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Technisches Gebiet
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WO 2013/185966 A1 offenbart ein Verfahren zum Vermeiden einer Vorentflammung einer Zylinderladung vor einem geplanten Zündzeitpunkt in einem Verbrennungsmotor. Bei einem Verfahren wird ein Druck in einem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors derart eingestellt, dass verhindert wird, dass durch ein Druckverhältnis zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Brennraum eines Zylinders des Verbrennungsmotors ein Transport von Schmierölbestandteilen von dem Kurbelgehäuse zu dem Brennraum auftritt. Bei einem weiteren Verfahren wird ein Zündzeitpunkt für einen Zylinder des Verbrennungsmotors in einem bestimmten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors derart eingestellt, dass durch den eingestellten Zündzeitpunkt eine klopfende Verbrennung in dem Zylinder bewirkt wird. Die Steuervorrichtung führt diese klopfende Verbrennung vorzugsweise in den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors durch, in welchen die klopfende Verbrennung keine negativen Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor hat. Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine Häufigkeit oder eine Dauer der klopfenden Verbrennung in Abhängigkeit von einer Wahrscheinlichkeit, dass sich in dem Brennraum des Zylinders Ablagerungen gebildet haben, durchführen. Dazu kann die Vorrichtung beispielsweise einen Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors beobachten oder beispielsweise eine Kraftstoffqualität überwachen.
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Beschreibung
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Eine Aufgabe, welche der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Rußablagerung und damit eine stochastische Vorentflammungen bei hohen Lasten vermieden werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und zeigen jeweils weitere Ausgestaltungen auf. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Offenbarung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß ein Verfahren zur Reduzierung von stochastisch auftretender Vorentflammung in zumindest einem Brennraum an einem Verbrennungsmotor, aufweisend die Schritte:
- i. Erfassen von Betriebsparametern, in welchen der Verbrennungsmotor arbeitet, welche zu einer Rußablagerung führen,
- ii. Kalkulation einer akkumulierten Menge an Rußablagerungen,
- iii. Initiieren einer systematisch provozierten klopfenden Verbrennung durch Abänderung von Stellgrößen am Verbrennungsmotor für einen Zeitraum, wenn die akkumulierte Menge an Rußablagerungen einen Grenzwert überschreitet, um die Rußablagerungen durch Druckschwankungen und Vibrationen abzulösen,
- iv. Rückkehr zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, in welchem die Stellgrößen am Verbrennungsmotor so eingestellt sind, dass keine klopfende Verbrennung auftritt.
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Das Verfahren ist insbesondere bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren zielführend einsetzbar, also Motoren mit einem oder mehreren Turboladern, Kompressoren oder sonstigen Einrichtungen zur Erhöhung der Verdichtung vor dem Brennraum. Im Brennraum wird ein Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt, mittels eines beweglichen Elements (Kolben) verdichtet und durch eine Zündkerze regulär zur Entzündung gebracht. Zu den Betriebsparametern, die zur Rußablagerungen führen, gehören unter anderem Bedingungen, bei denen der Verbrennungsmotor noch kalt ist. Diese Bedingungen können vorherrschen, wenn der Verbrennungsmotor nach längerer Standzeit oder unter kalten Umgebungsbedingungen (1,5 Stunden bei 30 °C Umgebungstemperatur) wieder aktiviert wird. Jedoch ist vorgesehen, dass das Verfahren sicherheitshalber immer gestartet wird, wenn eine Temperatur in dem Brennraum unterhalb von einer Betriebstemperatur fällt. Der Zeitraum, in welchen die Stellgrößen abgeändert werden, kann auch in Umdrehungen des Verbrennungsmotors angegeben werden.
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Bei einer klopfenden Verbrennung wird eine Entzündung des Luft-/Kraftstoffgemisches von der Zündkerze durch einen regulären Zündfunken eingeleitet. Durch einen bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsdruck und einer induzierten Temperatur findet an einer anderen Stelle im Brennraum eine ungewollte weitere Entzündung des Luft-/Kraftstoffgemisches statt. Daraus folgt eine zweite, parallele Verbrennung im Zylinder. Wenn beide Flammfronten aufeinander treffen, entstehen intensive Druckwellen mit hoher Frequenz. Diese Druckwellen verursachen ein charakteristisches, metallisches Geräusch und ein Zylinderdruck steigt um ein Vielfaches.
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Rußablagerungen im Brennraum können zu stochastischen Vorentflammungen führen, wenn sich der Kolben noch am Anfang des Verdichtungshubes befindet. Die stochastische Vorentflammung tritt bei einem früheren Kurbelwellenwinkel auf als das Klopfen und es erzeugt noch höhere Druckwellen. Eine stochastische Vorentflammung entsteht aufgrund von anderen Parametern stochastisch über der Zeit verteilt. Das heißt eine stochastische Vorentflammung teilweise trotz Vorhandensein von Rußablagerungen nicht bei jedem Verdichtungsvorgang. Eine stochastische Vorentflammung führt zu erheblich höheren Druckspitzen im Brennraum als ein Klopfen aufgrund eines falsch eingestellten Zündzeitpunkts. Im Brennraum angesammelte Rußablagerungen können zu unkontrollierten Selbstentzündungen bei hohen Lastzuständen führen (sogenannte stochastischen Vorentzündungen). Stochastische Vorentzündungen verursachen eine verhältnismäßig hohe mechanische Belastung von Komponenten des Verbrennungsmotors. Zu den Komponenten zählen unter anderem ein Kolbenpleuel, Kolben, Zylinderkopf, Ventile sowie ein Pleuellager und eine Kurbelwelle. Aufgrund der Verdichtung arbeiten aufgeladene Verbrennungsmotoren eher an der sogenannten Klopfgrenze.
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In Betriebspunkten des Verbrennungsmotors, in denen Verbrennungstemperaturen gering sind, setzen sich Partikel, Flüssigkeiten und deren Gemische an Brennraumwänden und im Kolbenringbereich ab. Dies geschieht typischerweise bei kaltem Verbrennungsmotor (z. B. beim Verbrennungsmotorstart) oder bei niedriger Verbrennungsmotorlast. Eine niedrige Verbrennungsmotorlast liegt vor, wenn der Verbrennungsmotor nur eine geringe Leistung, beispielsweise weniger als 25% einer Nennleistung, abgibt. Der Verbrennungsmotor ist nach einem Neustart kalt. Erst, wenn der Verbrennungsmotor 5 bis 15 Minuten lang gelaufen ist und ein Motoröl bzw. ein Kühlwasser Temperaturen oberhalb von ca. 80°C erreichen, spricht man nicht mehr von einem kalten Verbrennungsmotor.
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Fahrzeugtests über mehrere tausend Kilometer zeigten, dass das Durchführen regelmäßigen Klopfens die stochastische Vorentzündungs-Ereignisse deutlich reduziert. Klopfen verursacht im Brennraum hohe Druck- und Temperaturspitzen, die Ruß abtragen. Durch regelmäßiges, absichtlich herbeigeführte klopfende Verbrennung kann der Ruß kontrolliert abgelöst und verbrannt werden, bei geringerer mechanischer Belastung, die für den Verbrennungsmotor nicht belastend ist.
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Stochastisch auftretende Vorentflammung ist eine Verbrennung, welche nicht bei jeder Zündung im Brennraum auftritt, sondern beispielswiese nur bei jeder 10 000sten, 100 000sten oder 1000 000sten Verbrennung. Die stochastisch auftretende Vorentflammung wird von einem Klopfsensor oder ähnlichem erfasst, eine Verschiebung des Zündzeitpunktes hilft jedoch nicht, da die Vorentflammung vor der Zündung und zudem höchst selten auftritt.
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Von der stochastisch auftretenden Vorentflammung ist die systematisch provozierte klopfende Verbrennung zu unterscheiden. Die systematisch klopfende Verbrennung tritt bei jedem Kolbenhub ein. Sie beruht im Wesentlichen auf einer Verstellung der Stellgrößen, so dass Bedingungen eintreten, bei denen definitiv Klopfen auftritt.
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Zu den Stellgrößen können folgende Größen: Ein Öffnungswinkel eines Einlass- und Auslassventils, ein Schließwinkel des Auslassventils, ein Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel, an dem von einer in den Brennraum ragenden Zündkerze ein oder mehrere Zündfunken erzeugt werden, ein Luft-/Kraftstoffverhältnis bzw. eine Drosselklappenstellung und eine Einspritzdauer bzw. eine Einspritzmenge.
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Die klopfende Verbrennung wird dabei für einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum eingestellt, beispielsweise einen Zeitraum, in dem 2 bis 5 Verbrennungen stattfinden, bzw. 4 bis 10 Umdrehungen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kalkulation der akkumulierten Menge an Rußablagerungen anhand eines Kennfeldes erfolgt, wobei in das Kennfeld Eingangsgrößen einfließen, die zu einer bei dem Betriebspunkt sich akkumulierenden Menge an Rußablagerungen korrespondieren, wobei die jeweils zu einem Zeitpunkt sich ablagernde Menge an Rußablagerungen bis zum Erreichen des Grenzwerts aufsummiert wird.
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Das Kennfeld repräsentiert ein Modell, anhand dessen vorausgesagt werden kann, wie viel Ruß sich bei einem vorliegenden Betriebspunkt bildet. Die akkumulierende Menge an Rußablagerungen wird in einem Speicher abgelegt. Sobald der Grenzwert erreicht wird, veranlasst die Steuereinheit, bei der nächsten sich bietenden Gelegenheit eine klopfende Verbrennung einzuleiten. Die nächste sich bietende Gelegenheit ist wiederum ein Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, in dem eine klopfende Verbrennung keine nicht vertretbare Belastung des Verbrennungsmotors nach sich zieht.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in das Kennfeld eine Temperatur eines Brennraums und eine Motorlast einfließen.
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Die Temperatur hat einen Einfluss auf die Rußablagerungen, da insbesondere bei kalten Bedingungen verstärkt eine Rußbildung auftreten kann.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aufsummierung der Menge an Rußablagerungen zurückgesetzt wird, wenn eine systematisch provozierte klopfende Verbrennung initiiert wurde. Weiterhin kann die Aufsummierung der Menge an Rußablagerungen zurückgesetzt werden, wenn eine Klopfende Verbrennung aufgrund anderer Betriebsparameter unbeabsichtigt auftrat.
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Wenn die systematisch provozierte klopfende Verbrennung auftritt, werden die Rußablagerungen abgelöst und verbrannt bzw. zumindest aus dem Brennraum ausgestoßen. Daher wird der Speicher, in dem die Menge an Rußablagerungen abgelegt ist, wieder auf einen Wert von Null gesetzt.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Initiierung einer systematisch provozierten klopfenden Verbrennung erst in einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors gestartet wird, in welchem eine klopfende Verbrennung zu keiner mechanischen Überlastung des Verbrennungsmotors führt.
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Hierdurch können mechanische Überlastungen am Verbrennungsmotor infolge von stochastischer Vorentflammung bei hohen Lasten unterbunden werden. Wenn nämlich zuvor bei niedrigen Lasten die Rußablagerungen entfernt werden, können sie bei höheren Motorlasten gar nicht erst entstehen. Niedrige Motorlasten seien 5 % bis 50 %, eher 5 % bis 25 % einer Motornennleistung. Bei einem 100KW Motor kann man daher bei 5 bis 25 KW von einer niedrigen Last sprechen. 25 KW werden beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges im Stadtverkehr benötigt, zudem herrschen bei diesen Lasten häufige Beschleunigungs- und Bremsphasen vor. Die transienten Bedingungen bei niedriger Last und niedrigen Temperaturen führen zu einer größeren Menge an abgelagertem Ruß. Daher können in das Kennfeld auch häufige Lastwechsel bei 25 % der Nennleistung als Bedingung für Rußbildung einfließen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Initiieren der klopfenden Verbrennung bei Drehzahlen n von unter 50% einer maximalen Drehzahl erfolgt.
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Für das Ablösen der Rußablagerungen genügen bereits 2 bis 5 klopfende Verbrennungsvorgänge, also 4 bis 10 Umdrehungen bei einem 4-Taktmotor.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Initiieren der klopfenden Verbrennung bei einer Leistung von unter 80% einer Nennleistung des Verbrennungsmotors erfolgt.
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Eine Ausführungsform betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer, insbesondere in einer Steuerelektronik einer Steuereinheit ausgeführt wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus-, und weitergebildet sein.
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Eine Ausführungsform betrifft ein Computerprogramm mit kodierten Anweisungen zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer Steuerelektronik einer Steuereinheit ausgeführt wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Das Computerprogramm kann insbesondere auf dem vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukt, beispielsweise eine Diskette, CD-ROM, DVD, Speicher, eine an das Internet angeschlossene Prozessoreinheit, gespeichert sein. Das Computerprogramm kann insbesondere als eine kompilierte oder noch nicht kompilierte Datenfolge ausgestaltet sein, die vorzugsweise auf einer höheren, insbesondere objektbasierten Computersprache basiert.
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Eine Ausführungsform betrifft eine Signalfolge mit computerlesbaren Anweisungen zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wenn die Signalfolge von einem Computer, insbesondere einer Steuerelektronik einer Steuereinheit verarbeitet wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Die Signalfolge kann insbesondere mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Computerprogramms und/oder mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukts erzeugt werden. Die Signalfolge kann als elektrische Impulse und/oder elektromagnetische Welle und/oder optische Impulse drahtlos oder drahtgebunden bereitgestellt werden.
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Ein Mittel zur Realisierung der Verfahrensschritte im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Steuereinheit mit Mikroprozessoren (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Das Programm kann auf einem Speichersystem abgelegt sein. Das Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann. In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchführbar, insbesondere durch die Steuereinheit.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Es zeigen:
- 1: schematisch einen Verbrennungsmotor und eine Steuereinheit;
- 2: schematisch einen Druckverlauf, der in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors bei einer klopfenden Verbrennung infolge einer stochastischen Vorentzündung auftreten kann; neben einem Druckverlauf, der bei einer klopfenden Verbrennung auftreten kann und einem Druckverlauf, der bei einer herkömmlichen regulären Verbrennung auftritt;
- 3: Schritte eines Verfahrens zum Erfassen von Betriebszuständen, in denen sich im Brennraum Rußablagerungen bilden können; und
- 4: Schritte eines Verfahrens zur Einleitung einer systematisch provozierten klopfenden Verbrennung im Brennraum, um die Rußablagerungen infolge von Vibrationen und Druckschwankungen zu lockern und zu entfernen.
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher, insbesondere funktionsgleicher, Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Es ist festzustellen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Schritte des Verfahrens können Multiplikationen, Summierungen und Selektionen sowie Zuordnungen sein, zum Beispiel Zuordnung von Ausgangswerten zu Eingangswerten in Kennfeldern.
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Zylinder zu Veranschaulichungszwecken. Der Verbrennungsmotor 10 ist für ein Kraftfahrzeug geeignet, es können weitere nicht dargestellte Zylinder vorgesehen sein. Durch einem nicht dargestellten Turbolader verdichtete erreicht durch ein Einlassventil 24 einen Brennraum 11. Weiterhin kann eine nicht dargestellte Drosselklappe vorgesehen sein.
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Über eine Einspritzdüse 13 wird Kraftstoff in den Brennraum 11 gespritzt. Der Brennraum 11 weist kein konstantes Volumen auf. Ein Kolben 20 ist über einen Pleuel 19 so mit einer Kurbelwelle 18 verbunden, dass eine Rotation der Kurbelwelle 18 um ihre Achse einen Hub des Kolbens 20 in dem Brennraum 11 bewirkt. Der Verbrennungsprozess kann über zahlreiche Komponenten gesteuert werden. Einen ganz wesentlichen Einfluss auf die Klopfneigung des Verbrennungsmotors 10 hat abgesehen von dem Kraftstoff und der Verdichtung ein Zündzeitpunkt bzw. ein Zündwinkel, bei dem eine Zündkerze 16 nach einem Verdichtungstakt das Luft-/Kraftstoffgemisch entzündet. Die Zündung wird im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 so eingestellt, dass keine klopfende Verbrennung auftritt. Bei der klopfenden Verbrennung entsteht eine zweite Flammfront an einer Stelle im Brennraum 11, welche entfernt von der Zündkerze 16 liegt. Hierdurch entsteht ein ungewollter Druckanstieg, der sich noch verstärkt, wenn die von der Zündkerze 16 ausgehende Flammfront auf die Flammfront von der anderen Stelle im Brennraum 11 trifft. Dies kann durch Drucksensoren, Vibrationssensoren und neuerdings auch durch einen lonisierungsstrom in der Zündkerze 16erfasst werden. Komponenten des Verbrennungsmotors 10 werden dann von einer Steuereinheit 17 so eingestellt, dass die klopfende Verbrennung aufhört. Dies ist der Normalbetrieb, indem eine klopfende Verbrennung unerwünscht ist. Hiervon zu unterscheiden ist ein Betrieb, in dem unerwünschte klopfende Verbrennung infolge von stochastischen Vorentflammungen auftreten. Hiervon wiederum ist die beabsichtigte, systematisch provozierte klopfende Verbrennung zu unterscheiden, die im Gegensatz zu der klopfenden Verbrennung infolge statistischer Vorentflammung absichtlich herbeigeführt wird, um Rußablagerungen 12 abzulösen.
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Wenn der Verbrennungsmotor 10 nach längerer Standzeit (beispielsweise mehrere Stunden bis Tage) gestartet wird, aber auch im normalen Betrieb, können sich Rußablagerungen 12 im Brennraum 11 absetzen, die als Keimstelle für eine stochastische Selbstentzündung verantwortlich sein können. Die stochastischen Selbstentzündungen führen zu einer hohen Belastung des Brennraums 11, des Kolbens 20, des Pleuels 19 und der Kurbelwelle 18, insbesondere bei hohen Drücken P.
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In 2 sind Druckverläufe bei einer stochastischen Vorentzündung einem gestrichelten dargestellten normalen Druckverlauf bei nicht auftretenden stochastischen Vorentzündung gegenübergestellt. Man erkennt, dass der Druck P bei einer stochastischen Vorentzündung mit hoher Frequenz schwankt. Die Druckschwankungen führen bezugnehmend auf 1 und 2 zu den oben genannten mechanischen Belastungen des Brennraums 11, des Kolbens 20, des Pleuels 19 und der Kurbelwelle 18, insbesondere bei hohen Drücken P, insbesondere bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren.
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Daher ist die Steuereinheit 17 dazu ausgestaltet, Bedingungen zu erfassen, bei denen Rußablagerungen 12 typischerweise entstehen. Dies sind insbesondere niedrige Drehzahlen n, niedrige Temperaturen T (messbar beispielsweise im Kühlwasser oder im Motoröl), ein bestimmter Winkel einer Nockenwellenverstellung 14 am Einlassventil 24, ein bestimmter Winkel einer Nockenwellenverstellung 15 am Auslassventil 25 (VVT Position), ein Zeitpunkt und eine Dauer, mit der eine Einspritzdüse 13 Kraftstoff einspritzt, etc. Die von den genannten Komponenten können von der Steuereinheit so verstellt werden, gleichwohl so eingestellt werden, dass eine systematisch bedingte (beabsichtigte) klopfende Verbrennung entsteht.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kalkulation der akkumulierten Menge an Rußablagerungen 12 anhand eines Kennfeldes erfolgt, wobei in das Kennfeld 21 Eingangsgrößen einfließen, die zu einer bei dem Betriebspunkt sich akkumulierenden Menge an Rußablagerungen 12 korrespondieren, wobei die jeweils zu einem Zeitpunkt sich ablagernde Menge an Rußablagerungen 12 bis zum Erreichen des Grenzwerts aufsummiert wird.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in das Kennfeld 21 eine Temperatur T eines im Verbrennungsmotor 10 vorhandenen Brennraums und eine Motorlast einfließen. Es ist vorgesehen, dass die Aufsummierung der Menge an Rußablagerungen 12 in der Steuereinheit 17 zurückgesetzt wird, wenn eine systematisch provozierte klopfende Verbrennung initiiert wurde. Vorzugsweise erfolgt die Initiierung einer systematisch provozierten klopfenden Verbrennung erst in einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10, in welchem eine klopfende Verbrennung zu keiner mechanischen Überlastung des Verbrennungsmotors 10 führt.
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Einen möglichen Verfahrensablauf, der in der Steuereinheit 17 implementiert sein kann, um den Verbrennungsmotor 10 zu steuern, zeigen die 3 und 4. In 3 erfolgt in einem Schritt 301 eine Abfrage, ob Bedingungen vorherrschen, die zur Rußablagerungen führen. In einem Schritt 302 erfolgt in diesem Fall das Aufsummieren der sich bei diesen Bedingungen jeweils bildenden Rußablagerungen. Hierfür wird ein Modell oder ein Kennfeld verwendet sowie ein Speicher, indem die akkumulierten Rußablagerungen für den Motorbetrieb von einem absichtlich herbeigeführten Klopfereignis bis zum nächsten absichtlich herbeigeführten Klopfereignis abgelegt werden können. Die Speicherung erfolgt in Schritt 303 so lange, bis die akkumulierte Menge an Rußablagerungen einen Grenzwert erreicht hat. Bis dahin kehrt das System stets zur Aufsummierung der bei den Bedingungen sich akkumulierenden Rußablagerungen zurück, gemäß Schritt 302. Die Schritte 302 und 303 können im tatsächlichen Motorbetrieb zeitlich sehr ausgedehnt sein und sogar durch eine Motorabschaltung unterbrochen sein. Schließlich soll die Mengen an abgelagertem Ruß genau erfasst werden und dies nicht nur zu einem gewissen Zeitpunkt. Wenn jedenfalls irgendwann in Schritt 303 die akkumulierte Menge an Rußablagerungen einen Grenzwert erreicht hat, initiiert die Steuereinheit in Schritt 304 eine systematisch provozierte klopfende Verbrennung. Diese wird bei einer verhältnismäßig geringen Motorlast von weit weniger als 80% der Nennleistung durchgeführt, um die Rußablagerungen infolge der Druck- und Temperaturschwankungen abzulösen und zu verbrennen. Die Rußablagerungen können dann nicht bei höheren Lasten über 50% der Motornennleistung stochastische Vorentflammungen erzeugen.
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4 zeigt ein ergänzendes oder alternatives Verfahren, das in eine Steuereinheit 17 gemäß 1 ablaufen kann, um den Verbrennungsmotor zu steuern. In einem Schritt 401 wird abgefragt, ob eine niedrige last oder ein Kaltstart vorliegen, da dies Rahmenbedingungen für eine erhöhte Rußbildung sind.
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In einem Schritt 402 wird wie oben beschrieben die Rußmenge kalkuliert, welche sich in den Brennraum weiterhin Bedingungen ablagern. Hierfür kann beispielsweise das im Zusammenhang mit der Figur eins beschriebene Kennfeld verwendet werden. Andere Modelle zur Berechnung der sich ablagernde Rußmenge sind ebenfalls möglich. In einem Schritt 403 wird anschließend geprüft, ob ein natürliches Klopfen vorliegt. Ein natürliches Klopfen liegt vor, wenn der Verbrennungsmotor 10 in einem Betriebspunkt oder mit einem Kraftstoff arbeitet, welcher auch ohne eine akkumulierte Menge zu einem Klopfen führt.
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Wenn dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt 404 geprüft, ob die akkumulierte Menge an Rußablagerungen 12 bereits einen Grenzwert er schreibt erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt 405 geprüft, ob der Verbrennungsmotor in einem Klopfbereich arbeitet. Unter dem Klopfbereich im Sinne des Schrittes 405 wird ein Bereich verstanden, in welchem der Verbrennungsmotor 10 mit einer klopfenden Verbrennung betrieben werden kann, ohne dass dies zu Schäden an dem Pleuel oder dem Kolben führt. Anschließend wird wenn dies der Fall ist ein systematisch provoziertes Klopfen generiert, um den Brennraum 11 von Rußablagerungen 12 zu befreien. Dies erfolgt in einem Schritt 406. Wenn der Motor nicht in einem Kopfbereich arbeitet, der ein systematisch provoziertes Klopfen ermöglicht, ohne dass es zu Schäden am Verbrennungsmotor kommt, wird in einem Schritt die Einlass-/Auslassnockenwelle (VVT Position) oder ein Ladedruck verstellt. Der Ladedruck wird von einer nicht dargestellten Ladeeinrichtung, beispielsweise einem Turbolader generiert. Weiterhin kann eine Gasstellung bzw. eine Drosselklappenstellung optimiert werden, um Klopfbedingungen zu generieren. Ergänzend hierzu kann auch ein Zündzeitpunkt verstellt werden. Die akkumulierte Menge wird dann auch wieder zurückgesetzt, da nach dem systematisch provozierten Klopfen davon ausgegangen werden kann, dass die Rußablagerungen aus dem Brennraum entfernt wurden.
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Gleichwohl in der vorstehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt wurde, ist zu erkennen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die genaue Ausgestaltung in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr stellen die Beschreibung sowie die Figurenbeschreibung für den Fachmann eine nützliche Anleitung zur Implementierung mindestens einer Ausführungsform bereit, wobei klar sein sollte, dass verschiedene Änderungen in der Form und Funktion der beschriebenen Merkmale vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 11
- Brennraum
- 12
- Rußablagerung
- 13
- Einspritzventil
- 14
- Nockenwelle
- 15
- Nockenwelle
- 16
- Zündkerze
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Kurbelwelle
- 19
- Pleuel
- 20
- Kolben
- 21
- Kennfeld
- 24
- Einlassventil
- 25
- Auslassventil
- 301
- Schritt
- 302
- Schritt
- 303
- Schritt
- 304
- Schritt
- 401
- Schritt
- 402
- Schritt
- 403
- Schritt
- 404
- Schritt
- 405
- Schritt
- 406
- Schritt
- 407
- Schritt
- n
- Drehzahl
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- T
- Temperatur
- P
- Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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