Bei modernen Dieselmotoren werden häufig Common-Rail-Ein- spritzanlagen eingesetzt, bei denen sämtliche Brennräume durch einen gemeinsamen Druckspeicher (engl. Common Rail) mit Kraftstoff versorgt werden. Während des Betriebs wird in dem Druckspeicher hierbei dauerhaft der hohe Einspritzdruck auf- recht erhalten, so dass bei einem fehlerhaften Öffnen eines Injektors (z. B. durch ein Klemmen einer Düsennadel oder eine Verschmutzung im Sitzbereich der Düsenadel) Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine fließt. Durch eine derartige Störung kann soviel Kraftstoff in den Brenn- raum eintreten, dass keine Verbrennung oder zumindest Ver- dampfung des ausfließenden Kraftstoffs mehr möglich ist, so dass sich der Brennraum mit Kraftstoff füllt. Wenn die Kraft- stoffmenge in einem Brennraum dessen Totraumvolumen über- schreitet, so kommt es zum sogenannten Dieselschlag, da der inkompressible Kraftstoff den Kolben während des Kompressi- onstakts daran hindert, den oberen Totpunkt zu erreichen. Die dabei entstehenden mechanische Belastungen führen in der Re- gel zu einem Motorschaden, so dass ein Dieselschlag unbedingt verhindert werden muss.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage einen Motorscha- den zu verhindern, der durch ein Volllaufen eines Brennraums verursacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ge- löst.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, eine kalorische Bilanz der Brennkraftmaschine zu erstellen und in Abhängigkeit von der Bilanz ein Diagnosesignal zu erzeugen, welches das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine und/oder der Einspritzanlage wiedergibt und dadurch die Verhinderung eines Dieselschlags ermöglicht.

Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die theoretisch berechnete kalorische Bilanz der Brennkraftma- schine nur dann ausgeglichen ist, wenn die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs ordnungsgemäß erfolgt. Bei einer unvollständigen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs aufgrund einer Störung der Einspritzanlage (z. B. bei einem Festklemmen der Düsennadel eines Injektors in der Einspritz- stellung) ist die theoretische Energiebilanz der Brennkraft- maschine jedoch unausgeglichen, woran die Störung erkannt werden kann. Das Diagnosesignal gibt deshalb vorzugsweise das Ungleichgewicht der theoretisch ermittelten Energiebilanz wieder.

Bei der erfindungsgemäßen Erstellung der kalorische Bilanz können die Systemgrenzen nahezu beliebig gewählt werden. Bei- spielsweise ist es möglich, dass die Bilanzhülle die Brenn- kraftmaschine mit allen Nebenaggregaten einschließt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Bilanzhülle ledig- lich die Brennkraftmaschine umfasst, wohingegen die Nebenag- gregate nicht in der Bilanzhülle enthalten sind.

Im Rahmen der kalorischen Bilanzierung der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils mindestens eine kalorischen Zustandsgröße der Brennkraftma- schine ermittelt und bei der Bilanzierung berücksichtigt.

Bei einer der eingangsseitig ermittelten kalorischen Zu- standsgrößen der Brennkraftmaschine kann es sich unter ande- rem um die Enthalpie handeln, die der Brennkraftmaschine über den eingespritzten Kraftstoff zugeführt wird.

Die durch den Kraftstoff zugeführte Enthalpie kann aus der Einspritzmenge und dem spezifischen Brennwert des einge- spritzten Kraftstoffs berechnet werden, wobei sich die Ein- spritzmenge im wesentlichen aus der Einspritzdauer ergibt.

Eine der ausgangsseitig ermittelten kalorischen Zustandsgrö- ßen der Brennkraftmaschine ist dagegen vorzugsweise die über den Abgasstrom abgeführte Enthalpie.

Diese abgeführte Enthalpie lässt sich aus dem Luftmassen- strom, der Abgastemperatur und der eingespritzten Kraftstoff- masse berechnen. Die Bestimmung der Abgastemperatur erfolgt vorzugsweise durch einen abgasseitig angeordneten Temperatur- sensor, während der Luftmassenstrom vorzugsweise durch einen Luftmassenmesser gemessen wird, der im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, die durch den Abgas- strom abgeführte Enthalpie aus dem bekannten Hubraum und der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu berechnen. Hierzu wird aus dem Hubraum und der Drehzahl zunächst der Luftvolumenstrom berechnet, woraus sich dann in Kenntnis der Dichte der Luft- massenstrom ergibt.

Bei der kalorischen Bilanzierung der Brennkraftmaschine wer- den vorzugsweise auch die von der Brennkraftmaschine verrich- tete mechanische Arbeit sowie die thermischen Verluste der Brennkraftmaschine berücksichtigt.

Falls auch die Nebenaggregate (z. B. Verdichter, Abgasturbine, Ladeluftkühler, etc. ) in der Bilanzhülle enthalten sind, so werden bei der kalorischen Bilanzierung vorzugsweise auch die thermischen Verluste der Nebenaggregate sowie die von den Ne- benaggregaten verrichtete mechanische Arbeit berücksichtigt.

Die im Rahmen der Erfindung theoretisch berechnete Energiebi- lanz geht jedoch nur dann exakt auf, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge ordnungsgemäß verbrannt wird. Falls der ein- gespritzte Kraftstoff dagegen aufgrund einer Fehlfunktion (z. B. Festklemmen der Düsennadel in der Einspritzstellung) nicht vollständig verbrannt wird, so ist die tatsächlich zu- geführte Enthalpie wesentlich geringer als die aus der Ein- spritzmenge berechnete theoretisch zugeführte Enthalpie.

Das erfindungsgemäße bestimmte Diagnosesignal gibt deshalb vorzugsweise die Störung der theoretisch berechneten Energie- bilanz wieder und ist somit ein Maß für den nicht verbrannten Kraftstoff, was die Verhinderung eines Dieselschlags ermög- licht.

Einige Brennkraftmaschinen weisen eine Abgasrückführung auf, bei denen ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine ent- sprechend einer bestimmten Abgasrückführrate in den Ansaugbe- reich der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Bei derarti- gen Brennkraftmaschinen muss die in dem zurückgeführten Ab- gasstrom enthaltene Enthalpie bei kalorischen Bilanzierung berücksichtigt werden.

Das erfindungsgemäße ermittelte Diagnosesignal wird vorzugs- weise mit einem Grenzwert verglichen, um die Störung der the- oretischen Energiebilanz quantitativ erfassen zu können. Beim Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts erfolgt vorzugswei- se eine Notabschaltung der Brennkraftmaschine, um einen Die- selschlag zu verhindern.

Vorzugsweise wird das Diagnosesignal mit zwei unterschiedli- che Grenzwerten verglichen, um entsprechend der Stärke der Störung angepasste Gegenmaßnahmen einzuleiten. Beim Über- schreiten des kleineren Grenzwerts erfolgt dann nur die Akti- vierung einer Warnlampe, wohingegen ein Überschreiten des größeren Grenzwerts zu der bereits vorstehend erwähnten Not- abschaltung führt.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei einem Dieselmo- tor beschränkt. Vielmehr ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen Typen von Brennkraftmaschinen mit einer Ein- spritzanlage anwendbar, wie beispielsweise bei Ottomotoren.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüche enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Er- findung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Figur la eine einfache schematische Darstellung der Energieströme in einer Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung, Figur 1b eine schematische Darstellung der Energie- flüsse in einer Brennkraftmaschine mit Ab- gasrückführung, Figur 2a und 2b vereinfachte Energiebilanzen einer Brenn- kraftmaschine zur Verdeutlichung des erfin- dungsgemäßen Prinzips.

Die schematische Darstellung in Figur la zeigt den Aufbau ei- nes Antriebssystems mit einer Brennkraftmaschine 1 sowie die Energieströme in dem Antriebssystem, wobei die Energieströme als Blockpfeile dargestellt sind.

Das hier dargestellte Antriebssystem weist zur Leistungsstei- gerung einen Abgasturbolader auf, der im wesentlichen aus ei- ner im Abgasstrom der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Ab- gasturbine 2 und einem ansaugseitigen Verdichter 3 besteht, der von der Abgasturbine 2 angetrieben wird.

Der Verdichter 3 saugt über einen Luftfilter 4 Frischluft an, wobei zwischen dem Luftfilter 4 und dem Verdichter ein Sen- sor 5 angeordnet ist, der die Temperatur TMAF (MAF-Manifold Air Flow) der angesaugten Frischluft und den Luftmassenstrom QMAF misst. Die Kenntnis dieser Größen ist wichtig für die Be- rechnung der durch die angesaugte Frischluft zugeführten En- thalpie HFRISCHLUFTi wie noch eingehend beschrieben wird.

Stromabwärts nach dem Verdichter 3 ist hierbei ein Ladeluft- kühler 6 angeordnet, der die Temperatur der Frischluft ab- senkt und dem Antriebssystem dadurch Wärmeenergie QKÜHL ent- zieht. Diese Kühlung der Frischluft ist sinnvoll, da der Ver- dichter 3 die Frischlufttemperatur erhöht und die Leistung der Brennkraftmaschine 1 mit zunehmender Frischlufttemperatur sinkt.

Zwischen dem Ladeluftkühler 6 und der Brennkraftmaschine 1 ist ein weiterer Sensor 7 angeordnet, der die Frischlufttem- peratur TMAP und den Druck pMAp stromabwärts nach dem Ladeluft- kühler 6 misst. Die Kenntnis dieser Größen ist für die Bilan- zierung der Energieströme wichtig, wie noch eingehend erläu- tert wird.

Schließlich weist das Antriebssystem noch einen Temperatur- sensor 8 auf, der stromabwärts nach der Abgasturbine 2 ange- ordnet ist und die Abgastemperatur TABGAS misst.

Bei der Bilanzierung der Energieströme muss zunächst die Bi- lanzgrenze festgelegt werden, wobei die Zeichnung zwei exem- plarische Bilanzgrenzen 9,10 zeigt. Die Bilanzgrenze 9 um- schließt hierbei die Brennkraftmaschine 1, während die Bi- lanzgrenze 10 das gesamte Antriebssystem mit den Nebenaggre- gaten umfasst.

Im folgenden wird nun zunächst zur Erläuterung der physikali- schen Zusammenhänge eine Energiebilanz für die äußere Bilanz- grenze 10 aufgestellt. Bei einer derartigen Systemgrenze wird dem System Energie zugeführt über die in der Frischluft ent- haltene Enthalpie HFRISCHLUFT und die in dem Kraftstoff enthal- tene Enthalpie HBRENNSTOFF. Anderseits gibt das System hierbei Energie ab über die in dem Abgas enthaltende Enthalpie ABGAS, die thermische Kühlenergie QKÜHL des Ladeluftkühlers 6, die von der Brennkraftmaschine verrichtete mechanische Arbeit WMECH, BKM und die thermischen Verluste QTHERM der Brennkraftma- schine 1. Die Energiebilanz lautet also für die Systemgren- ze 9 wie folgt : HFRISCELUFT + HBRENNSTOFF = WMECH, BKM + QKÜHL + QTHERM + HABGAS.

Die in der angesaugten Frischluft enthaltene Enthalpie HFRISCHLUFT lässt sich einfach aus dem Frischluftmassenstrom QMAF/der Frischlufttemperatur Tp und der spezifischen Wärme- kapazität CLUFT von Luft berechnen. Es gilt also : HFRISCHLUFT-fl (QMAFr CLUFTi TMAF) Weiterhin ergibt sich die über den Kraftstoff zugeführte Enthalpie HBRENNSTOFF aus der eingespritzten Kraftstoffmenge maRENNsToFF und dem spezifischen Brennwert Ho des Kraftstoffs, wobei eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraft- stoffs angenommen wird. Es gilt also : HBRENNSTOFF = mBRENNSTOFF@ H0 Die eingespritzte Kraftstoffmenge mBRENNSTOFF kann wiederum ein- fach aus der Einspritzdauer, dem Einspritzdruck und der be- kannten Durchflussmenge HD des Injektors bei Standardbedin- gungen berechnet werden und ist somit bekannt.

Ferner ergibt sich die von der Brennkraftmaschine 1 verrich- tete mechanische Arbeit WMECH, BKM in Abhängigkeit von der ge- messenen Drehzahl und weiteren bekannten Motorparametern aus einem Motorkennfeld. Es gilt also : WrcH, TURBINE = f2 (Motorparameter) Die thermischen Verluste QTHERM der Brennkraftmaschine 1 und die Kühlenergie Onüm des Ladeluftkühlers 6 lassen sich eben- falls einfach aus einem Motorkennfeld auslesen : QKÜHL = f3 (Motorparameter).

Schließlich lässt sich die über das Abgas abgeführte Enthal- pie HABGAs aus der Abgastemperatur TABGAS berechnen : HABGAS = f4 (mABGAS, CABGAS, TABGAS).

Die Abgasmenge mABGAs ergibt sich wiederum aus dem Frischluft- massenstrom QMAF und der eingespritzten Kraftstoffmasse msRENNsToFF, während CABGAS die bekannte spezifische Wärmekapazi- tät des Abgases ist.

Bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs muss die vorstehend beschriebene Energiebilanz ausgeglichen sein. Bei einer unvollständigen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs aufgrund einer Fehlfunktion (z. B.

Festklemmen der Düsennadel eines Injektors in der geöffneten Stellung) führt die Berechnung der durch den Kraftstoff zuge- führten Enthalpie HBRENNSTOFF dagegen zu falschen Ergebnissen, so dass die vorstehend beschriebene rechnerische Energiebi- lanz nicht mehr ausgeglichen ist.

Im folgenden wird nun eine Energiebilanz für die innere Bi- lanzgrenze 9 des Antriebssystems aufgestellt. Bei einer der- artigen Systemgrenze wird dem System Energie zugeführt durch die in der Frischluft vor der Brennkraftmaschine 1 enthaltene Enthalpie HFRISCHLUFT'und die in dem eingespritzten Kraftstoff enthaltene Enthalpie HBRENNSTOFF. Das System verliert dagegen E- nergie durch die von der Brennkraftmaschine 1 verrichtete me- chanische Arbeit WMECH, BKM, die thermischen Verluste QTHERM der Brennkraftmaschine 1 und die im Abgas nach der Brennkraftma- schine enthaltende Enthalpie HABGAS'. Hierbei muss beachtet werden, dass die in der Frischluft enthaltene Enthalpie HFRISCHLUFT vor dem Verdichter 3 nicht gleich der Enthalpie HFRISCHLUFT'der Frischluft nach dem Ladeluftkühler 6 ist.

Die Energiebilanz der Brennkraftmaschine 1 lautet also bezüg- lich der Systemgrenze 9 wie folgt : HFRISCHLUFT 'HBRENNSTOFF-HABGAS'+ WN1ECH, BKM + QTHERM.

Die Berechnung der Größen HBRENNSTOFFi WMECH, BKM und QTHERM wurde bereits vorstehend erläutert, während sich die in der Frisch- luft unmittelbar vor der Brennkraftmaschine 1 enthaltene Enthalpie HFRISCHLUFT'wie folgt berechnet : HFRISCHLUFT' = f6(pMAP, TMAP, CLUFT, QMAF).

Schließlich berechnet sich die im Abgas unmittelbar hinter der Brennkraftmaschine 1 enthaltene Enthalpie HABGAs'wie folgt : HABGAS' = f7 (mABGAS, CABGAS, TABGAS).

Auch bei der Bilanzgrenze 9 ist die Energiebilanz nur dann ausgeglichen, wenn die rechnerisch ermittelte Enthalpie HBRENNSTOFF den tatsächlichen Enthalpiewert korrekt wiedergibt, was nur bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung des einge- spritzten Kraftstoffs der Falls. Bei einer fehlerhaften Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs weicht die rechne- rische Enthalpie HBRENNSTOFF dagegen von dem tatsächlichen Wert ab, so dass die Energiebilanz nicht mehr ausgeglichen ist.

Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, das in den Figuren 2a und 2b in Form eines Flussdiagramms darge- stellt ist.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens misst der Sensor 5 die Ansauglufttemperatur TMAF und den Frischluftmassenstrom QMAF vor dem Verdichter 3.

Weiterhin misst der Sensor 7 die Frischlufttemperatur TMAP so- wie den Druck pMAp nach dem Ladeluftkühler 6.

Darüber hinaus wird die Einspritzmenge mBRENN aus der Mo- torsteuerung ausgelesen, wobei sich die Einspritzmenge BRENN aus der Einspritzdauer und dem Einspritzdruck ergibt.

Aus den so ermittelten Größen werden dann nach den vorstehend beschriebenen Formeln die durch die Frischluft zugeführte Enthalpie HFRISCHLUFT', die im Kraftstoff enthaltene Enthalpie HBRENNSTOFF, die im Abgas enthaltene Enthalpie HABGAs', die ther- mischen Verluste QTHERM sowie die mechanische Arbeit WMECH, BKM der Brennkraftmaschine 1 berechnet.

Daraus wird dann eine Fehlergröße H = HFRISCHLUFT + HBRENNSTOFF-WMECH, BKM-QKÜHL'-QTFBE; RM-HABGAS berechnet, welche die Störung der theoretisch berechneten E- nergiebilanz wiedergibt.

In dem in Figur 1b dargestellten Verfahrensabschnitt wird das Diagnosesignal AH deshalb zunächst mit einem relativ großen Grenzwert Kl verglichen. Falls das Diagnosesignal AH den Grenzwert K1 überschreitet, so bedeutet dies, dass während des Beobachtungszeitraums tTEST eine große Kraftstoffmenge un- verbrannt geblieben ist und einen Brennraum angefüllt hat, wodurch die Gefahr eines Dieselschlags besteht. Ein derarti- ger Dieselschlag entsteht, wenn der unverbrannte Kraftstoff in einem Brennraum das Totraumvolumen des Brennraums über- schreitet, da der inkompressible Kraftstoff den Kolben dann während des Kompressionstakts daran hindert, seinen oberen Totpunkt zu erreichen. Beim Überschreiten des Grenzwerts Kl erfolgt deshalb eine Notabschaltung der Brennkraftmaschine.

Andernfalls wird dagegen in einem nächsten Schritt geprüft, ob das Diagnosesignal AH zumindest einen zweiten Grenzwert K2<K1 überschreitet. Falls dies der Fall ist, so wird eine Warnlampe aktiviert, die dem Benutzer eine Störung anzeigt.

Falls das Diagnosesignal AH dagegen auch den zweiten Grenz- wert K2 unterschreitet, so besteht noch die Möglichkeit, dass der zuviel eingespritzte Kraftstoff noch verbrannt werden konnte. In diesem Fall ist die theoretisch berechnete Enthal- pie HBRENNSTOFF kleiner als der tatsächliche Wert, so dass das Diagnosesignal AH negativ ist.

Das Diagnosesignal AH wird deshalb in einem weiteren Schritt mit einem negativen Grenzwert K3 verglichen, wobei die Brenn- kraftmaschine 1 sofort abgeschaltet wird, wenn der negative Grenzwert unterschritten wird.

Andernfalls wird das Diagnosesignal AH mit einem weiteren negativen Grenzwert K4 verglichen, dessen Betrag kleiner als der Betrag des Grenzwerts K3 ist. Falls das Diagnosesignal AH den Grenzwert K4 unterschreitet, so wird eine Warnlampe aktiviert.

Falls dagegen keiner der vorstehend beschriebenen Grenzwerte K1-K4 über-bzw. unterschritten wird, so kann davon ausgegan- gen werden, dass die theoretisch berechnete Enthalpie HBRENNSTOFF den tatsächlichen Wert korrekt wiedergibt und somit kein Fehler vorliegt.

Das in Figur lb dargestellte Antriebssystem stimmt weitgehend mit dem in Figur la dargestellten Antriebssystem überein, so dass im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im folgenden nur die Besonderheiten dieses Ausführungsbeispiels erläutert wer- den. Darüber hinaus werden in Figur 1b für entsprechende Bau- teile dieselben Bezugszeichen wie in Figur la verwendet, die lediglich zur Unterscheidung durch ein Apostroph gekennzeich- net sind.

Eine Besonderheit dieses Antriebssystems besteht in de Abgas- rückführung. So zweigt zwischen der Brennkraftmaschine 1'und der Abgasturbine 2'ein Abgasrückführkanal 11 ab, der mit ei- nem Abgasrückführventil 12 im Ansaugtrakt der Brennkraftma- schine 1'verbunden ist. In Abhängigkeit von der Stellung des Abgasrückführventils 12 kann somit ein Teil des Abgases in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 1'zurückgeführt wer- den. In dem Abgasrückführkanal 11 ist hierbei ein Kühler 13 angeordnet, der das zurückgeführte Abgas kühlt, wobei Wärme- energie QMHL, AGR an die Umgebung abgegeben wird.

Eine weitere Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in einer Umgehungsleitung 14, die eine Umgehung des Ladeluft- kühlers 6'ermöglicht. In der Umgehungsleitung 14 ist hierbei ein Ventil 15 angeordnet, das den Nebenstrom durch die Umge- hungsleitung steuert, während in der Hauptleitung ein Ven- til 16 angeordnet ist, das den Hauptstrom steuert.

Schließlich ist im Abgasstrom der Brennkraftmaschine 1' bei diesem Ausführungsbeispiel ein Abgaskatalysator 17 angeord- net, um das Abgas zu reinigen.

Das in den Figuren 2a und 2b dargestellte erfindungsgemäße Verfahren ist bei dem Antriebssystem gemäß Figur 1b ebenfalls anwendbar, wobei lediglich die Berechnung der verschiedenen Grö#en HFRISCHLUFT bzw. HFRISCHLUFT'@ WMECH, VERDICHTER, HBRENNSTOFF, WMECH, BUMS QKÜHL, TURBINER QKÜI-IL, AGRR QTIMRMF WMECHTURBINE"HABGAs bzw. HABGASR nach entsprechend angepassten Formeln erfolgt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be- vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben- falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.