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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Klopfregelung für Verbrennungen einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 und ein Motorsteuergerät gemäß Patentanspruch 8, das ausgebildet ist, um das Verfahren auszuführen.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Klopfregelung für Verbrennungen einer Brennkraftmaschine durchzuführen. Eine klopfende Verbrennung kann eine Beschädigung der Brennkraftmaschine zur Folge haben. Zum Erkennen einer klopfenden Verbrennung wird ein Körperschallsensor eingesetzt, der die Verbrennungslautstärke während der Verbrennung erfasst. Wird eine zu hohe Verbrennungslautstärke erkannt, erfolgt ein Zündwinkeleingriff, bei dem der Zündwinkel in Richtung auf eine späte Zündung verschoben wird. Anschließend wird der Zündwinkel wieder langsam auf den Sollzündwinkel nachgeregelt, wenn keine weitere klopfende Verbrennung erkannt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Durchführung einer Klopfregelung bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und das Motorsteuergerät gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das beschriebene Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Häufigkeit der Eingriffe der Klopfregelung in den Zündwinkel reduziert wird und trotzdem eine Beschädigung der Brennkraftmaschine durch eine sichere und zuverlässige Klopfregelung vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass eine virtuelle Klopfregelung verwendet wird, die abhängig von der gewünschten Ausführungsform das Auftreten einer festgelegten Anzahl von klopfenden Verbrennungen während eines vorgegebenen Zeitraums ohne eine Aktivierung der Klopfregelung unterdrückt. Somit können Betriebszustände, bei denen relativ selten eine klopfende Verbrennung auftritt, besser berücksichtigt werden. Insbesondere werden stochastisch verteilte klopfende Verbrennungen zwar erkannt, führen aber nicht zu einem Eingriff in den Zündwinkel. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Leistung, das Abgas und der Verbrauch nicht unnötig durch Zündwinkelrückzüge aufgrund der Klopfregelung verschlechtert werden.
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In vorteilhafter Weise wird die virtuelle Klopfregelung dadurch realisiert, dass ein dauerhafter fiktiver Zündwinkel-Offset in Richtung auf eine frühe Zündung berücksichtigt wird. Der Zündwinkel-Offset kann als Ausgangswert für eine Spätverstellung des Zündwinkels berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Ausgangswert ein negatives Vorzeichen aufweisen.
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In einer Ausführungsform wird der fiktive Rückstellwert mit einem Vergleichswert verglichen, wobei der Vergleichswert dem Wert Null entsprechen kann. Ist der fiktive Rückstellwert kleiner als der vergleichswert, so wird der Rückstellwert gleich dem fiktiven Rückstellwert gesetzt.
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In einer Weiterbildung weist der Ausgangswert ein negatives Vorzeichen auf und ist dem Betrag nach gleich groß wie der positive Korrekturwert. Damit wird festgelegt, dass während einer festgelegten Zeitdauer das Auftreten nur einer klopfenden Verbrennung unterdrückt wird und nicht zu einem Eingriff der Klopfregelung führt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Werte für den Ausgangswert, den Korrekturwert und den Vergleichswert verwendet werden. Beispielsweise kann auch festgelegt werden, dass während einer festgelegten Zeitdauer zwei oder mehr auftretende klopfende Verbrennungen nicht zu einem Eingriff der Klopfregelung, d.h. zu einer Korrektur des Basiszündwinkels führen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Ausgangswert abhängig von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine festgelegt werden.
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Durch die Verwendung eines Ausgangswerts, der von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängt, kann eine verbesserte Klopfregelung bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Korrekturwert abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine gewählt werden.
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Durch die Verwendung eines Korrekturwerts abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine kann eine präzise Klopfregelung erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Vergleichswert von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der fiktive Rückstellwert in gleich großen Stufen und in zeitlich gleich großen Abständen auf den negativen Ausgangswert zurückgestellt, wenn keine weitere klopfende Verbrennung auftritt. Damit wird eine gleichmäßige Reduzierung der Spätverstellung erreicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Motorsteuergerätes zur Durchführung des Verfahrens;
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2 ein Diagramm, das ein Beispiel für eine virtuelle Klopfregelung zeigt; und
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3 ein Diagramm für ein weiteres Beispiel einer virtuellen Klopfregelung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt eines Motorsteuergeräts 1, das über einen Eingang 2 ein Signal eines Körperschallsensors empfängt, wobei der Körperschallsensor eine Verbrennungslautstärke einer Verbrennung der Brennkraftmaschine erfasst. Das Motorsteuergerät 1 vergleicht die Verbrennungslautstärke des Körperschallsensors in einem Vergleichsblock 18 mit einer vorgegebenen Schwelle und erkennt eine klopfende Verbrennung, wenn die Verbrennungslautstärke die vorgegebene Schwelle überschreitet. Ist dies der Fall, so wird im Programmblock 4 auf einen Startwert ausgehend von dem Wert Null ein Korrekturwert addiert und ein vorläufiger Rückstellwert 20 erhalten.
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Der Korrekturwert kann als festgelegter Wert abgespeichert sein. Zudem kann der Korrekturwert in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine festgelegt werden.
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Zudem ist im zweiten Programmblock 5 ein Ausgangswert abgespeichert. Der Ausgangswert kann als festgelegter Wert abgespeichert sein oder in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine festgelegt werden.
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Der Ausgangswert wird mit einem negativen Vorzeichen mit dem vorläufigen Rückstellwert bei einem dritten Programmblock 6 addiert, so dass ein fiktiver Rückstellwert 7 ermittelt wird. Der fiktive Rückstellwert 7 wird einem Vergleichsblock 8 zugeführt. Der Vergleichsblock 8 vergleicht den fiktiven Rückstellwert 7 mit einem vorgegebenen Vergleichswert 9. Beispielsweise entspricht der Vergleichswert 9 dem Wert 0. Ergibt der Vergleich beim Vergleichsblock 8, dass der fiktive Rückstellwert 7 größer als 0 ist, d.h. einen positiven Wert größer als 0 aufweist, so wird der fiktive Rückstellwert 7 einem Addierblock 10 mit einem negativen Vorzeichen zugeführt. Ist der fiktive Rückstellwert 7 kleiner als der Vergleichswert 9, so wird kein Wert an den Addierblock 10 weitergegeben.
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Zudem ermittelt das Motorsteuergerät 1 für jede Verbrennung in einem Programmblock 11 in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen Basiszündwinkel für eine folgende Verbrennung. Dazu sind entsprechende Programme und/oder Kennlinien im Motorsteuergerät 1 abgelegt. Zudem erhält das Motorsteuergerät 1 entsprechende Signale von Sensoren, mit denen der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst wird. Der Basiszündwinkel wird dem Addierer 10 zugeführt.
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Der Addierer 10 addiert zu dem Basiszündwinkel mit einem negativen Vorzeichen den fiktiven Rückstellwert 7 und berechnet daraus einen Korrekturwinkel 12. Das Motorsteuergerät 1 gibt den Korrekturwinkel 12 über einen Ausgang 3 an die Zündeinrichtung. Die Zündeinrichtung zündet die Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine zu dem vorgegebenen Korrekturwinkel 12.
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Der vorläufige Rückstellwert 20 wird zudem vom ersten Programmblock 4 einem Bearbeitungsblock 13 zugeführt. In dem Bearbeitungsblock 13 wird der vorläufige Rückstellwert 20 nach jeder Verbrennung um einen festgelegten Wert reduziert, bis der vorläufige Rückstellwert 20 dem Startwert entspricht. Der Bearbeitungsblock 13 übergibt den reduzierten vorläufige Rückstellwert 20 dem ersten Programmblock 4 als neuen Wert zugeführt. Der neue Wert wird vom ersten Programmblock 4 verwendet, um einen vorläufigen Rückstellwert zu berechnen. Wird vor der nächsten Zündung keine klopfende Verbrennung festgestellt, so stellt der neue Wert den vorläufigen Rückstellwert dar.
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Sollte bei einer Verbrennung erneut eine klopfende Verbrennung mit Hilfe des Vergleichsblocks 18 erkannt werden, so wird im ersten Programmblock 4 der neue Wert um einen weiteren Korrekturwert vergrößert und als vorläufiger Rückstellwert 20 dem dritten Programmblock 6 zugeführt und dem Bearbeitungsblock 13 zugeführt. Die in 1 dargestellten Programmblöcke können in Form von Verfahrensschritten eines Programmes auf einer Recheneinheit des Motorsteuergerätes 1 ablaufen und/oder in Form von elektronischen Schaltungen realisiert sein.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, bei dem entlang einer Y1-Achse eine Verbrennungslautstärke und entlang der X-Achse die Zeit bzw. eine Abfolge von Verbrennungen der Brennkraftmaschine aufgetragen sind. Im Diagramm ist eine Kennlinie 14 für die Verbrennungslautstärke der Verbrennungen angegeben, die mit Hilfe eines Klopfsensors erfasst wird. Zudem ist in der 2 eine Schwelle 15 als gestrichelte Linie eingetragen, die zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung verwendet wird. Die Schwelle 15 liegt bei dem Wert 10 der Verbrennungslautstärke. Zudem ist im oberen Bereich eine zweite Kennlinie 16 eingetragen, die den fiktiven Rückstellwert 7 bzw. den Rückstellwert darstellt. Weiterhin ist auf einer Y2-Achse ein Winkel für den Rückstellwert zur Beeinflussung des Basiszündwinkels aufgetragen. Zudem ist eine Nullwertgrenze 17 für den fiktiven Rückstellwert eingezeichnet. Die Nullwertgrenze 17 stellt den Vergleichswert für die Funktion des Vergleichsblocks 8 dar. Ist der fiktive Rückstellwert 7 kleiner als 0, wird er nicht berücksichtigt. Ist der fiktive Rückstellwert 7 größer als 0, dann wird der fiktive Rückstellwert 7 berücksichtigt, um den Basiszündwinkel in Richtung auf eine späte Zündung zu verschieben.
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Beim Start der Verbrennung der Brennkraftmaschine liegt die Verbrennungslautstärke 14 unter der Schwelle 15. Zu diesem Zeitpunkt weist der fiktive Rückstellwert 7 einen Wert von –2,5 auf. Damit wird zu diesem Zeitpunkt kein Zündwinkelrückzug durchgeführt. Die Verbrennung wird am Basiszündwinkel ohne Korrektur gezündet. Bei der Verbrennung beim nullten Zeitpunkt t0 überschreitet die Verbrennungslautstärke 14 die Schwelle 15. Somit erkennt zu diesem Zeitpunkt das Motorsteuergerät 2 eine klopfende Verbrennung und führt das anhand von 1 beschriebene Verfahren durch.
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Dabei wird im Programmblock 4 auf den Startwert, beispielsweise den Null ein Korrekturwert mit dem Wert +2,5 addiert und ein vorläufiger Rückstellwert erhalten. Der Ausgangswert, der in diesem Beispiel den Wert –2,5 aufweist, und der vorläufige Rückstellwert werden bei einem dritten Programmblock 6 addiert, so dass ein fiktiver Rückstellwert 7 mit dem Wert 0 ermittelt wird. Der fiktive Rückstellwert 7 wird einem Vergleichsblock 8 zugeführt. Der Vergleichsblock 8 vergleicht den fiktiven Rückstellwert 7 mit dem Wert 0 mit einem vorgegebenen Vergleichswert 9, der beispielsweise dem Wert 0 entspricht. Dabei ergibt der Vergleich beim Vergleichsblock 8, dass der fiktive Rückstellwert 7 nicht als 0 ist, d.h. keinen positiven Wert größer als 0 aufweist. Somit wird der fiktive Rückstellwert 7 nicht dem Addierblock 10 mit einem negativen Vorzeichen zugeführt.
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Der Basiszündwinkel wird ebenfalls dem Addierer 10 zugeführt. Der Addierer 10 addiert zu dem Basiszündwinkel mit einem negativen Vorzeichen den fiktiven Rückstellwert 7 und berechnet daraus einen Korrekturwinkel 12. In diesem Fall bleibt der Basiszündwinkel unverändert und wird für die Zündung einer Verbrennung, insbesondere der nächsten Verbrennung verwendet.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der vorläufige Rückstellwert dem Ausgangswert, so dass durch eine einzige klopfende Verbrennung zwar der Wert des fiktiven Rückstellwerts 7 auf den Wert 0 fällt, jedoch nicht zu einem Eingriff in den Basiszündwinkel führt.
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Der fiktive Rückstellwert 7 wird anschließend beispielsweise stufenweise von Verbrennung zu Verbrennung im Bearbeitungsblock 13 um einen festgelegten Betrag verändert, bis am ersten Zeitpunkt t1 bei einer sechsten Verbrennung erneut eine klopfende Verbrennung erkannt wird. Zum ersten Zeitpunkt t1 wird von dem vorläufigen Rückstellwert 20 erneut der vorgegebene Korrekturwert abgezogen. Wie anhand von 2 zu erkennen ist, überschreitet der neu berechnete fiktive Rückstellwert 7 die Nullwertgrenze, d.h. den Wert 0. Somit wird der fiktive Rückstellwert 7 nach der sechsten Verbrennung verwendet, um anhand des Basiszündwinkels 11 mit Hilfe des Addierers 10 den Basiswinkel 11 um den Rückstellwert in Richtung spät zu verschieben, um den Korrekturwinkel 12 zu berechnen. Der Rückstellwert entspricht dem fiktiven Rückstellwert 7.
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Der Basiswinkel 11 wird im folgenden so lange um den Rückstellwert, d.h. den fiktiven Rückstellwert in Richtung spät auf den Korrekturwinkel 12 verschoben, bis der fiktive Rückstellwert 7 wieder im negativen Bereich aufgrund der stufenweisen Reduzierung des vorläufigen Rückstellwertes 20 im Bearbeitungsblock 13 angelangt ist. Der vorläufige Rückstellwert 20 wird nach jeder Verbrennung im Bearbeitungsblock 13 reduziert, bis der vorläufige Rückstellwert 20 den Startwert erreicht. Dabei erreicht der fiktive Rückstellwert 7 die Nullwertgrenze 17 zum zweiten Zeitpunkt t2. Im Folgenden wird der vorläufige Rückstellwert 20 und damit der fiktive Rückstellwert 7 weiterhin stufenweise reduziert, bis der Ausgangswert von –2,5 erreicht ist. Bei einer folgenden 21. Verbrennung tritt zum dritten Zeitpunkt t3 erneut eine klopfende Verbrennung auf, so dass der vorläufige Rückstellwert 20 und damit auch der fiktive Rückstellwert 7 wieder um den Korrekturwert erhöht wird. Dabei wird vom fiktiven Rückstellwert 7 jedoch beim dritten Zeitpunkt t3 nicht die Nullwertgrenze 17 überschritten. Somit wird zum dritten Zeitpunkt t3 nicht in den Basiszündwinkel eingegriffen.
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Anschließend wird der vorläufige Rückstellwert 20 und damit der fiktive Rückstellwert 7 wieder stufenweise reduziert, bis der Ausgangswert wieder erhalten wird. Auch die bei der 34. Verbrennung zum vierten Zeitpunkt t4 auftretende klopfende Verbrennung führt nur zu einer Erhöhung des fiktiven Rückstellwerts 7, jedoch nicht zu einem Eingriff in die Zündung bzw. zu einer Spätverschiebung des Basiszündwinkels.
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Aufgrund der linearen Rückregelung des virtuellen Klopfregelzündwinkels erfolgt der wirkliche Zündwinkelrückzug genau für die Dauer, die bis zum Erreichen des Ausgangszündwinkels gefehlt hat. Der Abstand zwischen zwei Klopfereignissen wird daher im Mittel um die fehlende Zeit verlängert. Die gewünschte Klopfhäufigkeit kann somit mit geringsten Zündwinkeleingriffen eingestellt werden. Nimmt die Klopfhäufigkeit zu, wird der virtuelle Bereich automatisch verlassen und die Regelung geht stufenlos in eine Klopfregelung über.
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3 zeigt ein Diagramm, bei dem entlang der Y-Achse ein Rückstellwert und entlang der X-Achse die Zeit aufgetragen sind. Ein positiver Rückstellwert entspricht einer Verschiebung des Basiszündwinkels in Richtung auf eine späte Zündung zu einem Korrekturwinkel. Negative Werte des Rückstellwertes führen nicht zu einer Korrektur des Basiszündwinkels. In dem Diagramm sind der fiktive Rückstellwert 7 und die Nullwertgrenze 17 dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 weist der fiktive Rückstellwert 7 einen negativen Wert auf und erniedrigt sich weiter stufenweise, bis zum ersten Zeitpunkt t1 eine klopfende Verbrennung erkannt wird und der fiktive Rückstellwert 7 um den vorgegebenen Korrekturwert erhöht wird.
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Dadurch überschreitet der fiktive Rückstellwert 7 die Nullwertgrenze 17. Dadurch führt der fiktive Rückstellwert 7 zu einem Rückstellwert, der verwendet wird, um mit Hilfe des Addierers 10 den Basiszündwinkel 11 in Richtung spät zu verschieben. Die Spätverschiebung des Basiszündwinkels 11 wird stufenweise von Verbrennung zu Verbrennung reduziert bis zu einem Zeitpunkt t2 der fiktive Rückstellwert wieder die Nullwertgrenze 17 überschreitet.
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Zum zweiten Zeitpunkt t2 wird kein Eingriff mehr in die Berechnung des Zündzeitwinkels vorgenommen. D.h. nach dem zweiten Zeitpunkt t2 wird bis zu einem dritten Zeitpunkt t3 kein Eingriff in die Regelung des Zündzeitpunkts vorgenommen. Die Zündung erfolgt mit dem Basiszündwinkel. Beim dritten Zeitpunkt t3 tritt erneut eine klopfende Verbrennung auf, so dass der fiktive Rückstellwert 7 wieder um den Korrekturwert erhöht wird und der fiktive Rückstellwert 7 die Nullwertgrenze 17 überschreitet. Somit wird ab dem dritten Zeitpunkt t3 erneut ein Eingriff in die Regelung des Zündzeitpunkts in der Weise ausgeführt, dass der Basiszündwinkel um den Rückstellwert nach spät verschoben wird. Der Rückstellwert entspricht dem Wert des fiktiven Rückstellwertes 7. Der Rückstellwert wird im Laufe der folgenden Verbrennungen stufenweise reduziert, bis zu einem vierten Zeitpunkt t4 der fiktive Rückstellwert 7 die Nullwertgrenze 17 unterschreitet.
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Bei einem folgenden fünften Zeitpunkt t5 wird erneut eine klopfende Verbrennung erkannt und der fiktive Rückstellwert 7 um den Korrekturwert erhöht. Somit wird ab dem fünften Zeitpunkt wieder erneut ein Eingriff in den Basiszündwinkel vorgenommen und der Basiszündwinkel in Richtung spät um den Rückstellwert verschoben. Der Rückstellwert entspricht dem Wert des fiktiven Rückstellwerts.
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Mit Hilfe des Verfahrens ist es möglich, eine klopffreie Zeit ohne Zündwinkeleingriff zu vergrößern. Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass ein Zündwinkeleingriff erst bei Überschreiten einer gewünschten Klopfhäufigkeit durchgeführt wird. Die gewünschte Klopfhäufigkeit, ab der ein Eingriff in die Zündung erfolgt, kann mit Hilfe der Parameter Startwert, Korrekturwert, die Zeitdauer für die Rückstellung des fiktiven Rückstellwerts auf den Startwert und den Ausgangswert eingestellt werden. Durch die verlängerte Zeit ohne einen Zündwinkeleingriff wird die Zeit verlängert, in der die volle Leistung, der optimale Verbrauch und das sauberste Abgas beim Betreiben der Brennkraftmaschine vorliegt.
