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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Betriebsdauer wenigstens einer Komponente einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Bei Ottomotoren sind im Allgemeinen zwei Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bekannt, nämlich eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung. Die Saugrohreinspritzung wird jedoch zunehmend von der Direkteinspritzung abgelöst, da diese zu einer höheren Leistungsausbeute bei geringerem Kraftstoffverbrauch und zu einer gezielteren Einspritzstrategie führen kann.
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Weiterhin gibt es auch Ottomotoren mit einer Kombination von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, einem sog. Dualsystem. Dies ist gerade im Lichte immer strengerer Emissionsanforderungen bzw. Emissionsgrenzwerte vorteilhaft, da die Saugrohreinspritzung bspw. bei mittleren Lastbereichen bessere Emissionswerte zur Folge hat als eine Direkteinspritzung. Die erwähnte Leistungsausbeute ist bei höheren Drehzahlen bzw. Lasten vorteilhafter. Ebenso wird durch die Direkteinspritzung eine Verminderung der Klopfneigung erreicht, was dann gezielt zum Schutz der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Die Kombination aus beiden Einspritzungsarten kombiniert somit in unterschiedlichen Bereichen der Brennkraftmaschine jeweils die Vorteile der einzelnen Einspritzungsarten.
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Aus der
DE 10 2008 001 111 A1 ist bspw. ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine mit Dualsystem bekannt, bei dem für unterschiedliche Lastbereiche unterschiedliche Aufteilungen auf die beiden Einspritzungsarten Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung verwendet werden können oder auch der Betrieb mit nur einer von beiden Einspritzungsarten ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln einer Betriebsdauer einer Komponente einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln einer Betriebsdauer wenigstens einer Komponente einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung als Einspritzungsarten, welche wenigstens eine Komponente bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine nur bei einer der beiden Einspritzungsarten beteiligt ist. Hierzu wird die Betriebsdauer der wenigstens einen Komponente unter Berücksichtigung einer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine und einer während der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine verwendeten Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten ermittelt wird.
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Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen mit nur einer der beiden Einspritzungsarten kann die Betriebsdauer von Komponenten sehr einfach durch die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine ermittelt werden, da alle Komponenten des Kraftstoffsystems jeweils beim Betrieb der Brennkraftmaschine beteiligt sind. Hierbei kann dann bspw. aufgrund von Vergleichs- und/oder Testwerten auf eine Abnutzung, d.h. eine Alterung und/oder einen Verschleiß, der Komponente direkt geschlossen werden, d.h. die Aktivität der Komponente ist gleichbedeutend mit dem aktiven Betrieb der Komponente).
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es nun möglich, bei einer Brennkraftmaschine mit beiden Einspritzungsarten, d.h. einem Dualsystem, eine unterschiedliche Betriebsdauer und daraus eine unterschiedliche Abnutzung von Komponenten aufgrund unterschiedlicher Beanspruchung, insbesondere durch Betriebsbereiche, in denen jeweils nur eine der beiden Einspritzungsarten aktiv ist, zu berücksichtigen. Damit ist es möglich, eine unnötige, frühzeitige oder fälschliche Wartung und/oder einen unnötigen, frühzeitigen Austausch solcher Komponenten zu vermeiden.
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Vorzugsweise werden bei der Ermittlung der Betriebsdauer der wenigstens einen Komponente nur Betriebsdauern der Brennkraftmaschine berücksichtigt, bei welchen die Einspritzungsart, an welcher die wenigstens eine Komponente beteiligt ist, aktiv ist. Wenn die eine Einspritzungsart teilweise gar nicht verwendet wird, kann davon ausgegangen werden, dass die betreffenden Komponenten weniger oder gar nicht abgenutzt werden, als bei durchgehender Verwendung, wenngleich auch bereits bei nur anteiliger Verwendung einer Einspritzungsart die Abnutzung geringer ausfallen wird als bei voller Verwendung. In einer Motorsteuerung kann dies bspw. dadurch umgesetzt werden, dass bei aktiver Einspritzungsart ein Statusbit gesetzt wird, so dass nur dann die Betriebsdauer gezählt wird. Ein solches Statusbit kann dabei für jede der beiden Einspritzungsarten vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise wird dabei auch eine Summe der Betriebsdauern, bei welchen die Einspritzungsart, an welcher die wenigstens eine Komponente beteiligt ist, aktiv ist, gegen die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine plausibilisiert. Damit können Fehler bei der Ermittlung der Betriebsdauer spezifisch für die unterschiedlichen Komponenten ausgeschlossen werden, da es nicht möglich ist, dass die Summe aller Betriebsdauern mit einer Einspritzungsart die gesamte Betriebsdauer übersteigt.
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Es ist von Vorteil, wenn die wenigstens eine Komponente einen Kraftstoffinjektor, Ansteuermittel für einen Kraftstoffinjektor, einen Hochdruckspeicher, eine Hochdruckpumpe, eine Hochdruckleitung, eine Niederdruckpumpe und/oder eine Niederdruckleitung umfasst. Ist bspw. eine Brennkraftmaschine so ausgelegt, dass bis zu einer gewissen Lastgrenze, von der Null-Last ausgehend, ausschließlich z.B. die Saugrohreinspritzung aktiv ist, und wird das Kraftahrzeug dann nur in diesem Betriebsbereich bewegt, dann ist bspw. das Hochdrucksystem nicht am eigentlichen Betrieb des Kraftfahrzeugs beteiligt. Bei einem Mischbetrieb während einer Fahrt ist das Hochdrucksystem bspw. mit einem geringeren Anteil am eigentlichen Betrieb beteiligt als bei einer Vergleichsfahrt, in der nur die Direkteinspritzung aktiv ist und somit die gesamte Belastung über die Hochdrucksystemkomponenten des Kraftstoffsystems abgeleistet werden muss. Der Verschleiß wird daher nach einer gewissen Betriebsdauer der Brennkraftmaschine deutlich geringer ausfallen als bei den Komponenten der Saugrohreinspritzung. Es ist somit also möglich, den tatsächlichen Verschleiß verschiedener, an der Einspritzung beteiligten Komponenten zu berücksichtigen.
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Vorzugsweise wird die ermittelte Betriebsdauer bei einer Anpassung einer mittels der Saugrohreinspritzung und/oder der Direkteinspritzung abzugebenden Kraftstoffmenge berücksichtigt. Werden bspw. Faktoren zur Ermittlung der Abnutzung gleichermaßen für beide Einspritzarten verwendet, obwohl vorzugsweise nur eines der beiden Systeme während des Betriebs aktiv ist, dann kann dies auch dazu führen, dass eine fehlerhafte Ausgabe der Kraftstoffmenge berechnet wird, die physikalisch nicht plausibel und nicht gefordert ist. Eine Abnutzung oder Alterung kann bei Kraftstoffinjektoren in einer Motorsteuerung und einer Berechnung der Kraftstoffmenge dahingehend berücksichtigt werden, dass bspw. bei längerem aktiven Gebrauch mit einer leichten Drift der tatsächlich abgegebenen Kraftstoffmenge zu rechnen ist und sich somit eine fehlerhaft vorherberechnete, reale Kraftstoffmenge gegenüber einer initialen Applikation der Kraftstoffmenge in bestimmten Betriebsbereichen einstellt. Somit käme es zu einer fehlerhaften Kraftstoffberechnung gegenüber der tatsächlichen Einspritzung, was wiederum einen negativen Einfluss auf die Emissionswerte zur Folge hätte. Dies kann vermieden werden, indem die tatsächliche und in der Regel geringere Betriebsdauer und damit Abnutzung bei der Kraftstoffzumessung berücksichtigt wird.
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Vorteilhafterweise wird, wenn die Betriebsdauer einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet, eine Meldung ausgegeben und/oder hinterlegt. Damit ist es sehr einfach möglich, auf eine defekte oder nicht mehr ausreichend funktionsfähige Komponente hinzuweisen.
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Es ist von Vorteil, wenn die ermittelte Betriebsdauer bei einer Ermittlung eines Service-Intervalls und/oder einer Austausch-Meldung betreffend die wenigstens eine Komponente berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann eine Wartung der Brennkraftmaschine optimiert werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a und 1b zeigen schematisch zwei Brennkraftmaschinen, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden können.
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2 zeigt schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.
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3 zeigt schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
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4 zeigt schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1a ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
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Das Saugrohr 106 weist dabei für jeden Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 107 auf, der in dem jeweiligen Abschnitt des Saugrohrs kurz vor dem Brennraum angeordnet ist. Die Kraftstoffinjektoren 107 dienen somit einer Saugrohreinspritzung und werden nur für diese Einspritzungsart verwendet. Die Kraftstoffinjektoren 107 werden über eine Niederdruckleitung 151 von einer Niederdruckpumpe 150 mit Kraftstoff versorgt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Niederdruckleitung 151 zu einem der Kraftstoffinjektoren 107 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass jeder der Kraftstoffinjektoren 107 an eine Niederdruckleitung angebunden ist.
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Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf. Die Kraftstoffinjektoren 111 werden nur für die Direkteinspritzung verwendet und sind mit einer Hochdruckleitung 162 an einen Hochdruckspeicher 151, ein sog. Rail oder Common Rail, angebunden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Hochdruckleitung 162 zu einem der Kraftstoffinjektoren 111 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass jeder der Kraftstoffinjektoren 111 an eine Hochdruckleitung angebunden ist. Der Hochdruckspeicher 151 wiederum wird über eine Hochdruckpumpe 150 mit Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 150 wird dabei in der Regel von der Brennkraftmaschine angetrieben.
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In 1b ist schematisch und vereinfacht eine weitere Brennkraftmaschine 200 gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 206 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.
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Das Saugrohr 206 weist dabei für alle Brennräume 103 einen gemeinsamen Kraftstoffinjektor 207 auf, der im Saugrohr bspw. kurz nach einer hier nicht gezeigten Drosselklappe angeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor 207 dient somit einer Saugrohreinspritzung. Weiterhin weist jeder Brennraum 103 einen Kraftstoffinjektor 111 für eine Direkteinspritzung auf.
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Bzgl. des Kraftstoffversorgungssystems entspricht die Brennkraftmaschine 200 der Brennkraftmaschine 100. Insofern sei auf die dortige Beschreibung verwiesen.
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Beide gezeigten Brennkraftmaschinen 100 und 200 verfügen somit über ein sog. Dualsystem, d.h. über Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Saugrohreinspritzung. Während bspw. die in 1a gezeigte Saugrohreinspritzung eine Kraftstoffzumessung individuell für jeden Brennraum erlaubt, wie dies bspw. für höherwertige Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist die in 1b gezeigte Saugrohreinspritzung einfacher in ihrem Aufbau und ihrer Ansteuerung.
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In 2 ist ein Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 schematisch und vereinfacht, jedoch detaillierter als in 1a dargestellt. Der Zylinder 102 hat einen Brennraum 103, der durch Bewegung eines Kolbens 104 vergrößert oder verkleinert wird.
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Der Zylinder 102 weist ein Einlassventil 105 auf, um Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum 103 einzulassen. Die Luft wird über das Saugrohr 106 als Teil einer Luftzuführung zugeführt, an dem sich der Kraftstoffinjektor 107 befindet. Angesaugte Luft wird über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen. Eine Drosselklappe 112 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in den Zylinder 102.
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Die Brennkraftmaschine kann im Zuge einer Saugrohreinspritzung betrieben werden. Mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 107 wird im Zuge dieser Saugrohreinspritzung Kraftstoff in das Saugrohr 106 eingespritzt, so dass sich dort ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet, das über das Einlassventil 105 in den Brennraum 103 des Zylinders 102 eingelassen wird.
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Die Brennkraftmaschine kann auch im Zuge einer Direkteinspritzung betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der Kraftstoffinjektor 111 an dem Zylinder 102 angebracht, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 103 einzuspritzen. Bei dieser Direkteinspritzung wird das zur Verbrennung benötigte Luft-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum 103 des Zylinders 102 gebildet.
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Der Zylinder 102 ist weiterhin mit einer Zündeinrichtung 110 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 103 einen Zündfunken zu erzeugen.
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Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 102 über ein Abgasrohr 108 ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von der Öffnung eines Auslassventils 109, das ebenfalls an dem Zylinder 102 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 105, 109 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine 100 in bekannter Weise auszuführen.
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Die Brennkraftmaschine 100 kann mit Direkteinspritzung, mit Saugrohreinspritzung oder in einem Mischbetrieb betrieben werden. In einem Mischbetrieb kann die Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten je nach Situation gewählt werden. Dies ermöglicht die Wahl der jeweils optimalen Betriebsart zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abhängig von dem momentanen Betriebspunkt.
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So kann die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise in einem Saugrohreinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie bei niedriger Drehzahl und niedriger Last betrieben wird, und sie kann in einem Direkteinspritzungsbetrieb betrieben werden, wenn sie mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Über einen großen Betriebsbereich hinweg ist es jedoch sinnvoll, die Brennkraftmaschine 100 in einem Mischbetrieb zu betreiben, bei dem die dem Brennraum 103 zuzuführende Kraftstoffmenge anteilig durch Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung zugeführt wird.
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Weiterhin ist eine als Steuergerät 115 ausgebildete Recheneinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Das Steuergerät 115 kann die Brennkraftmaschine 100 in der Direkteinspritzung, der Saugrohreinspritzung oder dem Mischbetrieb betreiben.
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Die in Bezug auf 2 näher erläuterte Funktionsweise der Brennkraftmaschine 100 lässt sich auch auf die Brennkraftmaschine 200 gemäß 1b übertragen, nur mit dem Unterschied, dass für alle Brennräume bzw. Zylinder nur ein gemeinsamer Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Bei einer Saugrohreinspritzung wird daher der Kraftstoffinjektor im Saugrohr angesteuert.
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In 3 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind Betriebsdauern der beiden Einspritzungsarten Direkteinspritzung D und Saugrohreinspritzung S über einer Zeit t, welche der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine entspricht, gezeigt.
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Hierbei ist zu sehen, dass die Direkteinspritzung D nur während der Betriebsdauern ∆t1, ∆t2 und ∆t3 aktiv ist. Die Saugrohreinspritzung S ist nur während der Betriebsdauern ∆t'1, ∆t'2 und ∆t'3 aktiv. Während der Zeiten, in denen nur eine der beiden Einspritzungsarten aktiv ist, stellt die betreffende Einspritzungsart demnach die volle geforderte Kraftstoffmenge. Während der übrigen Betriebszeiten wird die Brennkraftmaschine im Mischbetrieb betrieben, wobei die genaue Aufteilung für die hier gezeigte Ausführungsform nicht relevant ist.
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Um nun eine Abnutzung für Komponenten, die nur bei der Direkteinspritzung beteiligt sind, also bspw. die in den 1a und 1b gezeigten Hochdruckleitungen, Hochdruckspeicher, Hochdruckpumpe und Kraftstoffinjektoren zur Direkteinspritzung, zu ermitteln, werden hier nur die Betriebsdauern ∆t1, ∆t2 und ∆t3 herangezogen. Durch Aufsummieren dieser Betriebsdauern und anhand von Vergleichswerten, die eine Abnutzung der betreffenden Komponenten über der Betriebsdauer angeben, kann somit die tatsächliche Abnutzung der betreffenden Komponenten ermittelt werden, welche in der Regel geringer ist, als bei Annahme einer dauerhaften Verwendung der Direkteinspritzung über die gesamte Betriebsdauer.
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Entsprechend kann eine Abnutzung für Komponenten, die nur bei der Saugrohreinspritzung beteiligt sind, also bspw. die in den 1a und 1b gezeigten Niederdruckleitungen, Niederdruckpumpe und Kraftstoffinjektoren zur Saugrohreinspritzung, zu ermitteln, werden hier nur die Betriebsdauern ∆t'1, ∆t'2 und ∆t'3 herangezogen. Durch Aufsummieren dieser Betriebsdauern und anhand von Vergleichswerten, die eine Abnutzung der betreffenden Komponenten über der Betriebsdauer angeben, kann somit die tatsächliche Abnutzung der betreffenden Komponenten ermittelt werden, welche in der Regel geringer ist, als bei Annahme einer dauerhaften Verwendung der Saugrohreinspritzung über die gesamte Betriebsdauer.
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In 4 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind Betriebsdauern der beiden Einspritzungsarten Direkteinspritzung D und Saugrohreinspritzung S über einer Zeit t, welche der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine entspricht, gezeigt.
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Weiterhin wird hier nun, im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ausführungsform, die genaue Aufteilung auf die beiden Einspritzungsarten während der Betriebsdauer t berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung dieser genauen Aufteilung und somit der tatsächlichen Beanspruchung der betreffenden Komponenten, kann die Ermittlung der Abnutzung weiter verfeinert werden. Bspw. kann hier berücksichtigt werden, dass bei nur 10% Anteil der Direkteinspritzung die Abnutzung der Komponenten für die Direkteinspritzung weniger stark ist als bspw. bei 50% Anteil der Direkteinspritzung. Hierzu müsste dann ggf. berücksichtigt werden, ob für eine Brennkraftmaschine eine Abnutzung von Komponenten mit der Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine korreliert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001111 A1 [0004]
