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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
hydraulischen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors.
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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.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein
Verfahren bereitzustellen, mit denen eine Beschädigung eines Auslassventils
durch einen Hubkolben des Verbrennungsmotors bei einer Fehlzündung vermieden
wird.
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Vorteile der Erfindung
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Dieses
Problem wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen
Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch folgende
Verfahrensschritte:
Überwachen
des Druckverlauf in dem Hochdruckrailverteiler zur Detektion einer
Fehlzündung
oder Fehlverbrennung,
Identifikation des Zylinders, bei dem
die Fehlzündung
aufgetreten ist,
Identifikation des Zylinders, bei dem das
Auslassventil gerade geöffnet
wird,
Schließen
des Auslassventils des Zylinders, bei dem die Fehlzündung aufgetreten
ist, gelöst.
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Das
Verfahren eignet sich sowohl zur Detektion von Fehlzündungen
bei Otto-Motoren als auch zur Detektion von Fehlzündungen
bzw. -verbrennungen bei Dieselmotoren. Die Überwachung des Druckverlaufs
in dem Hochdruckrailverteiler zur Detektion einer Fehlzündung ist
nur erforderlich, wenn eines der ersten Magnetventile geöffnet und
ein zugeordnetes zweites Magnetventil geschlossen ist. Mit anderen
Worten ist eine Überwachung
nur sinnvoll, wenn eines der Auslassventile des Motors geöffnet werden
soll. Dies gilt auch für einen
Mehrzylindermotor, da hier in der Regel keine zwei Zylinder gleichzeitig
zünden
bzw. gleichzeitig den Gasaustausch vornehmen. Sollte bei einem Verbrennungsmotor
der zuvor bezeichnete Fall eintreten, dass mehrere Zylinder zur
gleichen Zeit zünden
und damit dauerhaft Taktparallel arbeiten, so sind zusätzliche
Mechanismen zum Erkennen einer Fehlzündung erforderlich, beispielsweise
zusätzliche
Drucksensoren jeweils in der Nähe
des ersten Magnetventils eines jeden Auslassventils.
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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.
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Die
Identifikation des Zylinders, bei dem die Fehlzündung aufgetreten ist, kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass angenommen wird, dass der
Zylinder, bei dem das Auslassventil gerade geöffnet wird, als einziger Zylinder
mit einer Fehlzündung
in Frage kommt, da dieses der Zylinder ist, der zuletzt einen Arbeitstakt ausgeführt hat,
und damit der Zylinder ist, bei dem zuletzt eine Zündung ausgelöst worden
ist.
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Die
Identifikation des Zylinders, bei dem das Auslassventil gerade geöffnet wird,
kann beispielsweise anhand eines Triggerbytes einer Steuerelektronik
der hydraulischen Ventilsteuerung erfolgen. Das Triggerbyte der
elektronischen Ventilsteuerung zeigt an, dass ein bestimmtes Auslassventil
als nächstes
bzw. in Kürze
geöffnet
werden soll oder kann, mithin, dass das zugehörige erste Magnetventil geöffnet und
das zugehörige zweite
Magnetventil geschlossen werden kann oder demnächst soll.
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Das
Schließen
des Auslassventils des Zylinders, bei dem die Fehlzündung aufgetreten
ist, erfolgt vorzugsweise durch Schließen des zugeordneten ersten
Magnetventils und Öffnen
des zugeordneten zweiten Magnetventils.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens [FS1]ist vorgesehen, dass die
hydraulische Ventilsteuerung einen oberen Druckraum sowie einen
unteren Druckraum umfasst, die mit dem Hochdruckrailverteiler verbunden
sind. Durch die Nutzung eines oberen und unteren Druckraumes, die
somit einen in zwei Richtungen wirksamen Doppelhubkolben bilden,
wird eine Steuerung des Hubkolbens in beide Richtungen unter Verwendung von
nur zwei Ventilen, nämlich
dem ersten Magnetventil und dem zweiten Magnetventil, ermöglicht.
Vorzugsweise ist der untere Druckraum über Teile des Hochdruckrailverteilers
mit einem Hochdruckrail verbunden und der untere Druckraum über ein
erstes Magnetventil mit dem oberen Druckraum verbunden.
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In
einer Weiterbildung 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, das kleiner
als der Anfangsdruck vor dem Öffnen
des Steuerventils ist.
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Das
eingangs genannte Problem wird ebenfalls 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 ebenfalls gelöst durch Mittel zur Steuerung
eines Verbrennungsmotors mit einer hydraulischen Ventilsteuerung,
insbesondere einem programmierbaren elektronischen Rechner, mit
einer gespeicherten ausführbaren
Befehlsfolge, mit der die Mittel ein Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche
steuern können
sowie durch ein Computerprogramm, das auf einem durch einen Computer
nutzbaren Medium gespeichert ist, gekennzeichnet durch Programmteile,
die Verfahrensschritte nach einem der vor hergehenden auf ein Verfahren
gerichteten Ansprüche
steuern können.
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der
zugehörigen
Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer
hydraulischen Ventilsteuerung;
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2 einen Druckverlauf bei
Zündung;
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3 einen Druckverlauf bei
Fehlzündung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Richtung des oberen Druckraumes 4 gedrückt. Das
Auslassventil 8 wird dadurch geschlossen.
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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,
da her ist die hydraulisch wirksame Fläche des unteren Kolbens 11 kleiner
als die des oberen Kolbens 12.
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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.
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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.
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Druckverlauf
bei Zündung
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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.
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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 Ver lauf
pendelt sich der Druck bei schwächer
werdenden Druckschwankungen auf ein Niveau ein, das in etwa in der
Größenordnung
des Anfangsdruckes 20 liegt.
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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.
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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.
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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.
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Druckverlauf
bei Fehlzündung
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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.
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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 dargestellt, 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.
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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.
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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.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Ablaufdiagramms näher
erläutert.
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Die
zuvor dargestellte Routine kann in den Programmablauf unmittelbar
nachdem der Analog-Digital-Converter (ADC) die Druckwerte, welche
zeitweilig für
die zuvor dargestellten Operationen gespeichert werden können, gemessen
hat, eingeführt
werden. Diese Werte können
direkt in einem Hardwaremodul gespeichert werden um eine schnellere
Reaktionszeit und damit ein schnelles schließen des Auslassventiles 8 im
Falle einer Fehlzündung
zu gewährleisten.
Das zuvor dargestellte Verfahren zur Diagnose und zur Vermeidung von
Kollisionen zwischen Auslassventil 8 und dem Hubzylinder
des Motors kann ebenfalls im Diagnosecomputer beziehungsweise Überwachungsrechner
der Motorsteuerung angeordnet sein. Ebenso kann das zuvor dargestellte
Verfahren als Soft- oder Hardwaremodul im Kontrollprogramm beziehungsweise
Kontrollrechner der Ventilsteuerung angeordnet sein, in dem die Öffnungszeit
beziehungsweise die Steuerzeiten für das erste Magnetventil MV1
errechnet werden. Im erstgenannten Fall wird eine Verzögerung aufgrund
der Aufnahme der Druckwerte und einer danach erst folgenden Berechnung
der Druckdifferenz auftreten.
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Die
einzelnen Schritte des Verfahrens sind in dem Ablaufdiagramm mit
arabischen Ziffern von 0 bis 11 versehen. Nach dem Start im Schritt 0)
erfolgt zunächst
im Schritt 1 die Messung der relevanten Motorparameter wie Druck
im Hochdruckrailverteiler 22, Motordrehzahl, Motorlasten
und dergleichen. Der Druck wird in sehr kurzen Zeitabständen von
0,1 bis 1 ms gemessen. In Schritt 2 erfolgt die Ermittlung der Höhe des ersten Druckanstieges 18.
Dazu wird der in Schritt 1 niedrigste gemessene Wert gespeichert
und durch einen Vergleich mit dem jeweils aktuellen Druckwert die
Höhe des
ersten Druckanstieges 18 ermittelt. In Schritt 3 erfolgt ein
Vergleich der Höhe
des ersten Druckanstieges 18 mit gespeicherten Werten.
Die Werte werden in einer Tabelle gespeichert, in der Drehzahl,
Belastung, Anzahl der geöffneten Ventile
und eventuell auch weitere Parameter eingehen. Alle diese Parameter
legen den erforderlichen Druckanstieg 18 fest, der erreicht
werden muss, damit sicher keine Fehlzündung vorliegt. Ein Vergleich
des jeweils für
die Parameter Motordrehzahl, Motorlast und dergleichen festgelegten
Druckanstiegswerte 18 in Schritt 4 ergibt, ob der Druckanstieg
unterhalb eines kritischen Minimalwertes liegt. Ist dies nicht der
Fall, so wird die Schleife weiter vorgesetzt. Die Ermittlung der
Höhe des
ersten Druckanstieges 18 in Schritt 2 setzt damit voraus,
dass das erste lokale Maximum 19, 21 im Rahmen
des Schleifendurchlaufes erkannt wird. Die Ermittlung der Höhe des ersten
Druckanstieges 18 in Schritt 2 und der Vergleich
mit gespeicherten Werten in Schritt 3 kann also nur erfolgen, wenn
besagtes lokales Maximum 19, 21 erkannt ist. Wurde
in Schritt 4 ein Druckanstieg unterhalb eines kritischen Minimalwertes
bestimmt, so folgt im Schritt 5 die Identifikations des Zylinders,
bei dem das erste Magnetventil MV1 geöffnet und das zweite Magentventil
MV2 geschlossen ist, und damit das Auslassventil 8 geöffnet ist.
In Schritt 6 wird sodann unverzüglich
das zweite Magentventil MV2 geöffnet
während
das erste Magnetventil MV1 geschlossen wird. Damit wird das zugehörige Auslassventil 8 geschlossen.
Im Falle eines Vierzylindermotors öffnet üblicherweise ein Auslassventil 8 während gleichzeitig
ein anderes Auslassventil 8 geschlossen wird. Das erste Magnetventil
MV1 wird also geöffnet
für das
Auslassventil 8, welches gerade geöffnet werden soll. Daher ist dieses
Auslassventil und das zugehörige
erste Magnetventil MV1 von Interesse. Es erfolgt daher zusätzlich eine
Identifikation des zweiten Magnetventils MV2, das zu dem Auslassventil 8 gehört, welches
in Kürze
geöffnet
werden soll. Kritisch bei dieser Betrachtung ist, dass das zweite
Magnetventil MV2, das zu dem Auslassventil 8 gehört, welches
gerade geöffnet
werden soll, erkannt werden muss und nicht das, welches zu dem Auslass ventil 8 gehört, das
bereits seit längerem
geöffnet
ist und demnächst
erst geschlossen werden soll. Daher ist nur das geöffnete zweite
Magnetventil MV2 von Interesse, das zu dem zu öffnenden Auslassventil 8 gehört. Es soll
also unter anderem vermieden werden, dass das Auslassventil 8,
dass gerade geschlossen wird, in der Schließbewegung gestoppt wird.
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Im
darauffolgenden Schritt 8 wird die Auslösezeit des Schrittes 6 gespeichert.
Sämtliche
Werte werden mit ihrer Größe und Auslösezeit gespeichert.
Der Zylinder, zu dem die Fehlzündung
gehört,
wird ermittelt und sämtliche
Werte zusammen werden dann an das Kontrollprogramm der Elektro-Hydraulischen Ventilsteuerung (EHVS-Kontrollprogramm) übergeben.
Im darauffolgenden Schritt 9 wird das Triggerbyte für den Zylinder
mit der Fehlzündung
deaktiviert bis zur erneuten Aktivierung durch das EHVS-Kontrollprogramm.
In Schritt 10 werden zusätzlich
sämtliche
Parameter wie die Öffnungszeiten
und Dauer der Öffnung
des ersten Magnetventils MV1 und des zweiten Magnetventils MV2 sowie
sämtliche
Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wie Drehzahl, Last und
dergleichen für
eine spätere
Auswertung gespeichert. Zudem erfolgt in Schritt 11 eine Aktivierung
des nächsten
Triggerbytes und der gesamte Vorgang startet erneut, es folgt also
erneut die Überwachung
des gesamten Verbrennungsmotors auf mögliche Fehlzündung.
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Eine
Kollisionsmöglichkeit
zwischen Auslassventil 8 und Hubkolben des Zylinders besteht
nur, wenn ein Auslassventil 8 geöffnet werden soll. Dazu ist
das erste Magnetventil MV1 zu öffnen,
um ein Befüllen
des oberen Druckraumes 4 zu ermöglichen. Ein anstehender Gaswechsel
in Form der Öffnung
eines Auslassventiles 8 kann also erkannt werden anhand
des Triggerbytes, dass das zugehörige
erste Magnetventil MV1 ansteuert. Die zu messenden Druckänderungen
sind zudem nur aussa gekräftig,
wenn die Öffnung
des Auslassventiles 8 bereits begonnen hat. Daher ist es
nur dann interessant, Druckänderungen
im Hochdruckrailverteiler 22 zu messen, wenn das erste
Magnetventil MV1 bereits geöffnet
wurde.
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- 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
