DE10250736A1

DE10250736A1 - Suppression method for suppressing early sparking in an externally ignited internal combustion engine ignites a fuel-air mixture while triggering a discharge in a previously charged ignition device

Info

Publication number: DE10250736A1
Application number: DE2002150736
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Bechtold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Ignition coils (12) are charged to create a spark in spark plugs (13). Power in the coils is also removed by suitable triggering through forming a spark that ignites a fuel-air mixture in a cylinder (14) during a regular ignition process. An extra ignition process occurs in an expansion stroke, an exhaust stroke and/or an intake stroke.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Frühzündungen bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor, bei dem ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen Zündvorgang gezündet wird, indem ein Entladen einer zuvor geladenen Zündeinrichtung ausgelöst wird.The invention relates to a method for suppression of pre-ignition in a foreign-born Internal combustion engine in which an ignitable fuel-air mixture by a ignition ignited is triggered by discharging a previously charged ignition device.

Bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren, insbesondere mit Aufladung, können unter ungünstigen Umständen abhängig vom Lastzustand unerwünschte Frühzündungen bzw. Frühentflammungen auftreten, die deutlich früher als zum gewünschten Zündzeitpunkt stattfinden. Aufgrund der dadurch entstehenden hohen Brennraumdrücke kann der Motor beschädigt oder sogar zerstört werden. Derartige Frühzündungen können insbesondere dann auftreten, wenn in der Zündeinrichtung nach einem regulären Zündvorgang noch Restenergie vorhanden ist und im Bereich der Zündkerzenelektroden eine hohe Leitfähigkeit besteht, beispielsweise durch dort vorhandene Öl- oder Kraftstofftröpfchen. Restenergie kann in der Zündeinrichtung beispielsweise dadurch vorliegen, dass zum Zeitpunkt eines vorherigen regulären Zündvorgangs eine sehr hohe Gemischdichte besteht, die einen Zündfunken früh zum Verlöschen bringt, ohne dass die gesamte, beispielsweise in einer Zündspule gespeicherte Energie der Zündeinrichtung entladen wird.In spark-ignited internal combustion engines, especially with charge, can under unfavorable circumstances dependent unwanted from the load condition preignition or early ignitions occur significantly earlier as to the desired ignition timing occur. Due to the resulting high combustion chamber pressures can the engine is damaged or even destroyed become. Such pre-ignition can occur especially when in the ignition after a regular ignition still residual energy is present and in the field of spark plug electrodes a high conductivity consists, for example, by existing there oil or fuel droplets. Residual energy may be present in the ignition device For example, by the fact that at the time of a previous regular ignition There is a very high mixture density which causes a spark early to extinguish, without the entire, stored for example in an ignition coil energy the ignition device unloaded.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zugrunde, durch das derartige Frühzündungen kostengünstig und wirksam unterdrückt werden können.The invention is technical Problem underlying the provision of a method by which such pre-ignition economical and effectively suppressed can be.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention solves this problem by providing a method having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor, bei dem ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen Zündvorgang gezündet wird, indem ein Entladen einer zuvor geladenen Zündeinrichtung ausgelöst wird, mindestens ein zusätzlicher Zündvorgang durch Laden und anschließendes Entladen der Zündeinrichtung in einem Arbeitstaktbereich des Verbrennungsmotors durchgeführt, in welchem kein zündfähiges Gemisch vorliegt.According to the invention, in a spark-ignited internal combustion engine, in which an ignitable fuel-air mixture by a ignition ignited is triggered by discharging a previously charged ignition device, at least one additional ignition by loading and then Unloading the ignition device performed in a power stroke range of the internal combustion engine, in which is not an ignitable mixture.

Wenn Restenergie in der Zündeinrichtung verbleibt, beispielsweise hervorgerufen durch eine hohe Gemischdichte zum Zeitpunkt des regulären Zündvorgangs, wird diese durch den zusätzlichen Zündvorgang vollständig abgebaut. Während des zusätzlichen Zündvorgangs wird die Zündeinrichtung bzw. ihr energiespeichernder Teil zuerst geladen und anschließend entladen. Da zum Zeitpunkt der Entladung eine niedrige Gemischdichte besteht, wird die Zündeinrichtung vollständig oder jedenfalls weitestgehend entladen, ohne dass sich durch den entstehenden Zündfunken brennbares Gemisch entzünden kann. Eine Frühentflammung bzw. Frühzündung in dem nachfolgenden regulären Arbeitstakt, bedingt durch Restenergie in der Zündeinrichtung, wird wirkungsvoll unterdrückt. Dies verhindert die Beschädigung des Motors und erhöht dessen Standfestigkeit. Bei modernen Zündanlagen kann das Verfahren weitgehend in Software implementiert sein und ist somit kostengünstig realisierbar.If residual energy remains in the ignition device, for example, caused by a high mixture density at the time the regular ignition, this is due to the additional ignition process Completed reduced. While of the additional ignition the ignition device or their energy-storing part first charged and then discharged. Since there is a low mixture density at the time of discharge, becomes the ignition device Completed or at least largely unloaded, without being affected by the resulting spark ignite flammable mixture. An early flame or pre-ignition in the subsequent regular Operating cycle, due to residual energy in the ignition device, is effective suppressed. This prevents the damage of the engine and increased its stability. In modern ignition systems, the process can largely be implemented in software and thus cost feasible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 erfolgt der zusätzliche Zündvorgang in einem Expansionstakt, einem Ausschiebetakt und/oder Ansaugtakt. In diesen Takten herrschen Brennraumbedingungen mit niedriger Gemischdichte vor, die verhindern, dass sich brennbares Gemisch entzündet, und die eine vollständige Entladung der Zündeinrichtung ermöglichen.In an advantageous development of the method according to claim 2, the additional ignition process takes place in an expansion stroke, a Ausschiebetakt and / or intake stroke. In these bars prevail Combustion chamber conditions with low mixture density, which prevent that flammable mixture ignites, and that a complete discharge the ignition device enable.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird der zusätzliche Zündvorgang motorbetriebspunktabhängig nur bei Vorliegen eines Vollast- oder Aufladungs-Betriebszustands durchgeführt. Da Frühentflammungen weitestgehend nur in den genannten Betriebszuständen auftreten, wird auf zusätzliche Zündvorgänge außerhalb dieser Bereiche verzichtet, um den Zündkerzenverschleiß zu minimieren.In an advantageous development of the method according to claim 3, the additional ignition process engine operating point dependent only in the presence of a full load or Charging operating state performed. Since early ignitions largely only in the mentioned operating conditions will occur on additional Ignitions outside omitted these areas to minimize the spark plug wear.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:An advantageous embodiment The invention is illustrated in the drawings and will become apparent below described. Hereby show:

1 ein Blockdiagramm einer Zündanlage für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor und 1 a block diagram of an ignition system for a spark-ignited internal combustion engine and

2 ein Diagramm des Verlaufs des Brennraumdrucks in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel bei einer regulären Zündung und bei einer Frühzündung. 2 a diagram of the course of the combustion chamber pressure as a function of the crankshaft angle at a regular ignition and a pre-ignition.

1 zeigt eine Zündanlage eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors mit ihren hier relevanten Zündungskomponenten, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterdrückung von Frühzündungen durchführen lässt. Gezeigt sind hierzu speziell eine Batterie 10, ein Motorsteuergerät 11, vier Zündspulen 12 und vier Zündkerzen 13, die jeweils in einen zugehörigen Brennraum bzw. 1 shows an ignition system of a spark-ignition internal combustion engine with their ignition components relevant here, with which the inventive method for suppressing pre-ignition can be performed. Shown specifically for this purpose are a battery 10 , an engine control unit 11 , four ignition coils 12 and four spark plugs 13 , each in an associated combustion chamber or

Zylinder 14 ragen. Die Zylinderanzahl ergibt sich aus dem entsprechenden Motorentyp und ist hier beispielhaft auf vier festgelegt. Selbstverständlich sind auch andere Zylinderanzahlen möglich. Ebenso können pro Zylinder 14 mehrere Zündkerzen 13 und/oder Zündspulen 12 vorgesehen sein.cylinder 14 protrude. The number of cylinders results from the corresponding engine type and is set here by way of example to four. Of course, other numbers of cylinders are possible. Likewise, per cylinder 14 several spark plugs 13 and / or ignition coils 12 be provided.

Die Batterie 10 dient zur Bereitstellung der für einen Zündvorgang erforderlichen Energie. Sie ist mit dem Motorsteuergerät 11 verbunden. Das Motorsteuergerät 11 beinhaltet einen Steuerrechner, der unter anderem für die Auslösung eines Zündvorgangs verantwortlich ist. Das Zündverfahren einschließlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung von Frühzündungen sind als Softwaremodule im Steuerrechner implementiert. Die Zündspulen 12 sind einerseits mit dem Motorsteuergerät 11 verbunden, von dem sie zur Erzeugung einer hohen Zündspannung angesteuert werden, und andererseits mit den Zündkerzen 13.The battery 10 serves to provide the energy required for an ignition process. It is with the engine control unit 11 connected. The engine control unit 11 includes a control computer, which is responsible among other things for the triggering of an ignition. The ignition procedure Finally, the method according to the invention for the suppression of pre-ignition are implemented as software modules in the control computer. The ignition coils 12 are on the one hand with the engine control unit 11 connected, by which they are driven to generate a high ignition voltage, and on the other hand with the spark plugs 13 ,

Zur Erzeugung eines Zündfunkens der Zündkerzen 13 werden die Zündspulen 12 zuerst "geladen" bzw. bestromt, d.h. in einen energiereichen Zustand gebracht. Die in den Zündspulen 12 vorhandene Energie wird anschließend mittels geeigneter Ansteuerung, zumindest teilweise, durch Bilden eines Zündfunkens wieder abgebaut, der bei einem regulären Zündvorgang ein im Zylinder 14 enthaltenes, zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet.For generating a spark of the spark plugs 13 become the ignition coils 12 first "charged" or energized, ie brought into a high-energy state. The in the ignition coils 12 Existing energy is then reduced again by means of suitable control, at least partially, by forming a spark again, which in a regular ignition in-cylinder 14 ignited, ignitable fuel-air mixture ignited.

2 zeigt den Verlauf des Drucks in einem Zylinder 14 von 1 in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel bei einer regulären Zündung und bei einer Frühzündung. ZOT bezeichnet den Kurbelwellenwinkel im oberen Totpunkt am Beginn eines Expansionstaktes, GOT bezeichnet den Kurbelwellenwinkel im oberen Totpunkt zwischen einem Ausschiebetakt und einem Ansaugtakt, d.h. in einer Gaswechselphase, und UT bezeichnet den Kurbelwellenwinkel im unteren Totpunkt. 2 shows the course of the pressure in a cylinder 14 from 1 depending on the crankshaft angle at a regular ignition and at a pre-ignition. ZOT designates the crankshaft angle at top dead center at the beginning of an expansion stroke, GOT denotes the crankshaft angle at top dead center between an exhaust stroke and an intake stroke, ie in a gas exchange phase, and UT denotes the crankshaft angle at bottom dead center.

Ein regulärer Zündvorgang erfolgt bei einem Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt t₁ im Kompressionstakt kurz vor ZOT. Zur Erzeugung eines Zündfunkens wird durch das Motorsteuergerät 11 ein Entladen der zuvor geladenen Zündspule 12 ausgelöst. Wenn zum Zeitpunkt t₁ des regulären Zündvorgangs eine sehr hohe Gemischdichte vorherrscht, kann der Fall eintreten, dass der Zündfunke relativ früh verlöscht, ohne dass die gesamte, in der Zündspule vorhandene Energie vollständig umgewandelt wird. In einem nächsten Arbeitstakt kann es daher zu einem Zeitpunkt t₂ vor dem regulären Zündzeitpunkt t₁, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden zu einer ungewollten Entladung dieser Restenergie, einer sogenannten Frühentflammung, kommen, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu früh gezündet wird. Dies führt zu der strichliert gezeichneten Überhöhung des Brennraumdrucks im Bereich der Frühentflammung, was zu einer Schädigung bis hin zur Zerstörung des Motors führen kann.A regular ignition takes place at an ignition angle or ignition time t ₁ in the compression stroke shortly before ZOT. To generate a spark is by the engine control unit 11 a discharge of the previously charged ignition coil 12 triggered. If a very high mixture density prevails at the time t _{1 of} the regular ignition, it may happen that the spark extinguishes relatively early without completely converting the entire energy present in the ignition coil. In a next working cycle, therefore, at a time t ₂ before the regular ignition time t ₁ , if no countermeasures are taken, an unwanted discharge of this residual energy, a so-called early ignition, may occur, as a result of which the fuel-air mixture is ignited too early. This leads to the dashed line elevation of the combustion chamber pressure in the area of early ignition, which can lead to damage to the destruction of the engine.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch vermieden, dass nach der regulären, eventuell unvollständigen Entladung der Zündspule zu einem Zeitpunkt t3 in einem Ausschiebetakt kurz vor dem unteren Totpunkt des entsprechenden Zylinders ein weiterer Zündvorgang durchgeführt wird, bei dem die Zündeinrichtung erneut geladen und anschließend entladen wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die Zündspule aufgrund der niedrigen Gas- bzw. Gemischdichte in diesem Arbeitstaktbereich vollständig oder jedenfalls weitestgehend entladen werden. Der zusätzliche Zündfunke führt nicht zu einer Entzündung des Gemischs, da aufgrund der Gemisch- und Druckverhältnisse in diesem Arbeitstaktbereich kein zündfähiges Gemisch vorliegt. Da anschließend keine Restenergie in der Zündspule mehr vorhanden ist, wird eine Frühentflammung bzw. Frühzün dung im nachfolgenden Arbeitstakt wirkungsvoll unterdrückt.According to the invention, this is avoided by that after the regular, possibly incomplete Discharge of the ignition coil at a time t3 in a Ausschiebetakt just before the bottom Dead center of the corresponding cylinder another ignition carried out is where the ignition device reloaded and then unloaded. At this time, the ignition coil due to the low Gas or mixture density in this working stroke range completely or at least be discharged as far as possible. The additional spark does not lead to an inflammation of the mixture, because of the mixture and pressure conditions There is no ignitable mixture in this working stroke range. There subsequently no residual energy in the ignition coil more is present, an early flame or early ignition in the effectively suppressed subsequent work cycle.

Um einen erhöhten Zündkerzenverschleiß zu vermeiden, wird der zusätzliche Zündvorgang bevorzugt nur in Betriebsbereichen des Motors durchgeführt, die frühentflammungsgefährdet sind. Insbesondere sind dies Bereiche bei Vollast bzw. Aufladung.To avoid increased spark plug wear, will be the extra ignition preferably performed only in operating areas of the engine, the early flammable. In particular, these are areas at full load or charge.

Claims

A method for suppressing pre-ignition in a spark-ignited internal combustion engine, in which an ignitable fuel-air mixture is ignited by an ignition by a discharge of a previously charged ignition device is triggered, characterized in that at least one additional ignition, in which the ignition device is charged and is subsequently discharged, is carried out in a working stroke range of the internal combustion engine, in which there is no ignitable mixture.

Method according to claim 1, characterized in that that extra ignition in an expansion stroke, a Ausschiebetakt and / or intake stroke he follows.

A method according to claim 1 or 2, characterized that extra Ignition procedure engine operating point dependent only is performed in the presence of a full load or supercharged operating condition.