverteilungen der einzelnen Einspritzimpulse/Einspritztypen des Einspritzmusters. Dabei können die Voreinspritzungen ganz ausgeblendet werden. Der momentenrelevante Anteil der Voreinspritzungen kann durch Ansteuerdauerverlängerung der Haupteinspritzungen kompensiert werden. Ist nach dem Reinigungsverfahren bei einer inneren Verschmutzung weiterhin eine Einspritzdauerverlängerung gegeben, so lässt sich der Kraftstoffeinspritzinjektor 16 nicht mehr reinigen und muss im Service ausgetauscht werden. Dies wird durch eine Fehlerlampe signalisiert.
Der Einspritzbeginn einzelner Einspritztypen wie Vor-, Haupt- bzw. Nacheinspritzungen bzw. das gesamte Einspritzmuster bzw. zusammenhängende Teile des Einspritzmusters können systematisch in applizierbaren Grenzen variiert werden, um nicht andere Abgasparameter wie HC, NOx sowie das Geräusch der Brennkraftmaschine über zulässige Grenzwerte hinaus zu verschlechtern. Eine Nachregelung der externen und internen Abgasrückführrate in applizierbaren Grenzen führt zu einer Verbesserung des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine. Je nach Anwendungsfall kann eine der beschriebenen Maßnahmen oder mehrere davon zur Reduktion der Partikelkonzentration und/oder zur Optimierung der geräusch- und/oder abgasrelevanten Parameter genutzt werden.
Gegebenenfalls sind regelmäßige Wiederholungen des Lernens des Grundniveaus nach dem Reinigungsprozess von Nutzen, da dadurch Störeinflüsse wie z.B. Partikelemissionen aus nicht von Injektorverschmutzung verursachten Quellen wie beispielsweise dem Einfluss von Brennraumverschmutzungen und ähnlichem eliminiert wird.
Vergleichende Messungen sind nicht auf die Standardpartikelkonzentration beschränkt, sondern können auch in zeitlich definierten Abständen erfolgen, wobei immer die jüngere Partikelkonzentrationsmessung mit einer vorausgegangenen Partikelkonzentrationsmessung verglichen wird, um somit eine signifikante Partikelkonzentrationsänderung zu erkennen.
Durch das Anfahren eines Partikel-emissionskritischen Betriebszustandes, wie beispielsweise einen Zustand, bei dem mit niedriger Last gleichzeitig ein sehr niedriger Kraftstoffdruck ausgeführt ist, zeigt ein gereinigter Kraftstoffeinspritzinjektor keine signifikante Partikelkonzentrationserhöhung. Ein verschmutzter Kraftstoffeinspritzinjektor hingegen wird eine signifikante Rußpartikelkonzentrationssteigerung verursachen. Damit ist der Verschmutzungszustand des Kraftstoffeinspritzinjektors 16 deutlich detektierbar.
Eine Möglichkeit zur Verringerung der Reinigungshäufigkeit und/oder Dauer besteht in einer Protokollierung der Zeitspannen zwischen den Reinigungsvorgängen. Zeigt sich diese gegenüber einem Schwellwert als zu klein, kann nach dem Reinigungsvorgang ein, um ein einstellbares Delta erhöhtes Kraftstoffdruckgrundniveau gewählt werden. Durch Überprüfung der sich dann einstellenden Zeitspanne zwischen den Reinigungsvorgängen kann die Wirksamkeit überprüft werden und gegebenenfalls das Kraftstoffdruckgrundniveau wieder zurück genommen werden. Damit werden beispielsweise unterschiedliche Fahrweisen und das damit einhergehende Kraftstoffeinspritzinjektorverschmutzungs- und Abreinigungsverhalten berücksichtigt. Z.B. wird durch eine eher sportliche Fahrweise der Kraftstoffeinspritzinjektor 16 durch hohe Motorleistungen und damit erhöhten Brennraumtemperaturen gereinigt. Dies hat zur Folge, dass das Kraftstoffdruckgrundniveau in diesem Fall niedriger gewählt wird. In Summe führt diese Kraftstoffdruckniveauregelung zu niedrigeren Partikelkonzentrationen bei gleichzeitig möglichst niedrigem Kraftstoffdruck, d.h. weniger Verlustleistung und Komponentenbeanspruchung.
Das erläuterte Verfahren wird im Steuergerät 24 ausgeführt. Es kann aber alternativ auch in einem Sensor oder im Zündsystem oder einer anderen Komponente des Ottomotors 1 implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10316391 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Funktionsstörung eines Einspritzsystems der Brennkraftmaschine (1) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Auswertung einer Partikelkonzentration in der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Partikelkonzentration mit einer Standardpartikelkonzentration an vorgegebenen Referenzbetriebspunkten verglichen wird und bei Überschreitung der Standardpartikelkonzentration auf eine Funktionsstörung des Einspritzsystems geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardpartikelkonzentration während des Neuzustandes des Einspritzsystems ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardpartikelkonzentration, vorzugsweise adaptiv, in vorgegebenen Zeiträumen während des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkonzentration und/oder die Standardpartikelkonzentration in Abhängigkeit von einem Zündspannungsbedarf (U_Z) einer, in einem Partikel enthaltenen Gas angeordneten Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) ermittelt wird, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) notwendige Zündspannung als Zündspannungsbedarf (U_Z) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündspannungsbedarf (U_Z) zylinderindividuell oder nur für einen Zylinder (3, 4, 5, 6) der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstörung des Einspritzsystems in einer Verschmutzung eines Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) des Einspritzsystems besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzdauer des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) überwacht wird und bei einer Einspritzdauerverlängerung, vorzugsweise durch Anforderung einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine (1), auf eine Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion der Einspritzdauerverlängerung durch die Lambdaregelung der Brennkraftmaschine (1) auf eine innere Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Detektion der Verschmutzung des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) ein Reinigungsprozess des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) eingeleitet wird, nach dessen Abschluss die Partikelkonzentration gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der gemessenen Partikelkonzentration von der Standardpartikelkonzentration nach einer erkannten nicht ausreichenden Reinigung des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) zur Unterbindung einer Zunahme der Partikelkonzentration in der Brennkraftmaschine (1) ein Einspritzmuster bestehend aus Haupteinspritzungen und/oder Voreinspritzungen und/oder Nebeneinspritzungen der Brennkraftmaschine variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spritzdauerverteilung des Einspritzmusters gesamtmomentenneutral variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzungen vollständig ausgeblendet werden, wobei der momentenrelevante Anteil der Voreinspritzungen durch eine Spritzdauerverlängerung der Haupteinspritzungen kompensiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reinigungsverfahren Kraftstoff unter erhöhtem Druck eingespritzt wird, wobei die Druckerhöhung von der Fahrweise des Kraftfahrzeuges abhängig ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Funktionsstörung des Einspritzsystems geschlossen wird, wenn nach Prüfung der Funktionsfähigkeit von Ventilschaftdichtungen und/oder der Kolbenringe und/oder einer Kurbelgehäuseentlüftung festgestellt wird, dass diese störungsfrei arbeiten.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Funktionsstörung eines Einspritzsystems der Brennkraftmaschine (1) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (26) vorhanden sind, welche die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Auswertung einer Partikelkonzentration in der Brennkraftmaschine (1) ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (26) die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch die Ermittlung eines Zündspannungsbedarfs (U_Z) einer, in einem Partikel enthaltenden Gas angeordneten Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) detektieren, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) notwendige Zündspannung als Zündspannungsbedarf (U_Z) gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (26) die Funktionsstörung des Einspritzsystems durch eine Überwachung der Einspritzdauer des Kraftstoffeinspritzinjektors (16, 17, 18, 19) detektieren, wobei auf die Funktionsstörung geschlossen wird, wenn eine Verlängerung der Einspritzdauer, vorzugsweise durch eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine (1), eingestellt wird.