DE10324782A1

DE10324782A1 - Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE10324782A1
Application number: DE2003124782
Authority: DE
Inventors: Christina Sauer; Niraimathi Appavu Mariappan; Steffen Strauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung (1) zur Betätigung mindestens eines Auslassventils (8) eines Zylinders, wobei die hydraulische Ventilsteuerung (1) einen oberen Druckraum (4) sowie einen unteren Druckraum (3) umfasst, die mit einem Hochdruckrailverteiler (22) verbunden sind, wobei der untere Druckraum (3) über Teile des Hochdruckrailverteilers (22) mit einem Hochdruckrail (9) verbunden ist und der untere Druckraum (3) über ein Steuerventil (MV1) mit dem oberen Druckraum (4) verbindbar ist, wird eine sichere Erkennung von Fehlzündungen gewährleistet, indem bei Öffnen des Steuerventils (MV1) zur Öffnung des Auslassventils (8) der Druckverlauf in dem Hochdruckrailverteiler (22) zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung zur Betätigung mindestens eines Auslassventils eines Zylinders, wobei die hydraulische Ventilsteuerung einen oberen Druckraum sowie einen unteren Druckraum umfasst, die mit einem Hochdruckrailverteiler verbunden sind, wobei der untere Druckraum über Teile des Hochdruckrailverteilers mit einem Hochdruckrail verbunden ist und der untere Druckraum über ein Steuerventil mit dem oberen Druckraum verbindbar ist, sowie einen Verbrennungsmotor, Mittel zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und ein Computerprogrammprodukt.

Mit nockenwellenfreien Triebwerken bei Verbrennungsmotoren soll sowohl eine höhere Effizienz des Motors als auch eine geringere Abgasbelastungen erzielt werden. Eine Möglichkeit der Steuerung von Ventilen zum Gasaustausch ist die elektrohydraulische Steuerung der Ventile. Dabei wird ein hydraulischer Aktor elektrisch gesteuert. Die dabei erzielbare vollständig variable Kontrolle über die Ventile ermöglicht es, Betriebszustände und Betriebsarten in weiten Bereichen zu variieren, erfordert aber auch neue Ansätze zum Erkennen ungewollter Betriebszustände. Dazu gehört eine sichere und frühzeitige Erkennung von Fehlzündungen bei Otto-Motoren. Dadurch wird ermöglicht, unver brannte Gase erneut einem Verbrennungsprozess des Motors zuzuleiten. Ein weiterer Aspekt ist es, eine Kollision der Ventile zum Gasaustausch mit dem Kolbenboden des Hubkolbens zu verhindern. Da es keine mechanische Steuerung gibt, besteht die Gefahr einer Kollision zwischen Einlassventil und insbesondere Auslassventil und dem Hubkolben des Hubkolbenmotors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, dass eine sichere Erkennung von Fehlzündungen gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung zur Betätigung mindestens eines Auslassventils eines Zylinders, wobei die hydraulische Ventilsteuerung einen oberen Druckraum sowie einen unteren Druckraum umfasst, die mit einem Hochdruckrailverteiler verbunden sind, wobei der untere Druckraum über Teile des Hochdruckrailverteilers mit einem Hochdruckrail verbunden ist und der untere Druckraum über ein Steuerventil mit dem oberen Druckraum verbindbar ist, bei dem bei Öffnen des Steuerventils zur Öffnung des Auslassventils der Druckverlauf in dem Hochdruckrailverteiler zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird, gelöst. Das Verfahren eignet sich sowohl zur Detektion von Fehlzündungen bei Otto-Motoren als auch zur Detektion von Fehlzündungen bzw. -verbrennungen bei Dieselmotoren. Der Druckverlauf als Funktion des Druckes über die Zeit kann an unterschiedlichen Stellen der Ventilsteuerung gemessen werden. Beispielsweise kann der Druckverlauf zwischen dem Steuerventil und dem oberen Druckraum zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird. Das Steuerventil ist vorzugsweise ein elektromecha nisches Ventil, welches somit elektrisch angesteuert werden kann. Die Steuerung kann durch eine elektronische Motorsteuerung erfolgen. Die Detektion von Fehlzündungen des Motors erfolgt also indirekt, indem nämlich der Druckverlauf innerhalb des hydraulischen Systems der Ventilsteuerung als Indikator für eine Fehlzündung herangezogen wird. Dazu ist notwendig und ausreichend, den Druckverlauf an beliebiger Stelle in dem Hochdruckrailverteiler gemeinsam für alle Auslassventile erfassen zu können. Alternativ kann auch an mehreren Stellen des Hochdruckrailverteilers, beispielsweise für jedes einzelne Auslassventil einzeln, der Druck gemessen werden. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Druckmessung in nicht allzu großer Entfernung von dem Steuerventil erfolgt.

Die grundlegende Idee ist also, die Druckänderung in dem Hochdruckrailverteiler mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu beobachten, dies speziell in den Phasen, in denen das erste bzw. zweite Magnetventil geöffnet bzw. geschlossen wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich oder alternativ der zeitliche Gradient des Druckanstieges zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird. Der zeitliche Gradient ist die Ableitung des Druckverlaufs nach der Zeit. Liegt der Gradient innerhalb eines bestimmten Bereiches, so liegt keine Fehlzündung vor, liegt dieser ausserhalb dieses Bereiches, so liegt eine Fehlzündung vor.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Druckverlauf im unteren Druckraum und/oder oberen Druckraum und/oder in der Verbindungsleitung zwischen dem unterem Druckraum und dem oberen Druckraum zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird. Hier kann insbesondere der Druckverlauf zwischen dem Steuerventil und dem oberen Druckraum zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen werden. Die Druckschwankungen sind in diesen Bereichen besonders deutlich, da diese direkt im Ölfluss liegen.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Zündung als erkannt gilt, wenn der Druck bis zum Öffnen des ersten Steuerventils zunächst auf einem etwa konstanten Anfangsdruck liegt, nach Öffnen des ersten Steuerventils auf einen ersten Minimalwert abfällt und danach auf ein hohes erstes lokales Maximum ansteigt, das größer als der Anfangsdruck vor dem Öffnen des Steuerventils ist. Man hat so ein Kriterium für eine erfolgreiche oder reguläre Zündung an der Hand.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Fehlzündung als erkannt gilt, wenn der Druck bis zum Öffnen des ersten Steuerventils zunächst auf einem etwa konstanten Anfangsdruck liegt, nach Öffnen des ersten Steuerventils auf einen ersten Minimalwert abfällt und danach auf ein niedriges erstes lokales Maximum ansteigt, der kleiner als der Anfangsdruck vor dem Öffnen des Steuerventils ist. Dieses Kriterium ist das Pendant zu dem zuvor genannten kriterium und ermöglicht eine weitere Identifikation einer Fehlzündung.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der untere Druckraum über ein erstes Rückschlagventil mit dem Hochdruckrail verbunden ist. Das Rückschlagventil verhindert eine Rückströmung von Hydrauliköl in den Hochdruckrail im Falle von Druckspitzen in dem unteren Druckraum.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der obere Druckraum über ein zweites Rückschlagventil mit einem Rücklaufrail verbunden ist. Dieses Rückschlagventil verhindert ein Rückströmen von Hydrauliköl aus dem Rücklaufrail in den oberen Druckraum.

Das eingangs genannte Problem wird auch durch einen Verbrennungsmotor mit einer hydraulischen Ventilsteuerung gelöst, bei dem die hydraulische Ventilsteuerung Mittel umfasst, die nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche arbeiten können.

Das eingangs genannte Problem wird auch durch Mittel zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer hydraulischen Ventilsteuerung, insbesondere programmierbarer elektronischer Rechner mit einer gespeicherten ausführbaren Befehlsfolge, gelöst, mit der die Mittel ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche steuern können.

Das eingangs genannte Problem wird auch durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem durch einem Computer nutzbaren Medium gespeichert ist, mit Programmteilen, die Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche steuern können, gelöst.

Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer hydraulischen Ventilsteuerung;
2 einen Druckverlauf bei Zündung;
3 einen Druckverlauf bei Fehlzündung.
Anhand 1 soll zunächst das Prinzip einer für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbaren hydraulischen Ventilsteuerung dargestellt werden. Es versteht sich, dass auch andere Realisierungen einer hydraulischen Ventilsteuerung verwendet werden können. Die Ventilsteuerung ist Teil eines Verbrennungsmotors mit Hubkolben, wobei der Gasaustausch über an sich bekannte Ein- und Auslassventile erfolgt. Das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile erfolgt anstatt über beispielsweise eine Nockenwelle und Kipphebel oder Stößel zur Übertragung der Bewegung über die anhand der 1 dargestellte hydraulische Ventilsteuerung. Der Motor selbst sowie die Ein- und Auslassventile sind hier nicht dargestellt, da diese an sich bekannt sind.
Die in Form einer Prinzipskizze dargestellte hydraulische Ventilsteuerung 1 umfasst im Wesentlichen einen Doppelkolben 2, der mit einem unteren Druckraum 3 sowie einem oberen Druckraum 4 zusammenwirkt. Der Doppelkolben 2 ist mit einem durchgehenden Stößel 5 verbunden. Der Stößel 5 wiederum ist aufgeteilt in einen unteren Stößel 6 sowie einen oberen Stößel 7. Der untere Stößel 6 ist mit einem nicht näher dargestellten Auslassventil 8 mechanisch verbunden. Je nach Betätigungsrichtung des Auslassventils 8 kann dieses auch mit dem oberen Stößel 7 verbunden sein. Das hydraulische System für das hier dargestellte Auslassventil 8 ist im Prinzip identisch mit dem hydraulischen System eines Einlassventils. Der untere Druckraum 3 bildet zusammen mit dem Doppelkolben 2 und dem unteren Stößel 6 einen unteren Kolben 11. Entsprechend bildet der obere Druckraum 4 zusammen mit dem Doppelkolben 2 und dem oberen Stößel 7 einen oberen Kolben 12.
Der Doppelkolben 2 bildet zusammen mit dem unteren Druckraum 3 und dem oberen Druckraum 4 eine in zwei Richtungen wirkende bzw. einsetzbare Kolben/Zylinderanordnung. Die hydraulische Beschaltung sowie die Funktionsweise und zumindest Ansätze zur Einbindung in das Motormanagement des Kolbenmotors werden im Folgenden beschrieben. Ein Hochdruckrail 9 ist über ein erstes Rückschlagventil RV1 mit dem unteren Druckraum 3 hydraulisch verbunden. Der Hochdruckrail 9 ist eine sämtliche Ventilsteuerungen des Verbrennungsmotors verbindende Hydraulikvorlaufleitung, die je nach Betriebszustand des Motors, dies betrifft insbesondere die Drehzahl und Last, aber auch Parameter wie Einspritzdruck und dergleichen, auf einem bestimmten Druckniveau gehalten wird. Das erste Rückschlagventil RV1 bewirkt, dass eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit nur von dem Hochdruckrail 9 in den unteren Druckraum 3 erfolgen kann. Ein Rückfließen auch bei einem höherem Druck in dem unteren Druckraum 3 gegenüber dem Hochdruckrail 9 wird so unterbunden. Der untere Druckraum 3 ist mit dem oberen Druckraum 4 über ein erstes Magnetventil MV1 verbunden. Das erste Magnetventil MV1 besitzt eine geschlossene und eine geöffnete Stellung, die Darstellung der 1 zeigt die geöffnete Stellung. Anstatt eines Magnetventils können hier auch andere extern steuerbare Ventile verwendet werden. In der geöffneten Stellung des ersten Magnetventils MV1 kann ein Druckausgleich zwischen dem unteren Druckraum 3 und dem oberem Druckraum 4 erfolgen. Der obere Druckraum 4 ist zusätzlich über ein zweites Rückschlagventil RV2 mit dem Hochdruckrail 9 verbunden. Sollte der Druck in dem oberen Druckraum 4 größer sein als in dem Hochdruckrail 9, so kann hier ein Druckausgleich erfolgen. Die im Betrieb mit dem Druck des Hochdruckrails beaufschlagbaren Leitungen und Ventile des hydraulisches Systems werden begrifflich als Hochdruckrailverteiler 22 zusammengefasst, dies ist in der Skizze der 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt, die den Hochdruckrailverteiler 22 von dem Doppelkolben 2 mit den zugehörigen Druckräumen 3, 4 sowie dem Rücklaufrail 10 zeichnerisch als Teilsystem abgrenzt. Der obere Druckraum 4 ist über ein zweites Magnetventil MV2 mit einem Rücklaufrail 10 verbunden. In dem Rücklaufrail herrscht im Betrieb ein Druck in der Größenordnung von 1–2 bar. Der Rücklaufrail dient der Zuführung des durch die hydraulischen Ventilsteuerung 1 hindurchgeflossenen Hydrauliköls zu einer Pumpe, die den Hochdruckrail 9 mit Hydrauliköl höheren Druckes versorgt. Das Gesamtsystem ist insofern geschlossen. In 1 ist nur der hier interessierende Teil der hydraulischen Ventilsteuerung 1 anhand eines Doppelkolbens 2 zur Betätigung eines Auslassventils 8 dargestellt. Bei einem Verbrennungsmotor können ein oder mehrere Auslassventile 8, die jeweils von dem gleichen Doppelkolben 2 oder von jeweils einzeln zugeordneten Doppelkolben 2 gesteuert werden, vorhanden sein.
In 1 dargestellt ist die Ventilstellung der jeweils steuerbaren Ventile, dies sind die das erste Magnetventil MV1 und das zweite Magnetventil MV2, in der geschlossenen Stellung des Auslassventils 8. Dabei ist das erste Magnetventil MV1 geschlossen, das zweite Magnetventil MV2 geöffnet. Dies bewirkt, dass der untere Druckraum 3 auf dem Druckniveau des Hochdruckrails 9 ist, der obere Druckraum 4 ist auf dem Druckniveau des Rücklaufrails 10. Der Druck in dem unteren Druckraum 3 ist somit höher als der in dem oberen Druckraum 4. Der Doppelkolben 2 wird daher in Rich tung des oberen Druckraumes 4 gedrückt. Das Auslassventil 8 wird dadurch geschlossen.
Zum Öffnen des Auslassventiles 8 wird zunächst das zweite Magnetventil MV2 geschlossen, sodann wird das erste Magnetventil MV1 geöffnet. Es kann also keine Hydraulikflüssigkeit mehr von dem oberen Druckraum 4 in den Rücklaufrail 10 fließen. Nunmehr ist aber ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem unteren Druckraum 3 und dem oberen Druckraum 4 über das erste Magnetventil MV1 möglich. Wie auch der Skizze der 1 zu entnehmen ist, weist der untere Kolben 11 eine geringere hydraulisch wirksame Oberfläche auf als der obere Kolben 12. Die hydraulisch wirksame Fläche des unteren Kolbens 11 ist kleiner als die hydraulisch wirksame Fläche des oberen Kolbens 12. Mit hydraulisch wirksamer Fläche ist der Flächenanteil gemeint, der bei Druckbeaufschlagung des jeweiligen Druckraumes in Bewegungsrichtung des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird. Die unterschiedlichen hydraulisch wirksamen Flächen sind in der Darstellung der 1 durch unterschiedliche Durchmesser des unteren Stößels 6 gegenüber dem oberen Stößel 7 angedeutet. Der untere Stößel 6 weist einen größeren Durchmesser auf als der obere Stößel 7, daher ist die hydraulisch wirksame Fläche des unteren Kolbens 11 kleiner als die des oberen Kolbens 12.
Durch die Öffnung des ersten Magnetventils MV1 herrscht bei statischer Betrachtung, d.h. ohne Berücksichtigung dynamischer Effekte durch zuvor bestehende Druckunterschiede, in dem unteren Druckraum 3 der gleiche Druck wie in dem oberen Druckraum 4. Da aber die hydraulisch wirksame Fläche des oberen Kolbens 12 größer ist als die des unteren Kolbens 11, resultiert aus diesem gleichen Druck eine in Richtung des unteren Druckraumes 3 gerichtete Gesamtkraft, so dass das Auslassventil 8 geöffnet wird.
Beim Öffnen des ersten Magnetventils MV1 herrscht ein großer Druckunterschied zwischen dem unteren Druckraum 3 und dem oberen Druckraum 4. Im unteren Druckraum 3 herrscht im Wesentlichen der Druck des Hochdruckrails 9, in dem oberen Druckraum 4 herrscht in diesem Moment im Wesentlichen der Druck des Rücklaufrails 10. Der Druck in dem unteren Druckraum 3 ist in 1 als p_u_Dr dargestellt, entsprechend ist der Druck in dem oberen Druckraum als p_o_Dr dargestellt.
Druckverlauf bei Zündung
In 2 dargestellt ist der Druckverlauf p_Rail_HD_VT über die Zeit in dem Hochdruckrailverteiler 22. Zusätzlich zu dem Druckverlauf in dem Hochdruckrailverteiler 22 ist dargestellt das Öffnen bzw. Schließen des ersten Magnetventils MV1 als Kurve A_AV1_MV1 sowie des zweiten Magnetventils MV2 als Kurve A_AV1_MV2 und die Hubkurve S_GWV_AV1 des Auslassventils 8. Der Öffnungszustand der beiden Magnetventile MV1, MV2 wird dargestellt anhand des elektrischen Signals, daher die rechteckförmigen Kurven. Das elektrische Signal ist in der hier gewählten Darstellung ein ausreichender Maßstab für den Öffnungs- bzw. Schließzustand des Auslassventils 8 als solchem. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist der hydraulische Druck in dem Hochdruckrailverteiler 22 vor Öffnen des ersten Magnetventils MV1 auf einem in etwa konstanten Anfangsdruck 20. Das Schließen des zweiten Magnetventils MV2 ist durch die Kurve A_AV1_MV2 angedeutet. Der vergleichbare rechteckförmige Ausschlag der Kurve A_AV1_MV1 entspricht dem Öffnen und Schließen des ersten Magnetventils MV1.
Wie 2 zu entnehmen ist, wird zunächst das zweite Magnetventil MV2 geschlossen, was durch einen Sprung 13 von einem hohen auf einen niedrigen Wert der Kurve A_AV1_MV2 in der Darstellung der 1 dargestellt ist. Kurze Zeit später wird das erste Magnetventil MV1 geöffnet, dies ist durch einen Sprung 14 der Kurve A_AV1_MV1 in 2 dargestellt. Nach kurzer Zeit wird das erste Magnetventil MV1 wieder geschlossen, dies ist durch den Sprung 15 in der Kurve A_AV1_MV1 dargestellt. Wie zu erkennen ist, bleibt der Druckverlauf p_Rail_HD_VT in dem Hochdruckrailverteiler 22, bis zum Öffnen des ersten Magnetventils MV1 im Wesentlichen konstant. Danach sinkt der Druck bis auf einen ersten Minimalwert 17 ab, dies ist durch einen ersten Druckabfall 16 dargestellt. Ein erster Druckanstieg 18 führt nun zu einem hohen ersten lokalen Maximum 19. Dieses hohe erste lokale Maximum 19 liegt oberhalb des Anfangsdruckes 20, wie er vor Öffnen des ersten Magnetventils MV1 herrschte. Je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors kann das erste lokale Maximum 19 auch unterhalb des Anfangsdruckes 20 liegen. Wie weiter aus 2 zu erkennen ist, folgt danach ein leichter Druckabfall, darauf folgt ein stark schwankender Druckanstieg auf einen recht hohen Maximalwert. Im weiteren Verlauf pendelt sich der Druck bei schwächer werdenden Druckschwankungen auf ein Niveau ein, das in etwa in der Größenordnung des Anfangsdruckes 20 liegt.
Bei einer regulären Zündung, wenn also keine Fehlzündung vorliegt, muss das Auslassventil 8 gegen den Druck in dem Verbrennungszylinder des Motors geöffnet werden, was von Drehzahl und Last des Motors und damit in hohen Maße vom Füllungsgrad des Verbrennungszylinders abhängt. Das erste Magnetventil MV1 wird nach dem zweiten Magnetventil MV2 betätigt um das oder die Auslassventile 8 zu öffnen. Nun ist ein anfänglicher Abfall des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler 22 bemerkbar, was auf die plötzliche Verbindung des oberen mit dem unteren Druckraum zurückzuführen ist. Der Druckunterschied zwischen beiden Räumen ist groß, da in dem oberen Druckraum 4 in dieser Phase nur ein Druck in der Größenordnung von 1 bar herrscht, der untere Druckraum 3 aber mit dem Druck des Hochdruckrails 9 beaufschlagt ist. Der Druckabfall hängt hauptsächlich von dem Volumen des oberen Druckraumes 4 ab und ist im Wesentlichen unabhängig vom Druck im Verbrennungsraum des Motors, der Druckabfall wird also sowohl bei einer regulären Verbrennung als auch bei einer Fehlzündung im Wesentlichen gleich sein.
Die voranschreitende Füllung des oberen Druckraumes 4 bewirkt eine Betätigung des Auslassventils 8, was vom Druck in dem Verbrennungsraum des Motors abhängt. Die Öffnung des Auslassventils 8 erfolgt gegen den Druck im Verbrennungsraum, die Dynamik des Druckausgleichs zwischen unterem Druckraum 3 und oberen Druckraum 4 spielt also für den Öffnungsvorgang des Ventils 8 eine entscheidende Rolle.
Durch den hohen Gegendruck erfolgt eine Bewegung des Doppelkolbens 2 und damit des Auslassventils 8 erst bei einem relativ hohen Druck im oberen Druckraum 4. Dies führt beim Schließen des ersten Magnetventils MV1 dazu, dass eine ausreichend große Öffnungsbewegung des Auslassventils 8 erreicht worden ist. Daraus resultiert ein Druckanstieg in dem Hochdruckrailverteiler 22 bis zu einem Wert, der etwas oberhalb des Anfangsdruckes 20 liegt, als dies mit Rücksicht auf das Schließen des ersten Magnetventils MV1 und entsprechender Kompressibilität des verwendeten Drucköles zu erwarten wäre. Das gesamte System gerät bezüglich des Druckverlaufes danach in eine übliche Druckoszillation, welche beispielsweise auf unterschiedliche Viskositäten und Kompressibilitäten des verwendeten Öles bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen zurückgeführt werden kann.
Druckverlauf bei Fehlzündung
3 zeigt den Druckverlauf entsprechend der Darstellung der 2 für eine Fehlzündung. Die Darstellung des Öffnens des zweiten Magnetventils MV2 sowie des Öffnens und Schließens des ersten Magnetventils MV1 entspricht der Darstellung der 2. Wie im Falle einer normalen Zündung erfolgt nach Öffnen des ersten Magnetventils MV1 zunächst ein starker Druckabfall, auf den ein starker Druckanstieg folgt. Wie ein Vergleich der Darstellungen der 2 und der 3 ergibt, steigt der Druck nach Erreichen des ersten Minimalwertes 17 im Falle einer Fehlzündung aber nicht bis auf ein hohes erstes lokales Maximum 19, das oberhalb des Anfangsdruckes 20 liegt, an, sondern steigt nur bis auf ein niedriges erstes lokales Maximum 21 an, das hier beispielhaft unterhalb des Anfangsdruckes 20 liegt. Das niedrige erste lokale Maximum 21 kann je nach Betriebszustand des verbrennungsmotors auch oberhalb des Anfangsdruckes 20 liegen. Wesentlich ist hier der unterschiedliche Druckverlauf p_Rail_HD_VT in dem Hochdruckrailverteiler 22 im Falle regulärer Zündung gegenüber einer Fehlzündung.
Wenn keine Zündung im Verbrennungsraum erfolgt, wird ein vergleichsweise niedriger Druck in dem Verbrennungsraum aufgebaut, so dass der Gegendruck bei Öffnen des Auslassventils 8 entsprechend gering ausfällt. Wie zuvor darge stellt, wird trotzdem der anfängliche Druckabfall nach Öffnen des ersten Magnetventils MV1 in etwa wie im Falle einer regulären Zündung ausfallen. Der Anstieg des Druckes nach dem anfänglichen Abfall sieht hier jedoch unterschiedlich aus. Der Druckanstieg wird hier von der Masse des Doppelkolbens 2, dessen Reibung bei Bewegungen und vom Gasdruck im Verbrennungsraum abhängen. Da nun kein hoher Druck im Verbrennungsraum durch das Auslassventil 8 zu überwinden ist, ist die Bewegung des Auslassventils 8 und damit die Bewegung des Doppelkolbens 2 schneller als im Falle einer regulären Zündung. Aus diesem Grunde wird bei gleicher Öffnungszeit des ersten Magnetventils MV1 der zurückgelegte Weg des Doppelkolbens 2 bzw. des Auslassventils 8 wesentlich größer sein als im Falle einer regulären Zündung. Versuche haben ergeben, dass hier nahezu ein doppelter Weg zurückgelegt werden kann. Die Füllmenge des oberen Druckraumes 4 wird daher im Falle einer Fehlzündung etwa doppelt so hoch sein wie im Falle einer regulären Zündung, entsprechend ist die doppelte Menge an Hydrauliköl vom unteren Druckraum 3 in den oberen Druckraum 4 zu befördern. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das erste Magnetventil MV1 geschlossen wird, hat der Hochdruckrailverteiler 22 daher einen geringeren Druck als den Anfangsdruck 20 vor Öffnen des ersten Magnetventils MV1.
Mit der Messung des Druckanstieges von dem Zeitpunkt, zu dem ein Befüllen der oberen Druckkammer 4 nach Öffnen des ersten Magnetventils MV1 beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das erste Magnetventil MV1 wieder geschlossen wird, bzw. bis zu dem Punkt, an dem der maximale Hub des Doppelkolbens 2 bzw. des Auslassventils 8 erreicht wird, verfügt man über zwei Kriterien, die eine sichere Bestimmung des Vorliegens einer Fehlzündung ermöglichen.
Dieses Kriterium ist nicht abhängig von den Drücken, Steuerzeiten, Abmessungen oder dergleichen der Ventilsteuerung. Wichtig dabei ist jedoch, dass der Druckanstieg in dem Hochdruckrailverteiler 22 in allen Belastungs- und Drehzahlregionen des Motors ermittelt wird, so dass brauchbare Vergleichswerte vorhanden sind. Dies bedingt eine detaillierte Messung der Drücke bei regulärem Zündungsverlauf und bei Fehlzündungen. Die Zeitauflösung der Druckmessung ist dabei hoch zu wählen, beispielsweise im Bereich einer Millisekunde. Die hard- und softwaremäßige Implementierung des Verfahrens kann dabei sowohl in einem Funktionsrechner, in einem eigenständigen Hardwaremodul, einem Watchdog-Modul oder in dem Überwachungsrechner erfolgen. Durch eine enge Überwachung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler und einem Vergleich desselben mit vorher durchgeführten Messungen möglicher Differenzdrücke, wie vorher erklärt, können Fehlzündungen in dem jeweiligen Zylinder zeitgerecht ermittelt werden, so dass mögliche auf Fehlzündungen zurückzuführende Beschädigungen sicher vermieden werden können.

1: Hydraulische Ventilsteuerung
2: Doppelkolben
3: Unterer Druckraum
4: Oberer Druckraum
5: Stößel
6: Unterer Stößel
7: Oberer Stößel
8: Auslassventil
9: Hochdruckrail
10: Rücklaufrail
11: Unterer Kolben
12: Oberer Kolben
13: Schließen MV2
14: Öffnen MV1
15: Schließen MV1
16: Erster Druckabfall
17: Erster Minimalwert
18: Erster Druckanstieg
19: Hohes erstes lokales Maximum
20: Anfangsdruck
21: Niedriges erstes lokales Maximum
22: Hochdruckrailverteiler
RV1: Erstes Rückschlagventil
RV2: Zweites Rückschlagventil
MV1: Erstes Magnetventil
MV2: Zweites Magnetventil
p_Rail_HD_VT: Druckverlauf Hochdruckrailverteiler 22
A_AV1_MV1: Öffnungs- und Schließkurve MV1
A_MV2: Öffnungs- und Schließkurve MV2
S_GWV_AV1: Hubkurve des Auslassventils 8

Claims

Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung (1) zur Betätigung mindestens eines Auslassventils (8) eines Zylinders, wobei die hydraulische Ventilsteuerung (1) einen oberen Druckraum (4) sowie einen unteren Druckraum (3) umfasst, die mit einem Hochdruckrailverteiler (22) verbunden sind, wobei der untere Druckraum (3) über Teile des Hochdruckrailverteilers (22) mit einem Hochdruckrail (9) verbunden ist und der untere Druckraum (3) über ein Steuerventil (MV1) mit dem oberen Druckraum (4) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Öffnen des Steuerventils (MV1) zur Öffnung des Auslassventils (8) der Druckverlauf in dem Hochdruckrailverteiler (22) zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder alternativ der zeitliche Gradient des Druckanstieges zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf im unteren Druckraum (3) und/oder oberen Druckraum (4) und/oder in der Verbindungsleitung zwischen dem unterem Druckraum (3) und dem oberen Druckraum (4) und/oder der Druckverlauf zwischen dem Steuerventil (MV1) und dem oberen Druckraum (4) zur Detektion einer Fehlzündung herangezogen wird
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündung als erkannt gilt, wenn der Druck bis zum Öffnen des ersten Steuerventils (MV1) zunächst auf einem etwa konstanten Anfangsdruck (20) liegt, nach Öffnen des ersten Steuerventils (MV1) auf einen ersten Minimalwert (17) abfällt und danach auf ein hohes erstes lokales Maximum (19) ansteigt, das größer als der Anfangsdruck (20) (20) vor dem Öffnen des Steuerventils (MV1) ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlzündung als erkannt gilt, wenn der Druck bis zum Öffnen des ersten Steuerventils (MV1) zunächst auf einem etwa konstanten Anfangsdruck (20) liegt, nach Öffnen des ersten Steuerventils (MV1) auf einen ersten Minimalwert (17) abfällt und danach auf ein niedriges erstes lokales Maximum (21) ansteigt, der kleiner als der Anfangsdruck (20) vor dem Öffnen des Steuerventils ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Druckraum (3) über ein erstes Rückschlagventil (RV1) mit dem Hochdruckrail (9) verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Druckraum (4) über ein zweites Rückschlagventil (RV2) mit einem Rücklaufrail (10) verbunden ist.
Verbrennungsmotor mit einer hydraulischen Ventilsteuerung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Ventilsteuerung (1) Mittel umfasst, die nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche arbeiten können.
Mittel zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer hydraulischen Ventilsteuerung (1), insbesondere programmierbarer elektronischer Rechner, mit einer gespeicherten ausführbaren Befehlsfolge, mit der die Mittel ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche steuern können.
Computerprogramm, das auf einem durch einem Computer nutzbaren Medium gespeichert ist, gekennzeichnet durch Programmteile, die Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche steuern können.