DE102012215804A1

DE102012215804A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Defektes einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012215804A1
Application number: DE201210215804
Authority: DE
Inventors: Udo Schulz; Friedemann Moers; Rainer Ecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von einem Defekt einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine Partikelkonzentration, vorzugsweise von Rußpartikeln, während und/oder nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches detektiert wird. Bei einem Verfahren, bei welchem Defekte hochgenau ermittelt werden können, erfolgt eine erste Partikelkonzentrationsmessung, welcher sich eine aktive Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) anschließt und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach der aktiven Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) statt findet, wobei bei einer Abweichung der Partikelkonzentrationen der ersten Partikelkonzentrationsmessung von der Partikelkonzentration des zweiten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von einem Defekt einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine Partikelkonzentration, vorzugsweise von Rußpartikeln, während und/oder nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches detektiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aufgrund der Verschärfung der Partikelemissionsgrenzwerte von Verbrennungsmotoren, wie Diesel- und Ottomotoren, durch den Gesetzgeber, wird es zunehmend wichtig, eine über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine anhaltend partikelarme Verbrennung zu gewährleisten. Bisher werden zur Reduzierung der Partikelemissionen zum Teil Partikelfilter eingesetzt, die aber nur eine gewisse Menge der von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Partikel aufnehmen können. Bei hoher Partikelemission im Rohabgas müssen die Filter häufig regeneriert werden, da sie ansonsten schneller verstopfen bzw. größer ausgelegt werden müssen. Eine notwendige Regeneration (Reinigung der Filter) ist aber mit einem deutlich erhöhten Kraftstoffverbrauch verbunden und daher aus Gründen der geforderten Verbrauchs- bzw. CO₂-Reduktion unerwünscht.
Selbst bei Einsatz der Partikelfilter ist es von Bedeutung, dass eine gewisse Menge von Ruß-Rohemissionen bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses nicht überschritten wird.
Durch Defekte in der Brennkraftmaschine kann es aber zu einem massiven Öleintrag in dem Brennraum der Brennkraftmaschine kommen. Infolge dieser Defekte wird eine hohe bzw. sehr hohe Rußemission in Form von einer hohen Rußpartikelkonzentration und/oder hoher Rußmasse emittiert. Dies kann zur Beschädigung und/oder Zerstörung des Katalysators und/oder des Partikelfilters führen. Gleichzeitig werden die vom Gesetzgeber vorgegebenen Partikelemissionsgrenzwerte weitgehend überschritten.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem zur Einhaltung der vom Gesetzgeber vorgegebenen Partikelemissionsgrenzwerte Defekte der Brennkraftmaschine zuverlässig erkannt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine erste Partikelkonzentrationsmessung erfolgt, welcher sich eine aktive Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine anschließt und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach der aktive Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine statt findet, wobei bei einer Abweichung der Partikelkonzentration der ersten Partikelkonzentrationsmessung von der Partikelkonzentration des zweiten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Brennkraftmaschine geschlossen wird. Da bei vorhandenen Defekten der Brennkraftmaschine ein vermehrter Öleintrag im Brennraum auftreten kann, woraus eine Rußpartikelkonzentrationserhöhung resultiert, wird eine Beschädigung der Brennkraftmaschine zuverlässig erkannt. Dieses Verfahren ist über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine einsetzbar. Infolge von sofort einleitbaren Gegenmaßnahmen nach der Feststellung der Erhöhung der Partikelkonzentration ist ein Schutz von Katalysator und/oder Partikelfilter zuverlässig gewährleistet. Außerdem kann die vom Gesetzgeber geforderte Einhaltung der Partikelemissionsgrenzwerte über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine sicherer gewährleistet werden. Im Fehlerfall kann sofort ein Notlaufprogramm aktiviert werden.
Vorteilhafterweise werden die beiden Partikelkonzentrationen, die vor und nach der Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes gemessen wurden, verglichen, wobei bei einer signifikanten Änderung der Partikelkonzentration nach der Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine auf den Defekt der Brennkraftmaschine geschlossen wird. Aufgrund dieser Vorgehensweise kann ein massiver Schaden der Brennkraftmaschine im Vorfeld vermieden werden und ein Durchgehen der Brennkraftmaschine, d.h. eine unkontrollierte Beschleunigung oder Drehzahlerhöhung im Leerlauf der Brennkraftmaschine, zuverlässig unterbunden werden.
In einer Ausgestaltung wird als Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Schubbetrieb eingestellt, wobei eine erste Partikelkonzentrationsmessung vor der Aktivierung des Schubbetriebes bei einem bestimmten Motorbetriebspunkt erfolgt und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach erfolgter Deaktivierung des Schubbetriebes bei einem gleichen Motorbetriebspunkt stattfindet und bei einer Ermittlung der Erhöhung der Partikelkonzentration bei der zweiten Partikelkonzentrationsmessung gegenüber der ersten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt einer Ventilschaftdichtung eines Einlassventils und/oder eines Kolbenringes des Zylinders der Brennkraftmaschine geschlossen wird. Die Erkennung defekter Ventilschaftdichtungen und/oder defekter Kolbenringe benutzt dabei den Effekt von vermehrtem Öleintrag in den Brennraum während des Schubbetriebes des Kraftfahrzeuges. Das Öl, welches zur Kühlung und Schmierung der, das Einlassventil betätigenden Nockenwelle zur Verfügung steht und welches über die defekte Ventilschaftdichtung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt, wird somit frühzeitig detektiert. Die sich direkt nach dem Schubbetrieb durch die Verbrennung des im Brennraum angesammelten Öls einstellende, massiv erhöhte Partikelkonzentration und/oder Partikelmasse kann durch den Vergleich der beiden Partikelkonzentrationsmessungen zuverlässig erkannt werden. Durch einen Fehlerspeichereintrag und eine Signalisierung können somit erkannte Fehler frühzeitig behoben werden.
In einer Variante wird als Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein nicht gefeuerter Schubbetrieb eingestellt. Die Ausführung eines nicht gefeuerten Schubbetriebes hat den Vorteil, dass die Defekterkennungsgenauigkeit und/oder die Genauigkeit der Öltröpfchenkonzentrationsmessung gesteigert wird, da die in den Brennraum eingetragenen Öltröpfchen nicht verbrannt werden und damit keine Minimierung der messbaren Partikelkonzentration einhergeht, da im nicht gefeuerten Schubbetrieb keine Verbrennung stattfindet.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Funktion der Brennkraftmaschine die Kurbelgehäuseentlüftung während des Schubbetriebes der Brennkraftmaschine aktiviert und deaktiviert, wobei die erste Partikelkonzentrationsmessung vor der Aktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung erfolgt und die zweite Partikelkonzentrationsmessung nach erfolgter Deaktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung stattfindet und bei einer Ermittlung einer annähernd gleichbleibenden Partikelkonzentration bei der zweiten Partikelkonzentrationsmessung gegenüber der ersten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen wird. Insbesondere, wenn der Schubbetrieb keinerlei Hinweise auf einen Ventilschaftdichtungsdefekt des Einlassventils oder des Kolbenringes ergeben hat, kann die während des Schubbetriebs ausgeführte Aktivierung und Deaktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung zu einer genauen Diagnose eines Fehlverhaltens der Kurbelgehäuseentlüftung dienen, da in diesem Fall der erhöhte Ölnebeleintrag in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausschließlich auf die Kurbelgehäuseentlüftung zurückzuführen ist. Bei rechtzeitiger Erkennung des Defektes der Kurbelgehäuseentlüftung und Signalisierung kann eine weitere hohe Rußkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine durch Reparatur zuverlässig verhindert werden.
In einer Weiterbildung wird eine Differenz, die aus einem Wert der zweiten Partikelkonzentrationsmessung mit einem Wert der ersten Partikelkonzentrationsmessung gebildet wird, mit einem Schwellwert verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Schwellwertes durch die Differenz auf ein Vorliegen eines Defektes geschlossen wird. Durch die Auswertung der Differenz der beiden Partikelkonzentrationsmessungen werden auftretende Fehler bei der Partikelemissionsmessung eliminiert, da ein Relativvergleich statt findet.
Vorteilhafterweise wird der Wert der ersten Partikelkonzentrationsmessung als statistischer Wert, vorzugsweise als Mittelwert, aus mehreren, vor der aktiven Veränderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine gemessenen Partikelkonzentrationsmesswerten ermittelt. Somit wird ein zuverlässiger Basiswert für die Bestimmung der Differenz aus einem Wert der zweiten Partikelkonzentrationsmessung mit einem Wert der ersten Partikelkonzentrationsmessung erzielt und der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vor der Verbrennung korrekt dokumentiert.
In einer Ausgestaltung wird der Schwellwert in Abhängigkeit einer Schubdauer und/oder einer Drehzahl und/oder einer Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine bestimmt. Dadurch wird bei der Bestimmung des Defektes immer der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
In einer Variante wird die Partikelkonzentration in Abhängigkeit von einem Zündspannungsbedarf einer, in einem Partikel enthaltenen Gas angeordneten Zündeinrichtung ermittelt, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung notwendige Spannung als Zündspannungsbedarf gemessen wird. Dies hat den Vorteil, dass durch diese direkte Detektion der Partikelkonzentration im Brennraum der Brennkraftmaschine alle Partikel, vorzugsweise Rußpartikel, erfasst werden können. Dazu gehören Partikel, die z.B. durch Verbrennung von Schmieröl im Brennraum entstehen oder von mit Kraftstoff benetzten Bauteilen sowie lokal fetten Zonen im Brennraum herrühren.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Zündspannungsbedarf zylinderindividuell oder nur für einen Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt. Insbesondere durch die zylinderindividuelle Bestimmung der Partikelkonzentration ist eine hochgenaue Auswertung des Zustandes der Brennkraftmaschine möglich, da Rückschlüsse auf einzelne Teile der Brennkraftmaschine gezogen und Defekte gezielt festgestellt werden können. Je nach Anforderung an das Zündspannungsbedarfssignal und dessen weiterer Bearbeitung kann es als ausreichend betrachtet werden, wenn der Zündspannungsbedarf nur an einem Leitzylinder detektiert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von mindestens einem Defekt einer Brennkraftmaschine, wobei eine Partikelkonzentration, vorzugsweise von Rußpartikeln, während und nach einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches detektiert wird. Bei einer Vorrichtung, bei welcher eine genaue Feststellung eines Defektes der Brennkraftmaschine möglich ist, sind Mittel vorhanden, welche eine erste Partikelkonzentrationsmessung ausführen, anschließend eine aktive Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine vornehmen und danach eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach der aktiven Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine durchführen, wobei bei einer Änderung der Partikelkonzentration der ersten Partikelkonzentrationsmessung gegenüber der Partikelkonzentration des zweiten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Brennkraftmaschine geschlossen wird. Dabei werden die erste und die zweite Partikelkonzentrationsmessung bei ein und demselben Motorbetriebspunkt vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine die Partikelkonzentrationsmessung durchführbar ist. Im Fehlerfall kann ein Defekt einer Komponente der Brennkraftmaschine genau zugeordnet werden, wobei ein Schutz von Katalysator und/oder Partikelfilter auf der Grundlage der ständigen Kontrolle der Partikelkonzentration zusätzlich gegeben ist. Eine weitere Beschädigung der Brennkraftmaschine kann somit durch rechtzeitige Signalisierung und Reparatur zuverlässig unterbunden werden. Darüber hinaus werden die vom Gesetzgeber geforderten Einhaltungen der Partikelemissionsgrenzen über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine sicher gewährleistet.
Vorteilhafterweise sind die Mittel mit einer Zündeinrichtung verbunden, welche in der Brennkraftmaschine angeordnet ist und während und/oder nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mindestens einen Zündfunken auslöst, wobei die Mittel den zum Auslösen des Zündfunkens an der Zündeinrichtung anliegenden Zündspannungsbedarf detektieren und aus dem gemessenen Zündspannungsbedarf die Partikelkonzentration bestimmen. Auf diese Weise wird ein Defekt nicht nur kostengünstig sondern auch mit hoher Genauigkeit erkannt.
In einer Ausgestaltung ist die Zündeinrichtung als im Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnete Zündkerze ausgebildet. Dadurch wird der Aufwand zur Bestimmung eines Defektes der Brennkraftmaschine mittels der Partikelkonzentrationsmessung sehr gering gehalten, da die Hauptkomponenten, insbesondere für die Anwendung in einem Ottomotor, in Form eines konventionellen Zündsystems bereits in der Brennkraftmaschine verbaut sind. Alternativ ist die Zündeinrichtung als im Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnete modifizierte Glühstiftkerze ausgebildet. Dieses Merkmal ist insbesondere für die Anwendung in einer Dieselbrennkraftmaschine bestimmt, wo die Glühstiftkerze, welche bei Dieselbrennkraftmaschinen als solche bereits im Brennraum der Brennkraftmaschine vorhanden ist, nur minimal modifiziert werden muss, um die Partikelkonzentration während und nach der Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine messen zu können. Die Modifizierung der Glühstiftkerze beläuft sich dabei auf die Anordnung von zwei beabstandeten Elektroden zur Erzeugung eines Funkens. Dadurch werden die Kosten für die Realisierung der Messmethode weiter reduziert.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: schematische Darstellung eines konventionellen Ottomotors,
2: Darstellung eines induktiven Zündsystems eines Ottomotors nach 1
3: einen Ausschnitt aus dem Ottomotor gemäß 1
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ottomotors 1, welcher mit Benzin als Kraftstoff arbeitet. Dieser Ottomotor 1 weist einen Luftansaugtrakt 2 auf und besteht aus vier Zylindern 3, 4, 5, 6. In jedem Zylinder 3, 4, 5, 6 ist ein Kolben 7, 8, 9, 10 beweglich angeordnet, wobei der Kolben 7, 8, 9, 10 über jeweils eine Pleuelstange 11, 12, 13, 14 mit einer Kurbelwelle 15 verbunden ist. Die Kolben 7, 8, 9, 10 bewegen sich nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 aufgrund der durch die Verbrennung verursachten Druckänderungen und treiben somit die Kurbelwelle 15 an. Jeder Zylinder 3, 4, 5, 6 ist mit einer Einspritzdüse 16, 17, 18, 19 versehen, die den Kraftstoff in Form des Benzins direkt in den jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 injiziert. Darüber hinaus ragt in jeden Zylinder 3, 4, 5, 6 jeweils eine Zündkerze 20, 21, 22, 23. Diese Zündkerze 20, 21, 22, 23 hat dabei die Aufgabe, mittels eines Funkens das, durch den Kolben 11, 12, 13, 14 in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders 3, 4, 5, 6 komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Diese Zündung durch die Zündkerze 20, 21, 22, 23 erfolgt, nachdem durch den Luftansaugtrakt 2 Frischluft und durch die Einspritzdüse 16, 17, 18, 19 jeweils Kraftstoff in den Brennraum des jeweiligen Zylinders 3, 4, 5, 6 eingespritzt wurde.
Die Zündkerzen 20, 21, 22, 23 sind genauso wie die Einspritzdüsen 16, 17, 18, 19 mit einem Steuergerät 24 verbunden. Das Steuergerät 24 weist dabei mindestens eine Empfangseinheit 25 für die von den Zündkerzen 20, 21, 22, 23 empfangenen Signale auf. Diese Signale werden von der Empfangseinheit 25 an eine Auswerteeinheit 26, vorzugsweise einen Mikrocontroller, weitergegeben und dort ausgewertet. Die Auswerteeinheit 26 steuert die Einspritzdüsen 16, 17, 18, 19 an, um eine vorgegebene Menge an Kraftstoff in den Brennraum der jeweiligen Zylinder 3, 4, 5, 6 abzugeben.
Im Weiteren soll die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Partikelkonzentration in einem Brennraum eines Zylinders 3, 4, 5, 6 betrachtet werden, wobei beispielhaft nur der Zylinder 3 betrachtet wird. Die nachfolgend beschriebenen Funktionsweisen sind äquivalent zu den Vorgängen in den Zylindern 4, 5, 6.
Wie in 2 dargestellt, ist die Zündkerze 20, welche in den Zylinder 3 hineinragt, mit einer Zündspule 27 verbunden. Die Zündspule 27 weist dabei eine Primärseite auf, welche durch eine erste Wicklung 28 gebildet ist und welche induktiv mit einer zweiten, die Sekundärseite der Zündspule bildenden Wicklung 29 verbunden ist. Auf der Primärseite wird die Wicklung 28 mit einer Niederspannung 30 versorgt, wobei der Stromkreis zwischen der Niederspannung 30 und der Wicklung 28 durch eine von dem Steuergerät 24 angesteuerten Endstufe 31 geöffnet bzw. geschlossen wird. Die zweite Wicklung 29 ist dabei beidseitig mit der zwei Elektroden 20a und 20b aufweisenden Zündkerze 20 verbunden.
Wie aus 2 hervorgeht, ist die Endstufe 31 auf der Primärseite der Zündspule 27 normalerweise geöffnet. Nur wenn nach Frischluftzufuhr und Einspritzung des Kraftstoffes eine Verbrennung im Zylinder 3 erfolgen soll, gibt das Steuergerät 24 ein Signal ab, wobei die Endstufe 31 geschlossen wird. Aufgrund des Schließens der Endstufe 31 wird die erste Wicklung mit der Niederspannung 30 versorgt und mit einem Strom, der kontinuierlich ansteigt, bestromt. Wird nun durch das Steuergerät 24 die Endstufe 31 abrupt wieder geöffnet, bricht die Spannungsversorgung an der Wicklung 28 zusammen. Aufgrund der induktiven Bedingungen an der Wicklung 28 wirkt die Spannung dem Abbruch entgegen und steigt schnell an. Dabei wird in die zweite Wicklung 29 in nur wenigen Sekundenbruchteilen eine Hochspannung induziert. Diese Hochspannung, die sich zwischen den Elektroden 20a, 20b der Zündkerze 20 ausbildet, führt zu einer Ionisierung des im Brennraum der Zündkerze 3 befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die Spannung zwischen den Elektroden 20a, 20b im Brennraum wird so weit gesteigert, bis es zu dem sogenannten Funkendurchbruch kommt.
Durch Defekte an dem Ottomotor 1 kann es zusätzlich zu dem eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einem massiven Öleintrag in den Brennraum des Ottomotors 1 kommen. Um diese Möglichkeit näher zu verdeutlichen, ist in 3 ein Ausschnitt eines Zylinders 3 des Ottomotors 1 dargestellt. Dabei bewegt sich, wie bereits erläutert, innerhalb des Zylinders 3 ein Kolben 7, welcher über die Pleuelstange 11 mit der Kurbelwelle 15 verbunden ist. Neben der Einspritzdüse 16 für den Kraftstoff ist der Zylinder 3 mit einem Einlassventil 30 für Luft und einem Auslassventil 31 für Abgas versehen. Das Einlassventil 30 ist mit seinem Schaft 30a mit einer Nockenwelle 33 verbunden. An der Position, wo der Schaft 30a des Einlassventiles 30 das Saugrohr 2 durchstößt, ist eine Ventilschaftdichtung 32 angeordnet. Bei Undichtigkeiten der Ventilschaftdichtung 32 dringen Ölpartikel, welche die Nockenwelle 33 umgeben, in das Saugrohr 2 ein und werden über das Einlassventil 30 in den Brennraum des Zylinders 3 eingebracht. Diese Ölpartikel erhöhen die Partikelkonzentration infolge des Öleintrages über die Ventilschaftdichtung 32.
Um diese Fehlerquelle zu detektieren, wird mittels der in 3 nicht weiter dargestellten Zündkerze 20 ein Funken abgegeben, um die zu diesem Zeitpunkt im Brennraum des Zylinders 3 befindliche Partikelkonzentration erstmalig zu messen, wobei der Zündspannungsbedarf U_Z der Zündkerze 20 als Maß für die Partikelkonzentration detektiert wird. Diese gemessene erste Partikelkonzentration wird im Steuergerät 24 abgespeichert. Danach wird der Ottomotor 1 in einen Schubbetrieb versetzt, welcher durch die Momentenanforderung des Fahrers oder anderen Funktionen wieder abgestellt wird. Im Schubbetrieb herrscht im Ansaugtrakt und damit auch im Brennraum des Zylinders 3 ein hoher Unterdruck und somit ein hoher Differenzdruck zum Einlassventil 30 und zum Kurbelgehäuse. Dadurch wird bei undichten Ventilschaftdichtungen 32 und/oder Kolbenringen im Schubbetrieb Öl in den Brennraum des Zylinders 3 angesaugt.
Nach dem der Schubbetrieb des Ottomotors 1 wieder abgeschaltet ist, wird unmittelbar nach der Abschaltung des Schubbetriebes die zweite Partikelkonzentration im Brennraum des Zylinders 3 im gleichen Motorbetriebspunkt wie bei der ersten Partikelkonzentrationsmessung detektiert. Auch zu diesem Zweck wird mindestens ein, von der Zündkerze 16 abgegebener Funken gezündet, um den Zündspannungsbedarf U_Z als Maß für die vorhandene Partikelkonzentration im Brennraum des Zylinders 3 zu bestimmen. Auch dieser zweite Wert für die Partikelkonzentration wird im Steuergerät 24 gespeichert und weiterverarbeitet. Die sich direkt nach dem Schubbetrieb einstellende massiv erhöhte Partikelkonzentration durch Verbrennung des im Brennraum eingelagerten Ölfilms kann durch den Vergleich des Zündspannungsbedarfs U_Z und damit der Partikelkonzentration erkannt werden. Diese vergleichende Messung kann mehrfach durchgeführt werden, um die Aussagesicherheit zu erhöhen.
Bei ungefeuertem Schubbetrieb kann gleichzeitig die Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 des Zylinders 3 des Ottomotors 1 auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Gemäß 3 besteht die Kurbelgehäuseentlüftung aus einem Ölabscheider 36, welchem ein Unterdruckbegrenzungsventil 37 nachgeschaltet ist. Beide sind in einem Bypass 38 angeordnet, welcher den Zylinder 3 mit dem Saugrohr 2 verbindet, wobei vor der Einmündung des Bypass 38 in das Saugrohr 2 in Strömungsrichtung eine Drosselklappe 34 angeordnet ist.
Diese Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 ist notwendig, da beim Betrieb des Ottomotors 1 Kurbelgehäusegase entstehen, die aus dem Brennraum des Zylinders 3 durch konstruktiv bedingte Spalte zwischen Zylinderwand und Kolben 7 strömen. Diese Kurbelgehäusegase können neben Kohlenwasserstoffkonzentrationen auch Produkte einer unvollständigen Verbrennung wie Ruß und Kraftstoffreste sowie Motoröl in kleinsten Tröpfchen enthalten. Diese Öltröpfchen sind darauf zurück zuführen, dass die Kurbelwelle 15 ebenfalls in einem Ölbad bewegt wird, welches in einer Ölwanne angeordnet ist und die als Ölsumpf 35 bezeichnet wird. Insbesondere bei aufgeladenen Dieselmotoren bzw. direkteinspritzenden Ottomotoren können die Motorölanteile mit den im Bypass 38 enthaltenen Rußpartikeln zu Funktionsbeeinträchtigungen führen. Um den Ölverbrauch durch das über die Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 ausgetragenen Motoröl zu minimieren, wird mit Hilfe eines Ölabscheiders 36 das Öl zurückgeführt und nur das Gas ausgeleitet.
Eine Überprüfung der korrekten Funktionsweise des Ölabscheiders 36 und/oder des Unterdruckbegrenzungsventils 37 ist ebenfalls notwendig, da durch einen zu hohen Ölstand im Ölsumpf 35 das Öl durch die Kurbelwelle 15 stark aufgeschäumt und/oder zerstäubt wird. Der hier entstehende Ölnebel wird durch die Luftpulsation erzeugt und durch die Bewegung des Kolbens 7 über die Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 in das Saugrohr 2 gefördert. Nach Eintritt in das Saugrohr 2 wird im Fehlerfall ein großer Teil des Ölnebels in den Brennraum gesaugt und führt dort zu einem starken Anstieg von Rußpartikelkonzentrationen bei und/oder nach der Verbrennung.
Eine Partikelkonzentrationsmessung ermöglicht auch die Detektion eines Defektes der Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 während eines konstanten gefeuerten Betriebes des Ottomotors 1 im Teillastbereich, bei welchem ein Unterdruck im Saugrohr nach der Drosselklappe auftritt. Nach einer ersten Partikelkonzentrationsmessung bei geschlossener Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 wird die Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 geöffnet, wodurch ein Partikel führendes Gas aus dem Zylinder 3 über den Bypass 38 in das Saugrohr 2 einfließt. Anschließend wird die Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 wieder geschlossen und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung durchgeführt. Für die beiden Partikelkonzentrationsmessungen wird die Zündkerze 20 gezündet und der, die jeweilige Partikelkonzentration repräsentierende Zündspannungsbedarf U_Z gemessen. Das Steuergerät 24 bildet aus dem Wert der Partikelkonzentrationsmessung vor der Aktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 und nach der Deaktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 eine Differenz ΔU_Z, welche mit einem Schwellwert S verglichen wird. Übersteigt diese Differenz ΔU_Z die Schwelle S, so hat ein kurzzeitiger beabsichtigter Öl- und/oder Partikeleintrag aus dem Kurbelgehäuse stattgefunden, was auf eine korrekt funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 schließen lässt.
Eine weitere Möglichkeit der Detektion eines Defektes der Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 kann durch Vergleichen des Partikelkonzentrationsverhältnisses vor und nach dem Motorschubbetrieb mit einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 und des Partikelkonzentrationsverhältnisses vor und nach einem weiteren Motorschubbetrieb mit deaktivierter Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 erfolgen. Bei einer aktivierten Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37, bei welchem das Ventil 36 geöffnet ist, erfolgt im Schubbetrieb ein Eintrag von Öltröpfchen und/oder Partikeln in den Brennraum des Ottomotors 1, was zu einer erhöhten Partikelkonzentration nach dem Schubbetrieb führt. Bei einer fehlerhaften offenen Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 oder einer immer geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftung 36, 37 erhält man beim Vergleich der beiden Schubbetriebe keine Unterschiede bezüglich der Partikelkonzentration.
Bei den erläuterten Verfahren ist die Zündkerze, welche zur Bestimmung der Partikelkonzentration im Brennraum der Zylinder eingesetzt wird, direkt im Brennraum des Zylinders 3 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, diese an anderen Stellen des Ottomotors 1, wie beispielsweise direkt nach der Saugrohrentlüftung oder im Abgaskanal hinter dem Auslassventil 31 des Ottomotors 1 einzusetzen. Durch die Erkennung von fehlerhaften Kurbelgehäuseentlüftungen 36, 37 und/oder einem Öleintrag über defekte Kolbenringe und/oder Ventilschaftdichtungen 32 kann eine dadurch bedingte klopfende Verbrennung auf Dauer vermieden werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von einem Defekt einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine Partikelkonzentration, vorzugsweise von Rußpartikeln, während und/oder nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Partikelkonzentrationsmessung erfolgt, welcher sich eine aktive Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) anschließt und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach der aktive Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) statt findet, wobei bei einer Abweichung der Partikelkonzentrationen der ersten Partikelkonzentrationsmessung von der Partikelkonzentration des zweiten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Partikelkonzentrationen, die vor und nach der Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine gemessen wurden, verglichen werden, wobei bei einer signifikanten Änderung der Partikelkonzentration nach der Änderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine auf den Defekt der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) ein Schubbetrieb eingestellt wird, wobei die erste Partikelkonzentrationsmessung vor der Aktivierung des Schubbetriebes erfolgt und eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach erfolgter Deaktivierung des Schubbetriebes stattfindet und bei einer Ermittlung einer Erhöhung der Partikelkonzentration bei der zweiten Partikelkonzentrationsmessung gegenüber der ersten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt einer Ventilschaftdichtung (32) eines Einlassventils (31) und/oder eines Kolbenringes der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) ein nicht gefeuerter Schubbetrieb eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktion der Brennkraftmaschine die Kurbelgehäuseentlüftung (36, 37) während des Schubbetriebes aktiviert und deaktiviert wird, wobei die erste Partikelkonzentrationsmessung vor der Aktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung (36, 37) erfolgt und die zweite Partikelkonzentrationsmessung nach erfolgter Deaktivierung der Kurbelgehäuseentlüftung (36, 37) stattfindet und bei einer Ermittlung einer annähernd gleichbleibenden Partikelkonzentration bei der zweiten Partikelkonzentrationsmessung gegenüber der ersten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Kurbelgehäuseentlüftung (36, 37) geschlossen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (ΔU_Z), die aus einem Wert der zweiten Partikelkonzentrationsmessung mit einem Wert der ersten Partikelkonzentrationsmessung ermittelt wird, mit einem Schwellwert (S) verglichen wird, wobei bei einer Überschreitung des Schwellwertes (S) durch die Differenz (ΔU_Z) auf ein Vorliegen eines Defektes geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der ersten Partikelkonzentrationsmessung als statistischer Wert, vorzugsweise als Mittelwert, aus mehreren, vor der aktiven Veränderung der Funktion und/oder des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) gemessenen Partikelkonzentrationsmesswerten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (S) in Abhängigkeit einer Schubdauer und/oder einer Drehzahl und/oder einer Drosselklappenöffnung der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkonzentration in Abhängigkeit von einem Zündspannungsbedarf (U_Z) einer, in einem Partikel enthaltenden Gas angeordneten Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) ermittelt wird, wobei die zur Erzeugung der Zündung der Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) notwendige Spannung als Zündspannungsbedarf (U_Z) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündspannungsbedarf (U_Z) zylinderindividuell oder nur für einen Zylinder (3, 4, 5, 7) der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung von mindestens einem Defekt einer Brennkraftmaschine, wobei eine Partikelkonzentration, vorzugsweise von Rußpartikeln, während und nach einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (24) vorhanden sind, welche eine erste Partikelkonzentrationsmessung ausführen, anschließend eine aktive Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) vornehmen und danach eine zweite Partikelkonzentrationsmessung nach der aktiven Änderung einer Funktion und/oder eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine durchführen, wobei bei einer Abweichung der Partikelkonzentration der ersten Partikelkonzentrationsmessung von der Partikelkonzentration der zweiten Partikelkonzentrationsmessung auf einen Defekt der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24) mit einer Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) verbunden sind, welche in der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist und während und/oder nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mindestens einen Zündfunken auslöst, wobei die Mittel (24) den zum Auslösen des Zündfunkens an der Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) anliegenden Zündspannungsbedarf (U_Z) detektieren und aus dem gemessenen Zündspannungsbedarf (U_Z) die Partikelkonzentration bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) als im Brennraum der Brennkraftmaschine (1) angeordnete Zündkerze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (20, 21, 22, 23) als im Brennraum der Brennkraftmaschine (1) angeordnete, modifizierte Glühstiftkerze ausgebildet ist.