DE102022130449A1

DE102022130449A1 - Method and device for operating an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102022130449A1
Application number: DE102022130449.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Ramatschi; Peter Mueller; Winfried Kuffner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024104667A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff beschrieben. Die Vorrichtung ist eingerichtet, anhand von Zündwinkel-Kenndaten, für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Norm-Zündwinkel zu ermitteln, und anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Klopfgrenzabstand des Norm-Zündwinkels von einer Klopfgrenze des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, einen Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder einen Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands zu ermitteln.A device for operating an internal combustion engine with a fuel is described. The device is set up to determine a standard ignition angle for an actual operating point of the internal combustion engine based on ignition angle characteristics, and to determine a knock limit distance of the standard ignition angle from a knock limit of the internal combustion engine based on knock limit distance characteristics for the actual operating point of the internal combustion engine. The device is also set up to determine an operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or an actual RON value of the fuel based on the standard ignition angle and on the basis of the knock limit distance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, die darauf ausgerichtet sind, den Zündwinkel für den Betrieb, insbesondere für die Vorsteuerung, eines Verbrennungsmotors zu ermitteln.The invention relates to a method and a corresponding device which are designed to determine the ignition angle for the operation, in particular for the pre-control, of an internal combustion engine.

Der Verbrennungsmotor, insbesondere der Ottomotor, eines Fahrzeugs wird bevorzugt möglichst nah an der Klopfgrenze betrieben, um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu optimieren. Dabei hängt die Klopfgrenze typischerweise von der Qualität, insbesondere von der ROZ-Zahl, d.h. von der Oktanzahl, des Kraftstoffs ab. Ein qualitativ hochwertiger Kraftstoff mit einer relativ hohen ROZ-Zahl ermöglicht einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem relativ frühen Zündzeitpunkt (d.h. mit einem relativ „frühen“ Zündwinkel), wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht wird.The internal combustion engine, in particular the gasoline engine, of a vehicle is preferably operated as close to the knock limit as possible in order to optimize the efficiency of the internal combustion engine. The knock limit typically depends on the quality, in particular on the RON number, i.e. the octane number, of the fuel. A high-quality fuel with a relatively high RON number enables knock-free operation of the internal combustion engine with a relatively early ignition point (i.e. with a relatively "early" ignition angle), which increases the efficiency of the internal combustion engine.

Zur Ermittlung des frühestmöglichen Zündzeitpunks bzw. Zündwinkels, der einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht, kann auf ein im Vorfeld (z.B. experimentell und/oder anhand von Simulationen) ermitteltes Zündwinkel-Kennfeld zurückgegriffen werden. Das Zündwinkel-Kennfeld kann für einen Kraftstoff mit einer relativ hohen ROZ-Zahl ermittelt worden sein. Ferner kann das Zündwinkel-Kennfeld für eine bestimmte Norm-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) ermittelt worden sein. Allgemein kann das Zündwinkel-Kennfeld für ein oder mehrere Norm-Randbedingungen ermittelt worden sein. Die ein oder mehreren Norm-Randbedingungen können alternativ jeweils als Auslegungs-Randbedingung bezeichnet werden (da das Zündwinkel-Kennfeld für diese ein oder mehreren Randbedingungen ausgelegt wurde).To determine the earliest possible ignition point or ignition angle that enables knock-free operation of the internal combustion engine, an ignition angle map determined in advance (e.g. experimentally and/or using simulations) can be used. The ignition angle map can have been determined for a fuel with a relatively high RON number. Furthermore, the ignition angle map can have been determined for a certain standard temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber). In general, the ignition angle map can have been determined for one or more standard boundary conditions. The one or more standard boundary conditions can alternatively each be referred to as a design boundary condition (since the ignition angle map was designed for these one or more boundary conditions).

Falls das Fahrzeug mit einem Kraftstoff mit einer niedrigeren Ist-ROZ-Zahl (unterhalb der Norm-ROZ-Zahl, für die das Zündwinkel-Kennfeld ausgelegt wurde) betrieben wird, kann anhand einer Klopfadaption ein Delta zur Korrektur des in dem Zündwinkel-Kennfeld angegebenen Zündwinkels ermittelt werden. Des Weiteren kann anhand eines Temperaturmodells ein Offsetwert zur Korrektur des in dem Zündwinkel-Kennfeld angegebenen Zündwinkels ermittelt werden, wenn die Ist-Temperatur des Kraftstoffs von der Norm-Temperatur abweicht (insbesondere, wenn die Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) höher als die Norm-Temperatur ist).If the vehicle is operated with a fuel with a lower actual RON number (below the standard RON number for which the ignition angle map was designed), a delta can be determined using a knock path adaptation to correct the ignition angle specified in the ignition angle map. Furthermore, an offset value can be determined using a temperature model to correct the ignition angle specified in the ignition angle map if the actual temperature of the fuel deviates from the standard temperature (in particular if the actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber) is higher than the standard temperature).

Es ist zu erwarten, dass die Qualität, d.h. die ROZ-Zahl, von verfügbaren Kraftstoffen weiter steigt, wobei die erhöhte ROZ-Zahl als Norm-ROZ-Zahl für das Zündwinkel-Kennfeld verwendet werden sollte, um die Effizienzsteigung des Verbrennungsmotors, die durch die erhöhte Kraftstoffqualität ermöglicht wird, in effizienter Weise nutzen zu können.It is expected that the quality, i.e. the RON number, of available fuels will continue to increase, whereby the increased RON number should be used as the standard RON number for the ignition angle map in order to be able to use the increase in efficiency of the internal combustion engine made possible by the increased fuel quality in an efficient manner.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Zündwinkel-Kennfeld für einen Kraftstoff mit einer derart hohen ROZ-Zahl (z.B. ROZ > 100) bei der Norm-Temperatur (z.B. bei 20°C) nicht mehr in allen Betriebspunkten experimentell ermittelt werden kann. Insbesondere ist es in bestimmten Betriebspunkten nicht mehr möglich (z.B. aufgrund von Beschränkungen des maximal zulässigen Betriebsdrucks und/oder der maximal zulässigen Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors), den Zündzeitpunkt bzw. den Zündwinkel derart früh zu setzen, dass die Klopfgrenze erreicht wird.However, it has been shown that the ignition angle map for a fuel with such a high RON number (e.g. RON > 100) at the standard temperature (e.g. at 20°C) can no longer be determined experimentally at all operating points. In particular, at certain operating points it is no longer possible (e.g. due to restrictions on the maximum permissible operating pressure and/or the maximum permissible operating temperature of the combustion engine) to set the ignition point or the ignition angle so early that the knock limit is reached.

Das für einen Kraftstoff mit einer besonders hohen ROZ-Zahl ermittelte Zündwinkel-Kennwinkel zeigt somit in bestimmten Betriebspunkten (insbesondere für eine relative hohe Motor-Last) Zündwinkel an, die durch Betriebsgrenzen (in Bezug auf den Betriebsdruck und/oder in Bezug auf die Betriebstemperatur) des Verbrennungsmotors bedingt sind, und die nicht dem frühestmöglichen Zündwinkel an der Klopfgrenze entsprechen. Als Folge daraus kann der Verbrennungsmotor in den bestimmten Betriebspunkten nicht in wirkungsgradoptimaler Weise betrieben werden, auch dann, wenn die tatsächlichen Kraftstoffbedingungen (insbesondere die tatsächliche Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)) von den Norm-Randbedingungen (insbesondere von der Norm-Temperatur) abweichen.The ignition angle characteristic determined for a fuel with a particularly high RON number therefore indicates ignition angles at certain operating points (in particular for a relatively high engine load) that are determined by the operating limits (in relation to the operating pressure and/or in relation to the operating temperature) of the internal combustion engine and that do not correspond to the earliest possible ignition angle at the knock limit. As a result, the internal combustion engine cannot be operated in an efficient manner at the certain operating points, even if the actual fuel conditions (in particular the actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber)) deviate from the standard boundary conditions (in particular from the standard temperature).

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, auch bei Kraftstoffen mit einer besonders hohen ROZ-Zahl einen wirkungsgradoptimierten Betrieb eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen, insbesondere dann, wenn die tatsächlichen ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren Norm-Randbedingungen abweichen (für die das Zündwinkel-Kennfeld ermittelt wurde).This document deals with the technical task of enabling efficiency-optimised operation of an internal combustion engine even with fuels with a particularly high RON number, in particular when the actual one or more actual boundary conditions deviate from the one or more standard boundary conditions (for which the ignition angle map was determined).

Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The object is solved by each of the independent claims. Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim can form a separate invention without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim, which is independent of the combination of all features of the independent patent claim and which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the description, which can constitute an invention independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines Ottomotors) mit einem Kraftstoff (insbesondere mit Benzin) beschrieben. Der Kraftstoff weist einen Ist-ROZ-Wert auf. Die Vorrichtung kann darauf ausgerichtet sein, den Betriebs-Zündwinkel zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor bei Nutzung des Kraftstoffs mit dem Ist-ROZ-Wert in möglichst wirkungsgradoptimierter Weise betrieben werden kann. Die Betriebs-Zündwinkel kann für die Vorsteuerung (des Zündwinkels) des Verbrennungsmotors (insbesondere der Zündwinkel-Regelung des Verbrennungsmotors) verwendet werden.According to one aspect, a device for operating an internal combustion engine (in particular a spark ignition engine) with a fuel (in particular with gasoline) is described. The fuel has an actual RON value. The device can be designed to determine the operating ignition angle with which the internal combustion engine can be operated in the most efficient manner possible when using the fuel with the actual RON value. The operating ignition angle can be used for the pre-control (of the ignition angle) of the internal combustion engine (in particular the ignition angle control of the internal combustion engine).

Die Vorrichtung ist eingerichtet, anhand von Zündwinkel-Kenndaten für den (aktuell vorliegenden) Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Norm-Zündwinkel zu ermitteln. Der Ist-Betriebspunkt kann durch eine Kombination aus einer Ist-Last und aus einer Ist-Drehzahl definiert sein. Die Zündwinkel-Kenndaten können für eine Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Betriebspunkten jeweils den Norm-Zündwinkel angeben. Die Zündwinkel-Kenndaten können im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors experimentell und/oder anhand von Simulationen ermittelt worden sein. Ggf. können für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors (z.B. z.B. Valvetronic-Betrieb (Laststeuerung über Ventilhub), Standardbetrieb, gedrosselter Betrieb, Millerbetrieb, etc.) jeweils unterschiedliche Zündwinkel-Kenndaten bereitgestellt werden.The device is set up to determine a standard ignition angle based on ignition angle characteristics for the (current) actual operating point of the internal combustion engine. The actual operating point can be defined by a combination of an actual load and an actual speed. The ignition angle characteristics can indicate the standard ignition angle for a large number of different possible operating points. The ignition angle characteristics can have been determined experimentally and/or using simulations prior to the operation of the internal combustion engine. If necessary, different ignition angle characteristics can be provided for different operating modes of the internal combustion engine (e.g. Valvetronic operation (load control via valve lift), standard operation, throttled operation, Miller operation, etc.).

Die Zündwinkel-Kenndaten können auf ein oder mehreren Norm-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors basieren. Beispielhafte Norm-Randbedingungen sind eine Norm-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) und/oder ein Norm-Lambdawert (d.h. ein Norm-Verhältnis der Menge an Verbrennungsluft zu der Menge an Kraftstoff in dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors).The ignition angle characteristics can be based on one or more standard boundary conditions for the operation of the internal combustion engine. Examples of standard boundary conditions are a standard temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber) and/or a standard lambda value (i.e. a standard ratio of the amount of combustion air to the amount of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine).

Ferner können die Zündwinkel-Kenndaten auf dem Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff basieren, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Der Norm-ROZ-Wert kann alternativ auch als Auslegungs-ROZ-Wert bezeichnet werden, da die Zündwinkel-Kenndaten für den Norm-ROZ-Wert (d.h. für den Auslegungs-ROZ-Wert) ausgelegt wurden. Die Zündwinkel-Kenndaten können mit dem Ziel ermittelt worden sein, für die Vielzahl von möglichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors jeweils einen Norm-Zündwinkel bereitzustellen, der an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) liegt. Die Zündwinkel-Kenndaten können somit derart ermittelt worden sein, dass die Zündwinkel-Kenndaten für die einzelnen Betriebspunkte nach Möglichkeit jeweils den Zündwinkel angeben, der bei Verwendung eines Kraftstoffs mit dem Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen unmittelbar an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors liegt und/oder der einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.Furthermore, the ignition angle characteristics can be based on the operation of the internal combustion engine with fuel that has a standard RON value. The standard RON value can alternatively also be referred to as the design RON value, since the ignition angle characteristics were designed for the standard RON value (i.e. for the design RON value). The ignition angle characteristics can have been determined with the aim of providing a standard ignition angle for each of the many possible operating points of the internal combustion engine that is at the knock limit of the internal combustion engine (if one or more standard boundary conditions are present). The ignition angle characteristics can thus have been determined in such a way that the ignition angle characteristics for the individual operating points, if possible, each indicate the ignition angle that is directly at the knock limit of the internal combustion engine when using a fuel with the standard RON value and if one or more standard boundary conditions are present and/or that enables efficiency-optimized operation of the internal combustion engine.

Der Norm-ROZ-Wert kann jedoch derart hoch sein, dass aufgrund von ein oder mehreren physikalischen Grenzwerten des Verbrennungsmotors (z.B. einem Druck-Grenzwert und/oder einem Temperatur-Grenzwert) die Zündwinkel-Kenndaten für zumindest einen Teil der Vielzahl von möglichen Betriebspunkten jeweils einen Norm-Zündwinkel angeben, der ein Zündwinkel-Delta von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) aufweist. Mit anderen Worten, es kann sein, dass der Verbrennungsmotor bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Norm-ROZ-Wert (z.B. ROZ>100) zumindest für einen Teil der möglichen Betriebspunkte (insbesondere bei einer relativ hohen Motor-Last) nicht unmittelbar an der Klopfgrenze betrieben werden kann. Als Folge daraus geben die Zündwinkel-Kenndaten für diesen Teil der möglichen Betriebspunkte nicht den jeweiligen Zündwinkel an der Klopfgrenze an, sondern einen Zündwinkel, der um ein bestimmtes Zündwinkel-Delta von der Klopfgrenze entfernt ist.However, the standard RON value can be so high that, due to one or more physical limit values of the internal combustion engine (e.g. a pressure limit value and/or a temperature limit value), the ignition angle characteristics for at least some of the plurality of possible operating points each indicate a standard ignition angle that has an ignition angle delta from the knock limit of the internal combustion engine (if the one or more standard boundary conditions are present). In other words, it may be that when using a fuel with a relatively high standard RON value (e.g. RON>100), the internal combustion engine cannot be operated directly at the knock limit for at least some of the possible operating points (in particular at a relatively high engine load). As a result, the ignition angle characteristics for this part of the possible operating points do not indicate the respective ignition angle at the knock limit, but rather an ignition angle that is away from the knock limit by a certain ignition angle delta.

Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Klopfgrenzabstand (insbesondere ein Zündwinkel-Delta) des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Der Klopfgrenzabstand kann das Zündwinkel-Delta anzeigen, um das der Norm-Zündwinkel bei dem Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen oder bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) abweicht (und um das der Norm-Zündwinkel weiter nach „früh“ gestellt werden könnte, bevor die Klopfgrenze des Verbrennungsmotors erreicht wird).The device is further configured to use knock limit distance characteristics for the actual operating point of the internal combustion engine to determine a knock limit distance (in particular an ignition angle delta) of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine. The knock limit distance can indicate the ignition angle delta by which the standard ignition angle at the actual operating point of the internal combustion engine deviates from the knock limit of the internal combustion engine (if one or more actual boundary conditions are present or if one or more standard boundary conditions are present) (and by which the standard ignition angle could be set further “earlier” before the knock limit of the internal combustion engine is reached).

Die Klopfgrenzabstands-Kenndaten können für die Vielzahl von möglichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors jeweils den Klopfgrenzabstand anzeigen. Die Klopfgrenzabstands-Kenndaten können im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors experimentell und/oder anhand von Simulationen ermittelt worden sein. Ggf. können für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors (z.B. z.B. Valvetronic-Betrieb (Laststeuerung über Ventilhub), klassischer Betrieb, gedrosselter Betrieb, Millerbetrieb, etc.) jeweils unterschiedliche Klopfgrenzabstands-Kenndaten bereitgestellt werden.The knock limit distance characteristic data can indicate the knock limit distance for the large number of possible operating points of the combustion engine. The knock limit distance characteristic data can be determined in advance of the operation of the combustion engine. tors have been determined experimentally and/or using simulations. If necessary, different knock limit data can be provided for different operating modes of the combustion engine (e.g. Valvetronic operation (load control via valve lift), classic operation, throttled operation, Miller operation, etc.).

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, den Klopfgrenzabstand des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit von der Abweichung der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen, zu ermitteln. So kann der Klopfgrenzabstand in besonders präziser Weise ermittelt werden.The device can be set up to determine the knock limit distance of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine depending on the one or more actual boundary conditions, in particular depending on the deviation of the one or more actual boundary conditions from the one or more corresponding standard boundary conditions. In this way, the knock limit distance can be determined in a particularly precise manner.

Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, den Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung eines Klopfgrenzabstands, der von dem Zündwinkel-Delta des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors abhängt, kann auch bei qualitativ besonders hochwertigen Kraftstoffen (mit einem besonders hohen Ist-ROZ-Wert) in effizienter und zuverlässiger Weise ein wirkungsgradoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors bewirkt werden (zumindest dann, wenn die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen).Furthermore, the device is designed to determine the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle and on the basis of the knock limit distance. By taking into account a knock limit distance that depends on the ignition angle delta of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine, an efficiency-optimized operation of the internal combustion engine can be achieved in an efficient and reliable manner even with particularly high-quality fuels (with a particularly high actual RON value) (at least when the one or more actual boundary conditions deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions).

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die ein oder mehreren (aktuell vorliegenden) Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermitteln, wobei die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zumindest teilweise von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen. Es kann dann anhand einer, insbesondere modellbasierten, Korrektureinheit und auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen ein Offsetwert ermittelt werden. Der Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs kann dann in besonders präziser Weise auch auf Basis des Offsetwerts ermittelt werden. So kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors weiter erhöht werden.The device can be set up to determine the one or more (currently existing) actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine, wherein the one or more actual boundary conditions deviate at least partially from the one or more corresponding standard boundary conditions. An offset value can then be determined using a correction unit, in particular a model-based one, and on the basis of the one or more actual boundary conditions. The operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel can then also be determined in a particularly precise manner on the basis of the offset value. In this way, the efficiency of the internal combustion engine can be further increased.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, anhand einer Klopfadaption (z.B. anhand einer Klopfregelung) ein Adaptions-Zündwinkel-Delta des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen) zu ermitteln. Dabei können im Rahmen der Klopfadaption die ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Insbesondere kann im Rahmen der Klopfadaption bewirkt werden, dass die ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors nicht überschritten werden. Dies kann (bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Ist-ROZ-Wert) dazu führen, dass im Rahmen der Klopfadaption die eigentliche Klopfgrenze des Verbrennungsmotors nicht erreicht wird.The device can be set up to use a knock path adaptation (e.g. using a knock control) to determine an adaptation ignition angle delta of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine (if one or more actual boundary conditions are present). In this case, the one or more limit values of the internal combustion engine can be taken into account as part of the knock path adaptation. In particular, the knock path adaptation can ensure that the one or more limit values of the internal combustion engine are not exceeded. This can (when using a fuel with a relatively high actual RON value) lead to the actual knock limit of the internal combustion engine not being reached as part of the knock path adaptation.

Der Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs kann in besonders präziser Weise auch auf Basis des Adaptions-Zündwinkel-Deltas ermittelt werden. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Norm-ROZ-Wert um einen von dem Adaptions-Zündwinkel-Delta abhängigen ersten Delta-ROZ-Wert zu reduzieren und um einen von dem Klopfgrenzabstand abhängigen zweiten Delta-ROZ-Wert zu erhöhen, um den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs zu ermitteln. So kann der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs in besonders präziser Weise ermittelt werden.The operating ignition angle for the operation of the combustion engine and/or the actual RON value of the fuel can also be determined in a particularly precise manner on the basis of the adaptation ignition angle delta. The device can in particular be set up to reduce the standard RON value by a first delta RON value that depends on the adaptation ignition angle delta and to increase it by a second delta RON value that depends on the knock limit distance in order to determine the actual RON value of the fuel. The actual RON value of the fuel can thus be determined in a particularly precise manner.

Die Vorrichtung kann somit eingerichtet sein, den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor betrieben wird. Der Ist-ROZ-Wert kann mit einem ROZ-Schwellenwert verglichen werden (wobei der ROZ-Schwellenwert ggf. für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors unterschiedlich ist). Es kann dann in Abhängigkeit von dem Vergleich entschieden werden, ob der Klopfgrenzabstand bei der Ermittlung des Betriebs-Zündwinkels berücksichtigt wird oder nicht. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Klopfgrenzabstand bei der Ermittlung des Betriebs-Zündwinkels zu berücksichtigen, insbesondere nur dann zu berücksichtigen, wenn der Ist-ROZ-Wert gleich wie oder größer als der ROZ-Schwellenwert ist. So kann in wirkungsgradoptimierter Weise die Zuverlässigkeit des Betriebs des Verbrennungsmotors (insbesondere in Bezug auf einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors) weiter erhöht werden.The device can thus be set up to determine the actual RON value of the fuel with which the internal combustion engine is operated. The actual RON value can be compared with a RON threshold value (where the RON threshold value may be different for different operating points of the internal combustion engine). Depending on the comparison, a decision can then be made as to whether or not the knock limit distance is taken into account when determining the operating ignition angle. The device can in particular be set up to take the knock limit distance into account when determining the operating ignition angle, in particular only to take it into account if the actual RON value is equal to or greater than the RON threshold value. In this way, the reliability of the operation of the internal combustion engine (in particular with regard to knock-free operation of the internal combustion engine) can be further increased in an efficiency-optimized manner.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which comprises the device described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff (insbesondere mit Benzin) beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln, anhand von Zündwinkel-Kenndaten, eines Norm-Zündwinkels für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, sowie das Ermitteln, anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten und für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, eines Klopfgrenzabstands des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln des Betriebs-Zündwinkels für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder des Ist-ROZ-Wertes des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands.According to a further aspect, a method for operating an internal combustion engine with a fuel (in particular with gasoline) is described. The method comprises determining, based on ignition angle characteristics, a standard ignition angle for an actual operating point of the internal combustion engine, and determining, based on knock limit distance characteristics and for the actual operating point of the internal combustion engine, a knock limit distance the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine. The method also includes determining the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle and on the basis of the knock limit distance.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be configured to be executed on a processor (e.g. on a control unit of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is designed to be executed on a processor and thereby to carry out the method described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used alone or in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1a beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor;
1b ein beispielhaftes Zündwinkel-Kennfeld;
1c eine beispielhafte Vorrichtung zur Ermittlung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunktes für den Betrieb eines Verbrennungsmotors;
2 eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunktes für den Betrieb eines Verbrennungsmotors bei Berücksichtigung von Kraftstoffen mit einer besonders hohen ROZ-Zahl; und
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des Zündwinkels für den Betriebs eines Verbrennungsmotors.

The invention is described in more detail below using exemplary embodiments.

1a exemplary components of a vehicle with an internal combustion engine;
1b an example ignition angle map;
1c an exemplary device for determining the ignition angle or ignition timing for the operation of an internal combustion engine;
2 a device for determining the ignition angle or ignition timing for the operation of an internal combustion engine, taking into account fuels with a particularly high RON number; and
3 a flow chart of an exemplary method for determining the ignition angle for the operation of an internal combustion engine.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung des Wirkungsgrads eines Verbrennungsmotors bei Betrieb mit einem Kraftstoff, der eine besonders hohe ROZ-Zahl (z.B. ROZ>100) aufweist. In diesem Zusammenhang zeigt 1a ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem Verbrennungsmotor 102, der ausgebildet ist, das Fahrzeug 100 anzutreiben, und der mit einem Kraftstoff (z.B. mit Benzin) betrieben wird. Eine (Steuer-) Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, den Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument die Begriffe Zündwinkel und Zündzeitpunkt in austauschbarer Weise verwendet werden.As stated at the beginning, this document deals with increasing the efficiency of an internal combustion engine when operating with a fuel that has a particularly high RON number (eg RON>100). In this context, 1a an exemplary vehicle 100 with an internal combustion engine 102 that is designed to drive the vehicle 100 and that is operated with a fuel (eg gasoline). A (control) device 101 of the vehicle 100 can be set up to determine the ignition angle for the operation of the internal combustion engine 102. It should be noted that in this document the terms ignition angle and ignition timing are used interchangeably.

Das Fahrzeug 100 umfasst ein oder mehrere Sensoren 104, die eingerichtet sein, ein oder mehrere Betriebsbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (d.h. den Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102) zu ermitteln, wie z.B. die Last und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors 102. Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 ein oder mehreren Sensoren 103 umfassen, die eingerichtet sind, ein oder mehrere Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102, wie z.B. die Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums), zu erfassen. Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, den Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102 und/oder in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zu ermitteln.The vehicle 100 comprises one or more sensors 104 that are configured to determine one or more operating conditions for the operation of the internal combustion engine 102 (i.e. the operating point of the internal combustion engine 102), such as the load and/or the speed of the internal combustion engine 102. Furthermore, the vehicle 100 can comprise one or more sensors 103 that are configured to detect one or more actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine 102, such as the temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber). The device 101 can be configured to determine the ignition angle for the operation of the internal combustion engine 102 depending on the operating point of the internal combustion engine 102 and/or depending on the one or more actual boundary conditions.

1b zeigt ein beispielhaftes Zündwinkel-Kennfeld 110, das im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (z.B. experimentell und/oder anhand einer Simulation) ermittelt worden ist. Das Zündwinkel-Kennfeld 110 gibt für eine Kombination von ein oder mehreren Betriebsparametern (z.B. die Last 112 und/oder die Drehzahl 111) des Verbrennungsmotors 102 (d.h. für einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102) jeweils einen Norm-Zündwinkel 113 an. Das Zündwinkel-Kennfeld 110 kann für einen Kraftstoff ermittelt worden sein, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Ferner kann das Zündwinkel-Kennfeld 110 für ein oder mehreren Norm-Randbedingungen ermittelt worden sein. Der Norm-Zündwinkel 113 kann dabei jeweils der frühestmögliche Zündwinkel bei Verwendung eines Kraftstoffs mit dem Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen sein, sodass ein wirkungsgradoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors 102 bewirkt wird. 1b shows an exemplary ignition angle map 110 that was determined prior to the operation of the internal combustion engine 102 (e.g. experimentally and/or using a simulation). The ignition angle map 110 indicates a standard ignition angle 113 for a combination of one or more operating parameters (e.g. the load 112 and/or the speed 111) of the internal combustion engine 102 (i.e. for an operating point of the internal combustion engine 102). The ignition angle map 110 can have been determined for a fuel that has a standard RON value. Furthermore, the ignition angle map 110 can have been determined for one or more standard boundary conditions. The standard ignition angle 113 can in each case be the earliest possible ignition angle when using a fuel with the standard RON value and when the one or more standard boundary conditions are present, so that an efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102 is achieved.

Wenn der während des Betriebs verwendete Kraftstoff den Norm-ROZ-Wert aufweist und wenn die ein oder mehreren Norm-Randbedingungen vorliegen, dann kann der Verbrennungsmotor 102 mit dem Norm-Zündwinkel 113 betrieben werden. Wenn andererseits der Ist-ROZ-Wert von dem Norm-ROZ-Wert und/oder die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen, so ist typischerweise eine Anpassung des Norm-Zündwinkels 113 erforderlich, um weiterhin einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu bewirken.If the fuel used during operation has the standard RON value and if the one or more standard boundary conditions are present, then the internal combustion engine 102 can be operated with the standard ignition angle 113. On the other hand, if the actual RON value deviates from the standard RON value and/or the one or more actual boundary conditions deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions, an adjustment of the standard ignition angle 113 is typically required in order to continue to achieve efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102.

1c veranschaulicht eine beispielhafte Anpassung des Norm-Zündwinkels 113. Anhand einer Korrektureinheit 120 kann ein Offsetwert 122 ermittelt werden, mit dem der Norm-Zündwinkel 113 angepasst, insbesondere (nach spät) angepasst, werden kann, um den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Die (modellbasierte) Korrektureinheit 120 kann eingerichtet sein, den Offsetwert 122 auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen 121 (insbesondere auf Basis der Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)) und/oder auf Basis des Ist-ROZ-Wertes zu ermitteln. Die in Zusammenhang mit 1c beschriebene Anpassung des Norm-Zündwinkels 113 beruht auf der Annahme, dass der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs stets kleiner als der Norm-ROZ-Wert (d.h. als der Auslegungs-ROZ-Wert) ist. 1c illustrates an exemplary adjustment of the standard ignition angle 113. Using a correction unit 120, an offset value 122 can be determined with which the standard ignition angle 113 can be adjusted, in particular adjusted (after retarding), in order to determine the operating ignition angle 123 for the operation of the internal combustion engine 102. The (model-based) correction unit 120 can be set up to determine the offset value 122 on the basis of the one or more actual boundary conditions 121 (in particular on the basis of the actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the direct surroundings of the combustion chamber)) and/or on the basis of the actual RON value. The values associated with 1c The adjustment of the standard ignition angle 113 described is based on the assumption that the actual RON value of the fuel is always less than the standard RON value (ie the design RON value).

Die Entwicklung von neuen Kraftstoffen führt dazu, dass Kraftstoffe verfügbar werden, die einen besonders hohen ROZ-Wert (z.B. ROZ>100) aufweisen. Als Folge daraus steigt der Norm- bzw. Auslegungs-ROZ-Wert, für den ein Zündwinkel-Kennfeld 110 zu ermitteln und im Fahrzeug 100 zu hinterlegen ist. Wie eingangs dargelegt, weist der Verbrennungsmotor 102 typischerweise ein oder mehrere Grenzwerte auf, die bei Betrieb des Verbrennungsmotors 102 nicht überschritten werden sollten, z.B. einen Druck-Grenzwert, etwa für den Kolben, für das Pleuellager, für die Zündkerze, etc., und/oder einen Temperatur-Grenzwert, etwa für den Kolben, für das Pleuellager, für die Zündkerze, etc. Dies hat wiederum zur Folge, dass bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen zumindest für einen Teil der möglichen Betriebspunkte kein wirkungsgradoptimierter Norm-Zündwinkel 113 ermittelt werden kann (der an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102 liegt). Für diese Betriebspunkte wird dann typischerweise jeweils ein Norm-Zündwinkel 113 in dem Kennfeld 110 hinterlegt, der sich durch die ein oder mehrere Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102 ergibt.The development of new fuels means that fuels with a particularly high RON value (e.g. RON>100) are becoming available. As a result, the standard or design RON value increases, for which an ignition angle map 110 must be determined and stored in the vehicle 100. As explained at the beginning, the internal combustion engine 102 typically has one or more limit values that should not be exceeded when the internal combustion engine 102 is operating, e.g. a pressure limit value, for example for the piston, for the connecting rod bearing, for the spark plug, etc., and/or a temperature limit value, for example for the piston, for the connecting rod bearing, for the spark plug, etc. This in turn has the consequence that when using a fuel with a relatively high standard RON value and when one or more standard boundary conditions are present, an efficiency-optimized standard ignition angle 113 cannot be determined for at least some of the possible operating points (which is at the knock limit of the internal combustion engine 102). For these operating points, a standard ignition angle 113 is then typically stored in the characteristic map 110, which results from the one or more limit values of the internal combustion engine 102.

Wenn der Verbrennungsmotor 102 mit einem Kraftstoff betrieben wird, der eine Ist-Temperatur aufweist, die von der Norm-Temperatur abweicht, insbesondere die höher als die Norm-Temperatur ist, wird durch die Korrektureinheit 120 ein Offsetwert 122 ermittelt, durch den der Norm-Zündwinkel 113 aus dem Zündwinkel-Kennfeld 110 erhöht, d.h. in Richtung „spät“ verstellt, wird. Eine derartige Korrektur des Norm-Zündwinkels 113 ist ggf. nicht erforderlich, wenn der durch das Kennfeld 110 angezeigt Norm-Zündwinkel 113 aufgrund des relativ hohen Norm-ROZ-Wertes nicht an der Kopfgrenze liegt. Als Folge daraus wird der Verbrennungsmotor 102 bei einer Ist-Randbedingung 121 (insbesondere bei einer Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)), die von der entsprechenden Norm-Randbedingung abweicht, nicht in wirkungsgradoptimierter Weise betrieben.If the internal combustion engine 102 is operated with a fuel that has an actual temperature that deviates from the standard temperature, in particular that is higher than the standard temperature, the correction unit 120 determines an offset value 122 by which the standard ignition angle 113 from the ignition angle map 110 is increased, i.e. adjusted in the "retard" direction. Such a correction of the standard ignition angle 113 may not be necessary if the standard ignition angle 113 displayed by the map 110 is not at the head limit due to the relatively high standard RON value. As a result, the internal combustion engine 102 is not operated in an efficiency-optimized manner under an actual boundary condition 121 (in particular under an actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber)) that deviates from the corresponding standard boundary condition.

2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 200, die es ermöglicht, auch ausgehend von einem Zündwinkel-Kennfeld 110 für einen Kraftstoff mit einem besonders hohen Norm-ROZ-Wert einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermöglichen. Die Vorrichtung 200 umfasst zu diesem Zweck eine Kompensationseinheit, die eingerichtet ist, für die unterschiedlichen Betriebspunkte (insbesondere für unterschiedliche Kombinationen von Last 112 und Drehzahl 111) des Verbrennungsmotors 102 jeweils einen Klopfgrenzabstand 222 zu ermitteln. Die Kompensationseinheit kann auf einem im Vorfeld ermittelten Kompensations- bzw. Klopfabstands-Kennfeld 220 basieren, das für die unterschiedlichen Betriebspunkte jeweils den Klopfgrenzabstand 222 angibt. 2 shows an exemplary device 200 that makes it possible to enable efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102, even starting from an ignition angle map 110 for a fuel with a particularly high standard RON value. For this purpose, the device 200 comprises a compensation unit that is set up to determine a knock limit distance 222 for the different operating points (in particular for different combinations of load 112 and speed 111) of the internal combustion engine 102. The compensation unit can be based on a compensation or knock distance map 220 determined in advance, which indicates the knock limit distance 222 for the different operating points.

Der Klopfgrenzabstand 222 für einen Betriebspunkt kann davon abhängen, wie weit der von dem Zündwinkel-Kennfeld 110 angezeigte Norm-Zündwinkel 113 (aufgrund der ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) von der Klopfgrenze (und somit von einem wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102) abweicht. Der Klopfgrenzabstand 222 kann für unterschiedliche Betriebspunkte (und ggf. für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors 102) unterschiedlich sein. Das Kompensations-Kennfeld 220 zur Ermittlung des jeweiligen Klopfgrenzabstands 222 kann im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (experimentell und/oder anhand von Simulation) ermittelt worden sein.The knock limit distance 222 for an operating point can depend on how far the standard ignition angle 113 displayed by the ignition angle map 110 (due to the one or more limit values of the internal combustion engine 102) deviates from the knock limit (and thus from an efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102). The knock limit distance 222 can be different for different operating points (and possibly for different operating modes of the internal combustion engine 102). The compensation map 220 for determining the respective knock limit distance 222 can have been determined in advance of the operation of the internal combustion engine 102 (experimentally and/or based on simulation).

Es kann somit auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen 121 ein Offsetwert 122 für den durch das Zündwinkel-Kennfeld 110 (für den aktuellen Betriebspunkt) angezeigten Norm-Zündwinkel 113 ermittelt werden. Ferner kann der Klopfgrenzabstand 222 für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102 ermittelt werden (ggf. unter Berücksichtigung der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen 121). Der Norm-Zündwinkel 113 kann dann basierend auf dem Offsetwert 122 und basierend auf dem Klopfgrenzabstand 222 angepasst werden, um den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb (insbesondere für die Vorsteuerung) des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Beispielsweise kann der Betriebs-Zündwinkel 113 Z_B ermittelt werden, als Z_B = Z_N + O - K, wobei Z_N der Norm-Zündwinkel 113 ist, wobei O der Offsetwert 122 ist, und wobei K der Klopfgrenzabstand 222 ist.Thus, based on the one or more actual boundary conditions 121, an offset value 122 can be determined for the standard ignition angle 113 indicated by the ignition angle map 110 (for the current operating point). Furthermore, the knock limit distance 222 can be determined for the current operating point of the internal combustion engine 102 (if necessary, taking into account the one or more actual boundary conditions 121). The standard ignition angle 113 can then be adjusted based on the offset value 122 and based on the knock limit distance 222 in order to determine the operating ignition angle 123 for the operation (in particular for the pre-control) of the internal combustion engine 102. For example, the operating ignition angle 113 Z _B can be determined as Z _B = Z _N + O - K, where Z _N is the standard ignition angle 113, where O is the offset value 122, and where K is the knock limit distance 222.

Wie eingangs dargelegt, sollte ein Verbrennungsmotor 102 im gesamten Betriebsbereich (d.h. für alle Betriebspunkte) wirkungsgradoptimal an der Klopfgrenze betrieben werden. Die Klopffestigkeit von Kraftstoffen (d.h. der ROZ-Wert von Kraftstoffen) nimmt durch technische Verbesserungen in der Herstellung weiter zu. Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, die wirkungsgradbezogenen Potenziale, die diese Kraftstoffe bezüglich Klopffestigkeit bieten, in effizienter und zuverlässiger Weise zu nutzen.As stated at the beginning, an internal combustion engine 102 should be operated at the knock limit with optimum efficiency over the entire operating range (i.e. for all operating points). The knock resistance of fuels (i.e. the RON value of fuels) continues to increase due to technical improvements in production. The measures described in this document make it possible to use the efficiency-related potential that these fuels offer in terms of knock resistance in an efficient and reliable manner.

Durch ein Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren bei Betrieb des Verbrennungsmotors 102 kann anhand einer Messung der Klopfgrenze (die über eine Klopferkennung und -regelung erkannt wird) auf die Qualität, d.h. auf den Ist-ROZ-Wert, des aktuell verwendeten Kraftstoffs geschlossen werden. Mit dieser ermittelten Kraftstoffqualität kann die Vorsteuerung der Zündung (d.h. kann der Betriebs-Zündwinkel 123) passend korrigiert werden. Zudem kann ein Modell zur Korrektur der Zündungsvorsteuerung (d.h. zur Ermittlung des Betriebs-Zündwinkels 123) verwendet werden, das die Ansaugtemperatur (d.h. die Ist-Temperatur) und/oder das die Motortemperatur berücksichtigt.By means of a control and/or regulation method during operation of the internal combustion engine 102, the quality, i.e. the actual RON value, of the fuel currently being used can be determined based on a measurement of the knock limit (which is detected via knock detection and control). With this determined fuel quality, the pre-control of the ignition (i.e. the operating ignition angle 123) can be corrected accordingly. In addition, a model can be used to correct the ignition pre-control (i.e. to determine the operating ignition angle 123), which takes into account the intake temperature (i.e. the actual temperature) and/or the engine temperature.

Wenn die Zündung nicht im gesamten Kennfeldbereich uneingeschränkt für den Kraftstoff frühestmöglich gewählt werden kann (z.B., weil ansonsten die Bauteiltemperaturgrenze der Zündkerze überschritten wird), ist die gemessene Klopfgrenze typischerweise nicht mehr aussagekräftig bzgl. der Qualität (insbesondere bzgl. des Ist-ROZ-Wertes) des verwendeten Kraftstoffes. Diese Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors 102 können deshalb nicht bei der Ermittlung der Kraftstoffqualität berücksichtigt werden, sodass eine Ermittlung der Kraftstoffqualität in diesen Bereichen nicht möglich ist.If the ignition cannot be selected as early as possible for the fuel without restriction in the entire map area (e.g. because otherwise the component temperature limit of the spark plug is exceeded), the measured knock limit is typically no longer meaningful with regard to the quality (in particular with regard to the actual RON value) of the fuel used. These operating ranges of the internal combustion engine 102 cannot therefore be taken into account when determining the fuel quality, so that a determination of the fuel quality in these ranges is not possible.

Wie bereits dargelegt, ist bei Verwendung von sehr klopffesten Kraftstoffen (ROZ-Werte >100) im Hochlastbereich die Klopfgrenze ggf. nicht mehr messbar, da bei für die Klopfneigung günstigen Randbedingungen (geringe Umgebungs- und Motortemperaturen), insbesondere da bei den ein oder mehreren Norm-Randbedingungen, ansonsten maximal zulässige Drücke im Brennraum (d.h. Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) überschritten werden. Diese maximal zulässigen Drücke werden z.B. definiert über die Bauteilfestigkeitsgrenzen der an der Verbrennung beteiligten Komponenten (z.B. Komponenten der Kolbenbaugruppe und/oder der Zündkerze und/oder des Pleuellagers, etc.) sowie Komponenten des Ventil- und Kurbeltriebs. Durch den erforderlichen Abstand zu der Klopfgrenze ist daher eine generelle Anwendung und/oder eine fehlerfreie Funktion der weiter oben beschriebenen Kraftstoffqualitätserkennung nicht mehr möglich.As already explained, when using very knock-resistant fuels (RON values >100) in the high-load range, the knock limit may no longer be measurable, since under conditions favorable for the tendency to knock (low ambient and engine temperatures), in particular under one or more standard conditions, otherwise maximum permissible pressures in the combustion chamber (i.e. limit values of the combustion engine 102) are exceeded. These maximum permissible pressures are defined, for example, by the component strength limits of the components involved in combustion (e.g. components of the piston assembly and/or the spark plug and/or the connecting rod bearing, etc.) as well as components of the valve and crank drive. Due to the required distance from the knock limit, a general application and/or error-free function of the fuel quality detection described above is therefore no longer possible.

Bei klopfkritischen Ist-Randbedingungen aufgrund erhöhter Temperaturen (z.B. des Kraftstoffs, der Ansaugluft und/oder des Motors 102) wird die Zündung (durch die Korrektureinheit 120) typischerweise Richtung spät korrigiert. Wird bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einer relativ hohen Oktanzahl die gleiche Spätstellung des Zündwinkels in Betriebspunkten verwendet, in denen (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) ein Klopfgrenzabstand zur Einhaltung der maximal zulässigen Drücke (d.h. der ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) vorliegt, wird das Kraftstoff-Wirkungsgradpotenzial nicht ausgenutzt. Damit steigen typischerweise der Verbrauch und/oder CO₂-Emissionen und/oder Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors 102 an, obwohl dies bei Ist-Randbedingungen, die von den Norm-Randbedingungen abweichen, nicht erforderlich wäre.In the case of knock-critical actual boundary conditions due to increased temperatures (e.g. of the fuel, the intake air and/or the engine 102), the ignition is typically corrected towards late (by the correction unit 120). If, when using a fuel with a relatively high octane number, the same late position of the ignition angle is used at operating points in which (if the one or more standard boundary conditions are present) there is a knock limit distance to comply with the maximum permissible pressures (i.e. the one or more limit values of the combustion engine 102), the fuel efficiency potential is not utilized. This typically increases the consumption and/or CO ₂ emissions and/or exhaust gas temperatures of the combustion engine 102, although this would not be necessary under actual boundary conditions that deviate from the standard boundary conditions.

Wie weiter oben dargelegt, kann die Klopfadaption einen zur aktuell verwendeten Kraftstoffqualität passenden Offset 122 an die Zündungsvorsteuerung weitergeben. Dieser Offset 122 kann zusätzlich um den Klopfgrenzabstand 222 (z.B. in Form eines Werts, der aus einem Drehzahl-/ Lastabhängigen Kennfeld 220 ausgelesen wird) korrigiert werden. Damit kann auch in Betriebsbereichen, in denen die Klopfgrenze (z.B. wegen maximal zulässiger Druckgrenzen im Brennraum) nicht mit allen Kraftstoffen angefahren werden kann, eine Kraftstoffqualitätsermittlung erfolgen bzw. die Kraftstoffqualität durchgehend richtig berechnet werden.As explained above, the knock path adaptation can pass on an offset 122 to the ignition pre-control that matches the fuel quality currently being used. This offset 122 can also be corrected by the knock limit distance 222 (e.g. in the form of a value that is read from a speed/load-dependent map 220). This means that fuel quality can be determined or the fuel quality can be correctly calculated throughout even in operating ranges in which the knock limit cannot be reached with all fuels (e.g. due to maximum permissible pressure limits in the combustion chamber).

Alternativ oder ergänzend kann die Korrektur der Zündungsvorsteuerung (z.B. eine Korrektur aufgrund einer Abweichung von einer Norm-Randbedingung, etwa einer Norm-Temperatur) mit dem Klopfgrenzabstand 222 verrechnet werden, um den Betriebs-Zündwinkel 123 zu ermitteln. Dies kann ggf. nur dann bewirkt werden, wenn eine bestimmte Aktivierungsbedingung erfüllt ist. Eine beispielhafte Aktivierungsbedingung ist, dass auf Basis der Klopfadaption erkannt wird, dass der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs einen bestimmten ROZ-Schwellenwert erreicht oder überschreitet (wobei der ROZ-Schwellenwert für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 102 unterschiedlich sein kann). Durch die Berücksichtigung des Klopfgrenzabstands 222 kann das ROZ-Potenzial eines hochoktanigen Kraftstoffs vollständig zur CO₂- und/oder Verbrauchsminimierung ausgenutzt werden und/oder es können negative Auswirkungen durch Degradationsmaßnahmen auf ein Minimum reduziert werden.Alternatively or additionally, the correction of the ignition pre-control (e.g. a correction due to a deviation from a standard boundary condition, such as a standard temperature) can be offset against the knock limit distance 222 in order to determine the operating ignition angle 123. This can only be achieved if a specific activation condition is met. An example activation condition is that it is recognized on the basis of the knock path adaptation that the actual RON value of the fuel reaches or exceeds a specific RON threshold value (whereby the RON threshold value can be different for different operating points of the internal combustion engine 102). By taking the knock limit distance 222 into account, the RON potential of a high-octane fuel can be fully exploited to minimize CO ₂ and/or consumption and/or negative effects due to degradation measures can be reduced to a minimum.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines Verbrennungsmotors 102 mit einem Kraftstoff, wobei der Kraftstoff einen Ist-ROZ-Wert aufweist. Das Verfahren 300 kann insbesondere darauf ausgelegt sein, den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb (insbesondere für die Vorsteuerung der Zündwinkel-Regelung) des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. 3 shows a flow chart of a (possibly computer-implemented) method 300 for Operation of an internal combustion engine 102 with a fuel, wherein the fuel has an actual RON value. The method 300 can be designed in particular to determine the operating ignition angle 123 for the operation (in particular for the pre-control of the ignition angle control) of the internal combustion engine 102.

Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301, anhand von (im Vorfeld ermittelten) Zündwinkel-Kenndaten 110, eines Norm-Zündwinkels 113 für den (aktuell vorliegenden) Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102. Die Zündwinkel-Kenndaten 110 können für eine Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Betriebspunkten jeweils einen Norm-Zündwinkel 113 angeben. Ein möglicher Betriebspunkt kann ggf. einer Kombination aus Last 112 und Drehzahl 111 des Verbrennungsmotors 102 entsprechen. Die Zündwinkel-Kenndaten 110 können für einen Kraftstoff ermittelt worden sein, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Ferner können die Zündwinkel-Kenndaten 110 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 bei Vorliegen von ein oder mehreren Norm-Randbedingungen (z.B. bei Vorliegen einer Norm-Temperatur des Kraftstoffs und/oder der Ansaugluft, bei Vorliegen einer Norm-Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder bei Vorliegen eines Norm-Lambdawertes (d.h. eines Norm-Verhältnisses aus Verbrennungsluft und Kraftstoff) ermittelt worden sein.The method 300 includes determining 301, based on ignition angle characteristics 110 (determined in advance), a standard ignition angle 113 for the (currently available) actual operating point of the internal combustion engine 102. The ignition angle characteristics 110 can specify a standard ignition angle 113 for a large number of different possible operating points. A possible operating point can possibly correspond to a combination of load 112 and speed 111 of the internal combustion engine 102. The ignition angle characteristics 110 can have been determined for a fuel that has a standard RON value. Furthermore, the ignition angle characteristic data 110 for the operation of the internal combustion engine 102 can have been determined when one or more standard boundary conditions exist (e.g. when a standard temperature of the fuel and/or the intake air exists, when a standard temperature of the internal combustion engine exists and/or when a standard lambda value exists (i.e. a standard ratio of combustion air and fuel).

Bei dem aktuellen Betrieb des Verbrennungsmotors 102 können ein oder mehrere Ist-Randbedingungen vorliegen, die von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen.During the current operation of the internal combustion engine 102, one or more actual boundary conditions may exist that deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions.

Das Verfahren 300 umfasst ferner das Ermitteln 302, anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten 220 und für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102, eines Klopfgrenzabstands 222 des Norm-Zündwinkels 113 von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102. Der Klopfgrenzabstand 222 kann das Zündwinkel-Delta angeben, um das der Norm-Zündwinkel 113 in dem (aktuellen) Ist-Betriebspunkt (und bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen) von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102 abweicht. Dabei kann der Klopfgrenzabstand 222 von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen, insbesondere von der Abweichung der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen, abhängen.The method 300 further includes determining 302, based on knock limit distance characteristics 220 and for the actual operating point of the internal combustion engine 102, a knock limit distance 222 of the standard ignition angle 113 from the knock limit of the internal combustion engine 102. The knock limit distance 222 can indicate the ignition angle delta by which the standard ignition angle 113 deviates from the knock limit of the internal combustion engine 102 at the (current) actual operating point (and when the one or more actual boundary conditions are present). The knock limit distance 222 can depend on the one or more actual boundary conditions, in particular on the deviation of the one or more actual boundary conditions from the one or more corresponding standard boundary conditions.

Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 303 eines Betriebs-Zündwinkels 123 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 und/oder des Ist-ROZ-Wertes des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels 113 und auf Basis des Klopfgrenzabstands 222.Furthermore, the method 300 includes determining 303 an operating ignition angle 123 for the operation of the internal combustion engine 102 and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle 113 and on the basis of the knock limit distance 222.

Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, auch bei Kraftstoffen mit einem besonders hohen ROZ-Wert in effizienter und zuverlässiger Weise einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu bewirken.The measures described in this document make it possible to achieve efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102 in an efficient and reliable manner, even with fuels having a particularly high RON value.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are intended only to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems by way of example.

Claims

Device (101) for operating an internal combustion engine (102) with a fuel; wherein the device (101) is set up to - determine a standard ignition angle (113) based on ignition angle characteristics (110) for an actual operating point of the internal combustion engine (102); - determine a knock limit distance (222) of the standard ignition angle (113) from a knock limit of the internal combustion engine (102) based on knock limit distance characteristics (220) for the actual operating point of the internal combustion engine (102); and - determine an operating ignition angle (123) for the operation of the internal combustion engine (102) and/or an actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle (113) and on the basis of the knock limit distance (222).

Device (101) according to Claim 1 , wherein the ignition angle characteristics (110) are based on one or more standard boundary conditions for the operation of the internal combustion engine (102); and wherein the device (101) is set up to - determine one or more actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine (102); wherein the one or more actual boundary conditions deviate at least partially from the one or more corresponding standard boundary conditions; - determine an offset value (122) using a, in particular model-based, correction unit (120) and on the basis of the one or more actual boundary conditions; and - determine the operating ignition angle (123) for the operation of the internal combustion engine (102) and/or the actual RON value of the fuel also on the basis of the offset value (122).

Device (101) according to one of the preceding claims, wherein the device (101) is set up to - use a knock path adaptation to determine an adaptation ignition angle delta of the standard ignition angle (113) from the knock limit of the internal combustion engine (102), in particular in the presence of one or more actual boundary conditions; and - to determine the operating ignition angle (123) for the operation of the internal combustion engine (102) and/or the actual RON value of the fuel also on the basis of the adaptation ignition angle delta.

Device (101) according to Claim 3 , wherein - the ignition angle characteristic data (110) are based on operation of the internal combustion engine (102) with fuel having a standard RON value; and - the device (101) is configured to reduce the standard RON value by a first delta RON value dependent on the adaptation ignition angle delta and to increase a second delta RON value dependent on the knock limit distance (222) in order to determine the actual RON value of the fuel with which the internal combustion engine (102) is operated.

Device (101) according to one of the preceding claims, wherein the device (101) is configured to - determine the actual RON value of the fuel with which the internal combustion engine (102) is operated; - compare the actual RON value with a RON threshold value; and - depending on the comparison, take into account or not take into account the knock limit distance (222) when determining the operating ignition angle (123).

Device (101) according to Claim 5 , wherein the device (101) is configured to take the knock limit distance (222) into account when determining the operating ignition angle (123), in particular only to take it into account if the actual RON value is equal to or greater than the RON threshold value.

Device (101) according to one of the preceding claims, wherein - the ignition angle characteristics (110) are based on one or more standard boundary conditions for the operation of the internal combustion engine (102); - the one or more standard boundary conditions in particular comprise, - a standard temperature of the fuel; - a standard temperature of the air sucked in by the internal combustion engine (102); - a standard temperature of coolant for cooling the internal combustion engine (102); and/or - a standard temperature of the internal combustion engine (102); and/or - a standard lambda value; - the ignition angle characteristics (110) are based on operation of the internal combustion engine (102) with fuel that has a standard RON value; - the ignition angle characteristics (110) were determined with the aim of providing a standard ignition angle (113) for a large number of possible operating points of the internal combustion engine (102) which lies at the knock limit of the internal combustion engine (102) when the one or more standard boundary conditions are present; and - the standard RON value is so high that, due to one or more physical limit values of the internal combustion engine (102), the ignition angle characteristics (110) for at least some of the large number of possible operating points each indicate a standard ignition angle (113) which has an ignition angle delta from the knock limit of the internal combustion engine (102) when the one or more standard boundary conditions are present.

Device (101) according to one of the preceding claims, wherein the device (101) is configured to - determine one or more actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine (102); wherein the one or more actual boundary conditions deviate at least partially from the one or more corresponding standard boundary conditions; - determine the knock limit distance (222) of the standard ignition angle (113) from the knock limit of the internal combustion engine (102) depending on the one or more actual boundary conditions, in particular depending on a deviation of the one or more actual boundary conditions from the one or more corresponding standard boundary conditions.

Device (101) according to one of the preceding claims, wherein the ignition angle characteristic data (110) and/or the knock limit characteristic data (220) have been determined experimentally and/or by means of simulations prior to the operation of the internal combustion engine (102).

Method (300) for operating an internal combustion engine (102) with a fuel; the method (300) comprising, - determining (301), based on ignition angle characteristics (110), a standard ignition angle (113) for an actual operating point of the internal combustion engine (102); - determining (302), based on knock limit distance characteristics (220) and for the actual operating point of the internal combustion engine (102), a knock limit distance (222) of the standard ignition angle (113) from a knock limit of the internal combustion engine (102); and - determining (303) an operating ignition angle (123) for the operation of the internal combustion engine (102) and/or an actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle (113) and on the basis of the knock limit distance (222).