DE102009008248A1 - Method for preventing pre-ignition of cylinder of internal-combustion engine i.e. Otto engine, involves performing additional temporary or durable intervention on operating parameter of engine after defined amount of recognized pre-ignition - Google Patents
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Abstract
Description
Das
Verfahren dient der Verhinderung von Vorentflammungen in Brennräumen
einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine. Als Vorentflammung
wird eine irreguläre Verbrennung bezeichnet, bei welcher
bereits vor Einleitung einer Zündung über eine
Zündkerze Teile des Kraftstoff-Luft-Gemisches verbrannt
werden. Diese Selbstentzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches
treten vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt, gegebenenfalls
bereits in der Kompressionsphase auf. Die Ursachen für
Vorentflammungen sind vielschichtig. Bekannte Ursachen, die einzeln
oder in Kombination miteinander zu Vorentflammungen führen,
sind Selbstentzündungen an heißen exponierten
Stellen im Brennraum, Ladungsinhomogenitäten und gesteigertes
Temperaturniveau im Brennraum. Bekannte Einflussgrößen
sind die Ladungswechselsteuerung, Einflussgrößen
auf das Temperaturniveau, Kraftstoffmenge, Ladedruck, Zündwinkeleinstellung,
AGR-Steuerung etc. Im Stand der Technik sind weiterhin eine Reihe
von Detektionsverfahren zur Erkennung von Vorentflammungen beschrieben.
So beschreibt beispielsweise
Ein
weiteres Verfahren zur Erkennung von Vorentflammungen ist in der
Weiterhin
vorbekannt ist aus der
Problematisch an der Erkennung von Klopfen und Vorentflammung und der darauf basierenden nachfolgenden Parametereinstellungen sind die sich in ihren Ergebnissen teilweise überschneidenden Detektionsalgorithmen, die überdeckend sowohl Klopfen als auch Vorentflammungen parallel detektieren, aber unterschiedliche Herangehensweisen zur Beseitigung der irregulären Verbrennungsphänomene notwendig machen. Das Abschalten der Einspritzung bei erkannten Vorentflammungen führt zur Verhinderung weiterer Vorentflammungen, erzeugt jedoch gleichzeitig einen unrunden Lauf des Aggregates. Eine für den jeweiligen Zylinder oder das ganze Aggregat bezogene, für den Fahrer unmerkliche Reaktion ist wünschenswert.Problematic on the detection of knocking and pre-ignition and the subsequent ones based on it Parameter settings are the detection algorithms that partly overlap in their results, covering both knocking and pre-ignition detect in parallel, but different approaches to Elimination of irregular combustion phenomena make necessary. Switching off the injection when detected Pre-ignition leads to the prevention of further pre-ignition, At the same time, however, it generates a non-circular run of the unit. One for the respective cylinder or the whole unit related, imperceptible to the driver reaction is desirable.
Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vermeidung von Vorentflammungen zu schaffen, welches den Fahrkomfort sowie Leistung und Verbrauch der Brennkraftmaschine nur geringstmöglich beeinflusst und gleichzeitig eine sichere Vermeidung weiterer Vorentflammungen ermöglicht. Der Algorithmus soll dabei in ein vorhandenes Motorkonzept eingliederbar sein, indem bestehende Algorithmen zur Klopfregelung genutzt werden können. Weiterhin soll eine schnelle Beseitigung/„Löschung” der Vorentflammung erfolgen und eine dauerhafte Minderung der Vorentflammungsneigung erreicht werden.Of the The present invention is therefore based on the object, a method to avoid pre-ignition, which enhances ride comfort as well as power and consumption of the internal combustion engine only as small as possible influences and at the same time a safe avoidance of further Vorentflammungen allows. The algorithm should be in an existing one Motor concept be incorporated by existing algorithms for Knock control can be used. Furthermore, a fast Elimination / "extinction" of pre-ignition done and a permanent reduction of Vorentflammungsneigung be achieved.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung zu entnehmen.The Solution of the task is carried out according to the features of the main claim. Advantageous embodiments are the subclaims and the description.
Für das Verfahren zur Verhinderung von Vorentflammungen in Zylindern einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine, bei welcher mit getrennten Algorithmen Vorentflammung und Klopfen erkannt oder vorhergesagt wird, erfolgt bei gleichzeitiger Erkennung von Vorentflammungs- und Klopfereignissen erfindungsgemäß vorteilhaft ein Sperren der Klopfregelung und somit eine Verhinderung des standardmäßigen Verlagerns des Zündwinkels hin zu späteren Zündzeitpunkten. Es hat sich gezeigt, dass eine Spätverstellung der Zündung bei bereits erkannter oder vorhergesagter Vorentflammung die Vorentflammungsneigung weiter erhöhen kann, da mit späteren Zündwinkellagen eine spätere Verbrennung erfolgt, welche bei nachfolgenden Arbeitsspielen zu einem höheren Temperaturniveau im Zylinder führt und somit die Vorentflammung weiter begünstigt. Klopfregelung und Vorentflammungsvermeidung arbeiten damit hinsichtlich des Zündwinkels in verschiedene Richtungen. Um trotz der Sperrung des Zündwinkeleingriffes der Klopfregelung ein Löschen der Vorentflammung und ein Senken der Klopfneigung zu erzielen, erfolgt ein Eingriff auf die einzuspritzende Kraftstoffmasse, welche im Vergleich zum applizierten Sollwert erhöht wird, so dass im nachfolgenden Arbeitsspiel des Zylinders ein kraftstoffreicheres Kraftstoff-Luft-Gemisch, vorzugsweise mit einem Lambdawert < 0,9, vorliegt. Der Eingriff über die Kraftstoffmasse ist zyklusgenau realisierbar, so dass ein schnelles Löschen der Vorentflammung bei gleichzeitigem Herabsetzen der Klopfneigung erfolgen kann. Weiterhin wird mit Hilfe statistischer Verfahren die Auftrittshäufigkeit der erkannten oder vorhergesagten Vorentflammungen bewertet, wobei im einfachsten Fall ein Zähler vorgesehen ist, so dass in Abhängigkeit von der Auftrittshäufigkeit weitere, zum Kraftstoffeingriff zusätzliche und von diesem unabhängige Eingriffe zur Verminderung der Vorentflammungsneigung erfolgen. Diese Maßnahmen sind vorzugsweise eine Begrenzung des Ladedrucks und/oder eine Verstellung der Sollposition der Nockenwelle vorzugsweise der Einlassnockenwelle. Die Position der Einlassnockenwelle und damit der Öffnungsbeginn des Einlassventils sowie der Ladedruck sind maßgebliche Einflussgrößen für Kompressions- und Verbrennungsenddruck und bestimmen somit das Temperaturniveau im Brennraum. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird damit ein zyklusgenau möglicher Eingriff – Kraftstoffmassenadaption – mit einem langsamer verstellbaren Eingriff kombiniert. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird der nach erkannter oder vorhergesagter Vorentflammung erfolgte Eingriff auf die Kraftstoffmasse lediglich eine kurze Zeitspanne durchgeführt, um einerseits die Vorentflammung zu löschen und um andererseits keine unnötige Verschlechterung der Verbrauchs- und/oder Abgaswerte zu erhalten. Die Adaption der Kraftstoffmasse wird nach Ablauf der vorgebbaren Zeitspanne gelöscht, so dass ein ursprünglich für diesen Arbeitspunkt vorgesehenes Kraftstoff-Luft-Gemisch wieder eingestellt wird.For the method for preventing Vorentflammungen in cylinders of a Otto engine operated internal combustion engine, in which ge separated algorithms Vorentflammung and knocking is detected or predicted is carried out with simultaneous detection of Vorentflammungs- and knock events according to the invention advantageously blocking the knock control and thus preventing the default displacement of the ignition angle toward later ignition times. It has been shown that a retardation of the ignition at already detected or predicted pre-ignition can further increase the Vorentflammungsneigung, since later Zündwinkellagen a later combustion takes place, which leads to a higher temperature level in the cylinder at subsequent working cycles and thus further promotes the pre-ignition. Knock control and Vorentflammungsvermeidung thus work with regard to the ignition angle in different directions. In order to achieve deletion of the pre-ignition and a lowering of the tendency to knock despite the blocking of the ignition angle intervention of the knock control, an intervention takes place on the fuel mass to be injected, which is increased compared to the applied setpoint value, so that in the subsequent working cycle of the cylinder a fuel-rich fuel-air Mixture, preferably with a lambda value <0.9, is present. The intervention on the fuel mass is accurate to cycle realized, so that a rapid extinguishment of the pre-ignition can be done while reducing the tendency to knock. Furthermore, the occurrence frequency of the detected or predicted pre-ignition is evaluated by statistical methods, wherein in the simplest case, a counter is provided so that depending on the frequency of occurrence, additional, for fuel intervention additional and independent of this interventions to reduce the Vorentflammungsneigung done. These measures are preferably a limitation of the boost pressure and / or an adjustment of the desired position of the camshaft, preferably the intake camshaft. The position of the inlet camshaft and thus the start of opening of the intake valve and the boost pressure are decisive influencing factors for compression and combustion end pressure and thus determine the temperature level in the combustion chamber. Advantageously in accordance with the invention, a cycle-specific possible intervention - fuel mass adaptation - is thus combined with a slower adjustable engagement. Advantageously in accordance with the invention, the intervention on the fuel mass after a detected or predicted pre-ignition is only carried out for a short period in order to extinguish the pre-ignition on the one hand and to avoid unnecessary deterioration of the fuel consumption and / or exhaust gas values on the other hand. The adaptation of the fuel mass is deleted after the predefinable period of time, so that an originally intended for this operating point fuel-air mixture is set again.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erkennung/Vorhersage der Vorentflammung weiterhin das Erkennungssignal der Klopfregelung genutzt, so dass eine Vorentflammung immer dann erkannt/vorhergesagt wird, wenn die Merkmale zur Erkennung einer Vorentflammung vorliegen und zusätzlich ein Klopfen desselben Zylinders detektiert wird.In An embodiment of the invention is used for recognition / prediction the Vorentflammung continue the detection signal of the knock control used, so that a Vorentflammung always then recognized / predicted when the pre-ignition detection characteristics are present and additionally knocking of the same cylinder is detected.
Wie bereits beschrieben, erfolgt zusätzlich zum zeitweiligen Eingriff auf die Kraftstoffmasse bei wiederholtem Auftreten von Vorentflammungen ein weiterer Eingriff auf die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, indem vorzugsweise der Ladedruck begrenzt und/oder durch Vorgabe eines neuen Solllagewertes für die Nockenwelle deren Lage verändert wird, wobei dieser Eingriff/Eingriffe eine zweite Zeitspanne durchgeführt werden, die größer als die Zeitspanne des ersten Eingriffes ist.As already described, in addition to the temporary Intervention on the fuel mass with repeated occurrence of Pre-ignition another intervention on the operating parameters the internal combustion engine, preferably by limiting the boost pressure and / or by specifying a new desired position value for the Camshaft whose position is changed, this intervention / interventions a second period of time can be made larger than the time span of the first intervention.
Der weitere Eingriff auf die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (Adaption), der bei wiederholtem Auftreten von Vorentflammungen erfolgt, ist dabei vorzugsweise für den gesamten Fahrzyklus bis zum Abstellen der Brennkraftmaschine aktiv. Weiterhin ist es möglich, diese Adaption bis zu einer erkannten Neubetankung durchzuführen, so dass eine Steigerung der Vorentflammungsneigung durch unzureichende Kraftstoffqualität und damit einhergehende Adaption nach Neubetankung ggf. nach dem Entfall der Ursache der erhöhten Vorentflammungsneigung wieder beseitigt wird. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung belässt den Adaptionswert bis zum nächsten Werkstattbesuch/Serviceintervall.Of the further intervention on the operating parameters of the internal combustion engine (Adaptation), which occurs in the case of repeated occurrence of pre-ignition, is preferably up to the entire drive cycle to stop the internal combustion engine active. Furthermore, it is possible to carry out this adaptation up to a recognized refueling, so that an increase in pre-ignition tendency due to insufficient Fuel quality and associated adaptation to Refueling if necessary after elimination of the cause of increased Pre-ignition tendency is eliminated again. Another embodiment The invention leaves the adaptation value until the next one Workshop visit / service interval.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt eine Adaption des Sollwertes des Ladedrucks oder der Sollposition der Nockenwelle in wenigstens dem Arbeitspunkt, in welchem die Vorentflammung erkannt/vorhergesagt wurde.According to the invention advantageous there is an adaptation of the setpoint of the boost pressure or the target position the camshaft in at least the operating point, in which the pre-ignition was recognized / predicted.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Figuren sowie der zugehörigen Figurenbeschreibung zu entnehmen.Further advantageous embodiments are the figures and the associated Figures description to take.
Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:
Im obersten Diagramm sind mit den jeweiligen Markierungen auftretende Klopfereignisse dargestellt. Die Klopferkennung erfolgt dabei wie im Stand der Technik bekannt. Erkannte Klopfereignisse führen bei bekannten Klopfregelungen zu einer Spätverstellung des Zündwinkels. Die Spätverstellung des Zündwinkels ist in dem dargestellten Diagramm anhand des Zündwinkelsprungs erkennbar, wobei nachfolgend ein schrittweises Heranführen an den ursprünglichen Zündwinkel erfolgt, solange keine weiteren Klopfereignisse erkannt werden. Bei einem weiteren Klopfereignis erfolgt die Verstellung des Zündwinkels in analoger Weise. Wird eine Vorentflammung erkannt oder vorhergesagt (Markierung im zweiten Diagramm v. o.), so erfolgt abweichend zur Reaktion der Klopfregelung keine Verstellung des Zündwinkels, auch wenn parallel ein Klopfereignis erkannt wurde. Eine Detektion der Vorentflammung führt zu einem Eingriff auf die Kraftstoffmasse, so dass durch eine Adaption der einzuspritzenden Kraftstoffmasse ein kraftstoffreicheres Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum erzeugt wird. Im vierten Diagramm von oben ist dieser Eingriff anhand des vorgegebenen Soll-Lambdawertes im Brennraum dargestellt, welcher durch eine entsprechende Kraftstoffeinspritzung umgesetzt wird. Mit dem Auftreten der Vorentflammung wird der Zähler Vorentflammung auf 1 gesetzt. Der Zählerwert bleibt dabei im vorliegenden Beispiel unter dem Schwellwert. Die Erkennung oder Vorhersage der Vorentflammungen erfolgen dabei wie im Stand der Technik beschrieben durch Analyse des Körperschallsignals, des Ionenstromsignals oder durch Auswertung von Zylinderdruck- oder Drehzahlsignalen. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Auswertung der Vorentflammung stellt hierbei die hochaufgelöste Analyse des Drehzahlsignals dar. Ein mit der Kurbelwelle verbundenes Geberrad und ein zugehöriger Sensor erzeugen beim Umlauf des Geberrades zu den Zeitpunkten des Passierens der jeweiligen Geberradmarken/Zähne Positionssignale der Kurbelwelle. Aus diesen sogenannten Zahnzeiten kann ein hochaufgelöstes Drehzahlsignal für den jeweiligen Umlauf des Geberrades gewonnen werden, welches eine Anzahl von Drehzahlsignalen während des Arbeitsspiels liefert. Aus den einzelnen aufeinanderfolgenden Drehzahlen sowie deren Differenzen, welche im Arbeits- und Kompressionstakt auftreten, lassen sich die Verbrennung charakterisierende Merkmale isolieren. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise eine frühe Lage sowie ein hoher Wert des Gradienten des Drehzahlsignals kennzeichnend für eine Vorentflammung sind. Hierbei können diese Werte anhand vergangener Arbeitsspiele bewertet werden und bei Abweichung in charakteristischen Größenordnungen kann eine Erkennung/Vorhersage der Vorentflammung erfolgen. Weiterhin ist es möglich, über die Entwicklung dieser Werte über vorangegangene Arbeitsspiele eine Vorhersage von Vorentflammungen vor ihrem Auftreten zu ermöglichen. Hierbei können mehrere Auswerteverfahren parallel erfolgen. Eine Validierung einer vorhergesagten Vorentflammung mittels des Signals des Klopfsensors bzw. der Auswertung der Klopfregelung ist ebenfalls möglich.in the top diagram are occurring with the respective markers Knock events shown. The knock detection takes place as known in the art. Detect knock events in known knock control to a retardation the ignition angle. The retardation of the ignition angle is in the illustrated diagram based on the Zündwinkelsprungs recognizable, followed by a gradual approach to the original ignition angle, as long as no further knock events are detected. At another Knock event occurs the adjustment of the ignition angle in analogous way. If a pre-ignition is detected or predicted (Marking in the second diagram v. O.), So deviates from the reaction the knock control no adjustment of the ignition angle, too if a knock event was detected in parallel. A detection of Pre-ignition leads to an intervention on the fuel mass, so that by an adaptation of the fuel mass to be injected generates a fuel-rich fuel-air mixture in the combustion chamber becomes. In the fourth diagram from above this intervention is based on the given predetermined lambda value in the combustion chamber, which is implemented by a corresponding fuel injection. As the pre-ignition occurs, the counter becomes pre-ignition set to 1. The counter value remains in the present Example below the threshold. The detection or prediction of Pre-ignition takes place as described in the prior art by analysis of the structure-borne sound signal, the ionic current signal or by evaluation of cylinder pressure or speed signals. A special preferred method for evaluating the Vorentflammung here the high-resolution analysis of the speed signal associated with the crankshaft encoder wheel and an associated Sensor generate during the circulation of the sender wheel at the times of Passing the respective encoder wheel marks / teeth position signals the crankshaft. From these so-called teeth times can be a high-resolution Speed signal for the respective revolution of the sender wheel be obtained, which a number of speed signals during of the working game supplies. From the single consecutive Speeds and their differences, which occur in the working and compression stroke, the characteristics characterizing combustion can be isolated. It has been shown that, for example, an early location and a high value of the gradient of the speed signal indicative of are a Vorentflammung. These values can be based on past working cycles are evaluated and in case of deviation in characteristic orders of magnitude can be a recognition / prediction of Pre-ignition. Furthermore, it is possible over the development of these values through previous work cycles to allow prediction of pre-ignition before it occurs. in this connection Several evaluation procedures can be carried out in parallel. A Validation of a predicted pre-ignition by means of the signal the knock sensor or the evaluation of the knock control is also possible.
In
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