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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zur Steuerung von Verbrennungsmotoren und insbesondere Systeme und Verfahren zur Erkennung und Abschwächung von Selbstentzündungs-Ereignissen in Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Die hierin vorliegende Hintergrundbeschreibung, die hierin beschrieben ist, dient dazu, den Kontext der Offenbarung im Allgemeinen darzustellen. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder – im in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang – sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht anderweitig als Stand der Technik gelten, gelten gegenüber der vorliegenden Offenbarung weder ausdrücklich noch konkludent als Stand der Technik. In einem Fremdzündungsmotor strömt während eines Ansaugvorgangs ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Kolben-Brennkammer. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verdichtet und eine Verbrennung wird mit einem hochenergetischen elektrischen Funken während eines Zündvorgangs herbeigeführt. Der Zündzeitpunkt beeinflusst die Leistung, Alterungsbeständigkeit, Kraft und den Kraftstoffverbrauch eines Motors. Unter bestimmten Bedingungen können ungesteuerte oder Selbstentzündungen (AI) auftreten. Unkontrollierte Zündungen treten in Fremdzündungsmotoren auf, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder durch eine vom Zündfunken verschiedene Zündquelle gezündet wird. Im Allgemeinen wird unkontrollierte Zündung, die vor dem oberen Totpunkt (TDC) auftritt, als Selbstentzündung (AI) bezeichnet. Unkontrollierte Zündung, die zu früh oder zu spät im Verbrennungstakt auftritt, ist oft verantwortlich für übermäßige Schwingungen und kann potenziell Motorschäden verursachen, infolge erhöhter Zylindertemperatur und erhöhten Zylinderdrucks. Motorsteuersysteme überwachen eine Position einer Kurbelwelle eines Motors als Mittel zur Bestimmung eines Kurbelwinkels. Ein Kurbelwinkel ist nützlich beim Bestimmen, wann ein AI-Ereignis auftritt. Um eine Alterungsbeständigkeit des Motors zu erhalten, ist es wichtig zu bestimmen, wann AI auftritt, und Abhilfemaßnahmen zu ergreifen. Während Erkennungs- und Abschwächungs-Systeme für unkontrollierte Zündungen nach dem TDC im Stand der Technik bekannt sind und ihren Zweck erfüllen, besteht trotzdem noch ein Bedarf für verbesserte Erkennungs- und Abschwächungs-Systeme und -Verfahren. Genauer gesagt besteht ein Bedarf für ein neues und verbessertes Erkennungs- und Abschwächungs-System, das Selbstentzündungen vor dem TDC bei Fremdzündungsmotoren identifiziert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zur Erkennung und Abschwächung von Selbstentzündung in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors wird bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines ersten Sensors zum Abtasten und Bestimmen eines Kurbelwinkels einer Kurbelwelle des Motors. Ein zweiter Sensor ist zum Erkennen einer Änderung in der Motorschwingungsfrequenz durch Selbstentzündung (AI) vorgesehen. Das Motorschwingungssignal des zweiten Sensors wird in ein „Klopfintensität“-Signal umgewandelt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird das Klopfintensität-Signal, das auf den Zylinderdruck hinweist, erhalten, wenn der Kurbelwinkel zwischen einem ersten vorbestimmten Kurbelwinkel und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel liegt. Mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals wird bestimmt, und die mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals wird mit mindestens einer vorbestimmten Eigenschaft verglichen. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn bei der mindestens einen Eigenschaft des Klopfintensität-Signals bestimmt wird, dass sie die mindestens eine vorbestimmte Eigenschaft überschreitet, mindestens eine Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung durchgeführt, um die Selbstentzündung abzuschwächen. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Berechnen des Zylinderdrucks das Umwandeln des Motorschwingungssignals von einem analogen Signal zu einem digitalen Signal. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Berechnen des Zylinderdrucks des Weiteren das Durchführen einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) bei dem digitalen Signal, um das digitale Signal von einem Zeitebenensignal in ein Frequenzebenensignal umzuwandeln, das hierin als „Klopfintensität-Signal“ bezeichnet wird.
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In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Anreichern eines Kraftstoffflusses zu dem Zylinder, wenn eine Motordrehzahl zwischen einem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt, und eine Motorlast zwischen einem ersten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Abschalten eines Kraftstoffflusses in den Zylinder, wenn eine Motordrehzahl zwischen einem dritten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem vierten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt, und die Motorlast zwischen einem dritten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem vierten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Einstellen einer Luftansaugungs-Nockenwellenposition, wenn die Motordrehzahl zwischen einem fünften vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem sechsten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt und die Motorlast zwischen einem fünften vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem sechsten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Verhindern einer kurzfristigen Zündverzögerung, wenn die Motordrehzahl zwischen dem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem siebten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt und die Motorlast zwischen einem siebten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem achten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung noch weiter das Durchführen von mindestens zwei Abschwächungsmaßnahmen für Selbstentzündung gleichzeitig, anhand von Motordrehzahl und Motorlast.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Erkennung und Abschwächung von Selbstentzündung in einem Zylinder bei einem Verbrennungsmotor das Bereitstellen eines ersten Sensors zum Erkennen eines Motorschwingungssignals im Zylinder des Motors und das Berechnen eines Klopfintensität-Signals, das auf den Zylinderdruck während eines Verbrennungszyklus hinweist.
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Nachdem das Klopfintensität-Signal berechnet wird, wird mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals bestimmt und mit mindestens einer vorbestimmten Eigenschaft verglichen. Wenn mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals die mindestens eine vorbestimmte Eigenschaft überschreitet, wird mindestens eine Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung durchgeführt, um die Selbstentzündung abzuschwächen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Bereitstellung eines zweiten Sensors zum Messen eines Kurbelwinkels einer Kurbelwelle des Motors. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Berechnen eines Klopfintensität-Signals des Weiteren das Auslesen des Motorschwingungssignals, wenn der gemessene Kurbelwinkel zwischen einem ersten vorbestimmten Kurbelwinkel und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Berechnen eines Klopfintensität-Signals des Weiteren das Auslesen des Motorschwingungssignals, wenn der gemessene Kurbelwinkel zwischen einem dritten vorbestimmten Kurbelwinkel und einem vierten vorbestimmten Kurbelwinkel liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Anreichern eines Kraftstoffflusses zu dem Zylinder, wenn eine Motordrehzahl zwischen einem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt und eine Motorlast zwischen einem ersten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Abschalten eines Kraftstoffflusses in den Zylinder, wenn eine Motordrehzahl größer ist als der zweite vorbestimmte Motordrehzahl-Schwellenwert und eine Motorlast größer ist als der zweite vorbestimmte Motorlast-Schwellenwert. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Einstellen einer Luftansaugungs-Nockenwellenposition, wenn die Motordrehzahl zwischen einem dritten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem vierten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt und die Motorlast zwischen einem dritten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem vierten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Durchführen mindestens einer Abschwächungsmaßnahme für Selbstentzündung des Weiteren das Verhindern einer kurzfristigen Zündverzögerung, wenn die Motordrehzahl zwischen dem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert und einem fünften vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert liegt und die Motorlast zwischen einem fünften vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert und einem sechsten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert liegt. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein System zur Erkennung und Abschwächung eines Auftretens einer Selbstentzündung in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors einen ersten Sensor, der betrieben werden kann, um ein Motorschwingungssignal zu erkennen. Das Motorschwingungssignal wird in ein Klopfintensität-Signal umgewandelt, das einen Zylinderdruck in einem Motor anzeigt. Mindestens ein Signalprozessor wird bereitgestellt, in Kommunikation mit dem ersten Sensor, der betrieben werden kann, um das Motorschwingungssignal in ein Frequenzsignal umzuwandeln, das als Klopfintensität-Signal bezeichnet wird. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung bereitgestellt, in Kommunikation mit dem ersten Sensor, dem mindestens einen Signalprozessor und dem Motor. Die Steuerung kann betrieben werden, um selektiv mindestens eine Abhilfemaßnahme durchzuführen, basierend auf einem Vergleich zwischen der mindestens einen Eigenschaft des Klopfintensität-Signals und mindestens einer vorbestimmten Eigenschaft. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das System des Weiteren einen zweiten Sensor, der betrieben werden kann, um einen Kurbelwinkel einer Kurbelwelle des Motors zu messen. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung des Weiteren betrieben werden, um den gemessenen Kurbelwinkel mit mindestens einem vorbestimmten Kurbelwinkel zu vergleichen. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung des Weiteren betrieben werden, um den ersten Sensor basierend auf dem Vergleich des gemessenen Kurbelwinkels und des mindestens einen vorbestimmten Kurbelwinkels auszulesen.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet der mindestens eine Signalprozessor des Weiteren einen Analog-Digital-Wandler, der betrieben werden kann, um das Motorschwingungssignal in ein digitales Drucksignal umzuwandeln. In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der mindestens eine Signalprozessor des Weiteren betrieben werden, um eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) auf das digitale Drucksignal anzuwenden, um das digitale Drucksignal in das Klopfintensität-Signal umzuwandeln.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der detaillierten Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin:
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1 ein Funktionsdiagramm für ein Fahrzeug-System zur Erkennung und Abschwächung von AI, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung und Abschwächung von AI, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist;
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3 eine Grafik ist, die mehrere Abschwächungs-Strategien darstellt, die basierend auf Motordrehzahl und Motorlast aktiviert werden, gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Beispiel einer Zeitstrahl-Grafik eines Kurbelwinkel-Fensters zum Erkennen von AI, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist; und
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5 ein Beispiel einer Grafik ist, die ein AI-Signal darstellt, das ein Klopfsignal-Fenster überlappt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter einigen Umständen kann ein Selbstentzündungs(AI)-Ereignis innerhalb eines Motorzylinders auftreten. AI kann als Ereignis beschrieben werden, bei dem das Luft-/Kraftstoffgemisch im Zylinder vor TDC und vor der Zündkerze zündet. AI kann durch eine vom Zündfunken verschiedene Zündquelle eingeleitet werden, wie etwa Heißstellen in der Brennkammer, eine Zündkerze, die für die Anwendung zu heiß läuft, oder kohlenstoffhaltige Ablagerungen in der Brennkammer, die durch vorhergehende Verbrennungsereignisse des Motors zum Glühen gebracht werden. AI können Motorschäden verursachen, wenn sie nicht erkannt werden und ihnen nicht abgeholfen wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein funktionelles Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems 100 zur Erkennung und Abschwächung von AI, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt. Ein Motor 102 generiert Drehmoment zum Antreiben der Laufräder eines Fahrzeugs. Luft wird über einen Ansaugkrümmer 104 in den Motor 102 eingesaugt. Der Luftstrom in den Motor 102 wird durch eine Drosselklappe 106 geregelt. Ein Drosselklappen-Stellgliedmodul 108 (z. B. ein elektronischer Drosselregler) regelt die Öffnung der Drosselklappe 106. Eine oder mehrere Kraftstoff-Einspritzdüsen 110 mischen Kraftstoff mit Luft, um ein brennbares Kraftstoff-/Luftgemisch zu bilden. Ein Kraftstoff-Stellgliedmodul 112 regelt die Kraftstoff-Einspritzdüse(n). Die Einspritzdüsen spritzen Kraftstoff direkt in die Zylinder ein, oder beispielsweise in Kraftstoffeinspritzöffnungen der Zylinder. Ein Zylinder 114 beinhaltet einen Kolben (nicht dargestellt), der mit einer Kurbelwelle 118 verbunden ist. Obwohl der Motor 102 mit nur dem Zylinder 114 dargestellt ist, kann der Motor 102 mehr als einen Zylinder enthalten, z. B. 2, 4, 6, 8 oder mehr. Ein Verbrennungszyklus im Zylinder 114 kann aus vier Takten bestehen: ein Einlasstakt, ein Kompressionstakt, ein Ausdehnungstakt und ein Auslasstakt. Ein Motorzyklus beinhaltet einen Verbrennungszyklus in jedem Zylinder. Während des Einlasstaktes nähert sich der Kolben einer untersten Position, und der Zylinder 114 wird mit dem Kraftstoff und der Luft versorgt. Die unterste Stellung kann als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet werden. Während des Verdichtungstaktes treibt die Kurbelwelle 118 den Kolben zu einer obersten Position und verdichtet das Luft-Kraftstoffgemisch innerhalb des Zylinders 114. Die oberste Stellung kann auch als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet werden. Eine Zündkerze 120 zündet das Luft-/Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Motors 102. Ein Zündkerzen-Stellgliedmodul 122 steuert die Zündkerze(n). Die Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches treibt während des Ausdehnungstakts den Kolben vom TDC weg und versetzt die Kurbelwelle 118 in Drehung. Die Drehkraft (d. h. Drehmoment) ist eine Quelle der Verdichtungskraft für einen Kompressionstakt eines Verbrennungszyklus eines oder mehrerer Zylinder, die dem Zylinder in einer vorgegebenen Zündfolge folgen. Abgas von der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches wird während des Auslasstaktes aus dem Zylinder 114 ausgestoßen.
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Eine oder mehrere Verstärkungsvorrichtungen, wie etwa ein Turbolader 127 oder ein Kompressor, können implementiert sein. Während nur eine Verstärkungsvorrichtung dargestellt ist, können mehrere Verstärkungsvorrichtungen implementiert sein. Turbolader 127 setzt Luft im Ansaugkrümmer 104 unter Druck. Das Verstärkungs-Stellgliedmodul 128 steuert die Leistung des Turboladers 127. Verstärkung kann als Menge beschrieben werden, um die der Druck im Ansaugkrümmer 104 größer ist als ein Umgebungsdruck. Der Motor 102 überträgt ein Drehmoment auf das Getriebe 140. Das Getriebe 140 kann ein Schaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein automatisches Schaltgetriebe oder eine andere geeignete Art von Getriebe beinhalten.
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Ein Drehzahlsensor 141 ist an oder nahe der Kurbelwelle 142 angebracht und kann betrieben werden, um eine Motordrehzahl zu bestimmen, während sich die Kurbelwelle 142 dreht. Zusätzlich kann der Kurbelwellensensor 119 verwendet werden, um eine Motordrehzahl zusätzlich zum Kurbelwinkel zu bestimmen, aber für die Zwecke dieser Offenbarung werden zwei getrennte Sensoren benutzt.
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Das Getriebe 140 überträgt Drehmoment auf ein oder mehrere Laufräder (nicht dargestellt) über eine Getriebeausgangswelle 142 und eine Kraftübertragung (nicht dargestellt). Ein Drehmomentsensor oder Drehmomentwandler 143 befindet sich auf oder nahe der Getriebeausgangswelle 142 zum Abtasten eines Motordrehmoments oder einer Last. Ein elektronisches Steuermodul (ECM) 160 befindet sich in Kommunikation mit dem Drehzahlsensor 141 zum Empfang eines Motordrehzahlsignals als Eingabe für das Bestimmen einer Motordrehzahl und ist auch in Kommunikation mit dem Drehmomentsensor 143 zum Empfang eines Drehmomentsignals als Eingabe für das Bestimmen einer Motorlast. Drehmomentsensor 143 ist typischerweise ein kontaktloser Sensor, der sich an oder nahe der Kurbelwelle 142 befindet und betrieben werden kann, um ein elektrisches oder magnetisches Feldsignal zu erkennen, das von Änderungen eines Motordrehmoments an der sich drehenden Kurbelwelle 142 beeinflusst wird.
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Ein Krümmerabsolutdruck(MAP)-Sensor 146 ist innerhalb des Ansaugkrümmers angebracht, um Druck innerhalb des Ansaugkrümmers 104 zu messen und einen MAP basierend auf dem Druck innerhalb des Ansaugkrümmers 104 zu erzeugen. Ein Kurbelwellensensor 119 misst die Drehposition der Kurbelwelle 118 und stellt dem ECM 160 ein Kurbelwellenpositionssignal bereit, wodurch der Kurbelwinkel bestimmt wird. Der Kurbelwinkel bezeichnet die Drehposition der Kurbelwelle 118 in Bezug zu einem Kolben, während der Bewegung innerhalb des Motorzylinders 114. In Grad gemessen beträgt der Kurbelwinkel für einen Kolben der sich am oberen Totpunkt (TDC) seines Kompressionstakts befindet beispielsweise 0°.
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Ein Kurbelwinkel-Überwachungssystem des AI-Erkennungs- und Abschwächungs-Systems 100 beinhaltet ECM 160, Kurbelwellensensor 119 und ein Zahnrad (nicht dargestellt), das sich mit der Kurbelwelle 118 dreht. Das Zahnrad kann N Zähne aufweisen, und der Kurbelwellensensor 119 überwacht den Lauf der Zähne. Kurbelwellensensor 119 erzeugt Impulse in Form eines Kurbelwinkel-Signals, während die Zähne des Zahnrades den Kurbelwellensensor 119 passieren.
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ECM 160 bestimmt den Kurbelwinkel basierend auf den Impulsen im Kurbelwinkelsignal. ECM 160 bestimmt den Kurbelwinkel an verschiedenen Drehintervallen der Kurbelwelle 118, an denen AI, Vorzündung oder Klopfen bekannter- oder vermutlicherweise auftreten. Nur als Beispiel kann ECM 160, wenn es zusammen mit anderen Sensoren benutzt wird, bestimmen, dass AI während eines Intervalls zwischen 30° und 0° vor TDC der Kurbelwellendrehung 118 auftritt. Ein Umgebungsdrucksensor 150 misst einen (barometrischen) Umgebungsluftdruck und erzeugt einen Umgebungsluftdruck basierend auf dem gemessenen Druck. Motorschwingungssensor 152 misst laufend Motorschwingungen, die auf den Druck innerhalb eines Motorzylinders 114 hinweisen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Motorschwingungssensor 152 selektiv vom ECM 160 ausgelesen. Zusätzlich bestimmt das ECM 160, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, den Druck innerhalb des Zylinders 114 zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln. In einer Ausführungsform ist der Motorschwingungssensor 152 ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor, jedoch können stattdessen andere Sensoren, die im Allgemeinen als „Klopfsensoren“ bezeichnet werden und zum Erkennen von Druck oder Schwingungen in einem Motor benutzt werden, eingesetzt werden. Ein oder mehrere andere Sensoren 154 können ebenfalls implementiert werden, wie etwa ein Massenstromdurchsatz(MAF)-Sensor, ein Ansauglufttemperatur(IAT)-Sensor, ein Öltemperatursensor, ein Motorkühlmittel-Temperatursensor, usw. Motor-Stellgliedmodule steuern basierend auf Signalen des ECM 160 Motor-Stellglieder. Beispielsweise steuert das Drosselklappen-Stellgliedmodul 108 das Drosselventil 106 basierend auf Signalen vom ECM 160, das Kraftstoff-Stellgliedmodul 112 steuert die Einspritzdüse(n) basierend auf Signalen vom ECM 160, das Zündfunken-Stellgliedmodul 122 steuert die Zündkerze(n) 120 basierend auf Signalen vom ECM 160 und das Verstärkungs-Stellgliedmodul 128 steuert die Verstärkungsvorrichtung(en) basierend auf Signalen vom ECM 160. Andere Motor-Stellglieder, wie etwa beispielsweise Ventilantriebe, können enthalten sein und basierend auf Signalen vom ECM 160 gesteuert werden.
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AI kann auftreten, wenn ein Fahrer eine Erhöhung eines Motorausgangsdrehmoments nach einer Betriebsperiode mit Unterdruck im Ansaugkrümmer 104 anfragt, der kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Ein Fahrer kann eine Erhöhung eines Motorausgangsdrehmoments nach einer Betriebsperiode mit Unterdruck im Ansaugkrümmer 104 anfragen, der kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wenn beispielsweise ein Überholvorgang ausgeführt wird, während einer Fahrt am Berg und/oder unter anderen Umständen. Während der Betriebsperiode, während der das Vakuum im Ansaugkrümmer 104 kleiner ist als der vorbestimmte Wert, können sich brennbare Stoffe innerhalb des Zylinders 114 des Motors 102 ansammeln. Brennbare Stoffe können sich in Spalten der Zylinder 114 des Motors 102 ansammeln, wie etwa in der Nähe von Kolbenringstegen, von Kolbenringen, von Zündkerzen, usw. Die zugehörige Erhöhung des Luftstroms in den Motor 102, die auftritt, wenn der Fahrer die Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments anfragt, kann einige oder alle der angesammelten brennbaren Stoffe dazu bringen, sich zu entzünden und AI zu verursachen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ECM 160 dazu programmiert, eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen einzuleiten, wenn AI erkannt wird, um die AI abzuschwächen. Abhilfemaßnahmen beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, Zylinderkraftstoffanreicherung oder -abschalten, Einstellen der Nockenwellenposition und Verhindern von kurzfristiger Zündverzögerung. Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Erkennen und Abschwächen von AI gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und beginnt bei Block 205. Bei Block 210 liest ECM 160 den Kurbelwellensensor 119 aus, um den Kurbelwinkel zu bestimmen.
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Bei Block 215 vergleicht ECM 160 den gemessenen Kurbelwinkel mit einem ersten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert. Wenn der gemessene Kurbelwinkel und der erste vorbestimmte Kurbelwinkel-Schwellenwert ungleich sind, liest das ECM 160 weiter den Kurbelwellensensor 119 aus. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kurbelwellensensor-Signal kontinuierlich vom ECM 160 ausgelesen, sodass der aktuelle Kurbelwinkel bestimmbar ist. Wenn der gemessene Kurbelwinkel gleich dem ersten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert ist, springt das Verfahren zu Block 220.
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Bei Block 220 liest das ECM 160 den Motorschwingungssensor 152 aus, um ein Motorschwingungssignal zu erhalten. Es versteht sich, dass in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Motorschwingungssensor 152 kontinuierlich das Motorschwingungssignal abtastet und das ECM 160 das Motorschwingungssignal ausliest, nachdem das gemessene Kurbelwinkelsignal gleich dem ersten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert ist.
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Bei Block 225 vergleicht das ECM 160 den gemessenen Kurbelwinkel mit einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert. Wenn der gemessene Kurbelwinkel nicht gleich dem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert ist, liest ECM 160 weiter den Motorschwingungssensor 152 aus. Wenn das ECM 160 bestimmt, dass der gemessenen Kurbelwinkel gleich dem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert ist, springt das Verfahren zu Block 230.
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Bei Block 230 fortfahrend hört ECM 160 auf, den Motorschwingungssensor 152 auszulesen. Als solches erhält das ECM 160 einen Messwert vom Motorschwingungssensor 152 vom ersten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert zum zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert in einem Motorschwingungs-Erkennungsfenster.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung liest das ECM 160 selektiv den Motorschwingungssensor 152 während einer Periode aus, die zwischen einem dritten und einem vierten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert auftritt. Nach diesem Ansatz können während eines Zylinderverbrennungszyklus mehrere Zylinderdruck-Fenster abgetastet werden. Nachdem das ECM 160 bei Block 230 aufhört, den Motorschwingungssensor 152 auszulesen, wird das Verfahren bei Block 235 fortgesetzt.
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Bei Block 235 analysiert und wandelt ECM 160 das Motorschwingungssensor-Signal um, das zwischen dem ersten und zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel-Schwellenwert ausgelesen wird. Ein Signal, das über den gesamten Bereich des Motorschwingungs-Erkennungsfensters hinweg ausgelesen wird, kann ein AI-Signal und ein Klopfsignal enthalten, die gemäß dem Zeitpunkt des Auftretens und der Signaleigenschaften geparst oder getrennt werden. Wenn das AI-Signal endet, nachdem das Klopfsignal beginnt, erscheint ein Teil des AI-Signals gleichzeitig mit dem Auftreten des Klopfsignals. Verschiedene Signaleigenschaften, wie etwa Amplitude und Frequenz, ermöglichen, dass die Signale leicht identifiziert und geparst werden können. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das ECM 160 eine analog-digital(AD)-Wandlerschaltung (nicht dargestellt), um das Ausgangssignal des Motorsschwingungssensors 152 zu digitalisieren. Eine digitale Signalprozessor(DSP)-Schaltung (nicht dargestellt) ist auch im ECM 160 enthalten, um die FFT auf das digitalisierte Ausgangssignals der (AD)-Schaltung anzuwenden, um ein Frequenzsignal oder „Klopfintensität“-Signal aus dem digitalen Signal zu identifizieren.
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Bei 240 vergleicht das ECM 160 mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals mit mindestens einem vorbestimmten Eigenschafts-Schwellenwert. Bei Block 245 fährt der Prozess, wenn die mindestens eine Eigenschaft des Klopfintensität-Signals den mindestens einen der vorbestimmten Eigenschafts-Schwellenwerte überschreitet, mit Block 250 fort. Wenn die mindestens eine Klopfintensität-Signaleigenschaft den mindestens einen vorbestimmten Eigenschafts-Schwellenwert nicht überschreitet, kehrt das Verfahren zu Block 240 zurück. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Amplitude des Klopfintensität-Signals die mindestens eine vorgegebene Eigenschaft, die zum Bestimmen benutzt wird, ob AI auftritt. Alternativ bestimmt die vorliegende Erfindung, dass ein AI-Ereignis auftritt, wenn die Amplitude des Klopfintensität-Signals sich zwischen einem unteren Klopfintensität-Minimalschwellenwert und einem maximalen Schwellenwert für eine vorgegebene Anzahl von Zylinderereignissen bewegt.
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Bei Block 250 leitet das ECM 160 eine AI-Abschwächung ein, um das Auftreten von AI abzuschwächen oder zu beenden, wenn die Drucksignalparameter des Klopfstärke-Signals den mindestens einen vorbestimmten Satz von Parametern überschreiten. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 sieht die vorliegende Erfindung das Benutzen einer oder mehrerer Abschwächungs-Techniken vor, die separat oder kombiniert durchgeführt werden.
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Bei Block 255 bestimmt das ECM 160, ob die Motordrehzahl sich zwischen einem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-ES1-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motordrehzahl-ES2-Schwellenwert befindet und die Motorlast sich zwischen einem ersten vorbestimmten Motorlast-EL1-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motorlast-EL2-Schwellenwert befindet (siehe 3). Wenn die Drehzahl sich zwischen einem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-ES1-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motordrehzahl-ES2-Schwellenwert befindet und die Motorlast sich zwischen einem ersten vorbestimmten Motorlast-EL1-Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Motorlast-EL2-Schwellenwert befindet, veranlasst das ECM 160 bei Block 260 die Einspritzdüse 110, zusätzlichen Kraftstoff in den Zylinder 114 einzuspritzen und dadurch eine Abschwächung durch Kraftstoffanreicherung durchzuführen. Bei Block 265 bestimmt das ECM 160, ob die Motordrehzahl sich zwischen einem dritten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES3 und einem vierten vorbestimmten Motordrehzahlschwellenwert ES4 befindet und ob die Motorlast sich zwischen einem dritten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL4 und einem vierten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert ES4 befindet. Wenn sich die Motordrehzahl zwischen einem dritten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES3 und einem vierten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES4 befindet und sich die Motorlast zwischen einem dritten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert ES3 und einem vierten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert ES4 befindet, schaltet das ECM in Block 270 die Kraftstoffzufuhr an den Motorzylinder ab. Anreichern und Entfernen von Kraftstoff in/von dem Zylinder 114 reduziert die Zylindertemperatur, sodass eine Temperatur, die zum Verursachen von AI führt, vermieden wird. Bei Block 275 wird eine Abhilfemaßnahme zum Verhindern oder Stoppen von AI fortgesetzt, wenn ECM 160 bestimmt, ob die Motordrehzahl sich zwischen einem fünften vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES5 und einem sechsten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES6 befindet und ob die Motorlast sich zwischen einem fünften vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL5 und einem sechsten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL6 befindet (siehe 3). Wenn sich die Motordrehzahl zwischen einem fünften vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES5 und einem sechsten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES6 befindet und wenn die Motorlast sich zwischen einem fünften vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL5 und einem sechsten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert befindet, führt ECM 160 bei Block 280 die Abhilfemaßnahme des Einstellens der Nockenwellenposition durch. Ein Einstellen der Position der Nockenwelle 118 beeinflusst den Betätigungszeitpunkt der Einlass- und Auslassventile eines Motors, was für das Steuern der Zündung im Motorzylinder 114 wichtig ist. Wenn das ECM 160 bestimmt, dass sich die Motordrehzahl nicht zwischen einem fünften vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES5 und einem sechsten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES6 befindet und dass die Motorlast sich nicht zwischen einem fünften vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL5 und einem sechsten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL6 befindet, wird die Position der Nockenwelle 118 nicht eingestellt und das Abhilfemaßnahmen-Verfahren wird bei Block 285 fortgesetzt. Bei Block 285, und mit Bezug auf 3, bestimmt ECM 160, ob sich die Motordrehzahl zwischen dem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES1 und einem siebten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES7 befindet und das ECM 160 bestimmt, ob die Motorlast sich zwischen einem siebten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL7 und einem achten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL8 befindet. Wenn sich die Motordrehzahl zwischen dem ersten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES1 und einem siebten vorbestimmten Motordrehzahl-Schwellenwert ES7 befindet und wenn sich die Motorlast zwischen einem siebten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL7 und einem achten vorbestimmten Motorlast-Schwellenwert EL8 befindet, verhindert das ECM an Block 290, dass eine kurzfristige Zündungsverzögerung im Zylinder 114 auftritt. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird kurzfristige Zündverzögerung wenn nötig zugelassen, und das Erkennungs- und Abschwächungs-Verfahren kehrt zu Block 240 zurück. Das Entfernen einer kurzfristigen Zündverzögerung schwächt AI durch ein Vorziehen der Funkenzündung ab und kühlt somit die Ladung BTDC. Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet ein Kurbelwinkel-Grad-Zeitstrahl 400 ein AI-Erkennungsfenster 402 und ein Klopf-Erkennungsfenster 404 gemäß der vorliegenden Erfindung. Lediglich beispielhaft beträgt die Gesamtlänge des Kurbelwinkel-Grad-Zeitstrahls 80° Kurbelwinkel. Das AI-Erkennungsfenster 402 beginnt bei –30° Kurbelwinkel und endet bei 0° Kurbelwinkel, wodurch eine Länge eines AI-Erkennungsfensters 402 von 30° Kurbelwinkel vorgesehen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung, kann ECM 160 betrieben werden, um den Drucksensor 152 auszulesen, wenn der Kurbelwellensensor 119 einen Kurbelwinkel von –30° misst, und das Auslesen zu beenden, wenn der Kurbelwinkel 50° beträgt. Daher liest das ECM 160 die gesamte Kurbel-Länge von 80° aus. Danach wird das Signal zwischengespeichert und nur die AI-Fenster-Daten zwischen (–30° und 0°) werden zur Erkennung von AI benutzt. Die Fensterlänge zwischen (20° und 50°) wird benutzt um Klopf-/SPI-Signale zu erkennen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das ECM 160 ein gesamtes Erkennungsfenster oder eine Vielzahl von verschiedenen Erkennungsfenstern auslesen, um die
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Signale des Motorschwingungssensors 152 zu erhalten, die während eines Zylinderverbrennungszyklus auftreten. Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Grafik bereitgestellt, die ein AI-Signal darstellt, das ein Klopfsignal-Fenster überlappt. Grafik 500 stellt Kurbelwinkel-Grade entlang ihrer X-Achse und Druck in Pascal entlang ihrer Y-Achse dar. Lediglich beispielhaft, gemäß 4 oben, tritt das AI-Erkennungsfenster 402 zwischen –30° und 0° Kurbelwinkel auf, und das Klopferkennungsfenster wird als zwischen 20° und 50° Kurbelwinkel auftretend gezeigt. Wie dargestellt beginnt das AI-Drucksignal 502 bei –20° Kurbelwinkel anzusteigen, bis ein maximales Druckniveau bei etwa –5° Kurbelwinkel erreicht wird. Danach beginnt das AI-Drucksignal 502 in Größe und Frequenz über das AI-Erkennungsfenster 402 hinaus zu sinken, so dass es das Klopferkennungs-Fenster 404 überlappt und durchquert. Durch dieses Beispiel wird deutlich, dass Größe und Frequenz des Klopfdrucksignals 504 wesentlich geringer sind als das AI-Drucksignal 502 und es damit leicht unterscheidbar ist. Nach Erkennen und Unterscheiden des AI-Drucksignals 502 vom Klopfdrucksignal 504 kann das ECM 160 dann betrieben werden, um Abhilfemaßnahmen einzuleiten, um Auftreten von AI zu beenden oder abzuschwächen, worin solche unkontrollierten Detonationen zu reduzierter Motorleistung und Alterungsbeständigkeit oder zu wesentlichen Motorschäden führen können. Die vorhergehende Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Anwendungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen hervor. Aus Gründen der Klarheit werden die gleichen Referenznummern in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hier verwendet, sollte der Ausdruck mindestens eines von A, B und C, so ausgelegt werden, dass er einen logischen Ausdruck (A oder B oder C) bedeutet, unter Verwendung eines nicht-ausschließlichen logischen OR (ODER). Es sei darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff Modul beziehen auf, ein Teil sein von, oder beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine diskrete Schaltung;
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eine integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem System-on-Chip. Der Begriff Modul kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenspeicher) beinhalten, der Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird. Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten, und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam bedeutet, wenn er oben verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code aus mehreren Modulen unter Verwendung eines einzigen (gemeinsamen) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil oder der gesamte Code aus mehreren Modulen durch einen einzigen (gemeinsamen) Speicher gespeichert werden. Zusätzlich kann ein Teil oder der gesamte Code aus einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nicht-transitorischen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten beinhalten und/oder auf diesen basieren. Nicht-einschränkende Beispiele für das nicht-transitorische, konkrete, computerlesbare Medium beinhalten nicht-flüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, Magnetspeicher und optischen Speicher.