DE10220601C1

DE10220601C1 - Verfahren zum Anpassen der Ladezeit einer Zündspule an das veränderliche Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10220601C1
Application number: DE10220601A
Authority: DE
Inventors: Frederic Galtier; Hong Zhang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

Bei einem Verfahren zum Anpassen der Ladezeit einer Zündspule an das sich ändernde Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine wird eine Nennladezeit einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld entnommen und dann mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion abhängig von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis korrigiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der Ladezeit einer Zündspule an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis.

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 Verdich tungsverhältnisses, bei dem es sich um das Verhältnis zwi schen den Volumina des Brennraumes im oberen und unteren Tot punkt 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 soll eine Optimierung des Betriebs der Brennkraft maschine über dem gesamten Betriebsbereich ermöglicht werden.

Aus der DE 199 06 390 A1 ist eine Zündsteuervorrichtung und -verfahren zum Steuern einer Zündspuleneinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Sie weist eine Drehzahlerfas sungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftma schine zu einem Erfassungszeitpunkt innerhalb des Zündseg ments eines jeweiligen Zylinders auf. Ferner weist sie eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines der erfassten Drehzahl entsprechenden vorgegebenen Zündwinkels, einer der erfassten Drehzahl entsprechenden vorgegebenen Ladezeit und eines entsprechenden Ladebeginnwinkels auf. Ferner ist eine Zündsteuerwert-Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des Ladebe ginnwinkels und der Ladezeit in einem Ladezeitausgabe-Modus und des Ladebeginnwinkels und des Zündwinkels in einem Zünd winkelausgabe-Modus an die Zündspuleneinrichtung vorgesehen.

Des weiteren ist eine Fehlereinschatzungseinrichtung zum Schatzen eines Fehlers des Zündwinkels im Ladezeitausgabe- Modus und/oder eines Fehlers der Ladezeit im Zündwinkelausga be-Modus aufgrund einer möglichen Drehzahländerung nach dem Erfassungszeitpunkt vorgesehen. Eine Zündsteuermodus- Bestimmungseinrichtung bestimmt einen Zündsteuermodus von den Modi Zündwinkelausgabe und Ladezeitausgabe für das Zündseg ment basierend auf den geschätzten Fehlern.

In der DE 100 51 975 A1 ist ein Verfahren zur Klopfregelung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem mittels eines Adaptionskennfelds Werte zur Spätverstellung eines Zündwin kels bereitgestellt werden. Die Werte des Adaptionskennfelds sind dabei mindestens einem Betriebsparameter zugeordnet. Beim Auftreten einer Dynamik bezüglich mindestens eines Be triebsparameters wird ein Kennfeldwert aus dem Adaptionskenn feld in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des mindestens einem Betriebsparameters gelesen. Dabei wird ein bisheriger Wert für die Zündwinkelverstellung nur dann durch den Kenn feldwert ersetzt, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem bisherigen Wert für die Zündwinkelverstellung und dem Kenn feldwert kleiner ist als eine vorgebbare Zündwinkeldifferenz.

Es ist bekannt, dass die Energie, die der Zündspule zugeführt werden muss, um einen zufriedenstellenden Zündfunken in der Brennkammer zu erzeugen, von dem Druck und der Turbulenz in der Brennkammer abhängt. Der Druck in der Brennkammer seiner seits wird naturgemäß von dem Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine beeinflusst. Somit sind das Verdichtungs verhältnis und die der Zündspule zuzuführende Energie ent sprechend miteinander verknüpft. Die von der Zündspule an die Zündkerze abzugebende Energie wird durch die Eigenschaften und Ladezeit der Zündspule bestimmt. Da die Spuleneigenschaf ten unveränderlich sind, sollte daher die Ladezeit der Zünd spule an das sich ändernde Verdichtungsverhältnis der Brenn kraftmaschine angepasst werden, um eine einwandfreie Zündung des Brenngasgemisches sicherzustellen, ohne unnötig Energie zum Erzeugen des Zündfunkens zu verbrauchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anpassen der Ladezeit einer Zündspule an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftma schine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis anzugeben, bei dem bei minimalem Energieverbrauch eine einwandfreie Zün dung des Brenngasgemisches sichergestellt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 defi niert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird

a) für einen Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Ausle gungspunkt mit einem Nennverdichtungsverhältnis eine Nennla dezeit einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld entnommen und
b) für einen vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine eine korrigierte Ladezeit aus der Nennla dezeit mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion abhängig von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis ermittelt.

Als Auslegungspunkt kann beispielsweise das gebräuchlichste und/oder günstigste Verdichtungsverhältnis der Brennkraftma schine gewählt werden. Das beim Kalibrieren gewonnene Kenn feld definiert die Nennladezeit der Zündspule beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl, Last, Batteriespannung und/oder anderen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine. Die Nennladezeit kann dann unmittelbar dem Kennfeld entnommen werden.

Bei einem vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brenn kraftmaschine wird eine vorgegebene Korrekturfunktion dazu benutzt, aus der Nennladezeit eine korrigierte Ladezeit zu ermitteln. Die vorgegebene Korrekturfunktion kann irgendeine Korrekturfunktion sein, wie sie zum Korrigieren und Anpassen anderer Betriebsparameter von Brennkraftmaschinen grundsätz lich bekannt sind. So kann die Korrekturfunktion beispiels weise aus einem additiven oder multiplikativen Korrekturwert für die Nennladezeit 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 Kalib rieren gewonnener Kennfelder mittels eines vom Verdichtungs verhältnis abhängigen Korrekturfaktors besteht. Da derartige Korrekturfunktionen im Zusammenhang mit der Berechnung ande rer Betriebsparameter bekannt sind, werden sie hier nicht weiter erläutert.

Im Zusammenhang mit fremdgezündeten Brennkraftmaschinen war es bisher bereits üblich, eine Mindestladezeit für die Zünd spule zu definieren. Die Zündspule erzeugt nur dann einen einwandfreien Zündfunken, wenn sie mit einer bestimmten Min destenergie aufgeladen wird. Andernfalls verschwindet die Aufladung, ohne dass ein Zündfunken entsteht. Die Mindestla dezeit hat somit den Zweck, unter allen Betriebsbedingungen die Zündspule ausreichend aufzuladen, um einen einwandfreien Zündfunken in der Brennkammer zu erzeugen. Hierdurch sollen Fehlzündungen oder Zündaussetzer unter allen Umständen ver mieden werden. Die Mindestladezeit stellt somit eine Art Si cherung dar, um auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen und selbst bei Systemfehlern die Verbrennung des Gemisches in der Brennkammer und somit den Betrieb der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Diese Mindestladezeit wird üblicherweise bei herkömmlichen Verfahren zum Regeln des Betriebs der Brenn kraftmaschine verwendet und ist im Zusammenhang mit einer Re gelung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf Drehmomenten basis unabdingbar, um einen Zündfunken unter allen Umständen und unabhängig davon, welche Zündwinkeländerungen durch Dreh momentänderungen induziert werden, sicherzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für den Betrieb der Brennkraftmaschine im Auslegungspunkt eine Mindestladezeit als Untergrenze für die Ladezeit definiert, aus der bei vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine eine korrigierte Mindestladezeit mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion abhängig von dem aktuel len Verdichtungsverhältnis ermittelt wird.

Die hierbei eingesetzte vorgegebene Korrekturfunktion kann ebenfalls irgendeine Korrekturfunktion sein, wie sie zum Kor rigieren und Anpassen anderer Betriebsparameter von Brenn kraftmaschinen grundsätzlich bekannt sind. Vorzugsweise wird dieselbe Korrekturfunktion wie zum Ermitteln der korrigierten Ladezeit verwendet.

Durch die an das Verdichtungsverhältnis angepasste Mindestla dezeit wird sichergestellt, dass auch unter ungünstigsten Be triebsbedingungen und selbst bei Systemfehlern ein ausrei chender Zündfunken bereitgestellt wird. Auf diese Weise wer den ein Betrieb der Brennkraftmaschine unter allen Umständen sichergestellt und eine fehlerhafte Verbrennung, Fehlzündun gen und andere Verbrennungsprobleme vermieden. Die Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine mittels eines elektroni schen Betriebssteuergerätes und insbesondere eine Regelung auf Drehmomentenbasis wird dadurch robuster bei gleichzeiti ger Verringerung des Schadstoffemissionsproblems.

Das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt erlaubt es somit, die Ladezeit und Mindestladezeit der Zündspule ständig an das aktuelle Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine im Hinblick auf Verbrennungsstabilität, Zündung des Gemisches und Schadstoffemission anzupassen. Hierdurch wird erreicht, dass die Energie jederzeit zum richtigen Zeitpunkt von der Zündspule an die Zündkerze abgegeben wird, und es wird auch erreicht, dass der Zündspule nur soviel Energie zugeführt wird, wie zum Erzeugen eines Zündfunkens erforderlich ist. Durch Anpassen der Ladezeit an das Verdichtungsverhältnis wird überdies eine Überhitzung der Zündspule vermieden.

Solange die Brennkraftmaschine im Auslegungspunkt arbeitet, wird der Zündwinkel unmittelbar dem beim Kalibrieren gewonne nen Kennfeld entnommen, so dass kein Rechenaufwand für das elektronische Betriebssteuergerät erforderlich ist. In vom Auslegungspunkt abweichenden Betriebsphasen kann mittels der vorgegebenen Korrekturfunktion in extrem einfacher Weise die für den jeweiligen Betriebspunkt optimale Ladezeit der Zünd spule ermittelt werden. Hierzu bedarf es nur eines sehr ge ringen Rechenaufwandes des Betriebssteuergerätes. Auch die Anpassung der Mindestladezeit an das sich ändernde Verdich tungsverhältnis lässt sich in entsprechend einfacher Weise durchführen. Hierbei gewährleistet das erfindungsgemäße Ver fahren, dass der Zündkerze jederzeit die richtige Energiemen ge für eine einwandfreie Verbrennung der Brennkraftmaschine zugeführt wird, dass jederzeit ein Zündfunken für die Ge mischverbrennung entsteht und dass die Zündspule gegen eine Überhitzung geschützt wird.

Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten des erfin dungsgemäßen Verfahrens erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Spannung V bzw. Energie E über der Zeit t aufgetragen ist und das zur Erläu terung von mit der Ladezeit einer Zündspule zusam menhängenden Parametern dient, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In dem Diagramm der Fig. 1 stellt die Kurve a ein Spannungs signal dar, das die Aufladung einer Zündspule (nicht gezeigt) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine anfordert. Die Auf ladung der Zündspule beginnt somit im Zeitpunkt t₁ und endet im Zeitpunkt t₂. Die Kurve b gibt hierbei die in der Zündspu le erzeugte Energie wieder, welche gemäß der Kurve c in einem Energiestoß an die Zündkerze (nicht gezeigt) abgegeben wird, um einen entsprechenden Zündfunken zu erzeugen.

Die Zeitspanne t₂ - t₁ stellt somit die Ladezeit der Zündspu le dar, welche die Größe der in der Zündspule gespeicherten Energie bestimmt.

Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für ein Ver fahren zum Anpassen der Ladezeit an das veränderliche Ver dichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine. In einem Kennfeld 5 ist eine Nennladezeit IP_TD in Abhängigkeit von der Dreh zahl 2 und Last 3 der Brennkraftmaschine abgelegt. Wird die Brennkraftmaschine im Auslegungspunkt mit dem Nennverdich tungsverhältnis betrieben, so wird als Ladezeit für die Zünd spule die dem Kennfeld 5 entnommene Nennladezeit IP_ID unmit telbar verwendet.

Bei einem vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brenn kraftmaschine wird die Nennladezeit IP_TD in einem Schritt 7 mit einem additiven Korrekturwert IP_TD_COR_VCR korrigiert. Dieser additive Korrekturwert wird einem Kennfeld 6 entnom men, in dem der Korrekturwert über der Last 3 und dem aktuel len Verdichtungsverhältnis 4 aufgetragen ist. Der im Schritt 7 durch Addition gewonnene korrigierte Zündwinkel TD steht dann am Ausgang 1 zwecks weiterer Verarbeitung zur Verfügung.

Wie bereits weiter oben erläutert, kann eine korrigierte Min destladezeit im Prinzip in der gleichen Weise ermittelt wer den.

Claims

1. Verfahren zum Anpassen der Ladezeit einer Zündspule an das Verdichtungsverhältnis einer fremdgezündeten Brennkraftma schine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis, bei dem

a) für einen Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Auslegungspunkt mit einem Nennverdichtungsverhältnis eine Nennladezeit einem beim Kalibrieren gewonnenen Kennfeld ent nommen wird und
b) für einen vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine eine korrigierte Ladezeit aus der Nennladezeit mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion ab hängig von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

a) für einen Betrieb der Brennkraftmaschine im Ausle gungspunkt eine Mindestladezeit als Untergrenze für die Lade zeit definiert wird, und
b) für einen vom Auslegungspunkt abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine eine korrigierte Mindestladezeit aus der Mindestladezeit mittels einer vorgegebenen Korrekturfunk tion abhängig von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis ermit telt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Er mitteln der korrigierten Ladezeit und zum Ermitteln der kor rigierten Mindestladezeit dieselbe Korrekturfunktion verwen det wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vor gegebene Korrekturfunktion zum Ermitteln der korrigierten La dezeit aus einem mit der Nennladezeit additiv oder multipli kativ zu verknüpfenden Korrekturwert besteht, der von dem ak tuellen Verdichtungsverhältnis oder dem Verhältnis des aktu ellen Verdichtungsverhältnisses zu dem Nennverdichtungsver hältnis abhängt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vor gegebene Korrekturfunktion zum Ermitteln der korrigierten La dezeit aus einer Interpolation zweier beim Kalibrieren gewon nener Kennfelder mittels eines vom aktuellen Verdichtungsver hältnis abhängigen Korrekturfaktors besteht.