DE102015223731A1 - Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors (1). Aus einer Positionsrückmeldung und/oder einem elektrischen Strombedarf und/oder einer Stellgeschwindigkeit bei einer Positionsverstellung mindestens einer Klappe und/oder mindestens eines Ventils (43) in einem Lufteinlasskanal (22) oder in einer Abgasrückführungsleitung (41) des Verbrennungsmotors (1) wird auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Die interne und externe Abgasführung wird zur Minderung der Emission von Stickoxiden verwendet, welche bei der Verbrennung von Kraftstoff in Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Ottomotoren und Dieselmotoren entstehen. Bei Ottomotoren trägt die Abgasrückführung außerdem zu einer Senkung der Ladungswechselverluste bei und verringert damit auch den Kraftstoffverbrauch im Teillastbetrieb. Hierzu wird ein Teil des den Verbrennungsmotor verlassenden Abgases über eine Abgasrückführungsleitung in das Saugrohr des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Das der Frischluft beigemischte inerte Abgas behindert die schnelle Oxidation von Kohlenwasserstoffmolekülen. Dadurch werden Temperaturspitzen bei der Kraftstoffverbrennung abgesenkt. Der Volumenstrom des zurückgeführten Abgases wird bei der externen Abgasführung mittels einer Abgasrückführungsklappe oder eines Abgasrückführungsventils gesteuert.
  • Die im Laufe der Zeit aus den Abgasen in das Saugrohr zurückgeleitete Rußmenge vermischt sich allerdings mit den normalen Öldämpfen, die beispielsweise aus der Kurbelgehäuseentlüftung stammen zu einer schmierigen Masse, die sich im Ansaugkrümmer und auf den Einlassventilen absetzt. Hierdurch wird der Ansaugquerschnitt erheblich verengt und dadurch die Motorleistung verringert. Wenn dies zwischen den Zylindern des Verbrennungsmotors ungleichmäßig geschieht, kann zudem ein relativer Luftmangel einzelner Zylinder entstehen, die dann verstärkt Ruß produzieren. Dies kann das Anwachsen von Ablagerungen noch weiter beschleunigen.
  • Wenn Ablagerungen an den Ventilschäften der Einlassventile anhaften, so führt dies über kurz oder lang zu einer Beschädigung der Ventilschaftdichtungen, welche das Ventil in Richtung Motor abdichten. Werden diese Ventilschaftdichtungen undicht, so kann Öl aus dem Schmierkreislauf in den Brennraum eindringen. Dieser Öleintrag kann zum Klopfen des Motors führen und es kann in den Abgastrakt gelangen. Außerdem fehlt das Öl in der Motorschmierung. Dies kann zu einem erhöhten Verschleiß bis hin zu einem Motorschaden führen.
  • Bei plötzlicher Ablösung von Rußablagerungen in großer Menge kann es zu deren plötzlichem oder intensivem Abbrand oder zur Auslösung frühzeitiger Zündungen (sogenannte Megaklopfer) kommen, was Schäden im Zylinder und in nachfolgenden Gaspfaden verursachen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In dem Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors wird aus einer Positionsrückmeldung und/oder einem Strombedarf und/oder einer Stellgeschwindigkeit bei einer Positionsverstellung mindestens einer Klappe und/oder mindestens eines Ventils in einem Lufteinlasskanal oder in einer Abgasrückführungsleitung des Verbrennungsmotors auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen. Die Positionsrückmeldung kann beispielsweise mittels einer Lagerrückmeldung erfolgen. Sobald Rußablagerungen erkannt wurden, können Maßnahmen zu deren Beseitigung eingeleitet werden. Dies ermöglicht die Vermeidung von Abgasverschlechterungen und Komponentenschädigungen.
  • Es ist bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung diskontinuierlich bzw. stotternd erfolgt. Ein solcher diskontinuierlicher Verlauf der Positionsrückmeldung weist auf ein sporadisches der Klappe bzw. des Ventils hin. Dies Klemmen kann durch Rußablagerungen hervorgerufen werden.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn keine Änderung der Positionsrückmeldung erfolgt. Dies weist darauf hin, dass die Klappe bzw. das Ventil aufgrund von Rußablagerungen permanent klemmt.
  • Außerdem ist es bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung gegenüber einer Ansteuerung für die Positionsverstellung verzögert erfolgt. Diese Verzögerung kann beispielsweise mittels eines Schwellenwertes erkannt werden. Solch ein Verhalten weist darauf hin, dass bereits Rußablagerungen an der Klappe bzw. dem Ventil vorliegen, die jedoch noch nicht ausreichen um ein Klemmen zu verursachen.
  • Des Weiteren ist es bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung ergibt, dass der Verstellbereich der mindestens einer Klappe und/oder des mindestens eines Ventils gegenüber einem Sollwert abgenommen hat. Dieser Sollwert gibt insbesondere den maximalen Verstellbereich der Klappe bzw. des Ventils in unverschmutztem und intaktem Zustand an. Wenn die Endpositionen der Klappe bzw. des Ventils nicht mehr erreicht werden können, so weist dies ebenfalls auf Rußablagerungen an der Klappe bzw. dem Ventil hin.
  • Zudem ist es bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn der elektrische Strombedarf bei der Positionsverstellung über einem Sollwert liegt. Ein erhöhter Strombedarf weist darauf hin, dass bereits Rußablagerungen an der Klappe bzw. dem Ventil vorliegen, die einen erhöhten Kraftaufwand eines elektrischen Stellers bei der Positionsverstellung verursachen. Die erhöhte Kraft zum Verstellen muss durch Bereitstellen eines erhöhten elektrischen Stromes aufgebracht werden.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Stellgeschwindigkeit der Positionsverstellung unter einem Sollwert liegt. Erfolgt das Öffnen eines Ventils oder das Verstellen eines Ventilhubs langsamer als erwartet, so weist dies auf Rußablagerungen am Ventilschaft und/oder am Ventilteller hin.
  • Vorzugsweise werden nur dann Rußablagerungen an Einlassventilen des Verbrennungsmotors erkannt, wenn aus der Positionsrückmeldung und/oder dem elektrischen Strombedarf und/oder der Stellgeschwindigkeit bei einer Positionsverstellung mehrerer Klappen und/oder Ventile auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird. Diese Plausibilisierung der ausgewerteten Informationen erlaubt ein besonders zuverlässiges Erkennen der Rußablagerungen.
  • Um die Zuverlässigkeit der Erkennung noch weiter zu erhöhen ist es außerdem bevorzugt, dass nur dann Rußablagerungen an den Einlassventilen des Verbrennungsmotors erkannt werden, wenn ein Aufsummieren oder Aufintegrieren vorgebbarer Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors einen Betriebsschwellenwert überschreitet. Hierfür können Betriebsbereiche ausgewählt werden, die bekannterweise zu Rußablagerungen den Einlassventilen führen. Diese Betriebsbereiche sind insbesondere Bereiche mit aktiver Abgasrückführung und/oder Betriebsbereiche, in denen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, dessen Qualität einen Qualitätsschwellenwert unterschreitet. Unter Abgasrückführung wird hierbei sowohl eine interne als auch eine externe Abgasrückführung verstanden. Als Maß für die Qualität des Kraftstoffs kann insbesondere dessen Oktanzahl herangezogen werden.
  • Das Erkennen von Rußablagerungen kann beispielsweise in einem Diagnosespeicher abgespeichert werden.
  • Nach erfolgtem Erkennen von Rußablagerungen wird vorzugsweise das Einspritzverhalten einer Saugrohreinspritzung des Verbrennungsmotors so verstellt, dass ein Kraftstoffspray der Saugrohreinspritzung auf Ventilschäfte der Einlassventile trifft. Die Verstellung kann beispielsweise mittels eines variablen Ventiltriebs erfolgen, welcher elektrische oder hydraulische Verstellmechanismen aufweist. Durch die Lösungsmitteleigenschaften des Kraftstoffs können die Ventilschäfte der Einlassventile von Ablagerungen befreit werden. Durch eine zuvor berechnete Einspritzzeit und die zugehörige Öffnung des Einspritzventils kann insbesondere sichergestellt werden, dass das Kraftstoffspray auf den gewünschten Bereich des Ventilschafts trifft und dort die Rußablagerungen ablöst. Die hierfür erforderliche Dauer oder Anzahl von Einspritzungen wird vorzugsweise vorab ermittelt. Die Reinigung des Ventilschafts wird bevorzugt für unterschiedliche Ventilöffnungshöhen der Einspritzventile wiederholt, um so alle Bereiche der Ventilschäfte zu reinigen. Dazu kann der Ventilhub der Einspritzventile insbesondere so verstellt werden, dass das Kraftstoffspray nach dem Verstellen auf einen Bereich oberhalb oder unterhalb des zuvor gereinigten Bereiches trifft. Dieser Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis die Ventilschäfte vollständig gereinigt sind. Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung wieder gemäß der herkömmlichen Einspritzstrategie fortgesetzt.
  • Wenn der Verbrennungsmotor eine Direkteinspritzung und eine Saugrohreinspritzung von Kraftstoff aufweist, wie dies in einem sogenannten Dualsystem realisiert ist, dann ist es bevorzugt, dass nach erfolgtem Erkennen von Rußablagerungen ein Aufteilungsverhältnis einer Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors zu einem höheren Anteil der Saugrohreinspritzung hin verschoben wird. Dieses Aufteilungsverhältnis gibt an, welcher Anteil einer Kraftstoffeinspritzung über die Direkteinspritzung und welcher Anteil über die Saugrohreinspritzung eingespritzt wird. Auf diese Weise steht ein höheres Kraftstoffvolumen zur Verfügung, um Ablagerungen von den Einlassventilen zu entfernen.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, nach erfolgtem Erkennen von Rußablagerungen bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor die Ventile zu bewegen, um Rußablagerungen mechanisch zu lösen. Die gelösten Ablagerungen können dann nach dem nächsten Motorstart mittels Saugrohreinspritzung von Kraftstoff fortgespült werden.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, Rußablagerungen an Einlassventilen eines Verbrennungsmotors zu erkennen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, an dessen Einlassventilen mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Rußablagerungen erkannt werden können.
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Zylinders des Verbrennungsmotors gemäß 1.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Ein Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs, der in der 1 dargestellt ist, weist ein Saugrohr 2 und einen Abgasstrang 3 auf. Eine Abgasrückführungsleitung 41 verbindet den Abgasstrang 3 mit dem Saugrohr 2. Der Verbrennungsmotor 1 weist vier Einspritzventile für eine Direkteinspritzung 11a, 11b, 11c, 11d auf. Diese sind mit einem Hochdruckkraftstoffspeicher 5 verbunden. In dem Saugrohr 2 ist eine Drosselklappe 21 angeordnet. Das Saugrohr 2 ist über einen Einlasskanal 22 mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden, wobei stromaufwärts jedes der vier Zylinder des Verbrennungsmotors 1 jeweils ein Einspritzventil für eine Saugrohreinspritzung 24a, 24b, 24c, 24d angeordnet ist. Ein Temperatursensor 23 misst die Temperatur im Einlasskanal 22. In der Abgasrückführungsleitung 41 ist eine Abgasrückführungskühlung 42 angeordnet. Ein Abgasrückführungsventil 43 ist dazu eingerichtet, um die Verbindung zwischen der Abgasrückführungsleitung 41 und dem Saugrohr 2 zu öffnen und zu schließen. Es wird, ebenso wie die Drosselklappe 41, von einem elektronischen Steuergerät 6 gesteuert.
  • Der Verbrennungsmotor 1 weist vier Zylinder auf. Ein Zylinder 12a ist in 2 dargestellt. Dieser weist ein Einlassventil 13a und ein Auslassventil 14a auf. Das Einlassventil 13a verfügt über einen Ventilschaft 131a, an dem sich Ruß ablagern kann, welcher über die Abgasrückführungsleitung 41 in den Einlasskanal 22 gelangt. Kraftstoff kann mittels der Direkteinspritzung 11a und/oder mittels der Saugrohreinspritzung 24 a in den Zylinder 12a eingespritzt werden.
  • Bei einer Positionsverstellung der Einlassventile 13a und des Abgasrückführungsventils 43 wird überwacht, ob
    • – keine Änderung der Positionsrückmeldung erfolgt,
    • – die Positionsrückmeldung gegenüber einer Ansteuerung für die Positionsverstellung verzögert erfolgt,
    • – die Positionsrückmeldung ergibt, dass der Verstellbereich der mindestens einer Klappe und/oder des mindestens eines Ventils gegenüber einem Sollwert abgenommen hat,
    • – der elektrische Strombedarf bei der Positionsverstellung über einem Sollwert liegt, oder
    • – die Stellgeschwindigkeit der Positionsverstellung unter einem Sollwert liegt.
  • Wenn für mehrere Ventile mindestens einer dieser Effekte auftritt, so ist eine erste Bedingung erfüllt, damit in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Vorliegen von Rußablagerungen an den Einlassventilen 13a geschlossen wird.
  • Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors 1 mit aktiver interner oder externer Abgasrückführung und Betriebsbereiche, in denen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 1 eingespritzt wird, dessen Oktanzahl einen Schwellenwert unterschreitet, der Kraftstoff minderer Qualität anzeigt werden aufintegriert. Wenn das Integral einen in dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebenen Betriebsschwellenwert überschreitet, so ist eine zweite Bedingung erfüllt, auf das Vorliegen von Rußablagerungen an den Einlassventilen 13a geschlossen wird.
  • Sobald beide Bedingungen erfüllt sind wird auf das Vorliegen von Rußablagerungen an den Einlassventilen 13a geschlossen und es werden Maßnahmen zum Beseitigen dieser Ablagerungen getroffen. Hierzu wird das Einspritzverhalten der Saugrohreinspritzung 24a, 24b, 24c, 24d so verstellt, dass ein Kraftstoffspray der Saugrohreinspritzung 24a, 24b, 24c, 24d auf die Ventilschäfte 131a der Einlassventile 13a trifft und die Rußablagerungen von diesen abwäscht. Um für diese Reinigungsmaßnahme ein möglichst großes Kraftstoffvolumen zur Verfügung stellen zu können, wird das Aufteilungsverhältnis der Kraftstoffeinspritzung zwischen der Direkteinspritzung und der Saugrohreinspritzung zu der Saugrohreinspritzung hin verschoben.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Erkennen von Rußablagerungen an Einlassventilen (13a) eines Verbrennungsmotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Positionsrückmeldung und/oder einem elektrischen Strombedarf und/oder einer Stellgeschwindigkeit bei einer Positionsverstellung mindestens einer Klappe und/oder mindestens eines Ventils (13a, 43) in einem Lufteinlasskanal (22) oder in einer Abgasrückführungsleitung (41) des Verbrennungsmotors (1) auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung diskontinuierlich erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn keine Änderung der Positionsrückmeldung erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung gegenüber einer Ansteuerung für die Positionsverstellung verzögert erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Positionsrückmeldung ergibt, dass der Verstellbereich der mindestens einer Klappe und/oder des mindestens eines Ventils (13a, 43) gegenüber einem Sollwert abgenommen hat.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn der elektrische Strombedarf bei der Positionsverstellung über einem Sollwert liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird, wenn die Stellgeschwindigkeit der Positionsverstellung unter einem Sollwert liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann Rußablagerungen an Einlassventilen (13a) des Verbrennungsmotors (1) erkannt werden, wenn aus der Positionsrückmeldung und/oder dem elektrischen Strombedarf und/oder der Stellgeschwindigkeit bei einer Positionsverstellung mehrerer Klappen und/oder Ventile (13a, 43) auf das Vorliegen von Rußablagerungen geschlossen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann Rußablagerungen an den Einlassventilen (13a) des Verbrennungsmotors (1) erkannt werden, wenn ein Aufsummieren oder Aufintegrieren vorgebbarer Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors (1) einen Betriebsschwellenwert überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbereiche Bereiche mit aktiver Abgasrückführung sind und/oder Betriebsbereiche sind, in denen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor (1) eingespritzt wird, dessen Qualität einen Qualitätsschwellenwert unterschreitet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Erkennen von Rußablagerungen das Einspritzverhalten einer Saugrohreinspritzung (24a, 24b, 24c, 24d) des Verbrennungsmotors (1) so verstellt wird, dass ein Kraftstoffspray der Saugrohreinspritzung (24a, 24b, 24c, 24d) auf Ventilschäfte (131a) der Einlassventile (13a) trifft.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Erkennen von Rußablagerungen ein Aufteilungsverhältnis einer Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors (1), der eine Direkteinspritzung (11a, 11b, 11c, 11d) und eine Saugrohreinspritzung (24a, 24b, 24c, 24d) von Kraftstoff aufweist, zu einem höheren Anteil der Saugrohreinspritzung (24a, 24b, 24c, 24d) hin verschoben wird.
  13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
  14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
  15. Elektronisches Steuergerät (6), welches eingerichtet ist, Rußablagerungen an Einlassventilen (13a) eines Verbrennungsmotors (1) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zu erkennen.
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