Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer vor einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretenden irregulären Verbrennung in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, ein Steuergerät, mit dem ein solches Verfahren umgesetzt ist, und eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Steuergerät.

Es ist bekannt, dass mit einem vorgegebenen Zündzeitpunkt verknüpft, ein so genanntes Klopfen in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine auftreten kann, wobei unter einem Klopfen unkontrolliert auftretende Selbstzündungen eines Kraftstoff-Luft- Gemisches in dem Brennraum zu verstehen sind. Ursächlich hierfür können verschiedene Aspekte sein. Bei einer sensorischen Feststellung eines Klopfereignisses erfolgt ein Ein- griff einer Motorsteuerung, üblicherweise in eine Zündung der Verbrennungskraftmaschine, um das Klopfen eines betroffenen Brennraumes für die nachfolgenden Verbrennungszyklen zu vermeiden. Dabei verstellt die Motorsteuerung für den betroffenen Zylinder einen Zündwinkel für den nächsten Verbrennungszyklus "nach spät", so dass die nachfolgende Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem betroffenen Zylinder später als in einem Fall ohne klopfende Verbrennung ausgelöst wird, um die Klopfneigung des Zylinders zu reduzieren. Das Verstellen "nach spät" erfolgt, bis keinerlei Klopfgeräusche mehr feststellbar sind. Anschließend kann ein Zündzeitpunkt wieder schrittweise ein Richtung "früh" verstellt werden, um sich so an die Klopfgrenze heranzutasten. Hierdurch wird versucht, einen früheren Zündzeitpunkt einstellen zu können um dadurch einen besseren Ausnutzungsgrad einer Verbrennungsenergie einhergehend mit einer höheren Leistung und gesteigertem Wirkungsgrad erreichen zu können. Auch ist auf diese Weise ein Anpassen der Zündung an unterschiedliche Kraftstoffarten möglich, sei es Normalbenzin, Superbenzin oder andere Kraftstoffe sowie Mischungen daraus, die getankt wurden oder sich im Tank ergeben und der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vermeidung von unkontrolliert auftretenden Selbstzündungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die in den Unteransprü- chen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung. In der nachfolgenden Beschreibung werden ferner weitere Merkmale angegeben, die Gegenstand weiterer Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung sein können. Diese weiteren Merkmale können dabei untereinander und/oder mit ein oder mehreren Merkmalen aus den Ansprüchen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden.

Es wird ein Verfahren zur Unterdrückung einer, insbesondere vor einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretenden, irregulären Verbrennung in einem Brennraum einer Verbren- nungskraftmaschine, insbesondere einer direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschine, vorgeschlagen, bei dem nach einer Erkennung der irregulären Verbrennung eine ein fettes Luftverhältnis λ verursachende Kraftstoffmenge in demselben Verbrennungszyklus in den Brennraum eingespritzt wird, um die irreguläre Verbrennung im Verbrennungszyklus zu unterbinden. Eine der irregulären Verbrennung zugrunde liegende Flamme und/oder Flammenfront wird dabei gelöscht. Bezeichnend für eine ungewollte Verbrennung ist, dass sie sich in der Regel nicht in einem vorangehenden Verbrennungszyklus andeutet. Daher wird die zur Löschung der Flamme verwendete Kraftstoffmenge in demselben Verbrennungszyklus in den Brennraum eingespritzt, in dem die irreguläre Verbrennung erkannt wird. Das vorgeschlagene Verfahren ergänzt vorzugsweise eine im obigen angegebenen Stand der Technik schon beschriebene Klopfregelung.

Unter einem Verbrennungszyklus ist ein Zeitraum zu verstehen, in welchem eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum beginnt und eine auf die Einspritzung folgende Verbrennung in dem Brennraum abgeschlossen wird. Demnach liegt ein Verbrennungs- zyklus innerhalb eines Arbeitszyklus, unter dem ein Zeitraum zu verstehen ist, der einen Durchlauf der vier Takte einer Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Bei einer 4-Takt- Verbrennungskraftmaschine erstreckt sich dieser über einen Kurbelwellenwinkel von 720 Grad und bei einer 2-Takt-Verbrennungskraftmaschine über einen Kurbelwellenwinkel von 360°. Bei einer Rotationskolbenbrennmaschine wird eine entsprechende Einteilung für die Bestimmung eines Verbrennungszyklus herangezogen.

Eine irreguläre Verbrennung im Sinne dieser Erfindung umfasst kein mittels Zündverstellung kontrollierbares Klopfen sondern unterscheidet sich hiervon. Daher kann das vorgeschlagene Verfahren auch ergänzend zu einer Klopfregelung wie auch in eine Klopfrege- lung als zusätzliches Verfahren implementiert werden. Eine Einteilung der verschiedenen Verbrennungsphänomene und deren Unterschiede aber auch Gemeinsamkeiten geht aus "Internal Combustion Engine Fundamentals", 1988, McGraw-Hill, ISBN 0-07-028637-X, von Dr. John B. Heywood hervor, insbesondere aus dem Kapitel "9.6 Abnormal Combustion: Knock and Surface Ignition", wobei im Rahmen dieser Offenbarung vollumfäng- lieh auf die dortige Einteilung, Charakterisierung und Auswirkung verschiedener Phänomene und deren Unterscheidung zum durch Zündzeitpunktverschiebung unterdrückbaren Klopfen sowie der dort angegebenen jeweiligen Einflussparameter verwiesen wird. Diese Offenbarung kann dazu werden, um anhand von dort beschrieben Einzelheiten, Ereignissen und/oder Verläufen von Parametern zum Beispiel ein Erkennungsmodell zu entwi- ekeln, auf Basis dessen eine Erkennung von ein oder mehreren unterschiedlichen irregulären Phänomenen und eine Auslösung einer Kraftstoffeinspritzung zum Löschen der irregulären Verbrennung ermöglich wird.

Unter einer irreguläre Verbrennung der eingangs genannten Art ist zum Beispiel eine un- gewollten Verbrennung zu verstehen, bei der es sich um ein funkengezündetes Klopfphänomen, eine Oberflächenzündung und/oder eine HCCI Verbrennung handeln kann. Dabei kann bei einer Oberflächenzündung zwischen einer "Hot Spot" Zündung, einer Ablage- rungs- und Ölzündung, einer "Run on" Zündung, einer "Run away" Zündung sowie einer nicht klopfenden Oberflächenzündung unterschieden werden. All diesen Ereignissen ist gemein, dass sie vor einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftreten können.

Eine "Run on" Zündung beschreibt eine Fortsetzung einer Verbrennung ohne einen Zündfunken, etwa nach einer thermisch lokalen Überlastung infolge eines Sonderklopfphänomens. Eine "Run away" Zündung beschreibt einen Übergang von einer Funkenzündung in eine nicht klopfende Oberflächenzündung mit einer sich immer weiter nach früh verlagernden Entflammung, etwa nach einer thermischen Überlastung eines Brennraumes ohne ein Sonderklopfphänomen. Eine nicht klopfende Oberflächenzündung beschreibt eine sehr früh in einem Verbrennungszyklus stattfindende Energieumsetzung, die dazu führt, dass sehr hohe Zylinderdrücke ohne Klopfen auftreten, da zum Zeitpunkt des Über- schreitens der Klopfgrenze bereits der gesamte Energieumsatz stattgefunden hat.

Unter einer sich von der im Sinne der Erfindung irregulären Verbrennung unterscheidenden klopfenden Verbrennung hingegen, die in jedem Ottomotor auftreten kann, ist eine ungewollte Verbrennung zu verstehen, die beispielsweise durch Flammenausbreitungsde- fizite, Restgasnester oder lokale Temperaturüberhöhungen verursacht werden kann und dabei stets nach einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftritt. Phänomene dieser Art sind durch eine Verstellung eines Zündwinkels im Rahmen einer Klopfregelung beherrschbar und führen daher zu keinen Beeinträchtigungen bei einem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine.

Es wird zusätzlich im Rahmen dieser Offenbarung auf die Publikation "Entwicklungsschwerpunkte für verbrauchsoptimierte Otto-Turbomotoren" zum 14. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2005 verwiesen, in der so genannte Sonderklopfphänomene beschrieben werden, auch Sonderklopfereignisse genannt, die im Zusammen- hang mit aufgeladenen Ottomotoren mit hohen spezifischen Mitteldrücken bei hohen Verdichtungsverhältnissen und gleichzeitig stöchiometrischem Betrieb auftreten. Diese Sonderklopfphänomene stellen irreguläre Verbrennungen im Sinne der Erfindung in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine dar, die mit hohen Druckspitzen von typischerweise mindestens 200 bar einhergehen. Derartig hohe Druckspitzen führen zu einer Schädigung eines betroffenen Brennraumes der Verbrennungskraftmaschine. Zu weiteren Einzelheiten in Bezug auf die Sonderklopfphänomene sei auf diese Publikation verwiesen, die hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfindung gemacht wird. Insbesondere unkontrollierte Verbrennungen mit Druckspitzen von über 200 bar können durch das vorgeschlagene Verfahren vermieden werden.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann beispielsweise eine mit einer irregulären Verbrennung der eingangs genannten Art einhergehende übermäßig hohe Druckspitze in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vermieden werden. Dadurch lässt sich eine Schädigung eines betroffenen Brennraumes abwenden. Dabei wird gemäß einer Ausgestaltung eine ungünstige Verbrennung in Kauf genommen, die mit kurzzeitig erhöhten Emissionen und mit einem kurzzeitig erhöhten Kraftstoffverbrauch einhergeht.

Vorzugsweise wird für den betroffenen Brennraum für zumindest einen nachfolgenden Verbrennungszyklus die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet, um den Brennraum zu spü- len. Die Kraftstoffeinspritzung wird dabei vorzugsweise für zwei, drei oder mehrere Verbrennungszyklen abgeschaltet.

Ein Löschen der der irregulären Verbrennung zugrunde liegenden Flamme und/oder

Flammenfront gelingt bei einigen Phänomenen beispielsweise erst unter Verwendung relativ großer Einspritzmengen. Mit der eingespritzten Kraftstoffmenge wird dabei kurzzei- tig lokal und/oder global im Brennraum ein Luftverhältnis λ von kleiner 0,7, beispielsweise kleiner 0,6, vorzugsweise 0,4 < λ < 0,6, insbesondere 0,45 < λ < 0,55 verursacht. Eine Einspritzmenge wie auch die Art der Einspritzung kann bevorzugt abhängen von ein oder mehreren Parameter, die aufgenommen wurden und mittels denen es beispielsweise ge- lingt, eine Charakterisierung und davon abgeleitet eine angepasste Einspritzung auszulösen.

Vorzugsweise wird die ungewollte Verbrennung in einem Messfenster erkannt, welches einen Kurbelwellenwinkelbereich von vorzugsweise 0 ⁰ KW nach dem oberen Totpunkt, im folgenden abgekürzt mit OT, bis 30 ⁰ KW nach OT, insbesondere von 5°KW nach OT bis 25°KW nach OT bezogen auf den zugeordneten Verbrennungszyklus abdeckt. Dadurch kann der Rechenaufwand eines mit dem mindestens einen Messglied verbundenen Steuergerätes möglichst gering gehalten werden, in dem das vorgeschlagene Verfahren beispielweise in Form eines Algorithmus hinterlegt ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass zum Erkennen einer irregulären Verbrennung ein Abgleich zwischen zumindest einem ersten und einem zweiten Parameter erfolgt, wobei der erste Parameter vorbestimmt wird und der zweite Parameter aus zumindest einem Messwert in Bezug auf eine überwachte Brennkammer resultiert. So kann entweder in einem Kennfeld der erste Parameter hinterlegt sein, beispielsweise als Kennlinie. Es kann aber auch im Rahmen einer Simulation der erste Parameter ermittelt und sodann der gewonnene Wert als Grenze dienen. Wird der Wert erreicht oder überschritten, kann sodann eine Löschung der irregulären Verbrennung durch eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei einer, mehrere Brennräume umfassenden Verbrennungskraftmaschine zumindest ein an einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Messglied zur Erkennung der irregulären Verbrennung vorgesehen. Beispielsweise kann jeweils ein Messglied für einen Brennraum vorgesehen sein. Ferner kann zumindest ein Messglied für zumindest zwei der Brennräume vorgesehen sein. Mit einer derart flexiblen Zuordenbarkeit kann vorteilhafterweise konstruktionsspezifischen Merkmalen einer Verbrennungskraftmaschine begegnet werden.

Vorzugsweise wird gemäß einer Ausgestaltung als Messglied ein Körperschallsensor, insbesondere ein piezoelektrischer Sensor verwendet, der Körperschallschwingungen der Verbrennungskraftmaschine erfasst, die zu einer irregulären Verbrennung korrespondieren. Dabei kann als Messglied beispielsweise ein erweiterter Klopfsensor verwendet werden, der im Rahmen einer Klopfregelung einer Verbrennungskraftmaschine einsetzbar ist. Üblicherweise sind herkömmliche Klopfsensoren in der Lage, ein hochfrequentes Spekt- rum aufnehmen zu können. Der Klopfsensor ist als Körperschallsensor mit Hilfe von elektronischen Filtern und einem digitalen Signalprozessor in der Lage, das aufgenommene Signal auf die für das Klopfen typischen hochfrequenten Schwingungsanteile untersuchen zu können. Bevorzugt zum Einsatz zur Unterdrückung einer irregulären Verbrennung wird der Klopfsensor hinsichtlich des Aufnahmespektrums dahingehend erweitert, dass auch niederfrequente Ereignisse aufgenommen werden können. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass Phänomene bevorzugt zwischen 600 bis 1200 Hz durch einen derartig erweiterten Sensor aufgenommen und durch entsprechende elektronische Filter und Auslegung des für hochfrequente Schwingungsanteile ausgelegten vorhandenen Signalprozessors oder eines zusätzlichen Signalprozessors ausgewertet wer- den können. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor für niederfrequente Schwingungsanteile selbständig und getrennt vom Klopfsensor an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Ein zur Erkennung irregulärer Verbrennung eingesetztes Messglied kann beispielsweise ein stochastisches Signal erzeugen, dass durch einen Eingangsfilterbaustein eines Klopf-ICs aufbereitet und über eine Schnittstelle, zum Bei- spiel einer seriellen Schnittstelle, einem Microcontroller des Steuergeräts zur Auswertung und weiteren Berechnung weitergeleitet wird.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als Messglied alternativ oder zusätzlich für zumindest einen, bevorzugt für jeden der Brennräume zumindest ein Druckmessglied vorgesehen ist. Damit kann zum Beispiel ein erhöhter Brennraumdruck und/oder Druckänderung erfasst werden, der zu einer irregulären Verbrennung korrespondiert. Dabei kann als Druckmessglied eine einen Drucksensor umfassende Zündkerze verwendet werden. Eine beispielhafte Ausgestaltung eines derartigen Drucksensors integriert in eine Glühkerze geht zum Beispiel aus "Glühkerze mit integriertem Brennraum-Drucksensor: Eine Schlüsselkomponente zur geregelten Dieselverbrennung", Houben et.al., Vortragsmanuskript zur Tagung "Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors", 20./2 I .September 2007, Graz, aus "Influence of modern diesel cold start Systems on the cold start, warm-up and emissions of diesel engines", Last et.al. of BERU AG wie auch aus "Drucksensor- Glühkerze (PSG) für Dieselmotoren", Houben et.al. in MTZ 11/2004 hervor, auf die voll- umfänglich im Rahmen der Offenbarung verwiesen wird, insbesondere hinsichtlich bezüg- lieh des Messprinzips und des Aufbaus des Messglieds, dessen Einsatzbereiche, der verwendeten Elektronik, der Anbindung an das Steuergerät und des Einsatzes im Rahmen eines Starts, eines Warmlaufs, einer Emissionskrontrolle und einer zylinderdruckba- sierten Regelung der Verbrennungskraftmaschine.

Wird zum Beispiel ein Übersteigen eines vorgebbaren Drucks und/oder eines vorgebbaren Druckanstiegs oder eines anderen vorgebbaren Parameters bevorzugt in einem vorgebbaren Zeitfenster detektiert, wird ein sofortiges Einspritzen von Kraftstoff ausgelöst, bevorzugt ohne eine weitere Auswertung und/oder eine Interpretation, ob der ermittelte Wert tatsächlich ein Hinweis auf eine irreguläre Verbrennung ist. Auf diese Weise kann bei speziellen Parametern bzw. Werten wie Druck und/oder Druckanstiegen, die bei regulärer Verbrennung nicht zu dem festgestellten Zeitpunkt auftreten sollten, ohne Zeitverzug durch Einbindung zusätzlicher Auswerteglieder und ohne deren Reaktionsverzögerung unverzüglich reagiert werden.

Eine Weiterbildung sieht des Weiteren vor, dass eine Erkennung einer irregulären Verbrennung vor wie auch nach einem Zündzeitpunkt einer regulären Verbrennung erfolgt. So kann beispielsweise hierfür wie auch für andere Beobachtungsfenster vorgesehen sein, dass mittels einer Modellbetrachtung ein Verhalten der Verbrennung bei Einstel- lung eines Lastpunktes simuliert und daraus zumindest auf einen Beginn, bevorzugt auch auf einen Verlauf einer Verbrennung, geschlossen wird, wobei bei einer Abweichung von zumindest einem aus der Simulation gewonnenen Wert und daraus erfolgter Erkennung einer irregulären Verbrennung eine Einspritzung mit Kraftstoff erfolgt.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Messglied, insbesondere einem Druckmessglied, kann auch ein Messglied zur Erfassung eines zur irregulären Verbrennung korrespondierenden lonenstroms und/oder ein Messglied zur optischen Erfassung der irregulären Verbrennung vorgesehen werden. Der lonenstrom kann dabei an einer entsprechend ausgebildeten Zündkerze abgreifbar sein. Ferner kann alternativ oder zusätzlich dazu ein Kraftsen- sor verwendet werden, der beispielsweise an einer Zündkerze oder unter einer Zylinderkopfschraube angeordnet sein kann.

Das Verfahren sieht vor, dass bei Erkennung einer irregulären Verbrennung ein sofortiges

Einspritzen von Kraftstoff erfolgt. Hierbei kann gemäß einer Ausgestaltung in Abhängig- keit von einer Charakterisierung der irregulären Verbrennung - direkt oder indirekt -auch entschieden werden, dass für eine spezielle irreguläre Verbrennung kein zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird. Dieses kann zum Beispiel der Fall sein, wenn sich aus ein oder mehreren Parametern ergibt, dass das Phänomen zu keiner Schädigung der Brennkammer oder daran angeordneter Bauteile führen wird.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann das vorgeschlagene Verfahren parallel zu einer Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, die vorzugsweise mindestens einen eigenen Klopfsensor umfasst. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das vorgeschlagene Verfahren in eine Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine implementiert werden, die vorzugsweise mindestens einen Klopfsensor umfasst. Dabei wird vorzugsweise über den mindestens einen Klopfsensor der Klopfregelung eine in jedem der Brennräume nach dem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretende klopfende Verbrennung erfasst, wohingegen die in einem der Brennräume vor dem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretende ungewollte Verbrennung mittels des zumindest einen Mess- gliedes erfasst wird. Auch kann vorgesehen sein, dass für die Klopfregelung weiterhin mindestens ein Klopfsensor vorgesehen ist, während für die vorgeschlagene technische Lehre jedem Zylinder zugeordnet ein Druckmessglied vorliegt.

Mittels des mindestens einen Messgliedes werden zum Beispiel mit der irregulären Verbrennung einhergehende Brennraumdrücke von mindestens 200 bar direkt oder indirekt erfasst. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird mittels des mindestens einen Messgliedes eine in einem Messfenster bereits frühzeitig auftretende Abweichung eines Istwertes für den Brennraumdruck von einem vorgebbaren Sollwert für den Brennraumdruck erkannt, durch die auf eine ungewollte Verbrennung geschlossen werden kann. Beispielsweise kann ein Steuergerät vorgesehen sein, welches die Zündung wie auch den Ventiltrieb und die Einspritzung regelt oder zumindest für die Regelung einzelner Komponenten zuständig ist. So kann beispielsweise ein Steuergerät mit einer Motorsteuerung zusammenarbeiten, wobei die Motorsteuerung Vorgaben an das Steuergerät überträgt, die eigentliche Regelung aber durch das Steuergerät erfolgt.

Vorzugsweise wird nach einer Erkennung einer ungewollten Verbrennung ein geschlossenes oder ein zum Teil geöffnetes Abgasrückführungsventil weiter geöffnet, vorzugsweise voll aufgesteuert, um vorteilhafterweise möglichst viele der mit der eingespritzten Kraftstoffmenge in das Abgas gelangten unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlen- monoxide über eine zugeordnete Abgasrückführungsleitung der Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen.

Es wird des Weiteren ein Steuergerät für zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, mit zumindest einer Auswerteeinheit, bevorzugt zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels zumindest eines Messgliedes erzeugter Signale zur Erkennung einer insbesondere abweichend von einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretenden irregulären Verbrennung in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, wobei in der Auswerteeinheit, die mit dem Messglied verbindbar ist, ein Algorithmus zur Erkennung einer derartig ungewollten Verbrennung hinterlegt ist, und mit einem Auslöser einer Kraftstoffeinspritzung bei Erkennen der irregulären Verbrennung.

Unter einer Aufbereitung von Signalen in der Auswerteeinheit ist eine Abfolge von Ereig- nissen zu verstehen, die eine Verstärkung, eine Filterung, eine Gleichrichtung, eine Integration und/oder eine Digitalisierung der Signale umfassen kann. Die so aufbereiteten Signale stehen dann für eine Weiterverarbeitung in der Auswerteeinheit bereit, unter der eine Berechnung von Vergleichsgrößen mittels in der Auswerteeinheit hinterlegter Berechnungsalgorithmen beispielsweise verstanden werden kann. Das vom Messglied aufge- nommen Signal kann gemäß einer Weiterbildung auch direkt zu einer Reaktion führen, zum Beispiel bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenze zum Beispiel einer erzeugten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms, was beispielsweise auf eine irreguläre Verbrennung einhergehend mit starkem Druckanstieg hinweist. Der Auslöser kann beispielsweise als ein Bauelement und/oder als ein Programmschritt verwirklicht sein. Bevor- zugt steht der Auslöser mit einer Kraftstoffeinspritzung in direkter Verbindung, zum Beispiel mittels eines zugehörigen Spannungsverstärkers. Darüber kann sodann ein Aktuator eines Einspritzventils der zugehörigen Brennkammer, bei der die irreguläre Verbrennung detektiert worden ist, bestätigt werden. Der Aktuator ist vorzugsweise ein magnetorestriktiver oder ein piezoelektrischer Aktuator. Die Verbrennungskraftmaschine kann dabei nur magnetorestriktive oder nur piezoelektrische, aber auch Mischungen von verschiedenen Aktuatoren aufweisen. Des Weiteren wird bevorzugt mittels des Steuergeräts das vorgeschlagene Verfahren umgesetzt.

Ferner wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, insbesondere eine direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einem an einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Messglied zur Erfassung einer bevorzugt abweichend von einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretenden irregulären Verbrennung in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine und mit zumindest einem Steuergerät, welches zumindest eine Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung mittels des Messgliedes erzeugter Signale aufweist, wobei in der Auswerteeinheit, die mit dem Messglied verbunden ist, ein Algorithmus zur Erkennung einer derartig ungewollten Verbrennung hinterlegt ist.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Messglied als ein piezoelektrischer Sensor ausge- bildet. Dabei kann das Messglied als ein Klopfsensor ausgebildet sein, etwa wie ein solcher, der üblicherweise im Rahmen einer Klopfregelung einer Verbrennungskraftmaschine Verwendung findet.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass alternativ oder zusätzlich das Messglied als ein Druckmessglied ausgebildet ist. Dieses ist beispielsweise zumindest einmal pro Brennraum der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Dabei kann das Druckmessglied als eine einen Drucksensor aufweisende Zündkerze bzw. Glühkerze ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem Druckmessglied kann auch zumindest ein optisches Messglied pro Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zur Erkennung einer der un- gewollten Verbrennung zugrunde liegenden Flamme vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch zumindest ein Messglied pro Brennraum der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein, an dem ein zu der ungewollten Verbrennung korrespondierender lonenstrom abgreifbar sein kann, etwa in Form einer entsprechend ausgebildeten Zündkerze. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Messglied als ein Kraftsensor ausgebildet sein, der beispielsweise an einer Zündkerze oder unter einer Zylinderkopfschraube angeordnet sein kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest ein erstes, an einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Messglied zur Erfassung von Körperschall- Schwingungen und zumindest ein zweites, an einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Messglied zur Erfassung eines Brennraumdruckes vorgesehen. Bevorzugt weist jeder Brennraum jeweils ein Messglied, bevorzugt ein Druckmessglied auf. Eine Anordnung wie auch Anzahl des Messglieds zur Erfassung eines Körperschalls, insbesondere eines Klopfsensors, ist beispielsweise von der Geometrie der Verbren- nungskraftmaschine, der Anzahl an Zylindern, ob es sich um einen V-Motor mit zwei Zy- linderbänken oder um eine andere Art Verbrennungskraftmaschine handelt, abhängig. Eine irreguläre Verbrennung kann sowohl zu den erfassten Körperschallschwingungen auch zu dem erfassten Brennraumdruck korrespondieren. Ein Messglied ist dabei vorzugsweise zur Erfassung einer irregulären Verbrennung ausgelegt, die zu einem Brenn- raumdruck von vorzugsweise mindestens 200 bar korrespondiert.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Steuergerät eine erste Auswerteeinheit mit einem Algorithmus zur Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine und eine zweite Auswerteeinheit mit einem Algorithmus zur Erkennung einer irregulären Verbrennung auf, wobei der erste Algorithmus parallel zum zweiten Algorithmus arbeitet. Alternativ dazu kann in einer Auswerteeinheit ein erster Algorithmus zur Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine hinterlegt sein, in den ein zweiter Algorithmus zur Erkennung einer irregulären Verbrennung implementiert ist.

Die Verbrennungskraftmaschine weist vorzugsweise eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit piezoelektrischen Aktuatoren zur Betätigung von Kraftstoff-Injektoren auf, so dass nach einer Erkennung einer irregulären Verbrennung schnellstmöglich eine Kraftstoffeinspritzung in den betroffenen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine veranlasst werden kann, welche die irreguläre Verbrennung unterbindet bzw. löscht. Ein solcher Kraftstoff- Injektor ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2006/058604 A1 bekannt, die hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfindung aufgenommen wird.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist eine dem Algorithmus zur Erkennung einer irregulären Verbrennung zugrunde liegende Steuerkette, bevorzugt einschließlich eines der Kraftstoff-Injektoren, eine Reaktionszeit von höchstens 5μs, bevorzugt von höchstens 2μs, insbesondere bevorzugt von höchstens 1μs auf. Die Steuerkette veranlasst beispielsweise nach einer Erkennung einer irregulären Verbrennung eine Einspritzung einer vorgebbaren Kraftstoffmenge in den betroffenen Brennraum unabhängig von dem sich infolge dessen in dem Brennraum einstellenden Druck. Alternativ dazu kann auch ein dem Algorithmus zur Erkennung einer derartig ungewollten Verbrennung zugrunde liegender Regelreis einschließlich eines der Kraftstoff-Injektoren eine Reaktionszeit von höchstens 5μs, bevorzugt von höchstens 2μs, insbesondere bevorzugt von höchstens 1μs aufweisen. Der Regelkreis beispielsweise veranlasst nach einer Erkennung einer irregulären Verbrennung eine Einspritzung einer Kraftstoffmenge in den betroffenen Brennraum in einem solchen Maße, dass sich ein vorgebbarer Wert beispielsweise für einen Druck oder eine Temperatur in dem Brennraum einstellt.

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Beschreibungsteilen jeweils hervorgehenden Merkmale beschränken sich jedoch nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese Merkmale nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr dienen diese Merkmale zur Veranschaulichung einer beispielhaften Umsetzung. Darüber hinaus sind die einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weite- re Ausgestaltungen und Weiterbildungen untereinander wie auch mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen kombinierbar, die im einzelnen hier nicht näher dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine und ei- nes zugeordneten Steuergerätes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufbereitung von mittels Sensoren erzeugten Signalen, Fig. 3 eine klopfende Verbrennung mit beherrschbaren Druckamplituden und eine irreguläre Verbrennung mit nicht beherrschbaren Druckamplituden und Fig. 4 einen Zylinderdruckverlauf und einen Zylinderbrennverlauf bei einer nicht klopfenden Oberflächenzündung.

Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen vierzylindrigen Hubkolbenmotor 2, an dem vorzugsweise zwei Klopfsensoren 26, 28 angebracht sind, wobei der Klopfsensor 26 den beiden Zylindern 16, 18 und der Klopfsensor 28 den beiden Zylindern 12, 14 des Motors 2 zugeordnet ist. Die beiden Klopfsensoren 26, 28 sind dabei vorzugsweise als piezoelektrische Sensoren ausgebildet, die im Zusammenhang mit einer klopfenden Verbrennung an dem Motor 2 entstehende Körperschallwellen erfassen und diese in elektrische Signale umwandeln. Ferner ist vorzugsweise an jedem der Zylinder 8, 10, 12, 14 vorzugsweise ein Druckmessglied 16, 18, 20, 22 zur Erfassung eines Brennraumdruckes angeordnet, der zu einer irregulären Verbrennung korrespondiert. Das Druckmessglied 16, 18, 20, 22 kann dabei vorzugsweise als eine einen Drucksensor aufweisende Zündkerze ausgebildet sein kann. Eine irreguläre Verbrennung in einem der Zylinder ist eine ungewollte Verbrennung, die beispielsweise mit einer Druckspitze von mindestens 200 bar einhergeht. Bei der irregulären Verbrennung kann es sich um ein funkengezündetes Klopfphänomen, eine Oberflächenzündung oder eine HCCI Verbrennungen handeln. Dabei kann bei einer Oberflä- chenzündung zwischen einer "Hot Spot" Zündung, einer Ablagerungs- und ölzündung, einer "Run on" Zündung, einer "Run away" Zündung sowie einer nicht klopfenden Oberflächenzündung unterschieden werden. All diesen Ereignissen ist gemein, dass sie vor einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftreten und als irreguläre Verbrennung im Sinne der Erfindung aufzufassen sind. An dieser Stelle sei beispielsweise nochmals auf die ein- gangs genannte Publikation " Entwicklungsschwerpunkte für verbrauchsoptimierte Otto- Turbomotoren" zum 14. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2005 verwiesen, in der so genannte Sonderklopfphänomene beschrieben werden, die im Zusammenhang mit aufgeladenen Ottomotoren mit hohen spezifischen Mitteldrücken bei hohen Verdichtungsverhältnissen und gleichzeitig stöchiometrischem Betrieb auftreten.

Die beiden Klopfsensoren 26, 28 und die vier Drucksensoren 16, 18, 20, 22 sind mit einer Auswerteeinheit 6 eines dem Motor 2 zugeordneten Steuergerätes 4 verbunden. Die Auswerteeinheit 6 umfasst dabei vorzugsweise insgesamt vier Eingänge für Klopfsensoren, von denen aber nur die beiden Eingänge 38, 40 belegt sind, und vorzugsweise min- destens vier Eingänge 28, 30, 32, 34 für Druckmessglieder. In der Auswerteeinheit 6 sind Algorithmen zur Klopfregelung des Motors 2 hinterlegt, mittels derer eine zylinderindividuelle Zündwinkeländerung gegenüber einer normalen Zündlage auf der Grundlage einer mittels einer der beiden Klopfsensoren 26, 28 als klopfend erkannten Verbrennung bestimmt wird. Ferner sind in der Auswerteeinheit 6 Algorithmen hinterlegt zur Erkennung einer irregulären Verbrennung. Die letzteren Algorithmen sind dabei vorzugsweise in die ersteren Algorithmen implementiert.

Nach einer alternativen Ausführungsform kann das Steuergerät eine erste Auswerteeinheit mit Algorithmen zur Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine und eine zweite Auswerteeinheit mit Algorithmen zur Erkennung einer irregulären Verbrennung umfassen, wobei die ersteren Algorithmen parallel zu den letzteren Algorithmen arbeiten.

Die Algorithmen zur Erkennung einer irregulären Verbrennung beschreiben ein Verfahren, mit dem eine vor einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretende ungewollte Verbren- nung in einem der Brennräume 8, 10, 12, 14 erkannt wird, wobei nach einer Erkennung einer derartigen irregulären Verbrennung eine ein fettes Luftverhältnis λ verursachende Kraftstoffmenge in demselben Verbrennungszyklus in den Brennraum 8, 10, 12, 14 eingespritzt wird, um die irreguläre Verbrennung zu unterbinden bzw. zu löschen.

Mittels der beiden Klopfsensoren 24, 26 wird vorzugsweise eine in jedem der Brennräume 8, 10, 12, 14 nach dem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretende klopfende Verbrennung erfasst, wohingegen mittels der einzelnen Drucksensoren 16, 18, 20, 22 vorzugsweise eine vor dem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretende irreguläre Verbrennung erfasst wird.

Die Fig. 2 veranschaulicht einen prinzipiellen Auswertepfad 40 für die von den Sensoren erzeugten vorzugsweise elektrischen Signale, wobei für eine Signalauswertung der Klopfsensoren 36, 38 und der Drucksensoren 16, 18, 20, 22 je ein eigener Auswertepfad 40 in der Auswerteeinheit 4 vorgesehen ist. Über einen Multiplexer 44 wird ausgewählt, welcher Sensoreingang ausgewertet wird. Die einzelnen Sensorsignale durchlaufen sodann einen Verstärker 46, einen Bandpassfilter 48, einen Gleichrichter 50, einen Integrator 52 und schließlich einen A/D-Wandler 54, bevor sie die jeweiligen Algorithmen zur Klopfregelung des Motors 2 oder zur Erkennung einer irregulären Verbrennung durchlaufen. An Stelle eines Multiplexers besteht beispielsweise durch Nutzung eines CAN-Busses oder eines vergleichbaren Datenübertragungs-Busses die Möglichkeit, eine gleichzeitige Auswertung vorzusehen. Hierfür können verschiedene, mit dem Bus-System verbundene Elemente vorgesehen sein.

In der in der Fig. 3 dargestellten linken Graphik ist eine gewöhnlich klopfende Verbren- nung 52 veranschaulicht, die als solche in einem Ottomotor auftreten kann. Solche durch Flammenausbreitungsdefizite, Restgasnester oder lokale Temperaturüberhöhungen nach einem vorgegebenen Zündzeitpunkt auftretenden Phänomene, die zu keinen Beeinträchtigungen des Motorbetriebes führen, sind im Rahmen einer Klopfregelung durch eine Verstellung eines Zündwinkels eines betroffenen Zylinders "nach spät" beherrschbar, d.h. nach einer sensorischen Erkennung eines Klopfereignisses während eines Verbrennungszyklus verstellt die Klopfregelung den Zündwinkel für den nächsten Verbrennungszyklus "nach spät", so dass die nachfolgende Zündung eines Kraftstoffluftgemisches in dem betroffenen Zylinder später als in einem Fall ohne klopfende Verbrennung ausgelöst wird, um die Klopfneigung des Zylinders zu reduzieren. Wenn allerdings, wie durch die rechte Graphik der Fig. 3 veranschaulicht, die durch eine irreguläre Verbrennung hervorgerufenen Spitzen 57, 58 des Zylinderdrucks extrem hohe Werte annehmen, kommt die Reaktion der Klopfregelung zu spät. Ein einzelnes "Superklopfereignis" 58, das beispielsweise mit einem Zylinderdruck von nahezu 300 bar einher- geht, führt dabei zu einem Motorschaden. Eine solch irreguläre Verbrennung kann besonders bei hoch aufgeladenen Turbomotoren auftreten.

Die Fig. 4 veranschaulicht einen Zylinderdruckverlauf 62 und einen Zylinderbrennverlauf 66 eines Zylinders eines Vierzylindermotors bei einer nicht klopfenden Oberflächenzün- düng im Vergleich zu den einzelnen Zylinderdruckverläufen 60 und Zylinderbrennverläufen 64 der übrigen drei Zylinder bei einer jeweils normalen Verbrennung. Ein derartiges Verhalten einer nicht klopfenden Oberflächenzündung ergibt sich, wenn eine Verbrennung mit thermischer Oberflächenzündung einige Zyklen aufrecht bleibt. Der Massenumsatz des betroffenen Zylinders, hervorgerufen durch eine Zündung an einem heißen Bauteil, findet sehr früh im Verdichtungstakt statt. Noch bevor eine druck- und temperaturabhängig Klopfgrenze überschritten wird, ist der gesamte Massenumsatz bereits abgeschlossen. Ein Klopfen kann dann nicht mehr auftreten. Allerdings ergibt sich aufgrund des frühen Massenumsatzes und der damit einhergehenden irregulären Verbrennung zu einem für den Motor viel zu hoher Zylinderspitzendruck. Es kommt zu einem Motorschaden.

Zur frühzeitigen Unterbindung einer irregulären Verbrennung der unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschriebenen Art wird beispielsweise eine Kraftstoffmenge in den betroffenen Brennraum eingespritzt, die kurzzeitig lokal und/oder global in dem Brennraum ein Luftverhältnis λ von höchstens 0,7, vorzugsweise 0,4 < λ < 0,6, insbesondere 0,45 < λ < 0,55 verursacht. Vorzugsweise wird für den betroffenen Brennraum für zumindest einen nachfolgenden Verbrennungszyklus die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet, um den Brennraum zu spülen. Die Kraftstoffeinspritzung wird dabei vorzugsweise für mehrere Verbrennungszyklen abgeschaltet.

Ein während eines Verbrennungszyklus interessierender Kurbelwellenwinkelbereich, in dem eine irreguläre Verbrennung erkannt werden soll, wird dabei vorzugsweise über ein softwaretechnisch umgesetztes Messfenster erfasst. Dadurch wird der Rechen- und Speicheraufwand des Steuergerätes 4 vorteilhafterweise möglichst gering gehalten. Vorzugsweise wird die irreguläre Verbrennung in einem Messfenster erkannt, welches einen Kur- belwellenwinkelbereich von vorzugsweise 0 ⁰ KW nach OT bis 30 ⁰ KW nach OT, insbeson- dere von 5°KW nach OT bis 25 ⁰ KW nach OT bezogen auf den zugeordneten Verbrennungszyklus abdeckt.

Eine dem Algorithmus zur Erkennung einer derartig ungewollten Verbrennung zugrunde liegende Steuerkette einschließlich eines vorzugsweise piezoelektrisch betätigten Injektors einer dem Motor 2 zugeordneten Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist vorzugsweise eine Reaktionszeit von höchstens wenigen μs auf. Die Steuerkette veranlasst dabei nach einer Erkennung einer irregulären Verbrennung eine Einspritzung einer vorgebbaren Kraftstoffmenge in den betroffenen Brennraum unabhängig von dem sich infolge dessen in dem Brennraum einstellenden Druck. Alternativ dazu kann auch ein dem Algorithmus zur Erkennung einer irregulären Verbrennung zugrunde liegender Regelreis einschließlich eines derartigen Injektors eine Reaktionszeit von höchstens wenigen μs aufweisen. Der Regelkreis hingegen veranlasst nach einer Erkennung einer irregulären Verbrennung eine Einspritzung einer Kraftstoffmenge in den betroffenen Brennraum in einem solchen Maße, dass sich beispielsweise ein vorgebbarer Wert für einen Druck oder eine Temperatur in dem Brennraum einstellt. Ein Einspritzen von Kraftstoff kann im übrigen auch dadurch abgebrochen werden, dass eine Überwachung feststellt, dass die irreguläre Verbrennung gelöscht ist.