DE102020203888B4 - Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3), wobei dem Brennraum (3) über einen Frischmassepfad (5) Frischmasse zuführbar ist, wobei ein Brenngaspfad (7) über wenigstens ein Gaseinlassventil (9) mit dem Frischmassepfad (5) strömungstechnisch verbindbar ist, um dem Frischmassepfad (5) Brenngas aus dem Brenngaspfad (7) zuzuführen, wenn der Brenngaspfad (7) mit dem Frischmassepfad (5) strömungstechnisch verbunden ist, mit einer Druckerhöhungseinrichtung (11), die eingerichtet ist, um einen ersten Druck in dem Frischmassepfad (5) zu erhöhen, und mit einer Steuereinrichtung (13), die eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad (5) und einen zweiten Druck in dem Brenngaspfad (7) zu erfassen, und um die Druckerhöhungseinrichtung (11) in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums (3) derart anzusteuern, dass der erste Druck größer ist als der zweite Druck, wobei die Steuereinrichtung (13) weiter eingerichtet ist, um in dem Prüfzustand einen Druckverlauf des zweiten Drucks zu erfassen und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils (9) anhand des erfassten Druckverlaufs zu bewerten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
  • Eine solche Brennkraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum auf, sowie einen Frischmassepfad, über den dem wenigstens einen Brennraum Frischmasse zugeführt werden kann. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine einen Brenngaspfad auf, der über wenigstens ein Gaseinlassventil mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbunden werden kann, wobei insbesondere der Brenngaspfad in einer Offenstellung des Gaseinlassventils mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbunden ist, wobei der Brenngaspfad in einer Schließstellung, das heißt einer geschlossenen Stellung des Gaseinlassventils von dem Frischmassepfad strömungstechnisch getrennt ist. Auf diese Weise kann dem Frischmassepfad über das Gaseinlassventil Brenngas aus dem Brenngaspfad zugeführt werden, wenn der Brenngaspfad mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbunden ist.
  • Bei einer solchen Brennkraftmaschine besteht ein Bedarf daran, die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils zu überwachen. Insbesondere kann es für die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine insgesamt gefährlich werden, wenn das Gaseinlassventil eine Leckage aufweist und deswegen zu viel Brenngas in den Brennraum eingebracht wird. Dies kann schlimmstenfalls sogar zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Brennkraftmaschine führen. Eine direkte Überwachung der Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils über eine eigens hierfür vorgesehene Sensorik ist aufwendig und teuer. Es ist grundsätzlich möglich, die dem Brennraum zugemessene Brenngasmenge über einen an dem Brennraum gemessenen Brennraumdruckverlauf zu überwachen und so gegebenenfalls insbesondere eine Leckage des Gaseinlassventils zu detektieren. Unter bestimmten Umständen kann es aber zu Fehlmessungen eines hierfür vorgesehenen Brennraumdrucksensors kommen, oder dieser kann dauerhaft ausfallen. In diesem Fall kann nicht mehr sicher festgestellt werden, ob das Gaseinlassventil oder der Brennraumdrucksensor fehlerbehaftet ist, und die Brennkraftmaschine muss aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine zum Betrieb eines Fahrzeugs vorgesehen ist, muss dies jedoch - insbesondere unter bestimmten Umständen und ganz besonders bei bestimmten Fahrmanövern - vermieden werden. Ganz besonders gilt dies für Brennkraftmaschinen, die dem Antrieb von wassergebundenen oder luftgebundenen Fahrzeugen dienen, bei denen andernfalls eine Rückkehr der Besatzung an sicheres Land nicht gewährleistet werden kann.
  • Aus DE 10 2007 015 783 A1 geht eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum hervor, wobei ein Brenngaspfad über ein Gaseinlassventil unmittelbar mit dem Brennraum strömungstechnisch verbindbar ist, um dem Brennraum Brenngas aus dem Brenngaspfad zuzuführen, wenn der Brenngaspfad mit dem Brennraum strömungstechnisch verbunden ist. Es ist ein Absperrventil in dem Brenngaspfad stromaufwärts des Gaseinlassventils vorgesehen, dessen Funktionsfähigkeit überprüft wird, indem das Absperrventil geschlossen wird, wobei über das Gaseinlassventil Brenngas zum Betreiben der Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Absperrwirkung des Absperrventils wird als nicht ausreichend erkannt, wenn der Druck in dem Brenngaspfad nicht in erwarteter Weise abfällt. Eine analoge Vorgehensweise zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Absperrventils geht auch aus DE 10 2008 029 224 A1 hervor.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise vermieden, vorzugsweise behoben sind. Insbesondere soll es möglich sein, die Funktionsfähigkeit und ganz besonders die Dichtigkeit des Gaseinlassventils auch unabhängig von dem Vorhandensein oder der Funktionsfähigkeit eines Brennraumdrucksensors zu beurteilen.
  • 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 Ausführungsformen.
  • Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem die Brennkraftmaschine eine Druckerhöhungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um einen ersten Druck in dem Frischmassepfad zu erhöhen. Die Brennkraftmaschine weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad zu erfassen, und um außerdem einen zweiten Druck in dem Brenngaspfad zu erfassen. Die Brennkraftmaschine ist eingerichtet, um die Druckerhöhungseinrichtung in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums derart anzusteuern, dass der erste Druck größer ist als der zweite Druck. Die Steuereinrichtung ist außerdem eingerichtet, um in dem Prüfzustand einen Druckverlauf des zweiten Drucks zu erfassen und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils anhand des erfassten Druckverlaufs zu bewerten. Dies ermöglicht - insbesondere ohne Rückgriff auf eine komplexe und teure eigene Sensorik für das Gaseinlassventil - eine direkte Überprüfung von dessen Dichtigkeit, insbesondere indem geprüft wird, ob der zweite Druck in dem Brenngaspfad bei dem erhöhten ersten Druck in dem Frischmassepfad, der insbesondere größer ist als der zweite Druck, ansteigt. Alternativ oder zusätzlich wird geprüft, in welchem Maß der zweite Druck ansteigt, wofür insbesondere ein zeitlicher Gradient des zweiten Drucks herangezogen werden kann. Die Erkenntnis, ob und/oder in welchem Maß der zweite Druck ansteigt, ermöglicht insbesondere eine Aussage darüber, ob oder in welchem Maß Gas aus dem Frischmassepfad über das wenigstens eine Gaseinlassventil in den unter niedrigerem Druck stehenden Brenngaspfad einströmen kann, und somit zugleich eine Aussage über die Dichtigkeit beziehungsweise Leckage des Gaseinlassventils. Diese Aussage kann mit einfachen, typischerweise bei einer Brennkraftmaschine ohnehin vorhandenen Mitteln sowie der Implementierung einer zusätzlichen Steuerfunktion, sei es durch eine separat hierfür vorgesehene Steuereinrichtung oder durch Implementierung der Funktion in eine ohnehin vorgesehene Steuereinrichtung, insbesondere ein zentrales Steuergerät der Brennkraftmaschine, erhalten werden.
  • Unter einem Gaseinlassventil wird insbesondere ein Ventil verstanden, welches eingerichtet ist, um dem Brennraum eine vorbestimmte Brenngasmenge, insbesondere Brenngasmasse, zuzumessen. Das Gaseinlassventil ist insbesondere in dem Frischmassepfad stromaufwärts des Brennraums - insbesondere an einem Einlasskrümmer - angeordnet, insbesondere angeordnet und eingerichtet zur Mehrpunkteindüsung; oder es ist in besonders bevorzugter Weise angeordnet und eingerichtet zur Einzelpunkteindüsung, das heißt insbesondere unmittelbar stromaufwärts des Brennraums, dem das Gaseinlassventil dann individuell zugeordnet ist. Weist die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen auf, ist somit besonders bevorzugt jedem Brennraum individuell wenigstens ein Gaseinlassventil separat zugeordnet.
  • Unter einem Brenngas wird ein brennbares Gas oder ein brennbares Gasgemisch verstanden, das unter Normalbedingungen, insbesondere bei 25 °C und 1013 mbar, gasförmig ist. Ein brennbares Gasgemisch ist dabei ein Gasgemisch, welches mindestens ein brennbares Gas umfasst. Bei dem Brenngas kann es sich insbesondere um ein wasserstoffhaltiges und/oder methanhaltiges Gas handeln, insbesondere um Methan, Erdgas, Biogas, Sondergas, Deponiegas, Klärgas, ein Prozessgas der chemischen Industrie, ein Prozessgas der Stahlindustrie oder Hüttenindustrie, ein Fackelgas, ein Schwachgas, verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas - LNG), komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG) oder ein anderes geeignetes Gas oder Gasgemisch.
  • Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Gasmotor, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet.
  • Unter Frischmasse wird insbesondere Verbrennungsluft, Ladeluft, oder ein Verbrennungsluft- und/oder Ladeluft-Brenngas-Gemisch, verstanden. Der Frischmassepfad ist insbesondere ein Ladepfad der Brennkraftmaschine.
  • Das Gaseinlassventil ist bevorzugt als elektrisches Ventil, insbesondere als Schaltventil, ausgebildet. Es weist bevorzugt eine selbsthelfende Konfiguration auf, wobei es so ausgestaltet ist, dass ein im Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere im befeuerten Zustand, herrschender Brenngasdruck in dem Brenngaspfad in Schließrichtung auf ein Ventilglied des Gaseinlassventils wirkt, wobei das Gaseinlassventil durch elektrische Ansteuerung, insbesondere Bestromung, gegen den Brenngasdruck in die Offenstellung verlagert werden kann.
  • Dass die Druckerhöhungseinrichtung eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad zu erhöhen, bedeutet insbesondere, dass sie eingerichtet ist, um den ersten Druck über ein Druckniveau hinaus zu erhöhen, welches in dem Frischmassepfad ohne die Druckerhöhungseinrichtung oder ohne Betrieb der Druckerhöhungseinrichtung herrschen würde. Insbesondere ist die Druckerhöhungseinrichtung eingerichtet, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad über ein Saugdruckniveau hinaus zu erhöhen, das sich bei einem Saugbetrieb der Brennkraftmaschine, gleichsam unter passiver Förderung der Frischmasse über den Frischmassepfad in den Brennraum, ergeben würde.
  • Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen ersten Drucksensor auf, der angeordnet und eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad zu erfassen. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt einen zweiten Drucksensor auf, der angeordnet und eingerichtet ist, um den zweiten Druck in dem Brenngaspfad zu erfassen. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Drucksensor und/oder mit dem zweiten Drucksensor wirkverbunden, um den ersten Drucksensor und/oder den zweiten Drucksensor auszulesen und somit den ersten Druck und/oder den zweiten Druck zu erfassen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um zumindest einen Druck, ausgewählt aus dem ersten Druck und dem zweiten Druck, zu schätzen, auf algorithmischem Weg zu ermitteln oder aus einem Kennfeld - insbesondere abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - auszulesen.
  • Der unbefeuerte Prüfzustand des Brennraums ist insbesondere ein unbefeuerter Prüfzustand der Brennkraftmaschine. Insbesondere sind in dem Prüfzustand bevorzugt alle Brennräume der Brennkraftmaschine unbefeuert, wenn die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist. Weist die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennraumgruppen auf, wobei mehrere Brennräume zu jeweils einer Brennraumgruppe zusammengefasst sind, beispielsweise in Form von Zylinderbänken, ist es auch möglich, dass der unbefeuerte Prüfzustand des Brennraums ein unbefeuerter Prüfzustand einer Brennraumgruppe ist, wobei eine andere Brennraumgruppe zur gleichen Zeit nicht in dem unbefeuerten Prüfzustand vorliegen muss, insbesondere befeuert sein kann. Unter einem befeuerten Zustand wird dabei verstanden, dass eine Verbrennung in einem Brennraum stattfindet.
  • Der unbefeuerte Prüfzustand wird insbesondere deswegen gewählt, weil unter den in dem Prüfzustand vorliegenden Druckverhältnissen kein oder höchstens wenig Brenngas aus dem Brenngaspfad in den Frischmassepfad übertreten kann, da der Brenngasdruck, in diesem Fall der zweite Druck, in dem Brenngaspfad geringer ist als der erste Druck in dem Frischmassepfad. Es gelangt somit auch kein oder höchstens wenig Brenngas in den Brennraum, sodass hier keine Verbrennung ausgelöst werden kann.
  • Der unbefeuerte Prüfzustand kann insbesondere vor einem Start der Brennkraftmaschine eingenommen werden, ganz besonders nach einem Ventiltausch von wenigstens einem Gaseinlassventil der Brennkraftmaschine. In diesem Fall wird bevorzugt ein Start-Referenzdruckverlauf für den zweiten Druck erhalten. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine während ihres Betriebs - insbesondere kurzzeitig - in den unbefeuerten Prüfzustand versetzt wird, wobei in diesem Fall bevorzugt ein Prüf-Referenzdruckverlauf für den zweiten Druck erhalten wird. Der unbefeuerte Prüfzustand ist dann insbesondere ein Prüfbetrieb der Brennkraftmaschine.
  • Unter einer Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils wird insbesondere eine Dichtigkeit des Gaseinlassventils und/oder ein Leckagezustand des Gaseinlassventils verstanden. Eine mangelnde Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils, insbesondere eine mangelnde Dichtigkeit oder Leckage, wird bevorzugt insbesondere durch die Steuereinrichtung erkannt, wenn der erfasste Druckverlauf einen Referenzdruckverlauf, sei es ein Start-Referenzdruckverlauf oder ein Prüf-Referenzdruckverlauf, übersteigt. Zum Vergleich der Druckverläufe kann insbesondere ein jeweiliger zeitlicher Gradient herangezogen werden. Dem liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass bei der oben beschriebenen selbsthelfenden Konstruktion des Gaseinlassventils - abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck - selbst bei voll funktionsfähigem Gaseinlassventil, das heißt ausreichender Dichtigkeit, das Ventilglied zumindest geringfügig durch den den zweiten Druck übersteigenden ersten Druck in Richtung der Offenstellung gedrängt wird, sodass eine gewisse Gasströmung von dem Frischmassepfad in den Brenngaspfad auch bei funktionsfähigem Gaseinlassventil stattfindet.
  • Wird eine mangelnde Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils erkannt, ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um eine Fehlermeldung und/oder eine Tauschwarnung bezüglich des Gaseinlassventils auszugeben.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Brennkraftmaschine vor einer Inbetriebnahme in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei wenigstens ein Referenzdruckverlauf, insbesondere der oben beschriebene Start-Referenzdruckverlauf, als der erfasste Druckverlauf erhalten wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Brennkraftmaschine im Betrieb, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen oder ereignisgesteuert, in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei wenigstens ein Referenzdruckverlauf, insbesondere der oben beschriebene Prüf-Referenzdruckverlauf, als der erfasste Druckverlauf erhalten wird. Der wenigstens eine Referenzdruckverlauf wird bevorzugt gespeichert. Besonders bevorzugt wird der wenigstens eine Referenzdruckverlauf in einem Ringspeicher gespeichert. Mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf steht stets ein Vergleichsdatensatz zur Verfügung, mit dem ein aktuell erfasster Druckverlauf verglichen werden kann, um die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils zu prüfen.
  • Bevorzugt wird jeder erfasste Prüf-Referenzdruckverlauf mit dem zuletzt erfassten Start-Referenzdruckverlauf und/oder einem zuvor erfassten Prüf-Referenzdruckverlauf verglichen. Wird dabei eine Abweichung festgestellt, die über ein vorbestimmtes Abweichungsmaß hinausgeht, wird bevorzugt eine mangelhafte Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils erkannt. Die im Laufe der Zeit erfassten Prüf-Referenzdruckverläufe werden bevorzugt untereinander verglichen, beispielsweise um eine zeitliche Entwicklung der Funktionsfähigkeit, insbesondere Dichtigkeit, des Gaseinlassventils festzustellen. Insbesondere kann auf diese Weise eine Alterung des Gaseinlassventils überwacht werden.
  • Mithilfe eines Referenzdruckverlaufs, insbesondere mithilfe des Start-Referenzdruckverlaufs, wird insbesondere ein Gut-Zustand - insbesondere bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine und jeweils nach Ventiltausch - bestimmt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird bevorzugt regelmäßig ein Wert zur globalen Gaseinlassventil-Leckage gespeichert, der im Fehlerfall, insbesondere bei defektem Brennraumdrucksensor, als Vergleichswert für die Detektion der Funktionsfähigkeit des wenigstens einen Gaseinlassventils verwendet werden kann.
  • Ein Vergleich der erfassten Prüf-Referenzdruckverläufe erlaubt insbesondere eine Aussage über einen Fortschritt des globalen Ventilverschleißes. Hieraus wird bevorzugt eine Aussage zur präventiven Wartung des wenigstens einen Gaseinlassventils oder auch eine Verlängerung eines geplanten Wartungsintervalls möglich.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Brennkraftmaschine auf ein Fehlersignal hin in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei der erfasste Druckverlauf mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf, insbesondere mit dem zuletzt erfassten Prüf-Referenzdruckverlauf und/oder mit dem Start-Referenzdruckverlauf, verglichen wird, um die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils zu bewerten. Alternativ oder zusätzlich ist es in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass der erfasste Druckverlauf mit Referenzwerten verglichen wird, die im Vorfeld durch eine Simulation und/oder Berechnung ermittelt worden sind. Auf die hier beschriebenen Weisen kann in einem Fehlerfall rasch die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils geprüft und gegebenenfalls sichergestellt werden. Wird dabei die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils festgestellt, kann die Brennkraftmaschine trotz des Fehlerfalls sicher weiterbetrieben werden.
  • Ein solches Fehlersignal wird bevorzugt erzeugt oder ausgegeben, wenn ein Brennraumdrucksensor defekt ist oder ausfällt. Wie bereits beschrieben, besteht in diesem Fall ansonsten Unsicherheit über die Frage, ob gegebenenfalls eine zu große Brenngasmenge in den betroffenen Brennraum eingebracht wird. Mithilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann diese Frage geklärt werden, was dann die Möglichkeit eröffnet, die Brennkraftmaschine auf sichere Weise entweder erneut in Betrieb zu nehmen oder weiter zu betreiben, sodass insbesondere die Besatzung eines Fahrzeugs in eine sichere Situation, insbesondere ans sichere Land, gebracht werden kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Prüfzustand konstant zu halten. Dies ermöglicht eine besonders gut definierte und genaue Aussage über den erfassten Druckverlauf des zweiten Drucks und damit die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckerhöhungseinrichtung ein Kompressor ist. Unter einem Kompressor wird dabei ein Verdichter verstanden, der nicht durch eine abgasgetriebene Turbine angetrieben wird. Insbesondere kann der Kompressor elektrisch und/oder mechanisch, insbesondere durch einen Nebenabtrieb der Brennkraftmaschine, angetrieben werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Druckerhöhungseinrichtung als Verdichter eines Turboladers mit Unterstützung durch einen Antrieb ausgebildet ist. Der unterstützende Antrieb ist dabei insbesondere zusätzlich zu einer den Verdichter antreibenden Abgasturbine des Turboladers vorgesehen. Der unterstützende Antrieb kann insbesondere ein elektrischer Antrieb oder ein mechanischer Antrieb, insbesondere ein Nebenabtrieb der Brennkraftmaschine, sein. Besonders bevorzugt ist der Verdichter des Turboladers elektrisch angetrieben. Die Steuereinrichtung ist mit dem unterstützenden Antrieb wirkverbunden, um diesen zum Antreiben des Verdichters anzusteuern.
  • Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Druckerhöhungseinrichtung einen Druckspeicher aufweist, der mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbindbar ist, vorzugsweise über ein ansteuerbares Schaltventil. Der Druckspeicher wird vorzugsweise im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine - insbesondere mittels eines bevorzugt elektrisch angetriebenen Kompressors der Druckerhöhungseinrichtung - geladen, wobei der aufgebaute Druck gespeichert und zum Prüfen des Gaseinlassventils genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckspeicher bevorzugt durch eine externe Einheit befüllt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Leistungsaufnahme des unterstützenden Antriebs zu erfassen, und um den erfassten Druckverlauf anhand der erfassten Leistungsaufnahme zu plausibilisieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit einer Ausgestaltung, bei der die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Prüfzustand konstant zu halten. Es kann so eine Korrelation zwischen der zum Aufrechterhalten des ersten Drucks notwendigen Leistung oder Energie an dem Verdichter und dem Druckverlust über die Leckage an dem wenigstens einen Gaseinlassventil verwendet werden, um die Plausibilität des erfassten Druckverlaufs und letztlich die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils zu prüfen.
  • Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines Gaseinlassventils der Brennkraftmaschine, geschaffen wird, bei dem ein erster Druck in einem Frischmassepfad der Brennkraftmaschine erhöht wird, wobei der Frischmassepfad mit wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist, um dem Brennraum Frischmasse zuzuführen, wobei der Frischmassepfad über wenigstens ein Gaseinlassventil mit einem Brenngaspfad strömungstechnisch verbindbar ist, sodass dem Frischmassepfad Brenngas aus dem Brenngaspfad zugeführt werden kann, wenn der Brenngaspfad mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbunden ist, wobei der erste Druck in dem Frischmassepfad und ein zweiter Druck in dem Brenngaspfad erfasst werden, wobei in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums der erste Druck größer gewählt wird als der zweite Druck, und wobei in dem Prüfzustand ein Druckverlauf des zweiten Drucks erfasst und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils anhand des erfassten Druckverlaufs bewertet wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläutert wurden.
  • Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine vor einer Inbetriebnahme oder im Betrieb in dem Prüfzustand betrieben, wobei wenigstens ein Referenzdruckverlauf als der erfasste Druckverlauf erhalten wird.
  • Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine auf ein Fehlersignal hin in den Prüfzustand betrieben, wobei der erfasste Druckverlauf mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf verglichen wird, um die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils zu bewerten. Vorzugsweise wird der erste Druck in dem ersten Prüfzustand konstant gehalten.
  • Vorzugsweise wird eine Leistungsaufnahme eines unterstützenden Antriebs einer Druckerhöhungseinrichtung zur Erhöhung des ersten Drucks in dem Frischmassepfad erfasst, wobei der erfasste Druckverlauf anhand der erfassten Leistungsaufnahme plausibilisiert wird.
  • Insbesondere ist bevorzugt wenigstens ein implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine offenbarter Verfahrensschritt eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Brenngasdruck in dem Brenngaspfad in dem Prüfzustand abgesenkt wird. Insbesondere wird bevorzugt eine Brenngaszufuhr zu dem Brenngaspfad in dem Prüfzustand gedrosselt oder abgesperrt. Auf diese Weise wird ein definierter Zustand des Brenngaspfads erreicht, sodass der Druckverlauf des zweiten Drucks in definierter Weise erfasst werden kann.
  • Die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ist bevorzugt eingerichtet, um den Brenngasdruck abzusenken, insbesondere um die Brenngaszufuhr zu drosseln oder abzusperren.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zeitliche Entwicklung des erfassten Druckverlaufs über eine Mehrzahl von Prüfzuständen überwacht wird, wobei anhand der zeitlichen Entwicklung des erfassten Druckverlaufs eine Prognose für die zeitliche Entwicklung des Gaseinlassventils und/oder ein Wartungsplan für das Gaseinlassventil erstellt wird. Insbesondere kann auf diese Weise eine zunehmende Verschlechterung der Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils, insbesondere eine Ventilalterung, festgestellt werden, und es kann eine Prognose für einen zukünftigen Tauschzeitpunkt eines Ventiltauschs erstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Wartung des Gaseinlassventils von der festgestellten zeitlichen Entwicklung abhängig gemacht werden. Auf diese Weise kann eine Wartung und/oder ein Ventiltausch bedarfsgerecht durchgeführt werden, ohne dass auf feste Intervalle zurückgegriffen werden muss, was insbesondere unnötige Sicherheitsreserven vermeidet und Kosten spart.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.
  • Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die wenigstens einen Brennraum 3 aufweist.
  • Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl insbesondere identisch ausgebildeter Brennräume 3 auf. Vorzugsweise ist in dem wenigstens einen Brennraum 3 ein Kolben hubbeweglich verlagerbar. Die Brennkraftmaschine 1 ist insbesondere bevorzugt als Hubkolbenmotor ausgebildet.
  • Dem Brennraum 3 ist über einen Frischmassepfad 5 Frischmasse, insbesondere Verbrennungsluft, zuführbar. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen Brenngaspfad 7 auf, der über wenigstens ein Gaseinlassventil 9 mit dem Frischmassepfad 5 strömungstechnisch verbindbar ist, um dem Frischmassepfad 5 Brenngas aus dem Brenngaspfad 7 zuzuführen, wenn der Brenngaspfad 7 mit dem Frischmassepfad 5 strömungstechnisch verbunden ist.
  • Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Druckerhöhungseinrichtung 11 auf, die eingerichtet ist, um einen ersten Druck in dem Frischmassepfad 5 zu erhöhen, insbesondere um den ersten Druck über ein Druckniveau hinaus zu erhöhen, welches ohne die Druckerhöhungseinrichtung 11 in dem Frischmassepfad 5 herrschen würde, oder um den ersten Druck in dem Frischmassepfad über ein Saugdruckniveau der Brennkraftmaschine 1 hinaus zu erhöhen.
  • Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 13 auf, die eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad 5 und einen zweiten Druck in dem Brenngaspfad 7 zu erfassen.
  • Insbesondere weist die Brennkraftmaschine 1 bevorzugt einen ersten Drucksensor 15 zur Erfassung des ersten Drucks in dem Frischmassepfad 5 sowie einen zweiten Drucksensor 17 zur Erfassung des zweiten Drucks in dem Brenngaspfad 7 auf, wobei die Drucksensoren 15, 17 in hier nicht explizit dargestellter Weise mit der Steuereinrichtung 13 wirkverbunden sind. In bevorzugter Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine 1 außerdem einen ersten Temperatursensor 19 zur Erfassung einer Frischmassetemperatur in dem Frischmassepfad 5 sowie einen zweiten Temperatursensor 21 zur Erfassung einer Brenngastemperatur in dem Brenngaspfad 7 auf. Auch diese Temperatursensoren 19, 21 sind vorzugsweise mit der Steuereinrichtung 13 wirkverbunden.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist außerdem eingerichtet, um die Druckerhöhungseinrichtung 11 in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums 3, insbesondere der Brennkraftmaschine 1, derart anzusteuern, dass der erste Druck insbesondere über ein momentanes Niveau des zweiten Drucks hinaus angehoben wird, also größer wird als der zweite Druck, wobei die Steuereinrichtung 13 weiter eingerichtet ist, um in dem Prüfzustand einen Druckverlauf des zweiten Drucks in dem Brenngaspfad 7 zu erfassen, und eine Funktionsfähigkeit, insbesondere Dichtigkeit des Gaseinlassventils 9 anhand des erfassten Druckverlaufs zu bewerten. Es ist so in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, direkt die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils 9 ohne aufwendige und teure Sensorik zu prüfen und insbesondere festzustellen, ob das Gaseinlassventil 9 eine Leckage aufweist, sowie gegebenenfalls die Leckage des Gaseinlassventils 9 zu quantifizieren.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist bevorzugt eingerichtet, um die Brennkraftmaschine 1 vor einer Inbetriebnahme oder im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei wenigstens ein Referenzdruckverlauf als der erfasste Druckverlauf erhalten wird. Der erfasste Referenzdruckverlauf wird bevorzugt gespeichert, insbesondere in einem Ringspeicher.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist außerdem bevorzugt eingerichtet, um die Brennkraftmaschine 1 auf ein Fehlersignal hin in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei der erfasste Druckverlauf mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf, insbesondere mit einem zuletzt erfassten Referenzdruckverlauf, verglichen wird, um die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils 9 zu bewerten.
  • Ein solches Fehlersignal wird bevorzugt dann erzeugt oder ausgegeben, wenn ein Brennraumdrucksensor 23, der angeordnet und eingerichtet ist, um einen Brennraumdruckverlauf in dem Brennraum 3 zu erfassen, einen Fehler aufweist oder ausfällt. Mithilfe der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise kann in diesem Fall - unabhängig von dem ausgefallenen oder fehlerhaften Brennraumdrucksensor 23 - geprüft werden, ob das Gaseinlassventil 9 funktionsfähig ist, insbesondere ob es eine Leckage aufweist, wobei dann abhängig von dem Ergebnis dieser Prüfung die Brennkraftmaschine 1 gegebenenfalls weiter betrieben oder erneut in Betrieb genommen werden kann.
  • Der Brennraumdrucksensor 23 ist bevorzugt ebenfalls mit der Steuereinrichtung 13 wirkverbunden, insbesondere derart, dass ein Fehler oder Ausfall des Brennraumdrucksensors 23 in der Steuereinrichtung 13 - insbesondere mittels des Fehlersignals - registriert werden kann.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist bevorzugt eingerichtet, um den ersten Druck in dem Prüfzustand konstant zu halten.
  • Die Druckerhöhungseinrichtung 11 ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Kompressor 24 - insbesondere alternativ zu der im Folgenden erläuterten Ausgestaltung - ausgebildet.
  • Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckerhöhungseinrichtung 11 allerdings als Verdichter 25 eines Turboladers 27 der Brennkraftmaschine 1 mit Unterstützung durch einen Antrieb 29 ausgebildet. Der Antrieb 29 ist insbesondere zusätzlich zu einer Turbine 31 vorgesehen, die mit dem Verdichter 25 antriebswirkverbunden und in einem Abgasstrang 33 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der hier nur zur Erläuterung dargestellte Kompressor 24 bevorzugt nicht vorgesehen.
  • Der Antrieb 29 ist vorzugsweise ein mechanischer oder elektrischer Antrieb. Ist der Antrieb 29 ein mechanischer Antrieb, kann er insbesondere ein Nebenabtrieb der Brennkraftmaschine 1 sein. Bevorzugt ist der Antrieb 29 allerdings ein elektrischer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor.
  • Der Antrieb 29 ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung 13 wirkverbunden, sodass der Antrieb 29 - insbesondere zum Zweck der Erhöhung des ersten Drucks in dem unbefeuerten Prüfzustand, durch die Steuereinrichtung 13 angesteuert werden kann.
  • Die Steuereinrichtung 13 ist außerdem bevorzugt eingerichtet, um eine Leistungsaufnahme des Antriebs 29 zu erfassen, insbesondere eine elektrische Leistungsaufnahme, und um den erfassten Druckverlauf anhand der erfassten Leistungsaufnahme zu plausibilisieren.
  • Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1, insbesondere zum Prüfen der Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils 9 ist vorgesehen, dass der erste Druck in dem Frischmassepfad 5 in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums 3, insbesondere der Brennkraftmaschine 1, über das Druckniveau des zweiten Drucks in dem Brenngaspfad 7 hinaus erhöht wird, wobei in dem Prüfzustand ein Druckverlauf des zweiten Drucks erfasst und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils 9, insbesondere dessen Dichtigkeit, anhand des erfassten Druckverlaufs bewertet wird.
  • Bevorzugt wird der Brenngasdruck in dem Brenngaspfad 7 in dem Prüfzustand abgesenkt. Hierzu wird bevorzugt insbesondere eine Brenngaszufuhr 35 gedrosselt oder abgesperrt. Die Brenngaszufuhr 35 ist hierzu bevorzugt mit der Steuereinrichtung 13 wirkverbunden, die ihrerseits wiederum entsprechend eingerichtet ist, um die Brenngaszufuhr 35 in dem Prüfzustand zu drosseln oder abzusperren.
  • Vorzugsweise wird eine zeitliche Entwicklung des erfassten Druckverlaufs über eine Mehrzahl von Prüfzuständen hin überwacht, wobei anhand der zeitlichen Entwicklung des erfassten Druckverlaufs eine Prognose für die zeitliche Entwicklung des Gaseinlassventils 9 und/oder ein Wartungsplan für das Gaseinlassventil 9 erstellt wird/werden.

Claims (9)

  1. Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3), wobei - dem Brennraum (3) über einen Frischmassepfad (5) Frischmasse zuführbar ist, wobei - ein Brenngaspfad (7) über wenigstens ein Gaseinlassventil (9) mit dem Frischmassepfad (5) strömungstechnisch verbindbar ist, um dem Frischmassepfad (5) Brenngas aus dem Brenngaspfad (7) zuzuführen, wenn der Brenngaspfad (7) mit dem Frischmassepfad (5) strömungstechnisch verbunden ist, wobei - die Brennkraftmaschine (1) eine Druckerhöhungseinrichtung (11), die eingerichtet ist, um einen ersten Druck in dem Frischmassepfad (5) zu erhöhen, und - eine Steuereinrichtung (13) aufweist, die eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Frischmassepfad (5) und einen zweiten Druck in dem Brenngaspfad (7) zu erfassen, und um - die Druckerhöhungseinrichtung (11) in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums (3) derart anzusteuern, dass der erste Druck größer ist als der zweite Druck, wobei - die Steuereinrichtung (13) weiter eingerichtet ist, um in dem Prüfzustand einen Druckverlauf des zweiten Drucks zu erfassen und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils (9) anhand des erfassten Druckverlaufs zu bewerten.
  2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) eingerichtet ist, um die Brennkraftmaschine (1) vor einer Inbetriebnahme oder im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei wenigstens ein Referenzdruckverlauf als der erfasste Druckverlauf erhalten wird.
  3. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) eingerichtet ist, um die Brennkraftmaschine (1) auf ein Fehlersignal hin in dem Prüfzustand zu betreiben, wobei der erfasste Druckverlauf mit dem wenigstens einen Referenzdruckverlauf verglichen wird, um die Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils (9) zu bewerten.
  4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) eingerichtet ist, um den ersten Druck in dem Prüfzustand konstant zu halten.
  5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhungseinrichtung (11) ein Kompressor (24) oder ein Verdichter (25) eines Turboladers (27) mit Unterstützung durch einen Antrieb (29) ist, oder dass die Druckerhöhungseinrichtung (11) einen Druckspeicher aufweist.
  6. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) eingerichtet ist, um eine Leistungsaufnahme des Antriebs (29) zu erfassen, und um den erfassten Druckverlauf anhand der erfassten Leistungsaufnahme zu plausibilisieren.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein erster Druck in einem Frischmassepfad (5) der Brennkraftmaschine (1) erhöht wird, wobei der Frischmassepfad (5) mit wenigstens einem Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) strömungstechnisch verbunden ist, um dem Brennraum (3) Frischmasse zuzuführen, wobei der Frischmassepfad (5) über wenigstens ein Gaseinlassventil (9) mit einem Brenngaspfad (7) strömungstechnisch verbindbar ist, sodass dem Frischmassepfad (5) Brenngas aus dem Brenngaspfad (7) zugeführt werden kann, wenn der Brenngaspfad (7) mit dem Frischmassepfad (5) strömungstechnisch verbunden ist, wobei der erste Druck in dem Frischmassepfad (5) und ein zweiter Druck in dem Brenngaspfad (7) erfasst werden, wobei in einem unbefeuerten Prüfzustand des Brennraums (3) der erste Druck größer gewählt wird als der zweite Druck, und wobei in dem Prüfzustand ein Druckverlauf des zweiten Drucks erfasst und eine Funktionsfähigkeit des Gaseinlassventils (9) anhand des erfassten Druckverlaufs bewertet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenngasdruck in dem Prüfzustand abgesenkt wird, wobei vorzugsweise eine Brenngaszufuhr (35) gedrosselt oder abgesperrt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Entwicklung des erfassten Druckverlaufs über eine Mehrzahl von Prüfzustände überwacht wird, wobei anhand der zeitlichen Entwicklung des erfassten Druckverlaufs eine Prognose für eine zeitliche Entwicklung des Gaseinlassventils (9) und/oder ein Wartungsplan für das Gaseinlassventil (9) erstellt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007015783A1 (de) 2007-03-30 2008-10-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose eines Absperrventils
DE102008029224A1 (de) 2008-06-19 2009-12-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Überprüfen der Funktion eines in einer Fluid-Leitung in einem Kraftfahrzeug angeordneten Absperrventils

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