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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Es ist bereits bekannt, bei einem Verfahren und bei einer Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor für eine einzustellende Ausgangsgröße der Antriebseinheit, beispielsweise ein Drehmoment, zumindest einen Zündwinkel vorzugeben. Zusätzlich kann auch noch die Luftzufuhr und/oder die Kraftstoffzufuhr für die einzustellende Ausgangsgröße der Antriebseinheit vorgegeben werden.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass Abweichungen eines in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes des Zündwinkels von einem Istwert, die in einem ersten vorgegebenen Bereich liegen, für die Einstellung des Zündwinkels ignoriert werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass vergleichsweise große Abweichungen des Zündwinkels zwischen dem Sollwert und dem Istwert, die nur zu einer vergleichsweise geringen Änderung der Ausgangsgröße führen, für die Einstellung des Zündwinkels berücksichtigt werden. Auf diese Weise werden unerwünschte Schwankungen des Zündwinkels vermieden. Der zeitliche Verlauf des Zündwinkels wird auf diese Weise beruhigt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn Abweichungen des in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes des Zündwinkels vom Istwert, die in einem zweiten vorgegebenen Bereich liegen, der vom ersten vorgegebenen Bereich verschieden ist, für die Vorgabe des Zündwinkels voll berücksichtigt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass erforderliche Änderungen des Zündwinkels für die Umsetzung einer Änderung der vorgegebenen Ausgangsgröße auch realisiert werden, sodass der Zündwinkel als Stellgröße für die Umsetzung der vorgegebenen Ausgangsgröße zur Verfügung steht und sich die Ausblendung der Zündwinkelschwankungen nur auf den Bereich der unerwünschten Zündwinkelschwankungen mit geringer Auswirkung auf die Ausgangsgröße beschränkt.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn Abweichungen des in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes des Zündwinkels vom Istwert, die in einem dritten vorgegebenen Bereich liegen, der vom ersten vorgegebenen Bereich verschieden ist, für die Vorgabe des Zündwinkels teilweise berücksichtigt werden. Auf diese Weise lässt sich ein sprunghafter Übergang zwischen dem ersten vorgegebenen Bereich und dem zweiten vorgegebenen Bereich vermeiden. Dies erhöht ebenfalls den Fahrkomfort.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Blockschaltbild einer Antriebseinheit, 2 ein Funktionsdiagramm zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Filterfunktion eines im Funktionsdiagramm nach 2 verwendeten Filters.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine Antriebseinheit, beispielsweise eines Fahrzeugs. Die Antriebseinheit 1 umfasst dabei einen Verbrennungsmotor 5, der in diesem Beispiel als Ottomotor ausgebildet ist. Dem Ottomotor 5 ist über eine Luftzufuhr 25 Frischluft zuführbar. Die dem Ottomotor 5 zuführbare Frischluftmenge ist über eine Drosselklappe 30 in der Luftzufuhr 25 einstellbar, wobei der Öffnungsgrad der Drosselklappe 30 von einer Motorsteuerung 10 vorgebbar ist. Der Abschnitt der Luftzufuhr 25 zwischen der Drosselklappe 30 und dem Ottomotor 5 wird auch als Saugrohr bezeichnet. Im Saugrohr ist ein Einspritzventil 35 angeordnet, über das Kraftstoff in das Saugrohr eingespritzt wird. Alternativ könnte auch eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen in 1 nicht näher gekennzeichneten Brennraum des Verbrennungsmotors 5 erfolgen. Die Einspritzmenge und/oder die Einspritzzeit kann ebenfalls von der Motorsteuerung 10 vorgegeben werden. Das in den Brennraum des Verbrennungsmotors 5 gelangende Luft-/Kraftstoffgemisch wird von mindestens einer Zündkerze 40 gezündet, deren Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel ebenfalls von der Motorsteuerung 10 eingestellt wird. Durch die Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Brennraum des Verbrennungsmotors 5 wird eine Kurbelwelle 45 angetrieben und gibt ein Motormoment M ab, das auch als Antriebsmoment bezeichnet wird und das gegebenenfalls über ein Getriebe in ein Abtriebsmoment auf die Räder des Fahrzeugs umgesetzt wird. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Brennraum des Verbrennungsmotors 5 entstandene Abgas wird in einen Abgasstrang 50 ausgestoßen. An die Motorsteuerung 10 ist ein Fahrpedalmodul 55 angeschlossen, das in Abhängigkeit eines Betätigungsgrades eines Fahrpedals ein Fahrerwunschmoment an die Motorsteuerung 10 abgibt. Weiterhin sind Module 60 bis 65 vorgesehen, die ebenfalls jeweils eine Momentenanforderung an die Motorsteuerung 10 abgeben. Die Module 60 bis 65 können beispielsweise ein Antiblockiersystem, eine Fahrgeschwindigkeitsregelung, eine Antriebsschlupfregelung, eine Klopfregelung, ein Antiruckelfunktion, eine Leerlaufregelung, usw. umfassen. In der Motorsteuerung 10 werden die Momentenanforderungen des Fahrpedalmoduls 55 und der Module 60 bis 65 in dem Fachmann bekannter Weise koordiniert und eine resultierende Momentenanforderung MSoll gebildet. Die resultierende Momentenanforderung MSoll wird als Sollmoment von der Motorsteuerung 10 durch geeignete Einstellung der Luftzufuhr über die Drosselklappe 30, der Kraftstoffzufuhr über das Einspritzventil 35 und über den Zündzeitpunkt der Zündkerze 40 in dem Fachmann bekannter Weise umgesetzt. Das von der Kurbelwelle 45 abgegebene Antriebsmoment M wird auf diese Weise dem Sollmoment MSoll beispielsweise unter Verwendung eines in 1 nicht dargestellten Regelkreises nachgeführt, wobei das von der Kurbelwelle 45 abgegebene Antriebsmoment M als Istmoment in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt und dem Regelkreis zum Vergleich mit dem Sollmoment MSoll zugeführt wird.
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Im Folgenden wird nur die Umsetzung des Sollmoments MSoll in einen Sollwert zwsoll für den Zündzeitpunkt bzw. den Zündwinkel betrachtet. Dazu ist in 2 ein Funktionsdiagramm dargestellt, das Mittel 15 zur Vorgabe des Zündwinkels in Form des Sollwertes zwsoll in Abhängigkeit des Sollmoments MSoll beschreibt. Die Mittel 15 können dabei Software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 10 implementiert sein. Die Mittel 15 umfassen eine Umwandlungseinheit 70, die in dem Fachmann bekannter Weise aus dem Sollmoment MSoll einen Sollwert etwzwsv für den Zündwinkelwirkungsgrad ermittelt. Dieser wird einem Subtraktionsglied 75 zugeführt. Im Subtraktionsglied 75 wird vom Sollwert etwzwsv für den Zündwinkelwirkungsgrad der aktuelle Istwert etwzwist für den Zündwinkelwirkungsgrad abgezogen. Der aktuelle Istwert etwzwist für den Zündwinkelwirkungsgrad ist dabei derjenige Zündwinkelwirkungsgrad, der sich aus dem Verhältnis zwischen dem von der Motorsteuerung 10 zuletzt für die Zündkerze 40 vorgegebenen Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt und einem optimalen Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt ergibt. Der optimale Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt ist in der Motorsteuerung 10 bekannt. Somit ergibt sich am Ausgang des Subtraktionsgliedes 75 eine Differenz Δ zwischen dem Sollwert etwzwsv des Zündwinkelwirkungsgrades, der in einem Rechenschritt x+1 aus dem Sollmoment MSoll ermittelt wurde und dem Istwert etwzwist des Zündwinkelwirkungsgrades der sich auf Grund des Sollwertes etwzwsv' des Zündwinkelwirkungsgrades im unmittelbar vorherigen Rechenschritt x eingestellt hat. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Rechenschritten x und x+1 hängt von dem Zündabstand zweier aufeinanderfolgender Zylinder ab. Der Istwert etwzwist für den Zündwinkelwirkungsgrad kann dabei ausgehend vom Sollwert etwzwsv des Zündwinkelwirkungsgrades des unmittelbar vorausgehenden Rechenschritts x beispielsweise noch von einer Klopfregelung beeinflusst worden sein, die durch eines der Module 60 bis 65 repräsentiert ist und beispielsweise einen direkten Eingriff auf den Zündwinkel unabhängig von der Momentenvorgabe hat. Die Differenz Δ wird einem Filter 20 zugeführt. Das Filter 20 gibt in Abhängigkeit der zugeführten Differenz Δ eine gefilterte Differenz Δf ab. Die gefilterte Differenz Δf wird in einem Additionsglied 80 mit dem Istwert etwzwist des Zündwinkelwirkungsgrades des unmittelbar vorausgehenden Rechenschritts x addiert. Die auf diese Weise gebildete Summe wird einer Wirkungsgradkennlinie 85 als Eingangsgröße zugeführt, wobei die Wirkungsgradkennlinie 85 in dem Fachmann bekannter Weise als Ausgangsgröße den Sollwert zwsoll für den Zündwinkel an die Zündkerze 40 abgibt. Die Summe am Ausgang des Additionsgliedes 80 ist somit ein modifizierter Sollwert etazws des Zündwinkelwirkungsgrades, der letztlich umgesetzt werden soll.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, Änderungen des Zündwinkels auszublenden oder zu ignorieren, wenn sie nur zu geringfügigen Änderungen des Antriebsmoments M führen. Auf diese Weise lassen sich unerwünschte Schwankungen des Zündwinkels vermeiden. Zu diesem Zweck wird die Filtercharakteristik des Filters 20 beispielsweise gemäß 3 eingestellt. In 3 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die gefilterte Differenz Δf über der Differenz Δ aufgetragen ist. Ist dabei die Differenz Δ betragsmäßig kleiner oder gleich einem ersten vorgegebenen Schwellwert Δ1, so ist die gefilterte Differenz Δf am Ausgang des Filters 20 gleich Null. Das bedeutet, dass der aktuelle Istwert etwzwist des Zündwinkelwirkungsgrades als modifizierter Sollwert etazws vorgegeben wird, sodass sich der aktuelle Istwert zwist des Zündwinkels nicht ändert. Ist die Differenz Δ betragsmäßig größer oder gleich einem zweiten Schwellwert Δ2, der wiederum betragsmäßig größer oder gleich dem ersten Schwellwert Δ1 ist, so entspricht die Differenz Δ der gefilterten Differenz Δf. In diesem Fall, der beispielsweise im Rahmen einer Antiruckelfunktion auftreten kann, werden Abweichungen des Sollwertes etwzwsv des Zündwinkelwirkungsgrades vom Istwert etwzwist des Zündwinkelwirkungsgrades schnellstmöglich kompensiert, da sie einen größeren Einfluss auf das Antriebsmoment M haben, als dies für die Differenzen Δ der Fall ist, die betragsmäßig kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert Δ1 sind. Für den Fall, dass der zweite Schwellwert Δ2 betragsmäßig größer als der erste Schwellwert Δ1 ist, ergibt sich ein beispielsweise linearer Übergangsbereich, in dem die gefilterte Differenz Δf betragsmäßig kleiner als die Differenz Δ ist. In diesem Übergangsbereich wird deshalb die Differenz Δ nur teilweise für die Vorgabe des Zündwinkels, also für die Bildung des modifizierten Sollwertes etazws des Zündwinkelwirkungsgrades und damit des Sollwertes zwsoll des Zündwinkels berücksichtigt. Durch den Übergangsbereich wird ein sprunghafter Anstieg der gefilterten Differenz Δf von Null auf die Differenz Δ selbst vermieden, sofern in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten Schwellwert Δ1 und dem zweiten Schwellwert Δ2 Differenzen Δ ermittelt werden. Die beiden Schwellwerte Δ1, Δ2 können beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden, um einen Kompromiss zwischen einerseits dem Unterdrücken ungewollter Schwankungen des Zündwinkels und andererseits einer möglichst kompletten Umsetzung des Sollmoments MSoll zu finden. Je größer der Schwellwert Δ1 ist, desto mehr ist die Unterdrückung von unerwünschten Schwankungen des Zündwinkels auf den Bereich des optimalen Zündwinkels zwopt auf Grund der dortigen flacheren Parabelform der Wirkungsgradkennlinie beschränkt.
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Ganz allgemein besteht die Erfindung darin, dass Abweichungen eines in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes einer für den Zündwinkel charakteristischen Größe von einem Istwert, die in einem ersten vorgegebenen Bereich liegen, für die Einstellung des Zündwinkels ignoriert werden. Die einzustellende Ausgangsgröße ist im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das Sollmoment MSoll. Alternativ kann als Ausgangsgröße der Antriebseinheit auch eine Ausgangsleistung oder eine Zylinderfüllung oder eine von den genannten Größen abgeleitete Größe verwendet werden. Die für den Zündwinkel charakteristische Größe ist im obigen Ausführungsbeispiel der Zündwinkelwirkungsgrad, der die Abweichung des Zündwinkels vom optimalen Zündwinkel zwopt beschreibt. Alternativ kann als charakteristische Größe für den Zündwinkel auch der Zündwinkel selbst gewählt werden. In diesem Fall wird der Sollwert zwsoll des Zündwinkels mit dem Istwert zwist des Zündwinkels analog zu den oben beschriebenen Zündwinkelwirkungsgradvergleich verglichen und nur dann eine Änderung des Istwertes zwist des Zündwinkels zugelassen, wenn die Abweichung des Sollwertes zwsoll des Zündwinkels vom Istwert zwist des Zündwinkels einen zweiten vorgegebenen Wert betragsmäßig überschreitet. Unterschreitet hingegen diese Abweichung einen ersten vorgegebenen Wert betragsmäßig, so wird eine Änderung des Istwertes zwist des Zündwinkels nicht zugelassen. Entsprechend dem obigen Ausführungsbeispiel kann ebenfalls ein beispielsweise linearer Übergangsbereich vorgesehen sein. Der Vergleich der Zündwinkelwirkungsgrade wie im obigen Beispiel kann dann entfallen. Vielmehr wird direkt aus dem Sollwert etwzwsv für den Zündwinkelwirkungsgrad gemäß der Wirkungsgradkennlinie 85 der Sollwert zwsoll des Zündwinkels in der beschriebenen Weise abgeleitet. Der erste vorgegebene Bereich ist im obigen Ausführungsbeispiel durch den ersten Schwellwert Δ1 und im Falle der Verwendung des Zündwinkels als charakteristische Größe durch den ersten vorgegebenen Wert definiert.
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Ganz allgemein kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, dass Abweichungen des in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes der für den Zündwinkel charakteristischen Größe vom Istwert, die in einem zweiten vorgegebenen Bereich liegen, der vom ersten vorgegebenen Bereich verschieden ist, für die Vorgabe des Zündwinkels voll berücksichtigt werden. Dabei ist der zweite vorgegebene Bereich im obigen Ausführungsbeispiel durch den zweiten Schwellwert Δ2 und im Falle der Verwendung des Zündwinkels als charakteristische Größe durch den zweiten vorgegebenen Wert definiert.
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Ganz allgemein kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, dass Abweichungen des in Abhängigkeit der einzustellenden Ausgangsgröße ermittelten Sollwertes der für den Zündwinkel charakteristischen Größe vom Istwert, die in einem dritten Bereich liegen, der vom ersten vorgegebenen Bereich verschieden ist, für die Vorgabe des Zündwinkels teilweise berücksichtigt werden. Dabei ist der dritte vorgegebene Bereich im obigen Ausführungsbeispiel durch den Bereich zwischen dem ersten Schwellwert Δ1 und dem zweiten Schwellwert Δ2 und im Falle der Verwendung des Zündwinkels als charakteristische Größe durch den Bereich zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert definiert und als Übergangsbereich bezeichnet, der beispielsweise einen linearen Verlauf aufweisen kann, wie in 3 dargestellt.
