用于检测火花点火内燃机中的自动点火的方法和装置与流程

本发明涉及用于识别施加点火的内燃机中的自发点火的方法和装置。

背景技术：

在现代的高增压奥托循环内燃机（otto-brennkraftmaschinen）中，随着电荷和峰值压力的增加，过早着火和自发点火的现象越来越常见。这些现象主要发生在整个发动机速度范围内的高负载下，并且其区别在于在借助于火花塞的火花点火之前的时刻在燃烧室内的燃料-空气混合物的不受控制的自发着火。其结果是不受控制的着火和燃烧具有极高的峰值压力，非常高的燃烧温度，高压力幅值以及因此具有损坏性作用。

然而，过早着火通常作为由于残留在燃烧室中的炽热剩余颗粒所引起的随机独立事件而发生，并且在一定数量的工作循环之后再次消失，自发点火是在常规点火时间之前的不规则燃烧的自增强过程。此处，触发器是热表面和超热部件，诸如例如，火花塞的电极、出口阀、燃烧室中的尖锐的超热边缘或者沉积在热的燃烧室壁上的烟灰和燃料。在较早时间发生的自发着火使燃烧室中的压力和温度甚至进一步升高，并且进一步加热了触发部件或表面。在下一个循环期间，自发点火发生得更早，并且燃烧室的温度进一步升高。

在自发点火达到其稳定状态的最后阶段中，自点火时间太早以致于不再能够识别爆震。通过延迟点火角不能防止所述自发点火。

燃烧室的高热负载能够导致活塞的损坏或者甚至完全破坏，或者导致火花塞的电极或（在任意情况中）高负载的出口阀的部件熔化。为了防止损坏内燃机，尽早识别出这样的自发点火是必要的。

de102007024415b3描述了一种用于识别具有至少一个气缸的施加点火的内燃机的自发点火的方法，该至少一个气缸连接至曲轴。在该方法中，在内燃机的工作循环中的第一时间间隔期间，在气缸的压缩冲程期间测量曲轴的旋转速度。此外，在内燃机的工作循环中的第二时间间隔期间，在气缸的工作冲程期间检测爆震信号。如果曲轴的旋转速度相对于比较值变慢，并且在爆震信号的基础上识别到爆震燃烧，则识别到气缸的自发点火。

de102012221249b3提出了一种用于识别在施加点火的内燃机中的自发点火的方法和装置，该施加点火的内燃机具有：至少一个气缸，该气缸与活塞一起界定燃烧室；用于测量燃烧室中的压力的燃烧室压力传感器；输出表示曲轴角度的信号的曲轴角度传感器；以及用于控制和/或调节内燃机的控制装置。

在内燃机的压缩冲程期间，在评估窗口内检测在限定的曲轴角度处的燃烧室压力的值，通过检测到的燃烧室压力的值来确定过滤的压力值，并且确定限定的曲轴角度处的燃烧室中的理论压力值，诸如，如果在燃烧室中未发生燃烧，则燃烧室中的理论压力值会上升。过滤的压力值与理论压力值之间的压力差的值被形成，将该压力差的值与预定的阈值进行比较，并且在其超过阈值的情况下推断在燃烧室中存在自发点火。

从de19859310a1中已知通过检测离子流来识别过早着火事件，其中，此处描述了对调节回路的使用，在该调节回路中，借助于发动机控制器在被识别的过早着火事件的基础上调节内燃机的操作参数。其建议的是在测得的离子流超过阈值的情况下，以规定的方式使点火角朝向较晚的点火时间移动，并且在消除过早着火之后再次恢复到预设的点火角。

技术实现要素：

本发明所基于的目标在于提供一种方法和装置，该方法和装置允许在施加点火的内燃机的操作期间可靠地识别自发点火。

该目标借助于独立权利要求的特征而实现。本发明的有利实施例和改进方案的特征在于从属权利要求。

本发明的特征在于一种用于识别在具有多个气缸的施加点火的内燃机（bkm）中的自发点火的方法和装置。所述识别是通过对分配给各个气缸并且在气缸的工作冲程期间曲轴通过预定的角度范围所需的连续的时间段进行测量，并且随后通过该时间段确定运行不规则性值。

在内燃机的预定负载/发动机速度范围中，将所有气缸的运行不规则性值与预定的阈值进行比较，并且，如果在点火序列中在时间上位于该气缸之前的气缸的运行不规则性值降至该阈值以下，则识别对气缸的自发点火的怀疑。中断对被怀疑自发点火的气缸的燃料供应达预定数量的循环，并且检测在该循环期间中断对该气缸的燃料供应对该气缸的运行不规则性值的影响。取决于所产生的气缸的运行不规则性值来确认或否定对气缸的自发点火的怀疑。

借助于根据本发明的方法和装置，能够以简单且廉价的方式来识别所发生的自发点火并且可靠地与失火进行区别。以此方式，能够以有效的方式保护内燃机的燃烧室中的部件免于热过载，而不需要依赖来自爆震传感器的信号。

所提出的方法具有以下优点：该方法特别地适于识别燃烧特性朝向具有非常早的着火以及在上止点之前的燃烧重心的平滑的气缸压力曲线的非常快速或立即的转换。

因此，能够在较早时间点识别至今未发现的情况，这些情况能够导致对内燃机的损坏，并且及时启动降低燃烧室温度的措施。此处，重要的是区别逻辑上在前的气缸的失火与由于当前考虑的气缸的非常早的自发点火而导致的曲柄驱动器的制动之间的差异。

能够通过启动下列措施中的至少一种来实现在被识别的自发点火的情况下的燃烧室温度的有效降低:

-设置丰富的（fetten）空气燃料混合物，

-降低内燃机（bkm）的负载，

-至少部分地关闭设置在内燃机（bkm）的进气道中的节流阀，

-选择性地停止对气缸（zyl(x)）的燃料供应，

-在增压内燃机（bkm）的情况中打开废气门。

附图说明

通过对示例性实施例的下列描述和附图，本发明的另外的优点和实施例将显露，在附图中：

图1是具有相关联的控制装置的施加点火的内燃机的示意图；

图2和图3示出了根据曲轴角度变化的施加点火的内燃机的燃烧室中的不同压力曲线的示意图；以及

图4是用于识别施加点火的内燃机中的自发点火的程序的流程图。

具体实施方式

内燃机bkm（图1）包括：进气道1、发动机缸体2、气缸盖3和废气道4。进气道1优选地包括节流阀11，并且进一步包括进气管13，进气管13经由入口导管而通向气缸zyl(x)并进入发动机缸体2。发动机缸体2包括经由连接杆25联接至气缸zyl(x)的活塞24的曲轴21。气缸zyl(x)和活塞24界定出燃烧室27。在图1中，为了清楚起见，仅示出了单个气缸zyl(x)，然而内燃机bkm具有至少2个气缸，优选地具有3个、4个、5个、6个或8个气缸。

气缸盖3包括具有进气阀30、出气阀31的阀驱动器以及对应的阀驱动器（未详细示出）。气缸盖3进一步包括火花塞35和喷射阀34。替代地，如在图1中由虚线示出的，喷射阀34也可以设置在进气道1中。

废气道4包括废气催化转化器40，该废气催化转化器40优选地形式为三元催化转化器。废气探针41设置在废气催化转化器40的上游。

控制装置6被设置，控制装置6分配有检测不同测量变量并且确定测量变量的测量值的传感器。操作变量不仅包括测量变量，而且还包括从测量变量导出的变量。根据操作变量中的至少一个操作变量，通过生成用于致动驱动器的致动信号而由控制装置6启动致动元件，该致动元件被分配给内燃机bkm并且在每种情况下分配有对应的致动驱动器。

控制装置6还可以被称为用于操作内燃机的装置，或者简称为发动机控制单元。

除了其他的以外，信号被提供给控制装置6的传感器是检测节流阀11上游的空气量流的空气量传感器（luftmassenmesser）14，检测进气温度的温度传感器15，检测进气管压力的压力传感器16，检测节流阀11的打开角度的节流阀位置传感器17，检测曲轴角度kw然后分配有发动机速度n的曲轴角度传感器22，检测油温toil的温度传感器23，检测内燃机bkm的冷却剂温度tkw的温度传感器26，以及检测废气中的残留氧含量的废气探针41，废气探针41的测量信号表征在空气-燃料混合物的燃烧期间在气缸zyl(x)中的空气-燃料比。废气探针41优选地形式为线性λ探针（lambdasonde），并且因此在空气-燃料比的宽的相关范围内产生与其成比例的测量信号。

取决于该构造，能够提供所述传感器的子集，或者也能够提供附加传感器。

例如，致动元件是节流阀11、进气阀30、出气阀31、喷射阀34和火花塞35。

控制装置6优选地包括计算单元（处理器）61，计算单元（处理器）61联接至程序存储器62和值存储器（数据存储器）63。计算单元61、程序存储器62和值存储器63的每一个可以包括一个或多个微电子部件。替代地，所述部件可以部分地或者全部地集成在单个微电子部件中。在程序存储器61和值存储器63中，存储有操作内燃机bkm所需的程序和值。特别地，如将在图4的基础上更详细地讨论的，用于通过评估内燃机的运行不规则性来识别失火的功能fkt_lu以及用于识别不规则燃烧的功能fkt_gl被实施，这些功能在内燃机bkm的操作期间由计算单元61执行。

除了其他的之外，在值存储器63中存储有：用曲柄角度表示的起始值和结束值，该起始值和结束值限定用于确定自发点火的评估窗口kw_awf；以及用于运行不规则性值lu_zyl(x)的阈值lu_zyl_sw，同样地将在图4的基础上来更详细地讨论该值的意义。同样地还存储有等待时间段t_wait和延迟时间t_verz的值。

图2图示了燃烧室压力p_zykl（通常还简称为气缸压力）根据曲轴角度kw[°]变化的各种曲线。利用附图标记p_zykl_reg，示出了典型的压力曲线，诸如，在空气-燃料混合物的规则燃烧期间出现的压力曲线。在该背景下，“规则”或者“正常”燃烧要被理解为意指仅由火花塞的点火火花引起的燃烧，并且，在该情况中，不会发生爆震、过早着火或者自发点火。点火时间的位置取决于负载和发动机速度，并且由附图标记zzp表示。在该示例性实施例中，点火时间位于zot（点火上止点）前大约5°kw（曲轴角度）。在规则燃烧的情况中，峰值压力位于zot后大约20°kw（曲轴角度）。

附图标记p_zykl_gl表示在发生不规则燃烧的情况下在内燃机bkm的操作期间产生的燃烧室压力曲线。如由图2中的曲线组所示，自发点火发生在多个循环n_zykl内，通常从规则燃烧开始经由爆震燃烧到重复的过早着火情况。

如在图3中所示，在另外的曲线中，通常的情况是能够观察到在点火上止点zot之前切换到具有燃烧重心的平滑的气缸压力曲线。

在图2中由附图标记kw_awf表示的角度范围限定了评估窗口，在该评估窗口内，对自发点火的识别是很有意义的。在该示例中，评估窗口kw_awf的下边界相对于点火上止点zot处于-40°kw，并且同样地，评估窗口kw_awf的上边界相对于点火上止点zot处于10°kw。

下面将在形式为流程图的图4的基础上更详细地讨论用于识别自发点火的方法。

在步骤s1中，该方法开始，在该步骤中，若需要，则将变量初始化并且重置计数器等级。该方法的第一次贯彻执行优选地在启动内燃机bkm之后不久执行，并且随后可以按照特定时间间隔循环性地调用该方法。

在步骤s2中，查询是否满足执行用于识别自发点火的方法的特定使能条件。

如在引言中已经提到的，只有当燃烧室中的部件（诸如，火花塞、出口阀的部件、气缸盖中的活塞顶或者挤气边缘）的温度局部地超过喷射的燃料的自动点火温度时，才会发生自发点火。取决于燃料的类型和质量，这样的温度的典型值在1100至1200℃左右。因此，如果预计由于内燃机的当前操作点将达到所述温度，则必须执行该方法。作为这一点的指示，能够考虑下述参数中的一个或者（优选地）多个：冷却剂温度tkw、油温toil、从最近的启动开始的内燃机bkm的运行时间、发动机速度n、负载变量（诸如，进气管压力、空气量流和节流阀位置），并且将其与相关联的阈值进行比较。

例如，如果内燃机bkm在低负载和低发动机速度下操作，则不满足使能条件，并且，可能在可预定的等待时间段t_wait之后（步骤s3），会在步骤s2中再次重新开始该执行。

由于根据本发明的方法是基于评估运行不规则性值，这些运行不规则性值是通过测量在连续的气缸的工作冲程期间曲轴通过预定的角度范围所需的连续的时间段而得到的，所以，有必要抑制对曲轴旋转速度的外部影响，诸如例如，由传动系对道路不平坦度的反馈，这是因为这些外部影响能够使失火识别功能的结果和自发点火识别功能的结果错误。因此，步骤s2中的另外的使能条件是不存在所谓的崎岖路况，否则会抑制用于识别自发点火的方法，换言之，会妨碍该方法，并且该过程回到步骤s1。例如，在ep0818683b1和ep0622542b1中，描述了在用于识别崎岖路况的方法中评估发生在机动车中的车轮移动（特别是车轮加速度）。

在步骤s2中，如果查询结果表明在引言中提到的阈值中的至少一个已经被超出并且不存在崎岖路况，则在步骤s4中继续用于识别自发点火的方法。

借助于曲轴角度传感器22来检测曲轴角度kw的当前值，并且随后在步骤s5中检查该所述值kw是否位于限定的评估窗口kw_awf内（参见图2）。如果不在该评估窗口内，则该过程跳回步骤s1。

如果当前的曲轴角度kw位于评估窗口kw_awf内，则在步骤s6中检测各个气缸zyl(x)的运行不规则性值lu_zyl(x)。该检测仅在内燃机bkm的特定临界负载/发动机速度的范围内是必要的。所述范围（也称为负载/发动机速度窗口）根据经验被确定并且存储在控制装置6的值存储器63中。用于识别失火的功能fkt_lu（该功能在程序存储器62中被实施）被用于确定各个气缸zyl(x)的运行不规则性值lu_zyl(x)。所述功能是基于分配至各个气缸zyl(x)的时间段的评估。该时间段与分配给相应气缸zyl(x)的曲轴角度范围相关，并且该相应气缸zyl(x)的曲轴角度取决于气缸的数量和内燃机bkm的类型。在具有四个气缸的四冲程内燃机bkm的情况中，所述曲轴角度的范围对应于720°kw/4=180°kw。

例如，可以按照取决于分配给相应气缸zyl(x)的时间段与平均的时间段之间的偏差的方式来确定运行不规则性值lu_zyl(x)。例如，在ep0583496b1、ep0576705b1和de102005046956b3中描述了用于确定这样的运行不规则性值lu_zyl(x)的方法，这些运行不规则性是值lu_zyl(x)然后又用作失火识别的依据，这些申请的内容由此通过引用的方式并入本文。

在步骤s7中，将气缸zyl(x-1)的运行不规则性值lu_zyl(x-1)与预定的阈值lu_zyl_sw进行比较。字母x表示各个气缸的运行变量，其中，zyl(x-1)表示在点火序列中在时间上位于气缸zyl(x)之前的气缸。

如果气缸zyl(x-1)的运行不规则性值lu_zyl(x-1)在预定数量的循环y期间低于阈值lu_zyl_sw，换言之，在所述数量的循环y期间气缸zyl(x-1)的运行不规则性值lu_zyl(x-1)发生了相对下降，则在步骤s8中设置标记，该标记表示对气缸zyl(x)的自发点火的怀疑。因此，没有直接得出气缸zyl(x)发生自发点火，而是如下情况：在接下来的步骤中，关于下述内容进行区分：所涉及的是由于自发点火而引起的下一个气缸zyl(x)中的太早燃烧导致的曲轴驱动器的减速，或是由于在气缸zyl(x-1)中的当前考虑的燃烧失火所导致的曲轴驱动器的减速。

为了能够进行该区分，在步骤s9中，在预定数量的循环z期间，抑制被怀疑自发点火的气缸的燃料喷射，换言之，中断对所述气缸zyl(x)的燃料供应。

在后续的步骤s10中，再次检测气缸zyl(x-1)的运行不规则性值lu_zyl(x-1)，并且检查这些运行不规则性值lu_zyl(x-1)是否已经相对于步骤s6中检测到的值发生了变化。如果在步骤s9中对气缸zyl(x)的燃料抑制措施的结果是在该数量的循环z期间对气缸zyl(x-1)的运行不规则性值lu_zyl(x-1)的影响消失，则在后续的步骤s11中，确认对气缸zyl(x)的自发点火的怀疑，并且，在步骤s12中，启动对处于危险中的气缸zyl(x)的措施。在实施措施时，可以使用会导致燃烧室温度降低的干预措施。例如，可以设置丰富的空气燃料混合物以便实现燃烧室内的冷却。例如，通过至少部分地关闭节流阀，选择性地停止对气缸zyl(x)的燃料供应，或者在增压内燃机的情况中打开废气门来降低负载从而同样地导致燃烧室中的温度降低。在实施这些降温干预之后，在步骤s13中结束该方法。如果在步骤s9中对气缸zyl(x)的喷射抑制措施的结果是降低了气缸zyl(x)的运行不规则性值，并且对气缸zyl(x-1)的运行不规则性的影响在该数量的循环z期间仍然存在，则涉及气缸zyl(x-1)的燃烧室的失火或者低扭矩燃烧，这在步骤s8中已经错误地导致对气缸zyl(x)的自发点火的怀疑。因此，在步骤s14中，否定对气缸zyl(x)的自发点火的怀疑。该方法再次从头开始，有可能是在适用的延迟时间t_verz到期之后（步骤s17）。

在对气缸zyl(x)进行喷射抑制期间，必须抑制用于气缸zyl(x)的失火识别功能fkt_lu。由于对各个气缸zyl(x)进行喷射抑制的循环数量z很小，所以，使用内燃机bkm驱动的车辆的驾驶者能够注意到的扭矩影响保持在极限值内。

然而，失火识别功能fkt_lu使得即使是在对气缸zyl(x)进行主动喷射抑制期间也能够识别气缸zyl(x-1)的失火。因此，在该方法的改进方案中，可以在步骤s14之后进行步骤s15和步骤s16（用虚线示出），在步骤s15和步骤s16中，根据对气缸zyl(x-1)的运行不规则性值进行评估的方法来执行失火识别，并且如果必要，可以对所述气缸zyl(x-1)采取对应的措施。

附图标记列表

1进气道

11节流阀

13进气管、入口导管

14空气量传感器

15用于进气的温度传感器

16进气管压力传感器

17节流阀位置传感器

2发动机缸体

21曲轴

22曲轴角度传感器

23油温传感器

24活塞

25连接杆

26冷却剂温度传感器

27燃烧室

3气缸盖

30进气阀

31出气阀

34喷射阀

35火花塞

4废气道

40废气催化转化器

41废气探针

6控制装置

61计算单元、处理器

62程序存储器

63值存储器、数据存储器

bkm内燃机

fkt_lu识别失火的功能

fkt_gl识别自发点火的功能

kw曲轴角度，单位：度

kw_awf用于自发点火识别的评估窗

lu_zyl(x)气缸x的运行不规则性值

lu_zyl_sw运行不规则性值的阈值

n发动机速度

n_zykl燃烧循环的数量

p_zykl燃烧室压力

p_zykl_reg在规则燃烧期间的燃烧室压力曲线

p_zykl_gl在自发点火期间的燃烧室压力曲线

s1-s17方法步骤

tkw冷却剂温度

toil油温

t_wait等待时间段

t_verz延迟时间

x气缸的运行变量

y没有达到运行不规则性值的循环的数量

z进行喷射抑制的循环的数量

zot点火上止点

zyl(x)气缸

zzp点火时间