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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die jeweils einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen und dazu beitragen, Schadstoffemissionen gering zu halten. Außerdem betrifft die Erfindung ein zu dem Verfahren korrespondierendes Computerprogramm und Computerprogrammprodukt.
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Bei Kraftfahrzeugen mit fremdzündenden Brennkraftmaschinen ist im Rahmen eines Verbrennungsprozesses insbesondere bei hohen Lasten das Auftreten von Vorentflammung und Glühzündung möglich, welche auf einem unkontrollierten Verbrennen von Kraftstoffresten basieren und sich nachteilig auf den Verbrennungsprozess und den Betrieb der Brennkraftmaschine auswirken. Daher ist es beim Betreiben einer Brennkraftmaschine nutzbringend, das Auftreten solcher unerwünschten Effekte im Rahmen des Verbrennungsprozesses zu überwachen. Zum Beispiel ist in dem Dokument
DE 10 2007 024 415 B3 ein Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung beschrieben.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 021 517 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Glühzündung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren werden Teilsegmentzeiten eines ersten Zylinders und Teilsegmentzeiten zumindest eines anderen Zylinders des Verbrennungsmotors gemessen und miteinander verglichen und ein Referenzmerkmal gebildet und anschließend ein Signal für die Erkennung der Glühzündung als Funktion des Vergleichs generiert. In Druckschrift
DE 10 2009 008 248 B4 ist ein Verfahren zur Verhinderung von Vorentflammungen in Zylindern einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine beschrieben, bei welchem mit verschiedenen Algorithmen sowohl Klopfen als auch Vorentflammungen erkannt oder vorhergesagt werden. Bei gleichzeitiger Erkennung von Vorentflammungs- und Klopfereignissen erfolgt ein Sperren der Klopfregelung und somit eine Verhinderung des standardmäßigen Verlagerns des Zündwinkels hin zu späteren Zündzeitpunkten.
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Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen und dazu beitragen, Schadstoffemissionen gering zu halten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug ein Bereitstellen der Brennkraftmaschine mit einem Geberrad, das mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist und das eine Mehrzahl von Zähnen aufweist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen eines Geberradsensors, der dazu ausgebildet ist, eine Rotation des Geberrads zu ermitteln, und dessen Messsignal repräsentativ für eine Zahnzeit des Geberrads ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Empfangen von Messsignalen des Geberradsensors innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls für einen ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine. Das Verfahren umfasst weiter ein Ermitteln eines Drehzahlsignalverlaufs in Abhängigkeit der empfangenen Messsignale des Geberradsensors. Außerdem umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Gradienten für einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle auf Basis des ermittelten Drehzahlsignalverlaufs. Das Verfahren umfasst weiter ein Vergleichen des ermittelten Gradienten des Drehzahlsignalverlaufs mit einem vorgegebenen Gradientenschwellenwert für den Drehzahlsignalverlauf und dadurch ein Ermitteln einer Glühzündung innerhalb des Zylinders, wenn der ermittelte Gradient größer ist als der vorgegebene Gradientenschwellenwert.
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Mittels des beschriebenen Verfahrens ist ein zuverlässiges und zeitnahes Ermitteln einer Glühzündung innerhalb eines Zylinders einer Brennkraftmaschine realisierbar, sodass ein Beitrag für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine und ein Geringhalten von Schadstoffemissionen geleistet wird. Das beschriebene Verfahren ermöglicht ein Erkennen einer Glühzündung lediglich anhand eines Gradientenkriteriums in Bezug auf den ermittelten Drehzahlsignalverlauf. Der Drehzahlsignalverlauf basiert auf Einzelzahnzeiten des Kurbelwinkel-Geberrads und ermöglicht als hochaufgelöster Signalverlauf ein zeitsparendes und präzises Erkennen einer Glühzündung in einem jeweiligen Zylinder. Auf diese Weise kann eine Glühzündung detektiert bzw. ermittelt werden, ohne auf Messsignale weiterer Sensoren angewiesen zu sein.
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Das beschriebene Verfahren ist insbesondere auch zum Ermitteln einer Glühzündung geeignet, bei welcher ein zeitlich schneller Umschlag der Verbrennungscharakteristik innerhalb des Zylinders von einem Zylinderdruckverlauf mit Überdruckschwingungen hin zu einem glatten Zylinderdruckverlauf mit zeitlich kurzfristiger Entflammung und Verbrennungsschwerpunktlage vor dem oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens in dem Zylinder erfolgt. Somit können mittels des beschriebenen Verfahrens bislang unentdeckte Ereignisse ermittelt werden, die zu einer nachteiligen Verbrennung führen und sogar Motorschädigungen bewirken können. In diesem Zusammenhang wird für ein besseres Verständnis das Auftreten einer Glühzündung in einer Brennkraftmaschine anhand von Erkenntnissen im Rahmen der Erfindung kurz erläutert. Effekte, wie Vorentflammung und Glühzündung, treten vornehmlich bei hohen Lasten im gesamten Drehzahlbereich auf und zeichnen sich durch unkontrollierte Selbstentflammung des Gemisches im Brennraum zeitlich vor der eigentlichen Funkenentzündung aus. Die Folge ist eine unkontrollierte Verbrennung mit stark überhöhten Zylinderspitzendrücken, welche zu hohen Temperaturen im Brennraum und zu einer klopfenden Verbrennung führen, die sich schädigend auf die Brennkraftmaschine auswirken kann.
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Während eine Vorentflammung zumeist als stochastisches Einzelereignis aufgrund von im Brennraum verweilenden glühenden Restpartikeln auftritt, ist eine Glühzündung ein sich selbsterhaltendes, fortschreitendes Phänomen. Verantwortlich für Glühzündungen sind zumeist heiße oder überhitzte Bereiche im Brennraum, zum Beispiel an Auslassventilen oder an einer Zündkerze, sowie Ruß- und Kraftstoffablagerungen an den Brennraumwänden. Im Verlauf einer Glühzündungsserie können sich diese Bereiche immer weiter aufheizen, bis sogar ein Schmelzen der betroffenen Bauteile resultieren kann. Daher ist es erforderlich eine solche Glühzündung frühzeitig zu erkennen, um Schädigungen der Brennkraftmaschine diesbezüglich zu vermeiden und zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb sowie einem geringen Ausstoß von Schadstoffemissionen beizutragen.
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Eine Glühzündung baut sich über mehrere Zyklen oft beginnend von einer „normalen“ regulären Verbrennung über eine klopfende Verbrennung bis hin zu wiederkehrenden Vorentflammungsereignissen aus. Im weiteren Verlauf ist oftmals ein Umschlag von einem Zylinderdruckverlauf mit Überdruckschwingungen zu einem glatten Zylinderdruckverlauf mit Verbrennungsschwerpunktlage vor dem oberen Totpunkt des Kolbens in dem betroffen Zylinder zu beobachten.
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Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es aufgrund des hochaufgelösten Drehzahlsignalverlaufs und des ermittelten Gradienten daraus realisierbar, eine Glühzündung selbst bei einem sehr kurzfristigen Umschlag zeitnah zu erkennen, ohne eine Vielzahl von Ereignissen zur Auswertung zu benötigen.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Vergleichen des ermittelten Gradienten des Drehzahlsignalverlaufs mit einem vorgegebenen Gradientenschwellenwert für den Drehzahlsignalverlauf ein Vergleichen des ermittelten Gradienten des Drehzahlsignalverlaufs mit einem historisch hinterlegten Drehzahlsignalgradienten und dadurch Ermitteln einer Glühzündung innerhalb des Zylinders, wenn der ermittelte Gradient größer ist als der hinterlegte Drehzahlsignalgradient.
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Ein solcher historisch hinterlegter Drehzahlsignalgradient kann zum Beispiel in einer Speichereinheit einer Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein und im Rahmen einer Motorprüfung ermittelt worden sein. Beispielsweise kann ein solcher hinterlegter Drehzahlsignalgradient auch für einen oder mehrere vorangegangene Fahr- und/oder Verbrennungszyklen ermittelt worden sein und für einen Vergleich im Rahmen von nachfolgenden Untersuchungen zum Ermitteln einer Glühzündung gespeichert sein.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Ermitteln einer Segmentzeit für einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle in Abhängigkeit der empfangenen Messsignale des Geberradsensors und ein Ermitteln einer Glühzündung innerhalb des Zylinders in Abhängigkeit der ermittelten Segmentzeit. Auf diese Weise wird das Verfahren dahingehend erweitert, dass eine Segmentzeit in das Ermitteln der Glühzündung mit einbezogen wird. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Erkennung einer Glühzündung in Bezug auf eine verdächtige Segmentzeit hin erfolgen, sodass keine fortlaufende Erkennung durchgeführt wird. In Hinblick auf die Segmentzeit kann eine Verlängerung oder eine Verkürzung ermittelt werden und Rückschlüsse auf den Verbrennungsprozess gezogen werden.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ermitteln der Segmentzeit für den vorgegebenen Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle ein Ermitteln einer Verzögerung des Triebs der Kurbelwelle vor einem oberen Totpunkt eines mit der Kurbelwelle gekoppelten Kolbens innerhalb des Zylinders. Insbesondere die Verzögerung im Rahmen der Segmentzeit vor dem oberen Totpunkt des Kolbens innerhalb des Zylinders gibt Aufschluss über ein Auftreten einer Glühzündung.
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Bei dem Ermitteln der Glühzündung ist unter anderem eine präzise Auswertung des Zeitpunkts beziehungsweise des Ortes der Verzögerung am Kurbeltrieb von Bedeutung. Dadurch kann bezogen auf eine Zündreihenfolge eine zeitlich lange Segmentzeit am Zylinder bzw. Segment [X-1], die sich durch Verzögerung am Antriebsstrang bei einer Glühzündung im Zylinder [X] ergibt, von einem Verbrennungsaussetzer im Zylinder [X-1] differenziert werden. Eine befähigte Steuervorrichtung ermöglicht eine präzise Auswertung des hochaufgelösten Drehzahlsignalverlaufs und eine Ermittlung einer Glühzündung. Vornehmlich ist eine solche Auswertung bei niedrigen Drehzahlen durchzuführen, bei denen sich eine benötigte Rechenfrequenz in Grenzen hält, sodass eine solche präzise Auswertung auch mit aktuellen Steuervorrichtungen in Kraftfahrzeugen realisierbar ist.
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Bei einer „gewöhnlichen“ regulären Verbrennung tritt eine Beschleunigung des Kurbeltriebs nach dem oberen Totpunkt des Kolbens des jeweiligen Zylinders des Verbrennungszyklus auf. Ein Aussetzer in dem Verbrennungszyklus macht sich in dem Fehlen einer solchen Beschleunigung und einer damit verbundenen längeren Segmentzeit bemerkbar. Im Falle einer Glühzündung oder auch bei einer früheren Vorentflammung kommt es zu einer Verzögerung des Kurbeltriebes vor dem oberen Totpunkt des aktuellen Verbrennungszyklus. Demnach verlängert sich die Segmentzeit des vorhergehenden Verbrennungszyklus. Im Rahmen eines Verbrennungsprozesses sind sowohl ein Aussetzer als auch eine auftretende Glühzündung durch eine Verlängerung der Segmentzeit bezüglich eines vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs charakterisiert.
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Zur Differenzierung ist mittels des beschriebenen Verfahrens die Ursache der Segmentzeitverlängerung identifizierbar. Ist die Segmentzeit aufgrund einer fehlenden Beschleunigung kurz nach dem oberen Totpunkt des aktuellen Verbrennungszyklus verlängert, handelt es sich um einen Aussetzer oder eine verschleppte Verbrennung. Im Gegensatz dazu weist eine Verlängerung der Segmentzeit aufgrund einer erhöhten Verzögerung kurz vor dem oberen Totpunkt des nächsten Verbrennungszyklus auf eine Glühzündung hin.
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Mittels Messen und Auswerten der Drehzahl anhand der Einzelzahnzeiten des Geberrads gemäß dem beschriebenen Verfahren kann diese Differenzierung vorgenommen werden, sodass auf zuverlässige Weise eine Glühzündung auch bei einem schnellen Umschlag einer Verbrennungscharakteristik ermittelbar ist. Der ermittelte Gradient des Drehzahlsignalverlaufs repräsentiert ein Maß für die jeweilige Beschleunigung und Verzögerung nach bzw. vor dem oberen Totpunkt des Kolbens des jeweiligen Zylinders und kann diesbezüglich zum Ermitteln der Glühzündung herangezogen werden. Zur Auswertung ist beispielsweise ein Vergleich des ermittelten Gradienten des Drehzahlsignalverlaufs mit vorangegangenen Zyklen denkbar.
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Eine Glühzündung charakterisiert sich durch vergleichbare Beschleunigung nach dem oberen Totpunkt des vorherigen Zylinders [x-1], jedoch verstärkter Verzögerung vor dem oberen Totpunkt des nachfolgenden Zylinders [X]. Dadurch kann die Glühzündung von anderen Effekten abgegrenzt werden. Im Rahmen eines Verbrennungsprozesses wirkt sich ein Aussetzer des vorangegangenen Zylinders [x-1] in Form einer verringerten Beschleunigung nach dem oberen Totpunkt aus. Bei nicht vergleichbarem Beschleunigungsverhalten, zum Beispiel aufgrund schlechter Verbrennung, ist das Verzögerungsverhalten allerdings nicht verwertbar.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Klopfsignalsensors, dessen Messsignal repräsentativ für einen Zylinderdruck in dem Zylinder bei einem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Empfangen von Messsignalen des Klopfsignalsensors für den ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine. Außerdem umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Zylinderdruckverlaufs in Abhängigkeit der empfangenen Messsignale des Klopfsignalsensors und ein Ermitteln einer Glühzündung innerhalb des Zylinders in Abhängigkeit des ermittelten Zylinderdruckverlaufs. Auf diese Weise wird das beschriebene Verfahren durch einen Klopfsignalsensor und zugehörige Messsignale erweitert, die in die Auswertung bzw. ein Ermitteln einer Glühzündung mit einbezogen werden. Dies ermöglicht eine verbesserte und erhöhte Genauigkeit bei der Ermittlung einer Glühzündung.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Einleiten einer Maßnahme zum Schutz der Brennkraftmaschine, wenn eine Glühzündung ermittelt wurde.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Einleiten einer Maßnahme zum Schutz der Brennkraftmaschine ein Abschalten eines Einspritzvorgangs vom Fluid in einen Brennraum des Zylinders, in dem eine Glühzündung ermittelt wurde.
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Mittels des beschriebenen Verfahrens sind ein zuverlässiges Ermitteln einer Glühzündung sowie ein Einleiten von motorschützenden Maßnahmen möglich, sodass zu einem sicheren, zuverlässigen und langlebigen Betrieb der Brennkraftmaschine beigetragen wird. Insbesondere können mittels des Verfahrens Glühzündungen erkannt werden, die eine relativ schnelle Entstehungsphase und einen schlagartigen Übergang zu einem relativ frühen Verbrennungsbeginn und damit einem glatten Zylinderdruckverlauf aufweisen. Dabei ist es unter anderem vorteilhaft, dass eine Information über eine Zahnzeit des Geberrads zeitlich früher zur Verfügung steht, als zum Beispiel ein um einige Segmente verzögertes Laufunruhesignal. Außerdem ermöglicht das beschriebene Verfahren eine deutlich trennschärfere und sichere Differenzierung zwischen Aussetzer eines aktuellen oder Vorentflammung eines nächsten Zylinders als bisherige Erkennungsverfahren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug dazu ausgebildet, eines der zuvor beschriebenen Verfahren bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung durch ein Computerprogrammprodukt aus, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung eines der Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug ausführt. Ein solches Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere ein von der Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem der Programmcode gespeichert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug aus, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor beschrieben durchzuführen. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise als Steuereinheit oder Bordcomputer in einem Kraftfahrzeug realisiert, welches im Zusammenwirken mit einem zuvor beschriebenen Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt eines der beschriebenen Verfahren ausführen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Ausführungsbeispiele eines Zylinderdruckverlaufs in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
- 2A-2B Ausführungsbeispiele eines Drehzahlsignalverlaufs für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
- 3 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines Geberrads einer Brennkraftmaschine,
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 illustriert zwei Ausführungsbeispiele V_GZ und V_RV für einen Zylinderdruckverlauf in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Aufgetragen ist jeweils ein Zylinderdruck ZD in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel KW einer Kurbelwelle beziehungsweise eines mit der Kurbelwelle gekoppelten Kolbens, welcher in einem Brennraum des Zylinders angeordnet ist. Der Zylinderdruckverlauf V_RV repräsentiert eine reguläre Verbrennung von Kraftstoff innerhalb des Zylinders, während der Zylinderdruckverlauf V_GZ das Phänomen einer Glühzündung repräsentiert.
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Effekte, wie Vorentflammung und Glühzündung, resultieren aus einer unkontrollierten Selbstentflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum des Zylinders zeitlich vor der eigentlichen Funkenentzündung. Die Folge ist eine unkontrollierte Verbrennung mit stark überhöhten Zylinderspitzendrücken, welche zu hohen Temperaturen im Brennraum und zu einer klopfenden Verbrennung führen, die sich schädigend auf die Brennkraftmaschine auswirken können. Es ist daher ein Anliegen solche Glühzündungen frühzeitig zu erkennen, um Schädigungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden und zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb sowie einem geringen Ausstoß von Schadstoffemissionen beizutragen.
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Eine Glühzündung baut sich über mehrere Zyklen oft beginnend von einer regulären Verbrennung über eine klopfende Verbrennung mit Überdruckschwingungen aus. Im weiteren Verlauf ist oftmals ein Umschlag von einem Zylinderdruckverlauf mit solchen Überdruckschwingungen zu einem glatten Zylinderdruckverlauf mit Verbrennungsschwerpunktlage vor dem oberen Totpunkt des Kolbens in dem betroffen Zylinder zu beobachten, wie er durch den Zylinderdruckverlauf V_GZ illustriert ist. In 1 ist der obere Totpunkt beispielsweise durch 0° Winkel der Kurbelwelle repräsentiert und bezeichnet den Punkt des Kolbens, an dem dieser der Stirnseite des Brennraums des Zylinders am nächsten ist.
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Anhand der beiden Verläufe V_GZ und V_RV ist ein signifikanter Unterschied einer Glühzündung im Vergleich zu einer regulären Verbrennung zu erkennen. Ein Druckanstieg in der Kompressionsphase durch Glühzündung bewirkt eine Verzögerung des Kurbeltriebes und kann sich nachteilig auf den Verbrennungsprozess innerhalb der Brennkraftmaschine auswirken.
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2A und 2B illustrieren jeweils ein Drehzahlsignalverlauf V_DZS für eine Mehrzahl von Zylindern einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Aufgetragen ist jeweils eine Zahnzeit T_Z eines Geberrads GR in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel KW der Kurbelwelle. Das Geberrad GR ist mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt und weist eine Mehrzahl von Zähnen Z auf, die in vorgegebenen Abständen am Umfang des Geberrads GR angeordnet sind (s. 3). Ein vorgegebener Kurbelwinkelbereich KWB umspannt ein Segment mit einer vorgegebenen Anzahl von Zähnen Z, denen bei einer Rotation des Geberrads GR eine Segmentzeit T_SEG zugeordnet werden kann. Eine Rotation des Geberrads GR kann mittels eines Geberradsensors ermittelt werden, dessen Messsignal repräsentativ ist für eine Zahnzeit T_Z des Geberrads GR. Eine Einzelzahnzeit T_Z, die eine Rotation eines Zahnes Z des Geberrads vermisst, kann zum Beispiel einen Kurbelwinkel von 6° repräsentieren. Somit kann auf Basis der Messsignale des Geberradsensors mittels Ausmessen der Zahnzeiten T_Z des Geberrads GR für einen jeweiligen Zylinder ein hochaufgelöstes Drehzahlsignal aufgenommen werden, wie es in den 2A und 2B illustriert ist.
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2A stellt den Drehzahlsignalverlauf V_DZS für eine reguläre Verbrennung dar. Beispielhaft ist der Verlauf V_DZS für vier Zylinder 0 bis 3 illustriert, die jeweils einen oberen Totpunkt Z(i)_OT des zugehörigen Kolbens aufweisen. Vor dem oberen Totpunkt Z(i)_OT findet jeweils eine Verzögerung und nach dem oberen Totopunkt Z(i)_OT findet jeweils eine Beschleunigung des Kurbeltriebes der Kurbelwelle statt. Bei einer regulären Verbrennung sind die illustrierten Segmentzeiten T_SEG(i) näherungsweise gleich groß.
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2B stellt den Drehzahlsignalverlauf V_DZS für eine Glühzündung in dem Zylinder 2 dar. Der vorherige Zylinder 1 weist eine im Wesentlichen reguläre Beschleunigung des Kurbeltriebes auf, während der nachfolgende Zylinder 2 aufgrund des Ereignisses der Glühzündung ein signifikant Änderung der Verzögerung vor dem zugehörigen Totpunkt Z2_OT aufweist. Eine Summe der Einzelzahnzeiten T_Z in dem Segment T_SEG1 hat sich aufgrund dessen vergrößert. Anhand dieses Verlaufs V_DZS ist ein deutlicher Unterschied der Glühzündung im Vergleich zu der in 2A dargestellten regulären Verbrennung ersichtlich. Es ist eine Erkenntnis im Rahmen dieser Erfindung, dass dieser Unterschied eine Grundlage für ein Gradientenkriterium erlaubt, mittels dessen das hochaufgelöste Drehzahlsignal V_DZS ausgewertet und dadurch eine Glühzündung frühzeitig erkannt werden kann.
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Beispielsweise ist ein oberer Gradientenschwellenwert für einen solchen Gradienten G_DZS des Drehzahlsignals mit einem Wert in Sekunden/°Kurbelwinkel vorgegeben, sodass anhand eines solchen vorgegeben Gradientenschwellenwertes ein Überschreiten des ermittelten Gradienten G_DZS überwacht und eine Glühzündung erkannt werden kann.
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3 illustriert schematisch ein Geberrad GR mit einer Mehrzahl von Zähnen Z, anhand derer mittels eines Geberradsensors eine Zahnzeit T_Z gemessen werden kann. Eine solche Zahnzeit T_Z kann eine Einzelzahnzeit eines vorbei rotierenden Zahnes Z repräsentieren oder Zahnzeiten T_Z für einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich KWB umfassen, die eine Segmentzeit T_SEG repräsentieren. Für ein zuverlässiges Ermitteln eine Glühzündung ist es vorteilhaft, den Gradienten G_DZS über einen gewissen Kurbelwinkelbereich KWB, von zum Beispiel 40°, 50° oder 90° des Kurbelwinkels, auszuwerten, um mögliche Fehlerquellen zu reduzieren. Beispielsweise können kleinere Peaks in dem ermittelten Drehzahlsignalverlauf V_DZS eine Fehlerquelle bilden, da ihnen über einen kleinen Winkelbereich an der jeweils ansteigenden Flanke auch ein großer Wert für einen Gradienten zugerechnet werden kann. Solche Peaks sind unter anderem in den illustrierten 2A und 2B am Ende einer Beschleunigung des vorherigen Zylinders und am Anfang einer Verzögerung des nachfolgenden Zylinders zwischen zwei oberen Totpunkten der jeweiligen Kolben zu erkennen. Gemittelt über einen vorgegebenen Winkelbereich wirken sich solche Ausreißer bei dem Ermitteln eines verwertbaren Gradienten G_DZS und dem zuverlässigen Erkennen einer Glühzündung nicht mehr wesentlich aus.
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4 illustriert schematisch ein Ablaufdiagramm zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welches verschiedene Schritte S1 bis S9 aufweist. In einem Schritt S1 kann zum Beispiel eine Brennkraftmaschine mit einem Geberrad GR und einem Geberradsensor bereitgestellt werden. Im Zusammenwirken mit einer Steuervorrichtung kann mittels des Geberradsensors und nachfolgender Auswertung eine Glühzündung innerhalb eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
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In einem Schritt S3 werden für einen ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine, der unter Verdacht einer Glühzündung steht, innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls beziehungsweise für einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich KWB Messsignale des Geberradsensors empfangen.
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In einem weiteren Schritt S5 kann mittels einer Recheneinheit der Steuervorrichtung in Abhängigkeit der empfangenen Messsignale des Geberradsensors ein hochaufgelöster Drehzahlsignalverlaufs V_DZS gemäß den 2A und 2B ermittelt werden.
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In einem weiteren Schritt S5 wird auf Basis des ermittelten Drehzahlsignalverlaufs V_DZS ein Gradient G_DZS für einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich KWB der Kurbelwelle ermittelt.
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Daraufhin kann in einem weiteren Schritt S7 der ermittelte Gradient G_DZS für einen Abschnitt des Drehzahlsignalverlaufs V_DZS mit einem vorgegebenen Gradientenschwellenwert verglichen werden und dadurch eine Glühzündung innerhalb des Zylinders ermittelt werden, wenn der ermittelte Gradient G_DZS größer ist als der vorgegebene Gradientenschwellenwert. Ein solcher Gradientenschwellenwert ist beispielsweise an einem Prüfstand im Rahmen einer Motorprüfung ermittelt und hinterlegt worden und/oder es wird ein ermittelter Gradient G_DZS in das Ermitteln der Glühzündung mit einbezogen, welcher in einem vorherigen Fahr- oder Verbrennungszyklus bei einer regulären Verbrennung ermittelt wurde.
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Auf diese Weise ist mittels des beschriebenen Verfahrens ein zuverlässiges und zeitnahes Ermitteln einer Glühzündung innerhalb eines Zylinders einer Brennkraftmaschine realisierbar, sodass ein Beitrag für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine und ein Geringhalten von Schadstoffemissionen geleistet wird. Anhand des hochaufgelösten Drehzahlsignalverlaufs wird somit ein zeitsparendes und präzises Erkennen auch von einer sich kurzfristig ausbildenden Glühzündung in einem jeweiligen Zylinder ermöglicht.
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Alternativ kann das beschriebene Verfahren auch wie folgt durchgeführt werden:
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In einem Schritt S1 erfolgt ein Aufnehmen und Speichern aller Einzelzahnzeiten vom Geberradsensor über ein komplettes Segment, zum Beispiel 30 Zahnzeiten eines Geberrads GR einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern.
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In einem weiteren Schritt S3 können die Messsignale als Pufferwerte segmentweise an die Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs zur Auswertung übergeben werden.
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In einem weiteren Schritt S5 kann eine Adaption von Zahnzeittoleranzen erfolgen und eine Transformation in den Zeitbereich durchgeführt werden, um ein hochaufgelösten Drehzahlsignalverlauf V_DZS zu erzeugen.
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Daraufhin kann in einem weiteren Schritt S7 eine kontinuierliche beziehungsweise segmentweise Auswertung der Steigung beziehungsweise des Gradienten G_DZS des hochaufgelösten Drehzahlsignalverlaufs V_DZS bei Beschleunigung und der nachfolgenden Verzögerung des Kurbeltriebes im jeweiligen Segmentabschnitt durchgeführt werden.
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In einem weiteren Schritt S9 erfolgt eine weitere Auswertung der ermittelten Daten und eine Erkennung einer Glühzündung. Dies kann zum Beispiel ein Vergleichen der Beschleunigungs- und Verzögerungswerte bei vergleichbaren Last-Drehzahlbedingungen zwischen aufeinanderfolgenden Auswertezyklen beinhalten. Bei vergleichbarem Beschleunigung- aber stärkeren Verzögerungsverhalten in einem Segment T_SEG(x) wird dieses mit einer applizierbaren Schwelle (abhängig von den vorangegangenen Verzögerungen) verglichen. Bei einem Überschreiten der vorgegebenen Schwelle, ist eine Glühzündung in dem untersuchten Zylinder erkannt.
