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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Vorentflammungen in einem Ottomotor, welche unabhängig von der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Zündkerze im Brennraum des Ottomotors auftreten sowie eine Vorrichtung zur Erkennung von Vorentflammungen in einem Ottomotor.
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In einem Ottomotor führt eine Verbrennung des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches dazu, das Fahrzeug in den Fahrbetrieb zu versetzen bzw. den Fahrbetrieb aufrecht zu erhalten. Bei der Entwicklung moderner Ottomotoren ist eine Tendenz in Richtung von Downsizing der Ottomotoren in Kombination mit Direkteinspritzung und Aufladung zu verzeichnen. Die Aufladung ermöglicht eine Reduktion des Hubraumes des Ottomotors ohne Absenkung des Leistungsniveaus, wodurch ein entsprechendes Downsizing des Ottomotors realisiert wird. Somit kann der Ottomotor in einer Teillast bei höheren Lasten mit höherem Teillastwirkungsgrad betrieben und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die Ladedruckerhöhung zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Ottomotors wird dabei allerdings durch das Phänomen von Vorentflammungen begrenzt. Auch bei Saugmotoren, die ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis aufweisen, treten Vorentflammungen auf, die erkannt werden müssen.
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Vorentflammungen treten unabhängig von der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Zündkerze sporadisch im Brennraum des Ottomotors auf. Die Ladedruckerhöhung zur Verbesserung des Wirkungsgrades führt zu einer sehr hohen thermischen Belastung der Brennräume des Ottomotors. Dies hat die Vorentflammung zur Folge, welche entsteht, wenn einzelne Komponenten im Brennraum des Ottomotors zu hohe Temperaturen annehmen und dadurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch unkontrolliert entzündet wird.
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Die Erkennung der Vorentflammung erfolgt üblicherweise über das Klopfsensorsignal oder über das Drehzahlsignal der Kurbelwelle. Klopfsensoren bzw. Drehzahlsensoren sind üblicherweise am Ottomotor verbaut, jedoch ist die Erkennungsgüte der Vorentflammung durch diese Sensoren, vor allem im Bereich der Erkennungsschwelle, nicht besonders hoch. Darüber hinaus sind bei den Signalen der Klopfsensoren bzw. der Drehzahlsensoren erhebliche Störeinkopplungen vorhanden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung von Vorentflammungen anzugeben, bei welchem eine zuverlässige Erkennung im Brennraum des Ottomotors gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein, vor oder nach dem Zündzeitpunkt der Zündkerze auftretender Brennraumdruck zur Feststellung der Vorentflammung ausgewertet wird. Die Auswertung des Drucksignales direkt aus dem Brennraum des Ottomotors ermöglicht eine deutlich leistungsfähigere Erkennungsqualität der Vorentflammungen, da Störeinkopplungen reduziert sind. Darüber hinaus ermöglicht die Auswertung des Brennraumdrucksignals, dass die Vorentflammungen in allen Zylindern des Ottomotors über den gesamten Drehzahlbereich des Ottomotors sicher erkannt werden können. Durch diese deutlich leistungsfähigere Erkennung der Vorentflammungen kann der Ottomotor noch wirkungsgradoptimaler ausgelegt werden. Gleichzeitig wird ein Schutz des Ottomotors gegen Motorschäden erhöht.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine direkte Auswertung des Brennraumdruckes, indem eine maximale Druckamplitude und/oder eine Position der maximalen Druckamplitude über einem Kurbelwellenwinkel und/oder einem vorgegebenen Zeitraum bestimmt und ausgewertet werden. Mit der maximalen Druckamplitude ist dabei der Maximaldruck bzw. der Spitzendruck des, von dem Brennraumdrucksensor gelieferten Absolutsignals gemeint. Durch die Auswertung dieser Merkmale wird die Applikation innerhalb der Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges wesentlich vereinfacht. Erhebliche Applikationszeiten werden eingespart, weil keine Korrelation zwischen Brennraumdruck und Körperschall bzw. Drehzahl notwendig ist. Darüber hinaus ist die Intensität der Vorentflammung aus dem Drucksignal sicher ableitbar.
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In einer Ausgestaltung wird aus dem Brennraumdruck eine aufgrund der Verbrennung pro Grad Kurbelwelle freigesetzte Energie abgeleitet und ausgewertet. Somit ist auch eine zuverlässige Erkennung von Vorentflammungen auf der Basis der aus dem Brennraumdruck abgeleiteten Signale möglich, welche wenig Applikationsaufwand benötigen. Bei der Bestimmung der Vorentflammung wird dabei die Tatsache ausgenutzt, dass bei einer Vorentflammung im Gegensatz zu einer Normalverbrennung im gleichen Betriebspunkt die Vorentflammung signifikant früher stattfindet.
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In einer Weiterbildung wird aus dem Brennraumdruck die Energie, die während der Verbrennung freigesetzt wird, abgeleitet und ausgewertet. Diese Energie wird normalerweise als Summenheizverlauf bezeichnet, während die aus dem Brennraumdruck aufgrund der Verbrennung pro Grad Kurbelwellenwinkel freigesetzte Energie als Heizverlauf bezeichnet wird. Sowohl der Heizverlauf als auch der Summenheizverlauf eignen sich besonders für die Erkennung von Vorentflammungen mit Hilfe eines Steuergerätes auf der Basis des Brennraumdruckes.
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In einer Variante wird zur Erkennung der Vorentflammung ein vorzugsweise gefiltertes, hochfrequentes Brennraumdrucksignal eines Zylinders des Ottomotors ab einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel ausgewertet, zu welchem Vorentflammungen erwartet werden und eine, aus dem hochfrequenten Brennraumdrucksignal abgeleitete Energie bestimmt, wobei bei einer Überschreitung des vorgegebenen ersten Schwellwertes durch die Energie des Brennraumdrucksignales auf eine Vorentflammung erkannt wird. Zur Erzeugung eines hochfrequenten Brennraumdrucksignales wird ein Bandpassfilter mit einem Durchlassbereich von beispielsweise 4 bis 30 kHz vor das Brennraumdrucksignal gestellt. Sobald die Signalenergie vor dem erwarteten Beginn der Normalverbrennung einen bestimmten Wert überschreitet, wird auf die Vorentflammung entschieden. Dabei können verschiedene Methoden zur Signalenergieberechnung verwendet werden, wie beispielsweise eine Gleichrichtung und Aufsummierung oder eine Quadrierung und Aufsummierung. Alternativ kann auch der Betrag der maximalen Druckamplitude betrachtet werden. Dies geschieht vorzugsweise basierend auf einer zeitbasierten Abtastung des Drucksignales.
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In einer Variante wird ein Brennraumdruckkompressionsverlauf über dem Kurbelwellenwinkel mit einem gemessenen Brennraumdruckverlauf über den Kurbelwellenwinkel verglichen und hinsichtlich einer Vorentflammung ausgewertet. Der Brennraumdruckkompressionsverlauf wird dabei auf der Basis eines bekannten Ladedruckes und/oder der aus der Füllungsschätzung bekannten Füllung modelliert, wobei insbesondere die Kompressions- und die Expansionsphase eines Kolbenhubs in einem Zylinder des Ottomotors betrachtet werden. Durch einen solchen Schwellwertansatz lässt sich einfach auf eine Vorentflammung schließen. Darüber hinaus werden mit einem solchen Schwellwertansatz die Applikationszeiten verringert.
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Vorteilhafterweise wird der, über dem Kurbelwellenwinkel gemessene Brennraumdruckverlauf durch den, über dem Kurbelwellenwinkel modellierten Brennraumdruckkompressionsverlauf geteilt, wobei ein Quotientenverlauf hinsichtlich der Vorentflammung ausgewertet wird und insbesondere auf eine Vorentflammung erkannt wird, wenn in einem Bereich des Quotientenverlaufes, wo noch keine Verbrennung erwartet wird, der Quotientenverlauf größer als ein zweiter Schwellwert ist. Unter Kompression soll dabei der Druck verstanden werden, welcher sowohl in der Kompression- als auch in der Expansionphase des Kolbenhubs des Zylinders des Ottomotors gemessen wird. Insbesondere wird der gemessene Brennraumdruckverlauf vorab noch geglättet, so dass aufgrund von hochfrequenten Störungen keine Fehlererkennungen ausgelöst werden.
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Alternativ wird aus dem geschätzten Brennraumdruckkompressionsverlauf ein erster Verlauf von p(φ)·dV(φ) ermittelt, welcher mit einem, aus dem gemessenen Brennraumdruckverlauf ermittelten zweiten p(φ)·dV(φ)-Verlauf verglichen wird, wobei der zweite p(φ)·dV(φ)-Verlauf durch den ersten p(φ)·dV(φ)-Verlauf geteilt wird und der p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlauf hinsichtlich der Vorentflammung ausgewertet wird und insbesondere auf eine Vorentflammung erkannt wird, wenn in einem Bereich des p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlaufes, wo noch keine Verbrennung erwartet wird, der p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlauf größer als ein dritter Schwellwert ist. Vorteilhafterweise wird vor der p(φ)·dV(φ)-Berechnung der Brennraumdruck geglättet.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden jeweils fortlaufend für den Kurbelwellenwinkel φ2 die p(φ)·dV(φ)-Integrale verglichen und bei einer zu großen Abweichung auf eine Vorentflammung geschlossen. Dabei wird der Kurbelwellenwinkel φ1 vorteilhafterweise in einem Bereich von 180 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt der Hochdruckschleife gewählt.
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In einer Ausführungsform wird eine mehrstufige Erkennung der Vorentflammung durchgeführt, bei welchem mehrere Vorentflammungsschwellen mit einem, zur Erkennung der Vorentflammung herangezogenen Größe verglichen werden und insbesondere je nach der Stufe der Erkennung der Vorentflammung mindestens eine geeignete Gegenmaßnahme gegen das Auftreten der Vorentflammung ausgewählt wird. Durch eine mehrstufige Auswertung der Vorentflammungserkennung kann zwischen einem Verdacht auf Vorentflammungen und einer tatsächlich sich anbahnenden Vorentflammung unterschieden werden. Somit können sehr frühzeitig Maßnahmen eingeleitet werden, um Vorentflammungen zu unterbinden.
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In einer Variante erfolgt die Erkennung der Vorentflammung basierend auf einem Vergleich der zur Erkennung der Vorentflammung herangezogenen Größe mit den entsprechenden Größen aus n vorhergehenden, als Normalverbrennung bewerteten Verbrennungen. Durch den Vergleich mit mehreren, als Normalverbrennung eingestuften Verbrennungen wird die Erkennung einer sich anbahnenden Vorentflammung erleichtert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von Vorentflammungen in einem Ottomotor, welche unabhängig von der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Zündkerze im Brennraum des Ottomotors auftreten. Um eine besonders genaue und zuverlässige Erkennung der Vorentflammungen zu realisieren, sind Mittel vorhanden, welche von je einem Drucksensor, welcher einen Brennraumdruck im Brennraum eines Zylinders des Ottomotors detektiert, ein Signal empfangen und eine Vorentflammung in Abhängigkeit des von dem Drucksensor gelieferten Signals erkennt, wobei insbesondere ein, nach oder vor dem Zündzeitpunkt der Zündkerze auftretender Brennraumdruck zur Feststellung der Vorentflammung ausgewertet wird. Dies hat den Vorteil, dass bei der Realisierung eines höheren Downsizing-Grades des Ottomotors noch bessere Wirkungsgrade dieses Ottomotors erreicht werden können, ohne das der Ottomotor einer Zerstörung ausgesetzt wird.
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Vorteilhafterweise umfassen die Mittel eine Signalerfassungseinheit und eine Signalauswerteeinrichtung, wobei die Signalauswerteeinrichtung Gegenmaßnahmen gegen die erkannte Vorentflammung einleitet. Durch diese Gegenmaßnahme wird die Leistung des Ottomotors reduziert, um somit auch die auftretenden Temperaturen im Ottomotor zu reduzieren. Solche Gegenmaßnahmen können beispielsweise in der Füllungsabsenkung, in der Anreicherung bzw. Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, einer Nockenwellenverstellung sowie einer Einspritzabschaltung bestehen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1: Vorrichtung zur Bestimmung einer Vorentflammung in einem Ottomotor
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2: Unterschiedliche Verläufe des Brennraumdruckes in einem Zylinder eines Ottomotors.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung einer sporadischen Vorentflammung in einem Ottomotor 1. Der Ottomotor 1 ist als Saugmotor ausgebildet und weist in diesem Beispiel vier Zylinder 2, 3, 4, 5 auf, deren nicht weiter dargestellte Kolben, welche sich in den Zylindern 2, 3, 4, 5 bewegen, über jeweils eine Pleuelstange 6, 7, 8, 9 mit der Kurbelwelle 10 verbunden sind und diese aufgrund der durch die Verbrennungen verursachten Druckänderungen antreiben. Die Zylinder 2, 3, 4, 5 sind mit einem Saugrohr 11 verbunden, welches durch eine Drosselklappe 12 gegenüber einem Luftansaugrohr 13 abgeschlossen ist. In das Luftansaugrohr 13 ragt eine Düse 14 zur Einspritzung von Kraftstoff, wodurch sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet. Alternativ kann der Ottomotor 1, insbesondere ein Downsizing-Motor, mit einer Direkteinspritzung ausgestattet sein, welche den Kraftstoff mittels eines Injektors für jeden Zylinder direkt und separat in den Brennraum des Ottomotors 1 einspritzt. Darüber hinaus besteht ein wesentliches Merkmal in der Aufladung, die in der Regel aus einem nicht weiter dargestellten Turbolader besteht, aber auch zweistufig sein kann.
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Im Brennraum des Ottomotors 1, d.h. in den Zylindern 2, 3, 4, 5, ist jeweils ein Drucksensor 15a, 15b, 15c, 15d angeordnet, welche mit einem Steuergerät 16 verbunden sind. Das Steuergerät 16 ist mit der Drosselklappe 12 und der Kraftstoffeinspritzdüse 14 verbunden.
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Beim Öffnen der Drosselklappe 12 strömt das Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Saugrohr 11 und somit in die Zylinder 2, 3, 4, 5. Durch einen, von einer nicht weiter dargestellten Zündkerze ausgelösten Funken wird in den Zylindern 2, 3, 4, 5 nacheinander eine Normalverbrennung ausgelöst, welche einen Druckanstieg im Zylinder 2, 3, 4, 5 nach sich zieht, der über den Kolben und die Pleuelstange 6, 7, 8, 9 auf die Kurbelwelle übertragen wird und diese und somit auch den Ottomotor 1 in Bewegung setzt. Neben dieser kontrollierten Normalverbrennung treten sporadisch Verbrennungen auf, die im Weiteren als Vorentflammung bezeichnet werden sollen und die Verbrennungslagen aufweisen, die entweder vor oder nach den Verbrennungen der Normalzündung und somit vor oder nach dem Zündzeitpunkt der Normalzündung liegen können.
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In 2 sind unterschiedliche Druckverläufe dargestellt, die während des Verbrennungsprozesses in einem Zylinder 2, 3, 4, 5 des Ottomotors 1 auftreten können. Dabei ist der Druck p über dem Kurbelwellenwinkel φ dargestellt. Die Kurve A zeigt dabei einen Druckverlauf, wie er bei einer Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder erfolgt, ohne dass eine Verbrennung stattfindet. Ein solcher Druckverlauf ist sehr symmetrisch über dem Kurbelwellenwinkel φ bzw. symmetrisch zu dem oberen Totpunkt angeordnet. Die zweite Kurve B zeigt eine Verdichtung des Brennraumdruckes, wie sie bei einer Normalverbrennung abläuft. Dabei tritt der Maximaldruck nach dem Zündzeitpunkt ZZP der Zündkerze und einer Verzögerungszeit in dem Zylinder auf. Anschließend sinkt der Brennraumdruck allmählich und kontinuierlich über den Kurbelwellenwinkel φ ab. Die Kurve C verdeutlicht eine klopfende Verbrennung ohne Vorentflammung, bei welcher die Druckschwankungen ebenfalls nach der Zündung durch die Zündkerze nach dem Zündzeitpunkt ZZP auftreten. In der Kurve D ist eine Vorentflammung im Brennraum des Zylinders 2, 3, 4, 5 des Ottomotors 1 dargestellt, deren Maximalamplitude weit über die Druckverhältnisse in den Druckverläufen A, B, C hinausgeht und aufgrund dieser Druckverhältnisse die Temperaturen erhöht und somit potentiell eine Schädigung des Ottomotors 1 verursachen kann.
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Vorentflammungen, wie sie in der Kurve D dargestellt werden, treten sporadisch oder in Serien auf und sollen mit Hilfe der im Weiteren dargestellten Größen erkannt werden. Das grundlegende Merkmal der vorliegenden Lösung besteht darin, dass die Drucksensoren 15a, 15b, 15c, 15d den Brennraumdruck direkt in den Brennräumen der Zylinder 2, 3, 4, 5 messen. Diese Messergebnisse werden an das Steuergerät 16 weitergeleitet, welches zur Erkennung der Vorentflammungen eine Signalerfassungseinheit 17 aufweist, welche die Signale der Drucksensoren 15a, 15b, 15c, 15d empfängt. Diese empfangenen Signale werden von der Signalerfassungseinheit 17 an eine Signalauswerteeinrichtung 18 des Steuergerätes 16 weitergeleitet. Die Signalauswerteeinrichtung 18 ist mit einer Vorentflammungerkennungseinheit 19 verbunden, welche wiederum mit einer Einheit verbunden ist, die Gegenmaßnahmen für die sporadische Vorentflammung generiert. Diese Gegenmaßnahmen können dabei darin bestehen, dass eine Füllungsabsenkung, eine Anreicherung bzw. Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, eine Nockenwellenverstellung oder eine Einspritzabschaltung erfolgt. Dazu steuert das Steuergerät 16 die Drosselklappe 12 und/oder das Einspritzventil 14 an. Durch all diese Maßnahmen wird die Leistung des Ottomotors 1 reduziert, wodurch sich die Temperatur im Brennraum des Ottomotors verringert, was einer Bildung von Vorentflammungen entgegenwirkt.
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Zur Erkennung von Vorentflammungen mit Hilfe des durch die Drucksensoren 15a, 15b, 15c, 15d gemessenen Brennraumdruckes besteht zum einen die Möglichkeit, den Brennraumdruck direkt auszuwerten oder eine indirekte Auswertung über aus dem Brennraumdruck abgeleitete Größen vorzunehmen. Bei der direkten Auswertung des Brennraumdruckes wird die Erkennung von Vorentflammungen anhand der maximalen Druckamplitude und/oder der Position der maximalen Druckamplitude bezüglich des Kurbelwellenwinkels φ erreicht. Diese beiden Größen können sowohl separat als auch zusammen bei der Auswertung der Vorentflammungen betrachtet werden.
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Bei der indirekten Erkennung von Vorentflammungen aus dem Brennraumdruck besteht zum einen die Möglichkeit, aus dem Brennraumdruck abgeleitete Signale, wie dem Heizverlauf oder dem Summenheizverlauf, auf eine Vorentflammung zu untersuchen. Ausgenutzt wird dabei die Tatsache, dass bei einer Vorentflammung, im Gegensatz zu einer Normalverbrennung, im gleichen Betriebspunkt die Vorentflammung signifikant früher stattfindet. Das Merkmal der früheren Auslösung kann dabei sowohl über dem Kurbelwellenwinkel φ oder über einen bestimmten Zeitraum ausgewertet werden.
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Der Heizverlauf beschreibt vereinfacht die aufgrund der Verbrennung pro Grad Kurbelwelle freigesetzte Energie, während der Summenheizverlauf auch als integrierter Heizverlauf bezeichnet wird und die Energie beschreibt, die zu einem ersten Kurbelwellenwinkel φ integral durch die Verbrennung ab einem betrachteten Kurbelwellenwinkel φ oder einer Zeit t freigesetzt wird. Bei dem Heizverlauf wird dabei die Position des Maximalwertes und/oder die Position, bei der der Heizverlauf im Bereich vor dem Maximalwert oder dem Bereich nach dem Maximalwert einen bestimmten Prozentsatz des Maximalwerts erreicht hat, beispielsweise 50 % ausgewertet. Alternativ können auch andere Prozentwerte, wie z.B. 10 %, verwendet werden. Dies gilt auch für den Summenheizverlauf. Basierend auf dem Maximalwert des Summenheizverlaufes wird die Position in Grad Kurbelwellenwinkel bestimmt, bei dem 50 % des Maximalwertes des Summenheizverlaufes erreicht sind. Auch hier können alternativ andere Prozentwerte, wie beispielsweise 10 % des Maximalwertes, verwendet werden.
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Eine andere Größe zur Erkennung der Vorentflammung beruht auf dem Vergleich eines Brennraumdruckkompressionsverlaufes und dem tatsächlich gemessenen Brennraumdruckverlauf. Der Brennraumdruckkompressionsverlauf wird dabei auf der Basis des bekannten Ladedrucks und/oder der aus der Füllungsschätzung bekannten Füllung modelliert. Dabei wird immer ein Bereich des Kurbelwellenwinkels vom unteren Totpunkt bis zum oberen Totpunkt des Kolbens in einem Zylinder 2, 3, 4, 5 oder mindestens bis zu dem Zündzeitpunkt des Zylinders 2, 3, 4, 5 berücksichtigt. Zur Berechnung der für die Erkennung der Vorentflammung bestimmten Größe wird dann der gemessene Brennraumdruckverlauf durch den modellierten Brennraumdruckkompressionsverlauf geteilt. Vorteilhaft ist es dabei, das Brennraumdrucksignal, welches von den Drucksensoren 15a, 15b, 15c, 15d geliefert wird, vor der Auswertung zu filtern, um Störungen zu unterdrücken. Der sich aus dieser Teilung ergebende Quotientenverlauf wird dann in einem Bereich durch das Steuergerät 16 ausgewertet, wo noch keine Verbrennungen erwartet werden. Ist in diesem Bereich, wo noch keine Verbrennungen erwartet werden, der Quotient signifikant größer als 1, wird darauf erkannt, dass sich Vorentflammungen anbahnen.
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Alternativ kann auch aus dem modellierten Brennraumdruckkompressionsverlauf der pmi-Verlauf berechnet und mit dem, aus dem gemessenen Brennraumdruckverlauf errechneten pmi-Verlauf verglichen werden. Als pmi wird dabei der indizierte Mitteldruck bezeichnet. Dieser berechnet sich aus dem normierten Integral über das Produkt von Brennraumdruck p(φ) für eine Kurbelwinkelposition (Auflösung zum Beispiel 1°KW) multipliziert mit der bei der Kurbelwinkelposition φ und der ausgewählten Auflösung sich errechnende Volumenänderung dV(φ) des Brennraumvolumens.
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Pmi wird je nach Bedarf von einem Startwinkel φ1 zu einem Endwinkel φ2 gerechnet. Die Normierung beträgt 1/Hubvolumen. Der Brennraumdruckverlauf dokumentiert die Änderung des Brennraumdruckes p während einer Verbrennung. Aus dem geschätzten Brennraumdruckkompressionsverlauf wird ein erster Verlauf von p(φ)·dV(φ) ermittelt, welcher mit einem, aus dem gemessenen Brennraumdruckverlauf ermittelten zweiten p(φ)·dV(φ)-Verlauf verglichen wird, wobei der zweite p(φ)·dV(φ)-Verlauf durch den ersten p(φ)·dV(φ)-Verlauf geteilt wird und der p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlauf hinsichtlich der Vorentflammung ausgewertet wird und insbesondere auf eine Vorentflammung erkannt wird, wenn in einem Bereich des p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlaufes, wo noch keine Verbrennung erwartet wird, der p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlauf größer als 1 ist. Vorteilhafterweise wird vor der p(φ)·dV(φ)-Berechnung der Brennraumdruck geglättet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass jeweils fortlaufend für den Kurbelwellenwinkel φ2 die pmi-Integrale verglichen und bei einer zu großen Abweichung auf eine Vorentflammung geschlossen wird. Dabei wird der Kurbelwellenwinkel φ1 vorteilhafterweise in einem Bereich von 180 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt der Hochdruckschleife gewählt. Sobald der p(φ)·dV(φ)-Quotientenverlauf eine signifikante Abweichung von größer 1 in einem Bereich, wo noch keine Verbrennung erwartet wird, aufweist, wird diese Verbrennung als sich anbahnende Vorentflammung erkannt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erkennung von Vorentflammungen besteht in der Auswertung des hochfrequenten Brennraumdrucksignals eines Zylinders 2, 3, 4, 5 auf der Basis des, von den Drucksensoren 15a, 15b, 15c, 15d gelieferten Brennraumdrucksignals. Dabei wird zunächst mittels eines Bandpassfilters mit einem Durchlassbereich von 4 bis 30 kHz das Brennraumdrucksignal gefiltert und ab einem Zeitpunkt (Kurbelwellenwinkel φ bzw. Zeit t), ab welchem theoretisch Vorentflammungen starten können, betrachtet. Sobald die Signalenergie vor dem erwarteten Beginn der Verbrennung einen bestimmten Wert überschreitet, wird dabei auf eine Vorentflammung entschieden. Die Signalenergieberechnung erfolgt dabei durch Gleichrichtung und Aufsummierung oder durch Quadrierung und Aufsummierung. Alternativ kann aber auch bei diesen hochfrequenten Brennraumdrucksignalen der Betrag der maximalen oder minimalen Druckamplitude betrachtet werden. Dies geschieht vorzugsweise basierend auf einer zeitbasierten Abtastung des Brennraumdrucksignales.
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Um die Sicherheit bei der Erkennung der Vorentflammungen zu erhöhen, werden die verschiedenen Größen, welche zur Erkennung von Vorentflammungen verwendet werden, mit entsprechenden Größen, wie Druckamplitude, Heizverlauf, Summenheizverlauf usw., verglichen, die in vorhergehenden Verbrennungen, die als Normalverbrennung eingestuft wurden, bestimmt wurden. Anhand eines solchen Vergleiches kann die Entwicklung der Druckverhältnisse in mehreren aufeinanderfolgenden Verbrennungen erkannt werden und zuverlässig eine sporadisch auftretende Vorentflammung detektiert werden. Alternativ kann auch ein Vergleich der Größen mit den, in demselben Bereich des Kurbelwellenwinkels φ oder eines Zeitraumes t auftretenden Größen bei Normalverbrennungen unter denselben Betriebsbedingungen, d.h. beim selben Betriebspunkt, verglichen werden. Bei diesen Betriebsbedingungen sind in erster Linie Drehzahl, Last, Zündwinkel, Nockenwellenposition, Ladedruck und Temperatur zu betrachten. Besonders vorteilhaft ist ein Vergleich der Größen bei gleichem Zündwinkel mit Hilfe einer betriebspunktabhängigen Schwelle.
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Die Bestimmung der Größen, auf deren Basis eine Vorentflammung erkannt wird, erfolgt dabei basierend auf einer kurbelwellenbasierten Abtastung des Brennraumdruckes. Alternativ kann diese Größenbestimmung auch auf einer zeitbasierten Abtastung des Brennraumdruckes durchgeführt werden.
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Die Auswertung des Brennraumdruckes erlaubt außerdem eine mehrstufige Erkennung von Vorentflammungen. So wird eine erste Vorentflammungsschwelle betrachtet. Wird diese erste Vorentflammungsschwelle überschritten, führt dies zu einem Vorentflammungsverdacht. Basierend auf diesem Vorentflammungsverdacht werden dann erste Maßnahmen eingeleitet, um in der Folge Vorentflammungen zu vermeiden. Falls dann doch weitere bzw. echte Vorentflammungen auftreten, was durch das Überschreiten einer zweiten Vorentflammungsschwelle detektiert wird, werden weitere Gegenmaßnahmen ausgelöst. Bei diesem Beispiel gibt es also drei Kategorien: keine Vorentflammung, Vorentflammungsverdacht und Vorentflammung, die detektiert werden. Diese drei Kategorien sind durch unterschiedlich große Vorentflammungsschwellwerte getrennt, wobei der erste Vorentflammungsschwellwert, welcher die Kategorien keine Vorentflammung und Vorentflammungsverdacht trennt, kleiner ist als der zweite Vorentflammungsschwellwert, welcher die Kategorien Vorentflammungsverdacht und Vorentflammung trennt. Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass keine schweren Vorentflammungen auftreten, die zu einer Zerstörung des Ottomotors 1 führen können.
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Die auf der Auswertung des Brennraumdruckes basierende Erkennung der Vorentflammung hat den Vorteil, dass die Vorentflammungen in allen Zylindern über den gesamten Drehzahlbereich des Ottomotors 1 sicher erkannt werden. Dabei werden bei der Erstellung der Auswerteprogramme Applikationszeiten eingespart, da keine Korrelation zwischen Brennraumdruck und Körperschall bzw. Drehzahl notwendig wird. Darüber hinaus entfällt bei einem Wechsel einer Entwicklungsstufe in der Motorentwicklung während der Serienentwicklung eine Überprüfung der Erkennungssoftware bzw. eine neue Applikation.
