DE102019203910B4

DE102019203910B4 - Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE102019203910B4
Application number: DE102019203910.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kottke; Horst Weidele; Albrecht Debelak; Andreas Schneider; Peter Semling
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: DE102019203910A1

Abstract

Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten:
- Unterbrechen einer Gaszufuhr (20) zu einer Brenngasversorgungsstrecke (5), der wenigstens ein Gaseinblasventil (7) zugeordnet ist;
- Erfassen eines Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5);
- Erfassen eines Zielortdrucks stromabwärts des Gaseinblasventils (7);
- Ermitteln eines Modell-Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5) für ein vorbestimmtes Öffnungsmuster des Gaseinblasventils (7) anhand des Brenngasdrucks und des Zielortdrucks;
- Ansteuern des Gaseinblasventils (7) mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster im Betrieb der Brennkraftmaschine (1);
- Erfassen eines Ist-Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5) während der Ansteuerung des Gaseinblasventils (7) mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster;
- Vergleichen des Ist-Drucks mit dem Modell-Druck unter Erhalt eines Vergleichsergebnisses, und
- Bewerten einer Funktion der Gaseinblaseinrichtung (3) anhand des Vergleichsergebnisses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Gaseinblaseinrichtung.
Eine solche Gaseinblaseinrichtung weist eine Brenngasversorgungsstrecke mit wenigstens einem Gaseinblasventil auf, das auch als Gas Admission Valve (GAV) bezeichnet wird. Die Gaseinblaseinrichtung ist eingerichtet, um wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine - direkt oder indirekt - über das Gaseinblasventil Brenngas zur Verbrennung in dem wenigstens einen Brennraum zuzuführen. Dabei ist es wichtig, dass das Gaseinblasventil in Hinblick auf sein Öffnungs- und Schließverhalten korrekt funktioniert, insbesondere zu einem vorbestimmten Zeitpunkt öffnet und zu einem weiteren vorbestimmten Zeitpunkt, insbesondere nach einer vorbestimmten Öffnungsdauer, wieder korrekt geschlossen wird. Schließt das Gaseinblasventil nicht vollständig, wird dauerhaft Brenngas in einen Bereich vor dem Brennraum oder in den Brennraum zugeführt, was zu unkontrollierten Verbrennungen und/oder Detonationen in einem Ansaugtrakt, in dem Brennraum selbst und/oder in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine führen kann.
Es ist möglich, die Funktion des Gaseinblasventils indirekt über einen Brennraumdruckverlauf zu überwachen, wobei ein Druckverlauf im Inneren des Brennraums erfasst und aufgezeichnet wird. Kommt es allerdings zu Fehlmessungen hierfür vorgesehener Brennraumdrucksensoren oder fallen diese dauerhaft aus, kann nicht mit Sicherheit festgestellt werden, woraus der Defekt resultiert, ob nämlich das Gaseinblasventil fehlerhaft arbeitet, oder ob der entsprechende Brennraumdrucksensor einen Fehler aufweist. Aus Sicherheitsgründen muss dann die Brennkraftmaschine insgesamt abgeschaltet werden, was insbesondere bei mobilen Anwendungen unter Umständen vermieden werden muss. Insbesondere bei maritimen Anwendungen oder Luftfahrtanwendungen muss sichergestellt werden, dass die Brennkraftmaschine zumindest in einem sogenannten Limp-Home-Betriebsmodus weiterbetrieben werden kann.
Aus DE 10 2016 218 915 A1 und DE 10 2016 112 541 A1 gehen Verfahren zur Diagnose von Gaseinblasventilen bei Gasmotoren hervor. Dabei werden die Gaseinblasventile über die Erfassung elektrischer Kenngrößen überwacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Eine Gaszufuhr zu der Brenngasversorgungsstrecke wird unterbrochen. Ein Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke stromaufwärts des Gaseinblasventils wird erfasst. Weiterhin wird ein Zielortdruck stromabwärts des Gaseinblasventils erfasst. Es wird ein Modell-Druck in der Brenngasversorgungsstrecke für ein vorbestimmtes Öffnungsmuster des Gaseinblasventils anhand des Brenngasdrucks und des Zielortdrucks ermittelt. Das Gaseinblasventil wird mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster im Betrieb der Brennkraftmaschine angesteuert. Ein Ist-Druck wird in der Brenngasversorgungsstrecke während der Ansteuerung des Gaseinblasventils mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster erfasst. Der Ist-Druck wird mit dem Modell-Druck unter Erhalt eines Vergleichsergebnisses verglichen, und eine Funktion der Gaseinblaseinrichtung wird anhand des Vergleichsergebnisses bewertet. Mithilfe des Verfahrens ist es insbesondere möglich sicher festzustellen, ob die Gaseinblaseinrichtung korrekt arbeitet, wobei insbesondere eine Fehlfunktion des Gaseinblasventils anhand des Vergleichsergebnisses identifiziert werden kann. Dabei kann direkt die Funktion der Gaseinblaseinrichtung überprüft werden, sodass das hier vorgeschlagene Verfahren nicht von der korrekten Funktion anderer Sensoren abhängt, die nicht unmittelbar der Versorgung des wenigstens einen Brennraums mit Frischgas zugeordnet sind, insbesondere wird nicht auf einen Brennraumdrucksensor zurückgegriffen. Brennkraftmaschinen weisen typischerweise ohnehin Druckmesseinrichtungen auf, die angeordnet und eingerichtet sind, um einerseits den Brenngasdruck und andererseits den Zielortdruck zu erfassen, sodass insoweit keine zusätzlichen Bauteile/Sensoren benötigt werden. Es bedarf lediglich einer Implementierung des Verfahrens in eine Steuerung der Brennkraftmaschine, sodass das Verfahren auch als Nachrüstlösung zur Verfügung steht.
Dass eine Funktion der Gaseinblaseinrichtung bewertet wird, bedeutet insbesondere, dass eine Funktionsfähigkeit der Gaseinblaseinrichtung bewertet wird. Es wird also insbesondere bewertet, ob die Gaseinblaseinrichtung, insbesondere das wenigstens eine Gaseinblasventil, bestimmungsgemäß funktioniert. Bevorzugt wird dann, wenn eine nichtbestimmungsgemäße Funktion der Gaseinblaseinrichtung festgestellt wird, ermittelt, welche Art Fehler oder welchen Fehler die Gaseinblaseinrichtung, insbesondere das wenigstens eine Gaseinblasventil, aufweist.
Dass die Gaszufuhr zu der Brenngasversorgungsstrecke unterbrochen wird, bedeutet insbesondere, dass die Gaszufuhr zu der Brenngasversorgungsstrecke geschlossen wird. Dies wiederum bedeutet, dass der Brenngasversorgungsstrecke kein neues Brenngas mehr zugeführt werden kann, sodass bei einem Öffnen das Gaseinblasventil lediglich Brenngas aus der Brenngasversorgungsstrecke über das Gaseinblasventil entweicht, jedoch kein neues Brenngas nachströmt. Somit sinkt der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke mit jedem Öffnen des wenigstens einen Gaseinblasventils.
Die Gaszufuhr umfasst bevorzugt eine Gasregeleinrichtigung, die eingerichtet ist, um den Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke zu regeln. Insbesondere umfasst die Gaszufuhr bevorzugt ein Gaszufuhrventil oder Gasregelventil. Wird die Gaszufuhr unterbrochen, wird zugleich die Regelung des Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke unterbrochen. Wie bereits ausgeführt, sinkt dieser dann mit jeder Öffnung des wenigstens einen Gaseinblasventil, ohne dass der Brenngasdruck nachgeregelt wird.
Die Gaszufuhr wird insbesondere in einem Prüfbetrieb der Gaseinblaseinrichtung unterbrochen. Insbesondere wird das Verfahren in dem Prüfbetrieb oder Prüfbetriebsmodus durchgeführt. In einem Normalbetrieb oder Normalbetriebsmodus wird dagegen der Brenngasdruck geregelt, insbesondere durch Ansteuerung der Gaszufuhr, insbesondere eines Gaszufuhrventils oder Gasregelventils.
Das wenigstens eine Gaseinblasventil zweigt insbesondere aus der Brenngasversorgungsstrecke ab. Die Brenngasversorgungsstrecke ist insbesondere ein Teilstück einer Brenngasleitung, aus der das wenigstens eine Gaseinblasventil abzweigt, um Brenngas aus der Brenngasleitung zu dem wenigstens einen Brennraum durchzulassen. Insbesondere ist in der Brenngasversorgungsstrecke reines Brenngas - ohne Verbrennungsluft - angeordnet.
Unter einem Brenngas wird ein brennbares Gas oder ein brennbares Gasgemisch verstanden, das unter Normalbedingungen, insbesondere bei 1013 mbar und 25 °C gasförmig ist. Ein brennbares Gasgemisch weist wenigstens ein brennbares Gas auf. Das Brenngas weist in bevorzugter Ausgestaltung Wasserstoff und/oder Methan auf. Insbesondere kann es sich bei dem Brenngas um Erdgas, insbesondere verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas - LNG), komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG), Biogas, Deponiegas, Klärgas, Fackelgas, ein Prozessgas der chemischen Industrie, Montanindustrie und/oder Hüttenindustrie, ein Schwachgas, ein Sondergas, ein Rohstoffbegleitgas, oder ein anderes geeignetes Gas oder ein Gemisch aus wenigstens zwei der zuvor genannten Gase, handeln.
Dass das wenigstens eine Gaseinblasventil aus der Brenngasversorgungsstrecke abzweigt, bedeutet insbesondere, dass das Gaseinblasventil mit der Brenngasversorgungsstrecke derart strömungstechnisch verbunden ist, dass die Brenngasversorgungsstrecke stromaufwärts des Gaseinblasventils angeordnet ist. Durch Öffnen des Gaseinblasventils kann Brenngas aus der Brenngasversorgungsstrecke ausgeleitet werden.
Unter einem Zielort wird insbesondere ein Ort verstanden, in den das Gaseinblasventil einmündet. Der Zielort ist also strömungstechnisch stromabwärts des Gaseinblasventils angeordnet. Wird das Gaseinblasventil geöffnet, gibt es eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Brenngasversorgungsstrecke und dem Zielort frei. Ist das Gaseinblasventil geschlossen, trennt es die Brenngasversorgungsstrecke strömungstechnisch von dem Zielort. Der Zielort kann insbesondere ein Ansaugtrakt oder Ladetrakt, insbesondere Ansaugkrümmer sein, vorzugsweise ein Abzweig eines solchen unmittelbar vor einem Brennraum, oder aber der Brennraum selbst. In dem ersten Fall ist das Gaseinblasventil eingerichtet, um dem Brennraum das Brenngas mittelbar oder indirekt zuzuführen; in dem zweiten Fall ist das Gaseinblasventil eingerichtet, um dem Brennraum das Brenngas direkt oder unmittelbar zuzuführen.
Es ist möglich, dass das Gaseinblasventil eingerichtet ist, um das Brenngas brennraumindividuell zuzuführen. In diesem Fall ist jedem Brennraum mindestens ein separates Gaseinblasventil zugeordnet. Münden dabei die Gaseinblasventile in den Ansaugtrakt, insbesondere in den Ansaugkrümmer, wird dies auch als Mehrpunkteindüsung (Multi Point Injection - MPI) bezeichnet. Alternativ ist jedem Brennraum wenigstens ein Gaseinblasventil zur Direkteindüsung von Brenngas zugeordnet.
Es ist aber auch möglich, dass einer Mehrzahl von Brennräumen, beispielsweise einer Zylinderbank, ein gemeinsames Gaseinblasventil zugeordnet ist. Dies wird auch als Einzelpunkteindüsung (Single Point Injection - SPI) bezeichnet.
Der Zielortdruck ist insbesondere der Druck an dem Zielort. Ist der Zielort der Ansaugtrakt oder Ansaugkrümmer, ist der Zielortdruck insbesondere ein momentaner Ansaugdruck oder Ladedruck, insbesondere Verbrennungsluftdruck, der Brennkraftmaschine.
Unter einem vorbestimmten Öffnungsmuster für das Gaseinblasventil wird insbesondere eine Anzahl von Öffnungsereignissen, eine Dauer eines einzelnen Öffnungsereignisses, und/oder ein Öffnungsverhalten des Gaseinblasventils verstanden. Dabei schließt der Begriff „Öffnungsverhalten“ ein oder betrifft bevorzugt die Frage, wie schnell das Gaseinblasventil öffnet und schließt, das heißt welche Zeit es für eine Verlagerung aus dem vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand einerseits, und aus dem vollständig geöffneten Zustand in den vollständig geschlossenen Zustand andererseits, benötigt. Das vorbestimmte Öffnungsmuster kann ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine oder eine Mehrzahl von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine umfassen. Es ist offensichtlich, dass das Öffnungsmuster entscheidend den Druckverlauf in der Brenngasversorgungsstrecke beeinflusst.
Weiterhin beeinflussen der momentane Brenngasdruck und der Zielortdruck das zeitliche Verhalten des Brenngasdrucks. Insbesondere ist ein Differenzdruck, das heißt eine Druckdifferenz zwischen dem Brenngasdruck und dem Zielortdruck, bestimmend für den Brenngasmassenstrom aus der Brenngasversorgungsstrecke zu dem Zielort, wenn das Gaseinblasventil geöffnet wird.
Dass das Gaseinblasventil mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster im Betrieb der Brennkraftmaschine angesteuert wird, bedeutet insbesondere, dass das Gaseinblasventil angesteuert wird, um während des befeuerten Betriebs der Brennkraftmaschine Brenngas zur Verbrennung in den Brennraum einzubringen. Es wird also nicht etwa ein separater Testlauf ohne Verbrennung in dem Brennraum durchgeführt; vielmehr wird das Verfahren im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine - insbesondere ohne Unterbrechung des Betriebs der Brennkraftmaschine - durchgeführt. Vorteilhaft ergibt sich bei der Durchführung des Verfahrens keine Auswirkung auf den Betrieb der Brennkraftmaschine, sodass ein Nutzer der Brennkraftmaschine nicht durch die Durchführung des Verfahrens beeinträchtigt wird und im besten Fall gar nicht erfährt, dass das Verfahren durchgeführt wird. Das Verfahren kann aber alternativ auch mit einem Prüfgas durchgeführt werden, insbesondere einem Inertgas, insbesondere Druckluft, Stickstoff, Kohlendioxid, oder einem anderen geeigneten Gas.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem stationären Betriebspunkt, durchgeführt. Dies erlaubt eine sichere und störungsfreie Durchführung des Verfahrens. Besonders bevorzugt wird das Verfahren im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine oder im Schleppbetrieb durchgeführt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass festgestellt wird, dass die Brenngasversorgungsstrecke ein Leck aufweist, wenn der Modell-Druck größer ist als der Ist-Druck. Der Druck in der Brenngasversorgungsstrecke fällt demnach bei Ansteuerung des Gaseinblasventils mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster stärker ab, als dies der für die funktionstüchtige Gaseinblaseinrichtung getroffenen Annahme entspricht. Insbesondere ist es möglich, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil, oder wenigstens ein Gaseinblasventil einer Mehrzahl von Gaseinblasventilen, eine Leckage aufweist. Es wird dann bevorzugt eine Meldung an den Nutzer der Brennkraftmaschine ausgegeben, sodass eine Überprüfung und gegebenenfalls Reparatur veranlasst werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt festgestellt, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil nicht korrekt öffnet, wenn der Modell-Druck kleiner ist als der Ist-Druck. In diesem Fall fällt der Druck in der Brenngasversorgungsstrecke bei Ansteuerung des Gaseinblasventils mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster weniger stark ab, als dies prognostiziert ist. Es entweicht also weniger Brenngas aus der Brenngasversorgungsstrecke als vorhergesagt. Dies lässt darauf schließen, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil, oder wenigstens ein Gaseinblasventil einer Mehrzahl von Gaseinblasventilen, nicht korrekt öffnet. Bevorzugt wird in diesem Fall eine Warnmeldung an einen Nutzer der Brennkraftmaschine ausgegeben, sodass eine Überprüfung und gegebenenfalls Reparatur veranlasst werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird festgestellt, dass die Gaseinblaseinrichtung korrekt funktioniert, wenn der Modell-Druck - innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs - dem Ist-Druck entspricht. In diesem Fall verhält sich der Druck in der Brenngasversorgungsstrecke bei Ansteuern des Gaseinblasventils mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster wie prognostiziert, sodass darauf geschlossen werden kann, dass kein Fehler vorliegt. Der Toleranzbereich berücksichtigt in bevorzugter Weise, dass das tatsächliche Verhalten des Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke nur mit begrenzter Genauigkeit vorhergesagt werden kann.
Entsprechend kommen geeignete Toleranzbereiche bevorzugt auch zur Anwendung, um festzustellen, ob der Ist-Druck kleiner oder größer ist als der Modell-Druck.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Modell-Druck ein Modell-Druckverlauf und als Ist-Druck ein Ist-Druckverlauf erfasst werden. Sowohl der Modell-Druck als auch der Ist-Druck werden also bevorzugt als zeitabhängige Druckverläufe ermittelt/erfasst, wobei insbesondere auch die entsprechenden zeitlichen Druckverläufe miteinander verglichen werden, um das Vergleichsergebnis zu erhalten. Dabei kann insbesondere festgestellt werden, ob der Ist-Druck wie prognostiziert abfällt, oder ob er schneller oder langsamer abfällt, als es gemäß dem Modell-Druckverlauf vorhergesagt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil gemäß dem vorbestimmten Öffnungsmuster für eine Mehrzahl von Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine zum Einbringen von Brennstoff in den Brennraum angesteuert wird. Die Funktion der Gaseinblaseinrichtung wird also über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen überwacht. somit ergibt sich ein besonders verlässliches Ergebnis aus dem Verfahren und damit eine besonders verlässliche Beurteilung der Funktion der Gaseinblaseinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Zielort ein Verbrennungslufttrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts des Brennraums verwendet wird, wie dies bereits zuvor erläutert wurde. Der Verbrennungslufttrakt ist dabei insbesondere der Ansaug- oder Ladetrakt, insbesondere ein Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke vor dem Unterbrechen der Gaszufuhr angehoben wird.
Insbesondere wird der Brenngasdruck bevorzugt über einen für den Normalbetrieb vorgesehenen Soll-Brenngasdruckwert angehoben. Dies stellt sicher, dass die Brennkraftmaschine auch bei Durchführen des Verfahrens, insbesondere bei einem Absinken des Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke, noch bestimmungsgemäß funktioniert, und dass insbesondere zu jeder Zeit während der Durchführung des Verfahrens genügend Brenngas in den wenigstens einen Brennraum eingebracht werden kann. Insbesondere wird auf diese Weise eine Brenngasreserve in der Brenngasversorgungsstrecke bereitgestellt, die berücksichtigt, dass während der Durchführung des Verfahrens unter Unterbrechung der Gaszufuhr keine Nachregelung des Brenngasdrucks erfolgen kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils an den momentanen Brenngasdruck angepasst wird. Dies stellt einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine während der Durchführung des Verfahrens in besonders geeigneter Weise sicher. Insbesondere kann die Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils zu Beginn des Verfahrens verkürzt werden, wenn der Brenngasdruck über den für den Normalbetrieb vorgesehenen Soll-Brenngasdruckwert angehoben wurde, um eine bestimmungsgemäße Brenngasmenge, insbesondere Brenngasmasse, zu dosieren. Fällt im Laufe des Verfahrens dann der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke ab, kann die Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils entsprechend nachgeführt, insbesondere nachgeregelt werden, wobei sie mit abfallendem Brenngasdruck verlängert wird. Besonders bevorzugt wird die Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils dynamisch an den momentanen Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke angepasst.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine Gaseinblaseinrichtung mit einer Brenngasversorgungsstrecke und wenigstens einem Gaseinblasventil aufweist. Die Brennkraftmaschine weist weiterhin wenigstens einen Brennraum auf, wobei die Gaseinblaseinrichtung eingerichtet ist, um dem Brennraum Brenngas zuzuführen. Die Brennkraftmaschine weist weiterhin bevorzugt eine Steuereinrichtung auf, die mit der Gaseinblaseinrichtung wirkverbunden ist, und die außerdem eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile.
Das Gaseinblasventil zweigt bevorzugt aus der Brenngasversorgungsstrecke ab.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen Verbrennungslufttrakt, insbesondere einen Ansaug- oder Ladetrakt, auf, der eingerichtet ist, um dem wenigstens einen Brennraum Verbrennungsluft zuzuführen. Vorzugsweise mündet das wenigstens eine Gaseinblasventil in den Verbrennungslufttrakt. Dabei ist es möglich, dass einer Mehrzahl von Brennräumen der Brennkraftmaschine ein gemeinsames Gaseinblasventil zugeordnet ist. Es ist alternativ möglich, dass jedem Brennraum separat wenigstens ein Gaseinblasventil zugeordnet ist. Es ist auch möglich, dass jedem Brennraum ein Gaseinblasventil zur Direkteindüsung von Brenngas in den Brennraum zugeordnet ist.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen ersten Drucksensor zur Erfassung eines Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke auf. Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen zweiten Drucksensor zur Erfassung eines Zielortdrucks an einem Zielort auf, in welchen das Gaseinblasventil mündet. Der Zielort ist insbesondere der Verbrennungslufttrakt oder alternativ ein Brennraum der Brennkraftmaschine. Der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor sind vorzugsweise mit der Steuereinrichtung wirkverbunden, sodass diese die durch die Drucksensoren gemessenen Drücke erfassen kann.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen ersten Temperatursensor zur Erfassung einer Brenngastemperatur in der Brenngasversorgungsstrecke sowie einen zweiten Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur an dem Zielort auf. Die Temperatursensoren sind vorzugsweise mit der Steuereinrichtung wirkverbunden, sodass die durch die Temperatursensoren gemessenen Temperaturen durch die Steuereinrichtung erfasst werden können. Vorzugsweise werden die Temperaturen in die Ermittlung des Modell-Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke mit herangezogen.
Die Gaseinblaseinrichtung weist vorzugsweise eine Gaszufuhr, vorzugsweise mit einer Gasregeleinrichtung zur Regelung des Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke auf einen Soll-Brenngasdruckwert, auf. Die Gasregeleinrichtung ist bevorzugt mit der Steuereinrichtung zu deren Ansteuerung wirkverbunden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet, das heißt eingerichtet zum Betrieb mit einem Brenngas als Brennstoff.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere eine Mehrzahl identisch ausgebildeter Brennräume, auf. Insbesondere ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine vier, sechs, acht, zehn, zwölf, vierzehn, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Brennräume aufweist. Es ist aber auch eine andere, insbesondere kleinere oder größere Anzahl von Brennräumen möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine als Hubkolbenmotor ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
2 eine diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die eine Gaseinblaseinrichtung 3 mit einer Brenngasversorgungsstrecke 5 aufweist, wobei aus der Brenngasversorgungsstrecke 5 ein Gaseinblasventil 7 abzweigt. Die Brennkraftmaschine 1 weist weiterhin wenigstens einen Brennraum 8 auf, wobei die Gaseinblaseinrichtung 3 eingerichtet ist, um dem Brennraum 8 Brenngas zuzuführen. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 9 auf, die mit der Gaseinblaseinrichtung 3 wirkverbunden ist, und die eingerichtet ist zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen Verbrennungslufttrakt 11 auf, der hier insbesondere als Ladetrakt ausgebildet ist, wobei der Verbrennungslufttrakt 11 eingerichtet ist, um dem Brennraum 8 Verbrennungsluft zuzuführen. Insbesondere mündet hier das Gaseinblasventil 7 in den Verbrennungslufttrakt 11 stromaufwärts des Brennraums 8.
Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl von - bevorzugt identisch ausgebildeten - Brennräumen 8 aufweist. Insbesondere kann sie vier, sechs, acht, zehn, zwölf, vierzehn, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Brennräume 8 aufweisen, es ist aber auch eine andere, insbesondere kleinere oder größere Anzahl an Brennräumen 8 möglich. Es ist möglich, dass das Gaseinblasventil 7 einer Mehrzahl von Brennräumen 8 gemeinsam zugeordnet ist, wobei dann insbesondere eine Einzelpunkteindüsung verwirklicht wird. Alternativ ist es möglich, dass jedem Brennraum 8 separat zumindest ein Gaseinblasventil 7, gegebenenfalls auch mehr als ein Gaseinblasventil 7, zugeordnet ist. Eine solche Ausgestaltung ist bevorzugt als Mehrpunkteindüsung ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine 1 weist insbesondere einen ersten Drucksensor 13 zur Erfassung eines Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke 5 - also stromaufwärts des Gaseinblasventils 7 - auf. Sie weist außerdem bevorzugt einen zweiten Drucksensor 15 zur Erfassung eines Zielortdrucks an einem Zielort auf, in welchen das Gaseinblasventil 7 mündet. Der Zielortdruck wird also stromabwärts des Gaseinblasventils erfasst. Der zweite Drucksensor 15 ist hier insbesondere eingerichtet zur Erfassung des Ladeluftdrucks in dem Verbrennungslufttrakt 11, wobei der Verbrennungslufttrakt 11 der Zielort ist. Der erste Drucksensor 13 und der zweite Drucksensor 15 sind in hier aufgrund der einfacheren Darstellung nicht dargestellter Weise mit der Steuereinrichtung 9 wirkverbunden, sodass die von den Drucksensoren 13, 15 erfassten Drücke der Steuereinrichtung 9 zur Verfügung stehen.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine 1 einen ersten Temperatursensor 17 zur Erfassung einer Brenngastemperatur in der Brenngasversorgungsstrecke 5 sowie einen zweiten Temperatursensor 19 zur Erfassung einer Temperatur an dem Zielort, hier in dem Verbrennungslufttrakt 11, auf. Die Temperatursensoren 17, 19 sind bevorzugt - in hier nicht dargestellter Weise - mit der Steuereinrichtung 9 wirkverbunden, sodass die von den Temperatursensoren 17, 19 erfassten Temperaturwerte in der Steuereinrichtung 9 zur Verfügung stehen.
Die Gaseinblaseinrichtung 3 weist bevorzugt eine Gaszufuhr 20 mit einer Gasregeleinrichtung 21 auf, die eingerichtet ist zur Regelung des Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke 5 auf einen vorbestimmten Soll-Brenngasdruckwert. Die Gasregeleinrichtung 21 ist mit der Steuereinrichtung 9 in hier dargestellter Weise zu deren Ansteuerung wirkverbunden.
Die Steuereinrichtung 9 ist außerdem mit dem Gaseinblasventil 7 zu dessen Ansteuerung wirkverbunden.
Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt als Gasmotor ausgebildet, insbesondere eingerichtet zum Betrieb mit einem Brenngas als Brennstoff. Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine 1 als Hubkolbenmotor ausgebildet.
In 1 ist noch dargestellt, dass dem Brennraum 8 wenigstens ein Einlassventil 22 zum Einlassen eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs in den Brennraum 8 sowie ein Auslassventil 23 zum Abführen von Abgas aus dem Brennraum 8 in einen Abgastrakt 25 zugeordnet sind.
In dem Verbrennungslufttrakt 11 ist hier ein Verdichter 27 angeordnet, der Teil eines Abgasturboladers 29 ist, wobei der Verdichter 27 mit einer Abgasturbine 31 antriebswirkverbunden ist, wobei die Abgasturbine 31 in dem Abgastrakt 25 angeordnet ist.
Dargestellt sind weiterhin eine Drosselklappe 33 in dem Verbrennungslufttrakt 11, die insbesondere zur Leistungsregelung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinrichtung 9 ansteuerbar ist, außerdem noch ein Verdichterbypass 35 mit einer Bypassregeleinrichtung 37, beispielsweise einer Bypassklappe oder einem Bypassventil. Mittels der Bypassregeleinrichtung 37 kann in für sich genommen bekannter Weise ein Strömungsquerschnitt durch den Bypass 35 eingestellt werden. Die Drosselklappe 33 und/oder die Bypassregeleinrichtung 37 sind bevorzugt mit der Steuereinrichtung 9 wirkverbunden und damit durch diese ansteuerbar.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Prüfen der Gaseinblaseinrichtung 3 wird bevorzugt die Gaszufuhr 20, insbesondere hier die Gasregeleinrichtung 21, der Brenngasversorgungsstrecke 5 unterbrochen oder gesperrt, wobei mittels des ersten Drucksensors 13 der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 erfasst wird. Der Zielortdruck stromabwärts des Gaseinblasventils 7 wird durch den zweiten Drucksensor 15 erfasst. Es wird ein Modell-Druck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 für ein vorbestimmtes Öffnungsmuster des Gaseinblasventils 7 ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit von dem Brenngasdruck und dem Zielortdruck, insbesondere in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen dem Brenngasdruck und dem Zielortdruck. Das Gaseinblasventil 7 wird mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 angesteuert, und ein Ist-Druck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 wird während der Ansteuerung des Gaseinblasventils 7 mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster durch den ersten Drucksensor 13 erfasst. Der Ist-Druck wird mit dem Modell-Druck verglichen, woraus ein Vergleichsergebnis erhalten wird. Eine Funktion der Gaseinblaseinrichtung 3 wird anhand des Vergleichsergebnisses bewertet. Somit ist es möglich sicher festzustellen, ob die Gaseinblaseinrichtung 3 korrekt arbeitet, wobei insbesondere eine Fehlfunktion des Gaseinblasventils 7 anhand des Vergleichsergebnisses identifiziert werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt festgestellt, dass die Brenngasversorgungsstrecke 5 ein Leck aufweist, wenn der Modell-Druck größer ist als der Ist-Druck. Alternativ oder zusätzlich wird festgestellt, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil 7 nicht korrekt öffnet, wenn der Modell-Druck kleiner ist als der Ist-Druck. Alternativ oder zusätzlich wird festgestellt, dass die Gaseinblaseinrichtung 3 korrekt funktioniert, wenn der Modell-Druck - insbesondere innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen oder eines vorbestimmten Toleranzbereichs - dem Ist-Druck entspricht.
Als Modell-Druck wird vorzugsweise ein zeitabhängiger Modell-Druckverlauf erfasst. Als Ist-Druck wird vorzugsweise ein zeitabhängiger Ist-Druckverlauf erfasst. Um das Vergleichsergebnis zu erhalten, wird bevorzugt der zeitabhängig erfasste Modell-Druckverlauf mit dem zeitabhängig erfassten Ist-Druckverlauf verglichen.
Das wenigstens eine Gaseinblasventil 7 wird bevorzugt für eine Mehrzahl von Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine 1 gemäß dem vorbestimmten Öffnungsmuster angesteuert, um Brennstoff in den Brennraum 8 einzubringen. Dabei bleibt in einem Prüfbetrieb, in welchem das Verfahren durchgeführt wird, bevorzugt die Gaszufuhr 20 unterbrochen, insbesondere wird der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 nicht durch die Gasregeleinrichtung 21 nachgeregelt. Demgegenüber wird in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wenn die Gaseinblaseinrichtung 3 nicht geprüft werden soll, bevorzugt der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 mittels der Gasregeleinrichtung 21 geregelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 vor dem Unterbrechen der Gaszufuhr 20, insbesondere vor einem Aussetzen der Brenngasdruckregelung durch die Gasregeleinrichtung 21, angehoben. Das Verfahren wird in dem Prüfbetrieb dann insbesondere bei erhöhtem Brenngasdruck durchgeführt, wodurch gewährleistet wird, dass auch nach einem Druckabfall bei unterbrochener Gaszufuhr 20 genügend Brenngas zur Versorgung des Brennraums 8 und zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in der Brenngasversorgungsstrecke 5 zur Verfügung steht.
Bevorzugt wird in diesem Fall eine Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils 7 an den momentanen Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 angepasst. Insbesondere kann die Öffnungsdauer bei angehobenem, im Vergleich zum Normalbetrieb erhöhtem Brenngasdruck verkürzt, und anschließend bei absinkendem Brenngasdruck insbesondere schrittweise wieder angehoben werden. Vorzugsweise wird die Öffnungsdauer des Gaseinblasventils 7 dynamisch an den momentanen Brenngasdruck angepasst, insbesondere in Echtzeit.
2 zeigt eine diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform des Verfahrens zum Prüfen der Gaseinblaseinrichtung 3. Dabei ist bei a) eine Situation dargestellt, in welcher die Brenngasversorgungsstrecke 5 eine Leckage aufweist. Insbesondere ist es dabei möglich, dass das Gaseinblasventil 7 eine Leckage aufweist. In den in 2 dargestellten Diagrammen ist dabei jeweils ein Druck p gegen die Zeit t aufgetragen. Eine erste, durchgezogene Kurve K1 beschreibt einen Modell-Druckverlauf, der zeitabhängig für die Brenngasversorgungsstrecke 5 für ein vorbestimmtes Öffnungsmuster des Gaseinblasventils 7 in Abhängigkeit von dem insbesondere momentanen Differenzdruck zwischen dem Brenngasdruck und dem Zielortdruck ermittelt ist. Eine zweite, gestrichelte Kurve K2 beschreibt einen Ist-Druckverlauf. Dieser verläuft hier unterhalb der ersten Kurve K1, somit liegt der Modell-Druckverlauf oberhalb des Ist-Druckverlaufs, und es kann festgestellt werden, dass die Brenngasversorgungsstrecke 5, insbesondere das Gaseinblasventil 7, ein Leck aufweist. Der Druck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 fällt nämlich bei Ansteuerung des Gaseinblasventils 7 mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster schneller ab als vorhergesagt.
Bei b) ist in völlig analoger Weise eine Situation dargestellt, in welcher das Gaseinblasventil 7 zunächst korrekt arbeitet, dann nicht korrekt öffnet, beispielsweise weil es hängt, wobei es danach wieder korrekt arbeitet. Auch hierbei beschreibt die erste, durchgezogene Kurve K1 den Modell-Druckverlauf, und die zweite, gestrichelte Kurve K2 beschreibt den Ist-Druckverlauf in der Brenngasversorgungsstrecke 5. In einem ersten Bereich 39 des Diagramms verlaufen die erste Kurve K1 und die zweite Kurve K2 gleich, sie fallen also aufeinander, wobei das Gaseinblasventil 7 korrekt arbeitet und dementsprechend der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 auf vorhergesagte Weise abfällt.
In einem zweiten Bereich 41 fällt der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 in geringerem Maße ab als vorhergesagt, insbesondere verläuft die zweite Kurve K2 hier parallel zu der Zeitachse, was bedeutet, dass der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke 5 nicht mehr abfällt. Dies bedeutet, dass das Gaseinblasventil 7 nicht korrekt, insbesondere gar nicht mehr, öffnet.
In solch einer Situation ist es möglich, dass das Gaseinblasventil 7 durch geeignete Ansteuerung, insbesondere durch die Steuereinrichtung 9, losgerüttelt wird. Ist diese Maßnahme erfolgreich, kann es danach wieder korrekt funktionieren, was hier in einem dritten Bereich 43 dargestellt ist, in dem nun die zweite Kurve K2 wiederum parallel zu der ersten Kurve K1 verläuft, sodass der Brenngasdruck wie vorhergesagt abfällt, allerdings auf einem höheren absoluten Druckniveau aufgrund der Unterbrechung des Druckabfalls in dem zweiten Bereich 41.
Ein zeitlicher Druckverlauf wie bei b) ergibt sich auch, wenn die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl von Gaseinblasventilen 7 aufweist, von denen zunächst im Rahmen einer Zündfolge solche angesteuert werden, die fehlerfrei arbeiten, so dass der Druck in dem ersten Bereich 39 auf vorhergesagte Weise abfällt, bis ein Gaseinblasventil 7 angesteuert wird, das klemmt. Der Druckabfall stagniert dann in dem zweiten Bereich 41. Danach werden wiederum funktionstüchtige Gaseinblasventile 7 angesteuert, so dass der Druck entsprechend zu höheren Werten versetzt in dem dritten Bereich 43 wiederum abfällt.
Insgesamt kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie bei der Brennkraftmaschine 1 eine einfache und zuverlässige Prüfung der Gaseinblaseinrichtung 3 vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Gaseinblaseinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: - Unterbrechen einer Gaszufuhr (20) zu einer Brenngasversorgungsstrecke (5), der wenigstens ein Gaseinblasventil (7) zugeordnet ist; - Erfassen eines Brenngasdrucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5); - Erfassen eines Zielortdrucks stromabwärts des Gaseinblasventils (7); - Ermitteln eines Modell-Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5) für ein vorbestimmtes Öffnungsmuster des Gaseinblasventils (7) anhand des Brenngasdrucks und des Zielortdrucks; - Ansteuern des Gaseinblasventils (7) mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster im Betrieb der Brennkraftmaschine (1); - Erfassen eines Ist-Drucks in der Brenngasversorgungsstrecke (5) während der Ansteuerung des Gaseinblasventils (7) mit dem vorbestimmten Öffnungsmuster; - Vergleichen des Ist-Drucks mit dem Modell-Druck unter Erhalt eines Vergleichsergebnisses, und - Bewerten einer Funktion der Gaseinblaseinrichtung (3) anhand des Vergleichsergebnisses.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird, dass a) die Brenngasversorgungsstrecke (5) ein Leck aufweist, wenn der Modell-Druck größer ist als der Ist-Druck, und/oder dass b) das wenigstens eine Gaseinblasventil (7) nicht korrekt öffnet, wenn der Modell-Druck kleiner ist als der Ist-Druck, und/oder dass c) die Gaseinblaseinrichtung (3) bestimmungsgemäß funktioniert, wenn der Modell-Druck gleich dem Ist-Druck ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Modell-Druck ein Modell-Druckverlauf und als Ist-Druck ein Ist-Druckverlauf erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem vorbestimmten Öffnungsmuster das wenigstens eine Gaseinblasventil (7) für eine Mehrzahl von Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine (1) zum Einbringen von Brennstoff in einen Brennraum (8) der Brennkraftmaschine (1) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielort ein Verbrennungslufttrakt (11) der Brennkraftmaschine (1) stromaufwärts eines Brennraums (8) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenngasdruck in der Brenngasversorgungsstrecke (5) vor dem Unterbrechen der Gaszufuhr (20) angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsdauer des wenigstens einen Gaseinblasventils (7) an einen momentanen Brenngasdruck angepasst wird.
Brennkraftmaschine (1), mit einer Gaseinblaseinrichtung (3), die eine Brenngasversorgungsstrecke (5) mit wenigstens einem Gaseinblasventil (7) aufweist, wobei die Gaseinblaseinrichtung (3) eingerichtet ist, um wenigstens einem Brennraum (8) der Brennkraftmaschine (1) Brenngas zuzuführen, wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Steuereinrichtung (9) aufweist, die mit der Gaseinblaseinrichtung (3) wirkverbunden und eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Gasmotor ausgebildet ist.