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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Zündzeitpunktes gemäß Patentanspruch 1 und ein Motorsteuergerät gemäß Patentanspruch 10.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, einen Zündzeitpunkt bei Verbrennungen einer Brennkraftmaschine in Bezug auf klopfende Verbrennung zu überwachen und bei Erkennen einer klopfenden Verbrennung als Maßnahme bei der nächsten Verbrennung den Zündwinkel des betroffenen Zylinders um einen Zündwinkel-Offset nach spät zu verstellen. Anschließend wird der Zündwinkel-Offset durch eine langsame Zündwinkelfrühverstellung wieder abgebaut. Kommt es erneut zu einer klopfenden Verbrennung, bevor der Rückzug der Zündwinkelspätverstellung auf den vorgesehenen Zündwinkel vollständig abgebaut ist, wird abermals eine sofortige Spätverstellung des Zündwinkels um den Zündwinkel-Offset durchgeführt. Durch den schnellen Rückzug des Zündwinkels beim Klopfereignis und das anschließende, erneute langsame Heranführen an die Klopfgrenze, kann die Brennkraftmaschine mit einem optimierten Zündwinkel dicht an der Klopfgrenze betrieben werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Regeln eines Zündzeitpunktes für Verbrennungen einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und das Motorsteuergerät gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass eine präzise und schnelle Regelung des Zündzeitpunktes nahe der Klopfgrenze erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zündwinkel für eine Verbrennung der Brennkraftmaschine abhängig von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine anhand eines Kennfeldes und abhängig von einem Klopfgrenzenoffset ermittelt wird.
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In einer weiteren Ausführung wird der Zündwinkel abhängig von einem Basiszündwinkel und abhängig von einem Zündwinkeldifferenzwert ermittelt. Dadurch ist eine einfache und präzise Ermittlung des Zündzeitpunktes möglich.
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In einer weiteren Ausführung ist der Zündwinkeldifferenzwert abhängig von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in einem Kennfeld abgelegt. Somit kann eine schnelle Regelung erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführung wird ein Zündwinkelfeld verwendet. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass ist es nicht erforderlich ist, Zündwinkeldifferenzwerte vorzusehen.
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In einer weiteren Ausführung hängt der Klopfgrenzenoffset von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ab. Dadurch wird die Regelung präziser.
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In einer weiteren Ausführung wird zur Regelung des Zündzeitpunktes ein Basiszündwinkel abhängig von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt, wobei der Basiszündwinkel um einen Korrekturwinkel in Richtung auf einen späteren Zündzeitpunkt verschoben wird, wobei der Korrekturwinkel abhängig von einem Kennfeld und einem Klopfgrenzen-Offset berechnet wird. Dadurch wird eine weitere Präzisierung des Verfahrens erreicht.
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In einer Ausführungsform wird eine weitere Verbesserung des Verfahrens dadurch erreicht, dass der Klopfgrenzen-Offset mithilfe eines lernenden Verfahrens während des Betriebes der Brennkraftmaschine ermittelt bzw. angepasst wird. Somit ist es nicht erforderlich, in das aufwändige Kennfeld für den Basiszündwinkel oder in das Kennfeld für den Zündwinkeldifferenzwert einzugreifen. Es reicht aus, wenn während des Betriebes der Brennkraftmaschine beispielsweise auf einem Prüfstand oder im täglichen Gebrauch des Kraftfahrzeuges der Klopfgrenzen-Offset für verschiedene Betriebspunkte und/oder Qualitäten von Kraftstoffen, insbesondere der Oktanzahl angepasst wird.
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Durch die Verwendung des Klopfgrenzen-Offsets ist es möglich, auch für Bereiche schnell eine präzise und tatsächliche Klopfgrenze zur Verfügung zu stellen, obwohl diese Bereiche kaum oder nicht befahren werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Korrekturwinkel anhand eines virtuellen Korrekturwinkels berechnet. Der virtuelle Korrekturwinkel ergibt sich aus der Addition des Zündwinkeldifferenzwerts und des Klopfgrenzen-Offsets. Zudem wird der virtuelle Korrekturwinkel mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen. Die vorgegebene Schwelle kann beispielsweise dem Wert null entsprechen. Unterschreitet der virtuelle Korrekturwinkel die vorgegebene Schwelle, so wird der virtuelle Korrekturwinkel als realer Korrekturwinkel zur Korrektur des Basiszündwinkels verwendet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei der Verwendung des virtuellen Korrekturwinkels eine Verschiebung des Zündzeitpunktes nicht in Bereiche erfolgt, in denen die Verschiebung nicht erforderlich ist. Insbesondere kann eine Verschiebung des Zündzeitpunktes in Richtung auf eine gegenüber dem Basiszündwinkel frühere Zündung unterbunden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Klopfgrenzen-Offset in Form einer Kennlinie oder eines Kennfeldes abgelegt, wobei der Klopfgrenzen-Offset insbesondere in Abhängigkeit von der Qualität des verbrannten Kraftstoffs abhängt. Insbesondere kann der Klopfgrenzen-Offset von der Oktanzahl des verbrannten Kraftstoffs abhängen. Damit ist es nicht erforderlich, das Kennfeld für den Zündwinkeldifferenzwert für jede Qualität des verbrannten Kraftstoffes zu ermitteln.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Kennfeld für einen Kraftstoff einer vorgegebenen Oktanzahl ermittelt und das Kennfeld wird mit einem Ausgleichswert für Kraftstoffe mit anderen Oktanzahlen versehen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, für Kraftstoffe mit verschiedenen Oktanzahlen jedes Mal ein Kennfeld experimentell oder rechnerisch zu ermitteln. Die Unterschiede in der Klopfneigung der verschiedenen Kraftstoffqualitäten wird durch den Klopfgrenzen-Offset berücksichtigt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Qualität des Kraftstoffes, insbesondere die Oktanzahl des Kraftstoffes erfasst und bei der Auswahl des Klopfgrenzen-Offsets und/oder bei der Wahl des Zündwinkeldifferenzwertes aus dem Kennfeld berücksichtigt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 ein Diagramm für einen ersten Betriebspunkt mit Kennlinien für eine virtuelle Klopfgrenze, einen Zündwinkelrückzugsbedarf und einen Klopfgrenzen-Offset,
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2 ein Diagramm für einen zweiten Betriebspunkt, in dem Kennlinien für die virtuelle Klopfgrenze, den Zündwinkelrückzugsbedarf und den Klopfgrenzen-Offset, und
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3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Motorsteuergerätes zur Durchführung des Verfahrens.
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1 zeigt ein Diagramm, in dem auf der y-Achse ein Zündwinkelrückzugsbedarf und auf der x-Achse unterschiedliche Kraftstoffqualitäten aufgezeichnet sind, wobei die Kraftstoffqualität mit zunehmendem Abstand von der y-Achse in der Oktanzahl abnimmt. In 1 ist ein erster Messpunkt 11 für einen Auslegungskraftstoff, d.h. eine hohe Oktanzahl, ein zweiter Messpunkt 12 für einen Kraftstoff, der niederoktanig ist, und ein dritter Messpunkt 13 für einen Kraftstoff, der sehr niederoktanig ist, dargestellt. Unter einem Auslegungskraftstoff wird beispielsweise ein Kraftstoff mit einer Oktanzahl von 98 verstanden. Unter einem niederoktanigen Kraftstoff wird beispielsweise ein Kraftstoff mit einer Oktanzahl von 95 verstanden. Unter einem sehr niederoktanigen Kraftstoff wird ein Kraftstoff mit einer Oktanzahl von 91 verstanden. Die Qualität des Kraftstoffes kann während des Betriebes der Brennkraftmaschine anhand einer Klopfregelung erkannt werden. Zudem kann ein Sensor oder ein Messverfahren zur Erfassung der Qualität des Kraftstoffes, insbesondere der Oktanzahl vorgesehen sein, mit dem das Motorsteuergerät die Qualität des Kraftstoffes erfasst.
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Weiterhin sind an den drei Messpunkten 11, 12, 13 jeweils Messwerte für die virtuelle Klopfgrenze 1, den Zündwinkelrückzugsbedarf 2 und den Klopfgrenzen-Offset 44 dargestellt. Die virtuelle Klopfgrenze der drei Messpunkte 11, 12, 13 ist mit einer ersten Kennlinie 21, verbunden. Die Werte für den Zündwinkelrückzugsbedarf der drei Messpunkte 11, 12, 13 sind mit einer zweiten Kennlinie 22 verbunden. Die Klopfgrenzen-Offsets 44 für die drei Messpunkte 11, 12, 13 sind mit einer dritten Kennlinie 23 verbunden. Die Kennlinien sind in Form einer linearen Approximation erstellt worden. Zudem ist in 1 in Form einer gestrichelten Linie ein Zündwinkeldifferenzwert 42 für den festgelegten Betriebspunkt und den Auslegungskraftstoff eingetragen, bei dem die Zündung nahe an der Grenze zu einer klopfenden Verbrennung erfolgt.
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In dem dargestellten Beispiel befindet sich die Brennkraftmaschine an einem Betriebspunkt, an dem die Werte für die virtuelle Klopfgrenze 1, den Zündwinkelrückzugsbedarf 2 und den Klopfgrenzen-Offset 44 für die drei Kraftstoffqualitäten, d.h. für die drei Messpunkte 11, 12, 13 in einer Linie verlaufen.
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Der Klopfgrenzen-Offset 44 weist an dem festgelegten Betriebspunkt für den Auslegungskraftstoff den Wert 0 auf. Der Klopfgrenzen-Offset 44 weist an dem festgelegten Betriebspunkt für einen niederoktanigen Kraftstoff den Wert –3 auf. Der Klopfgrenzen-Offset 44 weist an dem festgelegten Betriebspunkt für einen sehr niederoktanigen Kraftstoff den Wert –6 auf. Somit kann auf einfache Weise das Kennfeld 24 für die Zündwinkeldifferenzwerte mithilfe der dritten Kennlinie 23 für den Klopfgrenzen-Offset 44 für unterschiedliche Quaitäten des Kraftstoffes angepasst werden.
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Die dritte Kennlinie 23 für die Werte des Klopfgrenzen-Offsets 44 kann am Motorprüfstand oder im laufenden Betrieb experimentell ermittelt werden. Zudem kann auch ein theoretisches Modell zur Ermittlung der Klopfgrenzen-Offsets 44 für verschiedene Qualitäten von Kraftstoff, insbesondere für verschiedene Oktanzahlen verwendet werden.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm für einen zweiten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, bei dem entlang der y-Achse ein Zündwinkelrückzugsbedarf aufgetragen ist. Entlang der x-Achse sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Messpunkt 11, 12, 13 aufgetragen, wobei die Messpunkte 11, 12, 13 für unterschiedliche Qualitäten des verbrannten Kraftstoffes erfasst wurden. Der erste Messpunkt 11 entspricht einem Auslegungskraftstoff, d.h. einem Kraftstoff mit einer hohen Oktanzahl. Der zweite Messpunkt 12 entspricht einem Kraftstoff, der niederoktanig ist. Der dritte Messpunkt 13 entspricht einem Kraftstoff, der sehr niederoktanig ist. Die Kraftstoffe wurden jeweils am gleichen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vermessen. Die erste Kennlinie 21 stellt die Messpunkte der virtuellen Klopfgrenze 1 dar. Die zweite Kennlinie 22 stellt die Messpunkte des Zündwinkelrückzugsbedarfs dar. Die dritte Kennlinie 23 stellt die Messpunkte des Klopfgrenzen-Offsets 44 dar. An diesem Betriebspunkt weist die erste Kennlinie 21 andere Werte als die dritte Kennlinie 23 auf.
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Zur Erfassung der Messwerte bzw. Kennlinien kann die Brennkraftmaschine beispielsweise an einem Motorenprüfstand an beliebig vielen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Zündwinkel die Klopfgrenze für den Betrieb mit Auslegungskraftstoff bestimmt werden. Das Ermitteln der Zündwinkel für die Klopfgrenze, d.h. für das Beginnen einer klopfenden Verbrennung, kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Klopfgrenze mit einem niederoktanigen Kraftstoff zu ermitteln und anschließend einen Korrekturwert zum Ausgleich eines hochoktanigen oder eines sehr niederoktanigen Kraftstoffes zu verwenden. Die Zündwinkel für die ermittelte Klopfgrenze kann entweder als absoluter Wert oder als Zündwinkeldifferenz auf einem Basiszündwinkel in einem Kennfeld im Motorsteuergerät abgelegt werden. Auch andere Bezugssysteme für die abgelegten Zündwinkel sind denkbar. Die sich damit ergebenden Zündwinkel können auch durchaus in einem zu frühen und nicht fahrbaren, d.h. somit einem virtuellen Bereich liegen. In der 2 entsprechen die Zündwinkelrückzugsbedarfswerte >0 einem zu frühen Bereich und werden deshalb nicht umgesetzt.
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Wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine nach Fertigstellung des Kennfeldes an einem Betriebspunkt die Klopfgrenze erreicht, so kann die virtuelle Klopfgrenze 1 beispielsweise durch einen lernenden Klopfgrenzen-Offset auf die echte Klopfgrenze korrigiert werden.
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Das Erreichen der realen Klopfgrenze kann beispielsweise über die Auswertung des Signals eines Körperschallsensors durch den Vergleich mit einer Schwelle oder bei Eingreifen der Klopfregelung erkannt werden.
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Somit ist im gesamten Betriebsbereich die echte, zu erwartende Klopfgrenze auch für nicht fahrbare Bereiche bekannt. Damit können weitere Klopfregel- und Klopferkennungsmaßnahmen ergriffen werden.
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Beispielsweise kann eine von der virtuellen Klopfgrenze abhängige Begrenzung des Zündwinkels in Richtung auf eine frühe Zündung durchgeführt werden. Zudem sind anhand der virtuellen bekannten Klopfgrenze Maßnahmen denkbar, wie z.B. eine sensible Klopferkennung bei einem Betrieb dicht an der erwarteten Klopfgrenze und eine gegen Fehlererkennungen robuste, unsensible Erkennung bei Betrieb mit einem großen Abstand zur Klopfgrenze.
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Ein Zündwinkelrückzugsbedarf im positiven Bereich bedeutet eine Verstellung des Basiszündwinkels 41 in Richtung einer frühen Zündung. Ein Zündwinkelrückzugsbedarf in einem negativen Bereich bedeutet die Verstellung des Basiszündwinkels 41 in Richtung auf eine späte Zündung.
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In 2 ist für den vorliegenden Betriebspunkt der Zündwinkeldifferenzwert 42 mit dem Betrag 44 als gestrichelte Kennlinie eingetragen. Der Zündwinkeldifferenzwert 42 ist in dem Kennfeld 24 für verschiedene Kraftstoffarten konstant.
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Das Kennfeld 24 ist für einen Auslegungskraftstoff ermittelt worden, wobei der Zündwinkel in der Weise bei dem vorliegenden Betriebspunkt gewählt ist, dass gerade keine klopfende Verbrennung auftritt. Gemäß 2 könnte der Basiszündwinkel um 3° in Richtung früh verschoben werden, ohne dass eine klopfende Verbrennung auftritt.
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Für verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ist für den Klopfgrenzen-Offset jeweils eine Kennlinie in Abhängigkeit von der Qualität des Kraftstoffes abgelegt. In 2 entspricht die dritte Kennlinie 23 dem Klopfgrenzen-Offset 44 für einen festgelegten Betriebspunkt in Abhängigkeit von der Qualität des verwendeten Kraftstoffes. Somit weist die Kennlinie für den Klopfgrenzen-Offset 44 an dem festgelegten Betriebspunkt für den Auslegungskraftstoff den Wert 0 auf. Die Kennlinie für den Klopfgrenzen-Offset 44 weist an dem festgelegten Betriebspunkt für einen niederoktanigen Kraftstoff den Wert –3 auf. Die Kennlinie für den Klopfgrenzen-Offset 44 weist an dem festgelegten Betriebspunkt für einen sehr niederoktanigen Kraftstoff den Wert –6 auf. Auf diese Weise kann auf einfache Weise das Kennfeld 24 mithilfe der Klopfgrenzen-Offsets für unterschiedliche Qualitäten des Kraftstoffes angepasst werden.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung Teile eines Motorsteuergerätes 30, das ausgebildet ist, um das beschriebene Verfahren auszuführen. Das Motorsteuergerät 30 berechnet abhängig von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in einem ersten Programmblock 31 einen Basiszündwinkel 41. Dazu sind entsprechende Kennlinien, Kennfelder und Programme im Motorsteuergerät 30 abgelegt. Weiterhin ermittelt das Motorsteuergerät 30 in einem zweiten Programmblock 32 abhängig von dem vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder der Last einen Zündwinkeldifferenzwert 42 anhand eines Kennfeldes 24. Der Zündwinkeldifferenzwert 42 wird einem Addierer 33 zugeführt. Zudem ermittelt das Motorsteuergerät 30 bei einem dritten Programmblock 34 einen Klopfgrenzen-Offset 44. Der Klopfgrenzen-Offset wird ebenfalls dem Addierer 33 zugeführt. Zur Ermittlung des Klopfgrenzen-Offsets 44 verwendet das Motorsteuergerät 30 eine Kennlinie, wie beispielsweise die in 2 dargestellte Kennlinie, bei der der Wert des Klopfgrenzen-Offsets 44 in Abhängigkeit von dem verwendeten Kraftstoff und in Abhängigkeit von dem vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abgespeichert ist. Anstelle einer Kennlinie kann auch ein Kennfeld für den Klopfgrenzen-Offset 44 verwendet werden, das in Abhängigkeit vom Betriebspunkt und der Qualität des Kraftstoffes einen Wert für den Klopfgrenzen-Offset 44 aufweist. Weiterhin kann der Klopfgrenzen-Offset 44 auch abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berechnet werden. Unter einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird auch ein Betriebsparameter wie die Qualität, d.h. die Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffes angesehen.
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Der Addierer 33 addiert den Klopfgrenzen-Offset 44 und den Zündwinkeldifferenzwert 33 und ermittelt somit eine virtuelle Klopfgrenze 1. Die virtuelle Klopfgrenze 1 wird einem Vergleichsblock 35 zugeführt. Der Vergleichsblock 35 vergleicht die virtuelle Klopfgrenze 1 mit einem vorgegebenen Vergleichswert 45. Der Vergleichswert 45 kann beispielsweise durch den Wert 0 festgelegt sein. Der Vergleichsblock 35 stellt eine Begrenzungsfunktion dar, wobei nur die virtuellen Klopfgrenzen 1 an einen zweiten Addierer 36 weitergegeben werden, wenn die virtuellen Klopfgrenzen 1 unter dem Vergleichswert 45 liegen. In dem beschriebenen Beispiel werden nur die virtuellen Klopfgrenzen 1 an den zweiten Addierer 36 weitergegeben, die kleiner als 0 sind, d.h. im negativen Bereich liegen. Der zweite Addierer 36 addiert zu dem Basiszündwinkel 41 die negative virtuelle Klopfgrenze 1 und ermittelt somit den resultierenden Zündwinkel 46. Das Motorsteuergerät 30 zündet die folgende Verbrennung an dem resultierenden Zündwinkel 46.
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Das Kennfeld oder die Kennlinie für die Werte des Klopfgrenzen-Offsets 44 können beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass ausgehend von dem Zündwinkeldifferenzwert 42 stufenweise ein zunehmender Klopfgrenzen-Offset addiert wird, bis eine klopfende Verbrennung einsetzt. Bei Auftreten der klopfenden Verbrennung wird nicht der aktuelle Wert, sondern der vorhergehende Wert des Klopfgrenzen-Offsets 44 als Klopfgrenzen-Offset für den vorliegenden Betriebspunkt in der Kennlinie bzw. dem Kennfeld abgespeichert. Auf diese Weise kann mithilfe des Klopfgrenzen-Offsets eine genaue Justierung für eine schnelle Vorgabe eines Zündwinkels nahe an der Klopfgrenze erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführung kann anstelle des Basiszündwinkels und des Zündwinkeldifferenzkennfeldes 24 auch ein Zündwinkelfeld abhängig von Betriebspunkten der Brennkraftmaschine verwendet werden. Das Zündwinkelfeld wird z.B. auch experimentell für eine festgelegte Qualität des Kraftstoffes für verschiedene Betriebspunkte experimentell ermittelt. Das Zündwinkelfeld wird mit dem Klopfgrenzen-Offset 44 korrigiert, wobei jedoch eine Verschiebung des Zündwinkels in Richtung einer frühen Zündung unterbunden wird.
