DE10324807A1 - Elektronische Schaltung - Google Patents

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DE10324807A1
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pressure
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rail
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DE2003124807
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English (en)
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Hermann Gaessler
Niraimathi Appavu Mariappan
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
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Abstract

Bei einer elektronischen Schaltung zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung (1) zur Betätigung eines Auslassventils (8) eines Zylinders, mit jeweils einem Zylinder zugeordneten Ausgängen (29.1-29.4), wird eine sichere Erkennung von Fehlzündungen gewährleistet durch DOLLAR A - Mittel zur Bestimmung der ersten Ableitung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler (22) nach der Zeit, DOLLAR A - ein erstes Mittel (27) mit einem Ausgang, an dem innerhalb eines Zeitfensters ein Wert anliegt, wenn die erste Ableitung des Druckes (P_oil) in dem Hochdruckrailverteiler (22) nach der Zeit kleiner als ein Schwellwert ist, DOLLAR A - ein Mitel (25) mit einem Ausgang (28.1-28.4) für jeden der Zylinder, an denen ein Wert anliegt, wenn das Auslassventil des Zylinders geöffnet wird, DOLLAR A wobei jeder Ausgang (28.1-28.4) und der Ausgang des Mittels (27) durch ein Logisches UND (29.1-29.4) verbunden sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronische Schaltung zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung zur Betätigung eines Auslassventils eines Zylinders 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 Verbrennungsmotoren. Dadurch wird ermöglicht, unverbrannte 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, eine elektronische Schaltung bereitzustellen, die eine sichere Erkennung von Fehlzündungen gewährleistet.
  • Vorteile der Erfindung
  • Dieses Problem wird durch eine elektronische Schaltung zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung zur Betätigung eines Auslassventils eines Zylinders, mit jeweils einem Zylinder zugeordneten Ausgängen, umfassend Mittel zur Bestimmung der ersten Ableitung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler nach der Zeit, ein erstes Mittel mit einem Ausgang, an dem innerhalb eines Zeitfensters ein Wert anliegt, wenn die erste Ableitung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler nach der Zeit kleiner als ein Schwellwert ist, ein Mittel mit einem Ausgang für jeden der Zylinder, an denen ein Wert anliegt, wenn das Auslassventil des Zylinders geöffnet wird, wobei jeder Ausgang und der Ausgang des Mittels durch ein Logisches UND verbunden sind, gelöst.
  • Der Beginn des Zeitfensters wird bestimmt durch das Öffnen des jeweiligen Auslassventils und damit durch das Öffnen des ersten Magnetventils. Die Dauer des Zeitfensters kann beispielsweise anhand des anfänglichen Druckgradienten bestimmt werden. Unter einem Wert, der an einem Ein- oder Ausgang anliegen kann, wird hier ein hoher (high) oder niedriger (low) Wert einer dualen Logik, oder aber ein hoher, neutraler oder niedriger Wert einer Logik mit mehr als zwei Schaltzuständen oder ein sonstwie definierter Wert einer Logik mit vielen Schaltzuständen verstanden. Bei einer dualen Logik hängt es von der Ausgestaltung der Schaltung ab, ob hier ein hoher oder niedriger Wert gewählt wird. Das erste Mittel ist vorzugsweise ein Komparator. Der Druck in dem Hochdruckrailverteiler wird vorzugsweise durch Mittel zur Messung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler gemessen. Dieses Mittel ist vorzugsweise ein Drucksensor, der ein elektrisches Ausgangssignal abgeben kann, beispielsweise ein piezoelktrischer Drucksensor oder dergleichen. Die Druckänderung in dem Hochdruckrailverteiler wird mit einer hohen zeitlichen Auflösung beobachtet, dies speziell in den Phasen, in denen das erste Magnetventil geöffnet und das zweite Magnetventil geschlossen ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltung ist vorgesehen, dass an einem der Ausgänge ein Wert anliegt wenn ein jeweils zugeordnetes erstes Magnetventil geöffnet und ein jeweils zugeordnetes zweites Magnetventil geschlossen ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltung ist vorgesehen, dass die Ausgänge eines jeden logischen UND mit einer Auswertelogik zur Abschaltung eines der Zylinder verbunden ist. Die Auswertelogik veranlasst über die Ventilsteuerung das Schließen des jeweiligen Auslassventils.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltung ist vorgesehen, dass eine analoge Referenzspannung zur Bewertung der ersten Ableitung des Druckes benutzt wird. Die analoge Referenzspannung kann beispielsweise mittels eines Digital/Analog-Wandlers erzeugt werden.
  • Das eingangs genannte Problem wird auch durch einen Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie durch einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche ge löst, 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.
  • Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze einer hydraulischen Ventilsteuerung;
  • 2 einen Druckverlauf bei Zündung;
  • 3 einen Druckverlauf bei Fehlzündung.
  • 4 eine Prinzipschaltung eines Steuersystems.
  • 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 Ven tilsteuerung. 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 in teressierende 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 Richtung 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 Druck raumes 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 er sten 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 Errei chen 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 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.
  • 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.
  • 4 zeigt eine Prinzipschaltung der Hardware des Steuersystems. Als Eingangswert wird der Öldruck in dem Hochdruckrailverteiler 22 P_Oil über einen optionalen Filter 23 einem Differenzierer 24 zugeführt. Der Filter 23 kann beispielsweise ein Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassfilter sein, je nach Problemstellung können hier auch andere Filter zum Einsatz gelangen. Am Ausgang des Differenzierers 24 liegt die erste zeitliche Ableitung des Eingangssignals an. Ein Microcontroller 25 ermittelt einen Schwellwert, der abhängig ist vom Brennraumdruck, der Temperatur, der Drehzahl, der Last und einer eventuellen Überlappung der Ventile. Der Schwellwert wird von einem Digital-/Analogwandler in ein analoges Signal umgesetzt und an einem Ausgang 26 des Microcontrollers 25 zusammen mit dem Ausgang des Differenzierers 24 einem Komparator 27 zugeführt. Bleibt die Ableitung des Druckes P_Oil nach der Zeit unterhalb des Schwellwertes liegt am Ausgang des Komparators 27 ein Wert an. Der Microcontroller 25 ermittelt zusätzlich Zeitfenster, in denen die Druckänderung in dem Hochdruckrailverteiler gemessen werden. Die Zeitfenster beginnen mit der Öffnung des jeweiligen Auslassventils. Das Öffnen des Auslassventils wird ausgelöst durch das Öffnen des ersten Magnetventils MV1. Die Dauer des Zeitfensters kann beispielsweise anhand des anfänglichen Druckgradienten bestimmt werden. Nur in diesen Zeitfenstern liegt an dem jeweils einem Zylinder zugeordneten Ausgang 28.1 bis 28.4 (am Beispiel eines Vierzylindermotors; die Anzahl der Ausgänge entspricht der Zylinderzahl) des Microcontrollers 25 ein Signal an. Jeder Ausgang wird über ein Logisches UND 29.1 bis 29.4 mit dem Ausgang des Komparators verknüpft. Liegt also sowohl am Ausgang des Kompa rators als auch an einem der Ausgänge 28.1 bis 28.4 ein Signal an, so liegt auch an dem Ausgang des jeweiligen Logischen UND 29.1 bis 29.4 ein Signal an. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Komparators 27, das keinem Zylinder zugeordnet ist aber eine Fehlzündung eines der Zylinder signalisiert, einem Zylinder zugeordnet. Eine Auswertelogik 30 setzt dies um in weitere Steuersignale der hydraulischen Ventilsteuerung, in der Regel wird das zugeordnete Auslassventil geschlossen. Eine gestrichelt dargestellte Rückführung der Ausgänge 29.1 bis 29.4 erlaubt eine weitere Auswertung durch den Microcontroller 25.
  • Das jeweilige Zeitfenster, in denen der einem Zylinder zugeordnete Ausgang 28 aktiviert ist, kann von dem Microcontroller 25 oder alternativ von einem eigenen Zeitprozessor (TPU; Time Processing Unit) gesteuert werden. Das Auftreten der Fehlzündung, der Zylinder, in dem die Fehlzündung aufgetreten ist, Zeitpunkt und Zeitdauer des Schließens des ersten Magnetventils MV1 bzw. Öffnen des zweiten Magnetventils MV2 werden in der Motorsteuerung gespeichert.
  • 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
    23
    Filter
    24
    Differenzierer
    25
    Microcontroller
    26
    Erster Ausgang Microcontroller
    27
    Operationsverstärker
    28.1–28.4
    Ausgang zu Zylinder 1 bis 4
    29.1–29.4
    Logisches UND
    30
    Auswertelogik
    31
    Rückführung
    RV1
    Erstes Rückschlagventil
    RV2
    Zweites Rückschlagventil
    MV1
    Erstes Magnetventil
    MV2
    Zweites Magnetventil

Claims (9)

  1. Elektronische Schaltung zur Erkennung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Ventilsteuerung (1) zur Betätigung eines Auslassventils (8) eines Zylinders, mit jeweils einem Zylinder zugeordneten Ausgängen (29.1–29.4), umfassend – Mittel zur Bestimmung der ersten Ableitung des Druckes in dem Hochdruckrailverteiler (22) nach der Zeit, – Ein erstes Mittel (27) mit einem Ausgang, an dem innerhalb eines Zeitfensters ein Wert anliegt, wenn die erste Ableitung des Druckes (P_oil) in dem Hochdruckrailverteiler (22) nach der Zeit kleiner als ein Schwellwert ist, – Ein Mittel (25) mit einem Ausgang (28.1–28.4) für jeden der Zylinder, an denen ein Wert anliegt, wenn das Auslassventil des Zylinders geöffnet wird, wobei jeder Ausgang (28.1–28.4) und der Ausgang des Mittels (27) durch ein Logisches UND (29.1–29.4) verbunden sind.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (27) ein Komparator ist.
  3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Ausgänge (28.1–28.4) ein Wert anliegt wenn ein jeweils zugeordnetes erstes Magnetventil (MV1) geöffnet und ein jeweils zugeordnetes zweites Magnetventil (MV2) geschlossen ist.
  4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge eines jeden logischen UND (29.1–29.4) mit einer Auswertelogik (30) zur Abschaltung eines der Zylinder verbunden ist.
  5. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge eines jeden logischen UND (29.1–29.4) auf den Microcontroller (25) rückgeführt sind.
  6. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Referenzspannung zur Bewertung der ersten Ableitung des Druckes benutzt wird.
  7. Schaltung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Referenzspannung mittels eines Digital/Analog-Wandlers erzeugt wird.
  8. Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015088432A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 Scania Cv Ab Method and system for diagnose of a solenoid valve
US9291077B2 (en) 2012-04-27 2016-03-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Operation control system for a solenoid valve of a combustion engine and method

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