WO2020083705A1 - Verfahren zur erkennung einer verkokung im einlasstrakt eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur erkennung einer verkokung im einlasstrakt eines verbrennungsmotors Download PDF

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combustion engine
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Sebastian GRASREINER
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Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a fault in the intake tract of an internal combustion engine and a corresponding engine test device.
  • the invention relates to a method for detecting coking in the intake tract of an internal combustion engine, which has direct fuel injection, a throttle valve and a variable intake valve lift control.
  • the intake tract may become coked, particularly on the intake valve (for example on the valve groove) or in the intake port at the valve opening. With such coking, coal-like material is deposited in the intake tract.
  • the reason for the tendency to coke in gasoline engines with gasoline direct injection is that in gasoline engines with gasoline direct injection there is no continuous cleaning purging of the intake tract, for example of the intake valve, with gasoline, since the fuel is injected directly into the combustion chamber. Oil residues from the crankcase ventilation, the valve stem seal or the turbo bearing can be deposited in the form of carbon in the inlet in connection with soot particles from the cylinder under the influence of heat.
  • the tendency to coke tends to increase when using low-quality fuels and oils and with low-load driving profiles.
  • a coking coating for example at the top of the valve fillet between the valve plate and valve stem, can disrupt the tumble flow, so that the idling speed fluctuates more and in extreme cases, misfiring can occur.
  • a coking layer can even lead to a drop in performance as a flow resistance due to insufficient cylinder filling.
  • a coking layer on the inlet valve or on the valve opening can prevent the valve from closing correctly, resulting in loss of compression and sporadic misfiring.
  • the degree of coking in the intake tract in the workshop can only be determined visually after engine parts have been removed. If the inlet section is coked accordingly, the inlet section is cleaned or the affected components are replaced.
  • the optical detection of coking has the disadvantage of a high workload for dismantling the engine parts for optical accessibility.
  • the optical assessment is associated with the disadvantage that it cannot be objectified, since coking is difficult to assess from a purely visual perspective.
  • a method is known from the publication DE 10 2012 213 241 A1 which does not require disassembly of the internal combustion engine to detect coking in the intake tract of an internal combustion engine with direct fuel injection and enables an objective assessment of the coking.
  • the method described there can only be used in internal combustion engines with phase adjustment of the valve opening times (so-called variable intake valve control), in which the control of an air mass flow takes place with the aid of a throttle valve.
  • the internal combustion engine is operated in idle mode with an increased idle speed compared to normal idle mode.
  • the intake valve opening time is adjusted early using the variable intake valve control, which increases the valve overlap (the amount of time that the intake valve is open before the exhaust valve is closed).
  • a uneven running characteristic of the internal combustion engine which is characteristic of the uneven running of the internal combustion engine, is then determined by means of measurement. The presence of a coking in the intake tract can then be recognized on the basis of the uneven running parameter.
  • a first aspect of the invention relates to a method for detecting an error, in particular coking, in the intake tract of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has one or more cylinder banks, a respective cylinder bank comprising a plurality of cylinders, each with a combustion chamber formed therein and at least one injection nozzle. In particular, exactly one injection nozzle is provided in each combustion chamber.
  • a common air mass flow is supplied to the combustion chambers of a respective cylinder bank.
  • a common exhaust gas flow is also discharged from the combustion chambers of a respective cylinder bank.
  • the internal combustion engine has direct fuel injection, in particular it is a gasoline engine with direct gasoline injection.
  • the method runs, for example, on an engine test device external to the vehicle, which is used, for example, in a vehicle repair workshop.
  • the engine test device is connected to the engine control of the vehicle wirelessly or by wire via a corresponding vehicle interface and can also control the operation of the vehicle and call up measured values from the engine control.
  • the method runs on the engine control unit of the vehicle, wherein, for example in the event of the detection of a fault, in particular coking, a cleaning of the inlet channels and / or the inlet valves is instructed.
  • a note on cleaning can be given to the driver or a fitter in the workshop and / or a corresponding note can be stored in a fault memory of the vehicle.
  • the engine control unit automatically cleans the vehicle, for example by introducing it of cleaning fluid in the inlet tract or switching to a cleaning operating mode of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has a throttle valve in the intake tract and a variable intake valve lift control (also called VVT, variable valve train).
  • VVT variable intake valve lift control
  • the variable intake valve lift control enables the valve lift to be regulated.
  • the throttle valve is only used in special operating conditions, such as in emergency operation.
  • the throttle-free load control can reduce charge exchange losses. A higher inflow speed of the air leads to a better mixing of the gasoline-air mixture in the combustion chamber.
  • a first quantity deviation test is carried out in a first step.
  • the quantity deviation test determines a first air ratio value, which is formed from a lambda value measured during the first quantity deviation test and a desired lambda value of the fuel combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • load control of the internal combustion engine is carried out by means of the variable intake valve lift control.
  • a second quantity deviation test is carried out.
  • the second quantity deviation test determines a second air ratio value, which is formed from a lambda value measured during the second quantity deviation test and a desired lambda value of the fuel combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • load control of the internal combustion engine is carried out by means of the throttle valve arranged in the intake tract.
  • a comparison result is determined from the first air ratio value and the second air ratio value.
  • the comparison result shows the presence of a fault in the intake tract of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention permits an objective determination of a fault, in particular coking, in the intake tract of an internal combustion engine with direct fuel injection.
  • the objective determination is made by measurement instead of subjective visual assessment. This means that cleaning or repair only takes place if this is actually objectively necessary.
  • Coking can be detected in a very short time.
  • the time period for determining whether there is a fault in the intake tract of the internal combustion engine, in particular coking can take place, for example, within about ten minutes instead of one hour and more when the internal combustion engine is dismantled.
  • the motor no longer has to be partially dismantled using the method described, which means that further causes of faults for the upcoming repairs can be minimized to the absolute minimum.
  • the accuracy of the detection of coking using a balancing mixture deviation method carried out in accordance with the invention is significantly higher than is the case in the prior art.
  • the first and / or the second quantity deviation test is expediently carried out when the internal combustion engine is idling.
  • the control is carried out, as described above, by an external engine test device or the engine control of the vehicle.
  • the first quantity deviation test is expediently carried out with the throttle valve open and with a small or even minimal stroke of the inlet valve.
  • the first quantity deviation test is carried out in the so-called non-throttled state, in which the quantity of air introduced into a combustion chamber depends exclusively on the height of the stroke of the inlet valve. Because of a chosen little one or minimum strokes, the air introduced into the combustion chamber will become noticeable in the case of coking in the intake duct or at the intake valve in an amount of air that is reduced compared to the expected amount of air. Since the desired lambda value (ie the target lambda value) thus deviates more from the measured lambda value, this is noticeable in a specific first air ratio ratio that is too rich.
  • the second quantity deviation test is carried out with the intake valve at maximum stroke and the throttle valve largely closed.
  • the load is thus controlled by means of the throttle valve (so-called throttled operation). If there is coking in the intake duct or at the intake valve, the second air ratio value will not experience as great a deviation as in the first quantity deviation test, since the cross section through which the amount of air can flow into the combustion chamber is less affected by the coking percentage than during the execution of the first quantity deviation test.
  • the presence of an error in the intake tract i.e. in the air path of the internal combustion engine can therefore be concluded when the first air ratio value and the second air ratio value are different.
  • the presence of coking in the intake tract is inferred if the first air ratio value is less than a predefined first threshold value and the second air ratio ratio value is greater than or equal to the predefined first threshold value.
  • the first air ratio ratio value is formed in particular by the quotient from the lambda value measured during the first quantity deviation test and the desired lambda value.
  • the second air ratio value is formed by the quotient of the lambda value measured during the second quantity deviation test and the desired lambda value.
  • coking occurs when the first air ratio value is less than the predetermined threshold value and thus less than the second air ratio value. This results from the fact that during the first quantity deviation test with a given coking a smaller amount of air can flow into the combustion chamber than would be the case if there was no coking. The measured lambda value is therefore smaller than the desired lambda value. In contrast, in the second quantity deviation test, the difference between the measured and the desired lambda value is not so great, since the coking does not change the air volume flowing into the combustion chamber so much.
  • the first and the second predetermined threshold value are in particular the same size, in particular 1.
  • a computer program product is also proposed which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software code sections with which the steps of the method described herein are carried out when the product is running on a computer.
  • the computer program product can be in the form of a data carrier, e.g. a DVD, a CD-ROM, a USB memory stick and the like.
  • the computer program product can also be present as a signal that can be loaded via a wireless or wired network.
  • a second aspect of the invention is directed to an engine test device.
  • the engine test device is set up to detect a fault, in particular coking, in the intake tract of an internal combustion engine with direct fuel injection, throttle valve and variable intake valve lift control.
  • the device is with the motor vehicle to control the operation of the vehicle and to receive internal measurement values connectable, for example via an electrical connection or a radio connection.
  • the engine test device controls the internal combustion engine via the engine control device so that the method described above is carried out.
  • FIG. 1 shows an exemplary flowchart for a method according to the invention for detecting an error, in particular coking, in the intake tract of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has one or more cylinder banks, each cylinder bank comprising a plurality of cylinders, each with a combustion chamber formed therein and at least one injection nozzle. In particular, exactly one injection nozzle is provided in each combustion chamber.
  • a common air mass flow is supplied to the combustion chambers of a respective cylinder bank.
  • a common exhaust gas flow is also discharged from the combustion chambers of a respective cylinder bank.
  • the internal combustion engine has direct fuel injection, in particular it is a gasoline engine with direct petrol injection and fully variable valve control.
  • step S1 a first quantity deviation test is carried out, by means of which a first air ratio value wi is determined.
  • the air ratio value wi is formed by the quotient of the lambda value A rea i, 1 measured during the first quantity deviation test and the desired lambda value A S0 n, 1 (ie the target lambda value) of the fuel combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the load of the internal combustion engine is controlled by means of a variable intake valve lift control (WT).
  • WT variable intake valve lift control
  • a second quantity deviation test is carried out, by means of which a second air ratio value w 2 is determined.
  • the second air ratio value w 2 is determined by the quotient from that measured during the second quantity deviation test Lambda values A reai, 2 and the desired lambda value A SO II, 2 (ie a target lambda value) of the fuel combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the load control of the internal combustion engine is carried out by means of the throttle valve in the intake tract of the internal combustion engine.
  • step S3 the previously determined first and second air ratio ratios wi and w 2 are compared. On the basis of the comparison result, the existence of an error, in particular the presence of coking, in the intake tract of the internal combustion engine can be concluded.
  • the first and the second quantity deviation test are carried out one after the other while the internal combustion engine is idling.
  • the first quantity deviation test carried out in step S1 is carried out with a small or minimal stroke of the intake valve, the throttle valve which is arranged in the intake tract of the internal combustion engine being opened.
  • the first quantity deviation test is carried out in the conventional operating mode of an internal combustion engine which has a variable intake valve lift control.
  • step S2 the second quantity deviation test is carried out in step S2 with the maximum lift of the intake valve (i.e. the intake valve is open to the maximum) and the throttle valve largely closed.
  • This operating mode corresponds to an emergency operation in which the load control is carried out by means of the throttle valve in engines with variable intake valve lift control.
  • characteristic first and second air ratio ratios wi, w 2 result , their relationship to one another allowing the detection of the presence of an error in the intake tract and in particular the presence of coking.
  • a general error in the intake tract can be concluded if the first air ratio value wi, which was determined in step S1, and the second air ratio ratio value w 2 , which was determined in second step S2, are different. This results from the fact that the air ratio ratio values wi, w 2 then have the same value. would have to point out if the lambda values A reai, 1 and A reai, 2 respectively measured in steps S1 and S2 introduce the same amount of air into the combustion chambers with different load control, which would have to be reflected in a respectively measured lambda value.
  • Coking causes coal-like mass to be deposited in the inlet, in particular in the inlet duct and / or on the inlet valve.
  • the gradual growth of the coal leads, in particular in step S1, in which the valve is opened only minimally, to disproportionately reduce the otherwise existing air flow cross section.
  • step S1 in which the valve is opened only minimally, to disproportionately reduce the otherwise existing air flow cross section.
  • a reai, 1 becomes smaller. This is noticeable in a decrease in the first air ratio ratio wi. If the first air ratio wi is smaller than the second air ratio W2, coking can be concluded.
  • the comparison can be made, in particular, against a predetermined threshold value, which is chosen to be 1, since the respective air ratio values wi, w 2 correspond to the value 1 if there is no error, since the measured and the desired lambda value are then approximately the same size.
  • a predetermined threshold value which is chosen to be 1
  • the first air ratio ratio wi is greater than the predetermined threshold value and greater than the second air ratio ratio value w 2 , leads to the suspicion of a leak in the intake tract, since here due to the flow conditions in the second step S2, in which the Internal combustion engine is throttled, creates less air in the combustion chamber.
  • the test described above is carried out individually for each cylinder.
  • the first air ratio ratio wi and the second air ratio ratio w 2 are determined individually for the cylinder, just as a comparison is determined individually for the cylinder. This not only makes it possible to make a basic statement about the presence of an error or coking, but also to determine the cylinder having the error or to assign an error intensity per cylinder.
  • the measured lambda values A rea i, 1 or A rea i, 2 and the desired lambda values A so n, 1 or are generally known to the person skilled in the art. A possible procedure is described, for example, in WO 2016/041742 A1 by the applicant.
  • a real, 1 measured lambda value in the first quantity deviation test A real, 2 measured lambda value in the second quantity deviation test Asoii, 1 desired (target) lambda value in the first quantity deviation test

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung, Drosselklappe und variabler Einlassventilhubsteuerung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem Schritt a) das Durchführen eines ersten Mengenabweichungstests, durch den ein erster Luftzahlverhältniswert (w1) ermittelt wird, der aus einem während des ersten Mengenabweichungstest gemessenen Lambdawert (λreal, 1) und einem gewünschten Lambdawert (λsoll, 1) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbrennungsmotors gebildet wird, wobei im ersten Mengenabweichungstest eine Laststeuerung mittels der variablen Einlassventilhubsteuerung durchgeführt wird. Schritt b) umfasst das Durchführen eines zweiten Mengenabweichungstests, durch den ein zweiter Luftzahlverhältniswert (w2) ermittelt wird, umfasst, der aus einem während des zweiten Mengenabweichungstest gemessenen Lambdawert (λreal, 2) und einem gewünschten Lambdawert (λsoll, 2) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbrennungsmotors gebildet wird, wobei im zweiten Mengenabweichungstest eine Laststeuerung mittels der Drosselklappe durchgeführt wird. Schließlich erfolgt in Schritt c) das Bestimmen eines Vergleichsergebnisses aus dem ersten Luftzahlverhältniswert (w1) und dem zweiten Luftzahlverhältniswert (w2), wobei anhand des Vergleichsergebnisses das Vorliegen eines Fehlers im Einlasstrakt des Verbrennungsmotors erkennbar ist.

Description

Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlers im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors sowie ein entsprechendes Motortestgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbren- nungsmotors, der eine Kraftstoffdirekteinspritzung, eine Drosselklappe und eine variable Einlassventilhubsteuerung aufweist.
Bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung kann es zu einer Verkokung des Einlass- traktes kommen, insbesondere am Einlassventil (beispielsweise an der Ventilkehlung) oder im Einlasskanal an der Ventilöffnung. Bei einer derartigen Verkokung lagert sich koh- leähnliches Material im Einlasstrakt ab. Ursächlich für die Verkokungsneigung bei Ottomo- toren mit Benzindirekteinspritzung ist, dass bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung keine kontinuierliche reinigende Spülung des Einlasstraktes, beispielsweise des Einlass- ventils, mit Benzin stattfindet, da der Kraftstoff direkt im Brennraum eingespritzt wird. Ölrückstände aus der Kurbelgehäuse-Entlüftung, der Ventilschaftdichtung oder der Turbo- lagerung können sich in Verbindung mit Rußpartikeln aus dem Zylinder unter Hitzeeinwir- kung in Form von Kohle im Einlass ablagern. Die Verkokungsneigung nimmt dabei bei Verwendung von Kraftstoffen und Ölen mit niedriger Qualität und bei Fahrprofilen mit niedriger Last tendenziell zu.
Diese Verkokung sorgt für eine Verschlechterung der Laufruhe im Kaltleerlauf und kann zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie zu Beanstandungen im Warmlauf- Fahrverhalten führen. Ein Verkokungsbelag beispielsweise oben an der Ventilkehlung zwischen Ventilteller und Ventilschaft kann die Tumble-Strömung stören, so dass die Leerlaufdrehzahl stärker schwankt und es im Extremfall sogar zu Zündaussetzern kom- men kann. Ein Verkokungsbelag kann sogar als Strömungswiderstand aufgrund unzu- reichender Zylinderfüllung zu einem Leistungsabfall führen. Darüber hinaus kann ein Ver- kokungsbelag am Einlassventil oder an der Ventilöffnung ein korrektes Schließen des Ventils verhindern, so dass es zu Kompressionsverlusten und sporadischen Zündausset- zern kommt. Typischerweise kann der Grad der Verkokung im Einlasstrakt in der Werkstatt nur nach Demontage von Motorenteilen visuell festgestellt werden. Falls der Einlasstrakt entspre- chend verkokt ist, erfolgt dann eine Reinigung des Einlasstrakts oder ein Austausch der betroffenen Bauteile.
Die optische Erkennung einer Verkokung weist den Nachteil eines hohen Arbeitsauf- wands zur Demontage der Motorenteile für die optische Zugänglichkeit auf. Außerdem ist die optische Begutachtung mit dem Nachteil mangelnder Objektivierbarkeit verbunden, da die Verkokung bei einer rein visuellen Betrachtung schwer zu beurteilen ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 213 241 A1 ist ein Verfahren bekannt, das zur Erken- nung einer Verkokung im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirektein- spritzung keine Demontage des Verbrennungsmotors erfordert und eine objektive Beurtei- lung der Verkokung ermöglicht. Das dort beschriebene Verfahren kann jedoch nur bei Verbrennungsmotoren mit Phasenverstellung der Ventilöffnungszeiten (sog. variable Ein- lassventilsteuerung) zur Anwendung gelangen, bei denen die Steuerung eines Luftmas- senstroms mithilfe einer Drosselklappe erfolgt. Bei diesem Verfahren wird der Verbren- nungsmotor im Leerlauf mit gegenüber dem Leerlaufnormalbetrieb erhöhter Leerlaufdreh- zahl betrieben. Außerdem wird die Öffnungszeit der Einlassventile mithilfe der variablen Einlassventilsteuerung in Richtung früh verstellt, wodurch die Ventilüberschneidung (die Zeitdauer bei der das Einlassventil bereits geöffnet ist, noch bevor das Auslassventil ge- schlossen ist) vergrößert wird. Mittels Messung wird dann eine für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristische Laufunruhe-Kenngröße des Verbrennungsmotors bestimmt. Anhand der Laufunruhe-Kenngröße lässt sich dann das Vorliegen einer Verko- kung im Einlasstrakt erkennen.
Dieses Verfahren kann jedoch nicht bei solchen Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, bei denen die Steuerung des Luftmassenstroms mittels variabler Einlassventil- hubsteuerung erfolgt, da das Brennverfahren anders ausgelegt ist. Während bei einem Verbrennungsmotor mit gedrosselter Laststeuerung die Restgassteuerung über den Ein- lass erfolgt, wird bei einem Verbrennungsmotor mit variabler Einlassventilhubsteuerung die Restgassteuerung über den Auslass realisiert. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung und variabler Einlassventilhubsteuerung anzugeben, welches zur Erkennung keine Demontage des Verbrennungsmotors erfordert und zumindest ein Indiz für das Vorliegen einer Verkokung ermöglicht. Ferner ist die Aufgabe auf die Angabe eines Motortestgeräts mit entsprechen- den Eigenschaften gerichtet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vor- teilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlers, insbe- sondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors. Der Verbren- nungsmotor weist eine oder mehrere Zylinderbänke auf, wobei eine jeweilige Zylinder- bank mehrere Zylinder mit jeweils einer darin ausgebildeten Brennkammer und zumindest einer Einspritzdüse umfasst. Insbesondere ist in jeder Brennkammer genau eine Ein- spritzdüse vorgesehen. Den Brennkammern einer jeweiligen Zylinderbank wird ein ge- meinsamer Luftmassenstrom zugeführt. Ebenso wird von den Brennkammern einer jewei- ligen Zylinderbank ein gemeinsamer Abgasstrom abgeführt. Der Verbrennungsmotor weist eine Kraftstoffdirekteinspritzung auf, insbesondere handelt es sich um einen Otto- motor mit Benzindirekteinspritzung.
Das Verfahren läuft beispielsweise auf einem fahrzeugexternen Motortestgerät ab, wel- ches beispielsweise in einer Fahrzeug-Reparaturwerkstatt verwendet wird. Das Motor- testgerät wird über eine entsprechende Fahrzeugschnittstelle mit der Motorsteuerung des Fahrzeugs drahtlos oder drahtgebunden verbunden und kann darüber hinaus den Betrieb des Fahrzeugs steuern und Messwerte von der Motorsteuerung abrufen. Es ist auch denkbar, dass das Verfahren auf dem Motorsteuergerät des Fahrzeugs abläuft, wobei beispielsweise im Fall der Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, eine Reinigung der Einlasskanäle und/oder der Einlassventile angewiesen wird. Es kann dazu ein Hinweis zur Reinigung an den Fahrer oder an einen Monteur in der Werkstatt ausge- geben werden und/oder ein entsprechender Hinweis in einem Fehlerspeicher des Fahr- zeugs abgelegt werden. Es ist auch denkbar, dass bei einer Erkennung eines Fehlers im Einlasstrakt, insbesondere einer Verkokung, über das Motorsteuergerät eine automati- sche Reinigung des Fahrzeugs durchgeführt wird, beispielsweise über die Einbringung von Reinigungsflüssigkeit in den Einlasstrakt oder die Umschaltung in einen Reinigungs- betriebsmodus des Verbrennungsmotors.
Der Verbrennungsmotor weist eine Drosselklappe im Einlasstrakt und eine variable Ein- lassventilhubsteuerung (auch VVT, Variabler Ventiltrieb, genannt) auf. Die variable Ein- lassventilhubsteuerung ermöglicht es, den Ventilhub zu regeln. Mit dem variablen Ventil hub lässt sich die Einlassmenge von Luft in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors regeln, so dass die einer Zylinderbank vorgeschaltete Drosselklappe im normalen Betrieb nicht mehr benötigt wird. Die Drosselklappe wird nur in besonderen Betriebszuständen, etwa in einem Notlaufbetrieb, verwendet. Durch die drosselfreie Laststeuerung können Ladungswechselverluste reduziert werden. Eine höhere Einströmgeschwindigkeit der Luft führt zu einer besseren Durchmischung des Benzin-Luft-Gemisches in der Brennkammer.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein erster Mengenabweichungstest durch- geführt. Durch den Mengenabweichungstest wird ein erster Luftzahlverhältniswert ermit- telt, der aus einem während des ersten Mengenabweichungstests gemessenen Lambda- wert und einem gewünschten Lambdawert der Kraftstoffverbrennung in den Brennkam- mern des Verbrennungsmotors gebildet wird. Im ersten Mengenabweichungstest wird eine Laststeuerung des Verbrennungsmotors mittels der variablen Einlassventilhubsteue- rung durchgeführt.
In einem zweiten Schritt wird ein zweiter Mengenabweichungstest durchgeführt. Durch den zweiten Mengenabweichungstest wird ein zweiter Luftzahlverhältniswert ermittelt, der aus einem während des zweiten Mengenabweichungstest gemessenen Lambdawert und einem gewünschten Lambdawert der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbrennungsmotors gebildet wird. Im zweiten Mengenabweichungstest wird eine Last- steuerung des Verbrennungsmotors mittels der im Einlasstrakt angeordneten Drossel- klappe durchgeführt.
In einem dritten Schritt erfolgt das Bestimmen eines Vergleichsergebnisses aus dem ers- ten Luftzahlverhältniswert und dem zweiten Luftzahlverhältniswert. Anhand des Ver- gleichsergebnisses ist das Vorliegen eines Fehlers im Einlasstrakt des Verbrennungsmo- tors erkennbar. Während der Durchführung des ersten und des zweiten Mengenabweichungstests erfolgt keine Änderung am Kraftstoffpfad, also der Zulieferung der benötigten Kraftstoffmasse für die Verbrennung. Demgegenüber wird durch die unterschiedliche Laststeuerung, einmal mittels der variablen Einlassventilhubsteuerung und einmal mittels der Drosselklappe, der Luftpfad verändert, sofern ein Fehler bzw. eine Verkokung vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine objektive Feststellung eines Fehlers, ins- besondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdi- rekteinspritzung. Die objektive Feststellung erfolgt durch Messung anstatt durch eine sub- jektive visuelle Beurteilung. Eine Reinigung bzw. Reparatur findet dadurch nur dann statt, wenn dies objektiv tatsächlich notwendig ist.
Eine Demontage des Verbrennungsmotors allein zur visuellen Beurteilung einer Verko- kung ist bei Anwendung des hierin beschriebenen Verfahrens nicht erforderlich. Eine Ver- kokung kann in sehr kurzer Zeit festgestellt werden. Die Zeitdauer zur Feststellung, ob ein Fehler im Einlasstrakt des Verbrennungsmotors, insbesondere eine Verkokung vorliegt, kann beispielsweise innerhalb von etwa zehn Minuten anstatt in einer Stunde und mehr bei Demontage des Verbrennungsmotors stattfinden. Der Motor muss mithilfe der be- schriebenen Methode nicht mehr teilzerlegt werden, wodurch sich weitere Fehlerursachen für die anstehenden Reparaturen bis auf das zwingend Notwendige minimieren lassen. Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Erkennung einer Verkokung mit Hilfe einer erfin- dungsgemäß durchgeführten bilanzierenden Gemischabweichungsmethode deutlich hö- her als dies im Stand der Technik der Fall ist.
Die Durchführung des ersten und/oder des zweiten Mengenabweichungstests erfolgt zweckmäßigerweise im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors. Die Steuerung erfolgt, wie oben beschrieben, durch ein fahrzeugexternes Motortestgerät oder die Motorsteue- rung des Fahrzeugs.
Der erste Mengenabweichungstest wird zweckmäßigerweise bei geöffneter Drosselklappe und bei kleinem oder sogar minimalem Hub des Einlassventils durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt die Durchführung des ersten Mengenabweichungstests im sog. ungedros- selten Zustand, bei dem die in eine Brennkammer eingeführte Luftmenge ausschließlich von der Höhe des Hubs des Einlassventils abhängt. Aufgrund eines gewählten kleinen oder minimalen Hubs wird sich die in die Brennkammer eingeführte Luft bei vorliegender Verkokung im Einlasskanal oder am Einlassventil in einer gegenüber der erwarteten Luft- menge reduzierten Luftmenge bemerkbar machen. Da der gewünschte Lambdawert (d.h. der Soll-Lambdawert) dadurch stärker von dem gemessenen Lambdawert abweicht, macht sich dies in einem bestimmten ersten zu fetten Luftzahlverhältniswert bemerkbar.
Demgegenüber wird der zweite Mengenabweichungstest bei maximalem Hub des Ein- lassventils und weitgehend geschlossener Drosselklappe durchgeführt. Die Laststeuerung erfolgt somit mittels der Drosselklappe (sog. gedrosselter Betrieb). Bei einer vorliegenden Verkokung im Einlasskanal oder am Einlassventil wird der zweite Luftverhältniswert keine so starke Abweichung wie im ersten Mengenabweichungstest erfahren, da der Quer- schnitt, durch den die Luftmenge in die Brennkammer strömen kann, prozentual weniger stark durch die Verkokung beeinflusst ist, als während der Durchführung des ersten Men- genabweichungstests.
Auf das Vorliegen eines Fehlers im Einlasstrakt, d.h. im Luftpfad des Verbrennungsmo- tors, kann somit dann geschlossen werden, wenn der erste Luftzahlverhältniswert und der zweite Luftzahlverhältniswert unterschiedlich sind. Insbesondere wird auf das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt geschlossen, wenn der erste Luftzahlverhältniswert klei- ner als ein vorgegebener erster Schwellwert und der zweite Luftzahlverhältniswert größer oder gleich dem vorgegebenen ersten Schwellwert ist.
Demgegenüber kann auf das Vorliegen einer Leckage im Einlasstrakt geschlossen wer- den, wenn der erste Luftzahlverhältniswert größer als ein vorgegebener zweiter Schwell- wert und der zweite Luftzahlverhältniswert noch einmal mehr erhöht gegenüber dem vor- gegebenen zweiten Schwellwert ist. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass während des ersten Mengenabweichungstests kaum Unterdrück im Leerlauf auftritt. Eine Leckage im Einlasstrakt, insbesondere im Luftsammler, führt damit zu einem zu mageren Kraft- stoff-Luft-Gemisch. Der erste Luftzahlverhältniswert ist damit größer als der vorgegebene zweite Schwellwert. Während des zweiten Mengenabweichungstests entsteht nach der Drosselklappe im Einlasstrakt, insbesondere im Luftsammler, ein hoher Unterdrück. Eine Leckage wird damit in den Einlasstrakt bzw. Luftsammler eindringen, mit dem Effekt, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch viel zu mager ist. Infolgedessen ergibt sich ein zweiter Luft- zahlverhältniswert, der deutlich größer als der zweite Schwellwert ist. Der erste Luftzahlverhältniswert wird insbesondere durch den Quotienten aus dem wäh- rend des ersten Mengenabweichungstests gemessenen Lambdawert und dem gewünsch- ten Lambdawert gebildet. Der zweite Luftzahlverhältniswert wird durch den Quotienten aus dem während des zweiten Mengenabweichungstests gemessenen Lambdawert und dem gewünschten Lambdawert gebildet.
Durch die bevorzugte Art der Bestimmung des ersten und des zweiten Luftzahlverhältnis- werts liegt eine Verkokung dann vor, wenn der erste Luftzahlverhältniswert kleiner als der vorgegebene Schwellwert und damit kleiner als der zweite Luftzahlverhältniswert ist. Dies ergibt sich daraus, dass während des ersten Mengenabweichungstests bei gegebener Verkokung eine geringere Menge an Luft in die Brennkammer strömen kann, als dies der Fall wäre, wenn keine Verkokung vorliegt. Der gemessene Lambdawert ist somit kleiner als der gewünschte Lambdawert. Demgegenüber ist im zweiten Mengenabweichungstest der Unterschied zwischen dem gemessenen und dem gewünschten Lambdawert nicht so groß, da die Verkokung das in die Brennkammer einströmende Luftvolumen nicht derart stark verändert.
Der erste und der zweite vorgegebene Schwellwert sind insbesondere gleich groß, insbe- sondere 1.
Es wird ferner ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann in der Form eines Datenträgers, z.B. einer DVD, einer CD-ROM, eines USB-Speichersticks und dergleichen vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch als ein über ein draht- loses oder leitungsgebundenes Netz ladbares Signal vorliegen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf ein Motortestgerät gerichtet. Das Motortestgerät ist zur Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung, Drosselklappe und variabler Ein- lassventilhubsteuerung eingerichtet. Das Gerät ist mit dem Kraftfahrzeug zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs und zur Entgegennahme von fahrzeuginternen Messwerten verbindbar, beispielsweise über eine elektrische Verbindung oder eine Funkverbindung. Das Motortestgerät steuert den Verbrennungsmotor über das Motorsteuergerät so, dass das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Er- kennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Ver- brennungsmotors.
In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, im Einlasstrakt eines Verbren- nungsmotors dargestellt. Der Verbrennungsmotor weist eine oder mehrere Zylinderbänke auf, wobei eine jeweilige Zylinderbank mehrere Zylinder mit jeweils einer darin ausgebil- deten Brennkammer und zumindest einer Einspritzdüse umfasst. Insbesondere ist in jeder Brennkammer genau eine Einspritzdüse vorgesehen. Den Brennkammern einer jeweili- gen Zylinderbank wird ein gemeinsamer Luftmassenstrom zugeführt. Ebenso wird von den Brennkammern einer jeweiligen Zylinderbank ein gemeinsamer Abgasstrom abge- führt. Der Verbrennungsmotor weist eine Kraftstoffdirekteinspritzung auf, insbesondere handelt es sich um einen Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung und vollvariabler Ventil- steuerung.
In Schritt S1 erfolgt das Durchführen eines ersten Mengenabweichungstests, durch den ein erster Luftzahlverhältniswert wi ermittelt wird. Der Luftzahlverhältniswert wi wird durch den Quotienten aus dem während des ersten Mengenabweichungstests gemessenen Lambdawert Areai, 1 und dem gewünschten Lambdawert AS0n, 1 (d.h. dem Soll-Lambdawert) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbrennungsmotors gebildet. Im ersten Mengenabweichungstest erfolgt eine Laststeuerung des Verbrennungsmotors mit- tels einer variablen Einlassventilhubsteuerung (WT).
In Schritt S2 wird ein zweiter Mengenabweichungstest durchgeführt, durch den ein zweiter Luftzahlverhältniswert w2 ermittelt wird. Der zweite Luftzahlverhältniswert w2 wird durch den Quotienten aus dem während des zweiten Mengenabweichungstest gemessenen Lambdawerts Areai, 2 und dem gewünschten Lambdawert ASOII, 2 (d.h. einem Soll-Lambda- wert) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbrennungsmotors gebildet. Im zweiten Mengenabweichungstest erfolgt die Laststeuerung des Verbrennungsmotors mittels der Drosselklappe im Einlasstrakt des Verbrennungsmotors.
In Schritt S3 erfolgt ein Vergleich der zuvor ermittelten ersten und zweiten Luftzahlver- hältniswerte wi und w2. Anhand des Vergleichsergebnisses kann auf das Vorliegen eines Fehlers, insbesondere auf das Vorliegen einer Verkokung, im Einlasstrakt des Verbren- nungsmotors geschlossen werden.
Der erste und der zweite Mengenabweichungstest werden nacheinander im Leerlaufbe- trieb des Verbrennungsmotors durchgeführt.
Der in Schritt S1 durchgeführte erste Mengenabweichungstest wird bei kleinem oder mi- nimalem Hub des Einlassventils durchgeführt, wobei die Drosselklappe, die im Einlass- trakt des Verbrennungsmotors angeordnet ist, geöffnet ist. Mit anderen Worten wird der erste Mengenabweichungstest in der herkömmlichen Betriebsart eines Verbrennungsmo- tors durchgeführt, welcher über eine variable Einlassventilhubsteuerung verfügt.
Demgegenüber wird der zweite Mengenabweichungstest in Schritt S2 bei maximalem Hub des Einlassventils (d.h. das Einlassventil ist maximal geöffnet) und weitgehend ge- schlossener Drosselklappe durchgeführt. Diese Betriebsart entspricht einem Notlaufbe- trieb, bei dem bei Motoren mit variabler Einlassventilhubsteuerung die Laststeuerung mit- tels der Drosselklappe durchgeführt wird.
Abhängig davon, ob ein Fehler im Einlasstrakt und insbesondere eine Verkokung vorliegt, ergeben sich charakteristische erste und zweite Luftzahlverhältniswerte wi, w2, wobei de- ren Verhältnis zueinander die Erkennung des Vorliegens eines Fehlers im Einlasstrakt und insbesondere das Vorliegen einer Verkokung erlaubt.
Auf einen allgemeinen Fehler im Einlasstrakt kann geschlossen werden, wenn der erste Luftzahlverhältniswert wi, der in Schritt S1 ermittelt wurde, und der zweite Luftzahlverhält- niswert w2, der im zweiten Schritt S2 ermittelt wurde, unterschiedlich sind. Dies resultiert aus dem Umstand, dass die Luftzahlverhältniswerte wi, w2 dann den gleichen Wert auf- weisen müssten, wenn die in Schritt S1 und S2 jeweils gemessenen Lambdawerte Areai, 1 und Areai, 2 bei unterschiedlicher Laststeuerung die gleiche Luftmenge in die Brennkam- mern einbringen, was sich in einem jeweils gleichen gemessenen Lambdawert nieder- schlagen müsste. Unterscheidet sich demgegenüber die in den Schritten S1 und S2 in die Brennkammern eingebrachte Luftmenge voneinander, so führt dies zu Unterschieden in den in den Schritten S1 und S2 gemessenen Lambdawerten Areai, 1 , Areai, 2, während die gewünschten Lambdawerte AS0n,
Figure imgf000012_0001
unverändert bleiben.
Eine Verkokung führt dazu, dass sich kohleähnliche Masse im Einlass, insbesondere im Einlasskanal und/oder am Einlassventil ablagert. Das allmähliche Anwachsen der Kohle führt insbesondere in Schritt S1 , bei dem das Ventil nur minimal geöffnet ist, den ansons- ten vorhandenen Luftströmungsquerschnitt überproportional stark verringert. Dadurch kann eine geringere Luftmenge in die Brennkammer einströmen, wodurch der gemessene Lambdawert Areai, 1 kleiner wird. Dies macht sich in einer Abnahme des ersten Luftzahlver- hältniswerts wi bemerkbar. Ist somit der erste Luftzahlwert wi kleiner als der zweite Luft- zahlverhältniswert W2, so kann auf eine Verkokung geschlossen werden. Der Vergleich kann insbesondere gegenüber einem vorgegebenen Schwellwert, der zu 1 gewählt wird, erfolgen, da die jeweiligen Luftzahlkennwerte wi, w2 dem Wert 1 entsprechen, wenn kein Fehler vorliegt, da dann der gemessene und der gewünschte Lambdawert annähernd gleich groß sind. Der umgekehrte Fall, in dem der erste Luftzahlverhältniswert wi größer als der vorgegebene Schwellwert sowie größer als der zweite Luftzahlverhältniswert w2 ist, lässt den Verdacht auf eine Leckage im Einlasstrakt zu, da hier aufgrund der Strömungs- verhältnisse im zweiten Schritt S2, in dem der Verbrennungsmotor gedrosselt betrieben wird, weniger Luftmenge in die Brennkammer schafft.
Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn die oben beschriebene Prüfung zylinderindividuell durchgeführt wird. Hierzu werden der erste Luftzahlverhältniswert wi und der zweite Luft- zahlverhältniswert w2 zylinderindividuell ermittelt, ebenso wie ein Vergleich zylinderindivi- duell bestimmt wird. Hierdurch ist es nicht nur möglich, eine grundsätzliche Aussage über das Vorliegen eines Fehlers bzw. einer Verkokung vorzunehmen, sondern sogar den den Fehler aufweisenden Zylinder zu bestimmen bzw. eine Fehlerintensität pro Zylinder aus zuweisen. Auf welche Weise in dem ersten Schritt S1 und dem zweiten Schritt S2 die gemessenen Lambdawerte Areai, 1 bzw. Areai, 2 sowie die gewünschten Lambdawerte Ason, 1 bzw.
Figure imgf000013_0001
er- mittelt werden, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Ein mögliches Vorgehen ist bei- spielsweise in der WO 2016/041742 A1 des Anmelders beschrieben.
Darüber hinaus sind dem Fachmann weitere Vorgehensweisen zur zylinderindividuellen Bestimmung eines gemessenen und eines gewünschten Lambdawerts bekannt, so dass in der vorliegenden Beschreibung auf eine detaillierte Beschreibung der Bestimmung ver- zichtet wird.
Bezugszeichenliste
51 Verfahrensschritt
52 Verfahrensschritt
53 Verfahrensschritt
Areal, 1 gemessener Lambdawert im ersten Mengenabweichungstest Areal, 2 gemessener Lambdawert im zweiten Mengenabweichungstest Asoii, 1 gewünschter (Soll-)Lambdawert im ersten Mengenabweichungstest
Asoii, 2 gewünschter (Soll-)Lambdawert im zweiten Mengenabweichungstest wi erster Luftzahlkennwert
W2 zweiter Luftzahlkennwert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung eines Fehlers, insbesondere einer Verkokung, im Ein- lasstrakt eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffdirekteinspritzung, Drosselklappe und variabler Einlassventilhubsteuerung, mit den Schritten:
a) Durchführen eines ersten Mengenabweichungstests, durch den ein erster Luftzahlverhältniswert (wi) ermittelt wird, der aus einem während des ersten Men- genabweichungstest gemessenen Lambdawert (Areai, 1 ) und einem gewünschten Lambdawert (ASOII, 1 ) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Verbren- nungsmotors gebildet wird, wobei im ersten Mengenabweichungstest eine Last- steuerung mittels der variablen Einlassventilhubsteuerung durchgeführt wird;
b) Durchführen eines zweiten Mengenabweichungstests, durch den ein zwei- ter Luftzahlverhältniswert (w2) ermittelt wird, der aus einem während des zweiten Mengenabweichungstest gemessenen Lambdawert (Areai, 2) und einem gewünsch- ten Lambdawert (AS0n, 2) der Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern des Ver- brennungsmotors gebildet wird, wobei im zweiten Mengenabweichungstest eine Laststeuerung mittels der Drosselklappe durchgeführt wird;
c) Bestimmen eines Vergleichsergebnisses aus dem ersten Luftzahlverhält- niswert (wi) und dem zweiten Luftzahlverhältniswert (w2), wobei anhand des Ver- gleichsergebnisses das Vorliegen eines Fehlers im Einlasstrakt des Verbren- nungsmotors erkennbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der erste und/oder der zweite Mengenabwei- chungstest im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Mengenabweichungstest bei kleinem oder minimalem Hub des Einlassventils und geöffneter Drosselklappe durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Men- genabweichungstest bei maximalem Hub des Einlassventils und weitgehend ge- schlossener Drosselklappe durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Luft- zahlverhältniswert (wi) und der zweite Luftzahlverhältniswert (w2) zylinderindividu- ell ermittelt werden, und das Vergleichsergebnis zylinderindividuell bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Luft- zahlverhältniswert (wi) durch den Quotienten aus dem während des ersten Men- genabweichungstest gemessenen Lambdawerts (Areai, 1 ) und dem gewünschten Lambdawert
Figure imgf000016_0001
gebildet wird und der zweite Luftzahlverhältniswert (w2) durch den Quotienten aus dem während des zweiten Mengenabweichungstest gemes- senen Lambdawerts (Areai, 2) und dem gewünschten Lambdawert
Figure imgf000016_0002
gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf das Vorliegen eines Fehlers im Einlasstrakt geschlossen wird, wenn der erste Luftzahlverhältnis- wert (wi) und der zweite Luftzahlverhältniswert (w2) unterschiedlich sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf das Vorliegen einer Verkokung im Einlasstrakt geschlossen wird, wenn der erste Luftzahlverhält- niswert (wi) kleiner als ein vorgegebener erster Schwellwert und der zweite Luft- zahlverhältniswert (w2) größer als der vorgegebene erste Schwellwert ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf das Vorliegen einer Leckage im Einlasstrakt geschlossen wird, wenn der erste Luftzahlverhält- niswert (wi) größer als ein vorgegebener zweiter Schwellwert und der zweite Luft- zahlverhältniswert (w2) noch einmal mehr erhöht gegenüber dem vorgegebenen zweiten Schwellwert. (w2) ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, bei dem der vorgegebene erste und der vorgegebene zweite Schwellwert gleich groß, insbesondere 1 , sind.
11. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft
12. Motortesteinrichtung zur Erkennung von Fehlern im Einlasstrakt eines Verbren- nungsmotors, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprü- che 1 bis 9 durchzuführen.
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