DE102018106822A1

DE102018106822A1 - Regenerationsverfahren zur Reduzierung des Verkokungsgrades eines einen Injektor umgebenden Ringspaltes

Info

Publication number: DE102018106822A1
Application number: DE102018106822.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Töppel; Josef Halfpaap; Dimitri Resetov; Karol Kempa
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose und Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine. Es ist mindestens eine in einen Brennraum (40) ragende Einspritzdüse (20) vorgesehen, die von einem verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) umgeben ist, in dem sich Ablagerungen bilden. Der Raum (50; 50A, 50B) wird zwischen der Einspritzdüse (20) und einem die Einspritzdüse (20) aufnehmenden Gehäuse (10) der Brennkraftmaschine gebildet. Erfindungsgemäß wird ein Verschmutzungsgrad des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50) ermittelt wird und in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50; 50A, 50B) mindestens eine Maßnahme (b); b1), b2), b3), b4)) durchgeführt, mittels der die Ablagerungen in dem verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) entfernt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose und Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einer in einen Brennraum ragenden Einspritzdüse, die von einem verschmutzungsgefährdeten Raum umgeben ist, in dem sich Ablagerungen [Verkokungen] bilden, wobei der verschmutzungsgefährdete Raum zwischen der Einspritzdüse und einem die Einspritzdüse aufnehmenden Gehäuse der Brennkraftmaschine gebildet wird.
Bekannt ist, dass in den Brennraum ragende Dieselinjektoren durch den Gebrauch von Versottung und Verkokung betroffen sind. Bei entsprechenden Fahrprofilen des Fahrzeuges kommt es zu Anlagerungen von Verunreinigungen auf der Mantelfläche der Einspritzdüse. Diese Ablagerungen können sehr dick werden und teilweise den gesamten Ringspalt zwischen Injektor und Zylinderkopf ausfüllen. Diese Effekte führen zu einem unerwarteten Temperaturverhalten im Injektor und damit verbunden zu entsprechenden Streuungen der zylinderindividuellen Einspritzmengen. Dies führt dann im entsprechenden Fall zu Emissions- und Fahrverhaltensauffälligkeiten. Zudem ist diesbezüglich im Vergleich zu unverschmutzten Injektoren ein erhöhter Bauteilverschleiß und/oder frühzeitigerer Bauteilausfall die Folge.
Die Druckschrift DE10 2009 042 155 A1 beschäftigt sich mit der Geometrie und Ausführung von Einspritzdüsen und der Brennraumintegration der Einspritzdüsen. Dabei betrifft die Druckschrift die Verkokung der Injektoren im Bereich der Spritzlöcher der Einspritzdüsen.
Die Druckschrift DE 11 2008 200 574 T5 beschreibt ein Reinigungssystem eines Injektors im Abgassystem und die einzustellenden Parameter.
Die Druckschrift WO 2013/068173 A1 beschreibt die Detektion und die Reaktion von/auf verkokte Spritzlöcher von Einspritzdüsen mittels Korrekturwerten innerhalb eines Einspritzsystems.
Die Druckschrift DE 10 2009 009 796 B3 befasst sich ebenfalls mit der Verkokung von Spritzlöchern. Diese Beseitigung der Verkokung in den Spritzlöchern soll durch eine spezielle Drosselungs- und Strömungsformung während des Einspritzvorgangs im Injektor erfolgen.
Schließlich offenbart die DE 10 2016 125 156 A1 ein Verfahren zur Beseitigung der Verkokung von Spritzlöchern mittels Ultraschallanregung eines Piezoinjektors.
Das Problem der Verkokung innerhalb eines Ringspaltes zwischen Injektor und Zylinderkopf wird in den genannten Maßnahmen nicht gelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschmutzung in einem verschmutzungsgefährdeten Raum, insbesondere einem Ringspaltraum zwischen einer Spitze einer Einspritzdüse und einem Gehäuse, insbesondere einem Zylinderkopf, zu beseitigen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Diagnose und Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einer in einen Brennraum ragenden Einspritzdüse, die von einem verschmutzungsgefährdeten Raum umgeben ist, in dem sich Ablagerungen bilden, wobei der Raum zwischen der Einspritzdüse und einem die Einspritzdüse aufnehmenden Gehäuse der Brennkraftmaschine gebildet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

a) ein Verschmutzungsgrad des verschmutzungsgefährdeten Raumes ermittelt wird und
b) in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes mindestens eine Maßnahme durchgeführt wird, mittels denen die Ablagerungen in dem verschmutzungsgefährdeten Raum entfernt werden.

Durch die in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes durchgeführten Maßnahmen werden in vorteilhafter Weise die Ablagerungen in dem verschmutzungsgefährdeten Raum entfernt, so dass in vorteilhafter Weise eine Verschmutzung insbesondere im Ringspalt zwischen einer Injektorspitze und einem Zylinderkopf beseitigt wird, wodurch eine durch die Verschmutzung hervorgerufene Temperaturveränderung der Einspritzdüse nicht mehr wie bisher in nachteiliger Weise zu Einspritzmengenabweichungen führt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass a) zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes des Brennraumes der jeweiligen Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand Verbrennungsparameter und Emissionsbestandteile erfasst werden, denen durch Feststellung der sich im verschmutzungsgefährdeten Raum bildenden Verschmutzung kennlinienartig ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung über der Zeit zugeordnet wird, wobei der jeweilige Beitrag im verschmutzungsgefährdeten Raum im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass als Verbrennungsparameter eine Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eine Abgastemperatur und/oder als Emissionsbestandteile eine Rußmenge und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen im Abgas erfasst wird/werden.
Das Verfahren zeichnet sich zudem dadurch aus, dass die Ermittlung des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes des Brennraumes der jeweiligen Brennkraftmaschine auf dem Prüfstand in Abhängigkeit eines Lastprofiles erfolgt, wobei mindestens einem bestimmten Betriebspunkt und/oder mindestens einem bestimmten Bereich des Lastprofiles ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass das Lastprofil in einen Schwachlastbereich, einen Teillastbereich und einen Volllastbereich unterteilt wird oder in jedem der Bereiche mindestens ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine festgelegt wird, wobei den Lastbereichen und/oder den Betriebspunkten eine Verschmutzungserhöhung oder eine Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird, der im verschmutzungsgefährdeten Raum im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu dem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Es wird bevorzugt derart vorgegangen, dass die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungserhöhung erfasst wird, zu einer Erhöhung eines Verschmutzungszählers oder die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungsreduzierung erfasst wird, eine Reduzierung des Verschmutzungszählers erfolgt, so dass der Verschmutzungsgrad des verschmutzungsgefährdeten Raumes im realen Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Lastprofiles ermittelt wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Maßnahmen b) in Abhängigkeit des Erreichens eines festlegbaren Grenzwertes des ermittelten Verschmutzungsgrades durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß ist es in einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens bevorzugt vorgesehen, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme b) ein erster Betriebsmodus b1) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder mindestens ein Einspritzzeitpunkt mindestens einer Einspritzung an einer einem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle nahezu drehmomentneutral nach früh verschoben wird.
Erfindungsgemäß ist es in einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens bevorzugt vorgesehen, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme b) ein zweiter Betriebsmodus b2) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder an der dem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle drehmomenterhöhend eine Einspritzmenge erhöht wird, wobei die Erhöhung des Drehmomentes durch eine gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren vorgenommene Reduzierung der Einspritzmenge eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine kompensiert wird.
In einer noch weiteren Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme b) ein dritter Betriebsmodus b3) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder an der dem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle drehmomenterhöhend eine Einspritzmenge erhöht wird, wobei die Erhöhung des Drehmomentes durch eine gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren vorgenommene Lastpunktverschiebung insbesondere durch eine Lastaufschaltung eines Zusatzverbrauchers oder durch eines zylinderindividuelle Lastpunktverschiebung mindestens eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine kompensiert wird.
Schließlich ist in einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme b) ein vierter Betriebsmodus b4) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder Einspritzzeitpunkte bei gleicher Einspritzmenge drehmomentneutral verschoben oder bei gleicher Einspritzmenge deren Anzahl drehmomentneutral reduziert werden, wodurch im Brennraum gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren eine Druckgradientenerhöhung bewirkt wird.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Betriebsmodi b1) und/oder b2) und/oder b3) miteinander kombiniert werden, wobei vorgesehen ist, dass bei Überschreiten des festlegbaren Grenzwertes eine Reinigungssequenz aktiviert wird, die mindestens einen der Betriebsmodi b1) und/oder b2) und/oder b3) und b4) umfasst.
Die Erfindung betrifft somit eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, aufweisend eine Einspritzanlage mit mindestens einer Einspritzdüse, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose und Steuerung der Brennkraftmaschine zur Beseitigung von Ablagerungen in einem verschmutzungsgefährdeten Raum zwischen der Einspritzdüse und einem die Einspritzdüse aufnehmenden Gehäuse der Brennkraftmaschine auszuführen, wobei die Einspritzanlage eine Steuereinrichtung aufweist, in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind.
Die Lösung ist analog für eine Otto-Brennkraftmaschine anwendbar.
In der nachfolgenden Beschreibung werden Diagnose und Steuerung einer Brennkraftmaschine zur Feststellung des Verschmutzungsgrades, insbesondere des Verkokungsgrades, und die Maßnahmen (b; (b1), b2), b3), b4)), die den durch die Verschmutzung/Verkokung auftretenden nicht gewollten Änderungen der Durchflussmenge des Einspritzdüse, insbesondere einer Injektors, entgegenwirken, näher erläutert.
Wie erläutert bewirken Verschmutzungen im Ringspalt zwischen einer Spitze der Einspritzdüse und einem Zylinderkopf Temperaturveränderungen an der Einspritzdüse, die in nachteiliger Weise zu Einspritzmengenabweichungen führen, die durch Beseitigung der Verschmutzungen beseitigt werden, wodurch die Einspritzgenauigkeit der Einspritzdüse wieder hergestellt wird, wie nachfolgend weiter erläutert wird.
1 zeigt eine Spitze 30 einer Einspritzdüse 20 oder eines so genannten Injektors. Am brennraumseitigen Ende der Spitze 30 einer Einspritzdüse 20 sind Düsenöffnungen 31 ausgebildet, über die Brennstoff in den Brennraum 40 eingebracht wird. Ein nicht näher dargestellter Dichtring 60 dichtet den Brennraum 40, der auch als Zylinderraum 40 bezeichnet wird, gegenüber dem Gehäuse 10, insbesondere einem Zylinderkopf, ab. Die Wandungen des Brennraumes 40 sowie der darin angeordnete bewegliche Kolben, insbesondere ein Zylinderkolben, der in bekannter Weise mit einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, verbunden ist, ist nicht dargestellt.
Wesentlich für die Erfindung ist der verschmutzungsgefährdete Raum 50 zwischen der Spitze 30 der Einspritzdüse 20 und dem die Spitze 30 der Einspritzdüse 20 umgebenden Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine. Im Ausführungsbeispiel ist der verschmutzungsgefährdete Raum 50 im Bereich der Spitze 30 ausgebildet. Jedoch kann in anderen Ausgestaltungen auch ein Bereich über die Spitze 30 hinaus von einem verschmutzungsgefährdeten Raum 50 umgeben sein, so dass die nachfolgende Erfindung auch für solche Fälle anwendbar ist.
Im Ausführungsbeispiel ist der verschmutzungsgefährdete Raum 50 ein Ringspaltraum, der insbesondere im Bereich der Düsenöffnungen 31 einen größeren Spaltbereich 50A mit einem größeren Spaltmaß aufweist. Im Bereich der Spitze 30 oberhalb der Düsenöffnungen 31 ist ein kleinerer Spaltbereich 50B mit einem kleineren Spaltmaß ausgebildet, der sich in Längserstreckung der Einspritzdüse 20 bis zu einer Stufe der Einspritzdüse 20 erstreckt, an der der Dichtring 60 angeordnet ist. Die Problematik der Verschmutzung betrifft den größeren Spaltbereich 50A (mit geringer Längserstreckung) und den kleineren Spaltbereich 50B (mit der größeren Längserstreckung) gleichermaßen. Die Spaltbereiche 50A, 50B stehen druckseitig und temperaturseitig mit dem Brennraum 40 in Wirkverbindung.
Dem Fachmann ist es bekannt, dass im Bereich des die Spaltbereiche 50A, 50B umfassenden Ringspaltraumes 50 Ablagerungen und Verschmutzungen über der Zeit vom Fahrprofil, das heißt von der Betriebsweise der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, abhängig sind.
Untersuchungen haben erfindungsgemäß gezeigt, dass die Ablagerungen reversibel sind und sich bei entsprechender Wahl von bestimmten im Brennraum 40 vorherrschenden Betriebsparametern wieder lösen beziehungsweise entfernen lassen.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, welches sicherstellt, dass auch während des Betriebes, mithin während des Fahrens des Kraftfahrzeuges, die Reinigung des Ringspaltraumes 50; 50A, 50B durchgeführt werden kann.
Den entsprechenden Maßnahmen b); (b1), b2), b3), b4)) zur Reinigung des Ringspaltraumes 50; 50A, 50B ist ein Diagnoseschritt a) vorgeschaltet.
Im Rahmen der Erfindung wird nach abgeschlossener Motorapplikation empirisch ermittelt, in welchen Betriebspunkten Verunreinigungen gebildet und in welchen Betriebspunkten Verunreinigungen wieder beseitigt werden, und diese Informationen werden erfindungsgemäß in einem Motorsteuergerät abgelegt.
Zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Ringspaltraumes 50; 50A, 50B des Brennraumes 40 der jeweiligen Brennkraftmaschine werden auf einem Prüfstand Verbrennungsparameter und Emissionsbestandteile erfasst, denen durch Feststellung der sich im Ringspaltraum 50 bildenden Verschmutzung kennlinienartig ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung über der Zeit zugeordnet wird, wobei der jeweilige Beitrag im verschmutzungsgefährdeten Raum im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Vorgesehen ist, dass als Verbrennungsparameter eine Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eine Abgastemperatur und/oder als Emissionsbestandteile eine Rußmenge und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen im Abgas erfasst wird/werden.
Die Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Ringspaltraumes 50; 50A, 50B des Brennraumes 40 erfolgt auf dem Prüfstand in Abhängigkeit eines Lastprofiles, wobei bestimmten Betriebspunkten und/oder bestimmten Bereichen des Lastprofiles ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird.
Das heißt, das Lastprofil wird beispielsweise in einen Schwachlastbereich [Leerlauf], einen Teillastbereich und einen Volllastbereich unterteilt und/oder in jedem der Bereiche wird mindestens ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine festgelegt, wobei den Lastbereichen und/oder den Betriebspunkten eine Verschmutzungserhöhung oder eine Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird, der im Ringspaltraum 50; 50A, 50B des Brennraumes 40 im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Dabei ist vorgesehen, dass die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungserhöhung erfasst wird, zu einer Erhöhung eines Verschmutzungszählers oder die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungsreduzierung erfasst wird, zu einer Reduzierung des Verschmutzungszählers führen, so dass darüber der Verschmutzungsgrad des Ringspaltraumes 50; 50A, 50B des Brennraumes 40 im realen Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Lastprofiles ermittelbar ist. Mit anderen Worten, wird die Brennkraftmaschine im Serienbetrieb in „verunreinigenden“ Betriebspunkten beziehungsweise Lastbereichen betrieben, läuft ein Verschmutzungszähler „hoch“. Läuft die Brennkraftmaschine in günstigen Betriebspunkten beziehungsweise Lastbereichen, wo es zu einer Verschmutzungsreduzierung kommt, läuft der entsprechende Verschmutzungszähler herunter.
Wird im realen Betrieb vom Verschmutzungszähler ein kritischer Wert erreicht, werden Maßnahmen, insbesondere motorische Maßnahmen, getroffen, die das Brennverfahren in den „ungünstigen/verunreinigenden“ Betriebspunkten beziehungsweise „ungünstigen/verunreinigenden“ Lastbereichen derart beeinflussen, so dass sich die Ablagerungen lösen.
Vorgesehen ist, dass die Maßnahme/n b); (b1), b2), b3), b4)) in Abhängigkeit des Erreichens eines festlegbaren Grenzwertes, der dem kritischen Wert des ermittelten Verschmutzungsgrades entspricht, durchgeführt wird/werden.
Prinzipiell ist vorgesehen, dass durch Beeinflussung des auf die Brennkraftmaschine abgestimmten Brennverfahrens notwendige Drücke und/oder Temperaturen und/oder Ladungswechselbewegungen an der Spitze 30 der Einspritzdüse 20 anliegen, welche die Ablagerungen lösen und in der Folge bevorzugt im Brennraum 40 verbrennen oder mit dem Abgasstrom aus dem Brennraum 40 ausgetragen werden.
Mit anderen Worten, es werden als verschmutzungsreduzierende Maßnahmen b); (b1), b2), b3), b4)) Brennverfahrensstrategien so genannte Betriebsmodi appliziert, die bevorzugt dann gefahren werden, wenn sich der kritische Wert des ermittelten Verschmutzungsgrades einstellt, wobei die verschmutzungsreduzierenden Maßnahmen b); (b1), b2), b3), b4)) derart ausgestaltet sind, dass die Brennkraftmaschine trotz der durchgeführten verschmutzungsreduzierenden Maßnahmen insgesamt fahrverhaltensneutral betrieben wird.
Es wird vorgeschlagen, dass ausgehend von einem vorhandenen abgestimmten Brennverfahren in mindestens einem Zylinderraum 40 in einer entsprechenden Reinigungssequenz eine Einspritztiming-Variation b1) und/oder Einspritzmengen-Variation b2) als Betriebsmodi b1) und/oder b2) vorgegeben wird, wobei während dieser Reinigungssequenz der Druck und die Temperatur im Zylinderraum 40 derart verändert wird, dass sich die Ablagerungen aus dem Ringspaltraum 50; 50A, 50B lösen.
Die Reinigungssequenz wird entweder in einem Zylinderraum 40 oder in mehreren Zylinderräumen 40 gleichzeitig durchgeführt.
Mit anderen Worten, in einer Ausführungsform wird mittels der Reinigungssequenz eine Druck- und Temperaturerhöhung nur in einem Zylinderraum 40 und in einer anderen Ausführungsform werden entsprechende Reinigungssequenzen zum Durchlauf aller Zylinder nacheinander vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform werden Reinigungssequenzen zur Druck- und Temperaturerhöhung im Zylinderraum 40 auf mehreren Zylindern gleichzeitig durchgeführt, das heißt, es findet eine so genannte globale Reinigung der Ringspalträume 50; 50A, 50B in mehreren Zylinderräumen 40 gleichzeitig statt.
Schließlich werden in einer anderen Ausführungsform mittels entsprechender Reinigungssequenzen Druck- und Temperaturerhöhungen in einem oder mehreren Zylinderräumen 40 vorgesehen, wobei gleichzeitig eine Druck- und Temperaturreduktion auf anderen Zylindern im Sinne einer Lastpunktverschiebung durchgeführt wird.
Bekannt ist, dass insbesondere bei einem Dieselmotor das innere Moment resultierend aus der Verbrennung im Brennraum 40 in gewissen Grenzen um den OT (oberen Totpunkt des Zylinderkolbens) direkt mit der in den Brennraum 40 eingespritzten Kraftstoffmenge korreliert.
Gemäß dem Betriebsmodi b1) sind Reinigungssequenzen vorgesehen, in welchen beispielsweise gezielt in einem einzigen Zylinderraum 40 (die anderen bleiben unverändert) ein Einspritzbeginn (der möglichen Vor-/Haupt- und Nacheinspritzungen) nach früh-vor-OT(vor den oberen Totpunkt des Zylinderkolbens)-Reinigungssequenzen verschoben wird. Dadurch ändert sich der Brennbeginn im Brennraum 40 und es wird im oberen Totpunkt des Zylinderkolbens ein Vielfaches des in dem abgestimmten Brennverfahren erzeugten Maximaldrucks erzeugt. Mit anderen Worten, es wird ein Reinigungsdruck und eine einhergehende Reinigungstemperatur erzeugt, der/die oberhalb des Maximaldrucks und der Maximaltemperatur der für das Lastprofil der Brennkraftmaschine abgestimmten Brennverfahren liegt/liegen, wobei die Veränderung des Einspritzbeginns das vom Zylinderkolben in dem einzigen hinsichtlich des Brennbeginns vertrimmten Zylinderraumes 40 an die Kurbelwelle abgegebene Drehmoment nahezu gleichbleibt.
Gemäß dem Betriebsmodi b2) ist vorgesehen, dass beispielsweise gezielt in einem einzigen Zylinderraum 40 (die anderen bleiben unverändert) eine Einspritzmenge (der möglichen Vor-/Haupt- und Nacheinspritzungen) in einer Reinigungssequenz gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren erhöht wird. Dadurch ändert sich jetzt nicht der Brennbeginn im Brennraum 40, jedoch wird trotzdem ein erhöhter Druck am Zylinderkolben erzeugt, der zumindest dem Maximaldruck in einem Volllastbetrieb dieses Zylinderraumes 40 bei der entsprechenden Temperatur entspricht. Mit anderen Worten, es wird auch bei diesem zweiten Betriebsmodi b2) ein Reinigungsdruck und eine einhergehende Reinigungstemperatur erzeugt, der/die zumindest bei dem Betrag des Maximaldrucks und der Maximaltemperatur der für das Lastprofil der Brennkraftmaschine abgestimmten Brennverfahren im Volllastbereich liegt, wobei durch die Veränderung der Einspritzmenge das vom Zylinderkolben in dem einzigen hinsichtlich der Einspritzmenge vertrimmten Zylinderraum 40 an die Kurbelwelle abgegebene Drehmoment erhöht wird, die jedoch, wie an anderer Stelle erläutert ist, kompensiert wird, um eine drehmomentneutrale Reinigungssequenz zu fahren, die der Nutzer durch ein unverändertes Fahrverhalten nicht bemerkt.
Ferner wird noch ein vierter Betriebsmodus b4) offenbart, bei dem die erläuterte mechanische Anregung der freiliegenden, das heißt relativ zum Gehäuse 10 beweglichen, außerhalb des Gehäuses 10 angeordneten Spitze 30 besonders stark zu Schwingungen angeregt und somit der Ringspaltraum 50; 50A, 50B des Brennraumes 40 gereinigt werden kann, wenn ein hoher Druckgradient erzeugt wird. Insbesondere ein Ablösen von Ablagerungen im kleineren Spaltbereich 50B mit dem kleineren Spaltmaß (vergleiche 1) ist durch Erzeugung eines hohen Druckgradienten möglich, da eine Reinigungssequenz mit gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren vergleichsweise höheren Druckgradienten schließlich zu größeren Amplituden der Spitze 30 relativ zum Gehäuse 10 führt, wodurch eine verbesserte Wirkung in dem kleineren Spaltbereich 50B bewirkt wird.
Zur Erzeugung der höheren Druckgradienten innerhalb der erläuterten Reinigungssequenzen wird/werden die Anzahl der Einspritzungen, die Aufteilung der Gesamteinspritzmenge und die Spritzbeginne bei gleichem Energieeintrag so verändert, dass der gewünschte Effekt der Erhöhung des Druckgradienten erzielt wird. Ein Beispiel: Bei einem Standardpattern von fünf Einspritzungen wird innerhalb der Reinigungssequenz des vierten Betriebsmodus b4) auf drei Einspritzungen verzichtet. Mit anderen Worten, bei dem hinsichtlich des abgestimmten Brennverfahrens vorgesehenen Einspritzzeitpunkten kommt es zu einer Reduktion von fünf auf nur zwei Einspritzungszeitpunkte mit entsprechender Anpassung der Gesamteinspritzmenge auf diese beiden Einspritzungen, wodurch der gewünschte erhöhte Druckgradient generiert werden kann, welcher die Spitze 30 der Einspritzdüse 20 beispielsweise kurz nach dem OT (oberer Totpunkt des Zylinderkolbens) stark zum Schwingen anregt.
Bekannt ist, dass insbesondere bei Volllastfahrten, das heißt im so genannten Volllastbereich, Ablagerungen abgelöst werden, das heißt, eine entstandene Verschmutzung im Ringspaltraum 50; 50A, 50B durch Volllastfahrten wieder reduziert werden kann.
Im Volllastbereich wird unter Berücksichtigung der Parameter des für die jeweilige Brennkraftmaschine abgestimmten Brennverfahrens im Brennraum 40 der Maximaldruck und die Maximaltemperatur erreicht, so dass die im Gehäuse 10 angeordnete Einspritzdüse 20 und die freiliegende, außerhalb des Gehäuses 10 angeordnete Spitze 30 in mechanische Schwingungen versetzt wird.
Liegt jetzt, wie erläutert, ein Reinigungsdruck und eine Reinigungstemperatur an, die zumindest dem Maximaldruck und der Maximaltemperatur im Zylinderraum 40 im Volllastbereich der Brennkraftmaschine entsprechen oder sogar noch einen höheren Betrag aufweisen, findet ebenfalls der gewünschte Reinigungseffekt statt, bei dem Ablagerungen aus dem Ringspaltraum 50; 50A, 50B wieder gelöst werden. Mit anderen Worten, durch eine bewusst hervorgerufene Druckerhöhung und die damit zwangsläufig verbundene Temperaturerhöhung auch außerhalb des Volllastbereiches (die zumindest in einem Volllastbereich ebenfalls erreicht werden), ist sichergestellt, dass sich die Ablagerungen zwischen Spitze 30 der Einspritzdüse 20 und Zylinderkopfbohrung (wieder) ablösen.
Vorgesehen ist, dass die Reinigungssequenzen, die auf mindestens einem der Betriebsmodi b); b1), b2), b3), b4) oder einer Kombination davon basieren, im Schwachlastbereich und/oder im Teillastbereich oder in vorgebbaren Betriebspunkten innerhalb des Schwachlastbereiches und/oder Teillastbereiches durchgeführt werden. Das heißt, die Ablagerungen werden erfindungsgemäß nicht mehr nur im serienmäßigen Volllastbereich reduziert, sondern es kommt durch die erläuterten Reinigungssequenzen zu einem zusätzlichen Reinigungseffekt, indem die Maßnahmen außerhalb des serienmäßigen Volllastbereiches ergriffen werden. Diese Methodik stellt gegenüber dem Stand der Technik einen der wesentlichen Vorteile dar, denn es ist bisher nicht bekannt, insbesondere bei Fahrzeugen, die beispielsweise über einen längeren Zeitraum nur im Schwachlastbereich betrieben werden, Ablagerungen (ohne den Austausch von Bauzeilen vorzusehen) außerhalb des Volllastbereiches zu entfernen.
Zusammenfassend ist es somit vorgesehen, das serienmäßige Brennverfahren mindestens eines einzigen Zylinders gemäß den vorgeschlagenen Maßnahmen b); (b1), b2), b3), b4)) derart zu vertrimmen und die Maßnahmen b); (b1), b2), b3), b4)) insbesondere im Schwachlastbereich und/oder Teillastbereich aktiv zu schalten, so dass es der Bildung der Verkokung entgegenwirkt beziehungsweise vorhandene Verkokungen entfernt.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse einer Brennkraftmaschine
20: Einspritzdüse
30: Spitze
31: Düsenöffnungen
40: Brennraum; Zylinderraum
50: verschmutzungsgefährdeter Raum, Ringspalt
50A: großer Spaltbereich
50B: kleiner Spaltbereich
60: Dichtring zum Brennraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009042155 A1 [0003]
DE 112008200574 T5 [0004]
WO 2013/068173 A1 [0005]
DE 102009009796 B3 [0006]
DE 102016125156 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Diagnose und Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einer in einen Brennraum (40) ragenden Einspritzdüse (20), die von einem verschmutzungsgefährdeten Raum umgeben ist, in dem sich Ablagerungen bilden, wobei der Raum zwischen der Einspritzdüse (20) und einem die Einspritzdüse (20) aufnehmenden Gehäuse (10) der Brennkraftmaschine gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Verschmutzungsgrad des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50) ermittelt wird und b) in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50; 50A, 50B) mindestens eine Maßnahme (b1), b2), b3), b4)) durchgeführt wird, mittels der die Ablagerungen in dem verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50; 50A, 50B) des Brennraumes (40) der jeweiligen Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand Verbrennungsparameter und Emissionsbestandteile erfasst werden, denen durch Feststellung der sich im verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) bildenden Verschmutzung kennlinienartig ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung über der Zeit zugeordnet wird, wobei der jeweilige Beitrag im verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsparameter eine Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eine Abgastemperatur und/oder als Emissionsbestandteile eine Rußmenge und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen im Abgas erfasst wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Verschmutzungsgrades des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50; 50A, 50B) des Brennraumes (40) der jeweiligen Brennkraftmaschine auf dem Prüfstand in Abhängigkeit eines Lastprofiles erfolgt, wobei mindestens einem bestimmten Betriebspunkt und/oder mindestens einem bestimmten Bereich des Lastprofiles ein Beitrag zur Verschmutzungserhöhung oder ein Beitrag zur Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastprofil in einen Schwachlastbereich, einen Teillastbereich und einen Volllastbereich unterteilt wird oder in jedem der Bereiche mindestens ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine festgelegt wird, wobei den Lastbereichen und/oder den Betriebspunkten eine Verschmutzungserhöhung oder eine Verschmutzungsreduzierung zugeordnet wird, der im verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) im realen Betrieb der Brennkraftmaschine zu dem bestimmten Verschmutzungsgrad über der Zeit führt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungserhöhung erfasst wird, zu einer Erhöhung eines Verschmutzungszählers oder die Lastbereiche und/oder Betriebspunkte, in denen eine Verschmutzungsreduzierung erfasst wird, zu einer Reduzierung des Verschmutzungszählers führen, so dass der Verschmutzungsgrad des verschmutzungsgefährdeten Raumes (50; 50A, 50B) im realen Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Lastprofiles ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme (b); b1), b2), b3), b4)) in Abhängigkeit des Erreichens eines festlegbaren Grenzwertes des gemäß Anspruch 6 ermittelten Verschmutzungsgrades durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Brennraum (40) der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme (b)) ein erster Betriebsmodus (b1)) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder mindestens ein Einspritzzeitpunkt mindestens einer Einspritzung an einer einem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle nahezu drehmomentneutral nach früh verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Brennraum (40) der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme (b))ein zweiter Betriebsmodus (b2)) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder an der dem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle drehmomenterhöhend eine Einspritzmenge erhöht wird, wobei die Erhöhung des Drehmomentes durch eine gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren vorgenommene Reduzierung der Einspritzmenge eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Brennraum (40) der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme (b)) ein dritter Betriebsmodus (b3)) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder an der dem Zylinderkolben zugeordneten Antriebswelle drehmomenterhöhend eine Einspritzmenge erhöht wird, wobei die Erhöhung des Drehmomentes durch eine gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren vorgenommene Lastpunktverschiebung insbesondere durch eine Lastaufschaltung eines Zusatzverbrauchers oder durch eine zylinderindividuelle Lastpunktverschiebung mindestens eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Brennraum (40) der Brennkraftmaschine im realen Betrieb ein hinsichtlich Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Anzahl und Menge der Vor- und Haupteinspritzung sowie Einspritzdruck [Raildruck] aufeinander abgestimmtes Brennverfahren zugeordnet ist, von dem in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades abgewichen wird, indem als Maßnahme (b)) ein vierter Betriebsmodus (b4)) aktiviert wird, bei dem gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren an mindestens einem Zylinder Einspritzzeitpunkte bei gleicher Einspritzmenge drehmomentneutral verschoben oder bei gleicher Einspritzmenge drehmomentneutral reduziert werden, wodurch im Brennraum (40) gegenüber dem abgestimmten Brennverfahren eine Druckgradientenerhöhung bewirkt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsmodi (b1)) und/oder (b2)) und/oder (b3)) und/oder (b4)) miteinander kombiniert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des festlegbaren Grenzwertes eine Reinigungssequenz aktiviert wird, die mindestens einen der Betriebsmodi (b1)) und/oder (b2)) und/oder (b3)) und/oder (b4)) umfasst.
Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, aufweisend eine Einspritzanlage mit mindestens einer Einspritzdüse (20), wobei die Einspritzanlage der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose und Steuerung der Brennkraftmaschine zur Beseitigung von Ablagerungen in einem verschmutzungsgefährdeten Raum (50; 50A, 50B) zwischen der Einspritzdüse (20) und einem die Einspritzdüse (20) aufnehmenden Gehäuse (10) der Brennkraftmaschine auszuführen, wobei die Einspritzanlage eine Steuereinrichtung aufweist, in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind.