DE10220598B3 - IC engine ignition angle adaption method for matching variable compression ratio e.g. for automobile engine, with transition ignition angle used during compression ratio variation phase - Google Patents

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Abstract

The adaption method has the ignition angle for the IC engine obtained from a characteristic field corrected via a given correction function, for matching the actual compression ratio, in stationary operating phases having a constant compression ratio, with a transition ignition angle used for preventing engine knock via an ignition angle reserve, in instationary operating phases with a varying compression ratio.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen des Zündwinkels an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis.The present invention relates to a method of adjusting the ignition angle the compression ratio a spark-ignited Internal combustion engine with variable Compression ratio.

Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmaschinen, mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis sind seit längerer Zeit bekannt; verwiesen sei beispielsweise auf die US 4,469,055 , WO 86/01 562 A1 und WO 96/27079 A1. Änderungen des Verdichtungsverhältnisses, bei dem es sich um das Verhältnis zwischen den Volumina des Brennraumes im oberen und unteren Totpunkt des Kolbens handelt, lassen sich z. B. durch Änderungen des Kolbenhubes erzielen. Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird das Verdichtungsverhältnis kontinuierlich geändert, um es an Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anzupassen. Hierdurch wird eine Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine über dem gesamten Betriebsbereich angestrebt.Internal combustion engines, in particular reciprocating piston engines, with a variable compression ratio have been known for a long time; For example, see US 4,469,055 , WO 86/01 562 A1 and WO 96/27079 A1. Changes in the compression ratio, which is the ratio between the volumes of the combustion chamber in the top and bottom dead center of the piston, can be e.g. B. by changing the piston stroke. In internal combustion engines of this type, the compression ratio is changed continuously in order to adapt it to operating conditions of the internal combustion engine. The aim is to optimize the operation of the internal combustion engine over the entire operating range.

Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (z. B. Otto-Motoren) sind bekanntlich der Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel und das Verdichtungsverhältnis eng miteinander verknüpft. Das Verdichtungsverhältnis beeinflusst den Verlauf des Verbrennungsdrucks über seine Auswirkung auf die Gemischentflammung (Zündverzögerung und Brenngeschwindigkeit). Um die Energie des Brenngasgemisches in der Brennkammer optimal umzusetzen, sollte das Maximum des Verbrennungsdrucks bei ungefähr 15 bis 20°CRK (Kurbelwellenwinkel) nach dem oberen Totpunkt liegen. Um dies zu erreichen, muss aufgrund der Zündverzögerung und der Brenngeschwindigkeit der Zündzeitpunkt auf z. B. 20 bis 25°CRK vor dem oberen Totpunkt vorverlegt werden. Da die Zündverzögerung und die Brenngeschwindigkeit eng mit dem Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine verknüpft sind, sollte daher der Zündwinkel an das aktuelle Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis angepasst werden.With spark-ignited internal combustion engines (e.g. As Otto engines) are known to be the ignition timing or ignition angle and the compression ratio closely linked. The compression ratio influences the course of the combustion pressure via its effect on the Mixture ignition (ignition delay and Burning rate). To the energy of the fuel gas mixture in the To implement the combustion chamber optimally, the maximum combustion pressure should be at around 15 to 20 ° CRK (Crankshaft angle) after top dead center. To do this must reach due to the ignition delay and the burning rate the ignition point on z. B. 20 to 25 ° CRK be brought forward before top dead center. Because the ignition delay and the burning rate closely with the compression ratio of the Internal combustion engine linked should therefore be the ignition angle to the current compression ratio an internal combustion engine with variable Compression ratio adjusted become.

Ein wichtiger Aspekt bei der Berechnung und Einstellung des Zündwinkels ist die Vermeidung einer klopfenden Verbrennung. So führt ein Zündwinkel, bei dem sich ein maximales Drehmoment ergibt, häufig zu einem Klopfen der Brennkraftmaschine. Der Zündwinkel muss daher in Richtung einer späteren Zündung verstellt werden, um das Klopfen zu vermeiden. Besonders kritisch im Hinblick auf die Gefahr eines Klopfens sind instationäre Betriebszustände, bei denen sich das Verdichtungsverhältnis ändert.An important aspect in the calculation and setting the ignition angle is to avoid knocking combustion. So introduces Firing angle, at which results in a maximum torque, often knocking the engine. The firing angle must therefore be adjusted in the direction of a later ignition to avoid knocking. Particularly critical with regard at the risk of knocking are transient operating states in which the compression ratio changes.

Aus der DE 198 45 965 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei dem in einem definierten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Zündzeitpunkt variiert und in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze der Istwert des Verdichtungsverhältnisses bestimmt wird. Die Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses kann dann wiederum dazu benutzt werden, weitere Parameter wie z.B. die sogenannte Klopfregeltiefe und in Abhängigkeit hiervon einen geeigneten Zündzeitpunkt zu bestimmen.From the DE 198 45 965 A1 A method for determining the actual value of the compression ratio in an internal combustion engine with an adjustable compression ratio is known, in which the ignition timing varies in a defined operating state of the internal combustion engine and the actual value of the compression ratio is determined as a function of the ignition timing at the knock limit. The determination of the actual value of the compression ratio can then in turn be used to determine further parameters such as the so-called knock control depth and, depending on this, a suitable ignition timing.

Aus der DE 199 50 682 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei dem mittels eines Klopfsensors ein zu hohes Verdichtungsverhältnis ermittelt wird, um daraufhin das Verdichtungsverhältnis unter die Klopfgrenze zu verringern, wobei das Verdichtungsverhältnis anschließend wieder erhöht werden kann. Genauer gesagt, wird das Verdichtungsverhältnis bei Überschreiten oder Erreichen der Klopfgrenze um einen von dem Betriebszustand abhängigen vorgebbaren ersten Betrag über einen vorgebbaren ersten Zeitraum verringert, und anschließend wird das Verdichtungsverhältnis um einen vorgebbaren zweiten Betrag über einen vorgebbaren zweiten Zeitraum bis zum Erreichen oder Überschreiten der Klopfgrenze erhöht.From the DE 199 50 682 A1 A method for operating an internal combustion engine with a variable compression ratio is known, in which an excessively high compression ratio is determined by means of a knock sensor in order to then reduce the compression ratio below the knock limit, the compression ratio then being able to be increased again. More specifically, the compression ratio is reduced when the knock limit is exceeded or reached by a predeterminable first amount depending on the operating state over a predeterminable first time period, and then the compression ratio is reduced by a predefinable second amount over a predefinable second time period until the knock limit is reached or exceeded elevated.

Aus der JP 0 1163468 AA ist eine Einrichtung zum Steuern des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei dem der Zündzeitpunkt in Richtung Frühzündung und in Richtung Spätzündung verstellt wird, wenn das Verdichtungsverhältnis von groß nach klein bzw. von klein nach groß verstellt wird. Genauer gesagt, wird die Brennkraftmaschine so gesteuert, dass das Verdichtungsverhältnis bei niedriger Last groß ist, während es bei hoher Last klein ist, und hierbei wird der Zündzeitpunkt bei großem Verdichtungsverhältnis in Richtung Spätzündung und bei kleinem Verdichtungsverhältnis in Richtung Frühzündung verstellt. Beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses, also bei instationären Betriebszuständen, wird eine entsprechende Korrektur durchgeführt, um ein Klopfen zu vermeiden.From the JP 0 1163468 AA A device for controlling the ignition timing of an internal combustion engine with a variable compression ratio is known, in which the ignition timing is adjusted in the direction of early ignition and in the direction of retarding ignition when the compression ratio is adjusted from large to small or from small to large. More specifically, the internal combustion engine is controlled so that the compression ratio is large at a low load while it is small at a high load, and the ignition timing is shifted toward the retarded ignition when the compression ratio is large and the spark ignition when the compression ratio is low. When switching the compression ratio, i.e. in the case of unsteady operating conditions, a corresponding correction is carried out in order to avoid knocking.

Im übrigen sind Verfahren zur adaptiven Klopfregelung von Brennkraftmaschinen in großer Vielfalt bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 100 43 694 A1 ein derartiges Verfahren, bei dem für eine Klopfregelung relevante Spätverstellwinkel des Zündwinkels mittels einer anpassbaren Rechenvorschrift berechnet oder in einem Adaptionskennfeld gespeichert und aus dem Adaptionskennfeld ausgelesen werden. Für unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine wie z.B. Homogenbetrieb, Schichtbetrieb oder Homogen-Magerbetrieb ist jeweils ein separates Adaptionskennfeld oder jeweils eine separate anpassbare Rechenvorschrift vorgesehen. Bei einem Wechsel des Betriebszustandes wird dann der aktuelle Spätverstellwinkel aus dem Adaptionskennfeld des neuen Betriebszustandes gelesen oder mittels der neuen anpassbaren Rechenvorschrift berechnet.In addition, methods for adaptive knock control of internal combustion engines in a wide variety are known. For example, the DE 100 43 694 A1 a method of this type, in which the retarding angle of the ignition angle relevant for knock control is calculated by means of an adaptable calculation rule or stored in an adaptation map and read out from the adaptation map. For different operating states of the internal combustion engine, such as homogeneous operation, stratified operation or homogeneous lean operation, a separate adaptation map or a separate adaptable calculation rule is provided in each case. When the operating state changes, the current late adjustment angle is then read from the adaptation map of the new operating state or calculated using the new, adaptable calculation rule.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anpassen des Zündwinkels an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit ver änderlichem Verdichtungsverhältnis anzugeben, bei dem eine optimale Verbrennung des Brenngasgemisches unter sicherer Vermeidung eines Klopfens erzielt wird.The present invention lies based on the object, a method for adjusting the ignition angle the compression ratio a spark-ignited To specify an internal combustion engine with a variable compression ratio, in which an optimal combustion of the fuel gas mixture under safer Avoiding knock is achieved.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The method according to the invention is claimed 1 defined. Advantageous refinements of the invention result itself from the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zwischen stationären Betriebsphasen mit konstantem Verdichtungsverhältnis und Übergangsphasen mit sich änderndem Verdichtungsverhältnis unterschieden:

  • a) In stationären Betriebsphasen wird
  • 1) bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Auslegungspunkt mit einem Nennverdichtungsverhältnis ein Nennzündwinkel einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld entnommen und
  • 2) bei einem vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine ein korrigierter Zündwinkel aus dem Nennzündwinkel mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion in Abhängigkeit von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis gewonnen. Als Auslegungspunkt kann beispielsweise das gebräuchlichste und/oder günstigste Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine gewählt werden. Das Kennfeld definiert den Nennzündwinkel beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine im Auslegungspunkt kann dann der Zündwinkel unmittelbar dem Kennfeld entnommen werden. Bei einem vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine vorgegebene Korrekturfunktion dazu benutzt, aus dem Nennzündwinkel einen korrigierten Zündwinkel für die stationäre Betriebsphase zu ermitteln. Die vorgegebene Korrekturfunktion kann irgendeine Korrekturfunktion sein, wie sie zum Korrigieren und Anpassen anderer Betriebsparameter von Brennkraftmaschinen grundsätzlich bekannt sind. So kann die Korrekturfunktion beispielsweise aus einem additiven oder multiplikativen Korrekturwert für den Nennzündwinkel bestehen, wobei dieser Korrekturwert von dem Verdichtungsverhältnis oder dem Verhältnis des aktuellen Verdichtungsverhältnisses zu dem Nennverdichtungsverhältnis abhängt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Korrekturfunktion aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder mittels eines vom Verdichtungsverhältnis abhängigen Korrekturfaktors besteht. Da derartige Korrekturfunktionen im Zusammenhang mit der Berechnung anderer Betriebsparameter bekannt sind, werden sie hier nicht weiter erläutert.
  • b) In Übergangsphasen mit sich änderndem Verdichtungsverhältnis wird erfindungsgemäß eine Zündwinkelreserve zum Einhalten eines Sicherheitsabstandes von der Klopfgrenze bestimmt und aus dem Nennzündwinkel oder dem korrigierten Zündwinkel für eine stationäre Betriebsphase mit Hilfe der Zündwinkelreserve ein Zündwinkel für die Übergangsphase gewonnen.
In the method according to the invention, a distinction is made between stationary operating phases with a constant compression ratio and transition phases with a changing compression ratio:
  • a) In stationary operating phases
  • 1) when operating the internal combustion engine at a design point with a nominal compression ratio, a nominal ignition angle is taken from a map obtained during calibration and
  • 2) during an operation of the internal combustion engine that deviates from the design point, a corrected ignition angle is obtained from the nominal ignition angle by means of a predetermined correction function as a function of the current compression ratio. For example, the most common and / or cheapest compression ratio of the internal combustion engine can be selected as the design point. The map defines the nominal ignition angle, for example, as a function of the speed and load of the internal combustion engine. When the internal combustion engine is operating at the design point, the ignition angle can then be taken directly from the map. When the internal combustion engine is operating differently from the design point, a predetermined correction function is used to determine a corrected ignition angle for the stationary operating phase from the nominal ignition angle. The predefined correction function can be any correction function as is known in principle for correcting and adapting other operating parameters of internal combustion engines. For example, the correction function can consist of an additive or multiplicative correction value for the nominal ignition angle, this correction value depending on the compression ratio or the ratio of the current compression ratio to the nominal compression ratio. Another possibility is that the correction function consists of an interpolation of two maps obtained during calibration by means of a correction factor which is dependent on the compression ratio. Since such correction functions are known in connection with the calculation of other operating parameters, they are not explained further here.
  • b) In transition phases with a changing compression ratio, an ignition angle reserve for maintaining a safety distance from the knock limit is determined according to the invention and an ignition angle for the transition phase is obtained from the nominal ignition angle or the corrected ignition angle for a stationary operating phase with the aid of the ignition angle reserve.

In Übergangsphasen mit sich änderndem Verdichtungsverhältnis ergeben sich Betriebszustände, für die eine genaue Ermittlung der Klopfgrenze im allgemeinen nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird daher der Zündwinkel so bestimmt, dass gewissermaßen ein Sicherheitsabstand zu der Klopfgrenze eingehalten wird, um eine klopfende Verbrennung mit Sicherheit zu vermeiden. In den Übergangsphasen steht daher die Klopfvermeidung und nicht die Optimierung anderer Parameter wie Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission usw. im Vordergrund.In transition phases with a changing compression ratio operating states, for the an exact determination of the knock limit is generally not possible. According to the invention the firing angle so determined that in a way a safety margin to the knock limit is maintained by one to avoid knocking combustion with certainty. It stands in the transition phases hence knock avoidance and not optimization of other parameters like fuel consumption, pollutant emissions etc. in the foreground.

Die Zündwinkelreserve kann dazu benutzt werden, den Nennzündwinkel oder korrigierten Zündwinkel für eine stationäre Betriebsphase unmittelbar zu modifizieren. Hierbei kann die Zündwinkelreserve aus einem konstanten oder von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis abhängigen additiven Korrekturwert bestehen. Im einfachsten Fall wird der Nennzündwinkel bzw. korrigierte Zündwinkel um einen entsprechenden Winkelwert in Richtung eines späteren Zündzeitpunktes verschoben.The ignition angle reserve can be used to the nominal ignition angle or corrected firing angle for one stationary Modify operating phase immediately. Here, the ignition angle reserve can a constant additive or dependent on the current compression ratio Correction value exists. In the simplest case, the nominal ignition angle or corrected ignition angle by a corresponding angle value in the direction of a later ignition point postponed.

Bei Brennkraftmaschinen, deren Betrieb in einer geschlossenen Regelschleife mittels eines elektronischen Betriebssteuergerätes auf Drehmomentenbasis geregelt wird, kann bei der Ermittlung des Drehmomentes eine Drehmomentenreserve in Abhängigkeit von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis berücksichtigt werden, die dann im geschlossenen Regelkreis eine entsprechende Zündwinkelreserve induziert. In diesem Fall ergibt sich somit eine Zündwinkelreserve, die von dem (sich ändernden) aktuellen Verdichtungsverhältnis abhängt.In internal combustion engines, their operation in a closed control loop using an electronic Operation control device is regulated on a torque basis, can be used in determining the A torque reserve depending on the current one compression ratio considered are then a corresponding in the closed control loop Zündwinkelreserve induced. In this case there is an ignition angle reserve, that of the (changing) current one compression ratio depends.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zündwinkel in allen Betriebsphasen an das aktuelle Verdichtungsverhältnis so angepasst, dass sich einerseits ein optimaler Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (in stationären Betriebsphasen) und andererseits ein sicherer Schutz der Brennkraftmaschine gegen Klopfen (in Übergangsphasen) ergibt. Solange die Brennkraftmaschine im Auslegungspunkt arbeitet, kann der Zündwinkel unmittelbar dem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld entnommen werden. Hierdurch wird automatisch ein optimaler Betrieb hinsichtlich Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine sichergestellt, ohne dass es hierzu besonderer Berechnungen oder Modellierungen bedarf. Somit fällt auch kein Rechenaufwand für das elektronische Betriebssteuergerät an.In the method according to the invention becomes the firing angle in all operating phases to the current compression ratio adjusted that there is an optimal efficiency of the internal combustion engine (in stationary Operating phases) and, on the other hand, reliable protection of the internal combustion engine against knocking (in transition phases) results. As long as the internal combustion engine is working at the design point, can the firing angle can be taken directly from the map obtained during calibration. This automatically ensures optimal operation in terms of efficiency and pollutant emissions of the engine ensured without that this requires special calculations or modeling. Thus falls also no computing effort for the electronic operating control unit.

In vom Auslegungspunkt abweichenden stationären Betriebsphasen kann mittels der vorgegebenen Korrekturfunktion in extrem einfacher Weise der für den jeweiligen Betriebspunkt optimale Zündwinkel gewonnen werden. Hierzu bedarf es nur eines sehr geringen Rechenaufwandes des Betriebssteuergerätes.In sta deviating from the design point tional operating phases can be obtained in an extremely simple manner by means of the predetermined correction function, the optimum ignition angle for the respective operating point. This requires only very little computing effort on the part of the operating control device.

In den Übergangsphasen steht der Schutz der Brennkraftmaschine gegen Klopfen im Vordergrund. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Zündwinkelreserve werden eine sichere Zündung sowie eine sichere Klopfvermeidung gewährleistet.The protection of the Internal combustion engine against knock in the foreground. Through the ignition angle reserve provided according to the invention become a safe ignition as well as safe knock avoidance guaranteed.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigt:The method according to the invention is illustrated in the drawing explained in more detail. It shows:

1 ein Diagramm, in dem das Drehmoment (T) über dem Kurbelwellenwinkel (°CRK) aufgetragen ist, 1 a diagram in which the torque (T) is plotted against the crankshaft angle (° CRK),

2 ein Diagramm, in dem der Verbrennungsdruck (P) über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist, 2 a diagram in which the combustion pressure (P) is plotted against the crankshaft angle,

3 eine Schemaskizze für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 3 a schematic diagram for an embodiment of the method according to the invention, and

4 ein Diagramm, in dem der Zündwinkel über der Zeit aufgetragen ist, um eine Modifikation des Nennzündwinkels mit Hilfe einer Zündwinkelreserve zu veranschaulichen. 4 a diagram in which the ignition angle is plotted over time in order to illustrate a modification of the nominal ignition angle with the aid of an ignition angle reserve.

Bei Brennkraftmaschinen, deren Betrieb mittels eines elektronischen Betriebssteuergerätes auf Drehmomentenbasis gesteuert wird, werden üblicherweise drei unterschiedliche Zündwinkel definiert, und zwar ein Referenzzündwinkel IGA_REF entsprechend dem maximal erzielbaren Drehmoment, ein Basiszündwinkel IGA_BAS entsprechend einem optimalen Drehmoment bei Berücksichtigung der Klopfgrenze und ein Mindestzündwinkel IGA_MIN als Untergrenze für eine ausreichende Verbrennung. Zur Veranschaulichung sei auf 1 verwiesen, in der das Drehmoment T über dem Kurbelwellenwinkel °CRK aufgetragen ist und die drei erwähnten Zündwinkel IGA_REF, IGA_BAS und IGA_MIN durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Ferner ist mit K ein potentieller Klopfbereich angedeutet; bei Zündwinkeln innerhalb dieses Bereiches besteht die Gefahr einer klopfenden Verbrennung. Zweckmäßigerweise wird jeder der drei Zündwinkel gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren an das sich ändernde Verdichtungsverhältnis angepasst, da diese drei Zündwinkel eine Auswirkung auf sämtliche Verbrennungseigenschaften haben. Hierbei empfiehlt es sich, für jeden dieser drei Zündwinkel zur Anpassung an das sich ändernde Verdichtungsverhältnis jeweils eine eigene vorgegebene Korrekturfunktion für die Ermittlung eines vom Nennzündwinkel abgeleiteten korrigierten Zündwinkels bzw. eine eigene Zündwinkelreserve für die Ermittlung des Übergangzündwinkels vorzusehen.In internal combustion engines, the operation of which is controlled by means of an electronic operating control unit based on a torque, three different ignition angles are usually defined, namely a reference ignition angle IGA_REF corresponding to the maximum achievable torque, a basic ignition angle IGA_BAS corresponding to an optimal torque taking into account the knock limit and a minimum ignition angle IGA_MIN as the lower limit for adequate combustion. For illustration, see 1 referenced, in which the torque T is plotted against the crankshaft angle ° CRK and the three mentioned ignition angles IGA_REF, IGA_BAS and IGA_MIN are indicated by dashed lines. Furthermore, a potential knock area is indicated by K; at ignition angles within this range there is a risk of knocking combustion. Each of the three ignition angles is expediently adapted to the changing compression ratio according to the inventive method described above, since these three ignition angles have an effect on all combustion properties. It is advisable to provide a specific correction function for each of these three ignition angles to adapt to the changing compression ratio for determining a corrected ignition angle derived from the nominal ignition angle or a separate ignition angle reserve for determining the transition ignition angle.

Wie ohne weiteres verständlich, führt eine Anpassung der Zündwinkel an ein aktuelles Verdichtungsverhältnis gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer Verschiebung des entsprechenden Zündwinkels IGA_REF, IGA_BAS und IGA_MIN nach rechts oder links auf der Abszisse des Diagramms in 1.As is readily understandable, an adaptation of the ignition angle to a current compression ratio according to the inventive method leads to a shift of the corresponding ignition angle IGA_REF, IGA_BAS and IGA_MIN to the right or left on the abscissa of the diagram in FIG 1 ,

Das Diagramm der 2 dient zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung des Zündwinkels in stationären Betriebsphasen. Die Kurve a stellt den Verlauf des Verbrennungsdrucks P über dem Kurbelwellenwinkel (°CRK) im Auslegungspunkt der Brennkraftmaschine dar, bei dem der Nennzündwinkel IGA_N beispielsweise ca. 14 °CRK vor dem oberen Totpunkt liegt. Wie gezeigt, hat die Kurve a ihr Maximum (POPT) bei ca. –8°CRK. Hierbei liegt POPT deutlich unter der gestrichelt angedeuteten Klopfgrenze KBL, die im dargestellten Beispiel bei ca. 2,5 bar liegt.The diagram of the 2 serves to explain an embodiment of the method according to the invention for adjusting the ignition angle in stationary operating phases. Curve a represents the course of the combustion pressure P over the crankshaft angle (° CRK) at the design point of the internal combustion engine, at which the nominal ignition angle IGA_N is, for example, approximately 14 ° CRK before top dead center. As shown, curve a has its maximum (P OPT ) at approximately -8 ° CRK. Here P OPT is clearly below the dashed knock limit KBL, which in the example shown is approximately 2.5 bar.

Es sei nun eine stationäre Betriebsphase betrachtet, bei der das Verdichtungsverhältnis um einen bestimmten Betrag größer als das Nennverdichtungsverhältnis ist. Würde nun der Zündwinkel nicht an das geänderte Verdichtungsverhältnis angepasst, würde also der Nennzündwinkel IGA_N als Zündwinkel gewählt, so ergäbe dies einen Verbrennungsverlauf entsprechend der Kurve b. Wie ersichtlich, würde dann der maximale Verbrennungsdruck wesentlich früher (bei ca. –1°CKR) erreicht, wobei er deutlich über der Klopfgrenze KBL läge. Hieraus wird deutlich, dass eine Anpassung des Zündwinkels an das erhöhte Verdichtungsverhältnis zum Erzielen einer optimalen Verbrennung erforderlich ist.It is now a stationary operating phase considered, in which the compression ratio by a certain amount larger than the nominal compression ratio is. Would now the firing angle not to the changed compression ratio adjusted, would so the nominal ignition angle IGA_N as the ignition angle selected so there would be this is a combustion process according to curve b. As can be seen would then the maximum combustion pressure is reached much earlier (at approx. –1 ° CKR), being clearly over the knock limit KBL would be. From this it is clear that an adaptation of the ignition angle to the increased compression ratio to Achieving optimal combustion is necessary.

Die Kurve c stellt einen Verlauf des Verbrennungsdrucks P dar, wenn gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sowohl der Referenzzündwinkel IGA_REF wie auch der Basiszündwinkel IGA_BAS mit derselben Korrekturfunktion korrigiert werden. Beide Zündwinkel werden beispielsweise um denselben additiven Wert verringert, was durch den Zündwinkel IGAc angedeutet ist. Dies führt dann zu einem Verlauf der Verbrennung, bei der zwar das Maximum des Verbrennungsdrucks bei ca. –8°CKR (POPT), jedoch geringfügig oberhalb der Klopfgrenze KBL liegt. Hieraus wird deutlich, dass es im Sinne eines optimalen Verlaufs des Verbrennungsdruckes zweckmäßig ist, für jeden der Zündwinkel IGA_REF, IGA_BAS (wie auch IGA_MIN) eine eigene Korrekturfunktion vorzusehen. Eine derartige individuelle Anpassung der drei verschiedenen Zündwinkel an das geänderte Verdichtungsverhältnis führt zu einem Verlauf des Verbrennungsdrucks, der durch die Kurve d mit dem Zündwinkel IGAd wiedergegeben wird. Wie ersichtlich, liegt der maximale Verbrennungsdruck der Kurve d unter der Klopf grenze KBL. Die Kurve d stellt somit den Verlauf des Verbrennungsdrucks bei optimaler Anpassung des Zündwinkels an das geänderte Verdichtungsverhältnis dar.The curve c represents a course of the combustion pressure P when, according to the inventive method described above, both the reference ignition angle IGA_REF and the basic ignition angle IGA_BAS are corrected with the same correction function. Both firing angles are reduced, for example, by the same additive value, which is indicated by the firing angle IGA c . This then leads to a course of the combustion, in which the maximum of the combustion pressure is approximately -8 ° CKR (P OPT ), but slightly above the knock limit KBL. From this it becomes clear that in the sense of an optimal course of the combustion pressure it is advisable to provide a separate correction function for each of the ignition angles IGA_REF, IGA_BAS (as well as IGA_MIN). Such an individual adaptation of the three different ignition angles to the changed compression ratio leads to a course of the combustion pressure, which is represented by the curve d with the ignition angle IGA d . As can be seen, the maximum combustion pressure of curve d is below the knock limit KBL. The curve d thus represents the course of the combustion pressure with an optimal adaptation of the ignition angle to the changed compression ratio.

Wie erwähnt, veranschaulicht das Diagramm der 2 die Anpassung des Zündwinkels an das geänderte Verdichtungsverhältnis in stationären Betriebsphasen. Bei instationären Betriebsphasen ergäbe sich im einfachsten Fall aufgrund der Zündwinkelreserve eine Verschiebung der Kurven c und d nach rechts im Diagramm der 2.As mentioned, the diagram illustrates the 2 the adjustment of the ignition angle to the changed compression ratio in stationary operating phases. In the simplest case, in the case of transient operating phases, this would result from the ignition winch a reserve shift of the curves c and d to the right in the diagram of the 2 ,

Anhand der 3 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, bei dem die Korrekturfunktion durch Interpolation zweier Kennfelder gewonnen wird. Die Korrekturfunktion besteht in diesem Fall aus einem additiven Korrekturwert für den Nennzündwinkel.Based on 3 An exemplary embodiment of the method according to the invention is explained in which the correction function is obtained by interpolating two characteristic diagrams. In this case, the correction function consists of an additive correction value for the nominal ignition angle.

In Kennfeldern 5 und 6 ist jeweils ein Zündwinkel IP_IGA_VCR1 und IP_IGA_VCR2 in Abhängigkeit von der Drehzahl 2 und Last 3 der Brennkraftmaschine für ein vorgegebenes Verdichtungsverhältnis VCR1 bzw. VCR2 aufgetragen. In einem Schritt 7 wird die Differenz zwischen den aus den Kennfeldern 5 und 6 gewonnenen Zündwinkeln gebildet, welche dann in einem Schritt 9 zwecks Mittelwertbildung mit einem Korrekturfaktor IP_FAC IGA_VCR multipliziert wird. Dieser Korrekturfaktor wird einem Kennfeld 8 entnommen, in dem der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der Last 3 und dem aktuellen Verdichtungsverhältnis 4 abgelegt ist. Der im Schritt 9 gewonnene Wert stellt den additiven Korrekturwert dar, der in einem Schritt 10 zu dem als Nennzündwinkel dienenden Zündwinkel IP_IGA_VCR2 addiert wird. Der hierbei gewonnene Zündwinkel IGA ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der korrigierte Zündwinkel, der am Ausgang 1 zwecks Steuerung des Zündzeitpunktes abgegeben wird.In maps 5 and 6 is an ignition angle IP_IGA_VCR1 and IP_IGA_VCR2 depending on the speed 2 and load 3 of the internal combustion engine for a given compression ratio VCR1 or VCR2. In a step 7, the difference between those from the maps 5 and 6 obtained ignition angles, which is then multiplied in a step 9 for the purpose of averaging with a correction factor IP_FAC IGA_VCR. This correction factor becomes a map 8th taken in which the correction factor depending on the load 3 and the current compression ratio 4 is filed. The value obtained in step 9 represents the additive correction value which is added in step 10 to the ignition angle IP_IGA_VCR2 serving as the nominal ignition angle. The ignition angle IGA obtained here is the corrected ignition angle in the exemplary embodiment shown, that at the output 1 is given to control the ignition timing.

In dem Diagramm der 4 ist der Kurbelwellenwinkel °CRK über der Zeit t aufgetragen. Die gestrichelt dargestellte Kurve e stellt den Nennzündwinkel dar, bei dem es sich beispielsweise um den Zündwinkel IP_IGA_VCR2 aus 3 handelt. Die Kurve f ist ein Flag, mit dem eine Modifikation des Nennzündwinkels (Kurve e) mittels einer Zündwinkelreserve während instationärer Betriebsphasen angefordert wird.In the diagram of the 4 the crankshaft angle ° CRK is plotted over time t. Curve e, shown in dashed lines, represents the nominal ignition angle, which is, for example, the ignition angle IP_IGA_VCR2 3 is. Curve f is a flag with which a modification of the nominal ignition angle (curve e) is requested by means of an ignition angle reserve during transient operating phases.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Zündwinkelreserve in einfacher Weise aus einem additiven Korrekturwert, der von dem Nennzündwinkel abgezogen wird, um den Nennzündwinkel in Richtung eines späteren Zündzeitpunktes zu verschieben. Das Ergebnis ist die fest ausgezogene Kurve g. Wie aus dem Diagramm der 4 ersichtlich ist, wird im Zeitpunkt t1 die Zündwinkelreserve aktiviert (Kurve f), wodurch der Nennzündwinkel (Kurve e) um den additiven Korrekturwert verringert wird (Kurve g). Im Zeitpunkt t2 wird die Aktivierung der Zündwinkelreserve beendet, so dass der Nennzündwinkel wieder der Kurve e folgt. Entsprechende Vorgänge spielen sich zu den Zeitpunkten t3, t4 usw. ab.In the exemplary embodiment shown, the ignition angle reserve consists in a simple manner of an additive correction value which is subtracted from the nominal ignition angle in order to shift the nominal ignition angle in the direction of a later ignition point. The result is the solid curve g. As from the diagram of the 4 can be seen, the ignition angle reserve is activated at time t 1 (curve f), whereby the nominal ignition angle (curve e) is reduced by the additive correction value (curve g). The activation of the ignition angle reserve is ended at time t 2 , so that the nominal ignition angle again follows curve e. Corresponding processes take place at times t 3 , t 4 etc.

Claims (8)

Verfahren zum Anpassen des Zündwinkels an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis, bei dem a) in einer stationären Betriebsphase mit konstantem Verdichtungsverhältnis 1) bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Auslegungspunkt mit einem Nennverdichtungsverhältnis ein Nennzündwinkel einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld entnommen wird und 2) bei einem vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine ein korrigierter Zündwinkel aus dem Nennzündwinkel mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion in Abhängigkeit von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis gewonnen wird, und b) in einer Übergangsphase mit sich änderndem Verdichtungsverhältnis eine Zündwinkelreserve zum Einhalten eines Sicherheitsabstandes von einer Klopfgrenze bestimmt und aus dem Nennzündwinkel oder aus einem korrigierten Zündwinkel für eine stationäre Betriebsphase mit Hilfe der Zündwinkelreserve ein Zündwinkel für die Übergangsphase gewonnen wird.Method of adapting the ignition angle to the compression ratio of a spark ignition internal combustion engine with changeable Compression ratio in which a) in a stationary Operating phase with constant compression ratio 1) in one company the internal combustion engine in a design point with a nominal compression ratio Nennzündwinkel is taken from a map obtained during calibration and 2) when the internal combustion engine operates differently from the design point a corrected firing angle from the nominal ignition angle by means of a predetermined correction function is obtained from the current compression ratio, and b) in a transition phase with changing compression ratio a Zündwinkelreserve intended to maintain a safety distance from a knock limit and from the nominal ignition angle or from a corrected firing angle for one stationary Operating phase with the help of the ignition angle reserve an ignition angle for the transition phase is won. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Betrieb der Brennkraftmaschine mittels eines elektronischen Betriebssteuergerätes auf Drehmomentenbasis gesteuert wird und hierbei ein Referenzzündwinkel entsprechend dem maximal erzielbaren Drehmoment, ein Basiszündwinkel entsprechend einem optimalen Drehmoment bei Berücksichtigung der Klopfgrenze und ein Mindestzündwinkel als Untergrenze für eine ausreichende Verbrennung verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der besagten Zündwinkel zur Anpassung an ein aktuelles Verdichtungsverhältnis den Schritten gemäß a) und b) unterzogen werden.The method of claim 1, wherein the operation of the internal combustion engine controlled by means of an electronic operating control unit on a torque basis becomes a reference ignition angle corresponding to the maximum achievable torque, a basic ignition angle corresponding to an optimal torque taking into account the knock limit and a minimum ignition angle as a lower limit for sufficient combustion is used, characterized in that that at least two of said firing angles to match one current compression ratio the steps according to a) and b) undergo. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der besagten Zündwinkel zur Anpassung an ein aktuelles Verdichtungsverhältnis eine eigene vorgegebene Korrekturfunktion gemäß a2) und eine eigene Zündwinkelreserve gemäß b) vorgesehen werden.A method according to claim 2, characterized in that for each the said firing angle To adapt to a current compression ratio, a specific one Correction function according to a2) and its own ignition angle reserve provided according to b) become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zündwinkelreserve der Nennzündwinkel oder korrigierte Zündwinkel unmittelbar modifiziert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that with the ignition angle reserve the nominal ignition angle or corrected firing angles is immediately modified. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündwinkelreserve aus einem vorgegebenen konstanten oder von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis abhängigen additiven Korrekturwert besteht.A method according to claim 4, characterized in that the Zündwinkelreserve from a given constant additive or dependent on the current compression ratio Correction value exists. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Betrieb der Brennkraftmaschine in einem geschlossenen Regelkreis mittels eines elektronischen Betriebssteuergerätes auf Drehmomentenbasis geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Drehmomentes eine Drehmomentreserve in Abhängigkeit von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis berücksichtigt wird, die im geschlossenen Regelkreis eine entsprechende Zündwinkelreserve induziert.Method according to one of claims 1 to 3, in which the operation of the internal combustion engine is regulated in a closed control circuit by means of an electronic operating control device on a torque basis, characterized in that when determining the torque, a torque reserve is taken into account as a function of the current compression ratio, which in the closed control loop a corresponding Zündwinkelre serve induced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion gemäß a2) aus einem mit dem Nennzündwinkel additiv oder multiplikativ zu verknüpfenden Korrekturwert besteht, der von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis oder dem Verhältnis des aktuellen Verdichtungsverhältnisses zu dem Nennverdichtungsverhältnis abhängt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the specified correction function according to a2) one with the nominal ignition angle there is an additive or multiplicative correction value to be linked, that of the current compression ratio or the ratio of the current compression ratio to the nominal compression ratio depends. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Korrekturfunktion gemäß a2) aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewonnener Kennfelder mittels eines vom aktuellen Verdichtungsverhältnis abhängigen Korrekturfaktors besteht.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the specified correction function according to a2) consists of an interpolation of two when calibrating maps obtained using one from the current one compression ratio dependent Correction factor exists.
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