-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der im Patentanspruch 10 näher definierten Art.
-
Aus der Praxis sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen einem Brennraum Brennstoff über einen Injektor zugeführt wird oder alternativ, insbesondere bei Großmotoren, über zwei kleinere Injektoren. Die Verwendung von zwei kleineren Injektoren bietet einen Kostenvorteil, da als Massengut verfügbare Injektoren beispielsweise aus dem PKW- oder Nutzfahrzeugbereich verwendet werden können. Die Injektoren werden hierbei gleichartig angesteuert. In einem Teillastbetrieb kann es vorgesehen sein, dass eine erforderliche Einspritzmenge durch einen einzigen Injektor eingespritzt wird, wohingegen in einem Volllastbetrieb beide Injektoren Kraftstoff in den Brennraum einspritzen.
-
Aus der
DE 10 2008 001 111 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem einem Brennraum wenigstens ein erstes Einspritzventil und wenigstens ein zweites Einspritzventil zugeordnet ist. Bei dieser bekannten Lösung wird in einem Volllastbetrieb eine erste Auswahl an Injektoren und in einem Teillastbetrieb eine zweite Auswahl an Injektoren angesteuert.
-
Da die Lebensdauer eines Injektors wesentlich durch die Anzahl der Einspritzungen bestimmt wird, können sich bei Verwendung von zwei oder auch mehr Injektoren und entsprechender Einspritzhäufigkeit kurze Wartungsintervalle mit einem fälligen Injektorentausch ergeben.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Verfügung zu stellen, mittels denen ein Wartungsintervall, insbesondere für den Tausch von Injektoren, vergrößerbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.
-
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei einem Brennraum ein Kraftstoff über eine Anzahl X von Injektoren größer gleich zwei zuführbar ist, und wobei der Brennraum in einem Teillastbetrieb mit einer Anzahl Y kleiner X von Injektoren mit Kraftstoff versorgt wird. Erfindungsgemäß werden Einspritzvorgänge der einzelnen Injektoren jeweils von einem Zähler erfasst und die einzelnen Injektoren in dem Teillastbetrieb in Abhängigkeit eines Zählerstands des jeweiligen Zählers angesteuert.
-
Die Erfindung nutzt die Betriebsbereiche eines Motors mit geringerem Kraftstoffbedarf, um die Beanspruchung der Injektoren und damit den Zeitabstand bis zu einem Austausch zu reduzieren. Hierbei werden nicht alle Injektoren gleichzeitig angesteuert bzw. genutzt, sondern nur ein Injektor oder eine geringere Anzahl als die der vorhandenen Injektoren. Die Minderzahl an Injektoren kann dabei hinsichtlich Einspritzdruck und Einspritzdauer so angesteuert werden, dass sie die Leistung wie bei einer gleichzeitigen Ansteuerung aller Injektoren erbringen.
-
Dadurch, dass bei einem Verfahren nach der Erfindung in einem Teillastbetrieb die Injektoren in Abhängigkeit eines Zählerstandes des jeweiligen Zählers angesteuert werden, ist auf einfache Weise eine insgesamt möglichst ausgeglichene Belastung aller Injektoren in gleichem Umfang gegeben. Da eine Lebensdauer der Injektoren von der Anzahl der Einspritzungen abhängt, ist durch die gleichmäßige Belastung der Injektoren ein längeres Wartungsintervall zur Wartung der Brennkraftmaschine, insbesondere für den Tausch der Injektoren, erzielbar.
-
Eine Ansteuerung der verschiedenen Injektoren kann in Abhängigkeit des vorliegenden Motortyps unterschiedlich sein, so dass beispielsweise bei einem Gegenkolbenmotor die Einspritzung bei mehr als zwei einem Brennraum zugeordneten Injektoren in einer vorgegebenen Reihenfolge beispielsweise kreisförmig erfolgen kann. Weiterhin ist es möglich, die Injektoren abwechselnd bzw. gegenseitig abwechselnd anzusteuern, um eine gewünschte Temperaturverteilung im Brennraum auch im Teillastbetrieb zu erreichen.
-
Wenn die einzelnen Injektoren in dem Teillastbetrieb in Abhängigkeit der Zählerstände der jeweiligen Zähler abwechselnd angesteuert werden, steht jedem Injektor ein größerer Abkühlungszeitraum zur Verfügung.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Injektoren in dem Teillastbetrieb in Abhängigkeit der Zählerstände der jeweiligen Zähler in einer vorgegebenen Reihenfolge nacheinander angesteuert werden. Es können auch verschiedene Injektoren während eines einzigen Einspritzvorgangs versetzt zueinander angesteuert werden.
-
Es wird weiterhin ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem einem Brennraum über wenigstens zwei Injektoren Kraftstoff zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Injektoren vorgesehen ist, die eine zur Zählung der Einspritzvorgänge der einzelnen Injektoren ausgeführte Speichereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgeführt ist.
-
Mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Kraftstoffeinspritzsystem ist auf einfache Weise eine insbesondere gleichmäßige Abnutzung sämtlicher Injektoren erzielbar, wodurch große Wartungsintervalle für die Wartung der Injektoren vorgesehen werden können.
-
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Varianten des Verfahrens nach der Erfindung und des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
-
Es zeigt:
- 1 ein vereinfachtes Systemschaubild einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem und einer Steuereinrichtung;
- 2 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine gemäß 1;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß 1 gemäß einer bevorzugten Variante;
- 4 ein vereinfachtes Diagramm, in dem ein Druck in einem Rail der Brennkraftmaschine und eine Einspritzmenge in einen Brennraum gegenüber einer Motordrehzahl gezeigt ist;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren bevorzugten Variante; und
- 6 ein vereinfachtes Diagramm, in dem eine Einspritzdauer und eine Einspritzmenge in einen Brennraum gegenüber einer Motordrehzahl gezeigt ist.
-
1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten und beispielsweise als Gegenkolbenmotor oder als Standardhubkolbenmotor ausgeführten Brennkraftmaschine 1 mit einem Kraftstoffeinspritzsystem 2, das hier als Common-Railsystem ausgeführt ist.
-
Das Common-Railsystem 2 umfasst folgende mechanische Komponenten: Eine Niederdruckpumpe 4 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 3, eine veränderbare Saugdrossel 5 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 6 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein als Rail 7 ausgeführter Kraftstoffspeicher und Injektoren 8, 9 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume 17 der Brennkraftmaschine 1. In 1 ist lediglich ein Brennraum 17 dargestellt, dem vorliegend über zwei Injektoren 8, 9 Kraftstoff zuführbar ist.
-
Bei alternativen Ausführungen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass dem Brennraum 17 eine Anzahl von Injektoren X größer zwei zugeordnet ist.
-
Das Common-Railsystem 2 ist hier mit Einzelspeichern 18, 19 ausgeführt, wobei in den Injektoren 8, 9 jeweils ein Einzelspeicher 18, 19 als zusätzliches Puffervolumen für den Kraftstoff integriert ist. Zur Steuerung und/oder Regelung eines Drucks pCR in dem Rail 7 ist ein Druckregelventil 10 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand Kraftstoff aus dem Rail 7 in den Kraftstofftank 3 absteuert.
-
Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 11 bzw. eine Steuereinrichtung bestimmt, welches die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speichereinrichtungen 13 bzw. Speicherbausteine (EEPROM, RAM) beinhaltet. In den Speicherbausteinen 13 sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern und/oder Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 11 aus Eingangsgrößen Ausgangsgrößen.
-
In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: Der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 12 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, der Einzelspeicherdruck pE1 des ersten Injektors 8, der Einzelspeicherdruck pE2 des zweiten Injektors 9 und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Signale zusammengefasst, beispielsweise ein Signal zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber, der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers und eine Kühlmitteltemperatur. In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 9 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, Signale ve1 und ve2 zur Ansteuerung des ersten Injektors 8 und des zweiten Injektors 9 (Spritzbeginn/Spritzende), ein Signal DRV zur Ansteuerung des Druckregelventils 10 und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung. Ergänzend ist eine Schnittstelle zum Datenaustausch über das Internet vorgesehen.
-
2 zeigt einen Ausschnitt des Systemschaubilds der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1, wobei das Motorsteuergerät 11 und die Injektoren 8, 9 näher ersichtlich sind. Das Motorsteuergerät 11 ist mit einer Steuerlogik 14 ausgeführt, die über eine erste Endstufe 15 mit dem ersten Injektor 8 und über eine zweite Endstufe 16 mit dem zweiten Injektor 9 gekoppelt ist. Es ist weiterhin die Speichereinrichtung 13 mit einem hinterlegten Zähler bzw. einer hinterlegten Laufvariable gezeigt, die mit den Injektoren 8, 9 und der Ansteuerlogik 14 gekoppelt ist.
-
Im Folgenden wird in der 3 ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 am Beispiel von zwei dem Brennraum 20 zugeordneten Injektoren 8, 9 beschrieben. Das Verfahren ist aber grundsätzlich in vergleichbarer Weise auch bei Brennkraftmaschinen einsetzbar, bei denen einem Brennraum 20 mehr als zwei Injektoren zugeordnet sind.
-
Nach einem Start S des Verfahrens wird in einer Prüffunktion S1 der vorliegende Lastbereich abgefragt, der beispielsweise in Abhängigkeit einer vorliegenden Motordrehzahl nMot ermittelt wird.
-
Für den Fall des Vorliegens eines Volllastbetriebs werden in einer anschließenden Verarbeitungsfunktion S2 der erste Injektor 8 und der zweite Injektor 9 aktiviert und zusätzlich eine Laufvariable m für den ersten Injektor 8 und eine Laufvariable n für den zweiten Injektor 9, die in der als nichtflüchtiger Speicher ausgeführten Speichereinrichtung 13 des Motorsteuergeräts 11 hinterlegt sind, jeweils um eins erhöht. Die Laufvariablen m und n werden bei einem Einsatz eines neuen Injektors 8, 9 jeweils auf den Wert Null gesetzt.
-
In einer anschließenden Funktion S14 wird gemäß den Formeln „m ≥ GW2 oder n≥ GW2“ abgefragt, ob der Zählerwert m oder der Zählerwert n größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert GW2 ist. Falls ja, wird eine Meldung S15 generiert, dass ein Injektortausch des entsprechenden Injektors 8 und/oder 9 notwendig ist. In diesem Fall wird zum Beispiel via Internet ein Servicetechniker informiert. Falls nein, wird in eine Prüffunktion S16 verzweigt, in der abgefragt wird, ob ein Motorstopp vorliegt. Falls ja, wird das Verfahren mit einer Ende-Funktion E beendet. Falls nein, wird zur Abfragefunktion S1 zur Bestimmung des vorliegenden Lastbereichs zurückverzweigt.
-
Wird in der Abfragefunktion S1 dagegen ein Teillastbetrieb ermittelt, wird eine Funktion S3, wie später genauer beschrieben wird, zur Anpassung des Raildrucks pCR gestartet. In einem anschließenden Schritt S4 wird abgefragt, ob in einem Speicher für die Variable i der Wert 1 für den ersten Injektor 8 oder der Wert 2 für den zweiten Injektor 9 hinterlegt ist. Bei erstmaligem Durchführen des Verfahrens ist die Variable i auf den Wert 1 festgelegt. Falls in dem Speicher für die Variable i der Wert 1 hinterlegt ist, wird eine Funktion S5 zur Aktivierung des ersten Injektors 8 und zur Deaktivierung des zweiten Injektors 9 gestartet. In einem anschließenden Schritt S6 werden daraufhin eine Laufvariable k, die voreingestellt den Wert Null aufweist, und die Laufvariable m jeweils um eins erhöht.
-
Anschließend erfolgt in einer Abfragefunktion S7 eine Überprüfung gemäß der Formel „k ≥ GW1“, ob die Laufvariable k größer oder gleich einem Grenzwert GW1 ist. Falls ja, wird in einem anschließenden Verfahrensschritt S8 die Variable i gleich 2 und in einem weiteren Verfahrensschritt S9 die Laufvariable k gleich Null gesetzt. Falls das Ergebnis der Abfragefunktion S7 negativ ist und die Laufvariable k kleiner als der Grenzwert GW1 ist, wird das Verfahren mit der Funktion S14 und der Abfrage „m ≥ GW2 oder n≥ GW2“ fortgesetzt.
-
Ist die Variable i in der Abfragefunktion S4 gleich dem Wert zwei, wird in einem nachfolgenden Schritt S10 der erste Injektor 8 deaktiviert und der zweite Injektor 9 aktiviert. In einem hieran anschließenden Verfahrensschritt S11 werden sowohl die Laufvariable k als auch die Laufvariable n jeweils um den Wert 1 erhöht. Nachfolgend wird in einer Prüffunktion S12 gemäß der Formel „k ≥ GW1“ überprüft, ob die Laufvariable k größer oder gleich dem Grenzwert GW1 ist. Falls ja, wird die Variable i in einem anschließenden Schritt S13 auf den Wert 1 gesetzt, und es wird in die Funktion S9 mit Null-Setzung der Laufvariablen k verzweigt. Falls nein, wird das Verfahren mit der Funktion S14 und der Abfrage „m ≥ GW2 oder n≥ GW2“ fortgesetzt.
-
Der Raildruck pCR wird von dem Druckregelventil 10 vorliegend sowohl im Volllastbetrieb als auch im Teillastbetrieb in Abhängigkeit der vorliegenden Motordrehzahl nMot gemäß dem in 4 vereinfacht gezeigten Diagramm angepasst. Der Raildruck pCR steigt ausgehend von niedrigen Motordrehzahlen nMot in dem Teillastbetrieb bis zu einem Grenzwert der Motordrehzahl nMot_gr kontinuierlich und hier direkt proportional zur Motordrehzahl nMot an und wird bei Erreichen des Grenzwerts der Motordrehzahl nMot_gr von dem Druckregelventil 10 um einen definierten Wert reduziert. Ausgehend von dem Grenzwert der Motordrehzahl nMot_gr steigt der Raildruck pCR bei zunehmender Motordrehzahl nMot wiederum kontinuierlich an. Der Raildruck pCR wird vorliegend derart angesteuert, dass eine dem Brennraum 17 über einen Injektor 8 oder 9 im Teillastbetrieb oder über beide Injektoren 8 und 9 im Volllastbetrieb insgesamt zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge SM im Wesentlichen direkt proportional zu der Motordrehzahl nMot ist.
-
Über das beschriebene Verfahren wird erreicht, dass die Injektoren 8, 9 insgesamt im Wesentlichen gleichmäßig belastet bzw. abgenutzt werden, wobei bei dem Verfahren gemäß 3 im Teillastbetrieb in Abhängigkeit des Grenzwerts GW1, der beispielsweise gleich 1 oder auch größer als 1 sein kann, zwischen den Injektoren 8 und 9 gewechselt wird.
-
Durch das in 3 näher ersichtliche Verfahren kann ein Wartungs- bzw. Tauschintervall für die Injektoren 8, 9 entsprechend dem Betriebsprofil des Motors angepasst und vorteilhaft verlängert werden. Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise zu 10% der Gesamtbetriebszeit im Teillastbetrieb betrieben wird, kann hierdurch das Wartung- bzw. Tauschintervall für die Injektoren 8, 9 um 10% gegenüber einer herkömmlichen Ausführung erhöht werden.
-
Der eingesetzte Zähler kann folglich auch für ein nutzungsabhängiges Wartungsprofil eingesetzt werden, so dass der Nutzer nach einer entsprechenden Anzahl an Einspritzungen einen Hinweis erhält, dass ein Injektorentausch erforderlich ist. Hierbei ist zu beachten, dass mehrere Motoren im Dauerbetrieb und manche nur selten betrieben werden. Wenn nun der Zähler neben den Laufvariablen m und n für die Injektoren 8, 9 auch eine Betriebsdauer der Injektoren 8, 9 in der Speichereinrichtung 11 abspeichert, kann zurückgerechnet werden, wann - unter Berücksichtigung des gewünschten Warnzeitraums vor einem erforderlichen Injektortausch - ein Warnhinweis über die Restlaufzeit der Injektoren 8, 9 ausgegeben wird.
-
Wenn beispielsweise ein Monat vor einem erforderlichen Injektortausch ein Hinweis erfolgen soll, kann dies auch bei unterschiedlicher Nutzung der Motoren erfolgen, wenn die Bedingung
erfüllt ist.
-
In 5 ist ein alternativ zu dem Verfahren gemäß 3 ausgebildetes Verfahren gezeigt, das sich von dem Verfahren gemäß 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass anstelle der Anpassung des Raildrucks pCR bei dem Verfahrensschritt S3 bei S3' eine Einspritzdauer SD angepasst wird.
-
Die Einspritzdauer SD eines Injektors 8, 9 wird von dem Motorsteuergerät 11 dabei sowohl im Volllastbetrieb als auch im Teillastbetrieb in Abhängigkeit der vorliegenden Motordrehzahl nMot gemäß des in 6 vereinfacht gezeigten Diagramms angepasst. Die Einspritzdauer SD steigt ausgehend von niedrigen Motordrehzahlen nMot in dem Teillastbetrieb bis zu einem Grenzwert der Motordrehzahl nMot_gr kontinuierlich an und wird bei Erreichen des Grenzwerts der Motordrehzahl nMot_gr von dem Motorsteuergerät 11 um einen definierten Wert reduziert.
-
Ausgehend von dem Grenzwert der Motordrehzahl nMot_gr steigt die Einspritzdauer SD bei zunehmender Motordrehzahl nMot wiederum kontinuierlich an. Die Einspritzdauer SD wird vorliegend derart geregelt, dass eine dem Brennraum 17 über einen Injektor 8 oder 9 im Teillastbetrieb oder über beide Injektoren 8 und 9 im Volllastbetrieb insgesamt zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge SM im Wesentlichen direkt proportional zu der Motordrehzahl nMot ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kraftstoffeinspritzsystem; Common-Railsystem
- 3
- Kraftstofftank
- 4
- Niederdruckpumpe
- 5
- Saugdrossel
- 6
- Hochdruckpumpe
- 7
- Kraftstoffspeicher; Rail
- 8
- erster Injektor
- 9
- zweiter Injektor
- 10
- Druckregelventil
- 11
- Steuereinrichtung; Motorsteuergerät
- 12
- Rail-Drucksensor
- 13
- Speichereinrichtung
- 14
- Steuerlogik
- 15
- erste Endstufe
- 16
- zweite Endstufe
- 17
- Brennraum
- 18
- Einzelspeicher des ersten Injektors
- 19
- Einzelspeicher des zweiten Injektors
- AUS
- Ausgangsgröße
- DRV
- Ansteuersignal für das Druckregelventil
- E
- Ende-Funktion
- EIN
- Eingangsgröße
- nMot
- Motordrehzahl
- nMot_gr
- Grenzwert der Motordrehzahl
- pCR
- Raildruck
- pE1
- Einzelspeicherdruck des ersten Injektors
- pE2
- Einzelspeicherdruck des zweiten Injektors
- PWM
- Ansteuersignal für die Saugdrossel
- S
- Start-Funktion
- S1-S16
- Verfahrensschritte
- SD
- Einspritzdauer
- SM
- Einspritzmenge
- ve1
- Ansteuersignal für den ersten Injektor
- ve2
- Ansteuersignal für den zweiten Injektor
-
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 102008001111 A1 [0003]
