-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Verdünnung eines Schmiermittels einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
-
Bei Fahrzeugen wie beispielsweise Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, mit einem Partikelfilter wird dieser in zeitlichen Abständen regeneriert beziehungsweise freigebrannt. Der Partikelfilter ist üblicherweise in einem Abgastrakt angeordnet, welcher von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt wird, wobei der Partikelfilter dazu dient, im Abgas aufgenommene Partikel aus dem Abgas zu filtern. Ein solcher Partikelfilter kommt insbesondere als Dieselpartikelfilter bei Dieselmotoren zum Einsatz, um Rußpartikel aus dem Abgas herauszufiltern. Mit zunehmender Betriebsdauer setzt sich der Partikelfilter mit Partikeln zu, sodass ein durch den Partikelfilter bewirkter Strömungswiderstand für das den Abgastrakt durchströmende Abgas ansteigt. Um einen übermäßigen Anstieg des Strömungswiderstands zu vermeiden, wird der Partikelfilter regeneriert, indem er freigebrannt wird. Im Rahmen des Freibrennens werden die Partikel, insbesondere Rußpartikel, entzündet und dadurch verbrannt.
-
Da die Entzündungstemperatur der Partikel in einem Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht oder nur selten erreicht wird, ist zur Regeneration des Partikelfilters eine Anhebung der Abgastemperatur notwendig. Dies geschieht im Wesentlichen durch innermotorische Maßnahmen wie durch einen Spätverzug, das heißt durch eine Spätstellung des Zündzeitpunkts, eine Zuschaltung wenigstens einer angelagerten beziehungsweise frühen Nacheinspritzung und wenigstens einer späten Nacheinspritzung. Kraftstoff dieser Nacheinspritzungen kann je nach Lage ihres Ansteuerbeginns, Menge des eingespritzten Kraftstoffes und Motorbetriebsbereich beim Einspritzvorgang mehr oder weniger stark an eine Wand eines Brennraums gelangen, in den der Kraftstoff eingespritzt wird. Üblicherweise ist der Brennraum als Zylinder ausgebildet, wobei die Wand des Brennraums als Zylinderwand bezeichnet wird.
-
In dem Zylinder ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Um die Reibung der Verbrennungskraftmaschine gering zu halten, wird üblicherweise zwischen den Kolben und die Zylinderwand ein Schmiermittel insbesondere in Form eines Schmieröls eingebracht, um den Zylinder und den Kolben zu schmieren und/oder zu kühlen. Da der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, an die Zylinderwand gelangen kann, entsteht in diesem Fall an der Zylinderwand ein Kraftstoff-Schmiermittel-Gemisch. Von der Zylinderwand wird das Kraftstoff-Schmiermittel-Gemisch mit der Kolbenbewegung über Kolbenringe in eine Ölwanne eingetragen. Dadurch erhöht sich im Laufe des Fahrzeugbetriebs mit entsprechenden Regenerationsanteilen zunehmend der Kraftstoffanteil im Schmiermittel, sodass das Schmiermittel durch den Kraftstoff verdünnt wird. Mit anderen Worten steigt der Kraftstoffgehalt im Schmiermittel. Durch diese Schmiermittelverdünnung wird die Qualität des Schmiermittels beeinträchtigt beziehungsweise reduziert. Insbesondere wird die Schmierfähigkeit des Schmiermittels herabgesetzt. Im Zuge dessen erhöht sich der Verschleiß an von der Schmiermittelschmierung abhängigen Bauteilen, sodass das zu Beschädigungen aufgrund verminderter Schmierfähigkeit kommen kann.
-
Dies bedeutet, dass es funktionsbedingt im Regenerationsbetrieb von Partikelfiltern zu einem Kraftstoffeintrag in das Schmiermittel und somit zu einer Schmiermittelverdünnung kommt, welche auch als Ölverdünnung bezeichnet wird. Ein zu hoher Kraftstoffanteil im Schmiermittel mindert die Schmierfähigkeit und somit die Qualität des Schmiermittels. Um eine übermäßige Schmiermittelverdünnung und somit eine übermäßige Beeinträchtigung der Qualität des Schmiermittels zu vermeiden, wird das Schmiermittel üblicherweise nach jeweiligen Wartungsintervallen ausgetauscht, das heißt gegen neues Schmiermittel mit hoher Schmierfähigkeit ersetzt. Um ein rechtzeitiges Austauschen des Schmiermittels zu realisieren und dabei beispielsweise das jeweilige Wartungsintervall bedarfsgerecht berechnen beziehungsweise einstellen zu können, ist es wünschenswert, die Verdünnung des Schmiermittels im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens zu ermitteln.
-
Die
DE 10 2004 033 413 A1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln einer Verdünnung eines Schmiermittels einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem wenigstens ein die Verdünnung charakterisierender Verdünnungswert anhand eines Modells in Abhängigkeit von einem Kraftstoffeintrag in das Schmiermittel ermittelt wird. Der Verdünnungswert wird dabei mittels einer Recheneinrichtung anhand des Modells ermittelt, wobei das Modell beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Recheneinrichtung gespeichert ist. Bei der Recheneinrichtung kann es sich um ein Steuergerät handeln, welches auch als Motorsteuergerät bezeichnet wird und zum Regeln und/oder Steuern der Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt.
-
Ferner offenbart die
DE 10 2005 051 923 A1 ein Verfahren zur Überwachung einer Ölverdünnung eines Motoröls mit Kraftstoff eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Kraftfahrzeug einen Partikelfilter aufweist, der mittels zusätzlicher Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors regenerierbar ist. Das Motoröl ist dabei in einer Ölwanne aufgenommen, die mit einem Motorölkreislauf verbunden ist, wobei dem Verbrennungsmotor eine Steuereinheit zugeordnet ist. Ferner ist es vorgesehen, dass in der Ölwanne zum einen eine Kraftstoffmasse und zum anderen eine Ölmasse bestimmt wird, wobei beide Massen in ein Gewichtsverhältnis zueinander gesetzt werden, sodass eine prozentuale Ölverdünnung in der Ölwanne bestimmbar ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem der Verdünnungswert auf besonders einfache Weise besonders präzise ermittelt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem der Verdünnungswert auf besonders einfache Weise besonders präzise ermittelt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verdünnungswert anhand des Modells zusätzlich in Abhängigkeit von einem Kraftstoffaustrag aus dem Schmiermittel ermittelt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es während des Fahrbetriebs beziehungsweise während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine nicht nur zu einem Kraftstoffeintrag in das Schmiermittel kommt, in dessen Rahmen Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff, in das Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, eingetragen wird, sondern während des Fahrbetriebs kommt es auch zu einem Kraftstoffaustrag aus dem Schmiermittel, in dessen Rahmen Kraftstoff aus dem Schmiermittel ausgetragen wird. Es wurde gefunden, dass dieser Kraftstoffaustrag durch Ausdampf- und Verbrennungsvorgänge des Schmiermittels geschieht, was vorwiegend in einem Normalbetrieb der beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine sowie in höheren Last- und Drehzahlbereichen erfolgt.
-
Durch die Berücksichtigung sowohl des Kraftstoffeintrags als auch des Kraftstoffaustrags ist es auf einfache Weise möglich, den Verdünnungswert besonders präzise zu ermitteln und somit auf den Zustand des Schmiermittels rückschließen zu können. In der Folge ist es möglich, ein Wartungsintervall präzise zu berechnen, um dadurch beispielsweise eine rechtzeitige Wartung der Verbrennungskraftmaschine und somit einen rechtzeitigen Austausch des Schmiermittels zu bewirken, bevor die Qualität des Schmiermittels durch den Kraftstoffeintrag zu stark beeinträchtigt wird. Ferner ist es durch die Berücksichtigung eines Kraftstoffaustrags möglich, eine unnötig frühe Wartung, das heißt einen unnötig frühen Austausch des Schmiermittels zu vermeiden. Mit anderen Worten kann vermieden werden, dass das Schmiermittel ausgetauscht beziehungsweise ersetzt wird, obwohl es noch eine hinreichende Schmierfähigkeit aufweist.
-
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise als der Verdünnungswert ein die Verdünnung charakterisierender Kraftstoffgehalt im Schmiermittel ermittelt. Beispielsweise wird der Verdünnungswert, welcher auch als Schmiermittelverdünnungswert oder Ölverdünnungswert bezeichnet wird, beziehungsweise der Kraftstoffgehalt in der Einheit Prozent berechnet. Der Verdünnungswert kann als Variable benutzt werden, um das Wartungsintervall in Abhängigkeit von dieser Variable zu berechnen. Dadurch kann das Wartungsintervall besonders bedarfsgerecht berechnet werden, um eine übermäßige Beeinträchtigung der Qualität und somit der Schmierfähigkeit des Schmiermittels sowie unnötig frühe Wartungen zu vermeiden. Beispielsweise ist es möglich, anhand des Verdünnungswerts eine Restlaufzeit bis zur nächsten Wartung der Verbrennungskraftmaschine zu variieren beziehungsweise in Abhängigkeit von dem Verdünnungswert zu reduzieren, um unerwünschte Schäden einer Verbrennungskraftmaschine sicher zu vermeiden.
-
Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine Aufwandsreduzierung in der Erfassung des Verdünnungswerts sowie eine einfache Übertragbarkeit auf andere Motor- und Applikationsvarianten hinsichtlich einer Regeneration beziehungsweise Regenerationsverbrennung eines beispielsweise als Dieselpartikelfilter ausgebildeten Partikelfilters der Verbrennungskraftmaschine. Eine Bedatung des Modells kann wahlweise offline insbesondere über eine Simulation, insbesondere Matlab-Simulation, und/oder durch einfache, zeit- und kostengünstig durchzuführende Prüfstandsmessungen erfolgen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Recheneinrichtung in Form eines Motorsteuergeräts, mittels welchem ein Verfahren durchgeführt wird, bei welchem wenigstens ein eine Verdünnung eines Schmiermittels der Verbrennungskraftmaschine charakterisierender Verdünnungswert anhand eines Modells in Abhängigkeit von einem Kraftstoffeintrag in das Schmiermittel sowie in Abhängigkeit von einem Kraftstoffaustrag aus dem Schmiermittel ermittelt wird; und
-
2 die Struktur des Modells insgesamt.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, wobei die Verbrennungskraftmaschine vorliegend als Dieselmotor in Form einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Hierbei umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Zylindergehäuse 12, welches auch als Zylinderblock bezeichnet wird und eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 14 aufweist. In dem jeweiligen Zylinder 14 ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Ferner weist der jeweilige Zylinder 14 eine Zylinderwand auf, an welcher sich der Kolben in dessen radialer Richtung abstützen kann. Da die Verbrennungskraftmaschine 10 als Dieselmotor ausgebildet ist, wird die Verbrennungskraftmaschine mit einem flüssigen Kraftstoff in Form von Diesel beziehungsweise Dieselkraftstoff betrieben.
-
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Ansaugtrakt 16 auf, welcher während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 von Luft durchströmt wird, die von der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere mittels der Kolben, angesaugt wird. Die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft ist in 1 anhand eines Richtungspfeils 18 veranschaulicht. Die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft wird mittels des Ansaugtrakts 16 in die Zylinder 14 geführt, sodass die Luft in die Zylinder 14 einströmen kann.
-
Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Einspritzsystem 20, welches von dem Dieselkraftstoff durchströmbar ist, was in 1 durch einen Richtungspfeil 22 veranschaulicht ist. Jedem der Zylinder 14 ist ein Injektor zugeordnet, mittels welchem der Dieselkraftstoff direkt in den jeweiligen Zylinder 14 eingespritzt wird. Dabei umfasst das Einspritzsystem 20 ein den Injektoren gemeinsames Kraftstoffverteilungselement, welches als Rail 24 bezeichnet wird. Beispielsweise mittels einer Pumpe wird der Dieselkraftstoff in das Rail 24 gefördert und dort unter hohem Druck gespeichert. Mittels des Rails 24 wird der Dieselkraftstoff mit hohem Druck auf die jeweiligen Injektoren verteilt, sodass mittels der Injektoren der Dieselkraftstoff in den jeweiligen Zylinder 14 direkt eingespritzt wird. Der genannte, im Rail 24 herrschende Druck wird auch als Raildruck oder Einspritzdruck bezeichnet, mit welchem der Dieselkraftstoff in den jeweiligen Zylinder 14 eingespritzt wird.
-
Durch das Einspritzen des Dieselkraftstoffes in die Zylinder 14 und durch das Zuführen der Luft in die Zylinder 14 entsteht in den jeweiligen Zylinder 14 ein Kraftstoff-Luftgemisch, welches verbrannt wird. Aus dieser Verbrennung resultiert Abgas, welches aus den Zylindern aus- und in einen Abgastrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine einströmt. Der von dem Abgas durchströmbare Abgastrakt 26 dient zum Führen des Abgases, wobei im Abgastrakt 26 ein Katalysator 28 in Form eines Oxidations-Katalysators angeordnet ist, welche auch als Oxi-Kat bezeichnet wird. In Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 26 ist stromab des Katalysators 28 ein Partikelfilter in Form eines Dieselpartikelfilters 30 (DPF) angeordnet. Das im Abgastrakt 26 durchströmende Abgas ist in 1 durch einen Richtungspfeil 32 veranschaulicht.
-
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Vielzahl an von Bauteilen, welche während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 relativ zueinander bewegbar sind beziehungsweise sich relativ zueinander bewegen. Bei diesen Bauteilen handelt es sich beispielsweise um die jeweiligen Zylinderwände und die Kolben, welche sich während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 relativ zu den Zylinderwänden translatorisch auf- und abbewegen. Um eine Reibung und den Verschleiß der Verbrennungskraftmaschine 10 gering zu halten, wird ein Schmiermittel in Form eines Schmieröls verwendet, mittels welchem die sich relativ zueinander bewegenden Bauteile geschmiert und/oder gekühlt werden. Das Schmiermittel wird auch als Öl bezeichnet und wird beispielsweise in einem Reservoir wie einem Ölsumpf oder einer Ölwanne gespeichert. Das Schmiermittel wird beispielsweise mittels einer Pumpe zu den jeweiligen, zu schmierenden Bauteilen gefördert.
-
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine in 1 nicht dargestellte Recheneinrichtung in Form eines Steuergeräts, welches auch als Motorsteuergerät bezeichnet und zum Regeln und/oder Steuern der Verbrennungskraftmaschine 10 genutzt wird. Mittels dieses Steuergeräts wird ein im Folgenden erläutertes Verfahren zum Ermitteln einer Verdünnung des Schmieröls der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt, wobei bei dem Verfahren wenigstens ein die Verdünnung charakterisierender Verdünnungswert anhand eines Modells in Abhängigkeit von einem Kraftstoffeintrag in das Schmieröl und in Abhängigkeit von einem Kraftstoffaustrag aus dem Schmieröl ermittelt wird. Das Modell ist dabei in einer Speichereinrichtung, beispielsweise in einem EEPROM des Steuergeräts gespeichert.
-
Der Dieselpartikelfilter 30 dient zum Filtern von Partikeln insbesondere in Form von Rußpartikeln beziehungsweise Ruß aus dem Abgas. Mit zunehmender Betriebsdauer setzt sich der Dieselpartikelfilter 30 mit Partikeln zu, was auch als Zusetzen oder Beladen beziehungsweise Beladung des Dieselpartikelfilters 30 bezeichnet wird. Mit zunehmender Beladung des Dieselpartikelfilters 30 steigt auch ein durch diesen bewirkter Strömungswiderstand für das den Abgastrakt 26 durchströmende Abgas. Um zu vermeiden, dass der Strömungswiderstand übermäßig ansteigt, wird der Dieselpartikelfilter 30 in zeitlichen Abständen regeneriert. Hierzu wird eine Regeneration beziehungsweise Regenerationsphase des Dieselpartikelfilters 30 durchgeführt, wobei der Dieselpartikelfilter freigebrannt wird. Im Rahmen dieses Freibrennens werden die Partikel im Dieselpartikelfilter 30 verbrannt beziehungsweise aus diesem ausgebrannt.
-
Da die Entzündungstemperatur der Partikel im Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 nicht oder nur selten erreicht wird, ist zur Regeneration des Dieselpartikelfilters 30 eine Anhebung der Abgastemperatur notwendig. Dies geschieht im Wesentlichen durch innermotorische Maßnahmen wie Spätverzug, Zuschaltung wenigstens einer angelagerten (frühen) Nacheinspritzung und/oder wenigstens einer späten Nacheinspritzung. Diese Nacheinspritzungen können je nach Lage ihres Ansteuerbeginns, ihrer Menge und je nach Motorbetriebsbereich beim Einspritzvorgang mehr oder weniger stark an die jeweilige Zylinderwand gelangen und sich dort mit dem Schmieröl vermischen. Dadurch entsteht ein Kraftstoff-Öl-Gemisch, welches von der Zylinderwand mit der jeweiligen Kolbenbewegung über Kolbenringe in die Ölwanne eingetragen wird. Dort erhöht sich im Laufe des Fahrzeugbetriebs und bei entsprechenden Regenerationsanteilen zunehmend der Kraftstoffanteil, das heißt der Kraftstoffgehalt im Schmieröl. Hierdurch wird die Qualität des Schmieröls, insbesondere dessen Schmierfähigkeit beeinträchtigt, sodass das Schmieröl im Rahmen einer entsprechenden Wartung und insbesondere nach Ablauf von jeweiligen Wartungsintervallen ausgetauscht und gegen neues, schmierfähiges Schmieröl ersetzt werden muss.
-
Um eine besonders bedarfsgerechte Wartung zu realisieren und hierzu beispielsweise das jeweilige Wartungsintervall variabel und besonders präzise berechnen zu können, wird der Verdünnungswert anhand des Modells berechnet, welches auch als Ölverdünnungsmodell bezeichnet wird. 2 zeigt die Gesamtstruktur des Ölverdünnungsmodells, welches aus einem Kraftstoffeintrags- und einem Kraftstoffaustragsteil besteht. Mittels des Ölverdünnungsmodells werden im Rahmen des Wartungsintervalls, welches auch als Ölwechselintervall bezeichnet wird, ein aktueller sowie ein maximaler Verdünnungswert, welcher auch als Ölverdünnungswert bezeichnet wird, berechnet und in der Speichereinrichtung des Motorsteuergeräts abgespeichert. Der jeweilige Ölverdünnungswert kann zusätzlich nach einem entsprechenden Ölwechsel resetiert, das heißt auf einen Anfangswert, insbesondere auf Null, gesetzt werden. Der maximale Ölverdünnungswert kann zusätzlich einem sogenannten Wartungsintervallrechner übergeben werden, mittels welchem bei Bedarf das Wartungsintervall variabel angepasst werden kann. Die physikalischen Wirkzusammenhänge, die zum Kraftstoffeintrag führen, sind vorzugsweise mittels der sogenannten Design-Of-Experiment-Methode (DoE-Methode) an Prüfstandsuntersuchungen ermittelt und softwaretechnisch in eine mathematischen Formel umgewandelt. Dabei wurde als Referenzwert für den Kraftstoffeintrag die sogenannte Kohlenstoffbilanz gewählt, welche im Folgenden erläutert wird.
-
Im Folgenden wird der Kraftstoffeintragsteil des Ölverdünnungsmodells erläutert: Der Kraftstoffeintragsteil ist auf Basis umfangreicher DoE-Untersuchungen am Motorprüfstand entstanden. Der Ölverdünnungswert wird dabei nicht klassisch über Ölproben mit Laboranalysen durchgeführt, sondern basiert auf der sogenannten Kohlenstoffbilanz. Dabei wird angenommen, dass die Differenz aus der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Kohlenstoffen und über das Abgas emittierten Kohlenstoffen über Umrechnung der ins Schmieröl eingetragenen Kraftstoffmenge entspricht. Dies wurde durch Vorabuntersuchungen bestätigt. Der Verbrennungskraftmaschine 10 werden Kohlenstoffe über die Luft und den Dieselkraftstoff zugeführt. Somit veranschaulicht der Richtungspfeil 18 auch die über die Luft der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Kohlenstoffe, wobei der Richtungspfeil 22 auch die über den Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Kohlenstoffe veranschaulicht. Ferner veranschaulicht der Richtungspfeil 32 auch die Kohlenstoffe, die die Verbrennungskraftmaschine 10 über das Abgas emittiert. Ferner veranschaulicht ein Richtungspfeil 34 die Differenz zwischen den zugeführten und emittierten Kohlenstoffen und somit die Kohlenstoffe des eingetragenen Kraftstoffs beziehungsweise den in das Schmieröl eingetragenen Kraftstoff selbst.
-
Über die Erfassung der Wirkzusammenhänge der wichtigsten Einflussgrößen auf die Ölverdünnung wird eine Formel generiert. In einem Folgeschritt wird diese Formel in das Modell beispielsweise in Form eines Matlab-Simulink-Modells übersetzt, das in 2 gezeigt ist. Mittels dieses Modells ist eine Implementierung ins Motorsteuergerät möglich. Mittels des Motorsteuergeräts ist es nun anhand des Modells möglich, in Abhängigkeit von Eingangsgrößen, welche auch als Einflussgrößen bezeichnet werden, die Ölverdünnung insbesondere im Regenerationsbetrieb, das heißt während der Regeneration des Dieselpartikelfilters 30, zu erfassen. Die genutzten Einflussgrößen sind nachfolgend aufgeführt:
- a. Einspritzdruck (Raildruck)
- b. Menge der frühen Nacheinspritzung (auch angelagerte Nacheinspritzmenge genannt)
- c. Menge der Spätnacheinspritzung (auch späte Nacheinspritzmenge genannt)
- d. Menge der gesplitteten späten Nacheinspritzung (auch gesplittete späte Nacheinspritzmenge genannt)
- e. Ansteuerbeginn der Frühnacheinspritzung
- f. Ansteuerbeginn der späten Nacheinspritzung
- g. Öltemperatur
- h. Außentemperatur (Vorhalt in der Struktur)
-
Zudem gehen Last- und Drehzahlvariablen in das Modell ein, um eine Zuordnung zum aktuell anliegenden Kennfeldbereich zu ermöglichen. Der unter a. genannte Einspritzdruck ist mitbestimmend hinsichtlich der Strahleindringtiefe und der Ansteuerdauer des jeweiligen Injektors. Die frühe oder angelagerte Nacheinspritzung dient im Wesentlichen der Temperaturerhöhung im Abgastrakt 26 stromauf des Katalysators 28 und somit stromauf des Dieselpartikelfilters 30. Untersuchungen haben nachgewiesen, dass es auch hier zum Auftreffen von Kraftstoff aus dieser Einspritzung auf die jeweilige Zylinderwand kommen kann. Diese Einflussgröße ist daher auch eine Eingangsgröße in den Kraftstoffeintragsbereich des Ölverdünnungsmodells. In diesem Zuge kommt auch die Berücksichtigung deren Ansteuerbeginns zum Tragen. Die Lage bestimmt neben der Menge ebenfalls den Eintragseinfluss der frühen Nacheinspritzung.
-
Der Hauptteil des Kraftstoffeintrags ist auf das Vorhandensein einer späten Nacheinspritzung zurückzuführen. Daher wird diese mit den Eingängen Einspritzmengen und Ansteuerbeginn im Kraftstoffeintragsteil des Ölverdünnungsmodells berücksichtigt. Es ist möglich, die angeforderte Menge der späten Nacheinspritzung aufzuteilen, das heißt zu splitten. Diese Aufteilung hat in einigen Kennfeldbereichen messbaren Einfluss auf den Kraftstoffeintrag. Durch die Aufteilung werden die Menge wie auch die Strahleindringtiefe des Einspritzstrahls verringert. Die jeweilige Zylinderwand wird tendenziell von weniger Kraftstoff pro angeforderter Menge später Nacheinspritzung benetzt. Der Kraftstoffeintrag ins Schmieröl wird nachweislich verringert. Daraus resultiert die Berücksichtigung der Aufteilung (Splittung) der späten Nacheinspritzung im Ölverdünnungsmodell.
-
Im Folgenden wird der Kraftstoffaustragsteil erläutert: Der Kraftstoffaustragsteil des Ölverdünnungsmodells berücksichtigt die Fähigkeit der Verbrennungskraftmaschine 10, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand in das Schmieröl eingetragenen Kraftstoff wieder auszutragen beziehungsweise zu verdampfen. Die Möglichkeiten und die Bereiche eines möglichen Kraftstoffaustrags sind im Bereich der Verbrennungskraftmaschine und seiner Peripherie begrenzt. Das Modell basiert auf der nachgewiesenen Fähigkeit des Schmieröls, Kraftstoff beispielsweise über den Ölsumpf zu verdampfen und über die sogenannte Blow-By-Entlüftung der Verbrennung über den Luftansaugbereich, das heißt den Ansaugtrakt 16 wieder zuzuführen. Des Weiteren wird über Korrekturfaktoren die Verdampfung an weiteren Stellen wie die der jeweiligen Zylinderwand und einer Schmierung eines in 1 nicht dargestellten Abgasturboladers eingerechnet.
-
Der Aufbau des Modells insgesamt ist besonders gut aus
2 erkennbar. In der folgenden Tabelle sind die Eingangsgrößen des Modells und deren Beschreibung beziehungsweise Bedeutung erläutert:
| Eingangsgrößen in Modell | Beschreibung |
| Eng_Run_Mode | Signal Motor läuft |
| EOM_Act_OpMode | Aktueller Motorbetriebszustand (Normalbetrieb, Light-Off, Regeneration...) |
| Eng_Spd | Motordrehzahl |
| DpfSP_Tglndcd | Motorlast |
| Inj_VolCyl_Pol1 | Menge frühe Nacheinspritzung |
| Inj_VolCyl_Pol2 | Menge 2. späte Nacheinspritzung |
| Inj_VolCyl_Pol3 | Menge 3. späte Nacheinspritzung (bei Splittung späte NE) |
| Inj_VolCyl_Pol1Timing | Ansteuerbeginn frühe Nacheinspritzung |
| Inj_VolCyl_Pol2Timing | Ansteuerbeginn späte Nacheinspritzung |
| Fuel Rail_Press Actl | Raildruck |
| Aat_tp | Umgebungstemperatur (Außenluft) |
| Asst_SrvTrigFlg | Triggersignal zum Rücksetzen der Ölverdünnungswerte im Motorsteuergerät bei Ölwechsel |
| FirstStrt_Mode | Signal Erst-Start-Erkennung |
| EOT-Sens | Öltemperatur |
| AAP | Umgebungsdruck |
-
Das Modell insgesamt besteht aus den in der folgenden Tabelle genannten Hauptblöcken:
| Blockname | Beschreibung |
| EngOil_Dil_FuInsEna | Freigabeblock zur Aktivierung der Kraftstoffeintragsberechnung (erster Block) |
| EngOil_Dil_FuDchaEna | Freigabeblock zur Aktivierung der Kraftstoffeintragsberechnung (zweiter Block) |
| EngOil_Dil_FuIns | Block zur Berechnung des Kraftstoffeintrags (dritter Block) |
| EngOil_Dil_FuDcha | Block zur Berechnung des Kraftstoffaustrags (vierter Block) |
| EngOil_Dil_Calc | Block zur Berechnung & Abspeicherung des max. und aktuellen Ölverdünnungswertes; Resetfunktion (fünfter Block) |
-
In dem ersten Block EnGOil_Dil_FuInsEna erfolgt die Freigabe zur Berechnung des Kraftstoffeintrags. Bei Erfüllung aller Freigabekriterien wird als Ausgangsgröße das Flag EngOilDil_FuInsEnaFlg auf TRUE geschaltet und es wird die Berechnung des Kraftstoffeintragsteils aktiviert, welche im dritten Block EngOil_Dil_FuIns erfolgt. Auf diese Berechnungen wird weiter unten näher eingegangen.
-
Die Freigabekriterien können Daten betreffend den aktuellen Betriebsmodus, Eingangsbits betreffend einen Partikelfilterregenerationsbetrieb und/oder andere Brennverfahren mit Nacheinspritzung umfassen. Weiterhin können Wertebereiche von Motorlast und/oder Drehzahlbereich festgelegt sein, innerhalb derer ein Kraftstoffeintrag berechnet werden soll. Ebenso können vorgebbare Mindestmengen für die frühe und die späte Nacheinspritzmenge vorgesehen sein, ab denen der Kraftstoffeintrag berechnet werden soll.
-
Im zweiten Block EngOil_Dil_FuDchaEna erfolgt die Freigabe zur Berechnung des Kraftstoffaustrags. Bei Erfüllung aller Freigabekriterien wird als Ausgangsgröße das Flag EngOilDil_FuDchaEnaFlg auf TRUE geschaltet und aktiviert damit die Berechnung des Kraftstoffaustragsteils, enthalten im Funktionsblock EngOil_Dil_FuDcha. Hierbei umfassen die Freigaben einen insbesondere über eine Bitmaske beschreibbaren aktuellen Motorbetriebsmodus.
-
Im dritten Block EngOil_Dil_FuIns wird der aktuelle Kraftstoffeintrag ins Motoröl berechnet. Innerhalb des dritten Blocks werden vorzugsweise im Falle einer Splittung der Nacheinspritzung ein Splitverhältnis sowie die Gesamtmenge der Nacheinspritzung berechnet. Die Wirkzusammenhänge dieser Größen sowie die der weiteren Eingangsgrößen Fuel_Rail_Press_Actl, Inj_VolCyl_Pol1Timing, Inj_VolCyl_Pol2Timing, Inj_VolCyl_Pol1 auf den Kraftstoffeintrag werden über vorgegebene bzw. programmierbare Verknüpfungen zueinander in Beziehung gesetzt. Dabei kann zusätzlich eine Korrektur über Kennlinien für die Öltemperatur und die Außentemperatur vorgesehen sein.
-
Im vierten Block EngOil_Dil_FuDcha wird der Kraftstoffaustrag aus dem Schmieröl berechnet. Basis ist dabei die Erfassung der Kohlenwasserstoffe in der Kurbelgehäuseentlüftung (Blow-By). Hierzu wird ein Kennfeld bereitgestellt, welches Kohlenwasserstoffgehalt im Blow-By beschreibt. Dabei erfolgt eine Korrektur über eine Kennlinie, welche die Öltemperatur berücksichtigt. Weiterhin erfolgt eine Korrektur über eine Kennlinie, welche ein Kohlenwasserstoff-Austragsverhalten bei unterschiedlichen Kraftstoffgehalten im Schmieröl berücksichtigt. Eingangsgrößen in dieser Kennlinie ist der aktuelle Ölverdünnungswert. Das Ergebnis mündet in einer entsprechenden Messgröße. Weiter werden in einem internen Block die kennfeldabhängigen Temperaturen, Drücke und Volumenströme zur genauen betriebspunktabhängigen Berechnung des Kraftstoffaustrags im Blow-By erfasst, beziehungsweise eingetragen. Über die Eingangsgröße Umgebungsdruck AAP findet eine Umrechnung des Relativdruckes in der Kurbelgehäuseentlüftung zur korrekten Weiterverrechnung statt. Der Volumenstrom wird von Liter pro Minute in Kubikmeter pro Sekunde umgerechnet. Hierzu wird die Grad Celsius bereitgestellte Temperatur zunächst durch Addition von 273,15 Kelvin auf die Grundeinheit Kelvin normiert und anschließend mit der Gaskonstante für Abgas 288,315 J/(kg·C) multipliziert. Eine Weiterverrechnung erfolgt in einem weiteren internen Berechnungsblock.
-
Untersuchungen haben ergeben, dass nicht der komplette Kraftstoffaustrag aus dem Schmieröl über beziehungsweise in der Ölwanne stattfindet und über die Kurbelgehäuseentlüftung messbar ist. Weiteren Stellen des Kraftstoffaustrags sind nachweislich der Schmierölfilm an den heißen Zylinderlaufflächen (Zylinderwand) und Schmierflächen am Abgasturbolader. Daher werden diese Einflüsse des Kraftstoffaustrags zusammenfassend vorzugsweise in einem separaten Kennfeld berücksichtigt und multiplikativ eingerechnet und führen zu einem nochmals korrigierten Ergebnis. Über eine Verrechnung mit der Kraftstoffdichte von Diesel wird schließlich der aktuelle Kraftstoffaustragswert EngOilDil_VolFuDchaAct als endgültiges Ergebnis des vierten Blocks erhalten.
-
Im fünften Block EngOil_Dil_Calc finden die Berechnung des aktuellen (EngOilDil_PercFuAct) und des maximalen (EngOilDil_PercFuMax) Ölverdünnungswerts innerhalb eines Ölwechselintervalls und die Umrechnung in Prozent statt. Der jemals erreichte maximale Wert wird im EEPROM des Motorsteuergeräts gespeichert. Dieser wird genutzt, um das Service-Intervall beziehungsweise Wartungsintervall der Verbrennungskraftmaschine 10 zu verkürzen. Bei einem Service mit Motoröltausch werden der Maximalwert und die aktuellen Eintragswerte zurückgesetzt, das heißt resetiert.
-
Der aktuelle Kraftstoffaustragswert EngOilDil_VolFuDchaAct als Ausgangsgröße des vierten und Eingangsgröße des fünften Blocks wird vorzugsweise begrenzt unter Berücksichtigung eines maximalen Ausdampfpotenzials. Der aktuelle Kraftstoffeintragswert EngOilDil_VolFuInsAct (Ausgangsgröße des dritten Blocks EngOil_Dil_FuIns) wird mit dem Kraftstoffaustragswert EngOilDil_VolFuDchaAct verrechnet und unter Berücksichtigung des in der Verbrennungskraftmaschine befindlichen Ölvolumens in Prozent umgerechnet. Es ist vorgesehen, dass durch einen Service-Trigger bei einer Rücksetzung ein Startölverdünnungswert gesetzt werden kann. Erfahrungsgemäß ist schon bei Frischöl eine Verdünnung durch Dieselkraftstoff messbar, daher ist vorzugsweise eine Bedatungsgröße als Initialbedatung nach einem Ölwechsel vorgesehen, die insbesondere auf den maximalen Ölverdünnungswerts (EngOilDil_PercFuMax) einwirkt. Weiterhin ist bevorzugt ein Softwareschalter vorgesehen, welcher es ermöglicht, Werte zu Untersuchungszwecken manuell zurückzusetzen.
-
Mittels des generierten Modells insbesondere in Form des Matlab-Simulink-Modells kann über Daten aus dem Fahrzeugdauerlauf und Prüfstandsmessungen mit entsprechender Messausstattung eine Optimierung der Bedatung erfolgen. Ein Matlab-Simulink-Solver, welcher automatisch die Bedatungsgrößen auf den Zielwert optimiert, soll dabei als Werkzeug dienen. Es ist dadurch möglich, die Bedatung des Modells mit vertretbarem Aufwand auf andere Motor-Baureihen beziehungsweise Verbrennungsbedatungen zu übertragen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004033413 A1 [0006]
- DE 102005051923 A1 [0007]
