DE102007030465B4

DE102007030465B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007030465B4
Application number: DE102007030465.1A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Theobald Jörg; Dr.-Ing. Pott Ekkehard; Martin Schewik
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: DE102007030465A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder im Schwachlastbetrieb ein Zündwinkel vom motorischen Wirkungsgradoptimum entfernt eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb ausgehend vom Wirkungsgradoptimum der Zündwinkel in Richtung Aufbau einer Momentenreserve solange verstellt wird, bis eine Laufruhe der Brennkraftmaschine ein vorbestimmtes Laufruhelimit unterschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als erste Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, und anschließend der Zündwinkel in Richtung weiterer Erhöhung der Momentenreserve solange verstellt wird, bis die Laufruhe der Brennkraftmaschine das vorbestimmte Laufruhelimit wieder überschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als zweite Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, wobei bei nachfolgenden Verstellungen des Zündwinkels zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb die Zündwinkelverstellung auf Werte zwischen der ersten und zweiten Zündwinkelgrenze begrenzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder im Schwachlastbetrieb ein Zündwinkel vom motorischen Wirkungsgradoptimum entfernt eingestellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein wesentliches Qualitätsmerkmal eines Verbrennungsmotors ist die Motorlaufruhe im Schwachlastbetrieb, insbesondere im Leerlauf. Stochastische Schwankungen der innermotorischen Verbrennung sind für die Anregung des schwingfähigen Verbundes Motor-Getriebe-Motorlager-Karosserie und damit für die Leerlaufqualität verantwortlich. Diese Schwankungen treten motor-individuell im Rahmen der Fertigungstoleranzen aller die Verbrennung beeinflussenden Bauteile unterschiedlich stark auf und sind beispielsweise in Abhängigkeit vom Zündwinkel unterschiedlich stark ausgeprägt.
Im Leerlaufbetrieb des Motors wird für schnelle Regeleingriffe der Motorsteuerung im Rahmen der Leerlaufregelung bewusst eine so genannte Momentenreserve vorgehalten, indem der Zündwinkel um einige Grad Kurbelwinkel vom motorischen Wirkungsgradoptimum entfernt eingestellt wird, um diesen zyklusaufgelöst schnell verstellen und damit Moment aufbauen zu können. Die Motorlaufruhe kann über die Drehzahlschwankung der Kurbelwelle auf Basis der Vermessung des 60-2 Geberrades auf der Kurbelwelle bestimmt werden.
Aus der DE 10 2004 044 808 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen zylinderindividueller Füllungsunterschiede bekannt. Nach einer vorübergehenden Erhöhung der Momentenreserve werden unterschiedliche Momentenabgaben der Zylinder durch einen individuellen Zündwinkeleingriff ausgeglichen. Hierdurch soll u. a. eine verbesserte Laufruhe erzielt werden.
In der DE 103 32 517 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Begrenzung des Zündwinkels beschrieben. Abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird ein Grenzwert für eine Zündwinkel vorgeben, wobei dieser Grenzwert in Abhängigkeit von einer Laufgrenze der Brennkraftmaschine, zum Beispiel von der Anzahl von Verbrennungsaussetzern, korrigiert wird. Die Adaption kann in einer vorgegebenen Schrittweite durchgeführt werden und nach früh erfolgen, wenn die Laufgrentze überschritten, oder nach spät erfolgen, wenn die Laufgrenze nicht erreicht wird.
Aus der DE 10 2004 012 522 B3 geht ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine im homogenen Betrieb hervor. Um einen Momentenvorhalt zu erzeugen, wird das Luft-Kraftstoffgemisch abgemagert, indem die zuzuführende Luftmasse erhöht wird. Auf diese Weise kann im Fall einer positiven Momentenanforderung der zuzuführende Kraftstoffanteil zur Anfettung erhöht werden. Zeitgleich wird der Zündwinkel im Richtung spät verstellt. Die Verteilung des Gesamtmomentvorhalts auf Abmagerung und Zündwinkelspätverstellung mit Kraftstoffmassenerhöhung erfolgt modellbasiert durch Wirkungsgradermittlungsvorrichtungen der Lambdasteuerung und der Zündwinkelsteuerung. Für den Momentenvorhalt der Lambdasteuerung ist ein Grenzwert für den Wirkungsgrad vorgesehen, bei dessen Überschreitung ein von eins verschiedener Wirkungsgrad für das Zündwinkelmodell ermittelt wird.
In der DE 101 56 665 A1 wird eine elektronische Steuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einer Momentenrserve beschrieben, bei deren Aktivierung den Brennräumen eine gegenüber der im jeweiligen Betriebspunkt eigentlich benötigten Menge von Luft und Kraftstoff größere Menge zugeführt wird, wobei zur Kompensation ein weniger günstiger Zündwinkel gewählt wird. Bei Erkennen einer klopfenden Verbrennung, insbesondere im Leerlauf-Betriebspunkt, wird die Momentenreserve aktiviert. Der Zündwinkel wird nach spät gezogen. Die aktivierte Momentenreserve kann dann wieder so lange verringert, bis die Klopfgrenze knapp erreicht ist. Der Klopfregeleingriff über die Momentenreserve kann auch an anderen Betriebspunkten durchgeführt werden, zum Beispiel in Verbindung mit einer speziellen Aufheizfunktion für den Brennkraftmaschinen-Abgasanlage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Momentenreserve hinsichtlich Laufruhe und Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb ausgehend vom Wirkungsgradoptimum der Zündwinkel in Richtung Aufbau einer Momentenreserve solange verstellt wird, bis eine Laufruhe der Brennkraftmaschine ein vorbestimmtes Laufruhelimit unterschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als erste Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, und anschließend der Zündwinkel in Richtung weiterer Erhöhung der Momentenreserve solange verstellt wird, bis die Laufruhe der Brennkraftmaschine das vorbestimmte Laufruhelimit wieder überschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als zweite Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, wobei bei nachfolgenden Verstellungen des Zündwinkels zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb die Zündwinkelverstellung auf Werte zwischen der ersten und zweiten Zündwinkelgrenze begrenzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass motorindividuell adaptierte Zündwinkelgrenzen zur Verfügung stehen, innerhalb derer die Momentenreserve durch die Lage des Zündwinkels eingestellt werden kann, ohne dass dabei die Motorlaufruhe inakzeptable Werte erreicht. Gleichzeitig können durch entsprechende Wiederholung der Bestimmung von erster und zweiter Zündwinkelgrenze auf die oben beschriebene Art geänderte Einflüsse von beispielsweise einem Verschleiß unterliegenden Bauteilen oder auch sich ändernde Umgebungsbedingungen, wie Luftdruck oder Temperatur, auf einfache Weise korrigierte Zündwinkelgrenzen ermittelt werden. Zusätzlich wird der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission verringert.
Eine Aktualisierung der Zündwinkelgrenzen für zugelassene Zündwinkel ohne zu starke Verschlechterung der Laufruhe für sich ändernde Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass die Bestimmung der ersten und zweiten Zündwinkelgrenze erneut durchlaufen wird, wenn seit der letzten Bestimmung eine vorbestimmte Betriebszeit der Brennkraftmaschine verstrichen ist und/oder wenn eine vorbestimmte Anzahl von Leerlaufphasen bzw. Schwachlastphasen durchlaufen wurde und/oder wenn sich Umgebungsbedingungen, insbesondere Umgebungsdruck und/oder Umgebungstemperatur, über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus verändert haben.
Zweckmäßigerweise werden die erste und zweite Zündwinkelgrenze in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeichert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine graphische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 und 2 veranschaulichen schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei ist in 2 auf einer horizontalen Achse 10 ein Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt in °KW aufgetragen. Ein erster Graph 12 zeigt einen für die Laufruhe der Brennkraftmaschine repräsentativen Wert in Abhängigkeit vom Zündwinkel 10. Ein zweiter Graph 14 zeigt ein geändertes Laufruheverhalten der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Zündwinkel 10, welches sich beispielsweise aufgrund von Parameteränderung über die Motorlebenszeit ergibt. Ein dritter Graph 16 zeigt das Motormoment in Abhängigkeit von der Einstellung des Zündwinkels 10. Ein vierter Graph 18 zeigt den Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit vom Zündwinkel 10. Ein fünfter Graph 20 zeigt einen vorbestimmten Laufruhegrenzwert bzw. ein vorbestimmtes Laufruhelimit. Ein Pfeil 22 bezeichnet eine maximal über den Zündwinkel 10 einstellbare Momentenreserve für das Laufruheverhalten der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Graph 12. Eine erste vertikale Linie 24 kennzeichnet einen Wert des Zündwinkels 10 als erste Zündwinkelgrenze, bei der der erste Graph 12 den vorbestimmten Laufruhegrenzwert 20 unterschreitet und eine zweite vertikale Linie 26 kennzeichnet einen Wert der Zündwinkels 10 als zweite Zündwinkelgrenze, bei der der erste Graph 12 den vorbestimmten Laufruhegrenzwert 20 wieder überschreitet.
Wie in 1 schematisch dargestellt und in 2 zusätzlich graphisch veranschaulicht, werden bei einer Steuergerätefunktion 28 ”Verstellung Zündwinkel bis Laufruhe-Grenzwert bei Zündwinkelgrenze 1 und 2 erreicht” die erste und zweite Zündwinkelgrenze 24, 26 ermittelt. Zu diesem Zweck wird der Steuergerätefunktion 28 aus einem Block 30 ”Laufruhe, Zündwinkel etc” ein momentaner Zündwinkel 10 sowie ein Wert des ersten Graphen 12 bzw. des zweiten Graphen 14 zugeführt, welcher eine Laufruhe der Brennkraftmaschine bei dem momentanen Zündwinkel 10 repräsentiert. Zusätzlich wird der Steuergerätefunktion 28 aus dem Block 32 ”abgelegtes Laufruhekriterium” ein Wert für die vorbestimmte Laufruhegrenze 20 zugeführt. Von der Steuergerätefunktion 28 wird der Zündwinkel 10 in Richtung eines Aufbaus einer Momentenreserve, d. h. Erhöhung des Motormomentes 16, verstellt, bis die Laufruhe gemäß erstem Graphen 12 den vorbestimmten Laufruhegrenzwert 20 unterschreitet. Dies ist bei dem durch die erste vertikale Linie 24 gekennzeichneten Zündwinkel 10 der Fall und dieser Zündwinkel 10 bei der ersten vertikale Linie 24 wird als erste Zündwinkelgrenze 24 abgespeichert. Danach wird von der Steuergerätefunktion 28 der Zündwinkel 10 weiter in Richtung Erhöhung des Motormomentes 16, d. h. weiterer Aufbau einer Momentenreserve, verstellt, bis die Laufruhe gemäß erstem Graphen 12 den vorbestimmten Laufruhegrenzwert 20 wieder überschreitet. Dies ist bei dem durch die zweite vertikale Linie 26 gekennzeichneten Zündwinkel 10 der Fall und dieser Zündwinkel 10 bei der zweiten vertikale Linie 26 wird als zweite Zündwinkelgrenze 26 abgespeichert.
In einem nachfolgenden Schritt 34 ”Zündwinkelgrenzen in Steuergerät abspeichern” werden erste und zweite Zündwinkelgrenze 24, 26 in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeichert.
Diese Zündwinkelgrenzen 24, 26 werden ab sofort für alle nachfolgenden Zündwinkelverstellungen zum Aufbau einer Momentenreserve als oberer und unterer Grenzwert verwendet und begrenzen dadurch die Zündwinkelverstellung für die Momentenreserve. Dies stellt sicher, dass bei der Zündwinkelverstellung zum Aufbau einer Momentenreserve die Laufruhe der Brennkraftmaschine nicht übermäßig verschlechtert wird.
In Block 36 ”Laufzeitkriterium: z. B. erneute Adaption nach x Stunden Laufzeit oder x-maligem Erkennen eines Leerlauf- bzw. Schwachlastbetriebs” wird die Steuergerätefunktion 28 nach Bedarf erneut ausgelöst. Das Kriterium für den erneuten Ablauf der Steuergerätefunktion 28 ist beispielsweise eine vorbestimmte Laufzeit der Brennkraftmaschine, nach der davon ausgegangen werden muss, dass sich das Laufruheverhalten geändert hat und nicht mehr dem ersten Graphen 12 sondern beispielsweise dem zweiten Graphen 14 entspricht. Dies führt dann zu entsprechend geänderten Zündwinkelgrenzen 24 und 26.
Anhand beispielsweise der gemessenen Drehzahlschwankung der Kurbelwelle als Wert für die Laufruhe der Brennkraftmaschine ist die Motorsteuerung erfindungsgemäß in der Lage, für jeden Motor individuell im Leerlauf- und/oder Schwachlastbetrieb die erste Zündwinkelgrenze 24 und die zweite Zündwinkelgrenze 26 so festzulegen, dass der zuvor im Steuergerät abgelegte Laufruhe-Grenzwert 20 nicht überschritten wird. Innerhalb dieser Zündwinkelgrenzen 24, 26 kann die Momentenreserve 22 durch die Lage des Zündwinkels 10 eingestellt werden, ohne dass die Motorlaufruhe (12 bzw. 14) inakzeptabel hohe Werte einnimmt.
Zeigt ein Motor infolge von Bauteiltoleranzen oder über die Motorlebenszeit ein anderes Laufruheverhalten, wie beispielsweise mit dem zweiten Graphen 14 veranschaulicht, so kann die Motorsteuerung, wie oben beschrieben, die Zündwinkelgrenzen 24, 26 neu adaptieren. Dies gewährleistet einerseits die gewünschte Motorlaufruhe beim Aufbau der Momentenreserve durch Verlagerung des Zündwinkels 10 und andererseits kann dadurch auch der Kraftstoffverbrauch 18 minimiert werden, wenn durch die adaptierten Zündwinkelgrenzen 24, 26 der Zündwinkel 10 wirkungsgradoptimaler eingestellt werden kann.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder im Schwachlastbetrieb ein Zündwinkel vom motorischen Wirkungsgradoptimum entfernt eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb ausgehend vom Wirkungsgradoptimum der Zündwinkel in Richtung Aufbau einer Momentenreserve solange verstellt wird, bis eine Laufruhe der Brennkraftmaschine ein vorbestimmtes Laufruhelimit unterschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als erste Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, und anschließend der Zündwinkel in Richtung weiterer Erhöhung der Momentenreserve solange verstellt wird, bis die Laufruhe der Brennkraftmaschine das vorbestimmte Laufruhelimit wieder überschreitet, wobei der so erreichte Zündwinkel als zweite Zündwinkelgrenze abgespeichert wird, wobei bei nachfolgenden Verstellungen des Zündwinkels zum Aufbau einer Momentenreserve im Leerlaufbetrieb und/oder Schwachlastbetrieb die Zündwinkelverstellung auf Werte zwischen der ersten und zweiten Zündwinkelgrenze begrenzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der ersten und zweiten Zündwinkelgrenze erneut durchlaufen wird, wenn seit der letzten Bestimmung eine vorbestimmte Betriebszeit der Brennkraftmaschine verstrichen ist und/oder wenn eine vorbestimmte Anzahl von Leerlaufphasen bzw. Schwachlastphasen durchlaufen wurde und/oder wenn sich Umgebungsbedingungen, insbesondere Umgebungsdruck und/oder Umgebungstemperatur, über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus verändert haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Zündwinkelgrenze in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeichert werden.