DE102007024415B3 - Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, vorgeschlagen. Gemäß dem Verfahren wird eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Verdichtungstaktes des Zylinders während eines ersten Zeitintervalls (T1) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine gemessen. Ferner wird ein Klopfsignal (200) während eines Arbeitstakes des Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls (T2) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine erkannt. Eine Glühzündung des Zylinders wird erkannt, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle gegenüber einem Vergleichswert verlangsamt ist, und aufgrund des Klopfsignals eine klopfende Verbrennung erkannt wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer Brennkraftmaschine gemäß den Ansprüchen 1 und 2.
- Eine Verbrennungsstörung bei Brennkraftmaschinen kann zum Beispiel das Auftreten einer so genannten klopfenden Verbrennung sein. Bei der klopfenden Verbrennung wird eine Zündung des Kraftstoff-/Luftgemisches zunächst. normal über den Funken einer Zündkerze eingeleitet, wobei sich in gewohnter Weise eine Flammfront ausbildet. Durch den in der Regel hohen Temperatur- und Druckanstieg im Zylinder kann an einer anderen Stelle des Zylinders, welche in ungewollter Weise stark erhitz ist, eine Selbstzündung entfacht werden, wobei sich eine zweite Flammfont aufbaut. Die beiden Flammfronten laufen nun gegeneinander und verursachen ein charakteristisches Klopfgeräusch.
- Bei einer – ungewollt – starken Erhitzung einer Stelle im Zylinder kann auch eine so genannte Vorentflammung bzw. Glühzündung stattfinden, welche in unerwünschter Weise eine Zündung bereits vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt einleitet. Die Vorentflammung, welches eine weitere Verbrennungsstörung ist, kann eine zerstörerischere Wirkung haben als die klopfende Verbrennung, da durch die Vorentflammung die Temperatur am Kolbenboden sehr stark ansteigt, so dass schon nach wenigen Sekunden der Schmelzpunkt des Kolbenmaterials erreicht ist und somit der Kolben zerstört werden kann. Bei der Vorentflammung ist der Zündzeitpunkt nicht mehr durch die Motorsteuerung zu kontrollieren. Als solche sich stark erhitzende Teile kommen Auslassventile, Zündkerzen, Dichtungsteile und Ablagerungen auf diesen Teilen und den Flächen, die den Verbrennungsraum umschließen, in Betracht.
- Um das Auftreten von Verbrennungsstörungen wie zum Beispiel klopfende Verbrennung zu vermeiden, schlägt nun zum Beispiel die Druckschrift
DE 10 2006 015 662 A1 vor, mittels so genannter Klopfsensoren Geräusche der Brennkraftmaschine zu erfassen, wobei die Geräusche für jeden Verbrennungszyklus zur Bildung zylinderindividueller Signale dienen. Dabei wird ein überwachter Zylinder abgeschaltet, d. h. es wird zum Beispiel die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen, wenn Klopfen durch Vorentflammung vorliegt, d. h. wenn die aktuellen und für diesen Zylinder spezifischen Signalwerte vorgegebene Sollwerte übersteigen. - Weiterhin kann sich eine Verbrennungsstörung auch in einer Änderung der so genannten Segmentzeiten der Kurbelwelle bemerkbar machen. Die Segmentzeiten bezeichnen die Zeiten, die die Kurbelwelle während der Arbeitstakte der einzelnen Zylinder zum Durchlaufen vorgegebener Winkelspannen benötigt.
- Aus
EP 0 819 25 A2 - Aus
DE 102 34 252 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bekannt. Zur Verbesserung der Erkennungsgüte werden zwei verschiedene Messverfahren eingesetzt, die nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten. Eines der Verfahren erfasst die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und das andere Verfahren erfasst den Ionenstrom im Brennraum. - Aus
DE 198 59 310 A1 ist eine Motorregelungsvorrichtung bekannt, die eine Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vorentflammung in mindestens einem Brennraum aufweist. Es ist eine Einstelleinrichtung zum Einstellen mindestens eines Motorparameters vorgesehen. Weiterhin ist eine Regelschleife zwischen der Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung und der Einstellungseinrichtung zur Unterdrückung einer erfassten Vorentflammung durch Verstellung des Motorparameters vorgesehen. - Aus
US 5,632,247 A ist ein weiteres Verfahren zur Erkennung einer Frühzündung mit Hilfe eines Klopfsensors bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Auftreten eines Klopfsignals in Bezug gesetzt auf die vorliegende Winkelposition und auf diese Weise eine Frühzündung erkannt. - Die Messung der Segmentzeiten zur Erkennung einer Laufunruhe ist z. B. in der Druckschrift
DE 195 44 720 C1 beschrieben. Dabei wird in Abhängigkeit der gemessenen Segmentzeiten und nach Beaufschlagung der gemessenen Segmentzeiten mit Korrekturfaktoren, welche mechanische Ungenauigkeiten eines Drehzahlaufnehmers zur Messung der Segmentzeiten widerspiegeln, ein Laufunruhewert bestimmt, welcher mit vorgegebenen Sollwerten verglichen wird. Auf der Basis des Vergleiches werden dann Betriebsparameter der jeweiligen Zylinder entsprechend geändert, um die Laufunruhen zu unterdrücken. - Als Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Verfahren wird empfunden, dass eine ausreichende Erkennung der verschiedenen Arten von Verbrennungsstörungen nicht erzielt werden kann.
- Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen, und ein verbessertes Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 abgedeckt.
- Hierzu schlägt die Erfindung vor: Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, mit folgenden Schritten: Messen einer Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Verdichtungstaktes des Zylinders während eines ersten Zeitintervalls (T1) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine, und Erfassen eines Klopfsignals (
200 ) während eines Arbeitstaktes des Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls (T2) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine, Erkennen einer Glühzündung des Zylinders, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle gegenüber einem Vergleichswert verlangsamt ist, und aufgrund des Klopfsignals eine klopfende Verbrennung erkannt wird. - Hierzu schlägt die Erfindung in einem weiteren Verfahren umfassend die folgenden Schritte vor: Messen einer Segmentzeit eines ersten Zylinders während eines ersten Zeitintervalls T1 im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine, Sensieren eines Klopfsignals eines zweiten Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls T2 im Arbeitsablauf der Brenn kraftmaschine, wobei der erste Zylinder in der Zündungsreihenfolge dem zweiten Zylinder vorausgeht.
- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch das Messen einer Segmentzeit und das Sensieren von Druckschwankungen, jeweils bezogen auf einen Zylinder, eine relativ sichere Erkennung sowohl von durch klopfende Verbrennung hervorgerufenen Verbrennungsstörungen als auch von durch Vorentflammung hervorgerufenen Verbrennungsstörungen gegeben ist. Treten Abweichungen von den jeweiligen Soll-Werten sowohl beim Messen der Segmentzeit im Zeitintervall T1 als auch beim Klopfsignal im Zeitintervall T2 auf, wobei das erste Zeitintervall T1 im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine dem zweiten Zeitintervall T2 vorangeht, dann lässt sich auf eine Vorentflammung in dem zweiten Zylinder rückschliessen.
- Vorzugsweise wird das zweite Zeitintervall T2 in mehrere Zeitintervalle unterteilt, um das Auftreten von klopfender Verbrennung in wenigstens einem der Zeitintervalle zu sensieren. Beginn und/oder Dauer eines jeweiligen Zeitintervalls können dabei variiert werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs bei normaler Verbrennung in einem Verbrennungsraum in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung; -
2 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs bei klopfender Verbrennung in einem Verbrennungsraum in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung; -
3 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs bei durch Vorentflammung hervorgerufener klopfender Verbrennung in einem Verbrennungsraum in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung; und -
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. - Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung betrachtet, die wenigstens zwei Zylinder aufweist. In der Zündreihenfolge ist der erste Zylinder vor dem zweiten Zylinder. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine Viertakt- oder Zweitaktmaschine handeln. Die Erfindung ist auch auf Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Zylindern, beispielsweise 4, 6 oder 8 Zylindern, anwendbar.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung des Druckverlaufs P bei normaler Verbrennung in einem Verbrennungsraum des zweiten Zylinders in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung °KW. Außerdem ist in dieser graphischen Ansicht ein Klopfsensorsignal KS eines herkömmlichen Klopfsensors dargestellt, wobei das Klopfsensorsignal KS in diesem Beispiel im wesentlichen flach verläuft, da keine klopfende Verbrennung stattfindet. - Das Maximum des Graphs P, d. h. der höchste Druck im Verbrennungsraum, wird bei einer Kurbelwellenstellung kurz nach dem oberen Totpunkt OT der Kolbenbewegung erreicht, welcher in
1 mit einer senkrechten gestrichelten Linie dargestellt ist. -
2 zeigt eine schematische Darstellung des Druckverlaufs P bei klopfender Verbrennung in dem zweiten Zylinder. Durch die sich im Verbrennungsraum ausbildenden Druckwellen kommt es zu deutlichen Druckschwankungen, die sich dem Graph P überlagern und von dem Klopfsensor registriert werden, welcher ein den Druckschwankungen entsprechendes oszillierendes Klopfsensorsignal KS ausgibt. - Ebenfalls ist in
2 ein Zeitintervall T2 dargestellt, in welchem die Druckschwankungen in dem entsprechenden Verbrennungsraum sensiert werden. Wie zu erkennen ist, ist das Zeitintervall T2 gerade so gewählt, dass die auftretenden Druckschwankungen bzw. ein Klopfen während der Verbrennung im zweiten Zylinder registriert werden können. -
3 zeigt eine schematische Darstellung des Druckverlaufs P bei durch Vorentflammung hervorgerufener klopfender Verbrennung. Hierbei ist zu erkennen, dass mehrere Zeitintervalle T2', T2'' vorhanden sind, die das in2 dargestellte Zeitintervall T2 ersetzen, um so durch Vorentflammung hervorgerufene Druckschwankungen im Verbrennungsraum, die durch ein wie in2 dargestelltes Zeitintervall T2 erst zu einem sehr späten Zeitpunkt registrieren würden, relativ frühzeitig registriert werden können. Beginn und Dauer der Zeitintervalle T2', T2'' sind beliebig variierbar. Die Zeitintervalle können vor und nach dem oberen Totpunkt OT des zweiten Zylinders angeordnet werden, T2' vorzugsweise vor T2'' vorzugsweise nach OT. - In manchen Fällen verlagert sich jedoch eine Vorentflammung zu noch früheren Zeitpunkten bezüglich dem oberen Totpunkt OT, so dass der zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten einer Vorentflammung und dem OT so groß wird, dass es nicht mehr zu der Ausbildung von Druckschwankungen kommt, und eine Erkennung der durch klopfende Verbrennung hervorgerufenen Verbrennungsstörung durch die Zeitintervalle T2, T2' oder T2'' nicht mehr möglich ist.
- Dementsprechend muss auf eine andere Methode der Erkennung von Verbrennungsstörungen zurückgegriffen werden. Dies wird durch das Messen der Segmentzeit des im Verbrennungsablauf dem zweiten Zylinder vorhergehenden ersten Zylinder erzielt, wie es zum Beispiel in der Druckschrift
DE 195 44 720 C1 beschrieben ist. Unter Segmentzeit wird die Zeitdauer verstanden, die die Kurbelwelle benötigt, um eine festgelegte Winkelspanne, d. h. ein festgelegtes Segment, zu drehen. Ein Zylindersegment kann bei einer 6-Zylinder-Viertaktbrennkraftmaschine z. B. 120° betragen. Die Segmentzeit eines Zylinders ist die Zeit, die die Kurbelwelle benötigt, um die festgelegten 120° zu überstreichen. Ein Zylindersegment kann beispielsweise ein Arbeitstakt, d. h. ein Verbrennungstakt des jeweiligen Zylinders sein, indem der angesaugte Kraftstoff verbrannt wird. Die Zylindersegmente der einzelnen Zylinder sind über entsprechende Markierungen der Kurbelwelle festgelegt und den jeweiligen Zylindern zugeordnet. Bei Auftreten einer Vorentflammung, die sich im Verdichtungstakt des zweiten Zylinders (n) abspielt, ändert sich die Segmentzeit des ersten Zylinders, wobei jedoch die Vorentflammung so frühzeitig, bezogen auf die Kurbelwellenstellung auftreten kann, dass die Änderung der Segmentzeit auf den in der Verbrennungsreihenfolge zeitlich vor dem betreffenden Zylinder liegenden Zylinder (n – 1) bezogen werden kann. Um jedoch eine korrekte Erkennung des Auftretens einer Vorentflammung zu erzielen, muss die Änderung der Segmentzeit dem zweiten Zylinder (n) zugeordnet werden. Es wird also im Verdichtungstakt des zweiten Zylinders (n) ein Zeitintervall T1 gesetzt, während welchem die von der Kurbelwelle tatsächlich zurückgelegte Winkelstrecke (Ist-Wert) mit der theoretisch zurückzulegenden Winkelstrecke (Soll-Wert) verglichen wird. Dies wird beispielsweise anhand der Segmentzeit des ersten Zylinders während des Verbrennungstaktes des ersten Zylinders gemessen. Tritt eine Vorentflammung auf, dann wird der Kolben des ersten Zylinders während des Verbrennungstaktes aufgrund der Vorentflammung im Ansaugtakt des zweiten Zylinders abgebremst, wodurch es zu einer verlängerten Segmentzeit für den ersten Zylinder kommt. Da eine geänderte Segmentzeit allein noch nicht ein Nachweis für das Auftreten einer Vorentflammung sein muss, sondern ein Abweichen der Segmentzeit vom Soll-Wert auch auf mechanische Fehler zurückzuführen ist, wird als weitere Bedingung für das Auftreten einer Vorentflammung auch das Auftreten einer klopfenden Verbrennung im Verbrennungsvorgang des zweiten Zylinders herangezogen, so dass erst dann auf eine Vorentflammung für die Verbrennung im zweiten Zylinder geschlossen werden kann, wenn sowohl eine geänderte Segmentzeit in dem Zeitintervall T1 als auch eine klopfende Verbrennung in dem Zeitintervall T2 (bzw. T2', T2'') registriert wird, da sich die Vorentflammung und die klopfende Verbrennung einander bedingen. Anstelle der Auswertung der Segmentzeit des ersten Zylinders kann auch die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle im Verdichtungstakt des zweiten Zylinders ausgewertet werden. Bei einer Glühzündung ist die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle gegenüber einem Sollwert um einen festgelegten Wert reduziert. Die Verwendung der Segmentzeit des ersten Zylinders bietet den Vorteil, dass diese Information aufgrund der Überwachung einer Fehlzündung oftmals schon erfasst wird und dem Steuergerät vorliegt. - In
4 ist nun schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in Form einer Ablaufroutine dargestellt. In den Schritten100 und200 , welche dem Sensieren von Druckschwankungen in einem Zeitintervall T2 hervorgerufen durch klopfende Verbrennung im zweiten Zylinder bzw. dem Messen der Segmentzeit des ersten Zylinders in einem Zeitintervall T1, hervorgerufen durch Vorentflammung, entsprechen, werden entsprechende erste und zweite Signale aufgenommen. Die ersten bzw. zweiten Signale werden in Schritten300 bzw.400 als erste bzw. zweite Ist-Werte an eine Steuerung ausgegeben und gegebenenfalls abgespeichert, wo sie mit entsprechenden in der Steuerung abgelegten Soll-Werten in einem Schritt500 verglichen werden. Die Soll-Werte entsprechen der Segmentzeit des ersten Zylinders bei normaler Verbrennung im zweiten Zylinder und einem Klopfsignal bei normaler Verbrennung im zweiten Zylinder. Liegt keine Abweichung von den Soll-Werten vor, wird wieder an den Anfang der Routine zu den Schritten100 ,200 gesprungen. Liegt eine Abweichung von den Soll-Werten vor, dann werden in einem Schritt600 die Betriebsparameter des betreffenden Zylinders entsprechend geändert, wobei eine Änderung der Betriebsparameter ein Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr, eine Reduktion des Ladedrucks, eine Reduktion der Frischgasfüllung oder auch Kühlen des entsprechenden Zylinders durch Kraftstoff bedeuten kann, um die durch die Verbrennungsstörung hervorgerufene Laufunruhe zu beseitigen. - Eine Vorentflammung kann im Verdichtungstakt eines ersten Zylinders auftreten und damit zu einer Verlangsamung der Geschwindigkeit der Zylinder führen. Die Glühzündung kann weit vor dem Zündzeitpunkt des ersten Zylinders auftreten. Die Verlangsamung wird beispielsweise durch eine längere Segmentzeit des in der Zündung dem zweiten Zylinder vorhergehenden ersten Zylinders erfasst werden.
- Wird nun eine klopfende Verbrennung für den zweiten Zylinder erkannt und eine verlängerte Segmentzeit für den ersten Zylinder gemessen, so ist dies ein Nachweis einer Glühzündung für die Verbrennung im zweiten Zylinder.
- Abhängig von der gewählten Ausführung wird erst dann eine Glühzündung erkannt, wenn sowohl im Zeitintervall vor OT als auch im Zeitintervall nach OT eine klopfende Verbrennung für den zweiten Zylinder erkannt wurde. Dabei können für das Zeitintervall vor OT und das Zeitintervall nach OT verschiedene Schwellen für das Erkennen der klopfenden Verbrennung verwendet werden.
- Abhängig von der Ausführungsform können verschiedene Schwellen für das Erkennen einer verlängerten Segmentzeit verwendet werden. Beispielsweise kann die Verlängerungszeit, um die die Segmentzeit verlängert sein muss, damit ein Hinweis für eine Glühzündung, d. h. eine Vorentflammung vorliegt, umso länger sein, umso niedriger die Schwelle für die Erkennung einer klopfenden Verbrennung ist.
Claims (7)
- Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, mit folgenden Schritten: – Messen einer Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Verdichtungstaktes des Zylinders während eines ersten Zeitintervalls (T1) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine, und – Erfassen eines Klopfsignals (
200 ) während eines Arbeitstaktes des Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls (T2) im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine, – Erkennen einer Glühzündung des Zylinders, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle gegenüber einem Vergleichswert verlangsamt ist, und aufgrund des Klopfsignals eine klopfende Verbrennung erkannt wird. - Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Zylindern, wobei in einer Zündreihenfolge ein erster Zylinder vor dem zweiten Zylinder liegt, mit folgenden Schritten: – Messen einer Segmentzeit (
100 ) eines Arbeitstaktes des ersten Zylinders während eines ersten Zeitintervalls (T1) während eines Verdichtungstaktes des zweiten Zylinders, und – Erfassen eines Klopfsignals (200 ) während eines Arbeitstaktes des zweiten Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls (T2), Erkennen einer Glühzündung des zweiten Zylinders, wenn die Segmentzeit des ersten Zylinders gegenüber einem Vergleichswert verlängert ist, und beim zweiten Zylinder eine klopfende Verbrennung aufgrund des Klopfsignals erkannt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Klopfen erkannt wird, wenn das Klopfsignal über einer festgelegten Schwelle liegt.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Glühzündung erkannt wird, wenn die Segmentzeit des ersten Zylinders eine festgelegte Zeitdauer gegenüber einem Sollwert verlängert ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das zweite Zeitintervall (T2) in mehrere Zeitintervalle (T2', T2'') unterteilt wird, wobei wenigstens ein Zeitintervall vor einem oberen Totpunkt und ein Zeitintervall nach dem oberen Totpunkt des zweiten Zylinders vorliegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern die Schritte Messen der Segmentzeit (
100 ), Sensieren von Druckschwankungen (200 ), und Ändern eines Betriebsparameters (600 ) für jeden Zylinder separat durchgeführt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Schritt Ändern eines Betriebsparameters (
600 ) für den Verbrennungsvorgang im zweiten Zylinder eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfasst: Reduzieren oder Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu dem zweiten Zylinder, Re duktion eines Ladedrucks im zweiten Zylinder, Reduktion einer Frischgasbefüllung des zweiten Zylinders und Kühlen des zweiten Zylinders durch eine gegenüber dem vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erhöhten Kraftstoffzufuhr.
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