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DE102011075555A1 - Method and control device for operating an internal combustion engine - Google Patents

Method and control device for operating an internal combustion engine Download PDF

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DE102011075555A1
DE102011075555A1 DE102011075555A DE102011075555A DE102011075555A1 DE 102011075555 A1 DE102011075555 A1 DE 102011075555A1 DE 102011075555 A DE102011075555 A DE 102011075555A DE 102011075555 A DE102011075555 A DE 102011075555A DE 102011075555 A1 DE102011075555 A1 DE 102011075555A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
spark plug
laser spark
operating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011075555A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Weinrotter
Pascal Woerner
Jürgen Raimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011075555A priority Critical patent/DE102011075555A1/en
Priority to PCT/EP2012/054221 priority patent/WO2012152470A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine 100) mit mindestens einer Laserzündkerze (110). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Betriebsgröße (B1, B2, B3) der Brennkraftmaschine (100), die durch eine von der Laserzündkerze (110) bereitgestellte Zündenergiebeeinflusst wird, ermittelt wird, und dass aus der mindestens einen Betriebsgröße (B1, B2, B3) auf einen Verschleißzustand (V) mindestens einer Komponente (114) der Laserzündkerze (110) geschlossen wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine 100) with at least one laser spark plug (110). According to the invention, it is provided that at least one operating variable (B1, B2, B3) of the internal combustion engine (100), which is influenced by an ignition energy provided by the laser spark plug (110), is determined, and that the at least one operating variable (B1, B2, B3 ) a state of wear (V) of at least one component (114) of the laser spark plug (110) is inferred.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Laserzündkerze.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with at least one laser spark plug.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, die mindestens eine Laserzündkerze aufweist.The invention further relates to a control device for an internal combustion engine having at least one laser spark plug.

Die Verwendung von laserbasierten Zündsystemen bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen oder stationären Großgasmotoren ist bekannt. Üblicherweise werden die Laserzündsysteme oder einzelne Komponenten hiervon wie beispielsweise einzelne Laserzündkerzen in regelmäßigen Intervallen gewartet, um einen Funktionszustand zu überprüfen und um Ausfälle einzelner Komponenten frühzeitig erkennen zu können. Die Vorsehung zeitlich konstanter Serviceintervalle ist jedoch nicht immer wirtschaftlich, zumal verschiedene Verschleißmechanismen von Laserzündkerzen große statistische Schwankungen aufweisen können. The use of laser-based ignition systems in internal combustion engines of motor vehicles or stationary large-scale gas engines is known. Usually, the laser ignition systems or individual components thereof, such as individual laser spark plugs, are maintained at regular intervals in order to check a functional condition and to be able to recognize failures of individual components at an early stage. The provision of temporally constant service intervals, however, is not always economical, especially since various wear mechanisms of laser spark plugs can have large statistical fluctuations.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein zuverlässiger Betrieb von laserbasierten Zündsystemen unter gleichzeitiger Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile sichergestellt wird. Accordingly, it is an object of the present invention to improve an operating method of the type mentioned and a control device of the type mentioned in that a reliable operation of laser-based ignition systems while avoiding the aforementioned disadvantages is ensured.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, die durch eine von der Laserzündkerze bereitgestellte Zündenergiebeeinflusst wird, ermittelt wird, und dass aus der mindestens einen Betriebsgröße auf einen Verschleißzustand mindestens einer Komponente der Laserzündkerze geschlossen wird. In the method of the aforementioned type, this object is achieved in that at least one operating variable of the internal combustion engine, which is influenced by an ignition energy provided by the laser spark plug, is determined, and that from the at least one operating variable to a wear condition of at least one component of the laser spark plug becomes.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine die von der Laserzündkerze bereitgestellte Zündenergie charakterisierende Betriebsgröße vorteilhaft Informationen über einen Verschleißzustand mindestens einer Komponente der Laserzündkerze enthält. Beispielsweise können sich Ablagerungen, die von Verbrennungsprodukten (z.B. Ölaschen) und dergleichen herrühren, auf einem Brennraumfenster der Laserzündkerze, welches einen Innenraum der Laserzündkerze zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine hin oder zu einer Vorkammer der Laserzündkerze hin begrenzt, niederschlagen, und damit die Transmissionseigenschaften des Brennraumfensters nachhaltig beeinträchtigen. Dementsprechend kann ein mit dem Verschleißgrad korrespondierendes, geringeres Maß an Zündenergie von der Laserzündkerze in den Brennraum bzw. die Vorkammer eingebracht werden. According to the invention, it has been recognized that an operating variable characterizing the ignition energy provided by the laser spark plug advantageously contains information about a wear state of at least one component of the laser spark plug. For example, deposits resulting from products of combustion (eg, oil ash) and the like may deposit on a combustion chamber window of the laser spark plug, which delimits an interior of the laser spark plug toward the combustion chamber of the internal combustion engine or toward an antechamber of the laser spark plug, and thus the transmission characteristics of the combustion chamber window sustainably impair. Accordingly, a lower level of ignition energy corresponding to the degree of wear can be introduced by the laser spark plug into the combustion chamber or prechamber.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine von einem Brennraumdruck abgeleitete Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Der Brennraumdruck bzw. sein zeitlicher Verlauf kann in an sich bekannter Weise mittels eines Zylinderdrucksensors erfasst werden und steht dann für die erfindungsgemäße Auswertung zur Verfügung.In a preferred embodiment, it is provided that a size of the internal combustion engine derived from a combustion chamber pressure is determined as the operating variable. The combustion chamber pressure or its time profile can be detected in a manner known per se by means of a cylinder pressure sensor and is then available for the evaluation according to the invention.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine von einem indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine abgeleitete Größe, insbesondere ein Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks bzw. Zylinderdrucks der Brennkraftmaschine, ermittelt wird, was Untersuchungen der Anmelderin zufolge als zuverlässiges Anzeichen für die tatsächlich bereitgestellte Zündenergie dient. Beispielsweise kann ein Ansteigen des Variationskoeffizienten des indizierten Mitteldrucks über die Zeit, gemessen beispielsweise von einem Ausgangswert von etwa 1 % (Neuzustand), auf 2 % beziehungsweise 5 %, als Anzeichen dafür gewertet werden, dass die Laserzündkerze einem bei der Laserzündung entstehenden Laserplasma mit der Zeit weniger Zündenergie zur Verfügung stellt, sodass die Laserzündkerze möglicherweise in der näheren Zukunft gewartet werden muss, z.B. um das Brennraumfenster zu reinigen. In a further preferred embodiment, it is provided that a variable derived from an indicated mean pressure of the internal combustion engine, in particular a coefficient of variation of the indicated mean pressure or cylinder pressure of the internal combustion engine, is determined as the operating variable, which according to the Applicant's investigations serves as a reliable indication of the actual ignition energy provided , For example, an increase in the coefficient of variation of the indicated mean pressure over time, measured for example from an initial value of about 1% (new condition) to 2% and 5%, respectively, can be interpreted as an indication that the laser spark plug corresponds to a laser plasma generated during laser ignition Time provides less ignition energy so that the laser spark plug may need to be serviced in the near future, eg to clean the combustion chamber window.

Alternativ oder ergänzend zur Betrachtung eines Variationskoeffizienten des indizierten Mittelsdrucks kann auch mindestens eine weitere aus dem Brennraumdruck beziehungsweise Zylinderdruck abgeleitete Größe verwendet werden, um auf den Verschleißzustand der Laserzündkerze beziehungsweise mindestens einer Komponente der Laserzündkerze zu schließen. Beispielsweise kann ein Variationskoeffizient des Spitzendrucks und/oder ein Zeitpunkt des Maximaldrucks und/oder ein Mittelwert des Mitteldrucks und/oder ein Mittelwert des Spitzendrucks und/oder weitere Größen des Druckverlaufs verwendet werden. As an alternative or in addition to considering a coefficient of variation of the indicated mean pressure, at least one further variable derived from the combustion chamber pressure or cylinder pressure can also be used in order to conclude the state of wear of the laser spark plug or at least one component of the laser spark plug. For example, a coefficient of variation of the peak pressure and / or a point in time of the maximum pressure and / or a mean value of the mean pressure and / or an average of the peak pressure and / or further sizes of the pressure profile can be used.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine von einer Abgastemperatur der Brennkraftmaschine abgeleitete Größe, insbesondere eine Zylinderabgastemperatur eines der Laserzündkerze zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine, ermittelt wird. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann aus einer Steigerung der Zylinderabgastemperatur, die beispielsweise über eine an sich bekannte Zylindereinzelabgastemperaturmessung erhalten werden kann, über die Betriebsdauer darauf geschlossen werden, dass die Laserzündkerze kontinuierlich weniger Zündenergie zur Verfügung stellt. In diesem Fall nämlich steigt die für den vollständigen Durchbrand des zündfähigen Gemisches erforderliche Zeit und damit auch die Abgastemperatur an. Typische Anstiege von etwa 1 °C bis etwa 40 °C vorzugsweise von etwa 1 °C bis etwa 20 °C, idealerweise von etwa 1 °C bis etwa 10 °C, jeweils ermittelt über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine, sind verlässliche Anzeichen dafür, dass der Verschleißzustand der Laserzündkerze beziehungsweise ihres Brennraumfensters ein Maß erreicht hat, welches eine Wartung beziehungsweise einen Austausch erforderlich macht.In a further advantageous embodiment, it is provided that a variable derived from an exhaust gas temperature of the internal combustion engine, in particular a cylinder exhaust gas temperature of a cylinder of the internal combustion engine assigned to the laser spark plug, is determined as the operating variable. According to investigations by the applicant, it can be concluded from an increase in the cylinder exhaust gas temperature, which can be obtained, for example, via a cylinder single-gas temperature measurement known per se, over the operating period that the laser spark plug is continuous provides less ignition energy. In this case, the time required for the complete burn-through of the ignitable mixture and thus also the exhaust gas temperature increases. Typical increases from about 1 ° C to about 40 ° C, preferably from about 1 ° C to about 20 ° C, ideally from about 1 ° C to about 10 ° C, each determined over the life of the internal combustion engine, are reliable indications that the wear state of the laser spark plug or its combustion chamber window has reached a level which makes maintenance or replacement necessary.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe ermittelt wird. Eine derartige Größe kann beispielsweise mittels an sich bekannter Klopfsensoren von Brennkraftmaschinen und entsprechender Auswertung, die beispielsweise durch das Steuergerät der Brennkraftmaschine erfolgen kann, vorgenommen werden. Wenn die Zündenergie und damit auch die Plasmaenergie in dem Brennraum bzw. der Vorkammer aufgrund beispielsweise einer Verschmutzung des Brennraumfensters in Grenzbereichen (sehr mager an der Klopfgrenze) nicht mehr für einen hinreichend schnellen Durchbrand des zündfähigen Gemisches ausreicht, dann steigt die Klopfneigung der Brennkraftmaschine. In a further advantageous embodiment, it is provided that a variable characterizing a tendency to knock of the internal combustion engine is determined as the operating variable. Such a size can be made, for example, by means of per se known knock sensors of internal combustion engines and corresponding evaluation, which can be carried out for example by the control unit of the internal combustion engine. If the ignition energy and thus the plasma energy in the combustion chamber or the antechamber due to, for example, contamination of the combustion chamber window in boundary regions (very lean at the knock limit) is no longer sufficient for a sufficiently rapid burnout of the ignitable mixture, then the tendency to knock of the internal combustion engine increases.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine gezielt verändert wird, um die Betriebsgröße zu ermitteln. Im Falle der Auswertung der Klopfneigung der Brennkraftmaschine als Betriebsgröße kann beispielsweise ein Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine beziehungsweise des betrachteten Zylinders nach früh verstellt werden, um die Brennkraftmaschine gezielt nahe an die Klopfgrenze heranfahren zu können. Beispielsweise ist auch eine kurzzeitige Anhebung des Motormitteldrucks möglich, um die Brennkraftmaschine gezielt an die Klopfgrenze zu bringen. In a further advantageous embodiment, it is provided that at least one operating condition of the internal combustion engine is selectively changed in order to determine the operating variable. In the case of evaluation of the tendency to knock of the internal combustion engine as an operating variable, for example, an ignition point of the internal combustion engine or of the cylinder under consideration can be adjusted to early in order to approach the internal combustion engine targeted close to the knock limit can. For example, a short-term increase in the engine mean pressure is possible to bring the engine targeted to the knock limit.

Alternativ oder ergänzend kann auch ein Zündzeitpunkt eines erfindungsgemäß betrachteten Zylinders nach früh verstellt werden, wodurch die Klopfneigung steigt. Gleichzeitig kann vorteilhaft ein Mitteldruck des betreffenden Zylinders gesenkt werden, um dadurch eventuell auftretende Klopfschäden an der Brennkraftmaschine zu vermeiden. As an alternative or in addition, an ignition point of a cylinder considered according to the invention can be adjusted too early, as a result of which the tendency to knock increases. At the same time advantageously a mean pressure of the cylinder in question can be lowered, thereby avoiding possible knocking damage to the internal combustion engine.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine beziehungsweise mindestens ein Zylinder gezielt abgemagert wird oder der Motormitteldruck gesteigert wird, um den Variationskoeffizienten des indizierten Mitteldrucks beziehungsweise Spitzendrucks zu erhöhen. In a further advantageous embodiment, it is provided that the internal combustion engine or at least one cylinder is specifically emaciated or the engine mean pressure is increased in order to increase the coefficient of variation of the indicated mean pressure or peak pressure.

Die gezielte Veränderung mindestens einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine zur erfindungsgemäßen Ermittlung der Betriebsgröße beziehungsweise Betriebsgrößen kann vorteilhaft beispielsweise während einer Serviceuntersuchung der Brennkraftmaschine erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann eine derartige Veränderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine auch in Abwesenheit von Fachpersonal erfolgen, beispielsweise im Wege einer Fernwartung, bei der ein die Brennkraftmaschine steuerendes Steuergerät beispielsweise über ein Kommunikationsnetz mit einem entfernt angeordneten Steuerrechner verbunden ist, der die gezielte Veränderung der Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine vornehmen kann. Ferner kann das Steuergerät der Brennkraftmaschine auch dazu ausgebildet sein, periodisch die Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine gezielt zu verändern, um die erfindungsgemäß betrachteten Betriebsgrößen zur Ermittlung des Verschleißzustands ermitteln zu können. The targeted change of at least one operating condition of the internal combustion engine for determining the operating variable or operating variables according to the invention can advantageously be effected, for example, during a service investigation of the internal combustion engine. Alternatively or additionally, such a change in the operating conditions of the internal combustion engine can also take place in the absence of specialist personnel, for example by means of remote maintenance, in which a control unit controlling the internal combustion engine is connected, for example via a communication network with a remote control computer, the targeted change in the operating condition for make the internal combustion engine. Furthermore, the control unit of the internal combustion engine may also be designed to periodically change the operating conditions for the internal combustion engine in order to be able to determine the operating variables considered according to the invention for determining the state of wear.

Besonders vorteilhaft kann einer weiteren Ausführungsform zufolge der ermittelte Verschleißzustand mit einem Referenzwert verglichen werden, und das Erreichen einer Verschleißgrenze kann signalisiert werden, wenn der ermittelte Verschleißzustand um mehr als ein vorgebbares Maß von dem Referenzwert abweicht. Die Ermittlung des Verschleißzustands erfolgt bevorzugt periodisch. According to a further embodiment, the determined state of wear can be compared to a reference value, and the achievement of a wear limit can be signaled if the determined state of wear deviates from the reference value by more than a predefinable measure. The determination of the state of wear is preferably carried out periodically.

Eine Deaktivierung der Brennkraftmaschine bzw. einzelner Laserzündkerzen ist bei der Erreichung einer vorgebbaren Verschleißgrenze ebenfalls möglich, um eine Beschädigung von Systemkomponenten zu verhindern.Deactivation of the internal combustion engine or of individual laser spark plugs is likewise possible when a predefinable wear limit is reached in order to prevent damage to system components.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 9 angegeben. Von besonderer Bedeutung ist ferner ein Computerprogramm für ein entsprechendes Steuergerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. As a further solution of the object of the present invention, a control device according to claim 9 is given. Of particular importance is also a computer program for a corresponding control device, which is designed to carry out the method according to the invention.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erfindungsgemäß betriebenen Brennkraftmaschine, 1 schematically a simplified block diagram of an inventively operated internal combustion engine,

2 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erfindungsgemäß betriebenen Laserzündkerze, und 2 schematically a simplified block diagram of an inventively operated laser spark plug, and

3 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Modells zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 schematically a simplified block diagram of a model for carrying out the method according to the invention.

1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine 100, welche über mindestens eine Laserzündkerze 110 verfügt. Die Brennkraftmaschine 100 wird in an sich bekannter Weise durch ein ihr zugeordnetes Steuergerät 10 gesteuert. Das Steuergerät 10 kann beispielsweise Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 100 wie beispielsweise eine Drehzahl und/oder eine Temperatur und dergleichen erfassen und für den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 erforderliche Stellglieder (nicht gezeigt), beispielsweise eine Drosselklappe oder eine Pumplichtquelle zur Erzeugung von Pumpstrahlung für die Laserzündkerze 110 und dergleichen ansteuern. 1 schematically shows a block diagram of an internal combustion engine 100 , which via at least one laser spark plug 110 features. The internal combustion engine 100 is in a conventional manner by an associated control unit 10 controlled. The control unit 10 For example, operating variables of the internal combustion engine 100 such as a speed and / or a temperature and the like, and for the operation of the internal combustion engine 100 required actuators (not shown), for example, a throttle valve or a pump light source for generating pump radiation for the laser spark plug 110 and the like.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 100, die durch eine von der Laserzündkerze 110 bereitgestellte Zündenergiebeeinflusst wird, ermittelt wird, um hieraus auf einen Verschleißzustand der Laserzündkerze 110 oder einer Komponente der Laserzündkerze 110 zu schließen. According to the invention, it is provided that at least one operating variable of the internal combustion engine 100 passing through one of the laser spark plug 110 supplied ignition energy is determined, in order to determine a state of wear of the laser spark plug 110 or a component of the laser spark plug 110 close.

2 zeigt schematisch eine Laserzündkerze 110, wie sie der Brennkraftmaschine 100 gemäß 1 zugeordnet sein kann. Die Laserzündkerze 110 weist eine Laservorrichtung 112 zur lokalen Erzeugung von Laserzündimplusen L auf. Die Laserzündimpulse L, die von der Lasereinrichtung 112 in der Laserzündkerze 110 erzeugt werden, werden durch ein Brennraumfenster 114, das einen Innenraum der Laserzündkerze 110 von einem der Laserzündkerze 110 zugeordneten Brennraum 116 der Brennkraftmaschine 100 (1) trennt, in den Brennraum 116 eingestrahlt. Aufgrund einer während des Betriebs der Laserzündkerze 110 in der Brennkraftmaschine 100 kontinuierlich zunehmenden Verschmutzung des Brennraumfensters 114 (Beaufschlagung mit Verbrennungsprodukten, insbesondere Ölaschen und dergleichen) sinkt mit der Betriebsdauer der Laserzündkerze 110 das Transmissionsvermögen des Brennraumfensters 114, sodass eine tatsächliche in den Brennraum 116 eingestrahlte Laserzündenergie L‘ wesentlich geringer ist als die von der Lasereinrichtung 112 erzeugte Laserzündenergie L. 2 schematically shows a laser spark plug 110 like the internal combustion engine 100 according to 1 can be assigned. The laser spark plug 110 has a laser device 112 for the local generation of Laserzündimplusen L on. The laser ignition pulses L generated by the laser device 112 in the laser spark plug 110 are generated by a combustion chamber window 114 Having an interior of the laser spark plug 110 from one of the laser spark plug 110 associated combustion chamber 116 the internal combustion engine 100 ( 1 ) separates, into the combustion chamber 116 irradiated. Due to during operation of the laser spark plug 110 in the internal combustion engine 100 continuously increasing contamination of the combustion chamber window 114 (Exposure to combustion products, especially oil pockets and the like) decreases with the service life of the laser spark plug 110 the transmissivity of the combustion chamber window 114 so that an actual in the combustion chamber 116 irradiated laser ignition energy L 'is substantially lower than that of the laser device 112 generated laser ignition energy L.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Variationskoeffizient des Motor-Mitteldrucks und/oder des Spitzendrucks der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Aus dieser Betriebsgröße der Brennkraftmaschine kann erfindungsgemäß vorteilhaft auf den Verschleißzustand der Laserzündkerze 110 geschlossen werden.In a particularly preferred embodiment of the present invention, it is provided that a coefficient of variation of the engine medium pressure and / or the peak pressure of the internal combustion engine is determined. From this operating size of the internal combustion engine can advantageously according to the invention on the state of wear of the laser spark plug 110 getting closed.

Der Zylinderdruckverlauf eines der Laserzündkerze 110 zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine 100 kann beispielsweise mittels eines Zylinderdrucksensors erfasst beziehungsweise durch das Steuergerät 10 (1) weiter ausgewertet werden. Wenn der Variationskoeffizient des Motor-Mitteldrucks zum Beispiel von einem Ausgangswert von 1 % (neue Laserzündkerze) auf etwa 2 % beziehungsweise etwa 5 % ansteigt, ist dies beispielsweise ein Anzeichen dafür, dass die in den Brennraum 116 (2) eingebrachte Zündenergie L‘ mit der Zeit abnimmt. Dies liegt z.B. an dem vorstehend bereits beschriebenen Fenstertransmissionsverlust.The cylinder pressure curve of one of the laser spark plug 110 associated cylinder of the internal combustion engine 100 can be detected for example by means of a cylinder pressure sensor or by the control unit 10 ( 1 ) are further evaluated. For example, when the coefficient of variation of the engine's medium pressure increases from a starting value of 1% (new laser spark plug) to about 2% and about 5% respectively, this is an indication that the engine is in the combustion chamber 116 ( 2 ) introduced ignition energy L 'decreases over time. This is due, for example, to the window transmission loss already described above.

Alternativ oder ergänzend kann auch aus einer Verschiebung eines Zeitpunkts des Auftretens des Spitzendrucks auf einen entsprechenden Verschleiß geschlossen werden. Beispielsweise kann als Anzeichen für einen steigenden Verschleiß des Brennraumfensters 114 auch eine Spätverschiebung des Spitzendrucks um etwa 1° Kurbelwellenwinkel bis etwa 5° Kurbelwellenwinkel verwendet werden.Alternatively or additionally, it can also be concluded from a shift of a time of occurrence of the peak pressure to a corresponding wear. For example, as an indication of increasing wear of the combustion chamber window 114 also a late shift of the peak pressure by about 1 ° crankshaft angle to about 5 ° crankshaft angle can be used.

Sofern eine Zylindereinzelabgastemperaturmessung durch das Steuergerät 10 durchgeführt werden kann, kann eine hierbei erhaltene Zylinderabgastemperatur alternativ oder ergänzend ebenfalls vorteilhaft dazu verwendet werden, Rückschlüsse auf den Verschleißzustand der Laserzündkerze 110 beziehungsweise ihres Brennraumfensters 114 zu ziehen. Wenn die Zylindereinzelabgastemperaturmessung beispielsweise über die Betriebsdauer immer höhere Werte anzeigt, kann vorteilhaft darauf geschlossen werden, dass die Zündung durch die Laserzündkerze 110 immer weniger Zündenergie zur Verfügung hat, die Verbrennung mithin immer länger dauert und somit die Abgastemperatur ansteigt. Typische Anstiege der Zylinderabgastemperatur von 1 °C bis etwa 40 °C, vorzugsweise 1 °C bis etwa 20 °C, idealerweise 1 °C bis etwa 10 °C über die Motorlaufzeit sind Anzeichen dafür, dass die Laserzündkerze 110 gewartet werden muss.If a cylinder single exhaust gas temperature measurement by the control unit 10 can be carried out, a cylinder exhaust gas temperature obtained in this case can also be used advantageously as an alternative or in addition to draw conclusions about the state of wear of the laser spark plug 110 or their combustion chamber window 114 to draw. If, for example, the cylinder individual exhaust gas temperature measurement indicates ever higher values over the operating period, it can advantageously be concluded that the ignition by the laser spark plug 110 has less and less ignition energy available, the combustion therefore takes longer and thus increases the exhaust gas temperature. Typical increases in the cylinder exhaust temperature from 1 ° C to about 40 ° C, preferably 1 ° C to about 20 ° C, ideally 1 ° C to about 10 ° C, over the engine run time are indications that the laser spark plug 110 must be serviced.

Alternativ oder ergänzend kann auch eine eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine 100 charakterisierende Größe ermittelt werden, um einen Verschleißzustand der Laserzündkerze 110 festzustellen. Alternatively or additionally, a tendency to knock the internal combustion engine 100 characterizing size can be determined to a state of wear of the laser spark plug 110 determine.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das in 3 schematisch dargestellte Modell 12 verwendet, das beispielsweise auf einer Recheneinheit (nicht gezeigt) des Steuergeräts 10 (1) realisiert sein kann.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the in 3 schematically represented model 12 used, for example, on a computing unit (not shown) of the controller 10 ( 1 ) can be realized.

Dem Modell 12 werden als Eingangsgrößen mindestens eine der vorstehend beschriebenen Betriebsgrößen B1 (Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks), B2 (Zylinderabgastemperatur), B3 (Klopfneigung) zugeführt. Aus den ihm zugeführten Betriebsgrößen B1, B2, B3 ermittelt das Modell 12 einen Verschleißzustand V, beispielsweise in Abhängigkeit von zuvor an einem Referenzsystem ermittelten Kennlinien beziehungsweise Kennfeldern. The model 12 At least one of the above-described operating variables B1 (variation coefficient of the indicated mean pressure), B2 (cylinder exhaust gas temperature), B3 (knock tendency) are supplied as input variables. The model is determined from the operating quantities B1, B2, B3 supplied to it 12 a wear state V, for example, as a function of previously determined on a reference system curves or maps.

Der Verschleißzustand V kann über das Steuergerät 10 beispielsweise direkt einem Bediener der Brennkraftmaschine 100 beziehungsweise einem Fahrer eines die Brennkraftmaschine 100 enthaltenden Kraftfahrzeugs zur Kenntnis gebracht werden. Alternativ oder ergänzend können Informationen über den Verschleißzustand V vorteilhaft auch an einen Hersteller der Brennkraftmaschine 100 bzw. des Zündsystems übermittelt werden, beispielsweise mittels eines Kommunikationssystems.The wear state V can via the control unit 10 for example, directly to an operator of the internal combustion engine 100 or a driver of the internal combustion engine 100 be brought to the attention of motor vehicle containing. Alternatively or additionally, information about the wear state V can advantageously also be sent to a manufacturer of the internal combustion engine 100 or the ignition system are transmitted, for example by means of a communication system.

Alternativ kann der Verschleißzustand V auch zunächst mit einem Referenzwert verglichen werden, wobei das Erreichen einer Verschleißgrenze erst dann signalisiert wird, wenn der ermittelte Verschleißzustand V mehr als vorgebbares Maß von dem Referenzwert abweicht. Alternatively, the wear state V can also initially be compared with a reference value, wherein the reaching of a wear limit is signaled only when the determined wear state V deviates more than predeterminable measure from the reference value.

Besonders bevorzugt erfolgt die erfindungsgemäße Ermittlung des Verschleißzustands V der Laserzündkerze 110 beziehungsweise ihres Brennraumfensters 114 periodisch. The inventive determination of the wear state V of the laser spark plug is particularly preferably carried out 110 or their combustion chamber window 114 periodically.

Eine Deaktivierung der Brennkraftmaschine 100 bzw. einzelner Laserzündkerzen 110 ist bei der Erreichung einer vorgebbaren Verschleißgrenze ebenfalls möglich, um eine Beschädigung von Systemkomponenten zu verhindern.A deactivation of the internal combustion engine 100 or individual laser spark plugs 110 is also possible when a predefinable wear limit is reached in order to prevent damage to system components.

Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Schritte können beispielsweise während einer Wartung der Brennkraftmaschine 100 in einer Werkstatt oder vor Ort (bei einem Stationärmotor) durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend können die Schritte auch unter alleiniger Steuerung des Steuergeräts 10 durchgeführt werden beispielsweise in einer hierfür eigens vorgesehenen Betriebsart der Brennkraftmaschine 100. Die Steuerung der Brennkraftmaschine 100 kann alternativ oder ergänzend auch von einer entfernt angeordneten Steuereinheit (nicht gezeigt) durchgeführt werden, beispielsweise über ein Kommunikationsnetzwerk, über das das Steuergerät 10 beispielsweise temporär ferngesteuert wird, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. The above-described steps according to the invention can, for example, during maintenance of the internal combustion engine 100 be carried out in a workshop or on site (at a stationary engine). Alternatively or additionally, the steps may also be under sole control of the control unit 10 be carried out, for example, in a specially provided for this purpose the internal combustion engine 100 , The control of the internal combustion engine 100 may alternatively or additionally be performed by a remote control unit (not shown), for example via a communication network, via which the control unit 10 For example, is temporarily remotely controlled to perform the inventive method.

Die erfindungsgemäße Ermittlung des Verschleißzustands V kann vorteilhaft auch dazu verwendet werden, den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Wartungsmaßnahmen der Brennkraftmaschine 100 zu bestimmen. Beispielsweise kann für jede von mehreren Laserzündkerzen 110 der Brennkraftmaschine 100 individuell ein Verschleißzustand V nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden, und das Erfordernis einer Wartung der Brennkraftmaschine 100 wird dann angezeigt, wenn mindestens eine Laserzündkerze 110 tatsächlich gewartet werden muss.The determination of the state of wear V according to the invention can advantageously also be used to determine the time interval between successive maintenance measures of the internal combustion engine 100 to determine. For example, for each of several laser spark plugs 110 the internal combustion engine 100 individually a wear state V are determined by the method according to the invention, and the need for maintenance of the internal combustion engine 100 is displayed if at least one laser spark plug 110 actually needs to be serviced.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100) mit mindestens einer Laserzündkerze (110), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Betriebsgröße (B1, B2, B3) der Brennkraftmaschine (100), die durch eine von der Laserzündkerze (110) bereitgestellte Zündenergiebeeinflusst wird, ermittelt wird, und dass aus der mindestens einen Betriebsgröße (B1, B2, B3) auf einen Verschleißzustand (V) mindestens einer Komponente (114) der Laserzündkerze (110) geschlossen wird. Method for operating an internal combustion engine ( 100 ) with at least one laser spark plug ( 110 ), characterized in that at least one operating variable (B1, B2, B3) of the internal combustion engine ( 100 ) by one of the laser spark plug ( 110 ) is determined, and that from the at least one operating variable (B1, B2, B3) to a state of wear (V) of at least one component ( 114 ) of the laser spark plug ( 110 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Betriebsgröße (B1, B2, B3) eine von einem Brennraumdruck abgeleitete Größe, beispielsweise eine von einem indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine abgeleitete Größe, insbesondere ein Variationskoeffizient (B1) des indizierten Mitteldrucks der Brennkraftmaschine (100), ermittelt wird.Method according to Claim 1, wherein the operating variable (B1, B2, B3) is a variable derived from a combustion chamber pressure, for example a variable derived from an indicated mean pressure of the internal combustion engine, in particular a coefficient of variation (B1) of the indicated mean pressure of the internal combustion engine ( 100 ), is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Betriebsgröße (B1, B2, B3) eine von einer Abgastemperatur der Brennkraftmaschine (100) abgeleitete Größe, insbesondere eine Zylinderabgastemperatur (B2) eines der Laserzündkerze (110) zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine (100), ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as operating variable (B1, B2, B3) one of an exhaust gas temperature of the internal combustion engine ( 100 ) derived size, in particular a cylinder exhaust temperature (B2) of the laser spark plug ( 110 ) associated with the cylinder of the internal combustion engine ( 100 ), is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Betriebsgröße (B1, B2, B3) eine eine Klopfneigung (B3) der Brennkraftmaschine (100) charakterisierende Größe, ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an operating tendency (B1, B2, B3) is a tendency to knock (B3) of the internal combustion engine ( 100 ) characterizing size, is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine (100) gezielt verändert wird, um die Betriebsgröße (B1, B2, B3) zu ermitteln.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one operating condition of the internal combustion engine ( 100 ) is selectively changed in order to determine the operating size (B1, B2, B3). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf einen Verschleißzustand (V) eines Brennraumfensters (114) der Laserzündkerze (100) geschlossen wird, insbesondere auf einen Transmissionsverlust. Method according to one of the preceding claims, wherein a state of wear (V) of a combustion chamber window ( 114 ) of the laser spark plug ( 100 ), in particular to a transmission loss. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Verschleißzustand (V) mit einem Referenzwert verglichen wird, und wobei das Erreichen einer Verschleißgrenze signalisiert wird, wenn der ermittelte Verschleißzustand (V) um mehr als ein vorgebbares Maß von dem Referenzwert abweicht.Method according to one of the preceding claims, wherein the determined state of wear (V) is compared with a reference value, and wherein the reaching of a wear limit is signaled when the determined state of wear (V) deviates from the reference value by more than a predeterminable amount. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung des Verschleißzustands (V) periodisch erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the state of wear (V) takes place periodically. Steuergerät (10) für eine Brennkraftmaschine (100), die mindestens eine Laserzündkerze (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Betriebsgröße (B1, B2, B3) der Brennkraftmaschine (100), die durch eine von der Laserzündkerze (110) bereitgestellte Zündenergiebeeinflusst wird, zu ermitteln, und aus der mindestens einen Betriebsgröße (B1, B2, B3) auf einen Verschleißzustand (V) mindestens einer Komponente (114) der Laserzündkerze (110) zu schließen.Control unit ( 10 ) for an internal combustion engine ( 100 ), the at least one laser spark plug ( 110 ), characterized in that the control unit ( 10 ) is adapted to at least one operating variable (B1, B2, B3) of the internal combustion engine ( 100 ) by one of the laser spark plug ( 110 ) is determined, and from the at least one operating variable (B1, B2, B3) to a state of wear (V) of at least one component ( 114 ) of the laser spark plug ( 110 ) close. Computerprogramm für ein Steuergerät (10) einer Brennkraftmaschine (100), das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.Computer program for a control unit ( 10 ) an internal combustion engine ( 100 ), which is designed to carry out the method according to one of claims 1 to 9.
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