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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und von einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Algorithmus zur Vorsteuerung eines frühest möglichen Zündzeitpunktes bzw. Zündwinkels einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Ottomotors, in einem elektronischen Motorsteuergerät.
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Aus der
DE 10 2005 045 084 A1 ist bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung eines Zündwinkels einer Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung einer Restgasmenge im Brennraum bekannt.
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Um einen Ottomotor mit dem höchstmöglichen thermodynamischen Wirkungsgrad zu betreiben, muss die Verbrennung so gesteuert werden, dass beim Arbeitstakt der Schwerpunkt des Energieumsatzes des Luft-Kraftstoffgemisches kurz nach dem oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinderkolbens liegt. Die Lage dieses Verbrennungsschwerpunkts kann beim Ottomotor ganz wesentlich durch den Zündzeitpunkt beeinflusst werden. Da nicht der Zeitpunkt der Zündung an sich, sondern die Stellung der Kurbelwelle zu diesem Zeitpunkt relevant ist, ist es üblich, zu dessen Beschreibung anstelle einer Zeit den Winkel der Kurbelwelle zum Zündzeitpunkt zu verwenden. Diese Größe wird auch als Zündwinkel bezeichnet.
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Bei modernen hochverdichteten Ottomotoren kann der Zündwinkel, der zu einem Wirkungsgrad-optimierten Verbrennungsschwerpunkt führen würde, in Betriebsbereichen mit hoher Frischluftfüllung häufig nicht realisiert werden, da bei diesem Zündwinkel motorschädigendes Klopfen auftreten würde. Dieses Klopfen lässt sich vermeiden, indem man den Zündzeitpunkt etwas nach spät verschiebt, wodurch sich der thermodynamische Wirkungsgrad des Motors im betroffenen Betriebsbereich verringert. Zur Erstellung eines Rechenmodells für ein Motorsteuergerät, das diesen Sachverhalt berücksichtigt, ist es daher nahe liegend, zwischen einem optimalen Zündwinkel und einem frühest möglichen Zündwinkel zu unterscheiden.
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Variiert man bei sonst gleichbleibenden Betriebsbedingungen eines Ottomotors den Zündwinkel und misst dabei das vom Motor abgegebene Moment, so kann man am Scheitelpunkt der resultierenden Zündwinkelschleife den optimalen Zündwinkel ablesen. In Betriebspunkten, in denen der Scheitelpunkt aufgrund von Klopfen von der Messung nicht abgedeckt werden kann, ist der optimale Zündwinkel ein theoretischer Wert, der aus der entsprechenden Zündwinkelschleife näherungsweise durch Extrapolation ermittelt werden muss. Realisierbar ist in diesen Betriebspunkten lediglich der frühest mögliche Zündwinkel, d. h. der Zündwinkel, der gegenüber dem optimalen Zündwinkel gerade so weit nach spät verschoben ist, dass kein motorschädigendes Klopfen mehr auftritt. In Betriebsbereichen, in denen beim optimalen Zündwinkel kein Klopfen auftritt, wird der frühest mögliche Zündwinkel dem optimalen gleichgesetzt.
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Der frühest mögliche Zündwinkel ist somit der Zündwinkel, der einen möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad gewährleistet, ohne dass dabei motorschädigendes Klopfen auftritt.
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Um die Klopfgrenze und damit den frühest möglichen Zündwinkel während des Betriebs möglichst genau zu bestimmen, werden bei Ottomotoren häufig Klopfregelungen eingesetzt, die klopfende Verbrennungen anhand der Körperschall-Intensität erkennen und den Zündwinkel entsprechend korrigieren, so dass der Motor bei Abwesenheit anderer Anforderungen immer mit dem frühest möglichen Zündwinkel betrieben wird. Zur Einstellung des frühest möglichen Zündwinkels wird die Klopfregelung im Regelfall mit einer Kennfeld-basierten Vorsteuerung kombiniert. Diese Vorsteuerung setzt den Zündwinkel auf einen Wert, der dem frühest möglichen Zündwinkel bei den aktuellen Betriebsbedingungen möglichst nahe kommt, die Klopfregelung übernimmt anschließend die Feinkorrektur. Der Vorsteuerwert für den frühest möglichen Zündwinkel wird im folgenden auch als Grundzündwinkel bezeichnet. Der optimale Zündwinkel kann normalerweise nur am Motorprüfstand ermittelt werden und wird ebenfalls in Kennfeldern abgelegt.
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Moderne Ottomotoren haben neben der Drosselklappe zur Dosierung der Luftzufuhr zum Brennraum häufig weitere Verstellmöglichkeiten, um die Gasfüllung des Zylinders zu beeinflussen, wie z. B. AGR-Ventil zur externen Abgas-Rückführung oder variable Einlass- oder Auslass-Nockenwelle, um Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ein- oder Auslassventilen optimal an die aktuellen Betriebsbedingungen anzupassen. Die aktuelle Stellung von AGR-Ventil und Einlass- oder Auslass-Nockenwelle beeinflusst die Rate an internem Restgas im Zylinder. Diese Restgasrate stellt neben Motordrehzahl, Frischluftfüllung, Ladungsbewegung und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda eine wesentliche Einflussgröße für den optimalen und den frühest möglichen Zündwinkel dar. Algorithmen zur Berechnung des optimalen und des Grundzündwinkels sollten diese Restgasrate daher berücksichtigen.
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Insbesondere bei den Positionen von Einlass- und Auslass-Nockenwelle geschieht dies bei den bisherigen Realisierungen häufig durch lineare Interpolation: Der entsprechende Zündwinkel wird in mehreren drehzahl- und füllungsabhängigen Kennfeldern abgelegt. Ist beispielsweise nur eine variable Einlass-Nockenwelle vorhanden, ist ein solches Kennfeld für die Sollposition der Einlass-Nockenwelle und ein weiteres für eine Referenzposition der Einlass-Nockenwelle vorhanden. Abhängig von der aktuellen Nockenwellenposition wird ein Gewichtungsfaktor berechnet, der an der Sollposition der Einlass-Nockenwelle den Wert 1, an der Referenzposition den Wert 0 und zwischen Soll- und Referenzposition kontinuierliche Werte zwischen 0 und 1 annimmt. Mit diesem Gewichtungsfaktor wird zwischen den beiden Kennfeldern linear interpoliert, so dass an der Soll-/Referenzposition der Nockenwelle direkt das entsprechende Kennfeld ausgegeben wird, während dazwischen eine lineare Interpolation der Kennfeldwerte mit dem Gewichtungsfaktor erfolgt.
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Sind sowohl Einlass- als auch Auslass-Nockenwelle variabel, ist ein zweiter Gewichtungsfaktor (für die Position der Auslass-Nockenwelle) und ein weiteres Kennfeldpaar erforderlich, um die zu Soll- und Referenzpositionen von Einlass- und Auslass-Nockenwelle gehörenden Zündwinkel unabhängig voneinander beschreiben zu können. Zur Beschreibung der Abhängigkeiten des Grundzündwinkels von Drehzahl, Füllung, Einlass- und Auslass-Nockenwellenposition sind in diesem Fall bereits vier Kennfelder erforderlich und mit jedem weiteren Freiheitsgrad verdoppelt sich bei diesem Prinzip die Anzahl dieser Kennfelder. Berechnet man den optimalen Zündwinkel nach dem gleichen Verfahren, ist dafür noch einmal die gleiche Anzahl an Kennfeldern wie für den Grundzündwinkel erforderlich.
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Eine inzwischen in Serie eingesetzte Alternative zu diesem Prinzip besteht darin, die Restgasrate im Brennraum zu modellieren und zur Berechnung des optimalen Zündwinkels anstelle der Gewichtungsfaktoren für die Nockenwellenpositionen die Restgasrate als Eingangsgröße zu verwenden. Dieses Verfahren wurde bisher jedoch noch nicht zur Beschreibung des Grundzündwinkels verwendet, da diese aufgrund der Berücksichtigung der Klopfgrenze eine höhere Genauigkeit erfordert als die des optimalen Zündwinkels.
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Die Modellierung der Restgasabhängigkeit des optimalen Zündwinkels ist beschrieben in der
DE 10202437 A1 .
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Das beschriebene Verfahren zur Berechnung des Grundzündwinkels bei variablen Nockenwellen ist mit folgenden Problemen behaftet:
- • Insbesondere bei Ottomotoren mit einer großen Anzahl von Freiheitsgraden zur Beeinflussung der Gasfüllung im Zylinder ergibt sich ein unverhältnismäßig hoher Verbrauch an Rechnerressourcen im Motorsteuergerät, da sich mit jedem Freiheitsgrad die Anzahl der drehzahl- und füllungsabhängigen Kennfelder verdoppelt. Dies erhöht die Kosten der Steuergeräte-Hardware und macht das Verfahren wenig zukunftstauglich, da man beim Hinzufügen weiterer Freiheitsgrade relativ schnell an die Grenzen der Ausbaubarkeit stößt.
- • Wird der resultierende Grundzündwinkel aus vier oder noch mehr Kennfeldern interpoliert, ist die Berechnung hinsichtlich der Herkunft des Wertes wenig transparent.
- • Das beschriebene Verfahren spiegelt die tatsächlichen physikalischen Abhängigkeiten zwischen Nockenwellenposition und Grund- bzw. optimalem Zündwinkel nicht wider. Die lineare Interpolation zwischen Zündwinkelkennfeldern mit den Gewichtungsfaktoren für die Nockenwellenpositionen ist daher grundsätzlich nur dann gerechtfertigt, wenn der Unterschied zwischen Soll- und Referenzposition relativ klein ist. In der Praxis ist dies häufig nicht der Fall und die Beschreibung des Grundzündwinkels bei Nockenwellenstellungen zwischen Soll- und Referenzposition ist dementsprechend ungenau. Eine mögliche Abhilfe, die auch schon in Serie realisiert wurde, ist die Unterteilung des Interpolationsbereichs in mehrere kleinere Bereiche, so dass für n Bereiche n + 1 Kennfelder erforderlich sind. Doch auch diese Lösung hat einen hohen Ressourcenverbrauch und ist daher nur bei Motoren mit wenigen Freiheitsgraden praktikabel.
- • In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich selbst durch kleine Änderungen der Nockenwellen-Sollpositionen die Restgasrate im Brennraum deutlich ändert. Dadurch wird die Abweichung zwischen tatsächlichem Grundzündwinkel und dem gemäß dem beschriebenen Verfahren berechneten Wert meist so groß, dass eine Neuapplikation der Grundzündwinkel-Kennfelder nötig ist. Entsprechendes gilt auch für den optimalen Zündwinkel, falls dieser ebenfalls nach dem beschriebenen Prinzip berechnet wird.
- • Sowohl Nockenwellenverstellung als auch externe Abgasrückführung beeinflussen die gleiche physikalische Größe, nämlich die Restgasrate im Brennraum. Wird die Abhängigkeit des Zündwinkels von der Nockenwellenposition gemäß dem beschriebenen Verfahren modelliert, ist zur Berücksichtigung von externer Abgasrückführung auf jeden Fall eine zusätzliche Funktionalität erforderlich. Dies bedeutet zusätzlichen Ressourcenverbrauch im Steuergerät, sowie zusätzlichen Aufwand bei Applikation und Software-Entwicklung. Bei einer Restgas-basierten Modellierung besteht hingegen die Möglichkeit, für die Freiheitsgrade Abgasrückführung (externes Restgas) und Nockenwellenverstellung (internes Restgas) ein und dieselbe Eingangsgröße und das gleiche Zündwinkelmodell zu verwenden.
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Ausgehend von der bereits bekannten Berechnung des optimalen Zündwinkels auf Basis einer modellierten Restgasrate soll dieses Prinzip erfindungsgemäß auch auf den Grundzündwinkel übertragen werden. Dabei soll die auf der modellierten Restgasrate basierende Beschreibung des optimalen Zündwinkels so weit wie möglich auch zur Berechnung des Grundzündwinkels genutzt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil, dass Ermittlungsmittel vorgesehen sind, die eine Restgasrate von in einem Brennraum der Brennkraftmaschine befindlichem Restgas ermitteln, und dass Korrekturmittel vorgesehen sind, die den ermittelten Grundzündwinkel abhängig von einer Restgasrate korrigieren. Zur Beschreibung der Abhängigkeit des Grundzündwinkels von den Nockenwellenstellungen wird somit nicht mehr die Nockenwellenposition selbst, sondern eine davon abhängige modellierte Restgasrate verwendet. Das Ziel, dadurch die oben aufgezählten Mängel der etablierten Grundzündwinkel-Beschreibung zu beheben, wird somit erreicht. Insbesondere können bei der erfindungsgemäßen Restgas-basierten Grundzündwinkelbeschreibung die Sollpositionen der Nockenwellen in gewissen Grenzen verändert werden, ohne dass dies eine Neuapplikation des Grundzündwinkels erforderlich macht. Physikalisch betrachtet ist die Restgasrate besser zur Beschreibung des Grundzündwinkels geeignet als die Nockenwellenpositionen. Dementsprechend erwartet man, dass kleine Abweichungen der Nockenwellenpositionen von einer Sollposition auch nur zu kleinen Verschiebungen des Grundzündwinkels führen, die in erster Näherung linear von der Restgasrate abhängen. Diese Erwartung hat sich in der Praxis bestätigt. Dadurch kann eine Neuapplikation des Grundzündwinkels meist vermieden werden, wenn die Nockenwellen-Sollpositionen nachträglich innerhalb gewisser Grenzen verändert werden. Dadurch ist es auch möglich, eine grobe Bedatung des Grundzündwinkels bereits in einer sehr frühen Projektphase vorzunehmen, selbst wenn vorher noch keine Applikation des optimalen Zündwinkels und der Nockenwellen-Sollpositionen stattgefunden hat.
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Der Bedarf der Grundzündwinkel-Berechnung an Rechnerressourcen ist insbesondere bei Motoren mit vielen Freiheitsgraden deutlich geringer als bei der bisherigen Lösung. Die Umstellung auf eine restgasbasierte Berechnung verringert gegenüber der Lösung gemäß Stand der Technik die Anzahl der Kennfelder und somit den Datenumfang, da beispielsweise eine variable Nockenwelleneinlass- und Nockenwellenauslassposition nicht mehr durch zwei, sondern nur noch durch eine Eingangsgröße bei der Grundzündwinkelberechnung berücksichtigt werden muss.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Ermittlungsmittel mindestens ein Kennfeld umfassen, das einen Wert für den Grundzündwinkel abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, vorzugsweise abhängig von einer Motordrehzahl und einer Motorlast, ermittelt und wenn die Korrekturmittel den so ermittelten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von der Restgasrate korrigieren. Dies stellt eine besonders einfache Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, die lediglich eine geeignete Applikation des mindestens einen Kennfeldes erfordert.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Ermittlungsmittel ein erstes Kennfeld umfassen, das einen ersten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine für den Fall einer minimalen Ladungsbewegung, vorzugsweise durch eine vollständig geöffnete Ladungsbewegungsklappe, ermittelt und wenn die Korrekturmittel den so ermittelten ersten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von der Restgasrate korrigieren. Diese Lösung bietet sich auch für den Fall einer nicht vorhandenen Ladungsbewegungsklappe an. Das erste Kennfeld kann somit auch unabhängig von einer Ladungsbewegung und damit besonders einfach appliziert werden.
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Vorteilhaft ist besonders, wenn die Ermittlungsmittel ein zweites Kennfeld umfassen, das einen zweiten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine für den Fall einer maximalen Ladungsbewegung, vorzugsweise durch eine vollständig geschlossene Ladungsbewegungsklappe, ermittelt und wenn die Korrekturmittel den so ermittelten zweiten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von der Restgasrate korrigieren. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss von maximaler Ladungsbewegung, insbesondere veranlasst durch eine vollständig geschlossene Ladungsbewegungsklappe zuverlässig bei der Bestimmung des Grundzündwinkels berücksichtigen.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Ermittlungsmittel ein erstes Kennfeld umfassen, das einen ersten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, vorzugsweise abhängig von einer Motordrehzahl und einer Motorlast, für den Fall einer minimalen Ladungsbewegung, vorzugsweise durch eine vollständig geöffnete Ladungsbewegungsklappe, ermittelt, dass die Ermittlungsmittel ein zweites Kennfeld umfassen, das einen zweiten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine für den Fall einer maximalen Ladungsbewegung, vorzugsweise durch eine vollständig geschlossene Ladungsbewegungsklappe, ermittelt, dass die Ermittlungsmittel eine Mittelungseinheit umfassen, die den ersten Wert und den zweiten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von einem Grad der Ladungsbewegung, vorzugsweise abhängig von einem Öffnungsgrad der Ladungsbewegungsklappe, gewichtet mittelt, und dass die Korrekturmittel den resultierenden gemittelten Wert für den Grundzündwinkel abhängig von der Restgasrate korrigieren. Auf diese Weise lässt sich bei der Bestimmung des Grundzündwinkels jede beliebige Einstellung der Ladungsbewegung bzw. der Ladungsbewegungsklappe zuverlässig berücksichtigen.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das mindestens eine Kennfeld auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Referenzrestgasrate abgestimmt ist. Auf diese Weise lässt sich die Korrektur des bestimmten Grundzündwinkels einfach ausgehend von der Referenzrestgasrate für die aktuelle Restgasrate durchführen. Ist die aktuelle Restgasrate gleich der Referenzrestgasrate, so ist eine Korrektur des Grundzündwinkels abhängig von der Restgasrate nicht erforderlich. Um bei Motorbetrieb mit den Sollpositionen der Nockenwellen eine möglichst hohe Genauigkeit des Grundzündwinkels zu erreichen, werden dessen restgasbasierte Verschiebungen als Abweichung von diesem Referenzbetrieb dargestellt. Bei idealer Bedatung des mindestens einen Kennfeldes sind daher alle restgasbasierten Korrekturen des Grundzündwinkels nur dann von Null verschieden, wenn der Motor nicht mit den Sollstellungen der Nockenwellen betrieben wird, also z. B. bei Dynamik und im Warmlauf.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn erste Vergleichsmittel vorgesehen sind, die für einen optimalen Zündwinkel mit einem maximalen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine einen Abstand eines Wertes für den optimalen Zündwinkel bei der aktuell vorliegenden Restgasrate von einem Wert für den optimalen Zündwinkel bei der Referenzrestgasrate ermitteln und dass die Korrekturmittel den ermittelten Wert für den Grundzündwinkel um den ermittelten Abstand korrigieren. Auf diese Weise ist eine Nutzung zumindest eines Teils der Funktionalität zur Berechnung des optimalen Zündwinkels auch zur Berechnung des Grundzündwinkels möglich. Dies führt hauptsächlich zur Einsparung von Code im Steuergerät.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ein drittes Kennfeld vorgesehen ist, das abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen Korrekturwert für den Grundzündwinkel ermittelt, und dass die Korrekturmittel den Grundzündwinkel abhängig von der Abweichung der aktuell vorliegenden Restgasrate von der Referenzrestgasrate mittels des Korrekturwertes korrigieren. Auf diese Weise lässt sich der Grundzündwinkel besonders zuverlässig und einfach durch geeignete Applikation des dritten Kennfeldes abhängig von der Restgasrate korrigieren.
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Vorteilhaft ist außerdem, wenn zweite Vergleichsmittel vorgesehen sind, die den Korrekturwert abhängig von der Abweichung zwischen der aktuell vorliegenden Restgasrate und der Referenzrestgasrate gewichten. Diese einfache Lösung ist besonders für den Fall besonders geeignet, in dem das erste und/oder das zweite Kennfeld auf den Betrieb der Brennkraftmaschine mit der vorgegebenen Referenzrestgasrate abgestimmt sind.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine Begrenzungseinheit vorgesehen ist, die den Korrekturwert begrenzt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Zündwinkel nur in eine gewünschte Richtung verschoben werden kann.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das dritte Kennfeld derart appliziert ist, dass der sich ergebende Korrekturwert eine im Hinblick auf die Klopfgrenze unzureichende Korrektur des ermittelten Grundzündwinkels, die sich aufgrund des ermittelten Abstandes ergibt, kompensiert. Auf diese Weise wird die Verschiebung des optimalen Zündwinkels in Abhängigkeit von der aktuellen Restgasrate als grobe Korrektur verwendet. Auf Grund der Klopfgrenze weicht die Verschiebung des Grundzündwinkels mit der aktuellen Restgasrate in manchen Betriebsbereichen von der des optimalen Zündwinkels ab. Gegenüber dem optimalen Zündwinkel ist daher beim Grundzündwinkel eine zusätzliche restgasabhängige Feinkorrektur zur Vermeidung von Klopfen nötig, die mit Hilfe des dritten Kennfeldes realisiert wird.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Korrekturmittel den ermittelten Grundzündwinkel abhängig von einem Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnis korrigieren. Auf diese Weise wird die Abhängigkeit des Zündwinkels vom Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnis berücksichtigt.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine, 2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 eine Einstelleinheit zum Einstellen eines frühest möglichen Zündwinkels und 4 die Ermittlung eines Ladungsbewegungsfaktors abhängig vom Öffnungsgrad einer Ladungs-Bewegungsklappe.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 5 eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Die Brennkraftmaschine 5 kann dabei beispielsweise als Ottomotor ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine 5 umfasst einen Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Zylindern, von denen in 1 beispielhaft einer dargestellt und mit dem Bezugszeichen 160 gekennzeichnet ist. Dem Zylinder 160 bzw. dessen Brennraum wird über ein Einlassventil 165 und eine Luftzufuhr 150 Luft zugeführt. Das Einlassventil 165 wird über eine Einlassnockenwelle in dem Fachmann bekannter Weise geöffnet und geschlossen, kann alternativ aber auch von einer Motorsteuerung 1 im Rahmen einer vollvariablen Ventilsteuerung zum Öffnen und Schließen angesteuert werden. Die Strömungsrichtung der Luft in der Luftzufuhr 150 ist in 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Luftzufuhr 150 ist eine Drosselklappe 190 zur Einstellung eines gewünschten Luftmassenstroms angeordnet, deren Öffnungsgrad von der Motorsteuerung 1 beispielsweise abhängig vom Betätigungsgrad eines in 1 nicht dargestellten Fahrpedals oder abhängig von Anforderungen weiterer Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise eines Antriebsschlupfregelsystems, eines Antiblockiersystems, einer Fahrgeschwindigkeitsregelung, einer Fahrdynamikregelung oder dergleichen in dem Fachmann bekannter Weise von der Motorsteuerung 1 eingestellt wird. Stromauf oder wie im Beispiel nach 1 gezeigt stromab der Drosselklappe 190 kann in der Luftzufuhr 150 außerdem optional eine Ladungsbewegungsklappe 35 angeordnet sein, deren Öffnungsgrad ebenfalls von der Motorsteuerung 1 angesteuert wird. Je nach Öffnungsgrad der Ladungsbewegungsklappe 35 ergibt sich eine unterschiedliche Ladungsbewegung bzw. Schwingung der dem Zylinder 160 zugeführten Luft, die eine Erhöhung der Füllung des Brennraumes des Zylinders 160 zur Folge hat. Stromauf der Drosselklappe 190 ist in der Luftzufuhr 150 ein Luftmassenmesser 155 angeordnet, der den Luftmassenstrom an dieser Stelle misst und den Messwert an die Motorsteuerung 1 weiterleitet. Die Stellung der Drosselklappe 190 kann beispielsweise über ein Drosselklappenpotentiometer erfasst und ebenfalls an die Motorsteuerung 1 weitergeleitet werden. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird von einem Drehzahlsensor 65 erfasst und an die Motorsteuerung 1 weitergeleitet. Über ein Einspritzventil 195 wird Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders 160 eingespritzt. Dazu wird das Einspritzventil 195 von der Motorsteuerung 1 angesteuert. Die Kraftstoffeinspritzung kann auch in der Luftzufuhr 150, insbesondere stromab der Drosselklappe 190 erfolgen. Die Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzung durch die Motorsteuerung 1 kann beispielsweise so erfolgen, dass ein gewünschter Wert für das Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis im Brennraum des Zylinders 160 eingestellt wird. Über eine Zündkerze 200 wird das Luft-/Kraftstoffgemisch im Brennraum des Zylinders 160 gezündet. Dabei gibt die Motorsteuerung 1 einen geeigneten Zündzeitpunkt vor, insbesondere einen Zündzeitpunkt, der einen möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 5 ermöglicht, ohne dass dabei motorschädigendes Klopfen auftritt. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Brennraum des Zylinders 160 entstehende Abgas wird über ein Auslassventil 170 in einen Abgabsstrang 175 der Brennkraftmaschine 5 ausgestoßen. Das Auslassventil 170 wird dabei beispielsweise von einer Auslassnockenwelle zum Öffnen und Schließen betätigt oder alternativ im Rahmen einer vollvariablen Ventilsteuerung von der Motorsteuerung 1 zum Öffnen und Schließen angesteuert. Eine Lambdasonde 130 im Abgasstrang 175 misst den Sauerstoffgehalt im Abgas zur Ermittlung des Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im Brennraum des Zylinders 160 und leitet den gemessenen Lambda-Wert an die Motorsteuerung 1 weiter. Optional und wie in 1 gestrichelt dargestellt, ist der Abgasstrang 175 mit der Luftzufuhr 150 über eine Abgasrückführleitung 180 verbunden. In der Abgasrückführleitung 180 ist ein Abgasrückführventil 185 angeordnet, dessen Öffnungsgrad von der Motorsteuerung 1 angesteuert wird, um eine gewünschte Abgasrückführrate einzustellen. Die Abgasrückführleitung 180 mündet im Beispiel nach 1 zwischen dem Luftmassenmesser 155 und der Drosselklappe 190 in der Luftzufuhr 150.
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Über ein geöffnetes Auslassventil 170 kann Abgas in den Brennraum des Zylinders 160 gelangen. Der Anteil dieses Abgases an der Brennraumfüllung wird auch als innere oder interne Restgasrate bezeichnet. Im Falle des Vorhandenseins der Abgasrückführleitung 180 kann Abgas auch über das Abgasrückführventil 185, die Drosselklappe 190, die Ladungsbewegungsklappe 35 und das Einlassventil 165 in den Brennraum des Zylinders 160 gelangen. Der Anteil dieses Abgases an der Brennraumfüllung wird auch als externe oder äußere Restgasrate bezeichnet. Die Ermittlung der inneren und/oder der äußeren Restgasrate erfolgt in der Motorsteuerung 1 in dem Fachmann bekannter Weise. Im Folgenden wird nicht mehr zwischen innerer und äußerer Restgasrate unterschieden, sondern nur noch allgemein die Restgasrate betrachtet. Diese stellt die Gesamtrate des Restgases bzw. des Abgases an der Brennraumfüllung dar. Bei fehlender Abgasrückführleitung 180 entspricht diese gesamte Restgasrate der inneren Restgasrate. Ist die Abgasrückführleitung 180 vorgesehen, so entspricht die gesamte Restgasrate der Summe aus der inneren Restgasrate und der äußeren Restgasrate. Im Folgenden ist die gesamte Restgasrate lediglich mit dem Begriff Restgasrate bezeichnet und es kommt nicht darauf an, ob es sich um internes Restgas oder um externes Restgas oder um internes und externes Restgas handelt. Im Falle eines geschlossenen Abgasrückführventils 185 ist dabei trotz Vorhandenseins der Abgasrückführleitung 180 die externe Abgasrückführrate gleich Null. Das Vorhandensein einer externen Abgasrückführrate setzt neben der Abgasrückführleitung 180 auch ein zumindest teilweise geöffnetes Abgasrückführventil 185 voraus.
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Die Motorsteuerung 1 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, die beispielsweise software- und/oder hardwaremäßig in einem Motorsteuergerät implementiert ist.
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In 3 ist ein Blockschaltbild einer Einstelleinheit 10 zum Einstellen eines frühest möglichen Zündwinkels abhängig von der Klopfgrenze der Brennkraftmaschine 5 dargestellt. Die Einstelleinheit 10 ist wiederum software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 1 implementiert. Sie umfasst eine Ermittlungseinheit 15 in Form einer Vorsteuerung, die einen Grundzündwinkel für den frühest möglichen Zündwinkel als Vorsteuerwert abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 5, wie beispielsweise der Motordrehzahl nmot, der Brennraumfüllung rl, der Ladungsbewegung, der Restgasrate und dem Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis ermittelt. Dieser Grundzündwinkel ist in 3 mit zwg gekennzeichnet. Er wird einem Additionsglied 220 der Ermittlungseinheit 10 zugeführt. Ferner umfasst die Ermittlungseinheit 10 einen Regelkreis 215, der einen die Klopfintensität der Brennkraftmaschine 5 repräsentierenden aktuellen Wert mit einem Grenzwert vergleicht, der die Klopfgrenze repräsentiert. Der aktuelle die Klopfintensität repräsentierende Wert wird von einer Klopfermittlungseinheit 210 in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt und dem Regelkreis 215 als Ist-Wert zugeführt. Der die Klopfgrenze repräsentierende Grenzwert wird von einer Grenzwertermittlungseinheit 205 ebenfalls in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt und als Soll-Wert dem Regelkreis 215 zugeführt. Der Regelkreis 215 bildet abhängig von der Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert eine Ausgangsgröße, die dem Grundzündwinkel zwg mittels des Additionsgliedes 220 überlagert wird, sodass am Ausgang des Additionsgliedes 220 der aktuell ermittelte frühest mögliche Zündwinkel zwf anliegt, dessen Einstellung an der Zündkerze 200 von der Motorsteuerung 1 veranlasst wird. Die Ausgangsgröße des Regelkreises 215 wird dabei im Sinne einer betragsmäßigen Minimierung der Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert des Regelkreises 215 erzeugt.
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Der von der Grenzwertermittlungseinheit 205 zur Verfügung gestellte Grenzwert für die Klopfgrenze kann beispielsweise auf einem Prüfstand im Hinblick auf den einzustellenden frühest möglichen Zündwinkel so geeignet gewählt werden, dass zum einen die Brennkraftmaschine 5 mit einem möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad betrieben werden kann ohne dass zum anderen motorschädigendes Klopfen auftritt.
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Die Funktionsweise der Ermittlungseinheit 15 zur Ermittlung des Grundzündwinkels zwg ist anhand des Funktionsdiagramms der 2 erläutert. Dabei wird der Ermittlungseinheit 15 vom Drehzahlsensor 65 ein Wert für die aktuelle Motordrehzahl nmot zugeführt. Ferner wird der Ermittlungseinheit 15 von einer Füllungsermittlungseinheit 70 ein aktueller Wert für die Brennraumfüllung rl zugeführt. Die Füllungsermittlungseinheit 70 modelliert dabei in dem Fachmann bekannter Weise die Brennraumfüllung, beispielsweise abhängig von dem vom Luftmassenmesser ermittelten Luftmassenstrom und der Stellung der Drosselklappe 190 sowie der vom Drehzahlsensor 65 gelieferten Motordrehzahl nmot in dem Fachmann bekannter Weise. Die aktuellen Werte für die Motordrehzahl nmot und die Brennraumfüllung rl werden einem ersten Kennfeld 25 zugeführt, das abhängig von der Motordrehzahl nmot und der Brennraumfüllung rl einen ersten Wert zw1 für den Grundzündwinkel ermittelt. Dieser erste Wert zw1 für den Grundzündwinkel ist einerseits über einen ersten gesteuerten Schalter 120 einer Korrektureinheit 20 zuführbar und wird andererseits einer Mittelungseinheit 40 zugeführt. Ein zweites Kennfeld 30 der Ermittlungseinheit 15 ermittelt abhängig von dem zugeführten aktuellen Wert für die Motordrehzahl nmot und dem zugeführten aktuellen Wert für die Brennraumfüllung rl einen zweiten Wert zw2 für den Grundzündwinkel, der der Mittelungseinheit 40 zugeführt wird. Der Mittelungseinheit 40 ist außerdem ein Ladungsbewegungsfaktor lbf von einer Ladungsbewegungsfaktorermittlungseinheit 75 zugeführt, die den Ladungsbewegungsfaktor lbf beispielsweise mittels einer Kennlinie abhängig vom Öffnungsgrad α der Ladungsbewegungsklappe 35 ermittelt. Ein Beispiel für eine solche Kennlinie ist in 4 dargestellt. 4 zeigt ein Diagramm des Ladungsbewegungsfaktors lbf über dem Öffnungsgrad α der Ladungsbewegungsklappe 35, wie es als Kennlinie beispielhaft verwendet werden kann. Im Beispiel nach 4 ist die Kennlinie linear, sie kann aber auch nicht linear sein und wird geeignet auf einem Prüfstand appliziert. Das erste Kennfeld 25 ist so appliziert, dass es den ersten Wert zw1 für den Grundzündwinkel für den Fall einer minimalen Ladungsbewegung, im vorliegenden Beispiel realisiert durch eine vollständig geöffnete Ladungsbewegungsklappe 35, abhängig vom aktuellen Wert für die Motordrehzahl nmot und vom aktuellen Wert für die Motorlast, d. h. in diesem Beispiel vom aktuellen Wert der Brennraumfüllung rl ermittelt. Das zweite Kennfeld 30 ist so appliziert, dass es den zweiten Wert zw2 für den Grundzündwinkel für den Fall einer maximalen Ladungsbewegung, in diesem Beispiel realisiert durch eine vollständig geschlossene Ladungsbewegungsklappe 35, abhängig vom aktuellen Wert für die Motordrehzahl nmot und vom aktuellen Wert für die Brennraumfüllung rl ermittelt.
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Die Mittelungseinheit 40 bildet nun abhängig vom ersten Wert zw1 und vom zweiten Wert zw2 für den Grundzündwinkel einen gewichteten Mittelwert zw für den Grundzündwinkel, der über den ersten gesteuerten Schalter 120 an die Korrektureinheit 20 weiterleitbar ist. Der gewichtete Mittelwert zw wird wie folgt ermittelt: zw = zw1·(1 – lbf) + zw2·lbf (1).
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Dabei liegt der Wertebereich des Ladungsbewegungsfaktors lbf zwischen einschließlich 0 und einschließlich 1. Für den Fall der minimalen Ladungsbewegung ist lbf = 0 und für den Fall der maximalen Ladungsbewegung ist lbf = 1. Gemäß der Kennlinie nach 4 ist dabei dem minimalen Öffnungsgrad αmin der Ladungsbewegungsklappe 35, der der geschlossenen Stellung der Ladungsbewegungsklappe 35 entspricht, der Wert 1 für den Ladungsbewegungsfaktor lbf zugeordnet und dem maximalen Öffnungsgrad αmax der Ladungsbewegungsklappe 35, der der maximal geöffneten Ladungsbewegungsklappe 35 entspricht ist der Wert 0 des Ladungsbewegungsfaktors lbf zugeordnet.
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Für Öffnungsgrade α der Ladungsbewegungsklappe 35 zwischen den Werten αmin und αmax, also für αmin < α < αmax ergibt sich dann der in Gleichung (1) einzusetzende Wert für den Ladungsbewegungsfaktor lbf aus der Kennlinie gemäß 4, die wie beschrieben auch nicht linear appliziert sein kann. Eine Betriebsmoduserfassungseinheit 125 steuert den ersten gesteuerten Schalter 120 an. Dabei veranlasst die Betriebsmoduserfassungseinheit 125 den gesteuerten Schalter 120 zur Verbindung des Ausgangs des ersten Kennfeldes 25 direkt mit der Korrektureinheit 20 für den Fall, dass eine Ladungsbewegungsklappe nicht verwendet wird. Andernfalls veranlasst die Betriebsmoduserfassungseinheit 125 den gesteuerten Schalter 120 zur Verbindung des Ausgangs der Mittelungseinheit 40, an dem der gewichtete Mittelwert zw anliegt, mit der Korrektureinheit 20.
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In vorteilhafter Weise sind das erste Kennfeld 25 und das zweite Kennfeld 30 so appliziert, dass der erste Wert zw1 für den Grundzündwinkel und der zweite Wert zw2 für den Grundzündwinkel für sämtliche Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 5 hinsichtlich Motordrehzahl nmot und Brennraumfüllung rl auf den Betrieb der Brennkraftmaschine 5 mit einer vorgegebenen Referenzrestgasrate abgestimmt sind.
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Die Ermittlungseinheit 15 gemäß 2 umfasst weiterhin eine erste Vergleichseinheit 45, der von einer ersten Zündwinkelermittlungseinheit 80 ein erster Wert für einen optimalen Zündwinkel und von einer zweiten Zündwinkelermittlungseinheit 85 ein zweiter Wert für den optimalen Zündwinkel zugeführt werden. Die erste Zündwinkelermittlungseinheit 80 ermittelt einen aktuellen Wert für den optimalen Zündwinkel abhängig vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere hinsichtlich der Motordrehzahl nmot und der Brennraumfüllung rl und unter Berücksichtigung der aktuellen Restgasrate in dem Fachmann bekannter Weise. Die zweite Zündwinkelermittlungseinheit 85 ermittelt für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 5, insbesondere im Hinblick auf die Motordrehzahl nmot und die Brennraumfüllung rl, den aktuellen optimalen Zündwinkel für den Fall des Vorliegens der vorgegebenen Referenzrestgasrate ebenfalls in dem Fachmann bekannter Weise. Die erste Vergleichseinheit 45 subtrahiert vom optimalen Zündwinkel der ersten Zündwinkelerfassungseinheit 80 den optimalen Zündwinkel der zweiten Zündwinkelerfassungseinheit 85 und gibt die Differenz an ihrem Ausgang ab. Diese Differenz ist mit Δzwo gekennzeichnet. Sie ist über einen zweiten gesteuerten Schalter 95, der auch als Applikationsschalter bezeichnet wird, ebenfalls der Korrektureinheit 20 zuführbar und stellt einen ersten Korrekturwert für den Grundzündwinkel dar. Eine Applikationserfassungseinheit 100 prüft, ob die Brennkraftmaschine 5 sich in einem Applikationsbetriebsmodus befindet, in dem beispielsweise die Kennfelder 25, 30 sowie die Kennlinie für den Ladungsbewegungsfaktor lbf appliziert werden. Ist dies der Fall, so veranlasst die Applikationserfassungseinheit 100 den zweiten gesteuerten Schalter 95 zur Verbindung des Ausgangs eines Nullwertspeichers 90 mit der Korrektureinheit 20, andernfalls veranlasst die Applikationserfassungseinheit 100 den zweiten gesteuerten Schalter 95 zur Verbindung des Ausgangs der ersten Vergleichseinheit 45 mit der Korrektureinheit 20. Der Nullwertspeicher 90 gibt den Wert 0 an seinem Ausgang ab.
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Ferner ist ein drittes Kennfeld 50 vorgesehen, dem ebenfalls der aktuelle Wert für die Motordrehzahl nmot und der aktuelle Wert für die Brennraumfüllung rl zugeführt sind. Das dritte Kennfeld 50 ermittelt abhängig vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 5 hinsichtlich Motordrehzahl nmot und Brennraumfüllung rl einen Korrekturwert Δzwr für den Grundzündwinkel, der einer Gewichtungseinheit 115, beispielsweise in Form eines Multiplikationsgliedes, zugeführt ist. In einer Restgasratenerfassungseinheit 105 wird in dem Fachmann bekannter Weise die aktuelle Restgasrate der Brennkraftmaschine 5 ermittelt und einer zweiten Vergleichseinheit 55 zugeführt. In einer Referenzrestgasratenerfassungseinheit 110 ist die aktuell vorgegebene Referenzrestgasrate gespeichert und wird ebenfalls der zweiten Vergleichseinheit 55 zugeführt. Dabei ist die Referenzrestgasrate beispielsweise so appliziert, dass sie möglichst genau der Restgasrate entspricht, die sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine 5 bei einem Sollwert für den Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 185 im Falle der Verwendung der Abgasrückführleitung 180 bzw. bei einem Sollwert für die Einstellung der Einlass- und der Auslassnockenwelle bzw. bei einer Soll-Ansteuerung des Einlassventils 165 und des Auslassventils 170 ergibt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die von der Korrektureinheit 20 durchzuführenden Korrekturen des über den ersten gesteuerten Schalter 120 zugeführten Wertes für den Grundzündwinkel möglichst gering ausfallen können oder gar 0 sind.
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Die zweite Vergleichseinheit 55 subtrahiert von der aktuellen Restgasrate der Restgasratenerfassungseinheit 105 die Referenzrestgasrate der Referenzrestgasratenerfassungseinheit 110 und führt die so gebildete Differenz Δr dem Multiplikationsglied 115 zu. Dort wird die Differenz Δr der Restgasrate mit dem Ausgang Δzwr des drittes Kennfeldes 50 multipliziert, um einen gewichteten Zündwinkelkorrekturwert Δzwrg am Ausgang des Multiplikationsgliedes 115 zu bilden. Dieser wird in einer optional vorgesehenen Begrenzungseinheit 60 nach oben auf einen Maximalwert BEG begrenzt. Die Begrenzungseinheit 60 kann dabei beispielsweise als Minimalauswahlglied ausgebildet sein und gibt das Minimum seiner beiden Eingangsgrößen Δzwrg, BEG als Ausgangsgröße und zweiten Korrekturwert an die Korrektureinheit 20 ab. Wird der Begrenzungswert BEG auf 0 gesetzt, so wird dadurch erreicht, dass am Ausgang der Begrenzungseinheit 60 nur negative zweite Korrekturwerte, maximal der Wert 0 ausgegeben werden. Dies führt dazu, dass der Grundzündwinkel aufgrund des zweiten Korrekturwertes entweder nach spät oder gar nicht verschoben wird. Zündwinkel vor dem oberen Kolbentotpunkt des Zylinders 160 werden als positiv und nach dem oberen Kolbentotpunkt des Zylinders 160 als negativ definiert. Für den Fall, dass die aktuelle Restgasrate der vorgegebenen Referenzrestgasrate entspricht, ist der Ausgang des Multiplikationsgliedes 115 und damit auch der Ausgang der Begrenzungseinheit 60 gleich 0, sofern der Begrenzungswert BEG größer oder gleich Null gewählt wird. Dies setzt voraus, dass das erste Kennfeld 25 und das zweite Kennfeld 30 wie oben beschrieben auf den Betrieb der Brennkraftmaschine 5 mit der Referenzrestgasrate abgestimmt sind. Entspricht die aktuelle Restgasrate der vorgegebenen Referenzrestgasrate, so ist auch der Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 gleich 0, was ebenfalls die Abstimmung der beiden Kennfelder 25, 30 auf den Betrieb der Brennkraftmaschine 5 mit der Referenzrestgasrate voraussetzt.
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Mit dem Bezugszeichen 300 ist in 2 als Bestandteil der Ermittlungseinheit 15 eine Bestimmungseinheit 300 gekennzeichnet, die das erste Kennfeld 25 und das zweite Kennfeld 30 sowie die Mittelungseinheit 40 und den ersten gesteuerten Schalter 120 umfasst und an deren Ausgang ein Wert für den Grundzündwinkel entweder in Form des ersten Wertes zw1 oder des gewichteten Mittelwertes zw anliegt, der der Korrektureinheit 20 wie beschrieben zugeführt und dort mit Hilfe eines oder mehrerer Korrekturwerte korrigiert wird, um am Ausgang der Korrektureinheit 20 einen korrigierten Wert zwg für den Grundzündwinkel zu bilden. Das dritte Kennfeld 50 ist nun derart appliziert, dass der sich am Ausgang des dritten Kennfeldes 50 ergebende Korrekturwert Δzwr nach Multiplikation mit dem Ausgang Δr der zweiten Vergleichseinheit 55 und ggf. nach der Begrenzung mittels Begrenzungseinheit 60 eine im Hinblick auf die Klopfgrenze gegebenenfalls unzureichende Korrektur des am Ausgang der Bestimmungseinheit 300 anliegenden ermittelten Grundzündwinkels kompensiert. Diese gegebenenfalls unzureichende Korrektur ergibt sich dabei aufgrund der ermittelten Differenz Δzwo am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45, die die Klopfgrenze nicht berücksichtigt. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, den zweiten gesteuerten Schalter 95 permanent zur Verbindung des Nullwertspeichers 90 mit der Korrektureinheit 20 anzusteuern bzw. auf die Ermittlung des Korrekturwertes Δzwo vollständig zu verzichten und statt dessen das dritte Kennfeld 50 so zu applizieren, dass der Ausgang Δzwr des dritten Kennfeldes 50 nach Multiplikation mit dem Ausgang Δr der zweiten Vergleichseinheit 55 und ggf. nach der Begrenzung mittels der Begrenzungseinheit 60 die komplette Korrektur des sich am Ausgang der Bestimmungseinheit 300 ergebenden ermittelten Grundzündwinkels im Hinblick auf die aktuelle Restgasrate realisiert.
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Ferner kann es optional vorgesehen sein, den am Ausgang der Bestimmungseinheit 300 ermittelten Grundzündwinkel noch abhängig vom aktuellen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis zu korrigieren. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise von einer Zündwinkelkorrektureinheit 135 ein Korrekturwert Δzwlo ermittelt, der der Korrektureinheit 20 zugeführt wird. Der Korrekturwert Δzwlo entspricht dabei demjenigen Korrekturwert, der auch bei der Ermittlung des aktuellen optimalen Zündwinkels in Abhängigkeit des aktuellen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt wurde. Zusätzlich ist gemäß 2 in der Ermittlungseinheit 15 ein viertes Kennfeld 145 vorgesehen, dem einerseits als Eingangsgröße der aktuelle Wert für die Motordrehzahl nmot und andererseits von der Lambdasonde 130 der mittelte Lambda-Wert λ zugeführt werden. Abhängig von diesen beiden Eingangsgrößen nmot, λ ermittelt das vierte Kennfeld 145 einen weiteren Korrekturwert Δzwl, der ebenfalls der Korrektureinheit 20 zugeführt wird. Der Korrekturwert Δzwl am Ausgang des vierten Kennfeldes 145 dient dazu, eine nicht ausreichende Korrektur des am Ausgang der Bestimmungseinheit 300 ermittelten Grundzündwinkels hinsichtlich des aktuellen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses zu kompensieren, wozu das vierte Kennfeld 145 beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann auch auf die Zündwinkelkorrekturermittlungseinheit 135 und den von ihr gelieferten Korrekturwert Δzwlo verzichtet werden und statt dessen die Korrektur des von der Bestimmungseinheit 300 gelieferten ermittelten Grundzündwinkels im Hinblick auf das aktuelle Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis allein durch das vierte Kennfeld 145 und dessen Ausgang Δzwl durch geeignete Applikation des vierten Kennfeldes 145 realisiert werden.
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Die Korrektureinheit 20 addiert nun zum zugeführten ermittelten Grundzündwinkel der Bestimmungseinheit 300 sämtliche der Korrektureinheit 20 zugeführten Korrekturwerte. Als Ergebnis ergibt sich der korrigierte Wert zwg für den Grundzündwinkel, der dann dem Additionsglied 220 gemäß 3 zugeführt wird.
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Somit ist der Grundzündwinkel abhängig von der Restgasrate korrigiert. Für den Warmlauf der Brennkraftmaschine, für mageren Homogenbetrieb sowie für Benzindirekteinspritzung mit Mehrfacheinspritzung sind zusätzliche additive Korrekturen des Grundzündwinkels in dem Fachmann bekannter Weise erforderlich.
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Als Wert für die Brennraumfüllung rl kann in dem Fachmann bekannter Weise ein Wert für die relative Luftfüllung des Brennraums verwendet werden.
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Die Applikation der Ermittlungseinheit 15 wird folgendermaßen durchgeführt:
Zur Vorbereitung wird der zweite gesteuerte Schalter 95 von der Applikationserfassungseinheit 100 so angesteuert, dass er den Ausgang des Nullwertspeichers 90 mit der Korrektureinheit 20 verbindet. Das dritte Kennfeld 50 sowie der Begrenzungswert BEG werden so bedatet, dass der Ausgang der Begrenzungseinheit 60 immer Null ist. Beispielsweise wird dabei der Begrenzungswert BEG auf Null gesetzt. Außerdem muss sichergestellt werden, dass für Lambda-Werte λnahe dem Wert Eins das vierte Kennfeld 145 mit Null bedatet ist und Δzwlo = 0 gilt. Der Verbrennungsmotor muss sich in betriebswarmem Zustand befinden, eventuell vorhandene additive Korrekturen des Grundzündwinkels für den Warmlauf müssen Null sein. Sind alle Voraussetzungen erfüllt, erfolgt die Bedatung des ersten Kennfeldes 25 und des zweiten Kennfeldes 30 unter folgenden Bedingungen: Homogenbetrieb mit λ = 1, Einlass- und Auslass-Nockenwellen und, falls die Abgasrückführleitung 180 vorhanden ist, Abgasrückführventil 185 in Sollposition, so dass sich die Referenzrestgasrate ergibt, die Ladungsbewegungsklappe 35 im Falle der Applikation des ersten Kennfeldes 25 vollständig offen bzw. im Falle der Applikation des zweiten Kennfeldes 30 vollständig geschlossen. Unter diesen Bedingungen ist dann der Grundzündwinkel zwg am Ausgang der Korrektureinheit 20 gleich dem ersten Wert zw1 für den Grundzündwinkel (bei der Applikation des ersten Kennfeldes 25) bzw. gleich dem zweiten Wert zw2 (bei der Applikation des zweiten Kennfeldes 30). Am Motorprüfstand werden Zündwinkel-Schleifen für verschiedene Motordrehzahlen nmot und relative Luftfüllungen rl im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 5 durchfahren. Liegt keine Klopfbegrenzung vor, wird im ersten Kennfeld 25 bei der Applikation desselben bzw. im zweiten Kennfeld 30 bei der Applikation des zweiten Kennfeldes 30 jeweils der Grundzündwinkel eingetragen, bei dem das maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine 5 bzw. der maximale thermodynamische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 5 vorliegt, ansonsten die entsprechende Klopfgrenze. Im gleichen Arbeitsschritt wird die Referenzrestgasrate durch Bedatung eines entsprechenden Kennfelds in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 5, insbesondere hinsichtlich Motordrehzahl nmot und Brennraumfüllung rl, festgelegt. Die Referenzrestgasratenerfassungseinheit 110 in 2 entspricht diesem Kennfeld.
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Vor der Bedatung des dritten Kennfeldes 50 müssen die Parameter der Zündwinkelermittlungseinheiten 80, 85 zur Berechnung der Werte am Ausgang der Zündwinkelermittlungseinheiten 80, 85 abhängig von der aktuellen Restgasrate (für die erste Zündwinkelermittlungseinheit 80) und abhängig von der Referenzrestgasrate (für die zweite Zündwinkelermittlungseinheit 85) bedatet sein. Dies kann in dem Fachmann bekannter Weise erfolgen.
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Anschließend wird der zweite gesteuerte Schalter 95 von der Applikationserfassungseinheit 100 zur Verbindung des Ausgangs der ersten Vergleichseinheit 45 mit der Korrektureinheit 20 angesteuert. Bei Homogenbetrieb mit λ = 1 werden gezielt Betriebszustände der Brennkraftmaschine 5 angefahren, bei denen die tatsächliche, d. h. aktuelle Restgasrate von der Referenzrestgasrate abweicht. Dies kann durch eine von der Sollposition abweichende Verstellung der Einlass- und Auslassnockenwellen und (falls die Abgasrückführleitung 180 vorhanden ist) des Abgasrückführventils 185 für externe Abgasrückführung geschehen. Unter Beibehaltung der Daten in den beiden Kennfeldern 25, 30 wird das dritte Kennfeld 50 so optimiert, dass der korrigierte Grundzündwinkel zwg auch bei diesen Betriebszuständen eine möglichst genaue Beschreibung des Zündwinkels mit dem maximalen Moment der Brennkraftmaschine 5 bzw. der Klopfgrenze liefert. Als zusätzliche Hilfe kann der Begrenzungswert BEG verwendet werden, um das Verschieben des von der Bestimmungseinheit 300 ermittelten Grundzündwinkels durch den Ausgang der Begrenzungseinheit 60 nach früh möglichst zu verhindern oder nur geringe Verschiebungen im Vergleich zu den durch die Begrenzungseinheit 60 nach spät zugelassenen Verschiebungen nach früh zu ermöglichen. Die Bedatung der Abhängigkeit des Grundzündwinkels vom Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis durch das vierte Kennfeld 145 kann in dem Fachmann bekannter Weise erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich beispielsweise für Ottomotoren mit variabler Einlass- und/oder Auslassnockenwellen-Verstellung und/oder externer Abgasrückführung.
