DE19719631A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrenn­ kraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke in den Brennräumen nach der im Oberbegriff von An­ spruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 43 95 171 C1 bekannt. Dabei ist eine als Druck­ speicher wirkende gemeinsame Versorgungsleitung (Common-Rail) vorgesehen, die sich in wenigstens zwei Zweigleitungen aufteilt, wobei jede Zweigleitung meh­ rere zu Gruppen zusammengefaßte Zylinder mit Kraft­ stoff versorgt. In jeder gemeinsamen Versorgungslei­ tung ist ein Drucksensor sowie eine Vorrichtung zum Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr in der Zweigleitung vorgesehen, wobei bei einem Störfall in einer der Zweigleitungen die Förderverbindung zu dieser Zweig­ leitung unterbrochen wird. Bei dieser Vorrichtung wird lediglich festgestellt, daß irgendwo im System Druck­ abfall vorhanden ist. Die genaue Lage und die Ursache für den Druckabfall ist nicht feststellbar.

Bei Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen über Ein­ spritzdüsen Kraftstoff unter sehr hohem Druck in die dazugehörigen Brennräume eingebracht wird, wie dies z. B. beim Common-Rail der Fall ist, besteht das tech­ nologische Problem, daß gelegentlich die Düsennadeln der Einspritzdüsen in geöffnetem Zustand hängenblei­ ben. Wenn dies der Fall ist, dann fließt übermäßig viel Kraftstoff in den dazugehörigen Brennraum, was dazu führen kann, daß der gesamte Sauerstoff aufge­ braucht wird. Dies kann bei einem Turbolader eine erhebliche Menge sein, denn die Dieselbrennkraftma­ schine fährt dann im aufgeladenen Zustand nicht mehr mit einem entsprechend hohen Luftüberschuß, sondern bei λ = 1 oder sogar darunter. In diesem Bereich würde dann der höchste effektive Druck herrschen, was dazu führen könnte, daß es zu Schäden an der Brennkraftma­ schine, z. B. am Zylinderkopf, kommen kann. Neben die­ sem Fehler können auch Fehler in der Elektronik auf­ treten, die zu einem zu frühen Einspritzbeginn und/oder ebenfalls zu großen Fördermengen führen kön­ nen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf­ fen, mit der Schäden an der Brennkraftmaschine durch Fehler im Einspritzsystem und daraus resultierende zu hohe Verbrennungsdrücke vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst. Eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens ist in Anspruch 6 beschrieben.

Erfindungsgemäß wird nunmehr ein Klopfsensor dazu ver­ wendet eine fehlerhafte Verbrennung zu diagnostizieren und dann eine entsprechende Warnmeldung und/oder eine Notabschaltung einzuleiten.

Grundsätzlich ist die Verwendung von Klopfsensoren für Otto-Motoren bekannt, allerdings für einen anderen Zweck, wobei darüber hinaus auch nur Druckverhältnisse von wenigen Bar im Brennraum herrschen, die unproble­ matisch sind. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 35 04 039 C2 und die DE 35 17 509 A1 verwiesen.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung eine konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens prin­ zipmäßig dargestellt.

Eine Dieselbrennkraftmaschine 1 ist in bekannter Weise mit einer Abgasanlage 2 und einer Sauganlage 3 verse­ hen. Eine Hochdruckpumpe 4 pumpt Kraftstoff unter ei­ nem Druck von z. B. 1000 Bar in zwei Zweigleitungen 5 und 6. In den beiden Zweigleitungen 5 und 6 ist je­ weils eine Notabschaltventileinrichtung 7 bzw. 8 ange­ ordnet. Von den beiden Notabschaltventileinrichtungen 7 und 8 gehen jeweils einzelne Kraftstoffzuleitungen 9, 10, 11 und 12 ab, die zu Einspritzventilen 13, 14, 15 und 16 führen. Die Einspritzventile 13 bis 16 ver­ sorgen jeweils einen (nicht dargestellten) Brennraum eines Zylinders der Dieselbrennkraftmaschine 1.

Mit den beiden Notsteuerventileinrichtungen 7 und 8 ist ein Steuergerät 17 über Steuerleitungen 18 und 19 verbunden. Im zentralen Bereich, d. h. etwa in der Mit­ te der Dieselbrennkraftmaschine ist ein Klopfsensor 20 angeordnet, der von bekannter Bauart sein kann.

In Verbindung mit der allgemeinen Motorsensorik, z. B. Kurbelwellenstellung und Klopfzeitpunkt, läßt sich der Zylinder in dessen Brennraum der Überdruck auftritt, bestimmen.

Wird auf diese Weise in einem der Brennräume durch den Klopfsensor 20 ein unzulässig hoch ansteigender Ver­ brennungsdruck festgestellt, der z. B. durch ein Hän­ genbleiben der Düsennadel einer Einspritzdüse 13, 14, 15 oder 16 entstanden ist, so kann durch die Notab­ schaltventileinrichtung 7 bzw. 8 der betreffende Zy­ linder oder auch eine Zylindergruppe abgeschaltet wer­ den. Kostenvorteile ergeben sich beim Common-Rail-System, wenn z. B. bei einem Vier-Zylinder-Motor je­ weils zwei Zylinder durch jeweils eine Notabschaltven­ tileinrichtung abgeschaltet werden.

Bei einem Pumpen-/Düsen-System ist zur Steuerung von Kraftstoff zu den Einspritzdüsen jeweils ein gesonder­ tes Ventil vorhanden, das elektronisch gesteuert wird und entsprechend periodisch den Kraftstoff zu einer Einspritzdüse hin umlenkt. Bei diesem System lassen sich mit dem Klopfsensor 20 auch Fehlerquellen in dem Ventil feststellen und anschließend entsprechende Ge­ genmaßnahmen einleiten.

Als Notabschaltventileinrichtungen 7 und 8 können Ab­ sperrventile bekannter Bauart verwendet werden, die z. B. einen Sperrkörper im Ventilgehäuse enthalten, der durch eine vorgespannte Feder in die Sperrlage ge­ bracht wird, wenn ein Riegel über einen Stellmagneten den Sperrkörper freigibt.

Die Notsteuerventileinrichtungen 7 und 8 können auch so ausgebildet sein, daß sie auf- und zugesteuert wer­ den können und zwar in Abhängigkeit von einer Steuere­ lektronik. Mit einer derartigen Maßnahme kann man ein Selbstheilungsprogramm für das fehlerhafte Einspritz­ ventil versuchen. In diesem Falle werden bei abge­ schalteter oder auch bei zeitweise nochmals freigege­ bener Kraftstoffversorgung einige elektrische Impulse in das Einspritzventil eingeleitet, um z. B. eine fest­ sitzende Düsennadel freizubekommen. Anschließend kann probehalber ein Normalbetrieb versucht werden.

Zum Absichern des Ergebnisses über ein fehlerhaftes Arbeiten können noch zusätzliche Sensoren vorgesehen werden, die ebenfalls über das Steuergerät 17 die Not­ abschaltventileinrichtungen aktivieren. So kann man z. B. einen Sensor an der Kurbelwelle der Dieselbrenn­ kraftmaschine vorsehen, der abartige Veränderungen ihrer Winkelgeschwindigkeit diagnostiziert. Ebenso kann durch einen Sensor eine Auswertung des Verbren­ nungsdruckes in einem Brennraum vorgenommen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin durch einen Sensor Veränderungen im Mengenstrom der Kraftstoff zu­ fuhr zu messen. Dabei könnte man dann entsprechende Abweichungen von einem eingelernten Betriebszustand diagnostizieren und diese zur Auswertung zusammen mit dem Klopfsensor verwenden, um Schäden an der Brenn­ kraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke zu vermeiden. Gegebenenfalls könnten auch ein oder mehrere der vorstehend genannten Sensoren anstelle eines Klopfsensors für diesen Zweck verwendet werden.

Statt einer Anordnung des Klopfsensors 20 gemäß Aus­ führungsbeispiel an der Dieselbrennkraftmaschine mit Auswertung des Körperschalles kann dieser auch im Kühlwassersystem angeordnet werden. In diesem Falle würde der Klopfsensor als Wasserdruckwellensensor wir­ ken, wobei die Wasserdruckwelle gemessen wird. Im Un­ terschied zu Klopfsensoren für Otto-Motoren durch die bestimmte Frequenzen herausselektiert und dann analy­ siert werden, kommt es im vorliegenden Fall zur Fest­ stellung einer abartigen Dieselverbrennung bzw. eines überhöhten Druckes in einem Brennraum mehr auf die Druckamplitude als auf das Frequenzbild an, insbeson­ dere auch deshalb, weil das Frequenzbild aufgrund der ähnlichen Verbrennungscharakteristik auch bei überhöh­ ten Verbrennungsdrücken relativ ähnlich ist. Zum Ana­ lysieren dieses überhöhten Druckes kann man deshalb statt dem Körperschall durch die Dieselbrennkraftma­ schine auch den Körperschall des Kühlwassers verwen­ den, da in diesem Falle eine größere Nutzamplitude zu erwarten ist, die sich über den gesamten Zylinderkopf ausbreitet.

Die Notabschaltventileinrichtung kann auch als Vor­ steuerventileinrichtung ausgebildet sein, in dem diese in Frequenz- und Phasenlage der Einspritzventile bzw. des dazugehörigen Einspritzventiles laufend öffnet und schließt. Diese Betriebsweise kann dabei dauernd er­ folgen oder auch nur im Störfall. Läuft die Vorsteuer­ ventileinrichtung im Normalbetrieb synchron jeweils mit dem dazugehörigen Einspritzventil mit, so wird es in diesem Falle überhaupt nicht bemerkt. Tritt hinge­ gen eine Störung auf, dann übernimmt die Vorsteuerven­ tileinrichtung die Sicherungsfunktion. Theoretisch wäre bei dieser Ausgestaltung der Klopfsensor sogar entbehrlich, denn durch eine derartige Vorsteuerventil­ einrichtung wird ja weiterhin auch bei Ausfall einer Einspritzdüse eine zumindest grob gesteuerte Einsprit­ zung übernommen.

Bei Auftreten einer Warnmeldung durch den Klopfsensor 20 aufgrund unzulässig hoher Verbrennungsdrücke kann die Dieselbrennkraftmaschine insgesamt abgeschaltet werden, um Schäden zu vermeiden. Wenn Zweigleitungen 5 und 6 wie bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, ist es auch ausreichend nur die Gruppe abzuschalten, in der die Störung aufgetreten ist. In diesem Falle kann mit der anderen Gruppe in einem Notbetrieb wei­ tergefahren werden.

Wenn einzelne Notabschaltventile in den einzelnen Kraftstoffzuleitungen 9, 10, 11 oder 12 vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit jeweils nur den betrof­ fenen Zylinder abzuschalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Vermeidung von Schäden an einer Die­ selbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe Ver­ brennungsdrücke in den Brennräumen, wobei die För­ derung des Kraftstoffes über Kraftstoffzuleitungen von einer Hochdruckpumpe aus zu Einspritzdüsen er­ folgt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Feststellen einer fehlerhaften Verbrennung in einem oder in mehreren der Brennräume durch einen Klopfsensor (20) eine Warnmeldung abgegeben und/oder eine Notabschaltung des oder der Kraft­ stoffzufuhr zu dem oder den Brennräumen, in dem bzw. denen die fehlerhafte Verbrennung festge­ stellt worden ist, vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldung der fehlerhaften Verbrennung von dem Klopfsensor (20) an ein Steuergerät (17) erfolgt, das eine Notabschaltventileinrichtung (7, 8) in der zu dem bzw. den Brennräumen mit der fehlerhaften Verbrennung führenden Kraftstoffzuleitung (9, 10, 11 oder 12) aktiviert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung zu­ sätzlich Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit an der Kurbelwelle der Dieselbrennkraftmaschine (1) gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung zu­ sätzlich Auswertungen der Verbrennungsdrücke in den Brennräumen verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung Ver­ änderungen des Mengenstromes der Kraftstoffzufüh­ rung verwendet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Dieselbrennkraftmaschine (1) angeordne­ ter oder an einem mit der Dieselbrennkraftmaschine (1) verbundenen Teil angeordneter Klopfsensor (20) mit einem Steuergerät (17) verbunden ist, das mit in den Kraftstoffzuleitungen (7, 8, 10, 11, 12, 13) an­ geordneten Notabschaltventileinrichtungen (7, 8) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Notabschaltventileinrichtungen (7, 8) als Vor­ steuerventile ausgebildet sind, die zu den Ein­ spritzventilen (13, 14, 15, 16) synchron in Frequenz- und Phasenlage gesteuert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfsensor (20) mit dem Kühlwassersystem der Dieselbrennkraftmaschine (1) verbunden ist.