DE19719631A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe VerbrennungsdrückeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrenn
kraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke
in den Brennräumen nach der im Oberbegriff von An
spruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft
auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus
der DE 43 95 171 C1 bekannt. Dabei ist eine als Druck
speicher wirkende gemeinsame Versorgungsleitung
(Common-Rail) vorgesehen, die sich in wenigstens zwei
Zweigleitungen aufteilt, wobei jede Zweigleitung meh
rere zu Gruppen zusammengefaßte Zylinder mit Kraft
stoff versorgt. In jeder gemeinsamen Versorgungslei
tung ist ein Drucksensor sowie eine Vorrichtung zum
Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr in der Zweigleitung
vorgesehen, wobei bei einem Störfall in einer der
Zweigleitungen die Förderverbindung zu dieser Zweig
leitung unterbrochen wird. Bei dieser Vorrichtung wird
lediglich festgestellt, daß irgendwo im System Druck
abfall vorhanden ist. Die genaue Lage und die Ursache
für den Druckabfall ist nicht feststellbar.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen über Ein
spritzdüsen Kraftstoff unter sehr hohem Druck in die
dazugehörigen Brennräume eingebracht wird, wie dies
z. B. beim Common-Rail der Fall ist, besteht das tech
nologische Problem, daß gelegentlich die Düsennadeln
der Einspritzdüsen in geöffnetem Zustand hängenblei
ben. Wenn dies der Fall ist, dann fließt übermäßig
viel Kraftstoff in den dazugehörigen Brennraum, was
dazu führen kann, daß der gesamte Sauerstoff aufge
braucht wird. Dies kann bei einem Turbolader eine
erhebliche Menge sein, denn die Dieselbrennkraftma
schine fährt dann im aufgeladenen Zustand nicht mehr
mit einem entsprechend hohen Luftüberschuß, sondern
bei λ = 1 oder sogar darunter. In diesem Bereich würde
dann der höchste effektive Druck herrschen, was dazu
führen könnte, daß es zu Schäden an der Brennkraftma
schine, z. B. am Zylinderkopf, kommen kann. Neben die
sem Fehler können auch Fehler in der Elektronik auf
treten, die zu einem zu frühen Einspritzbeginn
und/oder ebenfalls zu großen Fördermengen führen kön
nen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf
fen, mit der Schäden an der Brennkraftmaschine durch
Fehler im Einspritzsystem und daraus resultierende zu
hohe Verbrennungsdrücke vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig
durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ge
nannten Merkmale gelöst. Eine Vorrichtung zur Durch
führung des Verfahrens ist in Anspruch 6 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird nunmehr ein Klopfsensor dazu ver
wendet eine fehlerhafte Verbrennung zu diagnostizieren
und dann eine entsprechende Warnmeldung und/oder eine
Notabschaltung einzuleiten.
Grundsätzlich ist die Verwendung von Klopfsensoren für
Otto-Motoren bekannt, allerdings für einen anderen
Zweck, wobei darüber hinaus auch nur Druckverhältnisse
von wenigen Bar im Brennraum herrschen, die unproble
matisch sind. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 35 04 039 C2
und die DE 35 17 509 A1 verwiesen.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung eine konstruktive
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens prin
zipmäßig dargestellt.
Eine Dieselbrennkraftmaschine 1 ist in bekannter Weise
mit einer Abgasanlage 2 und einer Sauganlage 3 verse
hen. Eine Hochdruckpumpe 4 pumpt Kraftstoff unter ei
nem Druck von z. B. 1000 Bar in zwei Zweigleitungen 5
und 6. In den beiden Zweigleitungen 5 und 6 ist je
weils eine Notabschaltventileinrichtung 7 bzw. 8 ange
ordnet. Von den beiden Notabschaltventileinrichtungen
7 und 8 gehen jeweils einzelne Kraftstoffzuleitungen
9, 10, 11 und 12 ab, die zu Einspritzventilen 13, 14,
15 und 16 führen. Die Einspritzventile 13 bis 16 ver
sorgen jeweils einen (nicht dargestellten) Brennraum
eines Zylinders der Dieselbrennkraftmaschine 1.
Mit den beiden Notsteuerventileinrichtungen 7 und 8
ist ein Steuergerät 17 über Steuerleitungen 18 und 19
verbunden. Im zentralen Bereich, d. h. etwa in der Mit
te der Dieselbrennkraftmaschine ist ein Klopfsensor 20
angeordnet, der von bekannter Bauart sein kann.
In Verbindung mit der allgemeinen Motorsensorik, z. B.
Kurbelwellenstellung und Klopfzeitpunkt, läßt sich der
Zylinder in dessen Brennraum der Überdruck auftritt,
bestimmen.
Wird auf diese Weise in einem der Brennräume durch den
Klopfsensor 20 ein unzulässig hoch ansteigender Ver
brennungsdruck festgestellt, der z. B. durch ein Hän
genbleiben der Düsennadel einer Einspritzdüse 13, 14,
15 oder 16 entstanden ist, so kann durch die Notab
schaltventileinrichtung 7 bzw. 8 der betreffende Zy
linder oder auch eine Zylindergruppe abgeschaltet wer
den. Kostenvorteile ergeben sich beim Common-Rail-System,
wenn z. B. bei einem Vier-Zylinder-Motor je
weils zwei Zylinder durch jeweils eine Notabschaltven
tileinrichtung abgeschaltet werden.
Bei einem Pumpen-/Düsen-System ist zur Steuerung von
Kraftstoff zu den Einspritzdüsen jeweils ein gesonder
tes Ventil vorhanden, das elektronisch gesteuert wird
und entsprechend periodisch den Kraftstoff zu einer
Einspritzdüse hin umlenkt. Bei diesem System lassen
sich mit dem Klopfsensor 20 auch Fehlerquellen in dem
Ventil feststellen und anschließend entsprechende Ge
genmaßnahmen einleiten.
Als Notabschaltventileinrichtungen 7 und 8 können Ab
sperrventile bekannter Bauart verwendet werden, die
z. B. einen Sperrkörper im Ventilgehäuse enthalten, der
durch eine vorgespannte Feder in die Sperrlage ge
bracht wird, wenn ein Riegel über einen Stellmagneten
den Sperrkörper freigibt.
Die Notsteuerventileinrichtungen 7 und 8 können auch
so ausgebildet sein, daß sie auf- und zugesteuert wer
den können und zwar in Abhängigkeit von einer Steuere
lektronik. Mit einer derartigen Maßnahme kann man ein
Selbstheilungsprogramm für das fehlerhafte Einspritz
ventil versuchen. In diesem Falle werden bei abge
schalteter oder auch bei zeitweise nochmals freigege
bener Kraftstoffversorgung einige elektrische Impulse
in das Einspritzventil eingeleitet, um z. B. eine fest
sitzende Düsennadel freizubekommen. Anschließend kann
probehalber ein Normalbetrieb versucht werden.
Zum Absichern des Ergebnisses über ein fehlerhaftes
Arbeiten können noch zusätzliche Sensoren vorgesehen
werden, die ebenfalls über das Steuergerät 17 die Not
abschaltventileinrichtungen aktivieren. So kann man
z. B. einen Sensor an der Kurbelwelle der Dieselbrenn
kraftmaschine vorsehen, der abartige Veränderungen
ihrer Winkelgeschwindigkeit diagnostiziert. Ebenso
kann durch einen Sensor eine Auswertung des Verbren
nungsdruckes in einem Brennraum vorgenommen werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin durch einen
Sensor Veränderungen im Mengenstrom der Kraftstoff zu
fuhr zu messen. Dabei könnte man dann entsprechende
Abweichungen von einem eingelernten Betriebszustand
diagnostizieren und diese zur Auswertung zusammen mit
dem Klopfsensor verwenden, um Schäden an der Brenn
kraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke
zu vermeiden. Gegebenenfalls könnten auch ein oder
mehrere der vorstehend genannten Sensoren anstelle
eines Klopfsensors für diesen Zweck verwendet werden.
Statt einer Anordnung des Klopfsensors 20 gemäß Aus
führungsbeispiel an der Dieselbrennkraftmaschine mit
Auswertung des Körperschalles kann dieser auch im
Kühlwassersystem angeordnet werden. In diesem Falle
würde der Klopfsensor als Wasserdruckwellensensor wir
ken, wobei die Wasserdruckwelle gemessen wird. Im Un
terschied zu Klopfsensoren für Otto-Motoren durch die
bestimmte Frequenzen herausselektiert und dann analy
siert werden, kommt es im vorliegenden Fall zur Fest
stellung einer abartigen Dieselverbrennung bzw. eines
überhöhten Druckes in einem Brennraum mehr auf die
Druckamplitude als auf das Frequenzbild an, insbeson
dere auch deshalb, weil das Frequenzbild aufgrund der
ähnlichen Verbrennungscharakteristik auch bei überhöh
ten Verbrennungsdrücken relativ ähnlich ist. Zum Ana
lysieren dieses überhöhten Druckes kann man deshalb
statt dem Körperschall durch die Dieselbrennkraftma
schine auch den Körperschall des Kühlwassers verwen
den, da in diesem Falle eine größere Nutzamplitude zu
erwarten ist, die sich über den gesamten Zylinderkopf
ausbreitet.
Die Notabschaltventileinrichtung kann auch als Vor
steuerventileinrichtung ausgebildet sein, in dem diese
in Frequenz- und Phasenlage der Einspritzventile bzw.
des dazugehörigen Einspritzventiles laufend öffnet und
schließt. Diese Betriebsweise kann dabei dauernd er
folgen oder auch nur im Störfall. Läuft die Vorsteuer
ventileinrichtung im Normalbetrieb synchron jeweils
mit dem dazugehörigen Einspritzventil mit, so wird es
in diesem Falle überhaupt nicht bemerkt. Tritt hinge
gen eine Störung auf, dann übernimmt die Vorsteuerven
tileinrichtung die Sicherungsfunktion. Theoretisch
wäre bei dieser Ausgestaltung der Klopfsensor sogar
entbehrlich, denn durch eine derartige Vorsteuerventil
einrichtung wird ja weiterhin auch bei Ausfall einer
Einspritzdüse eine zumindest grob gesteuerte Einsprit
zung übernommen.
Bei Auftreten einer Warnmeldung durch den Klopfsensor
20 aufgrund unzulässig hoher Verbrennungsdrücke kann
die Dieselbrennkraftmaschine insgesamt abgeschaltet
werden, um Schäden zu vermeiden. Wenn Zweigleitungen 5
und 6 wie bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen sind,
ist es auch ausreichend nur die Gruppe abzuschalten,
in der die Störung aufgetreten ist. In diesem Falle
kann mit der anderen Gruppe in einem Notbetrieb wei
tergefahren werden.
Wenn einzelne Notabschaltventile in den einzelnen
Kraftstoffzuleitungen 9, 10, 11 oder 12 vorgesehen
sind, besteht die Möglichkeit jeweils nur den betrof
fenen Zylinder abzuschalten.
Claims (8)
1. Verfahren zur Vermeidung von Schäden an einer Die
selbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe Ver
brennungsdrücke in den Brennräumen, wobei die För
derung des Kraftstoffes über Kraftstoffzuleitungen
von einer Hochdruckpumpe aus zu Einspritzdüsen er
folgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
beim Feststellen einer fehlerhaften Verbrennung in
einem oder in mehreren der Brennräume durch einen
Klopfsensor (20) eine Warnmeldung abgegeben
und/oder eine Notabschaltung des oder der Kraft
stoffzufuhr zu dem oder den Brennräumen, in dem
bzw. denen die fehlerhafte Verbrennung festge
stellt worden ist, vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meldung der fehlerhaften Verbrennung von dem
Klopfsensor (20) an ein Steuergerät (17) erfolgt,
das eine Notabschaltventileinrichtung (7, 8) in der
zu dem bzw. den Brennräumen mit der fehlerhaften
Verbrennung führenden Kraftstoffzuleitung (9, 10, 11
oder 12) aktiviert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung zu
sätzlich Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit
an der Kurbelwelle der Dieselbrennkraftmaschine
(1) gemessen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung zu
sätzlich Auswertungen der Verbrennungsdrücke in
den Brennräumen verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Feststellung der fehlerhaften Verbrennung Ver
änderungen des Mengenstromes der Kraftstoffzufüh
rung verwendet werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein an der Dieselbrennkraftmaschine (1) angeordne
ter oder an einem mit der Dieselbrennkraftmaschine
(1) verbundenen Teil angeordneter Klopfsensor (20)
mit einem Steuergerät (17) verbunden ist, das mit
in den Kraftstoffzuleitungen (7, 8, 10, 11, 12, 13) an
geordneten Notabschaltventileinrichtungen (7, 8) in
Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Notabschaltventileinrichtungen (7, 8) als Vor
steuerventile ausgebildet sind, die zu den Ein
spritzventilen (13, 14, 15, 16) synchron in Frequenz- und
Phasenlage gesteuert sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Klopfsensor (20) mit dem Kühlwassersystem der
Dieselbrennkraftmaschine (1) verbunden ist.
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DE1997119631 Withdrawn DE19719631A1 (de) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Schäden an einer Dieselbrennkraftmaschine durch unzulässig hohe Verbrennungsdrücke |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |