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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffaustrageverfahren für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Verbrennungsmotoren weisen einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung bewegbarer Bauteile des Verbrennungsmotors auf. Der Schmiermittelkreislauf ist ein nicht vollständig gegenüber Störgrößen abgedichteter Kreislauf. So kann bspw. über Brennräume des Verbrennungsmotors Kraftstoff in das Schmiermittel gelangen.
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Das Schmiermittel, im Allgemeinen ein Schmieröl, durchströmt über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen des Verbrennungsmotors den Schmiermittelkreislauf. Dabei kann es zu einer Änderung der Viskosität des Schmiermittels kommen. Die Änderung der Viskosität hat zur Folge, dass das Schmiermittel nicht mehr seine ursprüngliche Tragfähigkeit aufweist und somit die entsprechenden Bauteile nicht mehr in der erforderlichen Art und Weise versorgt werden.
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Neben einer üblichen Alterung des Schmiermittels aufgrund von Ablagerungen, Abrieb und/oder Rußeintrag führt eine Schmiermittelverdünnung, im Weiteren als Schmiereölverdünnung bezeichnet, ebenfalls zu einer Änderung der Viskosität. Liegt die Schmierölverdünnung vor, bedeutet dies, dass Kraftstoffanteile im Schmiermittel vorhanden sind, die die Änderung der Viskosität des Schmiermittels mit sich bringen. Die Viskosität des Öls ist von Bedeutung für die Schmierwirkung des Öls. Sinkt die Viskosität des Öls zu stark ab, so kann die notwendige Schmierung des Verbrennungsmotors nicht mehr sicher gewährleistet werden.
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Die Schmiermittelverdünnung kann verschiedene Ursachen haben, wie bspw. häufige Kaltstarts mit Kurzstreckenbetrieb, eine unzureichende Gemischaufbereitung, unzureichende Warmlaufphasen in Verbindung mit Start-Stopp-Betrieb oder elektrisches Fahren bei Hybridfahrzeugen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 216 215 A1 geht ein Verfahren zur Reduktion der Schmierölverdünnung hervor, wobei insbesondere der Verbrennungsmotor über eine bestimmte Zeit in einem Betrieb gefahren wird, in welchem eine Motortemperatur eine bestimmte Schwellentemperatur übersteigt.
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Aus der
DE 60 2005 000 084 T2 ist ein Steuerungsverfahren für ein Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors bekannt, welches unter Berücksichtigung einer möglichen Ölverdünnung eine Regeneration eines Dieselpartikelfilters herbeiführt. Im Wesentlichen wird die Regeneration des Dieselpartikelfilters im stationären Zustand bzw. im Stillstand eines den Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeugs durchgeführt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2012 112 794 A1 offenbart ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor zur Bestimmung eines Kraftstoffanteils im Öl. Sofern ein bestimmter Anteil Kraftstoff im Schmieröl ermittelt ist, besteht die Möglichkeit Abhilfe auf verschiedene vorgeschlagene Weisen zu schaffen. Diese Abhilfe kann bspw. ein Ölwechsel sein. Bei einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, d. h. bei einer Kombination eines Elektromotors mit dem Verbrennungsmotor, ist es möglich den Verbrennungsmotor über einen bestimmten Zeitraum nicht abzuschalten. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ist der Kraftstoffanteil im Schmieröl bestimmbar. Entsprechend dem bestimmten Kraftstoffanteil erfolgt eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors, wobei neben den bereits genannten Möglichkeiten auch eine Änderung des Betriebspunktes durch eine Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors zur Erhöhung einer Kühlmittel und/oder Öltemperatur genannt ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Kraftstoffaustrageverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kraftstoffaustrageverfahren für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen das Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffaustrageverfahren für einen Verbrennungsmotor, welcher ein Regel- und Steuerungssystem mit Kennwerten des Verbrennungsmotors und einen Schmiermittelkreislauf mit einem Schmiermittel aufweist, ergibt eine Lastpunktverschiebung ausgehend von einem ersten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors zu einem zweiten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors mit Hilfe des Regel- und Steuerungssystems. Die Lastpunktverschiebung erfolgt in Abhängigkeit eines Kraftstoffschwellenwertes und wird dann durchgeführt, wenn ein Kraftstoffkennwert, welcher eine im Schmiermittel ausgebildete Kraftstoffmenge kennzeichnet, größer oder gleich eines Kraftstoffschwellenwertes ist. Die Lastpunktverschiebung wird so gewählt, dass der zweite Betriebspunkt ein zweites Spülgefälle aufweist, welches größer ist als ein erstes Spülgefälle des ersten Betriebspunktes. Der Vorteil ist, dass eine Kraftstoffaustragung aus dem Schmiermittel ausschließlich durch einen entsprechenden Betrieb des Verbrennungsmotors und somit ohne weitere Bauteile realisierbar ist.
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Jedem Verbrennungsmotor ist ein so genanntes Motorkennfeld inhärent, welches Lastpunkte in Abhängigkeit einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors aufweist. Dieses Motorkennfeld wird als Last-Drehzahl-Kennfeld bezeichnet, wobei die Last ein Drehmoment, welches proportional zu einem Mitteldruck des Verbrennungsmotors ist, angibt. Dieses Motorkennfeld ist hinsichtlich einer Mindestdrehzahl und einer Höchstdrehzahl sowie einer Volllast begrenzt. Das heißt zwischen diesen drei Grenzkriterien und zwischen einem Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors, welcher sich dadurch auszeichnet, dass sowohl die Last als auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors Null sind, ist ein Kennfeld mit zahlreichen Betriebspunkten aufgespannt.
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Jeder Lastpunkt weist über ein Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors einen bestimmten Zylinderdruckverlauf auf. Dieser Zylinderdruckverlauf umfasst neben einem so genannten Hochdruckabschnitt einen so genannten Ladungswechselabschnitt. Der Hochdruckverlauf ist in einem Zeitabschnitt des Arbeitsspieles ausgebildet, welcher durch einen geschlossenen Brennraum des Verbrennungsmotors gekennzeichnet ist. Sofern der Verbrennungsmotor als Hubkolbenmotor ausgebildet ist, sind üblicherweise Ein- und Auslassventile an einem den Brennraum zumindest teilweise aufweisenden Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildet, welche durchströmbare Ein- bzw. Auslasskanäle des Zylinderkopfes öffnen oder schließen.
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Der Ladungswechselabschnitt erstreckt sich über den Zeitabschnitt des Arbeitsspiels, welcher durch einen durchströmbaren Brennraum gekennzeichnet ist. Das heißt, die Einlass- und/oder die Auslasskanäle sind geöffnet. Bei dem Hubkolbenmotor beginnt der Ladungswechselabschnitt mit einem Öffnen der Auslassventile und endet mit einem Schließen der Einlassventile.
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Zur möglichen Steigerung eines Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors weist der Ladungswechselabschnitt eine Zeitphase auf, in welcher sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile geöffnet sind, so dass eine so genannte Ventilüberschneidung vorliegt.
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Während bei einer alleinigen Öffnung der Auslassventile ein im Brennraum des Verbrennungsmotors vorliegendes Abgas nur durch eine Hubbewegung eines Kolbens des Verbrennungsmotors ausgeschoben wird, besteht die Möglichkeit während der Zeitphase der Ventilüberschneidung eine über die Einlassventile in den Brennraum einströmende Frischluftmenge zu nutzen und das im Brennraum vorliegende Abgas durch eine Volumenverdrängung auszuschieben. Diese Möglichkeit ist um so effektiver je größer ein an den Einlassventilöffnungen anliegender Einlassdruck im Vergleich zu einem an Auslassventilöffnungen anliegender Auslassdruck ist.
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Eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck wird als Spülgefälle bezeichnet. Dieses Spülgefälle kann einen Wert aufweisen, welcher größer, gleich oder kleiner Null ist. Ist der Wert kleiner Null, besteht bspw. die Möglichkeit einer inneren Abgasrückführung, da Abgas aufgrund des negativen Spülgefälles in den Brennraum aus einem Auslasstrakt zurück in den Brennraum strömen kann.
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Die Wirkung des Spülgefälles kann dadurch zusätzlich verbessert werden, wenn das Spülgefälle bei einer niedrigen Motordrehzahl ausgebildet ist, da bei einer niedrigen Motordrehzahl ein effektiver Zeitraum, bspw. in Sekunden bestimmt, der Ventilüberschneidungsphase größer ist als bei hohen Motordrehzahlen. Somit steht dem Abgas bei niedrigen Motordrehzahlen ein größerer Zeitraum zur Verfügung, um aus dem Brennraum auszuströmen. Das Abgas kann so vollständig aus dem Brennraum ausströmen, wobei zur verbesserten vollständigen Spülung des Brennraums sogar ein Teil der in den Brennraum einströmenden Frischluft im vorliegenden Arbeitstakt über die Auslassventile wieder ausströmen kann.
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Wird nun entsprechend des erfindungsgemäßen Kraftstoffaustrageverfahrens eine Lastpunktverschiebung von dem ersten Betriebspunkt, welcher ein erstes Spülgefälle aufweist zu einem zweiten Betriebspunkt, welcher ein zweites Spülgefälle aufweist, das einen Wert aufweist, welcher größer ist als ein Wert des ersten Spülgefälles, durchgeführt, ist eine verbesserte Kraftstoffaustragung aus dem vorliegenden Schmiermittel realisierbar.
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Sofern das zweite Spülgefälle ein positives Spülgefälle ist, ist der Vorteil, dass je nach Wert des Druckgefälles ein Nichteintrag von Kraftstoff in das Schmiermittel aufgrund der vollständigen Spülung des Brennraumes erzielt werden kann, wodurch über einen Gesamtzyklus des Schmiermittels im Schmiermittelkreislauf die Ölverdünnung reduziert ist. Unter einem Gesamtzyklus des Schmiermittels ist die Zeitdauer von einem Schmiermittelwechsel zu einem folgenden Schmiermittelwechsel des Verbrennungsmotors zu verstehen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt die Lastpunktverschiebung zu einem zweiten Betriebspunkt, welcher in einem niedrigen bis mittleren Lastbereich des Verbrennungsmotors liegt. Üblicherweise wird insbesondere bei Lastpunkten deren Verbrennungsluftverhältnis λ im überstöchiometrischen Bereich liegt, ein Teil des Kraftstoffs nicht verbrannt, sondern lagert sich im Schmiermittel ab. Diese Lastpunkte befinden sich im Motorkennfeld im oberen Lastbereich. Im mittleren Lastbereich, somit bei mittleren Drehmomenten liegt überwiegend ein stöchiometrisches bis unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis λ vor. Somit ist bei einem Betrieb in diesem Bereich vorteilhafterweise eine Ölverdünnung reduziert. Dies gilt insbesondere sofern der Betriebspunkt im niedrigen Lastbereich des Verbrennungsmotors liegt. Ein weiterer herausragender Vorteil des im mittleren bis niedrigen Lastbereich liegenden zweiten Betriebspunktes ist, dass insbesondere in niedrigen Lastbereichen ein positives Spülgefälle ausgebildet ist.
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Sofern die Lastpunktverschiebung in Abhängigkeit prädiktiver Streckendaten durchgeführt wird, besteht die Möglichkeit einer Einstellung günstiger Betriebspunkte des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit einer zurückzulegenden Fahrstrecke, so dass eine Kraftstoffaustragung geplant realisiert werden kann. Die prädiktiven Streckendaten lassen sich bspw. bei einem Betrieb eines den Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeugs mit einem Navigationsgerät ermitteln. Anhand dieser ermittelten prädiktiven Streckendaten ist festzustellen, in welchen Streckenabschnitten der geplanten Fahrstrecke der Verbrennungsmotor bevorzugterweise im niedrigen mittleren Lastbereich bzw. bei niedrigen bis mittleren Drehzahl zu betreiben ist. Dies kann vorab mit Hilfe des Regel- und Steuerungssystems ermittelt werden.
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Bevorzugt geeignet sind die Einstellungen von Betriebspunkten mit niedrigen Lasten bzw. positiven Spülgefällen bei prädiktiven Streckendaten der Fahrstrecke, die einen Betrieb des Kraftfahrzeugs mit überwiegend konstanter Geschwindigkeit und/oder Geschwindigkeitsbeschränkungen aufweisen.
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Besonders bevorzugt sind prädiktive Streckendaten, die eine Autobahnfahrt enthalten, da hier der Verbrennungsmotor in einem mittleren Lastpunkt bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen betrieben werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffaustrageverfahrens wird die Lastpunktverschiebung in Abhängigkeit eines Verbrauchs des Verbrennungsmotors durchgeführt. In der Regel weist das Regel- und Steuerungssystem eine Mehrzahl von Kennfeldern mit diversen Motorkenngrößen, wie bspw. einen effektiven Mitteldruck pme oder einen Kraftstoffverbrauch bi auf. So kann mittels der im Regel- und Steuerungssystem abgelegten Kennfelder ein zweiter Betriebspunkt ermittelt werden, welcher neben einem zweiten Spülgefälle, das größer als das erste Spülgefälle ist, auch einen zu bevorzugenden, im Vergleich zu anderen möglichen Betriebspunkten günstigsten Kraftstoffverbrauch aufweist. Dadurch ist gleichzeitig mit einer Reduzierung der Ölverdünnung ein günstiger Verbrauch realisiert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Die vorstehend in der Beschreibung genannten 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.
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsmotor angegeben, welcher in Form eines 8-Zylinder-Motors ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor weist einen Schmiermittelkreislauf mit einem Schmiermittel in Form von Schmieröl auf. Des Weiteren ist dem Verbrennungsmotor ein Regel- und Steuerungssystem zur Einstellung von Motorbetriebsdaten zugeordnet. Das Regel- und Steuerungssystem weist verschiedene Kennfelder auf, in welchen Motorkenndaten bzw. Kennwerte in unterschiedlichen Abhängigkeiten voneinander hinterlegt sind. So sind bspw. einzuspritzende Kraftstoffmengen mb in Abhängigkeit von Ladedrücken p2 und Motordrehzahlen nmot in einem der Kennfelder hinterlegt. Ebenso sind Abgasgegendrücke p3 in einem der Kennfelder hinterlegt. Jedem dieser Ladedrücke p2 und Abgasgegendrücke p3 sind entsprechende Mitteldruckwerte pm bzw. Motordrehzahlen nmot zugeordnet bzw. vice versa. Somit ist ermittelbar, welcher Ladedruck p2 und welcher Abgasgegendruck p3 bei einem aktuellen, im Weiteren ersten Betriebspunkt vorliegt. Ebenso lässt sich daraus ein Spülgefälle pS ermitteln als pS = p2 – p3. Auch ist es möglich, dass das Spülgefälle pS ebenfalls in einem Kennfeld hinterlegt ist.
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Des Weiteren ist, bevorzugt im Regel- und Steuerungssystem, ein Kraftstoffschwellenwert hinterlegt, welcher einen Wert kennzeichnet, der einer bestimmten Kraftstoffmenge entspricht, die im Schmieröl ausgebildet ist. Dieser Kraftstoffschwellenwert kann die Kraftstoffmenge bspw. direkt angeben. Ebenso kann allerdings auch ein entsprechender Parameter für den Kraftstoffschwellenwert hinterlegt sein, bspw. ein Verhältniswert von Kraftstoffmenge zu Schmierölmenge.
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Die im Schmiermittel zum Zeitpunkt des ersten Betriebspunktes, d.h. aktuell ausgebildete Kraftstoffmenge kann mittels unterschiedlicher Verfahren und/oder Kennfelder bestimmt werden, wobei zu diesen Verfahren auch eine Vorausrechnung zählen kann, und ist als Kraftstoffkennwert bevorzugt im Regel- und Steuersystem hinterlegt. Sobald dieser Kraftstoffkennwert gleich oder größer dem Kraftstoffschwellenwert ist, wird erfindungsgemäß ein erstes Spülgefälle des ersten Betriebspunktes ermittelt. Ausgehend von diesem ersten Spülgefälle wird im Kennfeld ein zweites Spülgefälle ermittelt, welches größer ist als das erste Spülgefälle. Anschließend erfolgt ausgehend von diesem ersten Betriebspunkt eine Lastpunktverschiebung zu einem zweiten Betriebspunkt, welcher das zweite Spülgefälle aufweist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Regel- und Steuerungssystem zur Datenübermittlung mit einem prädiktive Streckendaten ermittelnden System in Form eines Navigationssystems elektronisch verbunden. Aufgrund der Datenübermittlung zwischen den beiden Systemen ist es möglich, den Verbrennungsmotor auf Basis der prädikativen Streckendaten zu betreiben. Mit anderen Worten, es können bei einer entsprechend ermittelten Fahrstrecke Betriebspunkte mit positiven Spülgefällen ausgewählt werden, bei welchen eine Kraftstoffaustragung realisierbar ist.
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Der Vorteil ist, dass der Verbrennungsmotor einen verlängerten Schmiermittelwechselzyklus, mit anderen Worten Ölwechselzyklus aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass er geregelt in einem kraftstoffreduzierten und somit emissionsreduzierten Betriebsbereich betrieben werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor verbunden. Üblicherweise wird bei der Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Elektromotor, einem so genannten Hybridmotor, bei den Fahrstrecken, bei denen die Betriebspunkte mit niedrigen Lasten realisierbar wären, der Antrieb des Kraftfahrzeugs vom Elektromotor geleistet. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise bevorzugt im Landstrassen- und/oder Autobahnbetrieb als Antrieb vorgesehen. Das heißt, dass üblicherweise eine Kraftstoffaustragung bei einem Hybridmotor nicht vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor, aufweisend das erfindungsgemäße Kraftstoffaustrageverfahren, ist besonders geeignet für einen Betrieb des Hybridmotors. Der Vorteil ist, dass der Verbrennungsmotor in ausgewählten Bereichen mit niedrigen Lasten betrieben werden kann, wie bspw. während einer Autobahnfahrt, während dennoch der Elektromotor in ausgewählten Fahrstrecken, bspw. während einer Stadtfahrt zum Einsatz kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013216215 A1 [0006]
- DE 602005000084 T2 [0007]
- DE 102012112794 A1 [0008]