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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Glühzündungen bei einer Verbrennungskraftmaschine.
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Bei Verbrennungskraftmaschinen können verschiedene Verbrennungsstörungen, sogenannte irreguläre Verbrennungen auftreten, die nicht oder nicht ausschließlich vom Zündfunken der Zündkerze ausgelöst werden, sondern durch eine Selbstentflammung. Hierzu gehören insbesondere klopfende Verbrennung, Vorentflammungen und Glühzündungen.
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Während die Vorentflammung ein sporadisch auftretendes Ereignis ist, die nach einer gewissen Anzahl von Arbeitsspielen wieder verschwindet, sind Glühzündungen sich selbst verstärkende Vorgänge einer irregulären Verbrennung vor dem regulären Zündzeitpunkt. Auslöser sind dabei heiße Oberflächen und überhitzte Bauteile wie z.B. Elektroden von Zündkerzen, Auslassventile, scharfe, überhitze Kanten im Brennraum oder zu heiße Brennraumwände. Durch zu früh stattfindende Selbstentflammung steigen der Druck und die Temperatur im Brennraum noch mehr an, das auslösende Bauteil oder die Oberfläche erhitzt sich noch weiter. Im nächsten Zyklus tritt dann die Glühzündung noch früher auf und die Brennraumtemperatur steigt weiter. Oft ist diese irreguläre Verbrennung mit einem starken Klopfen verbunden. In der Endphase, in der die Selbstzündung ihren stationären Punkt findet, ist der Zündzeitpunkt so früh, dass kein Klopfen mehr erkennbar ist. Diese Glühzündung kann nicht durch Spätstellen des Zündwinkels verhindert werden.
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Durch die hohe thermische Belastung des Brennraumes kann es zu Schäden oder gar zur totalen Zerstörung des Kolbens, zum Abschmelzen der Elektroden der Zündkerze oder von Teilen der ohnehin hoch belasteten Auslassventile kommen.
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Um das Auftreten von Verbrennungsstörungen wie zum Beispiel klopfende Verbrennung zu vermeiden, wird in der Druckschrift
DE 10 2006 015 662 A1 vorgeschlagen, mittels sogenannter 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.
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Aus
EP 0 819 925 A2 ist ein Verfahren zur Erfassung einer Frühzündung an einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird ein Signal eines Klopfsensors in verschiedenen Zeitintervallen erfasst. Mit Hilfe des erfassten Signals des Klopfsensors wird erkannt, ob eine unnormale Vibration vorliegt. Zudem wird überprüft, ob die Frequenz der Zeitintervalle der unnormalen Vibration eine festgelegte Schwelle überschreitet. Ist dies der Fall, so wird eine Frühzündung erkannt.
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Aus
DE 10 234 252 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.
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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-Erfassungs-Einrichtung und der Einstellungseinrichtung zur Unterdrückung einer erfassten Vorentflammung durch Verstellung des Motorparameters vorgesehen.
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In der
DE 10 2007 024 415 B3 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Verdichtungstaktes des Zylinders während eines ersten Zeitintervalls im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine gemessen. Ferner wird ein Klopfsignal während eines Arbeitstaktes des Zylinders während eines zweiten Zeitintervalls im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine erfasst. 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.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die eine zuverlässige Erkennung von Glühzündungen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Erkennen einer Glühzündung bei einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der zusammen mit einem, mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolben einen Brennraum begrenzt, einem Brennraumdrucksensor zur Messung des Druckes in dem Brennraum, einem Kurbelwellenwinkelsensor, der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Signal liefert, einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine. Während eines Verdichtungstaktes der Verbrennungskraftmaschine wird an festgelegten Kurbelwellenwinkel innerhalb eines Auswertefensters Werte für den Brennraumdruck erfasst, aus den erfassten Werten für den Brennraumdruck wird ein gefilterter Druckwert ermittelt, zu den festgelegten Kurbelwellenwinkeln werden theoretische Druckwerte in dem Brennraum bestimmt, die sich einstellen würden, wenn keine Verbrennung in dem Brennraum stattfinden würde. Der Wert der Steigung zwischen zwei festgelegten Kurbelwellenwinkel für gefilterte Druckwerte wird ermittelt, der Wert der Steigung zwischen zwei festgelegten Kurbelwellenwinkel für theoretische Druckwerte wird ermittelt und daraus eine Differenz der Steigungswerte gebildet. Diese Differenz wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und bei Überschreiten des Schwellenwertes wird auf eine Glühzündung in dem Brennraum geschlossen.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung können auf einfache und kostengünstige Weise Glühzündungen sicher erkannt und Bauteile im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine wirksam vor thermischer Überbelastung geschützt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung der gemessenen Werte für den Brennraumdruck mittels einer gleitenden Mittelwertbildung. Durch eine solche Glättung wird verhindert, dass nicht zufällig ein geringerer Druckwert herangezogen wird, welcher durch Klopfen ausgelöst wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die theoretischen Druckwerte mittels eines thermodynamischen Modells berechnet, bei dem der Kurbelwellenwinkel, eine Kühlmitteltemperatur, eine Motoröltemperatur, ein Druckwert in einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine und die geometrischen Größen des Kurbeltriebes berücksichtigt werden. Alle Größen zur thermodynamischen Berechnung des Druckverlaufes sind ohnehin in der Steuerungseinrichtung vorhanden, so dass eine sehr einfache und kostenneutrale Möglichkeit gegeben ist, diesen Druckverlauf zu bestimmen.
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Werden die theoretischen Druckwerte nicht online bei jedem abgetasteten Kurbelwellenwinkel separat berechnet, sondern vorab ermittelt und in Kennfeldern eines Speichers der Steuerungseinrichtung abgelegt, so ergibt sich eine einfache Zuordnung, mit der Rechenkapazität in der Steuerungseinrichtung eingespart werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nicht schon bei einmaligem Überschreiten des Schwellenwertes auf eine Glühzündung geschlossen, sondern es wird ein Zählerstand eines in der Steuerungseinrichtung enthaltenen Zählers erhöht und bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für den Zählerstand auf eine Glühzündung in dem Brennraum geschlossen. Dadurch erhöht sich die Auswertesicherheit und einzelne Fehlinterpretationen von Messergebnissen aufgrund einer Vorentflammung können sicher vermieden werden.
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Da die Glühzündungen umso gefährlicher sind, je früher sie auftreten, (bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW vor dem regulären Zündzeitpunkt) wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überprüft, bei welchem Kurbelwellenwinkel die Differenz der Steigungen den Schwellenwert überschritten hat. Ist das Ereignis bei einem Kurbelwellenwinkel aufgetreten, der kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird der Zählerstand des Zählers schneller erhöht, beispielsweise um den Wert 2 inkrementiert, im Gegensatz zu einem Wert gleich 1, wenn das Ereignis zu einem späteren Kurbelwellenwinkel stattgefunden hat.
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Durch eine solche Gewichtung des Zeitpunktes des Auftreten der Glühzündung kann auf eine beschleunigte Temperaturerhöhung aufgrund der sehr früh auftretenden Glühzündung im Brennraum schneller reagiert werden, d.h. die temperatursenkenden Maßnahmen schneller eingeleitet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Maßnahmen zur Senkung der Temperatur im Brennraum das Einstellen eines fetten Luft-Kraftstoffgemisches, Schließen der Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine, Öffnen eines Wastegates eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine. Die lastsenkenden Maßnahmen können mit bereits in der Steuerungseinrichtung implementierten Verfahren durchgeführt werden, so dass sich kein zusätzlicher Aufwand an Komponenten oder Algorithmen nötig ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit einer zugehörigen Steuerungsvorrichtung,
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2 ein Diagramm, das verschiedene Druckverläufe in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine abhängig vom Kurbelwellenwinkel zeigt,
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3 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Erkennen von irregulären Verbrennungen bei einer Verbrennungskraftmaschine und
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4 eine Abwandlung des in 3 dargestellten Ablaufdiagrammes
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Eine Verbrennungskraftmaschine VBK (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 11, ferner ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit einem Kolben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Der Zylinder Z1 und der Kolben 24 begrenzen einen Brennraum 27.
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Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 30, einem Gasauslassventil 31 und entsprechende, nicht näher bezeichnete Ventilantriebe. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner eine Zündkerze 35, einen Brennraumdrucksensor 36, auch als Zylinderdrucksensor bezeichnet und ein Einspritzventil 34. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet sein, wie es in der 1 mit strichlinierter Darstellung gezeigt ist.
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Der Abgastrakt 4 umfasst einen Abgaskatalysator 40, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Stromaufwärts des Abgaskatalysators 40 ist eine Abgassonde 41 angeordnet.
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Eine Steuerungseinrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 6 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Verbrennungskraftmaschine VBK zugeordnet sind, und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an.
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Die Steuerungseinrichtung 6 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet werden.
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Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher einen Saugrohrdruck erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 17, der einen Öffnungswinkel der Drosselklappe 11 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel KW erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein Temperatursensor 23, der eine Öltemperatur TOIL erfasst, ein Temperatursensor 26, der eine Kühlmitteltemperatur TKW der Verbrennungskraftmaschine VBK erfasst, der Brennraumdrucksensor 36, der einen Druck im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine VBK erfasst und die Abgassonde 41, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1 bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Die Abgassonde 41 ist bevorzugt als lineare Lambdasonde ausgebildet und erzeugt so über einen weiten relevanten Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ein zu diesem proportionales Messsignal λ.
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Je nach Ausgestaltung kann eine Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
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Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34 und die Zündkerze 35.
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Neben dem Zylinder Z1 können auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen sein, denen dann auch entsprechende Sensoren und Stellglieder zugeordnet sind.
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Die Steuerungseinrichtung 6 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 61, die mit einem Programmspeicher 62 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 63 gekoppelt ist. Die Recheneinheit 61, der Programmspeicher 62 und der Wertespeicher 63 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 61 und dem Wertespeicher 63 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VBK nötig sind. Insbesondere ist ein Verfahren zur Erkennung von irregulären Verbrennungen implementiert, das während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine VBK von der Recheneinheit 61 abgearbeitet wird, wie es anhand der 2 bis 4 noch näher erläutert wird.
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Ferner ist die Recheneinheit 61 mit einem Zähler 65 zum Aufsummieren der Anzahl der auftretenden, irregulären Verbrennungen verbunden.
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In dem Wertespeicher 63 sind u.a. ein Schwellenwert für Brennraumdrucksteigungen ∆p_Zyl_SW, ein Schwellenwert für einen Zählerstand n_count_SW des Zählers 65, ein Start- und Endewert, ausgedrückt in Kurbelwinkeln, die ein Auswertefenster KW_AWF zur Bestimmung von Glühzündungen festlegen und ein Schwellenwert KW_SW für einen Kurbelwellenwinkel abgelegt. deren Bedeutungen anhand der 2 bis 4 noch näher erläutert werden. Außerdem werden in dem Wertespeicher 63 Werte für ermittelte Brennraumdrucksteigungen p_Zyl_mess zwischengespeichert, um später weiterverarbeitet zu werden.
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In der 2 sind verschiedene Verläufe des Brennraumdruckes p_Zyl, oft auch vereinfacht als Zylinderdruck bezeichnet, abhängig vom Kurbelwellenwinkel KW [°] dargestellt. Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_reg ist ein typischer Druckverlauf eingezeichnet, wie er sich bei einer regulären Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches einstellt. Unter regulärer Verbrennung ist in diesem Zusammenhang eine Verbrennung zu verstehen, die ausschließlich durch einen Zündfunken der Zündkerze initiiert wird, und bei der keinerlei Klopfen, Vorentflammungen oder Glühzündungen auftreten. Die Lage des Zündzeitpunktes ist abhängig von der Last und der Drehzahl und ist mit dem Bezugszeichen ZZP gekennzeichnet. Er liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 5°KW Kurbelwellenwinkel vor dem ZOT (Oberen Totpunkt Zündung). Bei regulärer Verbrennung liegt der Spitzendruck bei ca. 20°KW Kurbelwellenwinkel nach dem ZOT.
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Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_mess ist der mittels des Brennraumdrucksensors 36 erfasste Brennraumdruck gekennzeichnet, der sich bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VBK einstellt, wenn irreguläre Verbrennungen auftreten.
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Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_calc ist in der 2 eine thermodynamisch berechnete Kurve des Brennraumdruckes ohne Verbrennung gekennzeichnet. Der Maximalwert des Druckes tritt dabei genau am Oberen Totpunkt Zündung ZOT auf. Der thermodynamisch berechnete Brennraumdruckverlauf ohne Verbrennung p_Zyl_calc ist ein rein theoretischer Verlauf, zu dessen Berechnung insbesondere der Kurbelwellenwinkel KW, die Kühlmitteltemperatur TKW, die Öltemperatut T_OIL und der Saugrohrdruck p_saug in der Verdichtungsphase herangezogen werden.
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In der 2 ist weiterhin mit dem Bezugszeichen ZV der Zündverzug gekennzeichnet. Der Zündverzug ZV ist die Zeitspanne zwischen Zündzeitpunkt ZZP, also dem Zeitpunkt des Abschaltens des Primärzündspulenstromes, womit umgehend der Zündfunke und damit die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches initiiert wird und dem Zeitpunkt des Verbrennungsbeginn ZRV der regulären Verbrennung.
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Die mit dem Bezugszeichen KF_AWF gekennzeichnete Winkelspanne legt ein Auswertefenster fest, innerhalb dessen die Erkennung von Glühzündungen sinnvoll ist. In diesem Beispiel liegt die untere Grenze des Auswertefenster KW_AWF bei –60°KW bezogen auf den ZOT und die obere Grenze des Auswertefensters KW_AWF liegt bei 10° KW, ebenfalls bezogen auf den ZOT. Dieser Wert fällt hier mit dem Zeitpunkt ZRV, also dem Beginn der regulären Verbrennung zusammen.
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In der 2 sind innerhalb des Auswertefensters KW_AWF sowohl für die gemessene Brennraumdruckkurve p_Zyl_mess als auch für die berechnete Brennraumdruckkurve p_Zyl_calc jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten die zugehörigen Steigungen ∆p_Zyl_mess bzw. ∆p_Zyl_calc eingetragen.
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Mathematisch betrachtet ist dies die Steigung der Sekante durch die zwei Abtastpunkte und wird auch als Differenzenquotient bezeichnet.
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Die Anzahl der zu bildenden Steigungen und der Abstand der Abtastwerte, ausgedrückt in °KW sind frei wählbar. In diesem Beispiel erfolgt die Abtastung alle 10°KW. Exemplarisch sind jeweils drei Steigungen eingezeichnet, nämlich eine erste zwischen –60°KW und –50°KW, eine zweite zwischen –40°KW und –30°KW und eine dritte zwischen –30°KW und –20°KW.
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Die Steigungen zwischen benachbarten Abtastwerten geben in erster Näherung die Steigung des Brennraumdruckverlaufes wieder. Je näher die Abtastwerte beieinander liegen, desto genauer wird der Kurvenverlauf angenähert. Fallen die beiden Abtastwerte zusammen, so erhält man als Grenzfall die Tangente an diesem Punkt der Kurve.
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Im nachfolgenden wird anhand der 3 und 4 das Verfahren zum Erkennen von Glühzündungen näher erläutert.
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In einem Schritt S1 wird das Verfahren gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert und Zählerstände zurückgesetzt werden. Der erstmalige Durchlauf des Verfahrens erfolgt bevorzugt zeitnah zu einem Start der Verbrennungskraftmaschine und kann anschließend in bestimmten zeitlichen Abständen periodisch aufgerufen worden.
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In einem Schritt S2 wird abgefragt, ob bestimmte Freigabebedingungen zur Durchführung des Verfahrens erfüllt sind.
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Wie Eingangs bereits erwähnt, tritt Glühzündung nur auf, wenn Temperaturen von Bauteilen im Brennraum, wie Zündkerze, Auslassventil, Kolbenboden oder Quetschkanten im Zylinderkopf lokal die Selbstentzündungstemperatur des eingespritzten Kraftstoffes überschreiten. Typische Werte für solche Temperaturen liegen abhängig von der Qualität des Kraftstoffes bei ca. 1100–1200 °C. Das Verfahren muss also durchgeführt werden, wenn zu erwarten ist, dass diese Temperaturen aufgrund des momentanen Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine VBK erreicht werden. Als Indiz hierfür kann ein oder bevorzugt mehrere der Parameter Kühlmitteltemperatur TKW, Öltemperatur TOIL, Laufzeit der Verbrennungskraftmaschine VBK seit dem letzten Start, Drehzahl, Lastgrößen wie Saugrohrdruck, Luftmassenstrom, Drosselklappenstellung herangezogen und mit zugehörigen Schwellenwerten verglichen werden.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine VBK beispielsweise mit kleiner Last und Drehzahl betrieben, so sind die Freigabebedingungen nicht erfüllt und es wird, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer TWAIT (Schritt S3), die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
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Ergibt die Abfrage in Schritt S2, dass mindestens einer der Schwellenwerte überschritten wird, so wird das Verfahren in einem Schritt S4 fortgesetzt. Der aktuelle Wert des Kurbelwellenwinkels KW wird mit Hilfe des Kurbelwellenwinkelsensors 22 erfasst und anschließend überprüft, ob dieser Wert KW innerhalb des festgelegten Auswertefensters KW_AWF liegt (vgl. 2). Ist das nicht der Fall, so erfolgt ein Rücksprung zum Schritt S2.
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Liegt der aktuelle Kurbelwellenwinkel KW in dem Auswertefenster KW_AWF, so werden in einem Schritt S5 für festgelegte Kurbelwellenwinkel KW, in diesem Beispiel alle 10°KW die dabei auftretenden Brennraumdrücke p_Zyl_mess mit Hilfe des Brennraumdrucksensors 36 erfasst. Je nach Art des verwendeten Brennraumdrucksensors 36 kann eine Korrektur des gelieferten Rohsignales nötig sein. Bei einem piezoelektrischen Druckaufnehmer besteht beispielsweise das Problem des Thermoschock-Verhaltens, d. h. wenn das Sensorelement heiß wird, dann tritt eine Ladungsverschiebung innerhalb des Quarzes ein und dadurch wird ein falscher Wert für den Druck ermittelt. Deshalb erfolgt in einem Schritt S6 eine Offset-Korrektur des vom Brennraumdrucksensor 36 gelieferten Signals p_Zyl_mess nach einer bekannten Weise. Beispielsweise kann das Drucksignal p_Zyl_mess während der Ansaugphase der Verbrennungskraftmaschine VBK, also wenn noch keine Verbrennung stattfindet, mit dem Signal des Saugrohrsensors 16 plausibilisiert und dadurch ein Korrektursignal erhalten werden.
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Außerdem werden in dem Schritt S6 die ermittelten Druckwerte p_Zyl_mess einer Filterung, beispielsweise einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen, um nicht zufällig einen geringeren Druckwert, welcher durch Klopfen ausgelöst wird, zu erhalten. Dieser Wert ist als p_Zyl_mess_MW bezeichnet.
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In einem Schritt S6´ wird aus den im Schritt S6 erhaltenen Werten die Steigung p_Zyl_mess zwischen zwei benachbarten Abtastwerten berechnet.
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Parallel zur Erfassung, Korrektur und Filterung der gemessenen Brennraumdrucksignale in den Schritten S5 und S6, sowie der Berechnung der Steigung ∆p_Zyl_mess aus gemessenen Brennraumdruckwerten in Schritt S6´ wird in einem Schritt S7 der Verlauf des Brennraumdruckes, wie er sich ohne Verbrennung einstellen würde, thermodynamisch berechnet. In die Berechnung dieses theoretischen Druckverlaufes p_Zyl_calc abhängig von dem Kurbelwellenwinkel KW fließen neben geometrischen Größen des Kurbeltriebes wie Hubraum, Verdichtungsverhältnis, die Kühlmitteltemperatur TKW, die Öltemperatur TOIL, der Saugrohrdruck p_saug und der Polytropenkoeffizient ein.
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Neben einer solchen Online-Berechnung des Druckverlaufes p_Zyl_calc ohne Verbrennung in der Recheneinheit 61 der Steuerungseinrichtung 6 für jeden abgetasteten Kurbelwellenwinkel KW innerhalb des Auswertefensters KW_AW kann dieser Druckverlauf p_Zyl_calc auch vorab für verschiedene Parameterkonstellationen berechnet und in Kennfeldern KF_p_Zyl_calc des Wertespeichers 63 der Steuerungseinrichtung 6 abgelegt werden.
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In einem Schritt S7´ wird aus den im Schritt S7 erhaltenen Werten die Steigung p_Zyl_mess zwischen zwei benachbarten Abtastwerten berechnet.
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In einem nachfolgenden Schritt S8 werden die in den Schritten S6´und s7`berechneten Werte für die Steigungen miteinander verglichen. Dazu wird die Differenz ∆p_Zyl zwischen dem Wert der Steigung aus gemessenen Brennraumdrücken ∆p_Zyl_mess und der Steigung aus berechneten Brennraumdrücken ∆p_Zyl_calc gebildet.
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Anschließend wird in einem Schritt S9 überprüft, ob dieser Wert der Differenz ∆p_Zyl einen vorgegebenen Schwellenwert ∆p_Zyl_SW überschreitet. Der Schwellenwert ∆p_Zyl_SW wird experimentell ermittelt und ist in dem Wertespeicher 63 abgelegt.
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Ergibt die Abfrage in Schritt S9 ein negatives Ergebnis (nein) so bedeutet dies, dass keine irreguläre Verbrennung aufgetreten ist und das Verfahren wird erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
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Ist die Bedingung des Schrittes S9 erfüllt, so wird auf eine irreguläre Verbrennung geschlossen und in einem Schritt S10 der Zählerstand n_count des in der Steuerungseinrichtung 6 enthaltenden und die Anzahl der irregulären Verbrennungen aufsummierenden Zählers 65 um den Wert 1 erhöht.
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In einem anschließenden Schritt S11 wird abgefragt, ob der Zählerstand n_count einen vorgegeben Schwellenwert n_count_SW überschritten hat. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S12 auf das Auftreten von Glühzündungen erkannt und es werden Maßnahmen eingeleitet, die eine Herabsetzung der Brennraumtemperatur zur Folge haben. Beispielsweise kann ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch eingestellt werden, um eine Kühlung innerhalb des Brennraumes zu erreichen. Eine Reduzierung der Last, beispielsweise durch Schließen der Drosselklappe, Abstellen der Kraftstoffzufuhr oder Öffnen eines Wastegates bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine führt ebenfalls zu einer Verringerung der Temperatur im Brennraum.
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Sind diese Maßnahmen eingeleitet, so wird das Verfahren in einem Schritt S13 beendet.
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Da die Glühzündungen umso gefährlicher sind, je früher sie auftreten, (bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW vor dem regulären Zündzeitpunkt), ist in der 4 eine Abwandlung des anhand der 3 beschriebenen Verfahrensablaufes gezeigt, welches diese Tatsache berücksichtigt.
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Hierzu ist das Verfahren nach 3 um zwei weitere Schritte S9A und S10A ergänzt, die in der zeitlichen Abarbeitung des Verfahrens zwischen den Schritten S9 und S10 zusätzlich ausgeführt werden. Die restlichen Schritte des Verfahrens nach der 4 sind identisch mit den entsprechenden Schritten der 3.
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Wurde in dem Schritt S9 festgestellt, dass die Differenz der Steigungswerte ∆p_Zyl den Schwellenwert ∆p_Zyl_SW überschritten hat, wird in dem Schritt S9A überprüft, ob der hohe Steigungswert bei einem Kurbelwellenwinkel KW aufgetreten ist, der kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert KW_SW. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in dem bereits beschriebenen Schritt S10 fortgesetzt.
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Ergibt die Abfrage, dass der der hohe Steigungswert schon sehr früh, d.h. bei einem Kurbelwellenwinkel KW kleiner als der Schwellenwert KW_SW aufgetreten ist, so wird in dem Schritt S10A der Zählerstand n_count nicht wie bei dem Verfahren nach 3 um den Wert 1 inkrementiert, sondern um einen Wert größer 1 erhöht. Dadurch wird der Schwellenwert n_count_SW schneller erreicht und die Maßnahmen zur Temperaturabsenkung greifen früher ein. Durch eine solche Gewichtung der Kurbelwellenwinkel, bei denen die Glühzündungen auftreten, können die thermisch belasteten Bauteile in dem Brennraum besser geschützt werden.
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Anschließend wird das Verfahren wie anhand der 3 bereits beschrieben, mit dem Schritt S11 fortgesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ansaugtrakt
- 11
- Drosselklappe
- 13
- Saugrohr, Einlasskanal
- 14
- Luftmassenmesser
- 15
- Temperatursensor für Ansaugluft
- 16
- Saugrohrdrucksensor
- 17
- Drosselklappenstellungssensor
- 2
- Motorblock
- 21
- Kurbelwelle
- 22
- Kurbelwellenwinkelsensor
- 23
- Öltemperatursensor
- 24
- Kolben
- 25
- Pleuelstange
- 26
- Kühlmitteltemperatursensor
- 27
- Brennraum
- 3
- Zylinderkopf
- 30
- Gaseinlassventil
- 31
- Gasauslassventil
- 34
- Einspritzventil
- 35
- Zündkerze
- 36
- Brennraumdrucksensor
- 4
- Abgastrakt
- 40
- Abgaskatalysator
- 41
- Abgassonde
- 6
- Steuerungseinrichtung
- 61
- Recheneinheit, Prozessor
- 62
- Programmspeicher
- 63
- Wertespeicher, Datenspeicher
- 65
- Zähler
- 7
- Fahrpedal
- 71
- Pedalstellungsgeber
- p_saug
- Saugrohrdruck
- p_Zyl
- Brennraumdruck
- p_Zyl_mess
- gemessener Brennraumdruck
- p_Zyl_mess_MW
- Mittelwert Brennraumdruck
- p_Zyl_calc
- berechneter Brennraumdruck
- p_Zyl_reg
- regulärer Brennraumdruckverlauf ohne Glühzün
- dung
-
- ∆p_Zyl_mess
- Steigung aus gemessenen Brennraumdruckwerten
- ∆p_Zyl_calc
- Steigung aus berechneten Brennraumdruckwerten
- ∆p_Zyl
- Differenz zwischen Steigungswerten
- ∆p_Zyl_SW
- Schwellenwert für Steigung
- KF_p_Zyl_calc
- Kennfeld berechneter Druckverlauf
- KW
- Kurbelwellenwinkel in Grad
- KW_SW
- Schwellenwert für Kurbelwellenwinkel
- KW_AWF
- Auswertefenster für Glühzündung
- λ
- Luftverhältnis
- N
- Drehzahl
- n_count_SW
- Schwellenwert für Zähler Anzahl der irregulären Verbrennungen,
- S1–S13
- Verfahrensschritte
- TKW
- Kühlmitteltemperatur
- TOIL
- Öltemperatur
- TWAIT
- Wartezeitdauer
- VBK
- Verbrennungskraftmaschine
- Z1–Z4
- Zylinder
- ZZP
- Zündzeitpunkt
- ZV
- Zündverzug
- ZOT
- oberer Totpunkt Zündung
- ZRV
- Beginn der regulären Verbrennung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015662 A1 [0005]
- EP 0819925 A2 [0006]
- DE 10234252 A1 [0007]
- DE 19859310 A1 [0008]
- DE 102007024415 B3 [0009]
