DE19539171C2 - Klopfregelung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klopfregelung für eine fremdgezündete Brenn­ kraftmaschine mit in verschiedenen Maschinen-Betriebspunkten unter­ schiedlichen Rückziehwinkeln, die ferner an aktuelle Randbedingungen adaptiert werden. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der DE 42 05 889 A1 auf die WO 94/16213 verwiesen.

Insbesondere in der letztgenannten Schrift ist eine funktional äußerst vielfäl­ tige Klopfregelung beschrieben, bei der für unterschiedliche Brennkraftma­ schinen-Betriebspunkte unterschiedliche sog. Rückziehwinkel oder auch Zündwinkel-Spätverstellwerte laufend in Kennfeldern abgespeichert werden. Diese Rückziehwinkel oder Zündwinkel-Spätverstellwerte werden dann bei der Berechnung des aktuellen Brennkraftmaschinen-Zündwinkels berück­ sichtigt, sobald von einem Klopferkennungssystem erkannt wird, daß in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine klopfende Verbrennung auftritt. Da in Abhängigkeit von den aktuellen Randbedingungen, so beispielsweise in Abhängigkeit von der Kraftstoffqualität, dem atmosphärischen Umge­ bungsdruck oder der Temperatur der Ansaugluft betragsmäßig unterschied­ lich große Rückziehwinkel erforderlich sind, ist es zur Vermeidung uner­ wünschter Drehmomentsprünge bei Tätigwerden der Klopfregelung äußerst vorteilhaft, diese Rückziehwinkel an die aktuellen Randbedingungen zu adaptieren. Ferner ist es bekannt, daß in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine betragsmäßig unterschiedliche Rückziehwinkel erforderlich sind, um aus einem klopfenden Betrieb zu einem klopffreien Betrieb zu gelangen. So muß beispielsweise in hohen Lastpunkten der Brennkraftmaschine in deutlich größerer Rückziehwinkel gewählt werden als in mittleren oder niedrigen Lastpunkten der Brennkraftmaschine. All diesen Anforderungen wird der in der WO 94/16213 beschriebene Stand der Technik gerecht, was jedoch zum einen einen relativ hohen Speicherbedarf bedingt. Von Nachteil ist dieser bekannte Stand jedoch auch insofern, als daß die einzelnen Bereiche des Rückziehwinkel-Kennfeldes jeweils unabhängig voneinander adaptiert werden. Da somit jeder Kennfeldbereich separat adaptiert, d. h. auf- und abgeregelt wird, ergeben sich für das komplette Kennfeld lange Adaptionszeiten. Da zudem manche Kennfeldbereiche lediglich dynamisch angefahren werden, werden zwar die Adaptionswerte sehr schnell gelernt, jedoch werden diese Werte dann bei geänderten Randbedingungen nur sehr langsam wieder zurückgeregelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Klopf­ regelsystem aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Ergänzend wird daraufhin gewiesen, daß unter dem Begriff Rückziehwinkel ein Winkelbetrag verstanden wird, um den die Klopfregelung einen in einem Grundkennfeld einer elektronischen Brennkraftmaschinen-Steuerung abgelegten Zündwinkel zu verringern hat. Unter dem Begriff Klopfindex wird eine Klopf-Kenngröße verstanden. Der Begriff Offset ist gleichbedeutend mit dem Begriff Grundwert.

Grundsätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei gegebenen Randbedingungen ein für alle Betriebspunkte im wesentlichen gleicher Klopfindex ermittelt wird, aus dem betriebspunktabhängig der aktuelle Rückziehwinkel abgeleitet wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auch auf die beigefügten Dia­ gramme verwiesen, wobei Fig. 1 den Zusammenhang zwischen dem erfin­ dungsgemäßen Klopfindex sowie dem Rückziehwinkel zeigt, während Fig. 2 der Erläuterung einer später noch zu erklärenden Filterkonstante dient.

Erfindungsgemäß wird bei Auftretenden klopfender Verbrennungen und somit bei Tätigwerden der Klopfregelung ein sog. Klopfindex gebildet, der bei einer gegebenen Randbedingung bzw. Umweltbedingung idealerweise für alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine gleich ist. Dieser Klopfindex stellt somit ein Maß dar für die bei den derzeitigen Rand- oder Umgebungs­ bedingungen herrschende Belastung bzw. Empfindlichkeit der Brennkraft­ maschine gegenüber Klopfen. Ermittelt werden kann dieser Klopfindex im wesentlichen aus der Differenz zwischen demjenigen Zündwinkel, der für den aktuellen Betriebspunkt im Grundkennfeld abgespeichert ist sowie dem aktuell ausgegebenen Zündwinkel, der von der Klopfregelung aufgrund einer klopfenden Verbrennung ausgegeben wird. Dabei wird dieser Klopfindex KI kontinuierlich berechnet und abgespeichert. Aus diesem Klopfindex KI kann dann für den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine der jeweils erforderliche aktuelle Rückziehwinkel abgeleitet werden. Da somit bei einer gegebenen Rand- oder Umweltbedingung für das gesamte Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine lediglich ein einziger Klopfindex KI benötigt wird, liegt vorteilhafterweise für das gesamte Betriebskennfeld der Brennkraftma­ schine implizit ein aktueller Rückziehwinkel vor. Implizit deshalb, da aus die­ sem Klopfindex KI betriebspunktabhängig noch der jeweils aktuelle Rück­ ziehwinkel berechnet werden muß. Unabhängig vom momentanen Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine wird somit stets das gesamte Zündwin­ kelkennfeld an geänderte Randbedingungen angepaßt bzw. korrigiert; hier­ durch reagiert die vorgeschlagene Adaption äußerst schnell auf Verände­ rungen dieser Randbedingungen, so beispielsweise auf Veränderungen der Ansauglufttemperatur oder der Kraftstoffqualität. Ungereimtheiten durch Drehmomentsprünge oder sonstige Betriebsfehler, die bei einer nicht voll­ ständigen Adaption wie im bekannten Stand der Technik auftreten können, werden hierdurch vermieden. Vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsge­ mäßen Klopfindex darüber hinaus ein deutlich geringerer Speicherbedarf für die Adaptionswerte benötigt. Neben der Umrechnungsvorschrift für die Be­ rechnung des Rückziehwinkels aus dem jeweils aktuellen Klopfindex muß nämlich nur dieser eine Klopfindex abgespeichert werden, nicht hingegen ein vollständiges Rückziehwinkel-Kennfeld, wie dies bei der WO 94/16213 erfor­ derlich ist.

Zwischen dem jeweiligen Rückziehwinkel, der im folgenden mit TZ bezeich­ net wird sowie dem Klopfindex KI besteht bevorzugt der folgende formel­ mäßige Zusammenhang:
TZ = (KI - OF) : AF - 0,5* RB.

Hierbei ist OF ein konstanter, betriebspunktabhängiger Offset, AF ein kon­ stanter, betriebspunktabhängiger Adaptionsfaktor und RB die Regelbreite der Klopfregelung. Dieser formelmäßige Zusammenhang entspricht dem in Fig. 1 im Diagramm dargestellten Geraden B1, B2. Dabei ist auf der Ab­ szisse der Rückziehwinkel TZ und auf der Ordinate der Klopfindex KI aufge­ tragen. Im Diagramm dargestellt sind die zwei Geraden B1, B2, die ver­ schiedenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine entsprechen. Der sog. Offset OF stellt dabei den Ordinatenwert für den Rückziehwinkel vom Betrag "0" dar, während der Adaptionsfaktor AF ein Maß für die Steigung der Ge­ raden im Diagramm ist. Der Vollständigkeit halber ist auf der Abszisse zu­ sätzlich die Regelbreite RB der Klopfregelung in einem gewissen Be­ triebspunkt angegeben. Dabei wird aus dem Diagramm ersichtlich, daß sich in einem ersten Betriebsbereich (Gerade B1) der Brennkraftmaschine, der beispielsweise einem Vollast-Betriebspunkt entspricht, bei gleichem Klopfin­ dex KI ein betragsmäßig größerer Rückziehwinkel TZ ergibt als in einem zweiten Betriebsbereich (Gerade B2), der einem Teillast-Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entspricht.

Ausgehend von einem einmal berechneten und gespeicherten Klopfindex KI kann somit nach der hier angegebenen Formel unter Benutzung der be­ triebspunktabhängigen Faktoren OF und AF (sowie mit der Regelbreite RB, die ebenfalls vom Betriebspunkt und zwar von der Drehzahl der Brennkraft­ maschine abhängig ist) der für diesen Betriebspunkt benötigte aktuelle Rückziehwinkel TZ berechnet werden. Sollte mit diesem Rückziehwinkel TZ weiterhin Klopfen auftreten, so stellt sich durch die Klopfregelung ein neuer Rückziehwinkel ein, aus dem entsprechend dieser Formel nunmehr ein neuer Klopfindex berechnet werden kann. Dieser neue Klopfindex wird dann abermals abgespeichert und hat - wie bereits erläutert - für das gesamte Be­ triebskennfeld der Brennkraftmaschine Gültigkeit, so daß auch für sämtliche andere Betriebspunkte dann auf einfache Weise der jeweils erforderliche Rückziehwinkel TZ ermittelt werden kann.

Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß der betriebs­ punktabhängige Offset OF sowie der betriebspunktabhängige Adaptionsfak­ tor AF bei der Auslegung des elektronischen Brennkraftmaschinen-Steuer­ gerätes am Prüfstand im Rahmen einer einfachen Versuchsreihe ermittelt werden kann. Diese Faktoren OF und AF werden dann in einem das Be­ triebskennfeld der Brennkraftmaschine repräsentierenden Kennfeld abge­ speichert.

Um abrupte Änderungen des Rückziehwinkel-Betrages zu vermeiden, kann ferner bei einer Änderung des Rückziehwinkels TZ eine Filterkonstante FK mit eingehen, und zwar nach folgender Beziehung:

TZ_neu = TZ_alt + (TZ - TZ_alt) : FK.

Diese Filterkonstante FK unterteilt somit die notwendigen Anpassungen des Rückziehwinkels TZ auf einzelne Schritte. Insbesondere kann diese Filter­ konstante FK ihrerseits abhängig sein von der Größe der Regelbreite RB der Klopfregelung, nachdem in unterschiedlichen Betriebsbereichen der Brenn­ kraftmaschine, in denen auch unterschiedliche Regelbreiten der Klopfrege­ lung vorliegen, unterschiedlich schnell Änderungen des Rückziehwinkels tolerierbar vorgenommen werden können. Wie dem Fachmann bekannt, ist dabei die Größe der Regelbreite vorzugsweise abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Hinsichtlich der Größe der Filterkonstante FK kann z. B. die folgende Zuord­ nung gegeben sein:

FK = FK1 wenn RB < X (z. B. 0,1° Kurbelwinkel) und Betriebsbereich B1
FK = FK2 wenn RB < X und Betriebsbereich B2
FK = FK3 wenn X < RB < Y (= andere Konstante)
FK = FK4 wenn RB < Y.

Die im Zusammenhang mit den Filterkonstanten FK1 und FK2 abgefragten Betriebsbereiche B1 und B2 können dabei wie in Fig. 2 dargestellt definiert sein (wie üblich ist über der Drehzahl n der Brennkraftmaschine die Last TL der Brennkraftmaschine aufgetragen): Im Bereich B1 entsprechen die Zündwinkel im Grundkennfeld jeweils der Klopfgrenze, was bedeutet, daß die Klopfregelung bereits bei Auslegungsbedingungen der Brennkraftma­ schine aktiv ist. Im Bereich B2 entsprechen die Zündwinkel im Grundkenn­ feld dem jeweiligen Bestwert, was bedeutet, daß die Klopfregelung erst bei verschlechterten Umweltbedingungen aktiv wird.

Ferner kann vorgesehen sein, daß bei schnellen Betriebspunkt-Änderungen bzw. Lastwechseln der Brennkraftmaschine keine Adaption des Rückzieh­ winkels erfolgt. Schnelle Lastwechsel der Brennkraftmaschine könnten näm­ lich ganz kurzfristige Klopferscheinungen hervorrufen, die jedoch tolerierbar sind und daher nicht in einem adaptierten Klopfindex berücksichtigt werden müssen. Ebenso kann zur Vereinfachung vorgesehen sein, daß bei nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine keine Adaption des Rückziehwinkels erfolgt.

Wie bereits erläutert, wird der Klopfindex KI kontinuierlich berechnet und ab­ gespeichert, insbesondere auch beim Abstellen der Brennkraftmaschine. Für einen Neustart der Brennkraftmaschine steht somit grundsätzlich ein bereits aktueller Klopfindex KI zur Verfügung. In diesem Zusammenhang kann es empfehlenswert sein, bei einem Neustart der Brennkraftmaschine diesen Klopfindex KI mit einem Korrekturfaktor zu reduzieren, der abhängig ist von der Temperatur der Brennkraftmaschine beim Abstellen sowie beim Neu­ start. Bevorzugt ist dieser Korrekturfaktor derart abhängig von der Differenz der Temperaturen der Brennkraftmaschine beim Abstellen und Neustart, daß bei einer Temperaturdifferenz von "0" oder nahezu gleich "0" der Korrektur­ faktor den Wert "1" annimmt und bei einer extrem hohen Temperaturdiffe­ renz der multiplikative Korrekturfaktor den Wert 0 annimmt. Dies hat zur Folge, daß dann, wenn die Brennkraftmaschine in heißem Zustand abge­ stellt und in kaltem Zustand gestartet wird, der Korrekturfaktor nahezu gleich "0" wird und der Klopfindex KI somit ebenso nahezu gleich "0" gesetzt wird, was technisch sinnvoll ist, da eine kalte Brennkraftmaschine nahezu keine Klopfneigung besitzt. Wird hingegen die Brennkraftmaschine im wesentli­ chen mit der gleichen Temperatur wieder gestartet, mit der sie abgestellt wurde, so gilt selbstverständlich der beim Abstellen abgelegte Klopfindex KI unverändert weiter, was durch den dann gültigen Wert "1" des Korrekturfak­ tors gewährleistet ist.

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ist es auf einfache Weise möglich, für jeden einzelnen der Zylinder der Brennkraftmaschine einen in­ dividuellen Klopfindex KI zu berechnen und der erfindungsgemäßen Klopfre­ gelung zugrundezulegen. In gleicher Weise werden dann auch die Rück­ ziehwinkel TZ zylinderindividuell berechnet sowie die zylinderindividuellen Klopfindizes beim Abstellen der Brennkraftmaschine abgespeichert. Ferner kann der Klopfindex KI Grundlage für weitere Korrekturen in der elektronischen Steuerung der Brennkraftmaschine sein. Tatsächlich stellt der (bevorzugt zylinderindividuelle) Klopfindex KI nämlich ein Maß für die Bela­ stung der Brennkraftmaschine durch verschlechterte Randbedingungen dar. Dieses Maß kann somit auch einen Anhaltswert darstellen für weitere Kor­ rekturen, die allgemein in der elektronischen Brennkraftmaschinen-Steue­ rung vorgesehen sein können. So kann beispielsweise eine Begrenzung der Brennkraftmaschinendrehzahl oder auch der Fahrzeuggeschwindigkeit vor­ gesehen sein, wenn es sich um eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brenn­ kraftmaschine handelt. Ebenso können aus der Größe des Klopfindex Rück­ schlüsse über die Klopfmeßstrategie gezogen werden, so kann beispiels­ weise die Lage und die Größe des Klopfmaßfensters aus dem aktuellen Klopfindex abgeleitet werden. Daneben sind selbstverständlich eine weitere Vielzahl von Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (7)

1. Klopfregelung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, wobei die in einem Grundkennfeld abgelegten Zündwinkel in verschiedenen Maschinen-Betriebspunkten um unterschiedliche Winkelbeträge (sog. Rückziehwinkel TZ) verringert werden, und wobei diese Winkelbeträge an aktuelle Randbedingungen adaptiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebenen Randbedingungen eine für alle Betriebspunkte gleiche Klopf-Kenngröße (sog. Klopfindex KI) ermittelt wird, aus der betriebspunktabhängig der aktuelle Winkelbetrag (Rückziehwinkel TZ), um welchen der im Grundkennfeld abgelegte Zündwinkel zu verringern ist, abgeleitet wird, wobei der folgende formelmäßige Zusammenhang zwischen der Klopf-Kenngröße (Klopfindex KI) und dem betriebspunktabhängigen Winkelbetrag (Rückziehwinkel TZ), um welchen der im Grundkennfeld abgelegte Zündwinkel zu verringern ist, besteht:
TZ = (KI - OF) : AF - 0,5* RB,
wobei OF ein konstanter betriebspunktabhängiger Grundwert (= Offset), AF ein konstanter betriebspunktabhängiger Adaptionsfaktor und RB die Regelbreite der Klopfregelung ist.

2. Klopfregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des betriebspunktabhängigen Winkelbetrages (Rückziehwinkel TZ), um welchen der im Grundkennfeld abgelegte Zündwinkel zu verringern ist, eine Filterkonstante (FK) mit eingeht nach folgender Beziehung:
TZ_neu = TZ_alt + (TZ - TZ_alt) : FK

3. Klopfregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Filterkonstante (FK) ab­ hängig ist von der Größe der Regelbreite (RB) der Klopfregelung.

4. Klopfregelung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei schnellen Betriebspunkt-Änderun­ gen der Brennkraftmaschine und/oder bei nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine keine Adaption des betriebspunktabhängigen Winkelbetrages (Rückziehwinkel TZ), um welchen der im Grundkennfeld abgelegte Zündwinkel zu verringern ist, erfolgt.

5. Klopfregelung nach einem der vorangegangenen Ansprüche für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Zylinder die Klopf- Kenngröße (Klopfindex KI) sowie die betriebspunktabhängigen Winkelbeträge (Rückziehwinkel TZ), um welche die im Grundkennfeld abgelegten Zündwinkel zu verringern sind, individuell berechnet und - im Falle der Klopf-Kenngrößen (Klopfindizes KI) - gespeichert werden.

6. Klopfregelung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Abstellen der Brennkraftma­ schine abgespeicherte Klopf-Kenngröße (Klopfindex KI) bei einem Neustart mit einem Korrekturfaktor reduziert wird, der abhängig ist von der Temperatur der Brennkraftmaschine beim Abstellen und beim Neustart.

7. Klopfregelung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopf-Kenngröße (Klopfindex KI) Grundlage für weitere Korrekturen in der elektronischen Steuerung der Brennkraftmaschine ist.