DE102009008248B4 - Method for preventing pre-ignition in cylinders of an Otto engine operated internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Verhinderung von Vorentflammungen in Zylindern einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine, bei welchem mit verschiedenen Algorithmen sowohl Klopfen als auch Vorentflammungen erkannt oder vorhergesagt werden und bei zeitgleichem Erkennen/Vorhersagen von Klopfen und Vorentflammung der Zündwinkeleingriff der Klopfregelung zur Spätverstellung des Zündwinkels gesperrt wird und parallel für eine vorgebbare Zeitdauer über Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmasse ein kraftstoffreicheres Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird und nach einer definierten Anzahl weiterer erkannter oder vorhergesagter Vorentflammungen ein weiterer, vom Eingriff auf die eingespritzte Kraftstoffmasse verschiedener, zeitweiliger oder dauerhafter Eingriff auf Betriebsparameter der Brennkraftmaschine seitens der Motorsteuerung erfolgt, welcher die Vorentflammungsneigung herabsetzt.A method for preventing Vorentflammungen in cylinders of a Otto engine operated internal combustion engine, in which with different algorithms both knocking and Vorentflammungen be detected or predicted and at the same time detecting / predicting knock and Vorentflammung the Zündwinkeleingriff the knock control is retarded for retarding the ignition angle and parallel for a predefinable time period via a change in the injected fuel mass, a fuel-rich fuel-air mixture is generated in the combustion chamber and after a defined number of other detected or predicted Vorentflammungen another, the intervention on the injected fuel mass different, temporary or permanent intervention on operating parameters of the engine by the engine control, which minimizes the pre-ignition tendency.
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
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 up detect both knocking and pre-ignition in parallel, but different approaches to the elimination of irregular combustion phenomena necessary do. Switching off the injection when detected pre-ignition leads to prevention more Vorentflammungen, but at the same time produces a non-round Course of the unit. One for the respective cylinder or the whole unit related, for the driver imperceptible 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.The present invention is therefore based on the object to provide a method for preventing Vorentflammungen, which affects the ride comfort and power and consumption of the internal combustion engine as little as possible and at the same time a safe avoidance of others Pre-ignition possible. The algorithm should be able to be incorporated into an existing engine concept by using existing knock control algorithms. Furthermore, a quick elimination / "deletion" of the pre-ignition should take place 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 the task is carried out according to the features of the main claim. Advantageous embodiments are the dependent claims and to take 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 procedure to prevent pre-ignition in cylinders of an Otto engine operated internal combustion engine, in which with separate algorithms Pre-ignition and knocking is detected or predicted takes place with simultaneous detection of pre-ignition and knocking events According to the invention advantageous a blocking of the knock control and thus a prevention of the standard relocation the ignition angle towards later Ignition points. It has been shown that retarding the ignition at already identified or predicted pre-ignition the Vorentflammungsneigung continue to increase can, as with later Zündwinkellagen a later one Combustion occurs, which in subsequent work cycles too a higher temperature level in the cylinder leads and thus the pre-ignition further favors. Knock control and pre-ignition prevention work with it with regard to the ignition angle in different directions. In spite of the blocking of the Zündwinkeleingriffes the knock control a delete the pre-ignition and lowering the tendency to knock, an intervention takes place on the fuel mass to be injected, which is increased compared to the applied setpoint, so that in the following Working cycle of the cylinder a fuel-rich fuel-air mixture, preferably with a lambda value <0.9, is present. The procedure over The fuel mass is accurate to the cycle, so that a fast Clear the pre-ignition while reducing the tendency to knock can be done. Furthermore, with the help of statistical methods the frequency of occurrence evaluated or predicted pre-ignition, where in the simplest case, a counter is provided so that in dependence from the frequency of occurrence further, for fuel intervention additional and independent of this intervention to reduce the Vorentflammungsneigung done. These measures are preferably a limitation of the boost pressure and / or an adjustment the target position of the camshaft, preferably the intake camshaft. The position of the intake camshaft and thus the beginning of the opening of the intake valve and the boost pressure are significant influencing factors for compression and Combustion pressure and thus determine the temperature level in the Combustion chamber. According to the invention advantageous is thus a cycle exactly possible intervention - fuel mass adaptation - with a slower adjustable intervention combined. According to the invention advantageous is done after detected or predicted pre-ignition Engaged in the fuel mass only a short period of time to on the one hand to extinguish the Vorentflammung and on the other hand no unnecessary Deterioration of fuel consumption and / or exhaust gas values. The adaptation of the fuel mass is after the predefinable Deleted time, so that one originally For this Working point provided 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 a 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 Temporary intervention on the fuel mass in repeated occurrence 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 their situation changed with this intervention (s) being performed for a second period of time, the bigger than that Period of the first intervention is.
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 for the entire driving cycle until the engine stops active. Furthermore, it is possible to perform this adaptation until a recognized refueling, so that An increase in Vorentflammungsneigung by inadequate fuel quality and thus accompanying adaptation after new refueling possibly after the omission of the Cause of the 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 description of the figures refer to.
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 Auftretender 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. Detected knock events lead Knock Knockfregelungen known to a retardation of the ignition angle. The late adjustment of the firing angle is recognizable in the illustrated diagram on the basis of the ignition angle jump, followed by a gradual approach to the original firing angle takes place as long as no further knocking events are detected. In another knock event, the adjustment of the ignition angle takes place in an 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, even if parallel a knocking event has been detected. A detection of the pre-ignition leads to a Intervention on the fuel mass, so that through an adaptation of the fuel mass to be injected a fuel-rich fuel-air mixture in the combustion chamber is produced. The fourth diagram from above shows this procedure the predetermined desired lambda value in the combustion chamber is shown, which is implemented by a corresponding fuel injection. With the occurrence of pre-ignition, the pre-ignition counter is set to 1. The counter value remains below the threshold in this example. The Detection or prediction of the 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 particularly preferred method for evaluating the pre-ignition hereby represents the high-resolution Analysis of the speed signal. A connected to the crankshaft Donor 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 of the crankshaft. From these so-called teeth times, a high-resolution speed signal for the respective Circulation of the encoder wheel are obtained, which a number of speed signals during the Working game supplies. From the individual successive 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 position and a high value of Gradients of the speed signal are indicative of a pre-ignition. Here you can these values are evaluated on the basis of past work cycles and in case of deviation in characteristic magnitudes, a recognition / prediction of the Pre-ignition. Furthermore, it is possible to talk about the evolution of this Values over previous work games a prediction of pre-ignition to allow before their occurrence. in this connection can several evaluation procedures take place in parallel. A validation of a Predicted pre-ignition by means of the signal of the knock sensor or the evaluation of the knock control is also possible.
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