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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klopfregelsystem für einen Verbrennungsmotor, welches anhand eines Signals eines Klopfsensors erfasst, ob ein Klopfen (Zündungsklopfen) aufgetreten ist und welches eine Klopfregelung durchführt, bei der ein Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Erfassung verzögert oder vorverlegt wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Bei der üblichen Klopfregelung wird ein Klopfsensor verwendet, der dazu ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das eine Vibrationswellenform hat, die einem Klopfzustand eines Motors entspricht und ob Klopfen aufgetreten ist, wird auf der Grundlage des Klopfsensorsignals erfasst. Wenn ein Klopfen aufgetreten ist, wird der Zündzeitpunkt verzögert und wenn kein Klopfen aufgetreten ist, wird der Zündzeitpunkt vorverlegt.
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Um genauer zu sein, wird die folgende Regelung ausgeführt. Von dem an einer Zylinderblockoberfläche befestigten Klopfsensor wird eine Schwingung erfasst. Die Vibrationswellenform wird einer Bandpassfilterung unterzogen, um nur die für das Klopfen eindeutige Frequenz zu extrahieren und wird einer Fensterung unterzogen, um nur die Vibrationswellenform in einer Zeitspanne zu extrahieren, in der Klopfen auftritt. Als Vibrationsstärke wird der Maximalwert oder der integrierte Wert der erhaltenen Wellenform verwendet.
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Die Vibrationsstärke wird für jeden Verbrennungszeitpunkt berechnet und gleichzeitig wird aus einer Änderung der Vibrationsstärke ein Schwellenwert zum Ermitteln, ob Klopfen aufgetreten ist, berechnet. Die Vibrationsstärke und der Schwellenwert werden miteinander verglichen. Wenn die Vibrationsstärke den Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass Klopfen aufgetreten ist und durch Verzögerung des Zündzeitpunkts wird das Klopfen unterdrückt. Wenn die Vibrationsstärke den Schwellenwert nicht überschreitet, wird festgestellt, dass kein Klopfen aufgetreten ist und der Zündzeitpunkt wird jeweils nach einer bestimmten Zeitspanne vorverlegt.
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Wenn die Regelung des Zündzeitpunkts instabil ist und stark variiert, entsteht zu diesem Zeitpunkt das Problem eines verschlechterten Fahrverhaltens aufgrund der Drehmomentänderung und das Problem einer Verschlechterung der Ausgangsleistung und der Kraftstoffeffizienz aufgrund übermäßiger Verzögerung. Eine Technik die diesem Problem entgegenwirkt ist in Patentdokument 1 (offengelegte
Japanische Patentanmeldung Nr. 2007-092577 ) offenbart. Diese Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dispersionsmuster der Vibrationsstärke in einer bestimmten Zeitspanne erhalten wird, während die übliche Steuerung wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird. Ob Klopfen regelmäßig auftritt oder nicht, wird aus diesem Dispersionsmuster bestimmt. Wenn Klopfen regelmäßig auftritt, wird eine den Zündzeitpunkt verzögernde Korrektur durchgeführt. Wenn kein Klopfen auftritt, wird eine den Zündzeitpunkt vorverlegende Korrektur durchgeführt. Dieses Verfahren stabilisiert den Zündzeitpunkt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2011 083 193 A1 ist ein KlopfkorrekturbetragsBerechnungsteil offenbart der auf Basis der Intensität eines Klopfens in einem Fall, wenn die Anwesenheit eines Auftretens des Klopfens festgestellt wird, einen Klopfkorrekturbetrag berechnet, um den ein Zündzeitpunkt des Innenverbrennungsmotors zu verschieben ist, um auf einer Rückstellseite zu sein, und führt den Klopfkorrekturbetrag zurück, um zurück auf einer Vorstellseite zu sein, in einem Fall, wenn die Abwesenheit eines Auftretens eines Klopfens festgestellt wird.
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Die Druckschrift
DE 694 13 194 T2 offenbart offenbart ein Zündzeitpunkt-Regel/Steuer-System für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf ein Zündzeitpunkt-Regel/Steuer-System für Fahrzeugbrennkraftmaschinen, welches die Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs auf Grundlage von Maschinenklopfen schätzt und den Zündzeitpunkt auf einen optimalen Wert regelt/steuert, ohne die Klopfgrenze zu überschreiten
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die in Patentdokument 1 beschriebene Technik hat allerdings den Nachteil, dass eine bestimmte Zeitspanne erforderlich ist, um das Dispersionsmuster der Vibrationsstärke zu erhalten. In einem Übergangszustand, in dem sich die Drehzahl und die Last verändern, kann der Zündzeitpunkt durch Verwendung dieser Technik folglich nicht stabilisiert werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das zuvor beschriebene Problem zu lösen und die Stabilisierung des Zündzeitpunkts sowohl im stationären Betriebszustand, als auch im Übergangszustand zu erreichen.
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Um dies zu erreichen, wird bei der vorliegenden Erfindung - nachdem ein Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wurde - eine Klopfregelungs-Empfindlichkeit für eine vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit reduziert.
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Nachdem Klopfen festgestellt und der Zündzeitpunkt verzögert wurde und wenn eine vorbestimmte Lernbedingung erfüllt ist, wird außerdem eine Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung gemessen, während vorübergehend der verzögerte Zündzeitpunkt beibehalten wird. Die gemessene Ansprechverzögerungszeit wird als die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit zur Reduzierung der Klopfregelungs-Empfindlichkeit verwendet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird - nachdem Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wurde - die Klopfregelungs-Empfindlichkeit für die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit reduziert. Hierdurch kann eine übermäßige Verzögerung und somit eine Verschlechterung des Fahrverhaltens aufgrund einer Drehmomentänderung und eine Verschlechterung bei der Ausgangsleistung und der Kraftstoffeffizienz aufgrund der übermäßigen Verzögerung verhindert werden. Da ein Prozess wie etwa das Sammeln von Daten in einer bestimmten Zeitspanne unnötig ist, kann der Zündzeitpunkt sowohl im stationären Betriebszustand als auch im Übergangszustand stabilisiert werden.
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Außerdem wird die hier eingesetzte Ansprechverzögerungszeit durch Lernen, das zu einem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt wird, erhalten. Insbesondere wird das Lernen - nachdem das Klopfen erkannt und der Zündzeitpunkt verzögert wurde - durchgeführt, während der verzögerte Zündzeitpunkt vorübergehend beibehalten wird. Dadurch wird der Effekt erreicht, dass die Regelung unabhängig von Alterungsverschlechterung immer auf einem passenden Niveau angemessen durchgeführt werden kann.
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Weitere Aufgaben und Merkmale eines Aspekts der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Klopfregelsystems für einen Verbrennungsmotor, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm der Klopfregelung.
- 3 ist ein Diagramm, das einen Überblick über die Verarbeitung der Wellenform eines Klopfsensors darstellt.
- 4 ist ein Diagramm, das einen Überblick über die Funktionsweise der Klopfregelung darstellt.
- 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Zündzeitpunkt und einem Klopfpegel in einem stationären Betriebszustand darstellt.
- 6 ist ein Diagramm, das ein Zeitverhalten des Klopfpegels im Ansprechen auf eine Zündzeitpunktänderung darstellt.
- 7 ist ein Diagramm, das einen Fall zeigt, in dem die Ansprechverzögerung des Klopfpegels zu einem Problem wird.
- 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhindern übermäßiger Verzögerung durch Ausführen einer Korrektur zeigt, bei der ein Schwellenwert erhöht wird.
- 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhindern der übermäßigen Verzögerung durch Ausführen einer Korrektur zeigt, bei der die Vibrationsstärke reduziert wird.
- 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhindern der übermäßigen Verzögerung durch Ausführen einer Korrektur zeigt, bei der ein Verzögerungsbetrag relativ zur Klopfintensität reduziert wird.
- 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhindern übermäßiger Vorverlegung unter Berücksichtigung einer Ansprechverzögerung zeigt.
- 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Lernen einer Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
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1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Klopfregelsystems für einen Verbrennungsmotor, das die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ein Motor 1 ist ein funkengezündeter Verbrennungsmotor und für jede der Zündkerzen (nicht dargestellt) entsprechender Zylinder ist eine Zündspule 2 vorgesehen. Der Motor 1 ist ferner mit einem Kurbelwinkelsensor 3, einem Nockenwinkelsensor 4 und einem Klopfsensor 5 ausgestattet.
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Der Kurbelwinkelsensor 3 gibt für jede Kurbelwinkeleinheit synchron mit einer Drehbewegung der Kurbelwelle des Motors 1 ein Positionswinkelsignal aus.
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Der Nockenwinkelsensor 4 gibt immer dann, wenn der Kurbelwinkel bei einem 4-Zylinder-Motor einen Winkel von 180° bzw. wenn er bei einem 3-Zylinder-Motor einen Winkel von 240° durchläuft, synchron mit der Drehbewegung der Nockenwelle des Motors 1 ein Referenzsignal aus, das einer Referenzkurbelwinkelposition jedes Zylinders entspricht.
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Der Klopfsensor 5 ist an einer Zylinderblockoberfläche des Motors 1 befestigt und erfasst eine Vibration der Zylinderblockoberfläche („Wellenform des Klopfsensors“ der 3)
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Die Signale des Kurbelwinkelsensors 3, des Nockenwinkelsensors 4 und des Klopfsensors 5 werden in eine Steuervorrichtung (ECU) 6 eingegeben.
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Die Steuervorrichtung 6 umfasst einen Filter 7 und einen A/D-Wandler 8, die als Signalverarbeitungsschaltung des Klopfsensors 5 dienen, eine Recheneinrichtung 9, die aus einem Mikrorechner gebildet ist und eine Zündsignalerzeugungs-Vorrichtung 10, die als Ausgabeschnittstelle dient.
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Der Filter 7 filtert eine von dem Klopfsensor 5 erfasste Wellenform und extrahiert nur das Frequenzband in dem eine Klopfvibration erscheint („Wellenform nach dem Filtern“ der 3).
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Der A/D-Wandler 8 führt eine A/D-Wandlung der Wellenform, die den Filter 7 passiert hat, durch. Zu diesem Zeitpunkt führt der A/D-Wandler 8 ferner eine Fensterung durch, indem er aus dem Signal des Kurbelwinkelsensors 3 den Kurbelwinkel erfasst und indem er eine A/D-Wandlung nur eines Kurbelwinkelbereichs (Zeitspanne) durchführt, in dem Klopfen aufgetreten ist („Wellenform nach Fensterung“ der 3). Anhand des über den Filter 7 und den A/D-Wandler 8 eingegebenen Signals des Klopfsensors 5 führt die Recheneinrichtung 9 die im Ablaufdiagramm der 2 dargestellte Klopfregelung durch und legt einen Zündzeitpunkt fest. Die Recheneinrichtung 9 gibt anschließend den festgelegten Zündzeitpunkt an die Zündsignalerzeugungs-Vorrichtung 10 aus.
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Unter Verwendung der Signale des Kurbelwinkelsensors 3 und des Nockenwinkelsensors 4 identifiziert die Zündsignalerzeugungs-Vorrichtung 10 einen Zylinder, in dem die Zündung ausgeführt werden muss. Zusätzlich erfasst die Zündsignalerzeugungs-Vorrichtung 10 anhand des Signals des Kurbelwinkelsensors 3 die Kurbelwinkelposition und überträgt ein Zündsignal an die Zündspule 2 des Zylinders, in dem die Zündung ausgeführt werden muss, derart, dass die Zündung an dem bestimmten Zündzeitpunkt ausgeführt wird.
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Als Nächstes wird die von der Recheneinrichtung 9 ausgeführte Klopfregelung anhand des Ablaufdiagramms der 2 beschrieben. Eine hier beschriebene Routine wird jedesmal bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel ausgeführt (beispielsweise zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Verbrennungszeitpunkt jedes Zylinders, immer dann, wenn der Kurbelwinkel bei einem 4-Zylinder-Motor einen Winkel von 180° durchläuft bzw. wenn er bei einem 3-Zylinder-Motor einen Winkel von 240° durchläuft).
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Im Schritt S1 wird aus dem über den Filter 7 und den A/D-Wandler 8 eingegebenen Signal des Klopfsensors 5 die Vibrationsstärke NK errechnet. Genauer wird aus der Wellenform nach der Fensterung (3) der Maximalwert oder ein integrierter Wert errechnet und der errechnete Wert wird als Vibrationsstärke NK verwendet.
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Im Schritt S2 wird ein Schwellenwert SL für die Bestimmung, ob Klopfen aufgetreten ist, aus einer Änderung der Vibrationsstärke NK berechnet. Alternativ kann der Schwellenwert SL auf der Grundlage eines Signalpegels zu einem Zeitpunkt bevor Klopfen aufgetreten ist, erzeugt werden.
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Im Schritt S3 wird festgestellt, ob gerade Lernen durchgeführt wird (Lern-Flag = 1). Wenn das Lernen nicht durchgeführt wird, rückt die Routine zu Schritt S4 vor.
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Im Schritt S4 werden eine abgelaufene Zeit (Timerwert) t1 nach vorangegangener Zündzeitpunktverzögerung (Prozess in S7, der später beschrieben wird), die von einem Timer gemessen wird, und eine vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit RT im Ansprechen auf eine Zündzeitpunktänderung miteinander verglichen, um zu ermitteln ob t1 < RT ist (unmittelbar nach der Verzögerung). Wenn NEIN (t1 ≥ RT), rückt die Routine zu S6 vor, ohne dass S5 ausgeführt wird. Es ist anzumerken, dass die Ansprechverzögerungszeit RT, obwohl sie vorab als Anfangswert in einem Sicherungs-RAM gespeichert ist, durch das Lernen überschrieben werden kann.
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Im Schritt S6 werden die Vibrationsstärke NK und der Klopfbestimmungs-Schwellenwert SL miteinander verglichen, um zu ermitteln, ob NK ≥ SL (Klopfen ist aufgetreten). Wenn aufgrund des Resultats dieses Vergleichs ermittelt wird, dass NK ≥ SL (Klopfen ist aufgetreten), rückt die Routine zu S7 vor. Wenn ermittelt wird, dass NK < SL (es ist kein Klopfen aufgetreten), rückt die Routine zu S11 vor.
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Im Schritt S7 wird nach der Ermittlung, dass Klopfen aufgetreten ist, der Zündzeitpunkt verzögert, um das Klopfen zu unterdrücken. Ein hierbei verwendeter Verzögerungsbetrag kann ein vorbestimmter Wert sein. Allerdings wird der Verzögerungsbetrag vorzugsweise entsprechend dem Maß der Vibrationsstärke NK festgelegt.
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Im Schritt S8 wird der Timer t1 von 0 gestartet, um die seit der Zündzeitpunktverzögerung vergangene Zeit von messen.
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Im Schritt S9 wird ermittelt, ob eine vorbestimmte Lernbedingung erfüllt ist. Die hierbei verwendete Lernbedingung muss nur so eingestellt sein, dass das Lernen periodisch durchführbar ist. Beispielsweise kann die Einschränkung der Fahrbedingung, etwa auf einmal pro Fahrt, als die Lernbedingung eingesetzt werden. Wenn die Lernbedingung nicht erfüllt ist, wird die gegenwärtig verarbeitete Routine beendet.
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Nach der Ermittlung, dass kein Klopfen aufgetreten ist, werden im Schritt S11 eine abgelaufene Zeit (Timerwert) t2 nach vorangegangener Zündzeitpunktvorverlegung (Prozess in S12, der später beschrieben wird), die von dem Timer gemessen wird, und eine vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit RT des Klopfpegels im Ansprechen auf die Änderung des Zündzeitpunkts miteinander verglichen, um zu ermitteln ob t2 < RT ist (unmittelbar nach der Vorverlegung). Wenn NEIN (t2 ≥ RT), rückt die Routine zu S12 vor.
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Im Schritt S12 wird, da kein Klopfen aufgetreten ist, der Zündzeitpunkt bis an eine Klopfgrenze vorverlegt, um eine Ausgangsleistung sicherzustellen. Die Einstellung ist derart, dass zu diesem Zeitpunkt bei einem Vergleich der Absolutwerte ein Vorverlegungsbetrag hinreichend geringer ist als der oben beschriebene Verzögerungsbetrag, und der Zündzeitpunkt wird mit Ablauf der Zeit stufenweise vorverlegt.
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Im Schritt S13 wird der Timer t2 von 0 gestartet, um die seit der Zündzeitpunktvorverlegung vergangene Zeit von messen.
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Nachdem in S6 ermittelt wurde, dass Klopfen aufgetreten ist und daraufhin in S7 der Zündzeitpunkt verzögert wurde, rückt die Routine bei der Ausführung der nächsten und nachfolgenden Routinen zu S5 vor, wenn in der Ermittlung von S4 die nach der Zeitzeitpunktverzögerung abgelaufene Zeit (t1) kürzer ist als die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit RT (t1 < RT).
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Um die Klopfregelungs-Empfindlichkeit zu reduzieren, wird im Schritt S5 der in S2 berechnete Klopfbestimmungs-Schwellenwert SL korrigiert, indem er erhöht wird (8), oder die in S1 berechnete Vibrationsstärke NK wird korrigiert, indem sie verringert wird (9). Anschließend rückt die Routine zu S6 vor.
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Infolge dieser Korrektur ist es weniger wahrscheinlich, dass bei dem Vergleich zwischen der Vibrationsstärke NK und dem Schwellenwert SL in S6 festgestellt wird, dass NK ≥ SL (Klopfen ist aufgetreten). Dementsprechend kann bei der Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung eine übermäßige Verzögerung verhindert werden.
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Anstatt die Klopferkennungs-Empfindlichkeit zu reduzieren, indem der Klopfbestimmungs-Schwellenwert SL durch Erhöhung korrigiert wird, oder indem die Vibrationsstärke NK durch Herabsetzung korrigiert wird, kann das folgende Verfahren als ein Verfahren zu Verringerung der Klopfregelungs-Empfindlichkeit eingesetzt werden: Bei diesem Verfahren wird, wenn in S6 ermittelt wurde, dass Klopfen aufgetreten ist, der in S7 zur Verzögerung des Zündzeitpunkts verwendete Verzögerungsbetrag korrigiert, indem er herabgesetzt wird (10).
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Nachdem in S6 ermittelt wurde, dass kein Klopfen aufgetreten ist und daraufhin in S12 der Zündzeitpunkt vorverlegt wurde, wird bei der Ausführung der nächsten und der folgenden Routinen die gegenwärtig verarbeitete Routine beendet, ohne dass S12 und S13 ausgeführt werden, wenn in der Ermittlung von S11 die nach der Zündzeitpunktvorverlegung abgelaufene Zeit (t2) kürzer, ist als die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit RT (t2 < RT). Mit anderen Worten, die Vorverlegung des Zündzeitpunkts wird verhindert. Folglich kann eine übermäßige Vorverlegung der Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung verhindert werden.
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Wenn in S9 indessen ermittelt wird, dass die Lernbedingung erfüllt ist, nachdem in S7 der Zündzeitpunkt verzögert wurde, rückt die Routine zu S10 vor und das Lern-Flag wird auf 1 gesetzt, um das Lernen zu beginnen und die gegenwärtig verarbeitete Routine wird beendet.
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Nachdem das Lern-Flag auf 1 gesetzt wurde, wird bei der Ausführung der nächsten und der folgenden Routinen in S3 festgestellt, dass das Lernen gerade durchgeführt wird (Lern-Flag = 1). Dementsprechend rückt die Routine von S3 zu S14 vor.
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Im Schritt S14 wird der Zündzeitpunkt auf dem in S7 verzögerten Zündzeitpunkt einer der vorangegangenen Routinen gehalten.
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Im Schritt S15 wird festgestellt, ob die Vibrationsstärke NK in einem Zustand konvergiert ist, in dem der Zündzeitpunkt beibehalten wird. Als ein Verfahren zur Bestimmung, ob die Vibrationsstärke NK konvergiert ist, kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem der Wert eines gleitenden Durchschnitts der Vibrationsstärke NK überwacht wird und beispielsweise festgestellt wird, dass die Vibrationsstärke NK konvergiert ist, wenn der Wert des gleitenden Durchschnitts konstant wird.
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Wenn die Vibrationsstärke NK konvergiert ist, rückt die Routine anschließend zu S16 vor. Der Wert des Timers t1 zu diesem Zeitpunkt wird ausgelesen und das Lernen wird durchgeführt unter Verwendung des ausgelesenen Wertes als der Ansprechverzögerungszeit RT (RT=t1).
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Nachdem das Lernen abgeschlossen ist, wird das Lern-Flag in S17 auf 0 gesetzt und die gegenwärtig verarbeitete Routine wird beendet.
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Die bei dem Lernen erhaltene Ansprechverzögerungszeit RT wird in einen Sicherungs-RAM geschrieben und bei der Ermittlung in S4 und S11 in der nächsten und den nachfolgenden Routinen verwendet. Wie vorstehend beschrieben, wird die Ansprechverzögerungszeit RT des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung, die dazu verwendet wird, die Klopfregelung stabil zu halten, durch Lernen erhalten und zu einem geeigneten Zeitpunkt aktualisiert. Dementsprechend wird ein Effekt erzielt, bei dem die Regelung unabhängig von Alterungsverschlechterung und dergleichen immer auf einem passenden Niveau angemessen durchgeführt werden kann.
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Die Abschnitte S1, S2, S6, S7 und S12 im Ablaufdiagramm der 2 entsprechen Klopfregelungs-Mitteln. Ferner entsprechen die Abschnitte S4, S5, S8, S11 und S13 Regelungsempfindlichkeits-Korrekturmitteln. Des Weiteren entsprechen die Abschnitte S3, S9, S10 und S14 bis S17 Ansprechverzögerungszeit-Lernmitteln. Diese Mittel werden unter Verwendung des Mikrorechners, der die Recheneinrichtung 9 bildet, durch Software umgesetzt.
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Als Nächstes wird die oben beschriebene Funktionsweise anhand der 3 bis 12 ergänzend beschrieben.
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3 zeigt einen Überblick über die Verarbeitung der Wellenform des Klopfsensors. Die Vibration wird von dem Klopfsensor erfasst. Die Vibrationswellenform wird der Bandpassfilterung unterzogen, um nur die für das Klopfen eindeutige Frequenz zu extrahieren und wird der Fensterung unterzogen, um nur die Vibrationswellenform in der Zeitspanne zu extrahieren, in der Klopfen auftritt. Als die Vibrationsstärke wird der Maximalwert oder der integrierte Wert der erhaltenen Wellenform verwendet.
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4 zeigt die Funktionsweise einer Klopfregelung im Überblick. Die zuvor beschriebene Vibrationsstärke wird für jeden Verbrennungszeitpunkt berechnet und gleichzeitig wird aus Änderungen der Vibrationsstärke der Schwellenwert zum Ermitteln, ob Klopfen aufgetreten ist, berechnet. Wenn bei dem Vergleich zwischen der Vibrationsstärke und dem Schwellenwert die Vibrationsstärke den Schwellenwert überschreitet, wird der Zündzeitpunkt verzögert, um Klopfen zu unterdrücken. Wenn die Vibrationsstärke den Schwellenwert nicht überschreitet, wird der Zündzeitpunkt stufenweise vorverlegt, um an die Klopfgrenze geregelt zu werden.
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5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Klopfpegel im stationären Betriebszustand. Es ist anzumerken, dass, wenn der Klopfpegel hoch ist, Klopfen häufig auftritt und mit größerer Wahrscheinlichkeit starkes Klopfen auftritt. Um schädliche Auswirkungen von Klopfen zu verhindern und um gleichzeitig den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern, wird der Zündzeitpunkt vorzugsweise so gesteuert, dass er innerhalb des Bereichs (b) von 5 liegt, in dem nur unbedeutendes Klopfen auftritt. In einem Bereich (a) ist kein Klopfen aufgetreten, aber der thermische Wirkungsgrad ist gering und die Ausgangsleistung und die Effizienz verschlechtern sich. In einem Bereich (c) hat starkes Klopfen indessen schädliche Auswirkungen, wie etwa das Auftreten von Klopfgeräuschen oder die Schädigung einer Brennkammer zur Folge. In einem Zustand, in dem der Zündzeitpunkt instabil ist und innerhalb eines Bereichs von Bereich (a) bis Bereich (c) stark schwankt, ist außerdem die Drehmomentänderung groß und dadurch verschlechtert sich das Fahrverhalten.
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6 zeigt ein Zeitverhalten des Klopfpegels im Ansprechen auf eine Zündzeitpunktänderung. Wenn der Zündzeitpunkt schrittweise verändert wird, folgt der Klopfpegel dieser Änderung mit einer Ansprechverzögerung. Aufgrund dieser Eigenschaft, sinkt der Klopfpegel nicht unmittelbar nachdem das Klopfen erkannt und der Zündzeitpunkt verzögert wurde. Dementsprechend tritt Klopfen manchmal unmittelbar nach der Verzögerung aufeinanderfolgend auf. Wenn dieses Klopfen erfasst wird und der Zündzeitpunkt weiter verzögert wird, wird der Zündzeitpunkt stärker als erforderlich verzögert (übermäßige Verzögerung). Dieser Zustand ist in 7 dargestellt.
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Außerdem wird der Zündzeitpunkt nach einer bestimmten Zeitspanne jeweils vorverlegt, wenn kein Klopfen erfasst wird. Wenn die Vorverlegungsgeschwindigkeit zu schnell ist, kann der Klopfpegel dieser Vorverlegung nicht folgen und der Zündzeitpunkt wird weitgehend vorverlegt, ohne dass Klopfen erfasst wurde (übermäßige Vorverlegung). Dies führt zu einer großen Drehmomentänderung. Andererseits wird der Zustand der übermäßigen Verzögerung lange Zeit aufrechterhalten, wenn die Vorverlegungsgeschwindigkeit zu langsam ist, was hinsichtlich der Ausgangsleistung und der Kraftstoffeffizienz nicht wünschenswert ist. Daher wird die Klopfregelung (Zündzeitpunktregelung) unter Berücksichtigung dieser Eigenschaft der Ansprechverzögerung durchgeführt.
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Zunächst wird ein Fall beschrieben, in dem Klopfen festgestellt und der Zündzeitpunkt verzögert wird: Sobald Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wird, wird die Klopfempfindlichkeit während der Ansprechverzögerungszeit RT vorübergehend herabgesetzt. S5 im Ablaufdiagramm der 2 entspricht diesem Prozess. Diese Korrektur macht die darüber hinausgehende Verzögerung des Zündzeitpunkts aufgrund von sukzessive auftretendem Klopfen weniger wahrscheinlich. Die einfachste Methode dies zu erreichen, ist die Durchführung einer Korrektur, bei welcher der Schwellenwerts SL erhöht wird, wie in 8 dargestellt. Alternativ kann die in 9 dargestellte Korrektur durchgeführt werden, bei der die von dem Klopfsensor erfasste Vibrationsstärke NK verringert wird. In einem Fall, in dem der Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts entsprechend der Intensität des festgestellten Klopfens veränderbar ist, existiert, wie in 10 gezeigt, eine Methode, bei welcher der Verzögerungsbetrag bezogen auf die Klopfintensität verringert wird. Bei diesem Verfahren wird der Korrekturbetrag reduziert, wenn der Klopfpegel niedriger wird. Wenn die Ansprechverzögerungszeit RT vergeht und der Klopfpegel stabil wird, wird der Korrekturbetrag auf 0 gesetzt und die Steuerung wird vollständig in einen Ursprungszustand rückgesetzt.
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Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem kein Klopfen erfasst wird und der Zündzeitpunkt jeweils nach einer bestimmten Zeitspanne vorverlegt wird. Wie in 11 dargestellt, wird, nachdem der Zündzeitpunkt vorverlegt wurde, die nächste Vorverlegung erst dann vorgenommen, wenn die Ansprechverzögerungszeit vergangen ist und der Klopfpegel stabil wird.
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Eine Zündzeitpunktregelung wie vorstehend beschrieben verhindert die übermäßige Verzögerung und die übermäßige Vorverlegung. Hierdurch wird eine Verschlechterung des Fahrverhaltens aufgrund der Drehmomentänderung und eine Verschlechterung der Ausgangsleistung und der Kraftstoffeffizienz aufgrund der übermäßigen Verzögerung verhindert. Da ein Prozess wie etwa das Sammeln von Daten in einer bestimmten Zeitspanne unnötig ist, kann der Zündzeitpunkt sowohl im stationären Betriebszustand als auch in einem Übergangszustand stabilisiert werden. Als Ansprechverzögerungszeit RT speichert man am einfachsten einen im Voraus von einem Konstrukteur experimentell erhaltenen Wert. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt das Lernen, um eine präzisere und fehlerfreiere Steuerung durchzuführen.
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Genauer wird ein Verfahren wie folgt angewandt. Nachdem Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wurde, wird, wie in 12 dargestellt, der verzögerte Zündzeitpunkt vorübergehend unverändert beibehalten und die Ansprechverzögerungszeit wird durch ein Verfahren unter Verwendung des gleitenden Durchschnitts oder dergleichen aus einer Zeit bis eine zeitliche Änderung der Vibrationsstärke konstant wird, berechnet. Die berechnete Ansprechverzögerungszeit wird als ein Lernwert gespeichert.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsform in den Zeichnungen lediglich ein Beispiel für die vorliegende Erfindung darstellt und dass die vorliegende Erfindung über das in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellte Beispiel hinaus selbstverständlich verschiedene von Fachleuten im Rahmen der Ansprüche vorgenommene Verbesserungen und Abwandlungen umfasst.
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Darüber hinaus kann das Klopfregelsystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben werden:
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Ein Klopfregelsystem für einen Verbrennungsmotor, Folgendes umfassend:
- einen Klopfsensor (5) der dazu ausgelegt ist, ein Signal in Vibrationswellenform auszugeben, das einem Klopfzustand des Motors entspricht und
- eine Recheneinrichtung (9), die dazu eingerichtet ist, auf der Basis des Klopfsensorsignals zu erfassen, ob Klopfen aufgetreten ist und auf der Grundlage der Erfassung einen Zündzeitpunkt zu steuern, wobei
- die Recheneinrichtung (9) Folgendes umfasst:
- Klopfregelungsmittel (Regelungsabschnitt), um auf der Basis des Klopfsensorsignals zu erfassen, ob das Klopfen aufgetreten ist und um eine Klopfregelung durchzuführen, bei der ein Zündzeitpunkt verzögert wird, wenn das Klopfen aufgetreten ist, und bei der der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, wenn kein Klopfen aufgetreten ist;
- Regelungsempfindlichkeits-Korrekturmittel (Korrekturabschnitt), um eine Klopfregelungs-Empfindlichkeit für eine vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit zu verringern, nachdem das Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wurde und
- Ansprechverzögerungszeit-Lernmittel (Lernabschnitt), um eine Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung zu messen, wenn eine vorbestimmte Lernbedingung erfüllt ist und nachdem das Klopfen erkannt und der Zündzeitpunkt verzögert wurde, wobei der verzögerte Zündzeitpunkt vorübergehend beibehalten wird und
- wobei die von dem Ansprechverzögerungszeit-Lernmittel (Lernabschnitt) gemessene Ansprechverzögerungszeit in dem Regelungsempfindlichkeits-Korrekturmittel (Korrekturabschnitt) als die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit verwendet wird.
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Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung als ein Klopfregelungsverfahren für einen Verbrennungsmotor wie folgt beschrieben werden.
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Ein Klopfregelungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, Folgendes umfassend:
- einen Klopfregelungs-Schritt, um auf der Grundlage des Signals eines Klopfsensors, der dazu ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das eine Vibrationswellenform hat, die einem Klopfzustand eines Motors entspricht, zu erfassen, ob Klopfen aufgetreten ist und um eine Klopfregelung durchzuführen, bei welcher der Zündzeitpunkt verzögert wird, wenn das Klopfen aufgetreten ist, und bei welcher der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, wenn kein Klopfen aufgetreten ist;
- einen Regelungsempfindlichkeits-Korrekturschritt, um eine Klopfregelungs-Empfindlichkeit für eine vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit zu verringern, nachdem das Klopfen erfasst und der Zündzeitpunkt verzögert wurde und
- einen Ansprechverzögerungszeit-Lernschritt, um die Ansprechverzögerungszeit des Klopfpegels im Ansprechen auf die Zündzeitpunktänderung zu messen, wenn eine vorbestimmte Lernbedingung erfüllt ist und nachdem das Klopfen erkannt und der Zündzeitpunkt verzögert wurde, wobei der verzögerte Zündzeitpunkt vorübergehend beibehalten wird, wobei
- die in dem Ansprechverzögerungszeit-Lernschritt gemessene Ansprechverzögerungszeit in dem Regelungsempfindlichkeits-Korrekturschritt als die vorbestimmte Ansprechverzögerungszeit verwendet wird.
