DE102017115932A1

DE102017115932A1 - Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnis und Kolbenmotor

Info

Publication number: DE102017115932A1
Application number: DE102017115932.0A
Authority: DE
Inventors: Simon Gottorf; Georg Birmes; Knut Habermann
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2017-09-21
Also published as: DE102018116502A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnis und Kolbenmotoren mit einem solchen System. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses umfasst die Schritte: a) Bestimmen eines Abgastemperaturistwertes; b) Vergleich des Abgastemperaturistwerts mit einem für ein Verdichtungsverhältnis geltenden Abgastemperatursollwert; c) Auswerten des Vergleichs.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnis und Kolbenmotoren mit einem solchen System.
Die WO2016016187A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses (VCR-System) und einen Kolbenmotor. Für die Durchführung der Überwachung weist der Kolbenmotor einen Positionssensor auf, mittels dem eine definierte Lage des Kolbens bestimmt werden kann. Alternativ soll das reale Verdichtungsverhältnis über den Zylinderdruck ermittelt werden. Die DE102013210741A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Segmentzeit eines Geberrades einer Brennkraftmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses umfasst die Schritte: a) Bestimmen eines Abgastemperaturistwertes; b) Vergleich des Abgastemperaturistwertes mit einem für ein Verdichtungsverhältnis geltenden Abgastemperatursollwert; c) Auswerten des Vergleichs.
Vorzugsweise wird der Abgastemperaturistwert mittels eines Abgassensors gemessen oder beispielsweise über ein Modell, bsp über die Turbinendrehzahl im Falle einer Turboaufladung, die Regelabweichung eines Turbolader-Wastegates oder über die Stellung einer variablen Turbine, berechnet. Vorzugsweise wird der Abgastemperatursollwert in Abhängigkeit eines Betriebspunktes des Kolbenmotors einem Kennfeld entnommen oder alternativ über ein Modell berechnet, beispielsweise einem physikalischen oder mathematischen Modell, das unter anderem Aktuatorenpositionen des Verbrennungsmotors, Drücke und Temperaturen des Luftpfads des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Über das Auswerten des Vergleichs ist es möglich, Rückschlüsse auf den Zustand des VCR-Systems zu ziehen, insbesondere in welchem Istzustand sich das System befindet und/oder ob Abweichungen von einem Sollzustand vorliegen, die auf einen Fehler des VCR-Systems hindeuten.
Vorteil der Erfindung ist, dass ein im Kolbenmotor bereits vorhandener Abgastemperatursensor für das Messen der Abgasisttemperatur verwendet werden kann oder die Bestimmung der Abgasisttemperatur über ein Modell erfolgt. Damit kann eine für das Messen eines Verdichtungsverhältnisses zusätzliche Sensorik entfallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die voraussetzt, dass der Kolbenmotor mehrere Zylinder hat, erfolgt der Vergleich zylinderindividuell. Dies kann mit den Zylindern jeweils zugeordneten Abgastemperaturen oder geeigneten Modellen erfolgen. Auf diese Weise lässt sich bei einem Kolbenmotor mit mehreren Zylindern zylinderspezifisch der Zustand des Systems feststellen. Auch ein einzelner Abgastemperatursensor kann verwendet werden. In diesem Falle kann die Zuordnung der gemessenen Temperaturen zu den einzelnen Zylindern über den Zeitversatz der ausgestossenen Abgasmasse erfolgen.
Ein erfindungsgemäßer Kolbenmotor umfasst ein System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses und eine Motorsteuerung, wobei die Motorsteuerung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Motorsteuerung weist hierfür ein entsprechendes Programm auf.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnis, wobei der Kolbenmotor ein an einer Kurbelwelle befestigtes Geberrad umfasst, umfasst die Schritte: a) Messen von zylinderspezifischen Segmentdurchlaufzeiten am Geberrad; b) Vergleich der Segmentdurchlaufzeiten mit einem Vergleichswert; c) Auswerten des Vergleichs.
Das Verdichtungsverhältnis bestimmt zylinderspezifisch den Wirkungsgrad des Motors während der Verbrennung des Kraftstoffs. Damit beeinflusst das Verdichtungsverhältnis die zylinderspezifischen Segmentdurchlaufzeiten am Geberrad. Über einen Vergleich der Segmentdurchlaufzeiten mit einem Vergleichswert und Auswerten des Vergleichs lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand des Systems ziehen, insbesondere in welchem Istzustand sich das System befindet und/oder ob Abweichungen von einem Sollzustand vorliegen, die auf einen Fehler hindeuten.
Vorteil der Erfindung ist, dass ein typischerweise im Kolbenmotor bereits an einer Kurbelwelle des Motors vorhandenes Geberrad für das Messen der Durchlaufzeiten verwendet werden kann. Damit entfällt eine für das Messen eines Verdichtungsverhältnisses zusätzliche Sensorik.
Ein Vergleichswert kann beispielsweise durch Messungen der den anderen Zylindern zugeordneten Segmentdurchlaufzeiten des Geberrads bestimmt werden. Alternativ ist es möglich, solche Vergleichswerte vorab zu bestimmen und beispielsweise in einem Kennfeld zu hinterlegen, auf das für den Vergleich zugegriffen wird. Weitere Alternativen sind eine Berechnung der Werte mittels eines Modells.
Ein erfindungsgemäßer Kolbenmotor umfasst ein System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, eine Kurbelwelle, ein an der Kurbelwelle befestigtes Geberrad und eine Motorsteuerung, wobei die Motorsteuerung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst ein Kolbenmotor ein System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses (VCR-System), einen Abgastemperatursensor und eine Motorsteuerung. Das System ist ein mehrstufiges System, hier im Speziellen ein zweistufiges System, d.h., dass ein erstes und ein zweites Verdichtungsverhältnis einstellbar sind.
In der Motorsteuerung ist ein Programm zur Überwachung des VCR-Systems vorgesehen. Im Betrieb des Kolbenmotors werden mittels des Abgastemperatursensors Abgastemperaturistwerte aufgenommen und an die Motorsteuerung übermittelt. Die Motorsteuerung vergleicht die gemessenen Abgastemperaturistwerte mit Abgastemperatursollwerten. Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Kennfeldes hinterlegt. Alternativ können Abgastemperatursollwerte modelliert werden.
Für das hier vorliegende zweistufige VCR-System werden betriebspunktabhängig, also in Abhängigkeit u.a. der Drehzahl, der Last, dem Zündzeitpunkt und dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis, ein unterer Abgastemperatursollwert für das erste Verdichtungsverhältnis und ein oberer Abgastemperatursollwert für das zweite Verdichtungsverhältnis bestimmt. Diese werden interpoliert, beispielsweise mit einer linearen Funktion. Ein Vergleich des Abgastemperaturistwertes mit den zweiten Abgastemperaturwerten erfolgt indirekt durch das Einsetzen des Abgastemperaturistwertes in die ermittelte Funktion und die Bestimmung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses. Der Vergleich des so bestimmten Ist-Verdichtungsverhältnisses mit einem in der Motorsteuerung hinterlegten Soll-Verdichtungsverhältnis und die Auswertung einer möglichen Abweichung von Soll- und Istwert ermöglicht es insbesondere, Fehler des VCR-Systems zu erkennen.
Alternativ ist die Erfindung auch auf variable VCR-Systeme anwendbar. Als Alternative zu einem Sensor können die Abgastemperaturistwerte mittels eines Modells berechnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Kolbenmotor mehrere Zylinder und, entsprechend der Anzahl der Zylinder, mehrere Abgastemperatursensoren. Die Abgastemperatursensoren sind in einem dem jeweiligen Zylinder zugeordnetem Arm eines Abgaskrümmers des Kolbenmotors angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist ein einzelner Abgassenosr im Abgasrkrümmer vorgsehen. Eine Berechnung der Abgasisttemperatur ist ebenfalls möglich. Die Motorsteuerung ist in diesem Beispiel eingerichtet, den Vergleich und die Auswertung zylinderspezifisch durchzuführen. Das Verfahren erfolgt analog zu dem oben beschriebenem Beispiel.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Kolbenmotor ein System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, eine Kurbelwelle, ein an der Kurbelwelle befestigtes Geberrad und eine Motorsteuerung. Der Kolbenmotor hat mehrere Zylinder, beispielsweise drei Zylinder, und eine entsprechende Anzahl von Kolben.
In der Motorsteuerung ist ein Programm zur Überwachung des VCR-Systems vorgesehen. Im Betrieb des Kolbenmotors werden mittels eines Hall-Sensors über das Geberrad die zylinderspezifischen Segmentdurchlaufzeiten gemessen. Die Messwerte des Sensors werden an die Motorsteuerung weitergegeben und dort mit einem Vergleichswert verglichen. Das Ergebnis des Vergleiches, beispielsweise das Vorliegen einer Abweichung, wird ausgewertet. Bei Vorliegen einer signifikanten Abweichung kann auf einen Fehler des VCR-Systems geschlossen werden.
In diesem Falle wird eine Vielzahl von Segmentdurchlaufzeiten gemessen und ein zeitlich gleitender Mittelwert gebildet. Die einem jeweiligen Zylinder zugeordneten Segmentdurchlaufzeiten werden durch Teilung mit dem Mittelwert normiert und mit einem in der Motorsteuerung als Vergleichswerte hinterlegten oberen und unteren Schwellenwert verglichen. Beim Über- bzw. Unterschreiten der Schwellenwerte wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Aus Stabilitätsgründen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Messung und der Vergleich kontinuierlich erfolgt und eine Fehlermeldung erst erfolgt, wenn der ermittelte Wert mehrfach hintereinander außerhalb des durch die Schwellenwerte definierten Bereichs lag.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016016187 A1 [0002]
DE 102013210741 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, umfassend die Schritte: a) Bestimmen eines Abgastemperaturistwertes; b) Vergleich des Abgastemperaturistwerts mit einem für ein Verdichtungsverhältnis geltenden Abgastemperatursollwert; c) Auswerten des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abgastemperatursollwert berechnet wird oder einem Kennfeld entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System ein mehrstufiges, beispielsweise ein zweistufiges System ist, und für mindestens zwei Stufen jeweils ein Abgastemperatursollwert ermittelt wird, und der Abgastemperaturistwert mit den Abgastemperatursollwerten verglichen wird.
Kolbenmotor mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, und einer Motorsteuerung, wobei die Motorsteuerung für die Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 eingerichtet ist.
Verfahren zur Überwachung eines Kolbenmotors mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnis, wobei der Kolbenmotor ein an einer Kurbelwelle befestigtes Geberrad umfasst, umfassend die Schritte: a) Messen von zylinderspezifischen Segmentdurchlaufzeiten am Geberrad; b) Vergleich der Segmentdurchlaufzeiten mit einem Vergleichswert; c) Auswerten des Vergleichs.
Kolbenmotor mit einem System zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, einer Kurbelwelle, einem an der Kurbelwelle befestigtem Geberrad und eine Motorsteuerung, wobei die Motorsteuerung für die Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 5 eingerichtet ist.