WO2014079649A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen von glühzündungen basierend auf gemessenen und geschätzten zylinderinnendruckwerten einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen von glühzündungen basierend auf gemessenen und geschätzten zylinderinnendruckwerten einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Harry SCHÜLE
Waldemar Schneider
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting pre-ignition in an internal combustion engine.
  • pre-ignition is a sporadic event that disappears after a certain number of working cycles
  • pre-ignition is self-reinforcing irregular combustion prior to the regular ignition timing. This is triggered by hot surfaces and overheated components such as electrodes of spark plugs, exhaust valves, sharp, overheated edges in the combustion chamber or combustion chamber walls that are too hot. Due to early self-ignition, the pressure and the temperature in the combustion chamber increase even more, the triggering component or the surface heats up even further. In the next cycle, the glow ignition then occurs earlier and the combustion chamber temperature continues to rise. Often this irregular combustion is associated with a strong knock. In the final phase, in which the autoignition finds its stationary point, the ignition is so early that no knock is more recognizable. This glow ignition can not be prevented by retarding the ignition angle. Due to the high thermal load of the combustion chamber may cause damage or even total destruction of the piston, to melt the electrodes of the spark plug or parts of the already highly loaded exhaust valves.
  • DE 10 2006 015 662 A1 proposes to detect noise of the internal combustion engine by means of so-called knock sensors, the noises for each combustion cycle being used to form cylinder-specific signals.
  • a monitored cylinder is turned off, that is, for example, the force ⁇ fueling interrupted to this cylinder when knocking is present by pre-ignition, that is, when the current and specific for that cylinder signal values exceed predetermined reference values.
  • EP 0 819 925 A2 discloses a method for detecting a pre-ignition on a spark-ignited internal combustion engine.
  • a signal of a knock sensor is detected at different time intervals. With the help of the detected signal of the knock sensor is detected whether an abnormal vibration is present. In addition, it is checked whether the frequency of the time intervals of the abnormal vibration exceeds a predetermined threshold. If this is the case, a pre-ignition is detected.
  • One of the methods detects the rotation speed of the treatment ⁇ belwelle and the other method detects the ion current in the combustion chamber.
  • a motor control device which has a Vorentflammungs detection device for detecting a pre-ignition in at least one combustion chamber.
  • An adjusting device is provided for adjusting at least one motor parameter.
  • a control loop is provided between the pre-ignition detection device and the adjustment device for suppressing a detected pre-ignition by adjusting the engine parameter.
  • DE 102007 024 415 B3 describes a method for detecting a glow ignition of a spark-ignited internal combustion engine having at least one cylinder which is connected to a crankshaft. According to the method, a rotational speed of the crankshaft during a compression stroke of the cylinder is measured during a first time interval in the operating sequence of the internal combustion engine. Further, a knocking signal during a working stroke of the cylinder during a second
  • Time interval detected in the workflow of the internal combustion engine A glow ignition of the cylinder is detected when the rotational speed ⁇ of the crankshaft is slowed down compared to a comparison value and a knocking combustion is detected due to the knock signal.
  • the object underlying the invention is to provide a method and a device which enables reliable detection of pre-ignition during operation of an internal combustion engine. The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for detecting a glow ignition in a spark-ignited internal combustion engine with at least one cylinder, which defines a combustion chamber together with a connected to a crankshaft piston combustion chamber, a combustion chamber pressure sensor for measuring the pressure in the combustion chamber a crankshaft angle sensor that provides a signal representative of the crankshaft angle, a control device for controlling and / or regulating the internal combustion engine.
  • a filtered pressure value is determined to the specified crank angles theoretical pressure values in the combustion chamber are determined, which would be set, if no combustion would take place in the combustion chamber, the value of the pressure difference between the filtered pressure value and the theoretical pressure values is formed, the value of the pressure difference is compared with a predetermined threshold value and on exceeding the smoldering ⁇ lenhongs is closed to a glow ignition in the combustion chamber.
  • the filtering of the measured values for the combustion chamber pressure takes place by means of a sliding averaging.
  • a smoothing prevents that not accidentally a lower pressure value is used, which is triggered by knocking.
  • the theoretical pressure values are calculated by means of a thermodynamic model, in which the crankshaft angle, a coolant temperature, an engine oil temperature, a
  • Pressure value in a suction pipe of the internal combustion engine and the geometric sizes of the crank mechanism are taken into account. All variables for thermodynamic calculation of the pressure curve are present anyway in the control device, so that a very simple and cost-neutral possibility is given to determine this pressure profile.
  • a further advantageous embodiment of the invention is not already closed at a single exceeding of the threshold value to a glow ignition, but it is a count of a counter contained in the control device increases and closed upon reaching a predetermined Schwel ⁇ lenhongs for the count on a glow in the combustion chamber , This increases the evaluation reliability and individual misinterpretations of measurement results due to pre-ignition can be safely avoided.
  • the measures for reducing the temperature in the combustion chamber include adjusting a rich air-fuel mixture, closing the throttle valve of the internal combustion engine, opening a wastegate of an exhaust gas turbocharger of Verbrennungskraftma ⁇ machine.
  • the load-reducing measures can be carried out with methods already implemented in the control device, so that no additional outlay on components or algorithms is necessary.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with an associated control device
  • Figure 2 is a diagram showing different pressure curves in one
  • FIG. 3 is a flowchart of a program for detecting irregular burns in an internal combustion engine
  • FIG. 4 is a modification of the flowchart shown in FIG
  • An internal combustion engine VBK (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 11, furthermore an intake manifold 13 which leads to a cylinder ZI via an intake passage into the engine block 2 is guided.
  • the engine block 2 further comprises a crankshaft 21, which is coupled via a connecting rod 25 with a piston 24 of the cylinder ZI.
  • the cylinder ZI and the piston 24 define a combustion chamber 27th
  • the cylinder head 3 includes a valve gear with a gas ⁇ inlet valve 30, a gas outlet 31 and corresponding unspecified valve actuators.
  • the cylinder head 3 further includes a spark plug 35, a combustion chamber pressure sensor 36, also referred to as cylinder pressure sensor and an injection valve 34.
  • the injection valve 34 may also be arranged in the intake tract 1, as shown in dashed line in FIG.
  • the exhaust tract 4 comprises an exhaust gas catalyst 40, which is preferably designed as a three-way catalyst. Upstream of the exhaust catalyst 40, an exhaust gas probe 41 is arranged.
  • a control device 6 is provided, which is associated with sensors which detect different measured variables and determine the measured values of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the Control device 6 controls depending on at least one of the operating variables, the actuators, which are assigned to the internal combustion engine VBK, and to which ent ⁇ speaking actuators are assigned, by generating control signals for the actuators.
  • the control device 6 can also be referred to as a device for operating the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor 71, which the
  • an air mass meter 14 which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 11, a temperature sensor 15 which detects an intake air ⁇ temperature, a pressure sensor 16 which detects a suction pipe pressure, a throttle position sensor 17, the opening angle of the throttle 11 detects a crankshaft angle sensor 22, which detects a crankshaft angle KW, which is then assigned a rotational speed N, a Tem ⁇ temperature sensor 23 which detects an oil temperature TOIL, a temperature sensor 26, the coolant temperature TKW the
  • the exhaust gas probe 41 is preferably designed as a linear lambda probe and thus generates over a wide relevant range of
  • Air / fuel ratio a proportional to this measurement signal ⁇ .
  • sensors may be present, or additional sensors may also be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 11, the gas inlet and gas outlet valves 30, 31, the injection valve 34 and the spark plug 35.
  • cylinder ZI also more cylinders Z2 to Z4 may be provided, which then also corresponding sensors and actuators are assigned.
  • the control device 6 preferably comprises a computing unit (processor) 61, which is coupled to a program memory 62 and a value memory (data memory) 63.
  • the arithmetic unit 61, the program memory 62 and the value memory 63 may each comprise one or more microelectronic components. Alternatively, these components may be partially or fully integrated in a single microelectronic device.
  • programs or values are stored, which are necessary for the operation of the internal combustion engine VBK.
  • a method for recognizing irregular combustions is implemented, which is executed during operation of the combustion engine ⁇ VBK from the arithmetic unit 61, as will be explained in more detail with reference to Figures 2 to. 4
  • the arithmetic unit 61 is connected to a counter 65 for summing up the number of irregular burns that occur.
  • the value memory 63 include a threshold value for a combustion chamber pressure difference p_Zyl_SW, a threshold value for a count n_count_SW of the counter 65, a start and end value, expressed in crank angles, which set an evaluation window KW_AWF for determining pre-ignition and a threshold KW_SW stored for a crankshaft angle whose meanings will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. Furthermore 63 are latched values for detected combustion chamber pressures p_Zyl_mess in the values memory, so as to be subsequently processed further ⁇ .
  • Reference numeral p_Zyl_mess denotes the combustion chamber pressure detected by means of the combustion chamber pressure sensor 36, which is established during operation of the internal combustion engine VBK when irregular burns occur.
  • Reference numeral p_Zyl_calc in FIG. 2 denotes a thermodynamically calculated curve of the combustion chamber pressure without combustion. The maximum value of the pressure occurs exactly at the top dead center ignition ZOT.
  • the thermodynamically calculated combustion chamber pressure development without combustion p_Zyl_calc is a purely theoretical course, whose Be ⁇ particular account the crankshaft angle KW, the cooling medium ⁇ temperature TKW, the ⁇ ltemperatut T_OIL and the intake manifold pressure p_saug be used in the compression phase.
  • the figure 2 is further characterized by the reference numeral ZV ignition delay.
  • the ignition delay ZV is the time between ignition ZZP, ie the time of switching off the Primärzündspulenstromes, thus immediately the spark and thus the ignition of the air-fuel mixture is initiated and the time of combustion start ZRV the regular combustion.
  • the angular span designated by the reference symbol KF_AWF defines an evaluation window within which the detection of pre-ignition is expedient.
  • the lower limit of the evaluation window KW_AWF is -30 ° KW relative to the ZOT
  • the upper limit of the evaluation window KW_AWF is 10 ° CA, also based on the ZOT. This value coincides here with the time ZRV, ie the beginning of the regular combustion.
  • the respective difference between the measured thereby p_Zyl_diff combustion chamber pressing p_Zyl_mess and the corresponding values for the calculated combustion chamber pressure development p_Zyl_calc are located within the evaluation window ⁇ KW_AWF for four selected crankshaft angle KW.
  • the number of differences to be formed p_Zyl_diff and the distance of the measuring points, expressed in ° KW, are freely selectable. In this example, every 5 ° CA a comparison takes place between the measured combustion chamber pressure p_Zyl_mess and the corresponding values for the calculated combustion chamber pressure curve p_Zyl_calc.
  • a step Sl the process is started, initializes variables in the ge ⁇ optionally and counts are reset at ⁇ .
  • the first run of the process is preferably carried out in a timely manner to a start of the combustion process. and can then be periodically called at certain intervals.
  • step S2 it is queried whether certain release conditions for carrying out the method are fulfilled.
  • glow ignition occurs only when temperatures of components in the combustion chamber, such as spark plug, exhaust valve, piston crown or pinch edges in the cylinder head locally exceed the autoignition temperature of the injected fuel. Typical values for such temperatures depend on the quality of the fuel at approx. 1100-1200 ° C. The method must therefore be carried out if it is to be expected that these temperatures will be reached on the basis of the instantaneous operating point of the internal combustion engine VBK. As an indication of this one or preferably several of the parameters coolant temperature TKW, oil temperature TOIL, runtime of the internal combustion engine VBK since the last start, speed, load variables such as intake manifold pressure, air mass flow, throttle position used and with associated
  • Thresholds are compared.
  • step S3 If the internal combustion engine VBK is operated, for example, with a low load and rotational speed, then the release conditions are not met and, if appropriate after a predefined waiting time TWAIT (step S3), the processing is continued again in step S2.
  • step S2 If the query in step S2 yields that at least one of the threshold values is exceeded, then the method is continued in a step S4.
  • the current value of the crankshaft angle KW ⁇ is detected by the crank angle sensor 22, and then checks whether this value is within KW of the defined evaluation window KW_AWF lies (see Fig. 2). If this is not the case, then a return to step S2.
  • step S5 the combustion chamber pressures p_Zyl_mess occurring with the aid of the combustion chamber pressure sensor 36 are detected for predetermined crankshaft angles KW, in this example every 5 ° CA.
  • a correction of the supplied raw signal may be necessary.
  • a piezoelectric pressure sensor is, for example, the problem of thermal shock behavior, ie when the Sen ⁇ sorelement is hot, then enters a charge displacement within a quartz and thus an incorrect value for printing is determined.
  • a step S6 an offset correction of the signal p_Zyl_mess provided by the combustion chamber pressure sensor 36 takes place in a known manner.
  • the pressure signal p_Zyl_mess during the intake phase of the internal combustion engine VBK, so if no combustion takes place, plausi- bilinstrument with the signal of the intake manifold 16 and thus a correction signal can be obtained.
  • step S6 the determined pressure values p_Zyl_mess are subjected to a filtering, for example a moving averaging, so as not to randomly obtain a lower pressure value, which is triggered by knocking.
  • a filtering for example a moving averaging
  • Control means 6 for each sampled crankshaft angle KW within the evaluation can KW_AW this pressure curve p_Zyl_calc also be calculated in advance for different parame ⁇ terkonstellationen and stored in maps KF_p_Zyl_calc of the value memory 63 of the controller. 6
  • step S8 the difference p_Zyl_diff between the current combustion chamber pressure average p_Zyl_mess from step S6 and the theoretically calculated pressure value p_Zyl_calc from step S7 is formed.
  • step S9 it is checked in a step S9 whether this value of the pressure difference p_Zyl_diff exceeds a predetermined threshold value p_Zyl_SW.
  • the threshold value p_Zyl_SW is determined ex ⁇ perimentally and is stored in the value memory 63.
  • step S9 results in a negative result (no)
  • step S9 If the condition in step S9 is satisfied, it is concluded that an irregular combustion and n_count in a step S10, the count of the increased ent ⁇ holding in the control device 6 and the number of irregular burns summing counter 65 to the value 1.
  • a subsequent step Sil it is queried whether the count n_count has exceeded a predetermined threshold value n_count_SW. If this is the case, the occurrence of pre-ignition is recognized in a step S12 and measures are taken which result in a reduction of the combustion chamber temperature. For example, a rich air-fuel mixture can be adjusted to achieve cooling within the combustion chamber. Reducing the load, for example by closing the throttle valve, stopping the fuel supply or opening a wastegate in a supercharged internal combustion engine also leads to a reduction in the temperature in the combustion chamber.
  • step S9A the method according to FIG. 3 is supplemented by two further steps S9A and S10A, which are additionally executed in the temporal execution of the method between steps S9 and S10.
  • the remaining steps of the method according to FIG. 4 are identical with the corresponding steps of FIG. 3. If it was determined in step S9 that the pressure difference p_Zyl_diff has exceeded the threshold value p_Zyl_SW, it is checked in step S9A whether the high combustion chamber pressure is at a crankshaft angle KW has occurred, which is smaller than a predetermined threshold KW_SW. If this is not the case, then the process continues in step S10 already described.
  • the count is incremented not n_count as in the method of Figure 3 by the value 1 but increased by a value greater than 1.
  • the threshold n_count_SW is reached faster and the measures for lowering the temperature

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Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Glühzündung bei einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine (VBK) mit mindestens einem Zylinder (Zl-Z) beschrieben, wobei während eines Verdichtungstaktes der Verbrennungskraftmaschine (VBK) an festgelegten Kurbelwellenwinkel (KW) innerhalb eines Auswertefensters (KW-AWF) Werte für den Brennraumdruck (p Zyl mess) erfasst werden, aus den erfassten Werten für den Brennraumdruck (p_ Zyl_ mess) ein gefilterter Duckwert (p_ Zyl_ mess_ MW) ermittelt wird, zu den festgelegten Kurbelwellenwinkeln (KW) theoretische Druckwerte (p Zyl calc) in dem Brennraum (27) bestimmt werden, die sich einstellen würden, wenn keine Verbrennung in dem Brennraum (27) stattfinden würde, der Wert der Druckdifferenz (p_ Zyl_ diff) zwischen dem gefilterten Druckwert (p Zyl mess MW) und den theoretischen Druckwerten (p_ Zyl_ calc) gebildet wird, der Wert der Druckdifferenz (p Zyl diff) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (p Zyl SW) verglichen wird und bei Überschreiten des Schwellenwertes (p Zyl SW) auf eine Glühzündung in dem Brennraum (27) geschlossen wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERKENNEN VON GLÜHZÜNDUNGEN BASIEREND AUF GEMESSENEN UND GESCHÄTZTEN ZYLINDERINNENDRUCKWERTEN EINER
VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Glühzündungen bei einer Verbrennungskraftmaschine.
Bei Verbrennungskraftmaschinen können verschiedene Verbren- nungsstörungen, sogenannte irreguläre Verbrennungen auftreten, die nicht oder nicht ausschließlich vom Zündfunken der Zündkerze ausgelöst werden, sondern durch eine Selbstentflammung. Hierzu gehören insbesondere klopfende Verbrennung, Vorentflammungen und Glühzündungen.
Während die Vorentflammung ein sporadisch auftretendes Ereignis ist, die nach einer gewissen Anzahl von Arbeitsspielen wieder verschwindet, sind Glühzündungen sich selbst verstärkende Vorgänge einer irregulären Verbrennung vor dem regulären Zündzeitpunkt. Auslöser sind dabei heiße Oberflächen und überhitzte Bauteile wie z.B. Elektroden von Zündkerzen, Auslassventile, scharfe, überhitze Kanten im Brennraum oder zu heiße Brennraumwände. Durch zu früh stattfindende Selbstentflammung steigen der Druck und die Temperatur im Brennraum noch mehr an, das auslösende Bauteil oder die Oberfläche erhitzt sich noch weiter. Im nächsten Zyklus tritt dann die Glühzündung noch früher auf und die Brennraumtemperatur steigt weiter. Oft ist diese irreguläre Verbrennung mit einem starken Klopfen verbunden. In der Endphase, in der die Selbstzündung ihren stationären Punkt findet, ist der Zündzeitpunkt so früh, dass kein Klopfen mehr erkennbar ist. Diese Glühzündung kann nicht durch Spätstellen des Zündwinkels verhindert werden. Durch die hohe thermische Belastung des Brennraumes kann es zu Schäden oder gar zur totalen Zerstörung des Kolbens, zum Abschmelzen der Elektroden der Zündkerze oder von Teilen der ohnehin hoch belasteten Auslassventile kommen.
Um das Auftreten von Verbrennungsstörungen wie zum Beispiel klopfende Verbrennung zu vermeiden, wird in der Druckschrift DE 10 2006 015 662 AI vorgeschlagen, mittels sogenannter KlopfSensoren Geräusche der Brennkraftmaschine zu erfassen, wobei die Geräusche für jeden Verbrennungszyklus zur Bildung zylinderindividueller Signale dienen. Dabei wird ein überwachter Zylinder abgeschaltet, d.h. es wird zum Beispiel die Kraft¬ stoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen, wenn Klopfen durch Vorentflammung vorliegt, d.h. wenn die aktuellen und für diesen Zylinder spezifischen Signalwerte vorgegebene Sollwerte übersteigen .
Aus EP 0 819 925 A2 ist ein Verfahren zur Erfassung einer Frühzündung an einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine be- kannt . Dabei wird ein Signal eines Klopfsensors in verschiedenen Zeitintervallen erfasst. Mit Hilfe des erfassten Signals des Klopfsensors wird erkannt, ob eine unnormale Vibration vorliegt. Zudem wird überprüft, ob die Frequenz der Zeitintervalle der unnormalen Vibration eine festgelegte Schwelle überschreitet. Ist dies der Fall, so wird eine Frühzündung erkannt.
Aus DE 10 234 252 AI ist ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bekannt. Zur Verbesserung der Erkennungsgüte werden zwei verschiedene Messverfahren eingesetzt, die nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten.
Eines der Verfahren erfasst die Drehgeschwindigkeit der Kur¬ belwelle und das andere Verfahren erfasst den Ionenstrom im Brennraum. Aus DE 198 59 310 AI ist eine Motorregelungsvorrichtung bekannt, die eine Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vorentflammung in mindestens einem Brennraum aufweist. Es ist eine EinStelleinrichtung zum Einstellen mindestens eines Motorparameters vorgesehen. Weiterhin ist eine Regelschleife zwischen der Vorentflammungs-Erfassungs-Einrichtung und der Einstellungseinrichtung zur Unterdrückung einer erfassten Vorentflammung durch Verstellung des Motorparameters vorgesehen .
In der DE 102007 024 415 B3 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Glühzündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle während eines Verdichtungstaktes des Zylinders während eines ersten Zeitintervalls im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine gemessen. Ferner wird ein Klopfsignal während eines Arbeitstaktes des Zylinders während eines zweiten
Zeitintervalls im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine erfasst. Eine Glühzündung des Zylinders wird erkannt, wenn die Dreh¬ geschwindigkeit der Kurbelwelle gegenüber einem Vergleichswert verlangsamt ist und aufgrund des Klopfsignals eine klopfende Verbrennung erkannt wird. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die eine zuverlässige Erkennung von Glühzündungen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Erkennen einer Glühzündung bei einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der zusammen mit einem, mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolben einen Brennraum begrenzt, einem Brenn- raumdrucksensor zur Messung des Druckes in dem Brennraum, einem Kurbelwellenwinkelsensor, der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Signal liefert, einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine. Während eines Verdichtungstaktes der Verbrennungskraftmaschine wird an festgelegten Kurbelwellenwinkel innerhalb eines Aus¬ wertefensters Werte für den Brennraumdruck erfasst, aus den erfassten Werten für den Brennraumdruck wird ein gefilterter Druckwert ermittelt, zu den festgelegten Kurbelwellenwinkeln werden theoretische Druckwerte in dem Brennraum bestimmt, die sich einstellen würden, wenn keine Verbrennung in dem Brennraum stattfinden würde, der Wert der Druckdifferenz zwischen dem gefilterten Druckwert und den theoretischen Druckwerten wird gebildet, der Wert der Druckdifferenz wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und bei Überschreiten des Schwel¬ lenwertes wird auf eine Glühzündung in dem Brennraum geschlossen.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung können auf einfache und kostengünstige Weise Glühzündungen sicher erkannt und Bauteile im Brennraum der Verbrennungs¬ kraftmaschine wirksam vor thermischer Überbelastung geschützt werden .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung der gemessenen Werte für den Brennraumdruck mittels einer gleitenden Mittelwertbildung. Durch eine solche Glättung wird verhindert, dass nicht zufällig ein geringerer Druckwert herangezogen wird, welcher durch Klopfen ausgelöst wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die theoretischen Druckwerte mittels eines thermody- namischen Modells berechnet, bei dem der Kurbelwellenwinkel, eine Kühlmitteltemperatur, eine Motoröltemperatur, ein
Druckwert in einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine und die geometrischen Größen des Kurbeltriebes berücksichtigt werden. Alle Größen zur thermodynamischen Berechnung des Druckverlaufes sind ohnehin in der Steuerungseinrichtung vorhanden, so dass eine sehr einfache und kostenneutrale Möglichkeit gegeben ist, diesen Druckverlauf zu bestimmen.
Werden die theoretischen Druckwerte nicht online bei jedem abgetasteten Kurbelwellenwinkel separat berechnet, sondern vorab ermittelt und in Kennfeldern eines Speichers der
Steuerungseinrichtung abgelegt, so ergibt sich eine einfache Zuordnung, mit der Rechenkapazität in der Steuerungseinrichtung eingespart werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nicht schon bei einmaligem Überschreiten des Schwellenwertes auf eine Glühzündung geschlossen, sondern es wird ein Zählerstand eines in der Steuerungseinrichtung enthaltenen Zählers erhöht und bei Erreichen eines vorgegebenen Schwel¬ lenwertes für den Zählerstand auf eine Glühzündung in dem Brennraum geschlossen. Dadurch erhöht sich die Auswertesicherheit und einzelne Fehlinterpretationen von Messergebnissen aufgrund einer Vorentflammung können sicher vermieden werden.
Da die Glühzündungen umso gefährlicher sind, je früher sie auftreten, (bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW vor dem regulären Zündzeitpunkt) wird gemäß einer vorteilhaften Wei¬ terbildung der Erfindung überprüft, bei welchem Kurbelwellenwinkel die Druckdifferenz den Schwellenwert überschritten hat. Ist das Ereignis bei einem Kurbelwellenwinkel aufgetreten, der kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird der Zählerstand des Zählers schneller erhöht, beispielsweise um den Wert 2 inkrementiert , im Gegensatz zu einem Wert gleich 1, wenn das Ereignis zu einem späteren Kurbelwellenwinkel stattgefunden hat .
Durch eine solche Gewichtung des Zeitpunktes des Auftreten der Glühzündung kann auf eine beschleunigte Temperaturerhöhung aufgrund der sehr früh auftretenden Glühzündung im Brennraum schneller reagiert werden, d.h. die temperatursenkenden Maßnahmen schneller eingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Maßnahmen zur Senkung der Temperatur im Brennraum das Einstellen eines fetten Luft-Kraftstoffgemisches , Schließen der Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine, Öffnen eines Wastegates eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftma¬ schine. Die lastsenkenden Maßnahmen können mit bereits in der Steuerungseinrichtung implementierten Verfahren durchgeführt werden, so dass sich kein zusätzlicher Aufwand an Komponenten oder Algorithmen nötig ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und Zeichnung eines Ausfüh- rungsbeispiels . Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit einer zugehörigen Steuerungsvorrichtung,
Figur 2 ein Diagramm, das verschiedene Druckverläufe in einem
Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine abhängig vom Kurbelwellenwinkel zeigt, Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Erkennen von irregulären Verbrennungen bei einer Verbrennungskraftmaschine und Figur 4 eine Abwandlung des in Figur 3 dargestellten Ablaufdiagrammes
Eine Verbrennungskraftmaschine VBK (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 11, ferner ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder ZI über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit einem Kolben 24 des Zylinders ZI gekoppelt ist. Der Zylinder ZI und der Kolben 24 begrenzen einen Brennraum 27.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gas¬ einlassventil 30, einem Gasauslassventil 31 und entsprechende, nicht näher bezeichnete Ventilantriebe. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner eine Zündkerze 35, einen Brennraumdrucksensor 36, auch als Zylinderdrucksensor bezeichnet und ein Einspritzventil 34. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet sein, wie es in der Figur 1 mit strichlinierter Darstellung gezeigt ist.
Der Abgastrakt 4 umfasst einen Abgaskatalysator 40, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Stromaufwärts des Abgaskatalysators 40 ist eine Abgassonde 41 angeordnet.
Eine Steuerungseinrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 6 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Verbrennungskraftmaschine VBK zugeordnet sind, und denen jeweils ent¬ sprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an.
Die Steuerungseinrichtung 6 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet werden. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die
Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher eine Ansaugluft¬ temperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher einen Saug- rohrdruck erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 17, der einen Öffnungswinkel der Drosselklappe 11 erfasst, ein Kur- belwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel KW erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein Tem¬ peratursensor 23, der eine Öltemperatur TOIL erfasst, ein Temperatursensor 26, der eine Kühlmitteltemperatur TKW der
Verbrennungskraftmaschine VBK erfasst, der Brennraumdrucksensor 36, der einen Druck im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine VBK erfasst und die Abgassonde 41, welche einen Restsauer¬ stoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charak- teristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zy¬ linder ZI bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches . Die Abgassonde 41 ist bevorzugt als lineare Lambdasonde ausgebildet und erzeugt so über einen weiten relevanten Bereich des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ein zu diesem proportionales Messsignal λ.
Je nach Ausgestaltung kann eine Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein . Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34 und die Zündkerze 35. Neben dem Zylinder ZI können auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen sein, denen dann auch entsprechende Sensoren und Stellglieder zugeordnet sind.
Die Steuerungseinrichtung 6 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 61, die mit einem Programmspeicher 62 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 63 gekoppelt ist. Die Recheneinheit 61, der Programmspeicher 62 und der Wertespeicher 63 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein . In dem Programmspeicher 61 und dem Wertespeicher 63 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VBK nötig sind. Insbesondere ist ein Verfahren zur Erkennung von irregulären Verbrennungen implementiert, das während des Betriebes der Verbrennungs¬ kraftmaschine VBK von der Recheneinheit 61 abgearbeitet wird, wie es anhand der Figuren 2 bis 4 noch näher erläutert wird.
Ferner ist die Recheneinheit 61 mit einem Zähler 65 zum Auf- summieren der Anzahl der auftretenden, irregulären Verbrennungen verbunden .
In dem Wertespeicher 63 sind u.a. ein Schwellenwert für eine Brennraumdruckdifferenz p_Zyl_SW, ein Schwellenwert für einen Zählerstand n_count_SW des Zählers 65, ein Start-und Endewert, ausgedrückt in Kurbelwinkeln, die ein Auswertefenster KW_AWF zur Bestimmung von Glühzündungen festlegen und ein Schwellenwert KW_SW für einen Kurbelwellenwinkel abgelegt, deren Bedeutungen anhand der Figuren 3 und 4 noch näher erläutert werden. Außerdem werden in dem Wertespeicher 63 Werte für ermittelte Brennraumdrücke p_Zyl_mess zwischengespeichert, um später weiter¬ verarbeitet zu werden. In der Figur 2 sind verschiedene Verläufe des Brennraumdruckes p_Zyl, oft auch vereinfacht als Zylinderdruck bezeichnet, abhängig vom Kurbelwellenwinkel KW [°] dargestellt. Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_reg ist ein typischer Druckverlauf eingezeichnet, wie er sich bei einer regulären Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches einstellt. Unter regulärer Ver¬ brennung ist in diesem Zusammenhang eine Verbrennung zu verstehen, die ausschließlich durch einen Zündfunken der Zündkerze initiiert wird, und bei der keinerlei Klopfen, Vorentflammungen oder Glühzündungen auftreten. Die Lage des Zündzeitpunktes ist abhängig von der Last und der Drehzahl und ist mit dem Bezugszeichen ZZP gekennzeichnet. Er liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 5°KW Kurbelwellenwinkel vor dem ZOT (Oberen Totpunkt Zündung) . Bei regulärer Verbrennung liegt der Spitzendruck bei ca. 20°KW Kurbelwellenwinkel nach dem ZOT.
Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_mess ist der mittels des Brenn- raumdrucksensors 36 erfasste Brennraumdruck gekennzeichnet, der sich bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VBK einstellt, wenn irreguläre Verbrennungen auftreten.
Mit dem Bezugszeichen p_Zyl_calc ist in der Figur 2 eine thermodynamisch berechnete Kurve des Brennraumdruckes ohne Verbrennung gekennzeichnet. Der Maximalwert des Druckes tritt dabei genau am Oberen Totpunkt Zündung ZOT auf. Der thermo- dynamisch berechnete Brennraumdruckverlauf ohne Verbrennung p_Zyl_calc ist ein rein theoretischer Verlauf, zu dessen Be¬ rechnung insbesondere der Kurbelwellenwinkel KW, die Kühl¬ mitteltemperatur TKW, die Öltemperatut T_OIL und der Saugrohrdruck p_saug in der Verdichtungsphase herangezogen werden. In der Figur 2 ist weiterhin mit dem Bezugszeichen ZV der Zündverzug gekennzeichnet. Der Zündverzug ZV ist die Zeitspanne zwischen Zündzeitpunkt ZZP, also dem Zeitpunkt des Abschaltens des Primärzündspulenstromes , womit umgehend der Zündfunke und damit die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches initiiert wird und dem Zeitpunkt des Verbrennungsbeginn ZRV der regulären Verbrennung .
Die mit dem Bezugszeichen KF_AWF gekennzeichnete Winkelspanne legt ein Auswertefenster fest, innerhalb dessen die Erkennung von Glühzündungen sinnvoll ist. In diesem Beispiel liegt die untere Grenze des Auswertefenster KW_AWF bei -30°KW bezogen auf den ZOT und die obere Grenze des Auswertefensters KW_AWF liegt bei 10° KW, ebenfalls bezogen auf den ZOT. Dieser Wert fällt hier mit dem Zeitpunkt ZRV, also dem Beginn der regulären Verbrennung zusammen. Mit vertikalen Pfeilen sind innerhalb des Auswerte¬ fensters KW_AWF für vier ausgewählte Kurbelwellenwinkel KW die jeweilige Differenz p_Zyl_diff zwischen den dabei gemessenen Brennraumdrücken p_Zyl_mess und den entsprechenden Werten für den berechneten Brennraumdruckverlauf p_Zyl_calc eingezeichnet. Die Anzahl der zu bildenden Differenzen p_Zyl_diff und der Abstand der Messpunkte, ausgedrückt in °KW sind frei wählbar. In diesem Beispiel findet alle 5°KW ein Vergleich zwischen dem gemessenen Brennraumdruck p_Zyl_mess und den entsprechenden Werten für den berechneten Brennraumdruckverlauf p_Zyl_calc statt .
Im nachfolgenden wird anhand der Figuren 3 und 4 das Verfahren zum Erkennen von Glühzündungen näher erläutert.
In einem Schritt Sl wird das Verfahren gestartet, in dem ge¬ gebenenfalls Variablen initialisiert und Zählerstände zu¬ rückgesetzt werden. Der erstmalige Durchlauf des Verfahrens erfolgt bevorzugt zeitnah zu einem Start der Verbrennungs- kraftmaschine und kann anschließend in bestimmten zeitlichen Abständen periodisch aufgerufen worden.
In einem Schritt S2 wird abgefragt, ob bestimmte Freigabebe- dingungen zur Durchführung des Verfahrens erfüllt sind.
Wie Eingangs bereits erwähnt, tritt Glühzündung nur auf, wenn Temperaturen von Bauteilen im Brennraum, wie Zündkerze, Auslassventil, Kolbenboden oder Quetschkanten im Zylinderkopf lokal die Selbstentzündungstemperatur des eingespritzten Kraftstoffes überschreiten. Typische Werte für solche Temperaturen liegen abhängig von der Qualität des Kraftstoffes bei ca. 1100-1200 °C. Das Verfahren muss also durchgeführt werden, wenn zu erwarten ist, dass diese Temperaturen aufgrund des momentanen Be- triebspunktes der Verbrennungskraftmaschine VBK erreicht werden. Als Indiz hierfür kann ein oder bevorzugt mehrere der Parameter Kühlmitteltemperatur TKW, Öltemperatur TOIL, Laufzeit der Verbrennungskraftmaschine VBK seit dem letzten Start, Drehzahl, Lastgrößen wie Saugrohrdruck, Luftmassenstrom, Drosselklappenstellung herangezogen und mit zugehörigen
Schwellenwerten verglichen werden.
Wird die Verbrennungskraftmaschine VBK beispielsweise mit kleiner Last und Drehzahl betrieben, so sind die Freigabebe- dingungen nicht erfüllt und es wird, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer TWAIT (Schritt S3) , die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Ergibt die Abfrage in Schritt S2, dass mindestens einer der Schwellenwerte überschritten wird, so wird das Verfahren in einem Schritt S4 fortgesetzt. Der aktuelle Wert des Kurbelwellen¬ winkels KW wird mit Hilfe des Kurbelwellenwinkelsensors 22 erfasst und anschließend überprüft, ob dieser Wert KW innerhalb des festgelegten Auswertefensters KW_AWF liegt (vgl. Fig. 2) . Ist das nicht der Fall, so erfolgt ein Rücksprung zum Schritt S2.
Liegt der aktuelle Kurbelwellenwinkel KW in dem Auswertefenster KW_AWF, so werden parallel die Schritte S5 und S7 abgearbeitet. In dem Schritt S5 werden für festgelegte Kurbelwellenwinkel KW, in diesem Beispiel alle 5°KW die dabei auftretenden Brennraumdrücke p_Zyl_mess mit Hilfe des Brennraumdrucksensors 36 erfasst. Je nach Art des verwendeten Brennraumdrucksensors 36 kann eine Korrektur des gelieferten Rohsignales nötig sein. Bei einem piezoelektrischen Druckaufnehmer besteht beispielsweise das Problem des Thermoschock-Verhaltens , d. h. wenn das Sen¬ sorelement heiß wird, dann tritt eine Ladungsverschiebung innerhalb des Quarzes ein und dadurch wird ein falscher Wert für den Druck ermittelt. Deshalb erfolgt in einem Schritt S6 eine Offset-Korrektur des vom Brennraumdrucksensor 36 gelieferten Signals p_Zyl_mess nach einer bekannten Weise. Beispielsweise kann das Drucksignal p_Zyl_mess während der Ansaugphase der Verbrennungskraftmaschine VBK, also wenn noch keine Verbrennung stattfindet, mit dem Signal des Saugrohrsensors 16 plausi- bilisiert und dadurch ein Korrektursignal erhalten werden.
Außerdem werden in dem Schritt S6 die ermittelten Druckwerte p_Zyl_mess einer Filterung, beispielsweise einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen, um nicht zufällig einen geringeren Druckwert, welcher durch Klopfen ausgelöst wird, zu erhalten.
Parallel zur Erfassung, Korrektur und Filterung der gemessenen Brennraumdrucksignale in den Schritten S5 und S6 wird in einem Schritt S7 der Verlauf des Brennraumdruckes, wie er sich ohne Verbrennung einstellen würde, thermodynamisch berechnet. In die Berechnung dieses theoretischen Druckverlaufes p_Zyl_calc abhängig von dem Kurbelwellenwinkel KW fließen neben geometrischen Größen des Kurbeltriebes wie Hubraum, Verdichtungs- Verhältnis, die Kühlmitteltemperatur TKW, die Öltemperatur TOIL, der Saugrohrdruck p_saug und der Polytropenkoeffizient ein.
Neben einer solchen Online-Berechnung des Druckverlaufes p_Zyl_calc ohne Verbrennung in der Recheneinheit 61 der
Steuerungseinrichtung 6 für jeden abgetasteten Kurbelwellenwinkel KW innerhalb des Auswertefensters KW_AW kann dieser Druckverlauf p_Zyl_calc auch vorab für verschiedene Parame¬ terkonstellationen berechnet und in Kennfeldern KF_p_Zyl_calc des Wertespeichers 63 der Steuerungseinrichtung 6 abgelegt werden .
In einem nachfolgenden Schritt S8 wird die Differenz p_Zyl_diff zwischen aktuellem Brennraumdruckmittelwert p_Zyl_mess aus Schritt S6 und dem theoretisch berechneten Druckwert p_Zyl_calc aus Schritt S7 gebildet.
Anschließend wird in einem Schritt S9 überprüft, ob dieser Wert der Druckdifferenz p_Zyl_diff einen vorgegebenen Schwellenwert p_Zyl_SW überschreitet. Der Schwellenwert p_Zyl_SW wird ex¬ perimentell ermittelt und ist in dem Wertespeicher 63 abgelegt.
Ergibt die Abfrage in Schritt S9 ein negatives Ergebnis (nein) so bedeutet dies, dass keine irreguläre Verbrennung aufgetreten ist und das Verfahren wird erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S9 erfüllt, so wird auf eine irreguläre Verbrennung geschlossen und in einem Schritt S10 der Zählerstand n_count des in der Steuerungseinrichtung 6 ent¬ haltenden und die Anzahl der irregulären Verbrennungen aufsummierenden Zählers 65 um den Wert 1 erhöht. In einem anschließenden Schritt Sil wird abgefragt, ob der Zählerstand n_count einen vorgegeben Schwellenwert n_count_SW überschritten hat. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S12 auf das Auftreten von Glühzündungen erkannt und es werden Maßnahmen eingeleitet, die eine Herabsetzung der Brennraumtemperatur zur Folge haben. Beispielsweise kann ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch eingestellt werden, um eine Kühlung innerhalb des Brennraumes zu erreichen. Eine Reduzierung der Last, beispielsweise durch Schließen der Drosselklappe, Ab- stellen der Kraftstoffzufuhr oder Öffnen eines Wastegates bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine führt ebenfalls zu einer Verringerung der Temperatur im Brennraum.
Sind diese Maßnahmen eingeleitet, so wird das Verfahren in einem Schritt S13 beendet.
Da die Glühzündungen umso gefährlicher sind, je früher sie auftreten, (bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW vor dem regulären Zündzeitpunkt) , ist in der Figur 4 eine Abwandlung des anhand der Figur 3 beschriebenen Verfahrensablaufes gezeigt, welches diese Tatsache berücksichtigt.
Hierzu ist das Verfahren nach Figur 3 um zwei weitere Schritte S9A und S10A ergänzt, die in der zeitlichen Abarbeitung des Verfahrens zwischen den Schritten S9 und S10 zusätzlich ausgeführt werden. Die restlichen Schritte des Verfahrens nach der Figur 4 sind identisch mit den entsprechenden Schritten der Figur 3. Wurde in dem Schritt S9 festgestellt, dass die Druckdifferenz p_Zyl_diff den Schwellenwert p_Zyl_SW überschritten hat, wird in dem Schritt S9A überprüft, ob der hohe Brennraumdruck bei einem Kurbelwellenwinkel KW aufgetreten ist, der kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert KW_SW. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in dem bereits beschriebenen Schritt S10 fortgesetzt .
Ergibt die Abfrage, dass der hohe Brennraumdruck schon sehr früh, d.h. bei einem Kurbelwellenwinkel KW kleiner als der Schwel¬ lenwert KW_SW aufgetreten ist, so wird in dem Schritt S10A der Zählerstand n_count nicht wie bei dem Verfahren nach Fig.3 um den Wert 1 inkrementiert , sondern um einen Wert größer 1 erhöht. Dadurch wird der Schwellenwert n_count_SW schneller erreicht und die Maßnahmen zur Temperaturabsenkung
greifen früher ein. Durch eine solche Gewichtung der Kurbelwellenwinkel, bei denen die Glühzündungen auftreten, können die thermisch belasteten Bauteile in dem Brennraum besser geschützt werden .
Anschließend wird das Verfahren wie anhand der Figur 3 bereits beschrieben, mit dem Schritt Sil fortgesetzt.
Bezugs zeichenliste
I Ansaugtrakt
II Drosselklappe
13 Saugrohr, Einlasskanal
14 Luftmassenmesser
15 Temperatursensor für Ansaugluft
16 Saugrohrdrucksensor
17 Drosselklappenstellungssensor
2 Motorblock
21 Kurbelwelle
22 Kurbelwellenwinkelsensor
23 Öltemperatursensor
24 Kolben
25 Pleuelstange
26 Kühlmitteltemperatursensor
27 Brennraum 3 Zylinderkopf
30 Gaseinlassventil
31 Gasauslassventil
34 Einspritzventil
35 Zündkerze
36 Brennraumdrucksensor
4 Abgastrakt
40 Abgaskatalysator
41 Abgassonde
6 Steuerungseinrichtung
61 Recheneinheit, Prozessor
62 Programmspeicher
63 Wertespeicher, Datenspeicher 65 Zähler
7 Fahrpedal
71 PedalStellungsgeber p_saug Saugrohrdruck
p_Zyl Brennraumdruck
p_Zyl_mess gemessener Brennraumdruck
p_Zyl_mess_MW Mittelwert gemessener Brennraumdruck
p_Zyl_calc berechneter Brennraumdruck
p_Zyl_diff Differenz zwischen gemessenem und berechnetem
Brennraumdruck
p_Zyl_reg regulärer Brennraumdruckverlauf ohne Glühzün- dung
p_Zyl_SW Schwellenwert für Brennraumdruckdifferenz
KF_p_Zyl_calc Kennfeld berechneter Druckverlauf
KW Kurbelwellenwinkel in Grad
KW_SW Schwellenwert für Kurbelwellenwinkel
KW_AWF Auswertefenster für Glühzündung
λ Luftverhältnis
N Drehzahl
n_count_SW Schwellenwert für Zähler Anzahl der irregulären
Verbrennungen,
S1-S13 Verfahrensschritte
TKW Kühlmitteltemperatur
TOIL Öltemperatur
TWAIT Wartezeitdauer
VBK Verbrennungskraftmaschine
Z1-Z4 Zylinder
ZZP Zündzeitpunkt
ZV Zündverzug
ZOT oberer Totpunkt Zündung
ZRV Beginn der regulären Verbrennung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Erkennen einer Glühzündung bei einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine (VBK) mit mindestens einem Zylinder (Zl-Z) , der zusammen mit einem, mit einer Kurbelwelle (21) verbundenen Kolben (24) einen Brennraum (27) begrenzt,
einem Brennraumdrucksensor (36) zur Messung des Druckes (p_Zyl) in dem Brennraum (27),
einem Kurbelwellenwinkelsensor (22), der ein den Kurbelwellenwinkel (KW) darstellendes Signal liefert, einer Steuerungseinrichtung (6) zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine (VBK) , dadurch gekennzeichnet, dass während eines Verdichtungstaktes der Verbrennungs¬ kraftmaschine (VBK) an festgelegten Kurbelwellenwinkel (KW) innerhalb eines Auswertefensters (KW_AWF) Werte für den Brennraumdruck (p_Zyl_mess) erfasst werden, aus den erfassten Werten für den Brennraumdruck
(p_Zyl_mess) ein gefilterter Duckwert (p_Zyl_mess_MW) ermittelt wird,
zu den festgelegten Kurbelwellenwinkeln (KW) theoretische Druckwerte (p_Zyl_calc) in dem Brennraum (27) bestimmt werden, die sich einstellen würden, wenn keine Verbrennung in dem Brennraum (27) stattfinden würde,
der Wert der Druckdifferenz (p_Zyl_diff) zwischen dem gefilterten Druckwert (p_Zyl_mess_MW) und den theoretischen Druckwerten (p_Zyl_calc) gebildet wird, der Wert der Druckdifferenz (p_Zyl_diff) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (p_Zyl_SW) verglichen wird und - bei Überschreiten des Schwellenwertes (p_Zyl_SW) auf eine Glühzündung in dem Brennraum (27) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung der gemessenen Werte für den Brennraumdruck (p_Zyl_mess) mittels einer gleitenden Mittelwertbildung erfolgt .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretischen Druckwerte (p_Zyl_calc) mittels eines thermodynamischen Modells berechnet werden, bei dem der Kurbelwellenwinkel (KW) , eine Kühlmitteltemperatur (TKW) , eine Motoröltemperatur (TOIL) , ein Druckwert (p_saug) in einem Saugrohr (13) der Verbrennungskraftmaschine (VBK) und die geometrischen Größen des Kurbeltriebes berücksichtigt werden .
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretischen Druckwerte (p_Zyl_calc) in einem Werte¬ speicher (63) der Steuerungseinrichtung (6) in Form von Kennfeldern (KF_p_Zyl_calc) abgespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei j eder Überschreitung des Schwellenwertes (p_Zyl_SW) der Zählerstand (n_count) eines in der Steuerungseinrichtung (6) enthaltenen Zählers (65) erhöht wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für den Zählerstand
(n_count_SW) auf eine Glühzündung in dem Brennraum (27) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob die Überschreitung des Schwellenwertes (p_Zyl_SW) für die Druckdifferenz (p_Zyl_diff) zu einem Kurbelwellenwinkel (KW) stattgefunden hat, der bezogen auf den oberen Totpunkt bei Zündung (ZOT) kleiner ist, als ein vorgegebener Schwellenwert (KW_SW) und bei positivem Ergebnis der Abfrage der Zählerstand (n_count) schneller erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Glühzündung mittels der Steuerungseinrichtung (6) Maßnahmen eingeleitet werden, die eine Senkung der Temperatur im Brennraum (27) zur Folge haben .
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden Schritte eingeleitet werden :
- Einstellen eines fetten Luft-Kraftstoffgemisches ,
- Schließen der Drosselklappe (11) der Verbrennungs¬ kraftmaschine (VBK) ,
- Abstellen der Kraftstoffzufuhr,
- Öffnen eines Wastegates eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine (VBK) .
Vorrichtung zum Erkennen einer Glühzündung bei einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine (VBK) , die eingerichtet ist zum Ausführen eines der Verfahren gemäß Anspruch 1-8.
PCT/EP2013/072330 2012-11-21 2013-10-24 Verfahren und vorrichtung zum erkennen von glühzündungen basierend auf gemessenen und geschätzten zylinderinnendruckwerten einer verbrennungskraftmaschine WO2014079649A1 (de)

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