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Stand der
Technik
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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.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektronische Schaltung
bereitzustellen, die eine sichere Erkennung von Fehlzündungen
gewährleistet.
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Vorteile der
Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Zeichnungen 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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4 eine Prinzipschaltung
eines Steuersystems.
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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 Ven tilsteuerung. 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. 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.
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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 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.
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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
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.
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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 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.
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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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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.
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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.
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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
- 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