DE19845965B4

DE19845965B4 - Verfahren zum Bestimmen des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19845965B4
Application number: DE19845965A
Authority: DE
Inventors: Alfred Ottowitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: DE19845965A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis (ε), wobei in einem definierten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Zündzeitpunkt (ZZP) variiert wird und in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze (ZZPK) der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis.
Aus der Druckschrift DE 33 09 714 C2 ist eine Einrichtung zur Verdichtungssteuerung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, die in Abhängigkeit vom Beginn der klopfenden Verbrennung in wenigstens einem der Arbeitsräume der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Dadurch wird die Verdichtung des Motors unabhängig vom Lastzustand immer etwa kurz unterhalb der Klopfgrenze gehalten, so dass ein wirkungsgradgünstiger Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Zudem ist in der Druckschrift DE 38 33 323 C2 eine Brennkraftmaschine mit veränderlichem Kompressionsverhältnis beschrieben, bei der in Abhängigkeit vom Klopfsignal, die Maschinendrehzahl, die Luftmenge, der Zylinderdruck, das Kompressionsverhältnis und der Zündzeitpunkt gesteuert werden. Dadurch können das Kompressionsverhältnis und der Zündzeitpunkt genau gesteuert werden, so dass sich das volle Leistungspotential des Motors ohne Klopfen entfaltet, der Ausstoß von Schadstoffen im Abgas sowie der spezifische Brennstoffverbrauch vermindert und das Fahrverhalten verbessert.
Die DE 31 06 033 A1 zeigt einen Motor mit variablem Verdichtungsraum, bei dem der Verdichtungsraum durch Einbau eines verstellbaren Zweitkolbens in den Zylinderkopf verkleinert beziehungsweise vergrößert werden kann.
Die DE 40 27 625 A1 zeigt ein Verfahren zur Einstellung des Zündzeitpunkts bei einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine. Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern, wobei ein Überschreiten der Klopfgrenze ausgeschlossen ist, wird vorgeschlagen, den Zündzeitpunkt zusätzlich in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungsverhältnisses des jeweils zündenden Zylinders zu ermitteln. Dazu wird die Brennkraftmaschine ohne Befeuerung durchgedreht und der Druckverlauf in Abhängigkeit der Kurbelstellung für jeden einzelnen Zylinder erfasst und aus diesen Druckverläufen das reale Verdichtungsverhältnis ermittelt.
Die DE 40 27 626 A1 zeigt eine Einrichtung zur Erfassung von Diagnosedaten von Elektronik-Einheiten in einem Kraftfahrzeug. Sie erlaubt die Prüfung einer Vielzahl von Elektronik-Einheiten in einem Fahrzeug mittels eines Diagnosegeräts.
Die DE 42 32 044 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches im Wesentlichen stöchiometrisch betrieben wird, wobei Auspuffgase entsprechend zurückgeführt werden.
Eine Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis findet beim Stand der Technik jedoch nicht statt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses zu konzipieren, welches auf einfache und zuverlässige Art und Weise arbeitet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1.
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
In einem definierten Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird der Zündzeitpunkt variiert und in Abhängigkeit von der Klopfregeltiefe der Istwert des Verdichtungsverhältnisses bestimmt. Durch die Wahl des Zündzeitpunktes als variable Größe ist ein Parameter gewählt, der einen großen Einfluss auf die Klopfintensität der Brennkraftmaschine hat und daher eine einfache Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht. Die Klopfregeltiefe bezeichnet dabei den Wert, um den der Zündzeitpunkt in Richtung spät verstellt werden muss, um einen Betrieb der Brennkraftmaschine ohne klopfende Verbrennung zu ermöglichen.
Bevorzugt werden zur Definition des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zunächst die Größen Drehzahl, Last, Luftmasse, Ansauglufttemperatur, Kühlwassertemperatur und/oder Lambdawert erfaßt und der Sollwert des Verdichtungsverhältnisses festgestellt. Dieser Sollwert bezeichnet das Verdichtungsverhältnis, dass idealerweise vorliegen soll.
Daraufhin wird in Abhängigkeit von den zuvor erfassten Größen Drehzahl, Last, Luftmasse, Ansauglufttemperatur, Kühlwasser und/oder Lambdawert und vom Sollwert des Verdichtungsverhältnisses ein zugehöriger Zündzeitpunkt ermittelt. Dazu sollte ein dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses entsprechendes Kennfeld herangezogen werden.
Bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis sollte überprüft werden, ob der vorliegende Betriebszustand für die Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses geeignet ist. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses zu deutlich unterschiedlichen Zündzeitpunkten führt, wenn die Klopferkennung ausreichend genau ist und/oder wenn die Größen Drehzahl, Last, Luftmasse, Ansauglufttemperatur, Kühlwassertemperatur und/oder Lambdawert bestimmten Randbedingungen genügen. Deutlich unterschiedliche Zündzeitpunkte liegen zum Beispiel dann vor, wenn sie sich um mehr als 4 Grad unterscheiden.
Anschließend wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine benachbart der Klopfgrenze im Bereich klopfender Verbrennung betrieben wird. Trifft dies zu, so wird die Klopfregeltiefe bestimmt. Die Klopfregeltiefe kann dabei einfach durch Auswertung des Signals eines Klopfsensors oder durch Messung des Ionenstroms an der Zündkerze bestimmt werden.
In Abhängigkeit von der Größe der Klopfregeltiefe werden nun verschiedene Fälle unterschieden:
Ist die Klopfregeltiefe gleich Null, so muß der Zündzeitpunkt in Richtung früh verstellt werden, bis eine klopfende Verbrennung auftritt. Danach wird die Klopfregeltiefe erneut ermittelt.
Liegt eine Klopfregeltiefe ungleich Null vor, so kann bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis der Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze ermittelt, der Istwert des Verdichtungsverhältnisses aus einem vorgegebenen Kennfeld bestimmt und mit dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses verglichen werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann der ermittelte Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze auch direkt mit dem Zündzeitpunkt des Sollwertes des Verdichtungsverhältnisses verglichen werden, um zu bestimmen, ob der von der Klopfregeltiefe abhängige Istwert des Verdichtungsverhältnisses dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses entspricht.
Zweckmäßig wird der Istwert des Verdichtungsverhältnisses nach einer Variation der Verdichtung, nach einer gewissen Laufzeit der Brennkraftmaschine oder aus Abgasemissionsgründen neu bestimmt. Dadurch wird sichergestellt, daß das vorgegebene Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich eingehalten wird. Außerdem kann der Istwert des Verdichtungsverhältnisses bei der Abgasnachbehandlung für Diagnosezwecke verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Zeichnungsfigur näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild des Verfahrens bei einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlich oder diskret verstellbarem Verdichtungsverhältnis.
In dem Blockschaltbild werden bei der Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis zunächst verschiedene Größen, wie Drehzahl n, Last L, Luftmasse M, Ansauglufttemperatur Ta, Kühlwassertemperatur Tk und Lambdawert λ erfaßt. Zudem wird der Sollwert des Verdichtungsverhältnisses εsoll erfaßt und wird abhängig von den gewählten Größen und vom Sollwert des Verdichtungsverhältnisses εsoll der Zündzeitpunkt ZZP ermittelt.
Daraufhin wird überprüft, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine für die Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses εist geeignet ist. Dazu muß in diesem Betriebszustand bei einer Änderung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses εist eine deutliche Änderung des Zündzeitpunktes ZZP vorliegen, muß die Klopferkennung ausreichend genau sein und müssen die oben genannten Größen n, L, M, Ta, Tk, λ bestimmten Randbedingungen genügen. Zudem wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine im Bereich klopfender Verbrennung betrieben wird.
Wird eines oder werden mehrere dieser Kriterien nicht erfüllt, so wird der Verfahrensablauf neu gestartet. Werden dagegen alle Kriterien erfüllt, so wird zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses εist die Klopfregeltiefe R gemessen.
Hat die Klopfregeltiefe R den Wert Null, so wird der Zündzeitpunkt ZZP so lange um einen Winkel x in Richtung früh verstellt, bis die Klopfregeltiefe R einen Wert ungleich Null hat. Hat die Klopfregeltiefe R dagegen einen Wert ungleich Null, so kann der Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze ZZPK ermittelt und anhand einer Tabelle oder eines Kennfeldes der Istwert des Verdichtungsverhältnisses εist bestimmt werden.
Schließlich wird der Istwert des Verdichtungsverhältnisses εist mit dem zuvor erfaßten Sollwert des Verdichtungsverhältnisses εsoll verglichen, wobei innerhalb vorgegebener Grenzen zwischen dem Istwert und dem Sollwert eine Toleranz Δ auftreten darf, damit der Istwert des Verdichtungsverhältnisses εist dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses εsoll entspricht. Wird der vom Betriebszustand abhängige Toleranzbereich Δ jedoch überschritten, so stimmt der Istwert des Verdichtungsverhältnisses εist nicht mit dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses εsoll überein.
Durch einen Vergleich des aus der Klopfregeltiefe ermittelten Zündzeitpunkts an der Klopfgrenze mit dem Zündzeitpunkt des Sollwertes des Verdichtungs verhältnisses könnte aber auch direkt darauf geschlossen werden, ob der von der Klopfregeltiefe abhängige Istwert des Verdichtungsverhältnisses dem Sollwert entspricht. Auf diese Weise ist eine vereinfachte Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses möglich.
Die beschriebenen Verfahrensschritte zur Bestimmung bzw. Überprüfung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses εist sollten spätestens dann wiederholt werden, wenn eine Variation des Verdichtungsverhältnisses erfolgt ist, eine gewisse Laufzeit der Brennkraftmaschine abgeleistet ist oder wenn aus Abgasemissionsgründen eine erneute Überprüfung erforderlich ist. Durch Wiederholung des Verfahrens wird die Aussagekraft des Ergebnisses erhöht.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis (ε), wobei in einem definierten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Zündzeitpunkt (ZZP) variiert wird und in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze (ZZPK) der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen Drehzahl (n), Last (L), Luftmasse (M), Ansauglufttemperatur (Ta), Kühlwassertemperatur (Tk), und/oder Lambdawert (λ) zur Bestimmung des Betriebszustandes erfasst werden, und dass der Sollwert des Verdichtungsverhältnisses (εsoll) festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den Größen Drehzahl (n), Last (L), Luftmasse (M), Ansauglufttemperatur (Ta), Kühlwassertemperatur (Tk), und/oder Lambdawert (λ) und vom Sollwert des Verdichtungsverhältnisses (εsoll) der Zündzeitpunkt (ZZP) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob der vorliegende Betriebszustand für die Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses (εist) geeignet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Brennkraftmaschine benachbart der Klopfgrenze im Bereich klopfender Verbrennung betrieben wird, die Klopfregeltiefe (R) bestimmt wird, die dem Wert entspricht, um den der Zündzeitpunkt (ZZP) zurückgenommen werden muss, damit ein Betrieb der Brennkraftmaschine ohne klopfende Verbrennung möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klopfregeltiefe (R) mittels eines Klopfsensors oder durch eine Ionenstrommessung an der Zündkerze bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klopfregeltiefe (R) gleich Null der Zündzeitpunkt (ZZP) in Richtung früh verstellt wird, bis eine klopfende Verbrennung auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klopfregeltiefe (R) ungleich Null der Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze (ZZPK) ermittelt, aus einem vorgegebenen Kennfeld der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) bestimmt und mit dem Sollwert des Verdichtungsverhältnisses (εsoll) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klopfregeltiefe (R) ungleich Null der Zündzeitpunkt an der Klopfgrenze (ZZPK) ermittelt, und mit dem Zündzeitpunkt des Sollwerts des Verdichtungsverhältnisses (εsoll) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) nach einer Variation der Verdichtung neu bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) nach einer gewissen Laufzeit der Brennkraftmaschine neu bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des Verdichtungsverhältnisses (εist) aus Abgasemissionsgründen neu überprüft wird.