Pos. |
Bezeichnung |
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Ventil |
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Zündkerze |
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Kolben |
Normale Verbrennung
Die Grafik stellt die gewünschte Art der Verbrennung des Gas-/Luftgemisches im Brennraum dar. Der Zündfunke entflammt das Gas-/Luftgemisch. Die Flammenfront breitet sich gleichmäßig im Brennraum, mit der spezifischen laminaren Flammengeschwindigkeit des Gas-/Luftgemisches aus. Der Zylinderdruck steigt während der Verbrennung moderat an.
Klopfende Verbrennung
Eine klopfende Verbrennung entsteht durch die Selbstentzündung des Gas-/Luftgemisches vor der eigentlichen Flammenfront, aber nach dem erfolgten Zündimpuls . Eine sogenannte Frühzündung wird mit diesem System nicht detektiert.
Ursächlich ist ein unzulässig starker Druck- und Temperaturanstieg des noch unverbrannten Gemisches durch die Druck- und Temperaturfronten, die der regulären Flammenfront vorauseilen. Die durch die Selbstentzündung entstehenden Druck- und Temperaturfronten begünstigen wiederum weitere Selbstentzündungen. Im Brennraum entstehen hochfrequente Druckwellen, die über die Brennraumwände in die Motorstruktur eingeleitet und als Luftschall an die Umgebung abgegeben werden. Damit wird das Klopfen akustisch wahrnehmbar .
Im Vergleich zur regulären Verbrennung entstehen stark erhöhte Spitzendrücke, die neben der höheren thermischen Belastung einen kapitalen Motorschaden zur Folge haben können.
Anti-Klopfregelung – Systemübersicht (Beispiel)
Pos. |
Bezeichnung |
Pos. |
Bezeichnung |
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DetCon-Anti-Klopfregelung |
Binäre Ausgänge (Alarm, Lastreduzierung und Motorabschaltung) |
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Klopfsensorverkabelung |
Spannungsversorgung 9 V DC bis 36 V DC |
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Klopfsensor |
PowerView3-HMI-Modul* |
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Verkabelungsschiene (Zündung) |
ALL-IN-ONE-Aggregate- und BHKW-Steuerungssystem* |
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MIC-Zündsteuergerät |
Rechner |
*Visualisierung über das MOTORTECH PowerView3, alternativ über das MOTORTECH ALL-IN-ONE-Aggregate- und BHKW-Steuerungssystem
Anti-Klopfregelung
Die Aufgabe der DetCon-Anti-Klopfregelung besteht darin, Motorschäden durch eine klopfende Verbrennung zu vermeiden.
Bei der Verbrennung im Motorraum entstehen Vibrationen. Diese haben eine für den Motortyp typische Frequenz. Das DetCon misst die Vibrationsenergie in einem engen für den jeweiligen Motor typischen Frequenzbereich. Die gemessene Energie ist proportional zum Klopfniveau.
Die Messung erfolgt nur innerhalb der Betriebszyklen, in denen eine Verbrennung möglich ist. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit der Messung gesteigert und die Reaktion auf zufällige Geräusche minimiert. Die Betriebszyklen werden je nach Anwendung und verwendetem Zündsteuergerät über einen Hilfssynchronisationsausgang (ASO), einen Zündimpulssensor (ISU) oder einen Nockenwellensensor bestimmt.
Die folgende Grafik und die daran anschließende Beschreibung erläutern den grundsätzlichen Regelungsprozess des Systems:
Bezeichnung in der Grafik |
Beschreibung |
---|---|
Knocking Level |
beispielhafter Verlauf der Klopfenergie |
Immediate stop limit |
Höchstwert, bei dem ein Motorstopp erfolgt. |
Ignition reduction limit |
Höchstwert, bei dem eine Zündzeitpunktverstellung erfolgt. |
Engine Knocking (binary output) |
Signal am binären Ausgang, der das Klopfen signalisiert. |
Load Reduction (binary output) |
Signal am binären Ausgang, der die Lastreduzierung bewirkt. |
Trip (binary output) |
Signal am binären Ausgang, der signalisiert, dass das Immediate stop limit überschritten oder ein fehlerhafter Sensor erkannt wurde. |
Timing Reduction (analog output) |
Verlauf des analogen Signals für die Zündzeitpunktverstellung |
Max. level of analog output |
Höchstwert der Zündzeitpunktverstellung |
Timing reduction gain |
Geschwindigkeit der Zündzeitpunktverstellung |
Decrease ramp |
Geschwindigkeit der Reduzierung der Zündzeitpunktverstellung |
Delay after load reduction |
Verzögerungszeit nach der Lastreduzierung |
Die gemessene Klopfenergie (Kurve Knocking Level) wird in jedem Zyklus mit einem einstellbaren Höchstwert (Ignition reduction limit) verglichen. Ist dieser Höchstwert erreicht, wird der binäre Ausgang Engine Knocking aktiviert. Gleichzeitig verändern die analogen Ausgänge ihre Werte (Kurve Timing Reduction). Wie schnell sich der Wert des Signals ändert, wird von der Einstellung Timing reduction gain vorgegeben. Die analogen Signale werden an das Zündsteuergerät übergeben und können so den Zündzeitpunkt verstellen. Fällt die Klopfenergie dadurch unter den Höchstwert, reduziert sich auch der Wert an den analogen Ausgängen. Die Geschwindigkeit dieser Reduzierung richtet sich nach dem eingestellten Wert Decrease ramp.
Ist die Möglichkeit der Zündzeitpunktverstellung über die analogen Ausgänge ausgeschöpft und klopft der Motor immer noch, wird der binäre Ausgang für die Lastreduzierung (Load Reduction) aktiviert. Über diesen Ausgang kann ein übergeordnetes Steuerungssystem (z. B. ALL-IN-ONE) die Lastreduzierung steuern.
Hört der Motor auf zu klopfen, wird die Lastreduzierung (Load Reduction) wieder deaktiviert. Die analogen Ausgänge bleiben dagegen für einen weiteren Zeitraum aktiv, der über Delay after load reduction eingestellt werden kann. Dieser Zeitraum muss größer sein als die Zeit, die zum Erreichen der Volllast benötigt wird.
Der binäre Ausgang Trip wird aktiviert, wenn das Klopfen über dem Höchstwert Immediate stop limit liegt. Dieser kann als Not-Aus-Signal eingesetzt werden, um einen Motorstopp zu erzwingen.
Checkbox Enable bad sensor detect Aktivieren Sie die Checkbox, damit fehlerhafte Klopfsensoren durch die Statusanzeige BAD SENSOR signalisiert werden. Diese Funktion erkennt nur Sensoren, die fehlerhafte Signale liefern. Wenn ein Kabelbruch vorliegt oder aus einem anderen Grund ein Sensor gar kein Signal liefert, wird dies nicht angezeigt. Wird ein fehlerhafter Sensor erkannt, wird auch der binäre Ausgang Trip geschaltet. |