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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren zur Zugabe eines Additivs in einen Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Bei einer Direkteinspritzung von
Kraftstoff entstehen häufig
Ablagerungen an sogenannten Spritzlöchern von Einspritzventilen.
Diese Ablagerungen bilden sich bei hohen Temperaturen auf der einem
Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite der Spritzlöcher und
bestehen überwiegend
aus Kohlenstoffverbindungen. Die Bildung dieser Ablagerungen wird
auch als Verkokung bezeichnet. Durch die Verkokung wird der Querschnitt der
Spritzlöcher
vermindert, so daß auch
der Volumenstrom abnimmt, der pro Zeiteinheit durch die Spritzlöcher der
Einspritzventile strömen
kann. Um den gleichen Volumenstrom einzuspritzen, wird bei Einspritzventilen
mit Ablagerungen eine längere
Zeit benötigt
als bei Einspritzventilen ohne Ablagerungen. Darüber hinaus wird eine Zerstäubung des
Kraftstoffs durch die Ablagerungen negativ beeinflußt, beispielsweise
kann sich eine Strahlform, ein Strahlwinkel oder eine Tröpfchengröße verändern. Dies
hat unmittelbare Folgen auf die Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemischs.
Durch die Ablagerungen an den Spritzlöchern der Einspritzventile
kommt es daher zu erhöhten
Emissionen und zu erhöhtem
Verbrauch der Brennkraftmaschine. Es kann sogar zu sogenannten Verbrennungsaussetzern
kommen.
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Es sind schon sogenannte Additive
als Kraftstoffzusatz bekannt, beispielsweise aus der
EP 0 414 963 B1 , die Ablagerungen
an Teilen der Brennkraftmaschine, beispielsweise an Einspritzventilen,
vermeiden und beseitigen. Nachteilig ist, daß diese Additive bisher manuell
in vorbestimmten Zeitabständen
in einen Kraftstofftank gefüllt
werden müssen. Dabei
kommt es vor, daß Additiv
unnötigerweise
zugemischt wird, obwohl keine Ablagerungen an der Brennkraftmaschine
vorhanden sind oder daß Ablagerungen
an der Brennkraftmaschine duch zu seltene Beimischung des Additivs
entstehen und u.U. nicht mehr vollständig von einem Additiv beseitigt werden
können.
Die Ablagerungen beeinflussen die Funktion der Brennkraftmaschine
negativ.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache
Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird, daß eine bedarfsgerechte
Zumischung des Additivs ermöglicht
wird, indem die Bildung von Ablagerungen aus Größen einer Motorsteuerung erkannt wird.
Auf diese Weise werden die Spritzlöcher von Ablagerungen befreit,
so daß die
Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemischs nicht beeinträchtigt wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das
Additiv dem Kraftstoff dann automatisch zugemischt wird, wenn eine
Größe der Motorsteuerung
einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet,
da das Überschreiten
des vorbestimmten Schwellwertes ein Anzeichen für die Bildung von Ablagerungen
an den Spritzlöchern
darstellt.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn
das Additiv dem Kraftstoff automatisch zugemischt wird, wenn mindestens
zwei Größen der
Motorsteuerung jeweils einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten,
da die Erkennung von Ablagerungen an den Spritzlöchern durch das Überschreiten
mindestens eines weiteren vorbestimmten Schwellwertes noch zuverlässiger wird.
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Auch vorteilhaft ist, wenn als Größe der Motorsteuerung
ein Korrekturwert zur Anpassung einer in die Zylinder einzuspritzenden
Kraftstoffmasse verwendet wird, da eine Änderung dieses Korrekturwertes
auf eine Bildung von Ablagerungen an den Spritzlöchern hindeutet.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist
es, wenn als Größe der Motorsteuerung
eine Einspritzzeit des Kraftstoffs in den Zylinder der Brennkraftmaschine verwendet
wird, da auch eine Änderung
der Einspritzzeit auf eine Bildung von Ablagerungen an den Spritzlöchern hindeutet.
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Besonders von Vorteil ist, wenn das
Additiv aus einem Zusatztank in den Kraftstofftank zugemischt wird.
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Sehr vorteilhaft ist, das Additiv
automatisch in den Kraftstofftank oder in eine Kraftstoffleitung stromauf
oder stromab einer Kraftstoffpumpe zu mischen, da dies besonders
günstige
Ausführungsformen
sind, um das Additiv dem Kraftstoff beizumischen.
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Auch von Vorteil ist, die Bildung
von Ablagerungen an der Brennkraftmaschine mittels einer Kontrolllampe
im Fahrzeug zu signalisieren. Auf diese Weise wird der Fahrer eines
Fahrzeugs darauf aufmerksam gemacht, Additiv dem Kraftstoff beizumischen.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen 1 ein Ablaufdiagramm
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
und 2 ein Ablaufdiagramm nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Verfahren
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
dargestellt in einem Ablaufdiagramm und findet bei einer Brennkraftmaschine
Verwendung, die zur Motorsteuerung ein elektronisches Steuergerät hat, das
Signale der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erhält und diese
verarbeitet, um Signale zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine auszugeben.
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In einer ersten Schleife 1 wird
kontinuierlich überprüft, ob ein
Schwellwert einer ersten Größe einer
Motorsteuerung überschritten
wird. Im ersten Verfahrensschritt 3.1 der ersten Schleife 1 wird
die erste Größe der Motorsteuerung
betrachtet. Jeder Wert der ersten Größe der Motorsteuerung wird
in einer anschließenden
ersten Abfrage 4.1 daraufhin überprüft, ob er den Schwellwert der
ersten Größe überschreitet
oder unterschreitet. Überschreitet
der Wert der ersten Größe der Motorsteuerung
den Schwellwert der ersten Größe der Motorsteuerung, gelangt
man von der ersten Abfrage 4.1 ausgehend über den
ersten Pfeil 5.1 zu einer booleschen Oder-Verknüpfung 8 und
von dort über
den Pfeil 9 zum zweiten Verfahrensschritt 10,
in dem die Zumischung des Additivs erfolgt. Die Zumischung des Additivs
zum Kraftstoff erfolgt dabei automatisch.
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Das Additiv kann beispielsweise von
einem Zusatztank aus über
eine Zuführleitung
in den Kraftstofftank geleitet werden. Es ist aber auch möglich, das
Additiv über
die Zuführleitung
beispielsweise in eine Kraftstoffleitung stromauf oder stromab einer Kraftstoffpumpe
zu leiten, damit sich das Additiv dort mit dem Kraftstoff vermischt
und zusammen mit dem Kraftstoff in Richtung Brennkraftmaschine zu
den Einspritzventilen transportiert wird. Das dem Kraftstoff beigemischte
Additiv kommt beim Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum
mit den Spritzlöchern
der Einspritzventile in Kontakt und kann auf diese Weise die sich
dort gebildeten Ablagerungen abreinigen. Das Additiv verbrennt anschließend zusammen
mit dem Kraftstoff in dem Brennraum.
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Unterschreitet der Wert der ersten
Größe der Motorsteuerung
den Schwellwert der ersten Größe der Motorsteuerung,
erfolgt keine Zumischung und man gelangt von der ersten Abfrage 4.1 ausgehend über einen
dritten Pfeil 11.1 zurück
zum ersten Verfahrensschritt 3.1. Diese erste Schleife 1 wird
beispielsweise kontinuierlich durchlaufen.
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In einer zweiten Schleife 2 wird
kontinuierlich überprüft, ob ein
Schwellwert einer zweiten Größe der Motorsteuerung überschritten
wird. Im ersten Verfahrensschritt 3.2 der zweiten Schleife 2 wird
die zweite Größe der Motorsteuerung
betrachtet. Jeder Wert der zweiten Größe der Motorsteuerung wird
in einer anschließenden
ersten Abfrage 4.2 daraufhin überprüft, ob er den Schwellwert der
zweiten Größe überschreitet
oder unterschreitet. Überschreitet
der Wert der zweiten Größe der Motorsteuerung
den Schwellwert der zweiten Größe der Motorsteuerung, gelangt
man von der ersten Abfrage 4.2 ausgehend über den
ersten Pfeil 5.2 zu der booleschen Oder-Verknüpfung 8 und
von dort über
den Pfeil 9 zum zweiten Verfahrensschritt 10,
in dem die Zumischung des Additivs erfolgt. Unterschreitet der Wert der
zweiten Größe der Motorsteuerung
den Schwellwert der zweiten Größe der Motorsteuerung,
erfolgt keine Zumischung und man gelangt von der ersten Abfrage 4.2 ausgehend über einen
dritten Pfeil 11.2 zurück
zum ersten Verfahrensschritt 3.2. Diese zweite Schleife 2 wird
beispielsweise auch kontinuierlich durchlaufen.
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Sobald entweder der Schwellwert der
ersten Größe der Motorsteuerung
oder der Schwellwert der zweiten Größe der Motorsteuerung überschritten wird,
kommt es entsprechend der booleschen Oder-Verknüpfung 8 zu der Zumischung
des Additivs zum Kraftstoff.
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Eine Vorsteuerung der Motorsteuerung
berechnet unter Berücksichtigung
vieler Faktoren die einzuspritzende Kraftstoffmasse. Die Motorsteuerung
berechnet aus der einzuspritzenden Kraftstoffmasse die erforderliche
Einspritzzeit, in der die Einspritzventile geöffnet werden, um die berechnete Kraftstoffmasse
unter Druck in den Brennraum einzuspritzen.
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In vielen Betriebszuständen ist
ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis im
Brennraum erforderlich. Das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
liegt vor, wenn exakt eine für
die vollständige
Verbrennung der eingespritzten Kraftstoffmasse erforderliche Luftmenge
im Brennraum vorhanden ist. Der sogenannte Lambda-Wert bezeichnet
nun das Verhältnis
der tatsächlichen
Luftmasse im Brennraum zu der für
eine stöchiometrische
Verbrennung notwendigen Luftmasse. Es ergibt sich eine stöchiometrische
Verbrennung, wenn der Lambda-Wert gleich eins ist. Ist der Lambda-Wert
größer eins,
gibt es einen Kraftstoffmangel und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird
als zu mager bezeichnet. Ist der Lambda-Wert kleiner eins, gibt
es einen Sauerstoffmangel und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird als
zu fett bezeichnet.
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Eine Lambda-Regelung korrigiert die
von der Vorsteuerung berechnete und von den Einspritzventilen eingespritzte
Kraftstoffmasse, wenn eine Lambdasonde eine Abweichung von dem erforderlichen, beispielsweise
stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis feststellt.
Die Korrektur der Abweichung vom erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann
jedoch erst zeitverzögert
erfolgen. Damit die Abweichung von dem erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis möglichst
erst gar nicht entsteht beziehungsweise die Differenz zwischen eingespritzter
Kraftstoffmasse und die für
das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis notwendige Kraftstoffmasse
möglichst
klein ist, muß die
Vorsteuerung die einzuspritzende Kraftstoffmasse möglichst
genau berechnen. Die von der Vorsteuerung berechnete einzuspritzende
Kraftstoffmasse wird daher kontinuierlich neu berechnet und an die
jeweiligen Betriebszustände
neu angepaßt.
Auf diese Weise wird die Lambda-Regelung entlastet und braucht nicht
viel nachzuregeln. Die von der Vorsteuerung berechnete einzuspritzende
Kraftstoffmasse wird zusätzlich
in einer sogenannten Gemischadaption mittels zumindest eines Korrekturfaktors
korrigiert. Die Gemischadaption läuft nur in einer vorbestimmten
Betriebsart der Brennkraftmaschine, dem sogenannten Homogenbetrieb.
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Der zumindest eine Korrekturfaktor
wird beispielsweise mit der von der Vorsteuerung berechneten einzuspritzende
Kraftstoffmasse multipliziert, kann aber auch zu der von der Vorsteuerung
berechneten einzuspritzenden Kraftstoffmasse addiert werden.
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Ein Verfahren zur Einstellung des
Kraftstoff-Luft-Gemisches ist beispielsweise aus der
DE 41 17 440 A1 bekannt,
wobei der Inhalt der genannten Schrift ausdrücklich Teil der Offenbarung
der vorliegenden Anmeldung sein soll.
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Bilden sich Ablagerungen an Spritzlöchern der
Einspritzventile, verringert sich die eingespritzte Kraftstoffmasse,
so daß in
der Gemischadaption der zumindest eine Korrekturfaktor angepaßt werden muß, um wieder
das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum zu erreichen.
Durch die zeitliche Veränderung
des Korrekturfaktors kann auf diese Weise eine Bildung von Ablagerungen
erkannt werden.
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Es gibt neben der Verkokung andere
Faktoren, die den zumindest einen Korrekturwert der Gemischadaption
auch verändern.
Diese anderen Faktoren haben aber größtenteils einen weit geringeren Einfluß auf den
zumindest einen Korrekturwert als die Verkokung, so daß eine Verkokung
sicher von den anderen Faktoren unterschieden werden kann.
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Der zumindest eine Korrekturwert
der Gemischadaption wird beispielsweise als erste Größe der Motorsteuerung
in der ersten Schleife 1 verwendet.
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Da in einem sogenannten Schichtbetrieb
der Brennkraftmaschine die Gemischadaption nicht aktiv ist, ist
der Korrekturwert der Gemischadaption im Schichtbetrieb gleich null,
so daß die
erste Schleife im Schichtbetrieb keine Zumischung von Additiv auslösen kann.
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Dem Korrekturwert der Gemischadaption wird
ein zugehöriger
Schwellwert zugewiesen. Sobald der Korrekturwert seinen Schwellwert überschreitet,
muß davon
ausgegangen werden, daß sich eine
Ablagerung an den Spritzlöchern
gebildet hat. Der Schwellwert wird versuchstechnisch festgelegt.
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Auch die Einspritzzeit kann zur Erkennung von
Ablagerungen herangezogen werden. Beispielsweise wird die Einspritzzeit von
allen Zylindern herangezogen und aus diesen Werten der Einspritzzeit ein
Mittelwert, die mittlere Einspritzzeit, gebildet. Da die einzuspritzende
Kraftstoffmenge und damit die Einspritzzeit abhängig ist von der über ein
Gaspedal angeforderten Leistung der Brennkraftmaschine, kann nur
der Quotient aus der angeforderten Leistung und der Einspritzzeit
als Größe der Motorsteuerung
dienen. Die über
das Gaspedal angeforderte Leistung wird auch als Fahrerwunschmoment
bezeichnet.
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Der Quotient aus Fahrerwunschmoment
und Einspritzzeit wird beispielsweise als zweite Größe der Motorsteuerung
in der zweiten Schleife 2 verwendet.
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Dem Quotienten aus Fahrerwunschmoment und
Einspritzzeit wird ein zugehöriger
Schwellwert zugewiesen. Sobald dieser Quotient seinen zugehörigen Schwellwert überschreitet,
muß davon
ausgegangen werden, daß sich
eine Ablagerung an den Spritzlöchern
gebildet hat.
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Durch die Ablagerungen an den Spritzlöchern verringert
sich die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Dadurch verändert sich
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
im Brennraum der Brennkraftmaschine und der Lambda-Wert wird erhöht. Da weniger Kraftstoff
verbrannt wird und daher für
die Verbrennung mit dem Kraftstoff vorgesehener Sauerstoff übrigbleibt,
wird von der Lambda-Sonde ein steigender Restsauerstoffgehalt des
Abgases gemessen. Die Lambda-Regelung
reagiert auf den steigenden Restsauerstoffgehalt des Abgases mit
einer Verlängerung der
Einspritzzeit, um das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
erhalten.
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Statt der automatischen Zumischung
des Additivs in den Kraftstoff ist es auch möglich, die aus zumindest einer
Größe der Motorsteuerung
festgestellte Bildung von Ablagerungen mittels einer Kontrolllampe
im Fahrzeug zu signalisieren. Auf diese Weise wird der Fahrer eines Fahrzeugs
darauf aufmerksam gemacht, daß er
beim nächsten
Betanken des Kraftstofftanks mit Kraftstoff Additiv dem Kraftstoff
beimischen sollte, um gebildete Ablagerungen an den Spritzlöchern der
Einspritzventile zu beseitigen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise
bei Benzinmotoren oder Dieselmotoren eingesetzt werden.
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Bekannte Additive sind beispielsweise
das Additiv mit der Typ-Bezeichnung OGA 72002 von der Firma Chevron
Oronite oder das Additiv Optimax von der Firma Shell.
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Bei dem Verfahren nach 2 sind die gegenüber dem
Verfahren nach 1 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Verfahren
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
dargestellt in einem Ablaufdiagramm. Das Verfahren nach 2 unterscheidet sich von
dem Verfahren nach 1 darin,
daß anstatt
der booleschen Oder-Verknüpfung 8 eine
boolesche Und-Verknüpfung 12 verwendet
wird.
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Wenn nur eine Größe der Motorsteuerung eine
Ablagerung anzeigt, z.B. gemäß der ersten Schleife 1,
erfolgt noch keine Zumischung des Additivs. Erst wenn auch eine
weitere Größe der Motorsteuerung,
z.B. gemäß der zweiten
Schleife 2, durch Überschreiten
des vorbestimmten Schwellwertes bestätigt, daß eine Ablagerung vorliegt,
wird entsprechend der booleschen Und-Verknüpfung Additiv dem Kraftstoff
zugemischt. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit einer nicht
notwendigen Zumischung aufgrund einer fehlerhaften Größe der Motorsteuerung
kleiner.