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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats, das beim Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird.
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HINTERGRUND
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Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors werden eine Reihe sogenannter Hilfsaggregate verwendet, wie z. B. ein oder mehrere Kompressoren für die Zufuhr von mit Druck beaufschlagter Luft in die Zylinderkammer des Verbrennungsmotors, eine Kraftstoffpumpe, die auf dem Weg des Kraftstoffs von einem Tank in die Einspritzdüse des Verbrennungsmotors angeordnet ist, eine Wasserpumpe zum Kühlen des Motors und ein Anlassermotor. Selbstverständlich ist es von großer Bedeutung, ständig über die Funktionalität dieser Hilfsaggregate Bescheid zu wissen, um sicherzustellen, dass der Verbrennungsmotors optimal funktioniert, das heißt, dass darin verwendeter Kraftstoff in den Zylindern des Motors so verbrannt wird, dass eine maximale Menge an Energie/Kraftstoff-Masse mit dem Motor erzeugt wird und sich eine minimale Menge an Emissionen ergibt, und das mit minimalem Verschleiß der Bauteile in dem Verbrennungsmotor und den Hilfsaggregaten, wobei verhindert wird, dass ungewollte Unterbrechungen des Verbrennungsmotors erforderlich sind. Es ist in der Regel schwierig, die Funktionalität derartiger Hilfsaggregate von Verbrennungsmotoren zuverlässig zu diagnostizieren, d. h. zu bestimmen.
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Die
US 2012/0330575 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose von Hilfsaggregaten eines Verbrennungsmotors durch Prüfen des Drucks, der von dem Drucksensor erfasst wird, der sich in die Zylinderkammer der Zylinder des Verbrennungsmotors über Löcher erstreckt, die durch die Motorwände gebohrt sind.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats, das beim Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird, das/die wenigstens hinsichtlich eines Aspekts in Bezug auf den bisherigen Stand der Technik derartiger Verfahren und Vorrichtungen verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, gelöst.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats erzielt, das beim Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Das Verfahren schließt Folgendes ein:
- • Erfassen von Bewegungen, die in Teilen des Verbrennungsmotors durch die Funktion des Hilfsaggregats erzeugt werden,
- • Vergleichen der Bewegungen mit gespeicherten Informationen über mögliche Bewegungen, wenn das Hilfsaggregat korrekt funktioniert, und
- • Bestimmen der Funktionalität des Hilfsaggregats basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs.
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Daher basiert die Erfindung auf dem Wissen, dass die Hilfsaggregate eines Verbrennungsmotors eine Bewegung in Teilen des Verbrennungsmotors erzeugen, wenn sie korrekt funktionieren, und dass eine Analyse derartiger Bewegungen sehr zuverlässig zu einer Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats führen kann.
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Ein Verfahren gemäß der Erfindung erleichtert die Diagnose einer größeren Anzahl von Hilfsaggregaten mit größerer Zuverlässigkeit, als es mit dem Verfahren gemäß dem zuvor genannten Dokument möglich ist, und zusätzlich dazu kann das innovative Verfahren durchgeführt werden, ohne dass Löcher in den Brennraum gebohrt werden müssen, wodurch sich Kosteneinsparungen ergeben, und zusätzlich dazu werden Störungen, die von Drucksensoren, die in die Zylinderkammer eingeführt werden, verursacht werden können, auch dank der Erfindung verhindert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Bewegungen in Form von Vibrationen erfasst. Hilfsaggregate eines Verbrennungsmotors erzeugen, wenn sie korrekt funktionieren, normalerweise Vibrationen in Teilen des Verbrennungsmotors, wie z. B. in den Zylinderköpfen oder Motorblöcken oder anderen Teilen, und derartige Vibrationen weisen ein Auftreten auf, das von der Funktion des Hilfsaggregats abhängt, so dass es durch Vergleichen dieser Vibrationen mit gespeicherten Informationen über derartige Vibrationen möglich ist, zu bestimmen, ob das Hilfsaggregat auf erwartete Weise funktioniert oder nicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Bewegungen in einem Motorblockteil oder in einem Zylinderkopf in dem Verbrennungsmotor erfasst. Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung werden Bewegungen in Form von Verformungen bei Schrauben im Motor erfasst, wie z. B. bei Schrauben in Hauptlagern, in Pleuellagern und bei Zylinderkopfschrauben. Das Auftreten derartiger Bewegungen hängt von der Funktion von Hilfsaggregaten eines Verbrennungsmotors ab, und kann beispielsweise durch Anwenden von Verformungssensoren bei solchen Schrauben erfasst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Bewegungen in Form von Verformungen der Einspritzdüsen- oder Glühkerzenbefestigung erfasst, was eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats bildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Erfassung der Bewegungen teilweise vor und teilweise nach der Aktivierung oder Deaktivierung der Hilfsaggregate ausgeführt, werden die Bewegungen vor und nach der Aktivierung oder Deaktivierung miteinander verglichen, und wird die Funktionalität des Hilfsaggregats basierend auf dem Ergebnis des derartigen Vergleichs bestimmt. Derartige unterschiedliche Diagnosen können in vorteilhafter Weise ausgeführt werden, um die Funktionalität des Hilfsaggregats zu bestimmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Funktionalität eines Kompressors, der in einer Lufteinlassleitung in den Verbrennungsmotor angeordnet ist, bestimmt. Andere Ausführungsformen der Erfindung betreffen die Bestimmung der Funktionalität einer Wasserpumpe zum Kühlen des Verbrennungsmotors, und einer Kraftstoffpumpe, die mit einem Aggregat zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder des Verbrennungsmotors verbunden ist. Im Fall einer Bestimmung der Funktionalität einer Kraftstoffpumpe kann die Entwicklung des Drucks in wenigstens einem Zylinder des Verbrennungsmotors über die Zeit gemessen werden, wird die gemessene Druckentwicklung mit gespeicherten Informationen über eine derartige Druckentwicklung verglichen, und das Ergebnis eines derartigen Vergleichs wird auch dazu verwendet wird, die Funktionalität der Kraftstoffpumpe zu bestimmen. Daher kann zuverlässig bestimmt werden, ob die Kraftstoffpumpe korrekt funktioniert. Das Verfahren kann in diesem Fall für eine Kraftstoffpumpe ausgeführt werden, die mehrere Pumpenelemente umfasst, und es wird dann bestimmt, dass ein Pumpenelement ausgefallen ist, wenn die Bewegung verschwindet, die eigentlich von einem derartigen Pumpenelement erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Funktionalität eines Anlassermotors bestimmt, indem Bewegungen, die sich in einen Zylinderkopf des Motors oder in angrenzende Teile im Motor ausbreiten und die durch Druckänderungen in einer Zylinderkammer des Motors erzeugt werden, erfasst werden, wird eine Entwicklung über die Zeit des Gasdrucks in der Zylinderkammer basierend auf Informationen in den erfassten Bewegungen berechnet, und die Dauer in einer Kurve, die die Entwicklung zeigt, mit gespeicherten Informationen über eine derartige Kurve verglichen, um die Funktionalität des Anlassermotors zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, dass die Entwicklung über die Zeit des Gasdrucks in der Zylinderkammer eines Verbrennungsmotors sich zuverlässig durch die Erfassung von Bewegungen ergibt, die in einem Zylinderkopf des Motors oder in angrenzenden Teilen im Motor erzeugt werden, d. h. ohne dass es erforderlich wäre, Löcher in den Brennraum zu bohren. Daher wird es möglich, zu bestimmen, ob der Anlassermotor des Verbrennungsmotors korrekt funktioniert.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die Funktionalität eines Hilfsaggregats in einem Verbrennungsmotor gemäß den beigefügten unabhängigen Vorrichtungsansprüchen zu bestimmen. Die Funktion einer derartigen Vorrichtung und Ausführungsformen davon, die in den Unteransprüchen definiert sind, und die Möglichkeiten, die sie anbieten, werden in dem vorstehenden Abschnitt des innovativen Verfahrens erklärt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuervorrichtung, einen Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeug, das Vorstehendes verwendet.
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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art von Verbrennungsmotor beschränkt, sondern umfasst Ottomotoren sowie kompressionsgezündete Motoren, und auch nicht auf eine bestimmte Art von Kraftstoff, wobei nicht erschöpfende Beispiele davon Kraftstoff in Form von Benzin, Ethanol, Diesel und Gas umfassen können.
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Gleichermaßen umfasst die Erfindung Verbrennungsmotoren, die für alle Arten der Verwendung bestimmt sind, wie z. B. für die industrielle Anwendung, bei Brechmaschinen und verschiedenen Arten von Kraftfahrzeugen, bei Kraftfahrzeugen auf Rädern, sowie bei Lastwägen und Bussen, und Booten und Raupenfahrzeugen, oder ähnlichen Fahrzeugen.
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Andere vorteilhafte Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung dargelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend folgen Beschreibungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
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1a eine schematische Ansicht, die einen Verbrennungsmotor mit zugehörigen Hilfsaggregaten und Sensoren zeigt, die in unterschiedlichen möglichen Positionen angeordnet sind, um Bewegungen zu erfassen, die durch die Funktion der Hilfsaggregate erzeugt werden,
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1b einen möglichen Standort eines Sensorelements,
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2 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
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3 ein Diagramm einer elektronischen Steuervorrichtung für die Umsetzung eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN GEMÄß DER ERFINDUNG
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1a stellt sehr schematisch einen Verbrennungsmotor 1 mit Hilfsaggregaten, die nach Art des Stands der Technik verbunden sind, in Form eines Kompressors 2, einer Wasserpumpe 3 und einer Kraftstoffpumpe 4 in Form einer Hochdruckpumpe, die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff bei hohem Druck in ein Speichervolumen 5 mit Düsen zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder 6 des Verbrennungsmotors zu pumpen, dar. Ein zusätzliches Hilfsaggregat in Form eines Anlassermotors 7 ist auch angedeutet. Der Verbrennungsmotor ist hier in einem schematisch angedeuteten Kraftfahrzeug 20, beispielsweise in einem Lastwagen, angeordnet.
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Es ist dargestellt, wie Sensoren 8 bis 10 angeordnet sein können, um Bewegungen zu erfassen, die in Teilen des Verbrennungsmotors durch die Funktion der unterschiedlichen Hilfsaggregate erzeugt werden. Durch die Anordnung eines derartigen Sensors 8 an einem Teil eines Zylinderkopfes 11 oder an daran angrenzenden Teilen im Motor können Druckänderungen in der entsprechenden Zylinderkammer 12 durch dadurch erzeugte Bewegungen erfasst werden, wo der Sensor angeordnet ist. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise derartige Bewegungen optisch oder über Piezoelektrizität oder Piezowiderstand erfassen, und kann dazu verwendet werden, eine Druckkurve zu erzeugen, die durch den Anlassermotor 7 erzeugt wird und die mit gespeicherten Informationen über eine derartige Kurve verglichen werden kann, um die Funktionalität des Anlassermotors zu bestimmen.
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Andere Sensoren 9, 10 können angeordnet sein, um Vibrationen oder Verformungen, z. B. bei Schrauben des Motors, z. B. bei Schrauben in Hauptlagern, in Pleuellagern, und bei Zylinderkopfschrauben, oder in einem Motorblockteil, zu erfassen.
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Informationen über die erfassten Bewegungen werden an eine Einheit 13 gesandt, die aus einer elektronischen Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor und das Fahrzeug bestehen kann, in Fällen, bei welchen der Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug angeordnet ist. Die Einheit 13 ist dazu ausgestaltet, das Auftreten der erfassten Bewegungen mit gespeicherten Informationen über mögliche derartige Bewegungen zu vergleichen, wenn die entsprechenden Hilfsaggregate korrekt funktionieren, und basierend auf dem Ergebnis eines derartigen Vergleichs die Funktionalität des Hilfsaggregats zu bestimmen.
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1b zeigt eine weitere Anordnung eines Sensorelements 8. Das Sensorelement ist hier auf einem Abschnitt angrenzend an den Zylinderkopf angeordnet. In diesem Beispiel ist das Sensorelement an dem Motor, insbesondere an dem Motorblock, angeordnet. Die Sensorelemente/die Sensoren 8 können von geeigneter Art sein, z. B. piezoresistive oder piezoelektrische Elemente oder optische Sensoren. Das Sensorelement kann hier an dem Motor angeordnet sein, in einem Bereich angrenzend an den Auslass des Abgaskanals aus einem Zylinder. Beispielsweise kann es an einer Fläche des Motorblocks neben dem Auslass, an dem Motor, des Abgaskanals aus einem Zylinder angeordnet sein. Die Oberfläche, an welcher der Sensor 8 angeordnet ist, kann im Wesentlichen vertikal sein. Der Sensor kann dazu angeordnet sein, Bewegungen zu erfassen, die senkrecht zu den Bewegungen des Kolbens sind. Der Sensor kann auch dazu angeordnet sein, Bewegungen zu erfassen, die senkrecht sowohl in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Kolbens als auch in Bezug auf die Längsrichtung des Motors sind. In einer Ausführungsform ist der Sensor an der langen Seite des Motors positioniert. Der Sensor kann dazu angeordnet sein, Bewegungen in eine Richtung zu erfassen, die senkrecht in Bezug auf die Oberfläche ist, an welcher er angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) kann das Sensorelement 8 auf entsprechende Weise platziert sein, wie wenn es an dem Motor an dem Auslass des Abgaskanals aus einem Zylinder platziert ist, aber stattdessen in einer entsprechenden Position an dem Motor, an dem Einlass des Einlasskanals in einen Zylinder.
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Das von dem Sensorelement 8 erfasste Signal kann auf verschiedene Arten behandelt werden. Beispielsweise können die folgenden Signalbehandlungsschritte durchgeführt werden. Zunächst wird das elektrische Signal des Sensors in eine Steuervorrichtung/eine Signal behandlungsvorrichtung eingegeben. Das Signal wird mit einem Bandfilter gefiltert, um überflüssige Informationen zu entfernen, die nicht zu dem Frequenzbereich gehören, um welchen Informationen erforderlich sind. Das Signal wird durch Filtern, Mitteln oder durch Ersetzen durch eine oder mehrere kontinuierliche Funktionen mit großer Ähnlichkeit geglättet. Anschließend wird das Signal beispielsweise mithilfe der Korrelation zwischen Druck und Volumen bei Kompression skaliert. Anschließend wird ein geeigneter Teil/werden geeignete Teile des Signals in den Druckbereich umgewandelt. Zusätzliches Modellieren schließt Lücken bei der Zuverlässigkeit des Signals, um eine Druckkurve zu bilden. Die so geformte Druckkurve wird zur Berechnung unterschiedlicher Werte bei der Motorsteuerung verwendet. In einigen Ausführungsformen kann einer oder können mehrere der zuvor genannten Schritte entfallen.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der Funktionalität eines Hilfsaggregats darstellt, das beim Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird. In einem ersten Schritt S1 werden Bewegungen, die in einem Teil des Verbrennungsmotors durch die Funktion eines Hilfsaggregats erzeugt werden, erfasst. In einem zweiten Schritt S2 werden die erfassten Bewegungen mit gespeicherten Informationen über derartige Bewegungen verglichen, und in einem dritten Schritt S3 wird die Funktionalität des Hilfsaggregats basierend auf dem Ergebnis des derartigen Vergleichs bestimmt.
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Ein Computerprogrammcode für die Umsetzung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist in geeigneter Weise in einem Computerprogramm beinhaltet, das in den internen Speicher eines Computers, wie z. B. den internen Speicher einer elektronischen Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors, geladen werden kann. Ein derartiges Computerprogramm ist in geeigneter Weise über ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein Datenspeichermedium umfasst, das von einer elektronischen Steuervorrichtung gelesen werden kann, auf welchem Datenspeichermedium das Computerprogramm gespeichert ist. Das Datenspeichermedium ist z. B. ein optisches Datenspeichermedium in Form einer CD-ROM, einer DVD, etc., ein magnetisches Datenspeichermedium in Form eines Festplattenlaufwerks, einer Diskette, einer Kassette, etc., oder ein Flash-Speicher oder ein ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Speicher.
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3 stellt sehr schematisch eine elektronische Steuervorrichtung 13 dar, die ein Ausführmittel 14, wie z. B. eine Zentraleinheit (CPU), für die Ausführung einer Computersoftware umfasst. Das Ausführmittel 14 kommuniziert mit einem Speicher 15, z. B. einem RAM-Speicher, über einen Datenbus 16. Die Steuervorrichtung 13 umfasst auch ein Datenspeichermedium 17, z. B. in Form eines Flash-Speichers oder eines ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Speichers. Das Ausführmittel 14 kommuniziert mit dem Datenspeichermittel 17 über den Datenbus 16. Ein Computerprogramm mit einem Computerprogrammcode für die Umsetzung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist auf dem Datenspeichermedium 17 gespeichert.
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Die Erfindung ist offensichtlich in keiner Weise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, aber zahlreiche mögliche Modifikationen davon sollten für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, ohne dass diese Person vom Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abweicht.
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Das innovative Verfahren könnte für die Bestimmung der Funktionalität von Hilfsaggregaten mit Ausnahme der zuvor genannten verwendet werden.
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Es wäre auch möglich, die Signalstärke und die Zeitverzögerung zwischen mehreren verschiedenen Sensoren zu verwenden, um Hilfsaggregate zu erkennen, die ”Geräusche” erzeugen oder die sich fehlerhaft bewegen, sofern angezeigt.
