DE102005051924A1

DE102005051924A1 - Online Messung von Ölverdünnungen

Info

Publication number: DE102005051924A1
Application number: DE200510051924
Authority: DE
Inventors: Yasser Yacoub
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-10-29
Filing date: 2005-10-29
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Ölverdünnungen eines Motoröls mit Kraftstoff eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor. Das Kraftfahrzeug weist einen Partikelfilter auf, der mittels zusätzlicher Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors regenerierbar ist. Das Motoröl ist in einer Ölwanne aufgenommen, die mit einem Motorölkreislauf verbunden ist. Dem Verbrennungsmotor ist eine Steuereinheit zugeordnet. Ein Teil des zusätzlichen Kraftstoffs gelangt zusammen mit Abgasen vermischt in einen Auspuffstrang stromaufwärts des Partikelfilters, wobei ein anderer Teil des zusätzlichen Kraftstoffs in die Ölwanne gelangt. Der Teil des zusätzlichen Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, wird gemessen, indem die Zusammensetzung des Abgases aufgenommen wird. Der Teil des zusätzlichen Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, wird bei jeder Nacheinspritzung unter Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gemessen, indem ein Gewichtsausgleich des Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, gegenüber Randbedingungen des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Ölverdünnungen eines Motoröls mit Kraftstoff eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Kraftfahrzeug einen Partikelfilter aufweist, der mittels zusätzlicher Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors regenerierbar ist, wobei das Motoröl in einer Ölwanne aufgenommen ist, die mit einem Motorölkreislauf verbunden ist, wobei dem Verbrennungsmotor eine Steuereinheit zugeordnet ist und wobei ein Teil des zusätzlichen Kraftstoffs zusammen mit Abgasen vermischt in einen Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters gelangt und ein anderer Teil des zusätzlichen Kraftstoffs in die Ölwanne gelangt.

Bekannt ist, beispielsweise Dieselpartikelfilter (Rußabscheidung) und/oder NO_x-Fallen (NO_x-Lagerung/Umwandlung) und/oder einer Kombination von beiden (DPNR) in Abgasanlagen zu verwenden, um die Abgase von schädlichen Bestandteilen weitestgehend zu befreien. Nachteiligerweise weisen diese Systeme eine begrenzte Lagerkapazität bezüglich des Rußes, des NO_x (Stickstoff) und/oder von Sulfaten (Vergiftung) auf, und erfordern daher eine periodische aktive Regenerierung. Eine passive Regenerierung wäre zwar auch denkbar, wobei dies aber nur in einem bestimmten Temperaturfenster möglich ist.

Üblicherweise muß ein Dieselpartikelfilter alle 500 bis 1.500 km regeneriert werden, wobei ein Volumen derart gewählt wird, daß eine Ölverdünnung unter ein bestimmtes Limit begrenzt wird. Nachteiligerweise weist diese Lösung aber einen unvorteilhaften Konflikt zwischen der Regenerationszeit (Kraftstoffverschwendung) und Kosten, Gewicht sowie den benötigten Bauraum der zugeordneten Komponenten auf. Von daher ist diese Möglichkeit nicht für alle Fahrzeuge geeignet.

Für eine NO_x-Falle (oder jedes andere System), welches einen so genannten fetten Betriebszustand benötigt, ist als nachteilig anzusehen, daß die Regeneration üblicherweise alle 1 bis 5 km erforderlich ist. Von daher sind sehr drastische Maßnahmen zu treffen, um eine Ölverdünnung zu reduzieren.

Beide Systeme (Dieselpartikelfilter, NO_x-Falle) verwenden zusätzliche Einspritzungen, insbesondere späte Nacheinspritzungen in die Zylinder, also in den Brennraum des Verbrennungsmotors, um den Abgasen unverbrannte Hydrokarbonate zuzuführen. Eine solche späte Nacheinspritzung wird beispielsweise 60 bis 120° nach TDC (Top Dead Center, oberer Totpunkt) durchgeführt. Bei einem Dieselpartikelfilter wird beispielsweise Wärme erzeugt, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen. Für die NO_x-Falle werden fette Betriebszustände in der Falle verwirklicht.

Nachteiligerweise hat sich gezeigt, daß sich diese späte Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff aufgrund des relativ geringen Zylinderdrucks an der Zylinderwand niederschlägt und sich mit dem an der Zylinderwand befindlichen Öl vermischt. Ein Teil dieses zusätzlichen Brennstoffs gelangt so in die Ölwanne und erhöht so den Kraftstoffgehalt in dem Motoröl, so daß eine gesteigerte Ölverdünnung in der Ölwanne vorliegt. Dies bewirkt nicht nur einen gesteigerten Brennstoffverbrauch, sondern erfordert auch zusätzliche Maßnahmen, diesen Brennstoff aus dem Motoröl herauszufiltern. Derartige Vorrichtungen erhöhen aber nicht nur das Gewicht des Kraftfahrzeuges und beeinflussen damit den Kraftstoffverbrauch nachteilig, sondern sind auch sehr kompliziert auszugestalten. Durch den Kraftstoff in dem Motoröl wird dieses zudem derart nachteilig verdünnt, daß die Schmiereigenschaften des Motoröls nachteilig beeinflußt werden.

Die DE 196 12 453 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der in das Saugrohr oder in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoffmasse über die Vorgabe des Verbrennungsluftverhältnisses auf der Grundlage einer vorgegebenen, zur Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Zylinder notwendigen Frischluftmasse zum Erzielen eines gewünschten Solldrehmomentes der Brennkraftmaschine. In Abhängigkeit der Luftmasse im Zylinder und der Drehzahl der Brennkraftmaschine wird eine Basiseinspritzzeit ermittelt. Die Basiseinspritzzeit wird über die Vorgabe eines Lamdasollwertes vorgesteuert. Der Lamdasollwert wird durch eine koordinierte Berechnung aus einer Vielzahl unterschiedlicher, von den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine abgeleiteten Lamdaanforderungen ermittelt. Die koordinierte Berechnung des Lamdasollwertes erfolgt durch Minimal- und Maximalauswahlen aus den verschiedenen Lamdaanforderungen. Den Lamdaanforderungen sind unterschiedliche Prioritäten zugeordnet, wobei jeweils nur diejenige Lamdaanforderung zur weiteren Verarbeitung weitergegeben wird, die die höhere Priorität besitzt. Die mit dem Lamdasollwert vorgesteuerte Einspritzzeit wird mit weiteren additiven und/oder multiplikativen Korrektorfaktoren beaufschlagt, so daß beliebige Korrekturen des Verbrennungsluftverhältnisses gegenüber einem Referenzwert vorgenommen werden können.

Die US 2004/0099252 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Verbrennungsmaschine, umfassend:

– Einen Abweichungsberechnungsabschnitt, um eine Abweichung einer Ölverdünnung des Verbrennungsmotors zu berechnen, wobei der Kraftstoff durch einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder in die Ölwanne gelangt, so daß das Motoröl mit dem Kraftstoff verdünnt wird, und
– einen Berechnungsabschnitt, um eine Kraftstoffmenge, die zur Ölverdünnung führt, gemäß der Abweichung zu bestimmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das mit einfachen Mitteln eine direkte Online-Messung eines Verhältnisses der Verdünnung des Motoröls mit dem Kraftstoff aus der späten Nacheinspritzung möglich macht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Ölverdünnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Messung der Ölverdünnung mit der zusätzlichen Kraftstoffmasse aufgrund der späten Nacheinspritzung sehr schwierig durchzuführen ist. Typischerweise beinhaltet dies eine Voraufnahme des Verdünnungsverhältnisses des laufenden Verbrennungsmotors unter gleichförmigen Bedingungen mit später Nacheinspritzung über die Dauer von einigen Stunden, um ein meßbares Verhältnis der Verdünnung des Öls in der Ölwanne zu erhalten. Das Öl wird üblicherweise nach dem Versuch mittels Gaschromatographie analysiert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß gerade keine direkte Online-Messung des Verhältnisses der Verdünnung möglich ist, auch, wenn die Kalibrierung auf einem Fahrzeugprüfstand durchgeführt wird.

Dadurch, daß der Teil zusätzlichen Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, gemessen wird, indem die Zusammensetzung des Abgases aufgenommen wird, wobei der Teil zusätzlichen Kraftstoffes, der in die Ölwanne gelangt, bei jeder Nacheinspritzung unter Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gemessen wird, indem ein Gewichtsausgleich des Kraftstoffes, der in die Ölwanne gelangt, gegenüber Randbedingungen des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, wird vorteilhaft ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem es bei einfachen Mitteln möglich ist, eine direkte Online-Messung des Verhältnisses der Verdünnung zu erhalten.

Hierbei wird der Einfachheit halber angenommen, daß die Differenz zwischen dem Kraftstoff, welcher mit der Nacheinspritzung dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und dem Kraftstoff, welcher in den Abgasstrang gelangt, die Menge Kraftstoff ist, welche in die Ölwanne gelangt. Dies kann mit der folgenden Gleichung mKraftstoff_in_Öl = mKraftstoff_in_Motor – mKraftstoff_aus_Abgas Gleichung 1berechnet werden.

Hierbei ist mKraftstoff die Durchflußmenge des Kraftstoffs in kg/h, wobei das Kürzel m die Masse bzw. das Gewicht beschreibt.

Der Wert mKraftstoff_in_Motor wird hierbei ziemlich genau auf dem Fahrzeugprüfstand gemessen, wobei alternativ bei einer Fahrzeuganwendung ein Zumessen des Kraftstoffs durch das Einspritzsystem mit Sicherheitsbeaufschlagungen für eine typische Abdrift der Einspritzeinrichtungen in realen Bedingungen kalkuliert werden kann.

Der Wert mKraftstoff_aus_Abgas kann berechnet werden, indem ein Karbonausgleich angewandt wird, wenn die Zusammensetzung des Abgases gemessen wird, wobei dies bevorzugt auf dem Fahrzeugprüfstand durchgeführt wird.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren in die Steuereinheit implementiert werden.

Alternativ ist es möglich, zur Fahrzeuganwendung während der Produktion einen Lamdasensor in dem Abgassystem anzuordnen, der es erlaubt, eine akkurate Messung des Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses (Luft_zu_Kraftstoff-Verhältnis) zu messen, wobei dem folgende Formel zugrunde gelegt werden kann: mKraftstoff_aus Abgas = mLuft_in_Motor·(Lamda_Abgas·Luft_zu_Kraftstoff_Verhältnis_stoichimetrisch) Gleichung 2

Hierbei wird der Wert mLuft_in_Motor während der Produktion unter Verwendung von MAF-Sensoren gemessen.

Bevorzugter Weise ist der Lambdasensor dabei stromaufwärts des Partikelfilters, insbesondere des Dieselpartikelfilters, also in Strömungsrichtung des Abgases gesehen zwischen einem Auslaß des Verbrennungsmotors und einem Eingang des Partikelfilters angeordnet.

Natürlich kann der Kraftstoff, der als flüchtiger Bestandteil mit dem Motoröl vermischt ist, aus dem Motoröl verdunsten, wenn die Öltemperatur genügend hoch ist. Hierbei zeigt selbstverständlich ein negativer Wert (mKraftstoff_in_Öl) eine Rückgewinnung des Kraftstoffes aus der Ölwanne (Kraftstoffverdunstung, wenn die Öltemperatur genügend hoch ist), wobei dies typischerweise der Fall ist, wenn der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb betrieben wird (bis 40–50 % Rückgewinnung bei 35 Stunden Magerbetrieb des Verbrennungsmotors).

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Ölverdünnungen eines Motoröls mit Kraftstoffs eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Kraftfahrzeug einen Partikelfilter aufweist, der mittels zusätzlicher Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors regenerierbar ist, wobei das Motoröl in einer Ölwanne aufgenommen ist, die mit einem Motorölkreislauf verbunden ist, wobei dem Verbrennungsmotor eine Steuereinheit zugeordnet ist, wobei ein Teil des zusätzlichen Kraftstoffs zusammen mit Abgasen vermischt in einen Auspuffstrang stromaufwärts des Partikelfilters gelangt und ein anderer Teil des zusätzlichen Kraftstoffs in die Ölwanne gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil zusätzlichen Kraftstoffes, der in die Ölwanne gelangt, gemessen wird, indem die Zusammensetzung des Abgases aufgenommen wird, wobei der Teil zusätzlichen Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, bei jeder Nacheinspritzung unter Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gemessen wird, indem ein Gewichtsausgleich des Kraftstoffs, der in die Ölwanne gelangt, gegenüber Randbedingungen des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.