DE4205889A1 - Klopfregelung einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine - Google Patents

Klopfregelung einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Klopfregelung einer fremdgezünde­ ten Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für den optimierten Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraft­ maschine ist es erforderlich, den Zündzeitpunkt in Abhängig­ keit der Drehzahl und Last zu verändern. Dazu ist es bekannt, in einem Kennfeld einer elektronischen Motorsteuereinrichtung Kennfeldvorgaben in Abhängigkeit der Drehzahl und Last abzu­ legen, die für einen aktuellen Zündzeitpunkt jeweils ausge­ lesen werden.
Eine weitere, bekannte Optimierung hinsichtlich eines gerin­ gen Kraftstoffverbrauchs und geringen Schadstoffausstoßes wird dadurch erreicht, daß die Brennkraftmaschine nahe an der Klopfgrenze betrieben wird. Die Lage der Klopfgrenze ist von Betriebsparametern, insbesondere der Treibstoffqualität, der Temperatur und des Luftdrucks abhängig und es ist bekannt, eine Klopfregelung durchzuführen.
Dabei wird beim Auftreten von Klopfereignissen die aus dem abgelegten Kennfeld ausgelesene Kennfeldvorgabe jeweils um einen Schritt durch einen Spät-Korrekturwert zu einem in einem Klopfspeicher abgelegten Regelhub auf einen Wert für einen aktuellen Zündzeitpunkt in Richtung Spätzündung zurück­ genommen. Beim weiteren Ausbleiben von Klopfereignissen wird der Wert für den aktuellen Zündzeitpunkt schrittweise durch Reduzierung des abgelegten Regelhubs um jeweils einen Früh- Korrekturwert wieder in Richtung Frühzündung auf die Kennfeld­ vorgabe hin zurückgeführt.
Es ist weiter eine zylinderselektive Klopfregelung bekannt, bei der die Klopfereignisse zylinderselektiv erfaßt und ent­ sprechend zylinderselektive Regelhübe gebildet werden.
Die Klopfregelung stellt sich mit bestimmten Regelhüben für einen gerade gefahrenen Betriebspunkt mit bestimmter Drehzahl und Last ein. Wenn dieser Betriebspunkt verlassen wird und ein anderer Betriebspunkt angefahren wird, ändert sich übli­ cherweise auch die aus dem Kennfeld ausgegebene Kennfeldvor­ gabe, die dann dem neuen Betriebspunkt entspricht. Damit muß sich auch die Klopfregelung auf diese neuen Gegebenheiten wie­ der einstellen, d. h. daß bei ungünstigen Übergangsverhältnis­ sen relativ viele klopfende Verbrennungen mit teilweise hefti­ gen Klopfern in Kauf genommen werden müssen, bis sich die Klopfregelung wieder auf den neuen Betriebspunkt optimal ein­ gestellt hat.
Für eine bessere Stabilisierung der Regelung und eine Reduzie­ rung der Klopfereignisse bei solchen Übergangsverhältnissen ist es weiter bekannt (DE-OS 40 01 476), zusätzlich zu der vorbeschriebenen Klopfregelung eine Langzeitanpassung vorzu­ nehmen. Dazu wird für einen jeweils bestimmten Betriebspunkt bzw. Kennfeldbereich ein Anpassungswert als Mittelwert ent­ sprechend etwa dem Abstand der aktuellen Zündzeitpunkte von der Kennfeldvorgabe ermittelt und dieser Anpassungswert beim Verlassen des Betriebspunkts bzw. Kennfeldbereichs in einem zugeordneten Korrekturkennfeld abgelegt. Beim Wiederanfahren dieses Betriebspunkts bzw. Kennfeldbereichs wird der Anpas­ sungswert als "gelernte" Korrekturgröße ausgegeben und die Kennfeldvorgabe damit zur Vorsteuerung der Klopfregelung be­ aufschlagt.
Ein Problem dieser kennfeldartig abgelegten Lernwerte besteht darin, daß diese im Prinzip nur dann gebildet werden können, wenn mit der Brennkraftmaschine ein entsprechender Kennfeldbe­ reich angefahren wurde. Wenn bestimmte Kennfeldbereiche lange Zeit nicht angefahren werden, z. B. Vollastbereiche, werden die Lernwerte ggfs. nicht schnell genug aktualisiert und geändert, wie dies beispielsweise nach dem Betanken mit einer anderen Kraftstoffqualität erforderlich wäre. In einem sol­ chen Fall können die langfristig angelegten Lernwerte und damit die Vorsteuerung der Klopfregelung u. U. für lange Zeit nicht stimmen, so daß die Klopfregelung durch die Vorsteue­ rung mit diesen Werten nicht geeignet optimiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Klopfrege­ lung so weiterzubilden, daß die Anzahl von Klopfereignissen bei Lastübergängen bei stabiler Klopfregelung mit relativ ge­ ringem Aufwand klein gehalten und damit der Betrieb der Brenn­ kraftmaschine optimiert wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird der aus dem Klopfspeicher ausgegebene Wert für den Regelhub Rh einer Wichtungseinheit zugeführt, dort mit einem Wichtungsfaktor bewertet und von dort mit dem gewichteten Wert zur Rücknahme des aktuellen Zündzeitpunkts in Richtung "spät" ausgegeben. Die Wichtung erfolgt dabei kennfeld- oder lastabhängig, dergestalt, daß die Wichtungsfak­ toren zu größeren Lastbereichen der Brennkraftmaschine hin ansteigen.
Der erfindungsgemäßen Maßnahme liegt die Kenntnis zugrunde, daß der Klopfabstand zur optimalen Zündung über der Last der Brennkraftmaschine nicht gleich groß und in der Regel bei Vollast am größten ist. Vorteilhaft wird durch die erfindungs­ gemäße Maßnahme der Klopfspeicher permanent und schnell aktualisiert, z. B. auch nach dem Umtanken mit einer anderen Kraftstoffqualität. Durch die schnelle Aktualisierung des Klopfspeichers wird die Klopfregelung optimiert und stabili­ siert bei einer insgesamt geringen Anzahl von Klopfereignis­ sen auch bei Lastübergängen. Da lediglich eine kennfeld- oder lastabhängige Wichtung und Bewertung des ausgegebenen Klopf­ speicherwertes erfolgt, ist der Aufwand für die erfindungs­ gemäße Maßnahme relativ gering und kostengünstig, bei großer positiver Wirkung für die Klopfregelung.
Wegen der ständigen, schnellen Aktualisierung des Regelhubs im Klopfspeicher ist bei einem erkannten Klopfereignis eine nur relativ geringe Zündwinkelrücknahme möglich, wodurch insgesamt im zeitlichen Mittel die Brennkraftmaschine näher und damit effektiver an der Klopfgrenze betrieben wird.
Die Wichtung der im Klopfspeicher abgelegten Regelhubgröße kann grundsätzlich, beispielsweise durch ein Kennfeld oder eine Kennlinie, kontinuierlich, entsprechend der Last, erfol­ gen. Für eine gute Funktion ist es jedoch gemäß Anspruch 2 ausreichend, wenn der Gesamtlastbereich der Brennkraftmaschi­ ne in einzelne Lastbereiche aufgeteilt wird, denen jeweils ein bestimmter Wichtungsfaktor zugeordnet ist. Beim Übergang von einem Lastbereich in den anderen wird somit der vorn Klopf­ speicher ausgegebene Wert mit dem entsprechenden Wichtungsfak­ tor bewertet.
Es hat sich gezeigt, daß gemäß Anspruch 3 für eine gute Funk­ tion eine Aufteilung des Gesamtlastbereichs in vier einzelne Lastbereiche ausreichend ist. Als geeignete Wichtungswerte sind im untersten Lastbereich "0", in den anschließenden bei­ den Lastbereichen nacheinander "0,4" und "0,7" und im ober­ sten Vollastbereich "l" verwendbar. Je nach den Gegebenheiten einer speziellen Brennkraftmaschine können die einzelnen Last­ bereiche unterschiedlich groß gewählt und modifizierte Wich­ tungsfaktoren verwendet werden.
Als Größe zur Ermittlung der Last der Brennkraftmaschine ist in an sich bekannter Weise nach Anspruch 4 das Lastsignal des Motorsteuergeräts (beispielsweise der Saugrohrdruck) oder die Stellung einer Drosselklappe verwendbar.
Gemäß Anspruch 5 ist es vorteilhaft, in an sich bekannter Weise die Klopfregelung zylinderselektiv auszuführen, wobei beim Auftreten von Klopfereignissen diese zylinderselektiv erfaßt und jeweils ein zylinderselektiver Regelhub gebildet wird. Eine zugeordnete Kennfeldvorgabe kann zylinderselektiv zurückgenommen werden. Pro Zylinder ist dann erfindungsgemäß lediglich ein Klopfspeicher ohne weitere Speicherplätze für evtl. langfristige Lernwerte erforderlich.
Bei guter Vorsteuerung kann nach Anspruch 6 die Zündwinkel­ rücknahme bzw. der Spät-Korrekturwert relativ klein gewählt werden, wobei anstelle der bisher üblichen Zurücknahme von ca. 3°KW (Kurbelwellenumdrehung) ein kleinerer Wert von bei­ spielsweise 1°KW möglich ist, was zu einer weiteren Optimie­ rung der Klopfregelung beiträgt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Diagramm, das die Lage der Klopfgrenze in Abhängig­ keit der Last und des Zündwinkels zeigt,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem vier Lastbereiche mit unterschied­ lichen Wichtungsfaktoren angegeben sind und
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Funktion der Klopfregelung mit einem Lastübergang eingezeichnet ist.
In Fig. 1 ist die Abhängigkeit des Drehmoments von der Zünd­ zeitpunkteinstellung αz angegeben. Bei geringer Last ist die Kurve 1 relativ flach und die Klopfgrenze 2 liegt weit vom Maximum der Kurve 1 ab. Die Brennkraftmaschine wird zweck­ mäßig am Punkt 3, d. h. im Maximum betrieben, wobei keine klopfenden Verbrennungen auftreten.
Die Kurve 4 stellt etwa den Halblastbereich dar, ist stärker gekrümmt und die Klopfgrenze 2 ist näher an den Maximumpunkt 5, in dem die Brennkraftmaschine optimal betrieben wird, herangerückt.
Die Kurve 6 stellt den Vollastbereich dar, wobei die Klopf­ grenze 2 vor dem Maximum liegt, d. h., insbesondere im Bereich zwischen den Kurven 4 und 6 sind bei optimiertem Betrieb Klopfereignisse zu erwarten, so daß auch die Klopfregelung bevorzugt in diesem Bereich arbeitet. Auf der Kurve 6 ist der optimale Betriebspunkt 7 eingezeichnet, der gerade kurz vor der Klopfgrenze 2 liegt. Der Doppelpfeil 8 soll das Heran­ tasten der Zündzeitpunktvorgabe an diesen Punkt 7 mit Hilfe der Klopfregelung andeuten.
Im Diagramm der Fig. 2 ist der gesamte Lastbereich einer Brennkraftmaschine in vier Bereiche aufgeteilt. Die Last wird beispielsweise über den Saugdruck ermittelt. Den vier Be­ reichen sind Wichtungsfaktoren zugeordnet. Ein unterer Be­ reich mit einem Wichtungsfaktor "0" geht bis 500 mb, ein zwei­ ter Lastbereich liegt zwischen 500 mb und 700 mb mit einem Wichtungsfaktor von "0,4". Ein dritter Lastbereich liegt zwi­ schen 700 mb und 850 mb mit einem Wichtungsfaktor von "0,7". Darüber liegt ein vierter Bereich als Vollastbereich mit dem Wichtungsfaktor "1". Mit diesen Wichtungsfaktoren werden die nachfolgend beschriebenen Regelhübe den Lastbereichen zugeord­ net gewichtet.
Im Diagramm der Fig. 3 ist nach oben der Wert des Zündwinkels αz mit der Richtung nach früher Zündung über die nach rechts weisende Zeitachse aufgetragen. Die obere, horizontal verlaufende, strichlierte Linie in den Zeitintervallen a, b, c entspricht einer Kennfeldvorgabe αv für den Zündzeitpunkt aus einem fest abgelegten Kennfeld zu einem bestimmten Be­ triebspunkt im Vollastbereich (Wichtungsfaktor 1) nach Fig. 2. Die Kennfeldvorgabe αv ist so gewählt, daß die Brennkraft­ maschine bei üblichen Betriebsbedingungen nahe an der Klopf­ grenze betrieben wird und somit vereinzelt Klopfereignisse auftreten können.
Im Zeitintervall a wird durch eine an sich bekannte und nicht weiter explizit beschriebene Klopfregelung diese Kennfeldvor­ gabe αv beim Auftreten von Klopfereignissen K um einen Schritt durch einen Spät-Korrekturwert SK (1° Kurbelwellenum­ drehung) auf einen Regelhub Rh für einen aktuellen Zündzeit­ punkt in Richtung "spät" zurückgenommen (Kurve 9). Bei einem weiteren Ausbleiben von Klopfereignissen wird dann der Wert für den aktuellen Zündzeitpunkt um einen Schritt durch einen Früh-Korrekturwert FK in Richtung Frühzündung wieder auf die Kennfeldvorgabe αv hingeführt und ein neuer Regelhub Rh ge­ bildet.
Durch Veränderungen von Betriebsparametern, beispielsweise nach dem Betanken und allmählichen Durchmischen mit einem Kraftstoff schlechterer Qualität treten im Zeitintervall b nacheinander vermehrt Klopfereignisse auf. Damit werden die aktuellen Zündzeitpunkte nacheinander weiter von der ursprüng­ lichen Kennfeldvorgabe αv in Richtung "spät" wegbewegt (Pfeil 10). Der Regelhub Rh pendelt sich entsprechend einer veränderten Klopfgrenze auf einem tieferen Niveau ein, wie dies im Zeitintervall c dargestellt ist.
In den Zeitintervallen a, b, c beim Betrieb im Vollastbereich mit einem Wichtungsfaktor "1" entspricht jeder Wert Rh(1), wobei der Index 1 für den Wichtungsfaktor "1" steht, sowohl dem im zugeordneten Klopfspeicher abgespeicherten und jeweils aktualisierten Regelhub Rh als auch dem an die Zündung gegebe­ nen Regelhub Rh(1), da die Werte lediglich mit dem Faktor 1 multipliziert werden.
Im Zeitintervall d soll nun ein Lastwechsel auf den zweiten Lastbereich mit dem Wichtungsfaktor "0,7" erfolgen: Der Klopf­ speicher wird dabei in der gleichen Weise weiterbetrieben, wie in den Zeitintervallen a, b, c, wo im Vollastbereich ge­ fahren wurde, d. h., daß die Regelhubgrößen im Klopfspeicher weiter beim Auftreten von Klopfereignissen um einen Spät-Kor­ rekturwert SK vergrößert und beim Ausbleiben von Klopfereig­ nissen um einen Früh-Korrekturwert FK verringert werden. Dem­ gegenüber wird jedoch der Ausgang des Klopfspeichers mit dem Wichtungsfaktor "0,7" gewichtet ausgegeben.
Im Zeitintervall c ist durch den Lastwechsel die Kennfeldvor­ gabe im Vollastbereich αv(VL) auf eine in Richtung "früh" zu­ rückgenommene Kennfeldvorgabe für den Teillastbereich αv(TL) zurückgenommen; die entsprechenden Werte werden aus dem fest abgelegten Kennfeld ausgelesen. Zugleich wird der im Klopf­ speicher stehende Wert Rh(1) beim Lastwechsel mit dem Wich­ tungsfaktor "0,7" gewichtet und entsprechend kleiner ausgege­ ben, wie dies in Fig. 3 zu Beginn des Zeitintervalls d einge­ zeichnet ist.
Da im angefahrenen Teillastbereich gegenüber dem vorhergehen­ den Vollastbereich die Klopfempfindlichkeit reduziert ist, werden mit dem neuen, reduzierten Regelhub Rh(0,7) bezüglich der Klopfhäufigkeit im Zeitintervall d etwa die gleichen Ver­ hältnisse wie im vorhergehenden Zeitintervall c geschaffen, so daß die Klopfregelung dadurch optimiert vorgesteuert ist und keine großen Einschwingvorgänge mit entweder einem Be­ trieb in einem wenig optimierten Bereich oder einem Betrieb mit vermehrten, heftigen Klopfern hingenommen werden muß.
Bei einer zylinderselektiven Regelung ist für jeden Zylinder ein Klopfspeicher vorgesehen, in dem, entsprechend Fig. 3, ein geeigneter Regelhub Rh ermittelt und über eine nachge­ schaltete Wichtungseinheit mit den den Lastbereichen aus Fig. 2 zugeordneten Wichtungsfaktoren ausgegeben wird. Es treten somit für jeden Zylinder ähnliche Verhältnisse auf, wie sie in Fig. 3 für einen bestimmten Zylinder dargestellt sind.

Claims (6)

1. Klopfregelung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine,
mit einem Ausgangsniveau entsprechend einer Kennfeldvor­ gabe (αv), die aus einem in Abhängigkeit von Betriebs­ parametern fest abgelegten Kennfeld als Vorgabe für den Zündzeitpunkt jeweils zu einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ausgegeben wird,
beim Auftreten von Klopfereignissen (K) diese erfaßt und in einem Klopfspeicher ein Regelhub (Rh) dadurch gebildet wird, daß bei jedem Klopfereignis (K) jeweils ein Spät-Kor­ rekturwert (SK) aufsummiert wird und daß der Regelhub (Rh) aus dem Klopfspeicher ausgegeben und die Kennfeldvorgabe (αv) um den Regelhub (Rh) für einen aktuellen Zündzeit­ punkt in Richtung "spät" modifiziert und zurückgenommen wird und
beim Ausbleiben von Klopfereignissen der im Klopfspeicher abgelegte Regelhub (Rh) durch einen Früh-Korrekturwert (FK) schrittweise verkleinert wird, so daß durch den ver­ kleinerten Regelhub (Rh) der aktuelle Zündzeitpunkt wieder auf die Kennfeldvorgabe (αv) in Richtung "früh" hinge­ führt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aus dem Klopfspeicher ausgegebene Wert für den Regelhub (Rh) einer Wichtungseinheit zugeführt, dort mit einem Wichtungsfaktor (beispielsweise 0; 0,4; 0,7; 1) be­ wertet und von dort mit dem gewichteten Wert (beispielswei­ se Rh(1) bzw. Rh(0,7)) zur Rücknahme des aktuellen Zünd­ zeitpunkts in Richtung "spät" ausgegeben wird, wobei
die Wichtung lastabhängig oder kennfeldartig durchgeführt ist, dergestalt, daß die Wichtungsfaktoren zu größeren Lastbereichen der Brennkraftmaschine hin ansteigen.
2. Klopfregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtlastbereich der Brennkraftmaschine in einzelne Lastbereiche aufgeteilt ist, denen jeweils ein bestimmter Wichtungsfaktor zugeordnet ist.
3. Klopfregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtlastbereich in vier einzelne Lastbereiche aufge­ teilt ist und die Wichtungsfaktoren im untersten Lastbe­ reich "0", in den anschließenden beiden Lastbereichen nach­ einander "0,4" und "0,7" und im obersten Vollastbereich "1" sind.
4. Klopfregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Größe zur Ermittlung der Last der Saugdruck und/oder die Stellung einer Drosselklappe oder das jeweilige Lastsignal des Motorsteuergeräts verwendet sind.
5. Klopfregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Klopfereignissen (K) diese zylinderselektiv, d. h. jedem Zylinder zugeord­ net, erfaßt und jeweils ein zylinderselektiver Regelhub (Rh) gebildet wird, so daß eine zugeordnete Kennfeldvor­ gabe (αv) zylinderselektiv zurückgenommen wird.
6. Klopfregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwinkelrücknahme bei einem er­ kannten Klopfereignis (K) bzw. der Spät-Korrekturwert (SK) relativ klein, insbesondere 1° Kurbelwellenumdrehung (KW) ist.
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