DE19917772A1 - Ventilspielüberwachungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Bekannt ist, Brennkraftmaschinen zur Steuerung des Zündzeitpunktes mit Klopfsensoren und einer Auswerteelektronik auszurüsten. Das heißt, je nachdem, ob während des fremd eingeleiteten Zündzeitpunktes ein Klopfsignal im Bereich des Brennraums gemessen wird, das über oder unter einem abgespeicherten Grenzwert liegt, wird der Zündzeitpunkt verlegt. Dieser Zündzeitpunkt liegt im Bereich des sogenannten "Zünd-OT" (Zünd-Oberer-Totpunkt) des entsprechenden Kolbens. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Brennkraftmaschine so weitergebildet, daß die Auswerteelektronik während einer Bewegung eines Gaswechselventils Signale von dem Klopfsensor aufnimmt und gemäß dem Verfahrensanspruch entsprechend ausgewertet werden. Durch diese Vorrichtung und dieses Verfahren kann in vorteilhafter Weise das Ventilspiel des entsprechenden Gaswechselventils überwacht und auch bewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelge­ häuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumin­ dest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem von einem Zylinder­ kopf abgedeckten Zylinder bewegbaren Kolben trägt, wobei einem von dem Kolben und dem Zylinderkopf begrenzten Arbeitsraum über in dem Zylinderkopf angeordnete Gaswechselventile und Gaswech­ selkanäle Arbeitsmittel zugeführt und entzogen wird und wobei ein mit einer Auswertelektronik verschalteter Klopfsensor vorhanden ist sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.

Derartig gattungsgemäße Brennkraftmaschinen sind bekannt, wobei solcherart mit Klopfsensoren ausgestattete Brennkraftmaschinen Ottomotoren oder Ottogasmotoren sind, bei denen der Klopfsensor zur Steuerung des Zündzeitpunktes herangezogen wird. Daß heißt, je nachdem ob während des beispielsweise durch eine Zündkerze ein­ geleiteten Zündvorgangs ein von dem Klopfsensor aufgenommenes (Klopf)-Signal im Bereich des Brennraums gemessen wird, das über oder unter einem abgespeicherten Grenzwert liegt, wird der Zündvor­ gang und damit der Zündzeitpunkt verlegt. Dieser Zündzeitpunkt liegt im Bereich des sogenannten "Zünd-OT" (OT = Oberer-Totpunkt) des entsprechenden Kolbens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschi­ ne bereitzustellen, bei der (bzw. mit dem) mit bekannten Bautei­ len Funktionsüberwachungen der Brennkraftmaschine bzw. spezieller Bauteile der Brennkraftmaschine möglich sind und durchgeführt wer­ den.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Auswertelektronik wäh­ rend einer Bewegung eines Gaswechselventils und/oder eines Ein­ spritzventils Signale von dem Klopfsensor aufnimmt und gemäß dem Verfahrensanspruch entsprechend ausgewertet werden. Durch diese Vorrichtung und dieses Verfahren kann in vorteilhafter Weise das Ventilspiel des entsprechenden Gaswechselventils bzw. die Funktion eines Einspritzventils überwacht und auch bewertet werden. Dadurch können insbesondere Schäden durch zu kleines Ventilspiel verhindert werden, indem rechtzeitig in geeigneter Form entsprechende War­ tungshinweise gegeben werden. Umgekehrt ist durch die entspre­ chende Vorrichtung und das entsprechende Verfahren auch eine Überprüfung der Klopfsensorik auf Funktionstüchtigkeit möglich und vorgesehen.

Die Erfindung und das entsprechende Verfahren ist insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen und bei auf Basis von selbst­ zündenden Brennkraftmaschinen aufgebauten Gasmotoren oder bei den Brennkraftmaschinen vorteilhaft einsetzbar, bei denen keine hy­ draulische Tassenstößel zum Ventilspielausgleich eingesetzt werden. Bei diesen Motoren bzw. Brennkraftmaschinen wird bisher das Ventil­ spiel im Rahmen von festgelegten Wartungsintervallen überprüft und ggf. nachgestellt. Da ein korrektes Ventilspiel für den Betrieb der Brennkraftmaschine äußerst wichtig ist, muß eine derartige Überprü­ fung des Ventilspiels relativ häufig durchgeführt werden. Dabei ist die Überprüfung, beispielsweise bei vielzylindrigen Großmotoren, auf­ wendig und es bedarf großer Sorgfalt bei der Durchführung. Zudem muß in aller Regel zumindest die Dichtung des entsprechenden Ven­ tildeckels erneuert werden. Durch den Einsatz der Erfindung können Wartungsfehler minimiert werden.

Nunmehr kann von dieser vorsorglichen Überprüfung Abstand ge­ nommen werden und erst bei Vorliegen von einer tatsächlichem Ab­ weichung von vorgebbaren Grenzwerten eine Nachstellung des Ven­ tilspiels durchgeführt werden. Mit einem entsprechenden Auswer­ tungsprogramm können Wartungszeiträume vorausgesagt und/oder geplant werden.

In Weiterbildung der Erfindung werden während der Schließbewe­ gung des Gaswechselventils Signale von dem Klopfsensor aufge­ nommen. Während der Schließbewegung des Gaswechselventils wird das Gaswechselventil mit seinem Ventilteller auf dem Ventilsitz in dem Zylinderkopf, beispielsweise durch Federkraft, gedrückt. Das hierbei zwangsläufig entstehende Aufschlaggeräusch wird von dem Klopfsensor aufgenommen und in der Auswertelektronik ausgewertet.

Im Rahmen der Erfindung ist zumindest ein Klopfsensor für alle Zy­ lindereinheiten zumindest einer Zylinderreihe der Brennkraftmaschine vorgesehen. Bevorzugt ist insbesondere bei mehrzylindrigen und/oder als V-Motor ausgebildeten Brennkraftmaschinen jeder Zylinder­ einheit ein Klopfsensor zugeordnet, gegebenenfalls ist auch dem/den Einlaß-Gaswechselventil(en) und/oder dem/den Auslaß-Gaswechsel­ ventil(en) jeweils ein eigener Klopfsensor zugeordnet.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein Meßfenster in dem die Schließbewegung umfassenden Kurbelwellenbereich von der Aus­ wertelektronik geöffnet. D. h. also mit anderen Worten, es werden nicht während des gesamten Betriebs der Brennkraftmaschine Sig­ nale aufgenommen, sondern nur in einem Schließbereich des ent­ sprechenden Gaswechselventils bzw. der Gaswechselventile. Dies hat den Vorteil, daß einerseits ggf. störende Fremdgeräusche her­ ausgefiltert werden, andererseits wird der Rechner der Auswertelek­ tronik nur mit den interessanten und wichtigen Meßdaten beschickt. Hinzu kommt, daß die durchzuführenden Rechenschritte sehr um­ fangreich sind und durch ein zeitlich möglichst genau begrenztes Meßfenster die Rechengeschwindigkeit steigt.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Meßfenster in vorgebbaren oder brennkraftmaschinenbetriebsabhängigen Zeitabständen akti­ viert. D. h. also, es kann beispielsweise generell nach einer gewissen Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Meßfenster geöffnet werden oder aber in Abhängigkeit von brenn­ kraftmaschinenbetriebsabhängigen Parametern gesteuert. So können beispielsweise kritische Zustände, beispielsweise während des Kalt­ starts einer Brennkraftmaschine oder des Vollastbetriebs mit hoher Drehzahl, häufiger Meßfenster geöffnet werden als im Leerlaufbetrieb mit niedriger Brennkraftmaschinendrehzahl.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Klopfsensor in das Einspritz­ ventil integriert ist. Dieser Einsatz wird besonders sinnvoll für eine Common Rail Einspritzung verwendet, um ein hängendes Einspitz­ ventil schnellstmöglich zu erkennen und von der Kraftstoffzufuhr zu trennen. Dies ist eine Grundproblem der Common Rail Technik.

In Weiterbildung der Erfindung werden die aufgenommenen Signale mit abgespeicherten Signalwerten verglichen und ausgewertet. Dabei stellt beispielsweise der Zeitpunkt des Signals und die Höhe der Amplitude des aufgenommenen Signals ein sinnvoll übertragbares Maß für das Ventilspiel dar. Die Höhe der Amplitude kann zusätzlich Auskunft über Ablagerungen oder Geometrieveränderungen geben. Diese Signale können dann relativ leicht mit abgespeicherten Signal­ werten verglichen werden.

In Weiterbildung der Erfindung werden die ermittelten Signale zur Ermittlung eines Verschleißzustandes auslesbar abgespeichert. Da­ bei werden die Werte vorzugsweise so abgespeichert, daß sich aus den abgespeicherten Werten eine "Entwicklungsgeschichte" des Ventilspiels des entsprechenden Gaswechselventils (bzw. der Schließbewegung des Einspritzventils) erkennen läßt, so daß eine sichere und zuverlässige Entscheidung, ob das entsprechende Spiel des Gaswechselventils nachgestellt werden muß oder nicht (bzw. eine Kontrolle oder ein Auswechseln des Einspritzventils nötig ist), möglich ist. Selbstverständlich ist auch eine Notfallauswertung bzw. Ausgabe vorgesehen, die bei sich beispielsweise durch einen Materialfehler rapide verringernden Ventilspiel (bzw. bei einem hängenden Einspritzventil) Warnsignale abgibt oder sogar die Brennkraftmaschine (bzw. die Kraftstoffzufuhr) gezielt stillsetzt (abtrennt).

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbe­ schreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Klopfsensor und

Fig. 2 in Diagrammform ein entsprechend aufgenommenes Ventilspielsignal.

Fig. 1 zeigt eine schematisch dargestellte selbstzündende Brenn­ kraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse 1 aufweist, in dem eine Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Die Kurbel­ welle 2 treibt über einen oder mehrere Zahneingriffe eine Nocken­ welle 3 an, die die jeder Zylindereinheit zugeordneten Gaswechsel­ ventile und ggf. die jedem Zylinder zugeordneten Einzel-Einspritz­ pumpen 4 antreibt. Jede Einzel-Einspritzpumpe 4 ist über eine kurze Einspritzleitung 5 mit einem Einspritzventil 6 verbunden, das in dem einer Zylindereinheit zugeordneten Zylinderkopf 7 angeordnet ist. Jede Zylindereinheit weist weiterhin ein Zylinderrohr 8 auf, in dem ein Kolben 9 bewegbar ist, wobei der Kolben 9 über ein nicht dargestell­ tes Pleuel mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist. Der Kolben 9 bildet zusammen mit dem Zylinderrohr 8 einen Brennraum 10, dem über die Gaswechselventile, die mit einem Ansaugsystem 11 und einem Ab­ gassystem 12 verbunden sind, Verbrennungsluft oder Gemisch zu­ geführt und Abgas entzogen wird. Die Gaswechselventile werden über Übertragungselemente wie Stößel und Kipphebel von der Nocken­ welle geöffnet und geschlossen. Zur störungsfreien Funktion muß zwischen den Übertragungselementen ein geringes aber definiertes Spiel eingestellt sein, was durch Einstellschrauben am Kipphebel vorgenommen wird. Dieses so eingestellte sogenannte Ventilspiel muß in vorgegebenen Abständen kontrolliert und nachgestellt wer­ den.

Durch das Einspritzventil 6 wird dem Brennraum 10 Brennstoff zuge­ führt, wobei das sich in dem Brennraum 10 mit der Verbrennungsluft bildende Brennstoff-Luftgemisch durch Verdichtung entzündet wird. Insbesondere in dem dem Brennraum 10 zugewandten Bereich des Zylinderkopfs 7 ist der Meßkopf eines Klopfsensors 13 angeordnet, die über eine Meßleitung mit einer Schwingungsaufnehmer-Auswert­ elektronik verschaltet ist.

In Fig. 2 ist schematisch ein von der Auswertelektronik aufgenomme­ nes Meßprotokoll dargestellt. Aufgezeichnet ist über der Bezugsgröße Grad Kurbelwelle (°KW) das von dem Klopfsensor 13 aufgenommene Signal (S). Dabei ist zur Verdeutlichung in Fig. 2 der komplette Be­ reich von einem Kurbelwellenbereich vor (Gaswechselauslaßventil) Auslaß schließt (AS) und bis nach einem Bereich nach (Gaswech­ seleinlaßventil) Einlaß schließt (Es) wiedergegeben. Es ist ersicht­ lich, daß im Bereich zwischen, vor und nach Auslaß schließt (AS) und Einlaß schließt (Es) die aufgezeichneten Signale eine in gewissen Grenzen konstante gleichbleibende Amplitude aufweisen. Verursacht durch die Schließbewegung des Gaswechseleinlaßventils und des Gaswechselauslaßventils steigt in diesen Bereichen die Amplitude deutlich an. Der Zeitpunkt in bezug zu definierten Werten der "Soll­ steuerzeiten" und die Amplitude wird zur Ventilspielüberwachung ausgewertet, wobei der Zeitpunkt (und die Amplitude) beispielsweise auf das entsprechende Ventilspiel umgerechnet wird (werden). Im praktischen Betrieb werden Meßfenster zur Ermittlung der Signale um die entsprechenden Ventilsteuerzeiten gelegt. In Fig. 2 sind diese Meßfenster durch Abstandsmarkierungen dargestellt, in denen das Schließsignal vorhanden sein muß.

Claims (8)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel ange­ lenkt ist, das einen in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zy­ linder bewegbaren Kolben trägt, wobei einem von dem Kolben und dem Zylinderkopf begrenzten Arbeitsraum über in dem Zylinderkopf angeordnete Gaswechselventile und Gaswechselkanäle Arbeitsmittel zugeführt und entzogen wird und wobei ein mit einer Auswertelektro­ nik verschalteter Klopfsensor (13) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik während einer Bewegung eines Gaswechselventils und/oder eines Einspritzventils Signale von dem Klopfsensor (13) aufnimmt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Schließbewegung Sig­ nale aufgenommen werden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfenster in dem die Schließbe­ wegung umfassenden Kurbelwellenbereich von der Auswertelektronik geöffnet wird.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster in vorgebbaren oder brennkraftmaschinenbetriebsabhängigen Zeitabständen aktiviert wird.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfsensor (13) in das Einspritz­ ventil integriert ist.

6. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbaren Kolben trägt, wobei einem von dem Kolben und dem Zylinderkopf begrenzten Arbeitsraum über in dem Zylinderkopf angeordnete Gaswechselventile und Gas­ wechselkanäle Arbeitsmittel zugeführt und entzogen wird und wobei ein mit einer Auswertelektronik verschalteter Klopfsensor (13) vor­ handen ist, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung, insbesondere der Schließbewegung eines Gaswechselventils und/oder eines Ein­ spritzventils, Signale von dem Klopfsensor (13) aufgenommen wer­ den und zum Ermitteln des Ventilspiels des Gaswechselventils und/oder des Schließens des Einspritzventils ausgewertet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommenen Signale mit abge­ speicherten Signalwerten verglichen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Signale zur Ermittlung eines Verschleißzustandes auslesbar abgespeichert werden.