DE102016100194B4 - System und Verfahren zur Vorhersage und Verhinderung von Vorentflammung - Google Patents

System und Verfahren zur Vorhersage und Verhinderung von Vorentflammung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor (ICE), wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Bereitstellen eines ICE, wobei der ICE einen Brennraum mit einem Auslass aufweist;Bereitstellen eines Kohlenwasserstoffsensors (HC-Sensors), der mit dem Brennraum in Verbindung steht, wobei der HC-Sensor zum Detektieren eines im Brennraum erzeugten Abgas-HC-Gehalts betreibbar ist;Erfassen eines HC-Gehalts vom Brennraum für einen gegebenen Verbrennungszyklus i (HCi) während des Betriebs des ICE unter Verwendung des HC-Sensors;Vergleichen des HCi-Gehalts für den gegebenen Verbrennungszyklus i mit einem Bezugs-HC-Gehalt (HCref); undDurchführen einer Vorentflammungsgegenmaßnahme vor einem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus (i+1), wenn bestimmt wird, dass HCigrößer gleich HCrefist (HCi≥ HCref), wobei die durchgeführte Vorentflammungsgegenmaßnahme das Auftreten einer Vorentflammung in dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i+1 des ICE verhindert.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Vorhersage und Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor und insbesondere zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor unter Verwendung von einem oder mehreren Kohlenwasserstoffgehalten aus einem Brennraum des Verbrennungsmotors.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Der Bedarf an Kraftfahrzeugen mit verbesserter Kraftstoffökonomie ist bekannt. Somit werden derzeit verkleinerte Motoren mit mechanischen Ladern entwickelt, um bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der von den Kunden gewünschten Motorleistung eine verbesserte Kraftstoffökonomie bereitzustellen. Solche verkleinerten Motoren weisen bekanntermaßen bei niedrigen Drehzahlen relativ hohe Drücke auf, wobei Vorentflammung bei niedriger Drehzahl (LSPI - low speed pre-ignition) ein Problem ist, das derzeit eine weitere Verkleinerung und verbesserte Kraftstoffökonomie verhindert. Somit wären ein System und ein Verfahren wünschenswert, die Vorentflammung, insbesondere LSPI, vorhersagen und ihr Auftreten verhindern.
  • Die US 2011 / 0 213 538 A1 offenbart ein Verfahren zum Verhindern eines Vorzündungsereignisses in einem Ottomotor. Ziel ist dabei das Verhindern von Vorentflammung im Bereich kleiner Drehzahlen. Hierzu wird die Erkenntnis genutzt, dass Druckschwankungen im Kurbelwellengehäuse auf Ablagerungen von Öl im Brennraum hinweisen, welche üblicherweise Vorentflammungsereignisse vorhergehen. Dementsprechend wir der Druck im Kurbelgehäuse gemessen, eine Vorentflammung vorhergesagt und vor dem Eintreten der Vorentflammung in den darauffolgenden Zyklen geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen.
  • Die US 5 093 792 A offenbart eine Verbrennungsvorhersage für eine Brennkraftmaschine. Ziel ist dabei die Vorhersage von Verbrennungsanomalien. Hierzu erfolgt auf Basis einer Zylinderdruckmessung in vergangenen Verbrennungszyklen und einer Auswertung mittels eines neuronalen Netzes eine Vorhersage von künftigen Verbrennungsanomalien, insbesondere von klopfender Verbrennung.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ein Verfahren und ein System zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor (ICE - internal combustion engine) bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines ICE, der einen Brennraum und einen Auslass aufweist. Des Weiteren wird ein Kohlenwasserstoffsensor (HC-Sensor, HC - hydro-carbon) bereitgestellt, der mit dem Brennraum in Verbindung steht. In einigen Fällen ist der HC-Sensor ein Gesamtkohlenwasserstoffsensor (THC-Sensor, THC - total hydro-carbon), der mit dem Brennraum in Verbindung steht. Der HC-Sensor ist zum Detektieren eines Gehalts eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe in einem verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch (im Folgenden ‚verbranntes Gas‘) in dem Brennraum betreibbar. Falls der HC-Sensor ein THC-Sensor ist, soll der THC-Sensor einen THC-Gehalt eines im Brennraum verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisches (im Folgenden ‚verbranntes Gas‘) detektieren.
  • Ferner umfasst das Verfahren Erfassen eines oder mehrerer HC-Gehalte des verbrannten Gases, auch einfach als der ‚HC-Gehalt‘ oder ‚THC-Gehalt‘, wenn ein THC-Sensor eingesetzt wird, bezeichnet, für einen gegebenen Verbrennungszyklus i während des Betriebs des ICE. Der HC-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus i wird mit einem Bezugs-HC-Gehalt verglichen, und falls der HC-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus i grösser gleich dem Bezugs-HC-Gehalt ist, wird vor einem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 eine Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt. Ferner verhindert die durchgeführte Vorentflammungsgegenmaßnahme das Auftreten von Vorentflammung in dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 des ICE und in einigen Fällen dem folgenden Verbrennungszyklus i + 2, dem nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 3 usw.
  • Der HC-Sensor kann im Auslass des ICE oder als Alternative im Brennraum positioniert sein. Darüber hinaus kann die Vorentflammungsgegenmaßnahme Kraftstoffanreicherung eines in den Brennraum eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder Änderung des Zeitpunkts des Einspritzens eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennraum und/oder Änderung des Zeitpunkts des Auslösens eines Funkens im Brennraum und/oder Änderung des Luftstroms der in den Brennraum eingespritzten Luft und/oder Einspritzen eines Unterdrückungsmittels/-fluids, das die Vorentflammung unterdrückt, sein. In einigen Fällen ist die Wahl der mindestens einen der Vorentflammungsgegenmaßnahmen davon abhängig, um wieviel grösser der HC-Gehalt oder THC-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus i als der Bezugs-HC-Gehalt oder der Bezugs-THC-Gehalt ist.
  • Der Bezugs-HC- oder -THC-Gehalt kann ein voreingestellter HC- bzw. THC-Bezugswert sein, der sich gegebenenfalls als Funktion der Zeit ändert. Bei einer Ausführungsform ändert sich der HC- oder THC-Bezugswert als Funktion von Betriebsmustern für den ICE, zum Beispiel als Funktion von Fahrergewohnheiten bei einem den ICE enthaltenden Kraftfahrzeug.
  • Es versteht sich, dass der ICE mehrere Brennräume haben kann und der HC- oder THC-Sensor ein Gesamt-HC- bzw. -THC-Sensor sein kann, der zum Messen von HC- oder THC-Gehalten für jeden der mehreren Brennräume betreibbar ist. Anders ausgedrückt, ein einziger HC- oder THC-Sensor misst HC- bzw. THC-Gehalte von jedem der mehreren Brennräume. In einigen Fällen wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme an einem bestimmten Brennraum durchgeführt, bei dem der HC- oder THC-Sensor einen HC- bzw. THC-Gehalt detektiert, der grösser gleich dem Bezugs-HC- oder -THC-Gehalt ist. In anderen Fällen wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme an einem Teilsatz der mehreren Brennräume durchgeführt, der einen bestimmten Brennraum umfasst, bei dem der HC- oder THC-Sensor einen HC- oder THC-Gehalt detektiert, der grösser gleich dem HC- bzw. THC-Bezugsgehalt ist. In noch anderen Fällen wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme an allen der mehreren Brennräume durchgeführt.
  • Das System zur Verhinderung von Vorentflammung im ICE enthält ein Kraftstoff- und/oder Kraftstoff-Luft-Einspritzsystem, das zum Einspritzen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum betreibbar ist, und ein Auslasssystem, das dazu betreibbar ist, Abgas aus dem Brennraum abzuführen und zu einem Ausgang zu leiten. Weiterhin weist der ICE ein Luftstromsystem auf, das Luftstrom in den Brennraum gewährleistet. Wahlweise kann der ICE ein Funkenauslösungssystem enthalten, das einen oder mehrere Funken in jedem Brennraum zu einem gewünschten Zeitpunkt auslöst.
  • Der mit dem Brennraum in Verbindung stehende HC- oder THC-Sensor ist dahingehend betreibbar, einen HC- oder THC-Gehalt von dem Brennraum für mindestens einen Verbrennungszyklus i davon zu detektieren. Es ist eine Motorsteuereinheit (ECU - engine control unit) vorgesehen, die mit dem Kraftstoff-Luft-Einspritzsystem, dem Luftstromsystem und/oder dem Funkenauslösungssystem in Verbindung steht. Darüber hinaus ist die ECU dahingehend betreibbar, mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme vor einem nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 einzuleiten, wenn der HC- oder THC-Sensor einen Abgas-HC- bzw. -THC-Gehalt in einem unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus i detektiert, der grösser gleich einem voreingestellten HC- bzw. THC-Bezugswert ist. Das Einleiten und Durchführen der Vorentflammungsgegenmaßnahme verhindert die Vorentflammung in dem Brennraum während des nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1. Es versteht sich, dass der Brennraum ohne Einleiten und Durchführen der mindestens einen Vorentflammungsgegenmaßnahme ein Vorentflammungsereignis aufweist. In einigen Fällen ist der ICE ein verkleinerter Motor mit Turboaufladung oder mechanischer Aufladung und verhindert die durch die ECU eingeleitete mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme Vorentflammung bei niedriger Drehzahl durch den verkleinerten Motor.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform;
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer anderen hierin offenbarten Ausführungsform;
    • 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
    • 4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Systems gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform;
    • 5 ist eine schematische Darstellung einer Motorsteuereinheit (ECU), die mit einem HC- oder THC-Sensor, einem Kraftstoffeinspritzsystem, einem Luftstromsystem und einem Funkenauslösungssystem in Verbindung steht;
    • 6 ist eine graphische Darstellung eines Funkenereignisses, Auslassereignisses, THC-Gehalts und Zylinderdrucks als Funktion von Kurbelstellung für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor; und
    • 7 ist eine andere graphische Darstellung eines Funkenereignisses, Auslassereignisses, THC-Gehalts und Zylinderdrucks als Funktion von Kurbelstellung für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ein Verfahren und ein System zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor (ICE) bereitgestellt. Das Verfahren und das System verwenden einen Kohlenwasserstoffsensor (HC-Sensor) zur Bestimmung eines Werts eines oder mehrerer HC-Gehalte von in einem Brennraum eines ICE erzeugtem verbranntem Gas für einen gegebenen Verbrennungszyklus i. In einigen Fällen ist der HC-Sensor ein Gesamtkohlenwasserstoffsensor (THC-Sensor), der einen THC-Gehalt von in einem Brennraum des ICE erzeugtem verbranntem Gas für den gegebenen Verbrennungszyklus i bestimmt.
  • Der HC-Gehalt oder THC-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus i wird mit einem Bezugs-HC-Gehalt (HCref) bzw. Bezugs-THC-Gehalt (THCref) verglichen. Wenn der HC-Gehalt oder THC-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus i grösser gleich HCref bzw. THCref ist, wird vor einen unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 eine Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt, und die durchgeführte Vorentflammungsgegenmaßnahme verhindert das Auftreten von Vorentflammung in dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 des ICE. Auf diese Weise wird Vorentflammung vor dem Auftreten verhindert, statt des Versuchs, zukünftige Vorentflammungsereignisse zu stoppen, nachdem ein anfängliches Vorentflammungsereignis aufgetreten ist, wie bei Verfahren und Systemen nach dem Stand der Technik.
  • Das Verfahren und das System umfassen beide einen ICE mit einem Brennraum und in einigen Fällen mehreren Brennräumen. Der Brennraum oder die mehreren Brennräume weisen einen Auslass auf, der zum Hindurchströmen von verbranntem Gas aus dem Brennraum zu einem Ausgang betreibbar ist. Ein HC-Sensor oder ein THC-Sensor steht mit dem Brennraum in Verbindung und ist dahingehend betreibbar, den Gehalt einer oder mehrerer HCs bzw. den THC-Gehalt, der im Brennraum erzeugt wird, zu detektieren. Der HC-Sensor oder THC-Sensor kann sich in einer Hauptabgasleitung oder als Alternative in einem einzigen Krümmerrohr eines Auslasskrümmers oder einem einzigen Austrittsweg eines Auslasskrümmers befinden. Der HC-Sensor oder THC-Sensor kann sich auch in einem Brennraum eines mehrerer Brennräume befinden. Des Weiteren können mehr als ein HC-Sensor oder THC-Sensor enthalten sein und sich in einem Teilsatz von Krümmerrohren in einem Auslasskrümmer, allen der Krümmerrohre in einem Auslasskrümmer, in einem Teilsatz mehrerer der Brennräume und/oder allen mehrerer Brennräume befinden.
  • Der HC-Sensor oder THC-Sensor erfasst den HC-Gehalt bzw. THC-Gehalt von dem einen oder den mehreren Brennräumen für einen gegebenen Verbrennungszyklus i während des Betriebs des ICE. In einigen Fällen und in dem Fall, dass der ICE mehrere Brennräume hat, kann der HC-Sensor oder THC-Sensor HC- bzw. THC-Gehalte für jeden Brennraum detektieren. Darüber hinaus wird der HC- oder THC-Gehalt für jeden Brennraum und für einen gegebenen Verbrennungszyklus i mit HCref bzw. THCref verglichen, und falls der HC- oder THC-Gehalt grösser gleich HCref bzw. THCref ist, kann vor einem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 eine Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt werden. In einigen Fällen wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme in Bezug auf einen einzigen Brennraum durchgeführt, in dem ein hoher HC-Gehalt oder THC-Gehalt erfasst oder gemessen wurde. In anderen Fällen wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme in Bezug auf einen Teilsatz von Brennräumen durchgeführt, die einen Brennraum mit einem hohen HC- oder THC-Gehalt enthalten. Bei noch einer anderen Alternative wird die Vorentflammungsgegenmaßnahme für alle der Brennräume durchgeführt.
  • Es kann jegliche Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt werden, die das Auftreten einer Vorentflammung in einem gegebenen Brennraum verhindert. Beispielhafte Vorentflammungsgegenmaßnahmen umfassen Kraftstoffanreicherung eines in den Brennraum eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches, Änderung des Zeitpunkts des Einspritzens eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennraum, Änderung des Zeitpunkts des Auslösens eines Funkens im Brennraum, Änderung des Luftstroms der in den Brennraum eingespritzten Luft und Einspritzen eines Unterdrückungsmittels/-fluids, das die Vorentflammung im Brennraum unterdrückt.
  • Die Wahl einer oder mehrerer Vorentflammungsgegenmaßnahmen kann von dem erfassten oder gemessenen HC- oder THC-Gehalt abhängig sein. Anders ausgedrückt, in Abhängigkeit davon, um wieviel grösser ein erfasster oder gemessener HC-Gehalt oder THC-Gehalt als HCref bzw. THCref ist, wird eine bestimmte Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt oder werden als Alternative dazu mehr als eine gewünschte Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt.
  • Der HCref oder THCref kann ein voreingestellter Wert sein, der sich nicht mit der Zeit ändert. Als Alternative dazu kann sich der HCref bzw. THCref als Funktion der Zeit ändern, zum Beispiel als eine Funktion von Betriebsmustern für den ICE.
  • Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Verhinderung von Vorentflammung in einem ICE bei der Bezugszahl 10 allgemein gezeigt. Das Verfahren 10 umfasst Bereitstellen eines ICE mit einem THC-Sensor bei Schritt 100 und Betreiben des ICE bei Schritt 110. Der THC-Sensor bestimmt den THC-Gehalt für einen gegebenen Verbrennungszyklus i (THCi) bei Schritt 120, und bei Schritt 130 wird ein Vergleich von THCi mit einem Bezugs-THC-Wert (THCref) durchgeführt. Wenn THCi nicht grösser gleich THCref ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 120 zurück und wiederholt sich. Als Alternative wird, wenn bei Schritt 130 bestimmt wird, dass THCi grösser gleich THCref ist, dann bei Schritt 140 vor oder während des i + 1 Verbrennungszyklus eine Vorentflammungsgegenmaßnahme durchgeführt. Es versteht sich, dass die Durchführung der Vorentflammungsgegenmaßnahme bei Schritt 140 eine Vorentflammung während des Verbrennungszyklus i + 1 verhindert. Nach der Durchführung der Vorentflammungsgegenmaßnahme kehrt das Verfahren zu Schritt 120 zurück, wo der THC-Sensor den THC-Wert für nachfolgende Verbrennungszyklen bestimmt. Es versteht sich, dass der THC-Sensor THC-Gehalte für einen Brennraum während des Betriebs des ICE kontinuierlich überwachen kann. Darüber hinaus versteht sich, dass der THC-Sensor ein HC-Sensor sein kann, der HCi bestimmt, der mit HCref verglichen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird ein anderes Verfahren gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform bei Bezugszahl 12 allgemein gezeigt. Dieses Verfahren umfasst Bereitstellen eines ICE mit dem THC-Sensor bei Schritt 100, der ICE weist jedoch mehrere Brennräume auf. Bei Schritt 110 wird der ICE betrieben, und bei Schritt 122 wird der THC-Gehalt für einen gegebenen Verbrennungszyklus i und einen gegebenen Zylinder j (THCi,j) bestimmt. Bei Schritt 132 wird ein Vergleich von THCi,j mit THCref durchgeführt. Wenn THCi,j nicht grösser gleich THCref ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 122 zurück. Es versteht sich, dass der THC-Sensor den THC-Gehalt für jeden der Zylinder des ICE während jedes gegebenen Verbrennungszyklus bestimmen kann und dies auch tut. Darüber hinaus versteht sich, dass der THC-Sensor ein HC-Sensor sein kann, der HCi,j bestimmt, der mit HCref verglichen wird.
  • Falls der THCi,j grösser gleich THCref ist, wird bei Schritt 142 vor und/oder während des naechsten Verbrennungszyklus i + 1 eine Vorentflammungsgegenmaßnahme für den gegebenen Zylinder j durchgeführt. Nach der Durchführung der Vorentflammungsgegenmaßnahme kehrt das Verfahren zu Schritt 122 zurück, wo der THC-Sensor weiter THC-Gehalte für einen oder mehrere Zylinder in nachfolgenden Verbrennungszyklen bestimmt. Die Durchführung der Vorentflammungsgegenmaßnahme für den gegebenen Zylinder j verhindert Vorentflammung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 und in einigen Fällen dem folgenden Verbrennungszyklus i + 2, dem nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 3 usw.
  • In Bezug auf ein System, das Vorentflammung verhindert, stellt 3 eine Ausführungsform eines ICE gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform bei Bezugszahl 20 bereit. Das System 20 enthält einen verkleinerten ICE 200 mit mehreren Zylindern 202 in einem Zylinderblock 203. Es versteht sich, dass (nicht gezeigte) Kolben in den Zylindern 202 nach oben und nach unten gleiten, wie dem Fachmann bekannt ist. Das System 20 enthält einen Kraftstofftank 210 und ein Kraftstoffversorgungssystem 212, das jedem der Zylinder 202 Kraftstoff zuführt. Das Kraftstoffversorgungssystem 212 kann ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einzelnen Kraftstoffeinspritzdüsen 214 sein, die die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 202 bereitstellen. In einigen Fällen kann es sich bei den Kraftstoffeinspritzdüsen 214 um Direkteinspritzdüsen handeln.
  • Das System 20 enthält auch ein Lufteinlasssystem 220 und wahlweise einen mechanischen Lader oder Turbolader 230. Natürlich kann das Lufteinlasssystem 220 durchströmende Luft durch ein oder mehrere (nicht gezeigte) Ventile in jeden der Zylinder 202 strömen. Des Weiteren kann die Luft durch den mechanischen Lader oder Turbolader 230 aufgeladen werden. Ferner enthält das System ein Auslasssystem 240 mit Abgaskrümmerrohren 242 von jedem der Zylinder 202, die das Leiten von Abgas aus den Zylindern zu einer Hauptabgasleitung 245 gestatten. Des Weiteren kann das System 20 gegebenenfalls Funkenauslösungsvorrichtungen 250, zum Beispiel Zündkerzen, enthalten. Anders ausgedrückt, der ICE 200 kann ein benzinbetriebener Motor, ein Motor, der Ethanolbeimischungen oder verdichtetes Erdgas (CNG) usw. verwendet, oder als Alternative dazu ein Kompressionszündungs- oder Dieselmotor sein.
  • Mindestens ein THC-Sensor ist auf einer Auslassseite der mehreren Zylinder 202 positioniert. In einigen Fällen enthält jeder der Auslasskrümmer 242 einen THC-Sensor 244. Es kann jedoch ein einziger THC-Sensor 246 in der Hauptabgasleitung 245 oder in Verbindung damit positioniert sein. Im Betrieb werden Luft und Kraftstoff in jeden der Zylinder 202 eingespritzt, und Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemisches führt dazu, dass verbranntes Gas erzeugt wird und durch jedes der Abgas-Sammelrohre 240 zu der Hauptabgasleitung oder dem Hauptabgasrohr 245 und zu einem Ausgang 248 geleitet wird. Darüber hinaus können die mehreren THC-Sensoren 244 die THC-Gehalte im Abgas von jedem Zylinder 202 überwachen, oder als Alternative dazu kann der einzige THC-Sensor 246 den THC-Gehalt für jeden Zylinder 202 überwachen. Bei einer anderen Alternative misst der einzige THC-Sensor 246 einen von allen der Zylinder 202 erzeugten Gesamt-THC-Gehalt.
  • Die mehreren THC-Sensoren 244 oder der einzige THC-Sensor 246 stehen bzw. steht mit einer Motorsteuereinheit (ECU) 400, wie in 5 gezeigt, in Verbindung. Die ECU 400 steht auch mit dem Kraftstoffversorgungssystem 212, dem Lufteinlasssystem 220 und wahlweise dem Funkenauslösungssystem 250 in Verbindung. Die ECU ist dahingehend betreibbar, ein Signal von einem oder mehreren THC-Sensoren zu empfangen und zu bestimmen, ob ein erfasster oder gemessener THC-Gehalt für einen gegebenen Verbrennungszyklus grösser gleich einem gespeicherten THCref ist. Falls der eine oder die mehreren THC-Gehalte von den Zylindern 202 für einen gegebenen Verbrennungszyklus nicht grösser gleich dem gespeicherten THCref ist, dann wird bezüglich einer Vorentflammungsgegenmaßnahme keine Maßnahme ergriffen. Wenn jedoch einer oder mehrere der THC-Sensoren einen THC-Gehalt für einen gegebenen Verbrennungszyklus erfasst, der grösser als THCref ist, dann kann die ECU eine Vorentflammungsgegenmaßnahme einleiten, die durch das Kraftstoffversorgungssystem 212 und/oder das Lufteinlasssystem 220 und/oder das Funkenauslösungssystem 250 durchgeführt wird. In Abhängigkeit von der Höhe des Gehalts kann weiterhin gewählt werden, welche bestimmte Vorentflammungsgegenmaßnahme oder Kombination von Vorentflammungsgegenmaßnahmen eingeleitet und durchgeführt wird/werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird bei Bezugszahl 30 eine andere Ausführungsform eines Systems gezeigt. Das System 30 enthält einen verkleinerten ICE 300 mit einem Lufteinlasssystem 320 und einem mechanischen Lader oder Turbolader 330. Der Motor 300 enthält mehrere Zylinder 302 in einem Zylinderblock 303, wie dem Fachmann bekannt ist. Das System 30 enthält auch einen Kraftstofftank 310 und ein Kraftstoffversorgungssystem 312 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 314 für jeden der Zylinder 302. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 302 können Direkteinspritzdüsen sein, jedoch ist dies nicht erforderlich. Der ICE 300 weist ein kurzes Sammelrohrsystem mit Abgas-Sammelrohren 342 in dem Zylinderblock 303 auf. Die Abgas-Sammelrohre 342 von jedem Zylinder 302 führen zu einem Auslasskrümmer 344, der mit einer (einem) Hauptabgasleitung/-rohr 346 in Verbindung steht. Optionale Funkenauslösungssystemvorrichtungen 350 können mit dem Zylinder in Verbindung stehen und während des Betriebs des Motors 300 einen Funken bereitstellen, wie dem Fachmann bekannt ist.
  • Während des Betriebs strömt Luft durch den mechanischen Lader oder Turbolader 330, strömt durch das Lufteinlasssystem 320 und in die Zylinder 302. Darüber hinaus wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 310 durch das Kraftstoffversorgungssystem 312 in die Zylinder 302 geleitet. Ein für jeden Zylinder 302 bereitgestelltes Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, wobei dessen Verbrennung Abgas erzeugt, das von jedem Zylinder 302 durch die Sammelrohre 342, den Krümmer 344, die (das) Abgasleitung/- rohr 346 und schließlich zu einem Ausgang 348 strömt.
    ähnlich wie bei der oben besprochenen Ausführungsform 20 sind ein oder mehrere THC-Sensoren enthalten. Zum Beispiel kann ein THC-Sensor 348 in jedem Sammelrohr 342 positioniert sein, und/oder ein einziger THC-Sensor 349 kann im Auslasskrümmer 346 positioniert sein.
  • Es versteht sich, dass die THC-Sensoren während des Betriebs des Systems 30 THC-Gehalte im Abgas von einem oder mehreren der Zylinder 302 überwachen. Ähnlich wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform liefern die THC-Sensoren THC-Gehaltdaten an die in 5 dargestellte ECU 400, und wenn solche Gehalte grösser gleich einem THC-Bezugswert sind, kann die ECU vor oder während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus eine oder mehrere Vorentflammungsgegenmaßnahmen einleiten. Darüber hinaus führt/führen das Kraftstoffversorgungssystem 312, das Lufteinlasssystem 320 und/oder die Funkenauslösungsvorrichtungen 350 eine oder mehrere der eingeleiteten Vorentflammungsgegenmaßnahmen durch. Es versteht sich, dass eine Vorentflammungsgegenmaßnahme in Form einer Einspritzung eines Unterdrückungsmittels/-fluids, das Vorentflammung unterdrückt, durchgeführt werden kann. Ferner kann die ECU eine Steuereinheit 402 und einen Speicher 404 mit einem Software-Modul 406 enthalten, so dass eine Lernfunktion basierend darauf, ob ein Vorentflammungsereignis detektiert wurde oder nicht detektiert wurde, und somit, ob eine Gegenmaßnahme erfolgreich war. Zum Beispiel und rein für Veranschaulichungszwecke kann die ECU mit einem (nicht gezeigten) Klopfsensor in Verbindung stehen und kann dadurch Regelkreis-Rückkoppelung darüber empfangen, ob eine oder mehrere Gegenmaßnahmen erfolgreich waren, ob Alterungswirkungen vorliegen usw. Des Weiteren kann die Lernfunktion ein Ausmaß einer gegebenen Gegenmaßnahme, die Wahl einer Gegenmaßnahme und dergleichen basierend auf der Regelkreis-Rückkoppelung einstellen.
  • In einem Versuch eines besseren Lehrens der Erfindung, aber ohne Einschränkung ihres Schutzbereichs in irgendeiner Weise, werden unten ein oder mehrere Beispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems bereitgestellt.
  • Ein 2,0-I-Ford-EcoBoost-Testmotor wurde als Teil eines LSPI-Testprogramms verwendet. Der Motor war ein turboaufgeladener Viertakt-Reihenmotor und hatte eine Zündfolge von 1-3-4-2. Das Kraftstoffsystem war ein Direkteinspritz-Kraftstoffsystem mit einem maximalen Einspritzdruck von 200 bar. Das Verdichtungsverhältnis war 9,3, und jeder Zylinder hatte zwei Einlassventile und zwei Auslassventile. Des Weiteren wurde der Testmotor für alle Randbedingungen mit einer Regelung betrieben und hatte Zylinderdruckanzeigen für alle vier Zylinder mit einer Auflösung von 0,2 Grad Kurbelwinkel (CA - crank angle).
  • Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, werden vier getrennte Graphikausgaben als Funktion des Kurbelwinkels gezeigt. Beginnend unten an der Y-Achse und sich nach oben bewegend, ist die erste und unterste Grafikausgabe ein Funkenereignis für jeden der Zylinder. Als Nächstes wird ein Auslassereignis pro Zylinder gezeigt und dann ein Maß für THC für jeden Zylinder für einen gegebenen Verbrennungszyklus i. Schließlich wird der Zylinderdruck für jeden Zylinder während des nächsten Verbrennungszyklus i + 1 gezeigt.
  • Wie in 6 gezeigt, zeigte Zylinder 2 einen relativ hohen THC-Gehalt von ca. 3200 ppm im Zylinder 2 des gegebenen Verbrennungszyklus i. Darüber hinaus zeigte Zylinder 2 ein Vorentflammungsereignis mit einem Druck von über 90 bar während des nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 1.
  • In 7 wird ein anderes Beispiel für solch ein Ereignis gezeigt, bei dem ein hoher THC-Gehalt in Zylinder 4 für den gegebenen Verbrennungszyklus i gemessen wurde, woran sich ein Vorentflammungsereignis in Zylinder 4 mit einem Druck von über 90 bar während des nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 anschloss. Somit weisen die 6 und 7 nach, dass einem Vorentflammungsereignis im Verbrennungszyklus i + 1, das für einen ICE schädlich sein kann, in einem unmittelbar davor befindlichen Verbrennungszyklus i ein relativ hoher THC-Gehalt vorausgeht. Darüber hinaus geht dem Vorentflammungsereignis für einen bestimmten Zylinder j während eines Verbrennungszyklus i + 1 der hohe THC-Gehalt in Zylinder j während des unmittelbar vorausgehenden Verbrennungszyklus i voraus. Deshalb kann die Verwendung eines THC-Sensors, wie hierin offenbart, ein Vorentflammungsereignis während des nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 vorhersagen. Somit wird ein Vorentflammungsereignis durch das Einleiten und Durchführen einer oder mehrerer Vorentflammungsgegenmaßnahmen verhindert, wie oben besprochen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 6 überwacht als Beispiel und rein für Veranschaulichungszwecke ein ICE mit einem oder mehreren THC-Sensoren THC-Gehalte für jeden der Motorzylinder. Wird ein THC-Gehalt für einen bestimmten Zylinder j und während eines gegebenen Verbrennungszyklus i, der höher als THCref ist, detektiert, wird vor dem und/oder während des nächstfolgenden Verbrennungszyklus i + 1 eine Vorentflammungsgegenmaßnahme für den oder in dem bestimmten Zylinder j eingeleitet und ausgeführt. Wie oben angemerkt, kann mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme, wie zum Beispiel Bereitstellen einer Kraftstoffanreicherung eines in den Zylinder eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches, Änderung des Zeitpunkts des Einspritzens eines in den Zylinder eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches, Änderung des Zeitpunkts des Auslösens eines Funkens im Zylinder, Änderung des Luftstroms der in den Zylinder eingespritzten Luft und/oder Einspritzen eines Unterdrückungsmittels/-fluids in den Zylinder durchgeführt werden. Es versteht sich, dass Änderung des Luftstroms Betätigen eines oder mehrerer Einlassluftventile und/oder eines oder mehrerer Auslassluftventile umfassen kann.
  • Auf diese Weise, und wie hierin offenbart, werden durch überwachen von THC-Gehalten in einem ICE zukünftige Vorentflammungsereignisse vorhergesagt, die anschließend durch Einleiten und Durchführen von Vorentflammungsgegenmaßnahmen verhindert werden.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen, Beispiele usw. den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Änderungen, Modifikationen usw. sind für den Fachmann ersichtlich und fallen dennoch in den Schutzumfang der Erfindung. Somit sind es die Ansprüche und alle Äquivalente davon, die den Schutzumfang der Erfindung definieren.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor (ICE), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ICE, wobei der ICE einen Brennraum mit einem Auslass aufweist; Bereitstellen eines Kohlenwasserstoffsensors (HC-Sensors), der mit dem Brennraum in Verbindung steht, wobei der HC-Sensor zum Detektieren eines im Brennraum erzeugten Abgas-HC-Gehalts betreibbar ist; Erfassen eines HC-Gehalts vom Brennraum für einen gegebenen Verbrennungszyklus i (HCi) während des Betriebs des ICE unter Verwendung des HC-Sensors; Vergleichen des HCi-Gehalts für den gegebenen Verbrennungszyklus i mit einem Bezugs-HC-Gehalt (HCref); und Durchführen einer Vorentflammungsgegenmaßnahme vor einem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus (i+1), wenn bestimmt wird, dass HCi größer gleich HCref ist (HCi ≥ HCref), wobei die durchgeführte Vorentflammungsgegenmaßnahme das Auftreten einer Vorentflammung in dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i+1 des ICE verhindert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der HC-Sensor ein Gesamtkohlenwasserstoffsensor (THC-Sensor) ist, der im Auslass des ICE positioniert ist und einen THC-Gehalt für einen gegebenen Verbrennungszyklus i (THCi) während des Betriebs des ICE unter Verwendung des THC-Sensors erfasst, den THCi-Gehalt für den gegebenen Verbrennungszyklus mit einem Bezugs-THC-Gehalt (THCref) vergleicht und die Vorentflammungsgegenmaßnahme vor dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus (i+1) durchführt, wenn bestimmt wird, dass THCi größer gleich THCref ist (THCi > THCref) , wobei die durchgeführte Vorentflammungsgegenmaßnahme das Auftreten einer Vorentflammung in dem unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus i+1 des ICE verhindert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorentflammungsgegenmaßnahme Kraftstoffanreicherung eines in den Brennraum eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder Änderung des Zeitpunkts des Einspritzens eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennraum und/oder Änderung des Zeitpunkts des Auslösens eines Funkens im Brennraum und/oder Änderung des Luftstroms der in den Brennraum eingespritzten Luft und/oder Einspritzen eines Unterdrückungsmittels/-fluids in den Brennraum ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wahl mindestens einer der Vorentflammungsgegenmaßnahmen davon abhängig ist, um wie viel größer THCi als THCref ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei THCref ein voreingestellter THC-Bezugswert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich THCref als Funktion der Zeit ändert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich THCref als Funktion von Betriebsmustern für den ICE ändert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Betriebsmuster eine Funktion von Fahrergewohnheiten bei einem den ICE betreibenden Fahrer sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei der ICE mehrere Brennräume aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 2, wobei der THC-Sensor ein Gesamt-THC-Sensor ist, der zum Messen von Abgas-THC-Gehalten für jeden der mehreren Brennräume betreibbar ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vorentflammungsgegenmaßnahme an einem bestimmten Brennraum durchgeführt wird, bei dem der THC-Sensor einen höheren THCi-Gehalt als THCref erfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vorentflammungsgegenmaßnahme an einem Teilsatz der mehreren Brennräume durchgeführt wird, die einen bestimmten Brennraum enthalten, bei dem der THC-Sensor einen höheren THCi-Gehalt als THCref erfasst,
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vorentflammungsgegenmaßnahme an allen der mehreren Brennräume durchgeführt wird.
  14. System zur Verhinderung von Vorentflammung in einem Verbrennungsmotor (ICE), wobei das System Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, einem Kraftstoff-Luft-Einspritzsystem, das zum Einspritzen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum betreibbar ist, und einem Auslasssystem, das dahingehend betreibbar ist, Abgas aus dem Brennraum abzuführen und zu einem Ausgang zu leiten; einen Gesamtkohlenwasserstoffsensor (THC-Sensor), der mit dem Brennraum in Verbindung steht, wobei der THC-Sensor dahingehend betreibbar ist, einen Abgas-THC-Gehalt von dem Brennraum für mindestens einen Verbrennungszyklus davon zu detektieren; und eine Motorsteuereinheit (ECU), die mit dem Kraftstoff-Luft-Einspritzsystem in Verbindung steht und dahingehend betreibbar ist, das Kraftstoff-Luft-Einspritzsystem zu steuern und mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme einzuleiten; wobei die ECU die mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme vor einem Verbrennungszyklus i+1 einleitet, wenn der THC-Sensor detektiert, dass ein Abgas-THC-Gehalt in einem vorherigen Verbrennungszyklus i (THCi) größer gleich einem voreingestellten THC-Bezugswert (THCref) ist, wobei das Einleiten der Vorentflammungsgegenmaßnahme eine Vorentflammung in dem Brennraum während des Verbrennungszyklus i+1 verhindert.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme Kraftstoffanreicherung eines in den Brennraum eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder Änderung des Zeitpunkts des Einspritzens eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennraum und/oder Änderung des Luftstroms der in den Brennraum eingespritzten Luft und/oder Einspritzen eines Unterdrückungsmittels/-fluids in den Brennraum ist.
  16. System nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend, dass der ICE eine Funkenvorrichtung aufweist, die dahingehend betreibbar ist, einen Funken in den Brennraum auszulösen, und dass die mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme Änderung des Zeitpunkts des Auslösens des Funkens in den Brennraum umfasst.
  17. System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der ICE mehrere Brennräume aufweist und der THC-Sensor mit den mehreren Brennräumen in Verbindung steht und dahingehend betreibbar ist, den Abgas-THC-Gehalt von jedem Brennraum für mindestens einen Verbrennungszyklus jedes Brennraums zu detektieren.
  18. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der ICE ein verkleinerter Motor ist und die durch die ECU eingeleitete mindestens eine Vorentflammungsgegenmaßnahme Vorentflammung bei niedriger Drehzahl (LSPI) durch den verkleinerten Motor verhindert.
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