EP4619634A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines verbrennungsmotors

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Publication number
EP4619634A1
EP4619634A1 EP23793251.2A EP23793251A EP4619634A1 EP 4619634 A1 EP4619634 A1 EP 4619634A1 EP 23793251 A EP23793251 A EP 23793251A EP 4619634 A1 EP4619634 A1 EP 4619634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
ignition angle
standard
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23793251.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Ramatschi
Peter Mueller
Winfried Kuffner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4619634A1 publication Critical patent/EP4619634A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
    • F02P5/1527—Digital data processing dependent on pinking with means allowing burning of two or more fuels, e.g. super or normal, premium or regular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device which are designed to determine the ignition angle for the operation, in particular for the pre-control, of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine in particular the gasoline engine, of a vehicle is preferably operated as close to the knock limit as possible in order to optimize the efficiency of the internal combustion engine.
  • the knock limit typically depends on the quality, in particular on the RON number, i.e. the octane number, of the fuel.
  • a high-quality fuel with a relatively high RON number enables knock-free operation of the internal combustion engine with a relatively early ignition point (i.e. with a relatively "early" ignition angle), which increases the efficiency of the internal combustion engine.
  • an ignition angle determined in advance can be used.
  • the ignition angle map can be used.
  • the ignition angle map can be determined for a fuel with a relatively high RON number.
  • the ignition angle map can be determined for a specific standard temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber).
  • the ignition angle map can be determined for one or more standard boundary conditions.
  • the one or more standard boundary conditions can alternatively be referred to as design boundary conditions (since the ignition angle map was designed for these one or more boundary conditions).
  • the quality i.e. the RON number
  • the quality i.e. the RON number
  • the increased RON number should be used as the standard RON number for the ignition angle map in order to be able to use the increase in efficiency of the internal combustion engine made possible by the increased fuel quality in an efficient manner.
  • the ignition angle map for a fuel with such a high RON number (eg RON > 100) at the standard temperature (eg at 20°C) can no longer be determined experimentally at all operating points.
  • the ignition timing or the ignition angle must be set so early that the knock limit is reached.
  • the ignition angle characteristic determined for a fuel with a particularly high RON number therefore indicates ignition angles at certain operating points (in particular for a relatively high engine load) that are determined by the operating limits (in relation to the operating pressure and/or in relation to the operating temperature) of the internal combustion engine and that do not correspond to the earliest possible ignition angle at the knock limit.
  • the internal combustion engine cannot be operated in an efficient manner at the certain operating points, even if the actual fuel conditions (in particular the actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber)) deviate from the standard boundary conditions (in particular from the standard temperature).
  • This document deals with the technical task of enabling efficiency-optimised operation of an internal combustion engine even with fuels with a particularly high RON number, in particular when the actual one or more actual boundary conditions deviate from the one or more standard boundary conditions (for which the ignition angle map was determined).
  • a device for operating an internal combustion engine (in particular a spark ignition engine) with a fuel (in particular with gasoline) is described.
  • the fuel has an actual RON value.
  • the device can be designed to determine the operating ignition angle with which the internal combustion engine can be operated in the most efficient manner possible when using the fuel with the actual RON value.
  • the operating ignition angle can be used for the pre-control (of the ignition angle) of the internal combustion engine (in particular the ignition angle control of the internal combustion engine).
  • the device is set up to determine a standard ignition angle based on ignition angle characteristics for the (current) actual operating point of the internal combustion engine.
  • the actual operating point can be defined by a combination of an actual load and an actual speed.
  • the ignition angle characteristics can indicate the standard ignition angle for a large number of different possible operating points.
  • the ignition angle characteristics can have been determined experimentally and/or using simulations prior to the operation of the internal combustion engine. If necessary, different ignition angle characteristics can be provided for different operating modes of the internal combustion engine (e.g. Valvetronic operation (load control via valve lift), standard operation, throttled operation, Miller operation, etc.).
  • the ignition angle characteristics can be based on one or more standard boundary conditions for the operation of the internal combustion engine.
  • standard boundary conditions are a standard temperature (eg of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber) and/or a standard lambda value (ie a standard ratio of the amount of combustion air to the amount of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine).
  • a standard temperature eg of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber
  • a standard lambda value ie a standard ratio of the amount of combustion air to the amount of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the ignition angle characteristics can be based on the operation of the internal combustion engine with fuel that has a standard RON value.
  • the standard RON value can alternatively also be referred to as the design RON value, since the ignition angle characteristics were designed for the standard RON value (i.e. for the design RON value).
  • the ignition angle characteristics can have been determined with the aim of providing a standard ignition angle for each of the many possible operating points of the internal combustion engine that is at the knock limit of the internal combustion engine (if one or more standard boundary conditions are present).
  • the ignition angle characteristics can thus have been determined in such a way that the ignition angle characteristics for the individual operating points, if possible, each indicate the ignition angle that is directly at the knock limit of the internal combustion engine when using a fuel with the standard RON value and if one or more standard boundary conditions are present and/or that enables efficiency-optimized operation of the internal combustion engine.
  • the standard RON value can be so high that due to one or more physical limit values of the internal combustion engine (e.g. a pressure limit value and/or a temperature limit value), the ignition angle characteristics for at least some of the plurality of possible operating points each indicate a standard ignition angle that has an ignition angle delta from the knock limit of the internal combustion engine (if the one or more standard boundary conditions are present).
  • the combustion engine cannot be operated directly at the knock limit for at least some of the possible operating points (especially at a relatively high engine load).
  • the ignition angle characteristics for this part of the possible operating points do not indicate the respective ignition angle at the knock limit, but rather an ignition angle that is a certain ignition angle delta away from the knock limit.
  • the device is further configured to use knock limit distance characteristics for the actual operating point of the internal combustion engine to determine a knock limit distance (in particular an ignition angle delta) of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine.
  • the knock limit distance can indicate the ignition angle delta by which the standard ignition angle at the actual operating point of the internal combustion engine deviates from the knock limit of the internal combustion engine (if one or more actual boundary conditions are present or if one or more standard boundary conditions are present) (and by which the standard ignition angle could be set further “earlier” before the knock limit of the internal combustion engine is reached).
  • the knock limit distance characteristics can show the knock limit distance for the large number of possible operating points of the combustion engine.
  • the knock limit distance characteristics can have been determined experimentally and/or using simulations prior to the operation of the combustion engine. If necessary, different knock limit distance characteristics can be provided for different operating modes of the combustion engine (e.g. Valvetronic operation (load control via valve lift), classic operation, throttled operation, Miller operation, etc.).
  • the device can be designed to determine the knock limit distance of the standard
  • Ignition angle from the knock limit of the combustion engine depending on the one or more actual boundary conditions, in particular depending on the deviation of the one or more actual boundary conditions from the one or more corresponding standard boundary conditions. In this way, the knock limit distance can be determined in a particularly precise manner.
  • the device is designed to determine the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle and on the basis of the knock limit distance.
  • a knock limit distance that depends on the ignition angle delta of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine, an efficiency-optimized operation of the internal combustion engine can be achieved in an efficient and reliable manner even with particularly high-quality fuels (with a particularly high actual RON value) (at least when the one or more actual boundary conditions deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions).
  • the device can be set up to determine the one or more (currently existing) actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine, wherein the one or more actual boundary conditions deviate at least partially from the one or more corresponding standard boundary conditions.
  • An offset value can then be determined using a correction unit, in particular a model-based one, and on the basis of the one or more actual boundary conditions.
  • the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel can then also be determined in a particularly precise manner on the basis of the offset value. In this way, the efficiency of the internal combustion engine can be further increased.
  • the device can be set up to determine an adaptation ignition angle delta of the standard ignition angle from the knock limit of the combustion engine (if one or more actual boundary conditions are present) based on a knock path adaptation (e.g. based on a knock control).
  • Knock path adaptation takes into account one or more limit values of the combustion engine.
  • the knock path adaptation can ensure that one or more limit values of the combustion engine are not exceeded. This can (when using a fuel with a relatively high actual RON value) lead to the actual knock limit of the combustion engine not being reached as part of the knock path adaptation.
  • the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel can also be determined in a particularly precise manner on the basis of the adaptation ignition angle delta.
  • the device can in particular be set up to reduce the standard RON value by a first delta RON value dependent on the adaptation ignition angle delta and to increase it by a second delta RON value dependent on the knock limit distance in order to determine the actual RON value of the fuel.
  • the actual RON value of the fuel can thus be determined in a particularly precise manner.
  • the device can thus be set up to determine the actual RON value of the fuel with which the internal combustion engine is operated.
  • the actual RON value can be compared with a RON threshold value (where the RON threshold value may be different for different operating points of the internal combustion engine). Depending on the comparison, a decision can then be made as to whether or not the knock limit distance is taken into account when determining the operating ignition angle.
  • the device can in particular be set up to take the knock limit distance into account when determining the operating ignition angle, in particular only to take it into account if the actual RON value is the same as or greater than the RON threshold value. In this way, the reliability of the operation of the internal combustion engine (in particular with regard to knock-free operation of the internal combustion engine) can be further increased in an efficiency-optimized manner.
  • a (road) motor vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which comprises the device described in this document.
  • a method for operating an internal combustion engine with a fuel comprises determining, based on ignition angle characteristics, a standard ignition angle for an actual operating point of the internal combustion engine, and determining, based on knock limit characteristics and for the actual operating point of the internal combustion engine, a knock limit distance of the standard ignition angle from the knock limit of the internal combustion engine.
  • the method further comprises determining the operating ignition angle for the operation of the internal combustion engine and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle and on the basis of the knock limit distance.
  • SW software program
  • the SW program can be configured to be executed on a processor (e.g. on a control unit of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.
  • the storage medium can comprise a software program which is designed to be executed on a processor and thereby to carry out the method described in this document.
  • Figure 1c shows an exemplary device for determining the ignition angle or ignition timing for the operation of an internal combustion engine
  • Figure 3 is a flow chart of an exemplary method for determining the ignition angle for the operation of an internal combustion engine.
  • Fig. 1a shows an exemplary vehicle 100 with an internal combustion engine 102 that is designed to drive the vehicle 100 and that is operated with a fuel (e.g. gasoline).
  • a (control) device 101 of the vehicle 100 can be set up to determine the ignition angle for the operation of the internal combustion engine 102. It should be noted that in this document the terms ignition angle and ignition timing are used interchangeably.
  • the vehicle 100 includes one or more sensors 104 that are configured to determine one or more operating conditions for the operation of the internal combustion engine 102 (ie, the operating point of the internal combustion engine 102), such as the load and/or the speed of the internal combustion engine 102. Furthermore, the vehicle 100 may comprise one or more sensors 103 which are configured to detect one or more actual boundary conditions for the operation of the internal combustion engine 102, such as the temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber). The device 101 may be configured to determine the ignition angle for the operation of the internal combustion engine 102 depending on the operating point of the internal combustion engine 102 and/or depending on the one or more actual boundary conditions.
  • the device 101 may be configured to determine the ignition angle for the operation of the internal combustion engine 102 depending on the operating point of the internal combustion engine 102 and/or depending on the one or more actual boundary conditions.
  • Fig. 1b shows an example ignition angle map 110 that was determined prior to the operation of the internal combustion engine 102 (e.g. experimentally and/or based on a simulation).
  • the ignition angle map 110 indicates a standard ignition angle 113 for a combination of one or more operating parameters (e.g. the load 112 and/or the speed 111) of the internal combustion engine 102 (i.e. for an operating point of the internal combustion engine 102).
  • the ignition angle map 110 can have been determined for a fuel that has a standard RON value.
  • the ignition angle map 110 can have been determined for one or more standard boundary conditions.
  • the standard ignition angle 113 can be the earliest possible ignition angle when using a fuel with the standard RON value and when one or more standard boundary conditions are present, so that an efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102 is achieved.
  • the internal combustion engine 102 can be operated with the standard ignition angle 113.
  • the actual RON value deviates from the standard RON value and/or the one or more actual boundary conditions deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions
  • an adjustment of the standard ignition angle 113 is typically required in order to continue to achieve efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102.
  • Fig. 1c illustrates an example of an adjustment of the standard ignition angle 113.
  • an offset value 122 can be determined with which the standard ignition angle 113 can be adjusted, in particular adjusted (after retarding), in order to determine the operating ignition angle 123 for the operation of the internal combustion engine 102.
  • the (model-based) correction unit 120 can be set up to determine the offset value 122 on the basis of one or more actual boundary conditions 121 (in particular on the basis of the actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber)) and/or on the basis of the actual RON value.
  • the adjustment of the standard ignition angle 113 described in connection with Fig. 1c is based on the assumption that the actual RON value of the fuel is always smaller than the standard RON value (ie than the design RON value).
  • Such a correction of the standard ignition angle 113 may not be necessary if the standard ignition angle 113 displayed by the map 110 is not at the head limit due to the relatively high standard RON value.
  • the internal combustion engine 102 is not operated in an efficiency-optimized manner under an actual boundary condition 121 (in particular under an actual temperature (e.g. of the fuel, the intake air, the coolant and/or the immediate surroundings of the combustion chamber)) that deviates from the corresponding standard boundary condition.
  • Fig. 2 shows an exemplary device 200 that makes it possible to enable efficiency-optimized operation of the internal combustion engine 102, even starting from an ignition angle map 110 for a fuel with a particularly high standard RON value.
  • the device 200 comprises a compensation unit that is set up to determine a knock limit distance 222 for the different operating points (in particular for different combinations of load 112 and speed 111) of the internal combustion engine 102.
  • the compensation unit can be based on a compensation or knock distance map 220 determined in advance, which indicates the knock limit distance 222 for the different operating points.
  • the knock limit distance 222 for an operating point can depend on how far the standard ignition angle 113 indicated by the ignition angle map 110 (due to the one or more limit values of the internal combustion engine 102) deviates from the knock limit (and thus from an efficiency-optimized operation of the Combustion engine 102).
  • the knock limit distance 222 can be different for different operating points (and possibly for different operating modes of the combustion engine 102).
  • the compensation map 220 for determining the respective knock limit distance 222 can have been determined in advance of the operation of the combustion engine 102 (experimentally and/or by means of simulation).
  • an offset value 122 can be determined for the standard ignition angle 113 indicated by the ignition angle map 110 (for the current operating point).
  • the knock limit distance 222 can be determined for the current operating point of the internal combustion engine 102 (if necessary, taking into account the one or more actual boundary conditions 121).
  • the standard ignition angle 113 can then be adjusted based on the offset value 122 and based on the knock limit distance 222 in order to determine the operating ignition angle 123 for the operation (in particular for the pre-control) of the internal combustion engine 102.
  • an internal combustion engine 102 should be operated at the knock limit with optimum efficiency over the entire operating range (i.e. for all operating points).
  • the knock resistance of fuels i.e. the RON value of fuels
  • the measures described in this document make it possible to use the efficiency-related potential that these fuels offer in terms of knock resistance in an efficient and reliable manner.
  • the ignition is typically corrected towards late (by the correction unit 120). If, when using a fuel with a relatively high octane number, the same late position of the ignition angle is used at operating points in which (if the one or more standard boundary conditions are present) there is a knock limit distance to comply with the maximum permissible pressures (i.e. the one or more limit values of the combustion engine 102), the fuel efficiency potential is not utilized. This typically increases the consumption and/or CO2 emissions and/or exhaust gas temperatures of the combustion engine 102, although this would not be necessary under actual boundary conditions that deviate from the standard boundary conditions.
  • Fig. 3 shows a flow chart of a (possibly computer-implemented) method 300 for operating an internal combustion engine 102 with a fuel, wherein the fuel has an actual RON value.
  • the method 300 can be designed in particular to determine the operating ignition angle 123 for the operation (in particular for the pre-control of the ignition angle control) of the internal combustion engine 102.
  • the method 300 includes determining 301, based on ignition angle characteristic data 110 (determined in advance), a standard ignition angle 113 for the (currently available) actual operating point of the internal combustion engine 102.
  • the ignition angle characteristic data 110 can specify a standard ignition angle 113 for a large number of different possible operating points.
  • a possible operating point can possibly correspond to a combination of load 112 and speed 111 of the internal combustion engine 102.
  • the ignition angle characteristic data 110 can have been determined for a fuel that has a standard RON value.
  • the ignition angle characteristic data 110 for the operation of the internal combustion engine 102 can have been determined when one or more standard boundary conditions are present (eg when a standard temperature of the fuel and/or the intake air is present, when a standard temperature of the internal combustion engine is present and/or when a standard lambda value is present (ie a standard ratio of combustion air and fuel).
  • one or more actual boundary conditions may exist that deviate from the one or more corresponding standard boundary conditions.
  • the method 300 further includes determining 302, based on knock limit distance characteristics 220 and for the actual operating point of the internal combustion engine 102, a knock limit distance 222 of the standard ignition angle 113 from the knock limit of the internal combustion engine 102.
  • the knock limit distance 222 can indicate the ignition angle delta by which the standard ignition angle 113 deviates from the knock limit of the internal combustion engine 102 at the (current) actual operating point (and when the one or more actual boundary conditions are present).
  • the knock limit distance 222 can depend on the one or more actual boundary conditions, in particular on the deviation of the one or more actual boundary conditions from the one or more corresponding standard boundary conditions.
  • the method 300 includes determining 303 an operating ignition angle 123 for the operation of the internal combustion engine 102 and/or the actual RON value of the fuel on the basis of the standard ignition angle 113 and on the basis of the knock limit distance 222.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff beschrieben. Die Vorrichtung ist eingerichtet, anhand von Zündwinkel-Kenndaten, für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Norm-Zündwinkel zu ermitteln, und anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Klopfgrenzabstand des Norm-Zündwinkels von einer Klopfgrenze des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, einen Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder einen Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands zu ermitteln.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, die darauf ausgerichtet sind, den Zündwinkel für den Betrieb, insbesondere für die Vorsteuerung, eines Verbrennungsmotors zu ermitteln.
Der Verbrennungsmotor, insbesondere der Ottomotor, eines Fahrzeugs wird bevorzugt möglichst nah an der Klopfgrenze betrieben, um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu optimieren. Dabei hängt die Klopfgrenze typischerweise von der Qualität, insbesondere von der ROZ-Zahl, d.h. von der Oktanzahl, des Kraftstoffs ab. Ein qualitativ hochwertiger Kraftstoff mit einer relativ hohen ROZ-Zahl ermöglicht einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem relativ frühen Zündzeitpunkt (d.h. mit einem relativ „frühen“ Zündwinkel), wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht wird.
Zur Ermittlung des frühestmöglichen Zündzeitpunks bzw. Zündwinkels, der einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht, kann auf ein im Vorfeld (z.B. experimentell und/oder anhand von Simulationen) ermitteltes Zündwinkel- Kennfeld zurückgegriffen werden. Das Zündwinkel-Kennfeld kann für einen Kraftstoff mit einer relativ hohen ROZ-Zahl ermittelt worden sein. Ferner kann das Zündwinkel-Kennfeld für eine bestimmte Norm-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) ermittelt worden sein. Allgemein kann das Zündwinkel-Kennfeld für ein oder mehrere Norm-Randbedingungen ermittelt worden sein. Die ein oder mehreren Norm-Randbedingungen können alternativ jeweils als Auslegungs-Randbedingung bezeichnet werden (da das Zündwinkel- Kennfeld für diese ein oder mehreren Randbedingungen ausgelegt wurde).
Falls das Fahrzeug mit einem Kraftstoff mit einer niedrigeren Ist-ROZ-Zahl (unterhalb der Norm-ROZ-Zahl, für die das Zündwinkel-Kennfeld ausgelegt wurde) betrieben wird, kann anhand einer Klopfadaption ein Delta zur Korrektur des in dem Zündwinkel -Kennfeld angegebenen Zündwinkels ermittelt werden. Des Weiteren kann anhand eines Temperaturmodells ein Offsetwert zur Korrektur des in dem Zündwinkel -Kennfeld angegebenen Zündwinkels ermittelt werden, wenn die Ist-Temperatur des Kraftstoffs von der Norm-Temperatur abweicht (insbesondere, wenn die Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) höher als die Norm-Temperatur ist).
Es ist zu erwarten, dass die Qualität, d.h. die ROZ-Zahl, von verfügbaren Kraftstoffen weiter steigt, wobei die erhöhte ROZ-Zahl als Norm-ROZ-Zahl für das Zündwinkel-Kennfeld verwendet werden sollte, um die Effizienzsteigung des Verbrennungsmotors, die durch die erhöhte Kraftstoffqualität ermöglicht wird, in effizienter Weise nutzen zu können.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Zündwinkel -Kennfeld für einen Kraftstoff mit einer derart hohen ROZ-Zahl (z.B. ROZ > 100) bei der Norm-Temperatur (z.B. bei 20°C) nicht mehr in allen Betriebspunkten experimentell ermittelt werden kann. Insbesondere ist es in bestimmten Betriebspunkten nicht mehr möglich (z.B. aufgrund von Beschränkungen des maximal zulässigen Betriebsdrucks und/oder der maximal zulässigen Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors), den Zündzeitpunkt bzw. den Zündwinkel derart früh zu setzen, dass die Klopfgrenze erreicht wird.
Das für einen Kraftstoff mit einer besonders hohen ROZ-Zahl ermittelte Zündwinkel-Kennwinkel zeigt somit in bestimmten Betriebspunkten (insbesondere für eine relative hohe Motor-Last) Zündwinkel an, die durch Betriebsgrenzen (in Bezug auf den Betriebsdruck und/oder in Bezug auf die Betriebstemperatur) des Verbrennungsmotors bedingt sind, und die nicht dem frühestmöglichen Zündwinkel an der Klopfgrenze entsprechen. Als Folge daraus kann der Verbrennungsmotor in den bestimmten Betriebspunkten nicht in wirkungsgradoptimaler Weise betrieben werden, auch dann, wenn die tatsächlichen Kraftstoffbedingungen (insbesondere die tatsächliche Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)) von den Norm-Randbedingungen (insbesondere von der Norm-Temperatur) abweichen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, auch bei Kraftstoffen mit einer besonders hohen ROZ-Zahl einen wirkungsgradoptimierten Betrieb eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen, insbesondere dann, wenn die tatsächlichen ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren Norm-Randbedingungen abweichen (für die das Zündwinkel-Kennfeld ermittelt wurde).
Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines Ottomotors) mit einem Kraftstoff (insbesondere mit Benzin) beschrieben. Der Kraftstoff weist einen Ist-ROZ-Wert auf. Die Vorrichtung kann darauf ausgerichtet sein, den Betriebs-Zündwinkel zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor bei Nutzung des Kraftstoffs mit dem Ist-ROZ-Wert in möglichst wirkungsgradoptimierter Weise betrieben werden kann. Die Betriebs-Zündwinkel kann für die Vorsteuerung (des Zündwinkels) des Verbrennungsmotors (insbesondere der Zündwinkel -Regelung des Verbrennungsmotors) verwendet werden.
Die Vorrichtung ist eingerichtet, anhand von Zündwinkel-Kenndaten für den (aktuell vorliegenden) Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Norm- Zündwinkel zu ermitteln. Der Ist-Betriebspunkt kann durch eine Kombination aus einer Ist-Last und aus einer Ist-Drehzahl definiert sein. Die Zündwinkel- Kenndaten können für eine Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Betriebspunkten jeweils den Norm -Zündwinkel angeben. Die Zündwinkel- Kenndaten können im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors experimentell und/oder anhand von Simulationen ermittelt worden sein. Ggf. können für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors (z.B. z.B. Valvetronic-Betrieb (Laststeuerung über Ventilhub), Standardbetrieb, gedrosselter Betrieb, Millerbetrieb, etc.) jeweils unterschiedliche Zündwinkel -Kenndaten bereitgestellt werden. Die Zündwinkel-Kenndaten können auf ein oder mehreren Norm- Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors basieren. Beispielhafte Norm-Randbedingungen sind eine Norm-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums) und/oder ein Norm-Lambdawert (d.h. ein Norm- Verhältnis der Menge an Verbrennungsluft zu der Menge an Kraftstoff in dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors).
Ferner können die Zündwinkel -Kenndaten auf dem Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff basieren, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Der Norm-ROZ-Wert kann alternativ auch als Auslegungs-ROZ-Wert bezeichnet werden, da die Zündwinkel -Kenndaten für den Norm-ROZ-Wert (d.h. für den Auslegungs-ROZ-Wert) ausgelegt wurden. Die Zündwinkel -Kenndaten können mit dem Ziel ermittelt worden sein, für die Vielzahl von möglichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors jeweils einen Norm-Zündwinkel bereitzustellen, der an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) liegt. Die Zündwinkel-Kenndaten können somit derart ermittelt worden sein, dass die Zündwinkel-Kenndaten für die einzelnen Betriebspunkte nach Möglichkeit jeweils den Zündwinkel angeben, der bei Verwendung eines Kraftstoffs mit dem Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen unmittelbar an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors liegt und/oder der einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Der Norm-ROZ-Wert kann jedoch derart hoch sein, dass aufgrund von ein oder mehreren physikalischen Grenzwerten des Verbrennungsmotors (z.B. einem Druck-Grenzwert und/oder einem Temperatur-Grenzwert) die Zündwinkel- Kenndaten für zumindest einen Teil der Vielzahl von möglichen Betriebspunkten jeweils einen Norm-Zündwinkel angeben, der ein Zündwinkel -Delta von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) aufweist. Mit anderen Worten, es kann sein, dass der Verbrennungsmotor bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Norm-ROZ-Wert (z.B. ROZ>100) zumindest für einen Teil der möglichen Betriebspunkte (insbesondere bei einer relativ hohen Motor-Last) nicht unmittelbar an der Klopfgrenze betrieben werden kann. Als Folge daraus geben die Zündwinkel-Kenndaten für diesen Teil der möglichen Betriebspunkte nicht den jeweiligen Zündwinkel an der Klopfgrenze an, sondern einen Zündwinkel, der um ein bestimmtes Zündwinkel-Delta von der Klopfgrenze entfernt ist.
Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, anhand von Klopfgrenzabstands- Kenndaten für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einen Klopfgrenzabstand (insbesondere ein Zündwinkel -Delta) des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Der Klopfgrenzabstand kann das Zündwinkel-Delta anzeigen, um das der Norm- Zündwinkel bei dem Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist- Randbedingungen oder bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm- Randbedingungen) abweicht (und um das der Norm-Zündwinkel weiter nach „früh“ gestellt werden könnte, bevor die Klopfgrenze des Verbrennungsmotors erreicht wird).
Die Klopfgrenzabstands-Kenndaten können für die Vielzahl von möglichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors jeweils den Klopfgrenzabstand anzeigen. Die Klopfgrenzabstands-Kenndaten können im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors experimentell und/oder anhand von Simulationen ermittelt worden sein. Ggf. können für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors (z.B. z.B. Valvetronic-Betrieb (Laststeuerung über Ventilhub), klassischer Betrieb, gedrosselter Betrieb, Millerbetrieb, etc.) jeweils unterschiedliche Klopfgrenzabstands-Kenndaten bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, den Klopfgrenzabstand des Norm-
Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit von der Abweichung der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen, zu ermitteln. So kann der Klopfgrenzabstand in besonders präziser Weise ermittelt werden.
Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, den Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auf Basis des Norm -Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung eines Klopfgrenzabstands, der von dem Zündwinkel- Delta des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors abhängt, kann auch bei qualitativ besonders hochwertigen Kraftstoffen (mit einem besonders hohen Ist-ROZ-Wert) in effizienter und zuverlässiger Weise ein wirkungsgradoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors bewirkt werden (zumindest dann, wenn die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen).
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die ein oder mehreren (aktuell vorliegenden) Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermitteln, wobei die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zumindest teilweise von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen. Es kann dann anhand einer, insbesondere modellbasierten, Korrektureinheit und auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen ein Offsetwert ermittelt werden. Der Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs kann dann in besonders präziser Weise auch auf Basis des Offsetwerts ermittelt werden. So kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors weiter erhöht werden.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, anhand einer Klopfadaption (z.B. anhand einer Klopfregelung) ein Adaptions-Zündwinkel-Delta des Norm-Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen) zu ermitteln. Dabei können im Rahmen der Klopfadaption die ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Insbesondere kann im Rahmen der Klopfadaption bewirkt werden, dass die ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors nicht überschritten werden. Dies kann (bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Ist-ROZ-Wert) dazu führen, dass im Rahmen der Klopfadaption die eigentliche Klopfgrenze des Verbrennungsmotors nicht erreicht wird.
Der Betriebs-Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs kann in besonders präziser Weise auch auf Basis des Adaptions-Zündwinkel-Deltas ermittelt werden. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Norm-ROZ-Wert um einen von dem Adaptions-Zündwinkel -Delta abhängigen ersten Delta-ROZ-Wert zu reduzieren und um einen von dem Klopfgrenzabstand abhängigen zweiten Delta-ROZ-Wert zu erhöhen, um den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs zu ermitteln. So kann der Ist- ROZ-Wert des Kraftstoffs in besonders präziser Weise ermittelt werden.
Die Vorrichtung kann somit eingerichtet sein, den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor betrieben wird. Der Ist-ROZ-Wert kann mit einem ROZ-Schwellenwert verglichen werden (wobei der ROZ- Schwellenwert ggf. für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors unterschiedlich ist). Es kann dann in Abhängigkeit von dem Vergleich entschieden werden, ob der Klopfgrenzabstand bei der Ermittlung des Betriebs- Zündwinkels berücksichtigt wird oder nicht. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Klopfgrenzabstand bei der Ermittlung des Betriebs- Zündwinkels zu berücksichtigen, insbesondere nur dann zu berücksichtigen, wenn der Ist-ROZ-Wert gleich wie oder größer als der ROZ-Schwellenwert ist. So kann in wirkungsgradoptimierter Weise die Zuverlässigkeit des Betriebs des Verbrennungsmotors (insbesondere in Bezug auf einen klopffreien Betrieb des Verbrennungsmotors) weiter erhöht werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff (insbesondere mit Benzin) beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln, anhand von Zündwinkel -Kenndaten, eines Norm-Zündwinkels für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, sowie das Ermitteln, anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten und für den Ist- Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, eines Klopfgrenzabstands des Norm- Zündwinkels von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln des Betriebs-Zündwinkels für den Betrieb des Verbrennungsmotors und/oder des Ist-ROZ-Wertes des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels und auf Basis des Klopfgrenzabstands.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur la beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor;
Figur 1b ein beispielhaftes Zündwinkel-Kennfeld;
Figur 1c eine beispielhafte Vorrichtung zur Ermittlung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunktes für den Betrieb eines Verbrennungsmotors;
Figur 2 eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunktes für den Betrieb eines Verbrennungsmotors bei Berücksichtigung von Kraftstoffen mit einer besonders hohen ROZ-Zahl; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des Zündwinkels für den Betriebs eines Verbrennungsmotors.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung des Wirkungsgrads eines Verbrennungsmotors bei Betrieb mit einem Kraftstoff, der eine besonders hohe ROZ-Zahl (z.B. ROZ>100) aufweist. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. la ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem Verbrennungsmotor 102, der ausgebildet ist, das Fahrzeug 100 anzutreiben, und der mit einem Kraftstoff (z.B. mit Benzin) betrieben wird. Eine (Steuer-) Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, den Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument die Begriffe Zündwinkel und Zündzeitpunkt in austauschbarer Weise verwendet werden.
Das Fahrzeug 100 umfasst ein oder mehrere Sensoren 104, die eingerichtet sein, ein oder mehrere Betriebsbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (d.h. den Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102) zu ermitteln, wie z.B. die Last und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors 102. Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 ein oder mehreren Sensoren 103 umfassen, die eingerichtet sind, ein oder mehrere Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102, wie z.B. die Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums), zu erfassen. Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, den Zündwinkel für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102 und/oder in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zu ermitteln.
Fig. 1b zeigt ein beispielhaftes Zündwinkel -Kennfeld 110, das im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (z.B. experimentell und/oder anhand einer Simulation) ermittelt worden ist. Das Zündwinkel -Kennfeld 110 gibt für eine Kombination von ein oder mehreren Betriebsparametem (z.B. die Last 112 und/oder die Drehzahl 111) des Verbrennungsmotors 102 (d.h. für einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102) jeweils einen Norm-Zündwinkel 113 an. Das Zündwinkel -Kennfeld 110 kann für einen Kraftstoff ermittelt worden sein, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Ferner kann das Zündwinkel-Kennfeld 110 für ein oder mehreren Norm -Randbedingungen ermittelt worden sein. Der Norm-Zündwinkel 113 kann dabei jeweils der frühestmögliche Zündwinkel bei Verwendung eines Kraftstoffs mit dem Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen sein, sodass ein wirkungsgradoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors 102 bewirkt wird.
Wenn der während des Betriebs verwendete Kraftstoff den Norm-ROZ-Wert aufweist und wenn die ein oder mehreren Norm-Randbedingungen vorliegen, dann kann der Verbrennungsmotor 102 mit dem Norm -Zündwinkel 113 betrieben werden. Wenn andererseits der Ist-ROZ-Wert von dem Norm-ROZ-Wert und/oder die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen, so ist typischerweise eine Anpassung des Norm -Zündwinkels 113 erforderlich, um weiterhin einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu bewirken. Fig. 1c veranschaulicht eine beispielhafte Anpassung des Norm-Zündwinkels 113. Anhand einer Korrektureinheit 120 kann ein Offsetwert 122 ermittelt werden, mit dem der Norm -Zündwinkel 113 angepasst, insbesondere (nach spät) angepasst, werden kann, um den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Die (modellbasierte) Korrektureinheit 120 kann eingerichtet sein, den Offsetwert 122 auf Basis der ein oder mehreren Ist- Randbedingungen 121 (insbesondere auf Basis der Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)) und/oder auf Basis des Ist-ROZ-Wertes zu ermitteln. Die in Zusammenhang mit Fig. 1c beschriebene Anpassung des Norm- Zündwinkels 113 beruht auf der Annahme, dass der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs stets kleiner als der Norm-ROZ-Wert (d.h. als der Auslegungs-ROZ-Wert) ist.
Die Entwicklung von neuen Kraftstoffen führt dazu, dass Kraftstoffe verfügbar werden, die einen besonders hohen ROZ-Wert (z.B. ROZ>100) aufweisen. Als Folge daraus steigt der Norm- bzw. Auslegungs-ROZ-Wert, für den ein Zündwinkel-Kennfeld 110 zu ermitteln und im Fahrzeug 100 zu hinterlegen ist. Wie eingangs dargelegt, weist der Verbrennungsmotor 102 typischerweise ein oder mehrere Grenzwerte auf, die bei Betrieb des Verbrennungsmotors 102 nicht überschritten werden sollten, z.B. einen Druck-Grenzwert, etwa für den Kolben, für das Pleuellager, für die Zündkerze, etc., und/oder einen Temperatur- Grenzwert, etwa für den Kolben, für das Pleuellager, für die Zündkerze, etc. Dies hat wiederum zur Folge, dass bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einem relativ hohen Norm-ROZ-Wert und bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm- Randbedingungen zumindest für einen Teil der möglichen Betriebspunkte kein wirkungsgradoptimierter Norm -Zündwinkel 113 ermittelt werden kann (der an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102 liegt). Für diese Betriebspunkte wird dann typischerweise jeweils ein Norm-Zündwinkel 113 in dem Kennfeld 110 hinterlegt, der sich durch die ein oder mehrere Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102 ergibt. Wenn der Verbrennungsmotor 102 mit einem Kraftstoff betrieben wird, der eine Ist-Temperatur aufweist, die von der Norm-Temperatur abweicht, insbesondere die höher als die Norm-Temperatur ist, wird durch die Korrektureinheit 120 ein Offsetwert 122 ermittelt, durch den der Norm-Zündwinkel 113 aus dem Zündwinkel-Kennfeld 110 erhöht, d.h. in Richtung „spät“ verstellt, wird. Eine derartige Korrektur des Norm-Zündwinkels 113 ist ggf. nicht erforderlich, wenn der durch das Kennfeld 110 angezeigt Norm -Zündwinkel 113 aufgrund des relativ hohen Norm-ROZ-Wertes nicht an der Kopfgrenze liegt. Als Folge daraus wird der Verbrennungsmotor 102 bei einer Ist-Randbedingung 121 (insbesondere bei einer Ist-Temperatur (z.B. des Kraftstoffs, der angesaugten Luft, des Kühlmittels und/oder der direkten Umgebung des Brennraums)), die von der entsprechenden Norm-Randbedingung abweicht, nicht in wirkungsgradoptimierter Weise betrieben.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 200, die es ermöglicht, auch ausgehend von einem Zündwinkel -Kennfeld 110 für einen Kraftstoff mit einem besonders hohen Norm-ROZ-Wert einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu ermöglichen. Die Vorrichtung 200 umfasst zu diesem Zweck eine Kompensationseinheit, die eingerichtet ist, für die unterschiedlichen Betriebspunkte (insbesondere für unterschiedliche Kombinationen von Last 112 und Drehzahl 111) des Verbrennungsmotors 102 jeweils einen Klopfgrenzabstand 222 zu ermitteln. Die Kompensationseinheit kann auf einem im Vorfeld ermittelten Kompensations- bzw. Klopfabstands- Kennfeld 220 basieren, das für die unterschiedlichen Betriebspunkte jeweils den Klopfgrenzabstand 222 angibt.
Der Klopfgrenzabstand 222 für einen Betriebspunkt kann davon abhängen, wie weit der von dem Zündwinkel-Kennfeld 110 angezeigte Norm -Zündwinkel 113 (aufgrund der ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) von der Klopfgrenze (und somit von einem wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102) abweicht. Der Klopfgrenzabstand 222 kann für unterschiedliche Betriebspunkte (und ggf. für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors 102) unterschiedlich sein. Das Kompensations-Kennfeld 220 zur Ermittlung des jeweiligen Klopfgrenzabstands 222 kann im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors 102 (experimentell und/oder anhand von Simulation) ermittelt worden sein.
Es kann somit auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen 121 ein Offsetwert 122 für den durch das Zündwinkel-Kennfeld 110 (für den aktuellen Betriebspunkt) angezeigten Norm -Zündwinkel 113 ermittelt werden. Ferner kann der Klopfgrenzabstand 222 für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102 ermittelt werden (ggf. unter Berücksichtigung der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen 121). Der Norm-Zündwinkel 113 kann dann basierend auf dem Offsetwert 122 und basierend auf dem Klopfgrenzabstand 222 angepasst werden, um den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb (insbesondere für die Vorsteuerung) des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln. Beispielsweise kann der Betriebs-Zündwinkel 113 ZB ermittelt werden, als ZB = ZN + O - K, wobei ZN der Norm-Zündwinkel 113 ist, wobei O der Offsetwert 122 ist, und wobei K der Klopfgrenzabstand 222 ist.
Wie eingangs dargelegt, sollte ein Verbrennungsmotor 102 im gesamten Betriebsbereich (d.h. für alle Betriebspunkte) wirkungsgradoptimal an der Klopfgrenze betrieben werden. Die Klopffestigkeit von Kraftstoffen (d.h. der ROZ-Wert von Kraftstoffen) nimmt durch technische Verbesserungen in der Herstellung weiter zu. Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, die wirkungsgradbezogenen Potenziale, die diese Kraftstoffe bezüglich Klopffestigkeit bieten, in effizienter und zuverlässiger Weise zu nutzen.
Durch ein Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren bei Betrieb des Verbrennungsmotors 102 kann anhand einer Messung der Klopfgrenze (die über eine Klopferkennung und -regelung erkannt wird) auf die Qualität, d.h. auf den Ist-ROZ-Wert, des aktuell verwendeten Kraftstoffs geschlossen werden. Mit dieser ermittelten Kraftstoffqualität kann die Vorsteuerung der Zündung (d.h. kann der Betriebs-Zündwinkel 123) passend korrigiert werden. Zudem kann ein Modell zur Korrektur der Zündungsvorsteuerung (d.h. zur Ermittlung des Betriebs-Zündwinkels 123) verwendet werden, das die Ansaugtemperatur (d.h. die Ist-Temperatur) und/oder das die Motortemperatur berücksichtigt.
Wenn die Zündung nicht im gesamten Kennfeldbereich uneingeschränkt für den Kraftstoff frühestmöglich gewählt werden kann (z.B., weil ansonsten die Bauteiltemperaturgrenze der Zündkerze überschritten wird), ist die gemessene Klopfgrenze typischerweise nicht mehr aussagekräftig bzgl. der Qualität (insbesondere bzgl. des Ist-ROZ-Wertes) des verwendeten Kraftstoffes. Diese Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors 102 können deshalb nicht bei der Ermittlung der Kraftstoffqualität berücksichtigt werden, sodass eine Ermittlung der Kraftstoffqualität in diesen Bereichen nicht möglich ist.
Wie bereits dargelegt, ist bei Verwendung von sehr klopffesten Kraftstoffen (ROZ-Werte >100) im Hochlastbereich die Klopfgrenze ggf. nicht mehr messbar, da bei für die Klopfneigung günstigen Randbedingungen (geringe Umgebungsund Motortemperaturen), insbesondere da bei den ein oder mehreren Norm- Randbedingungen, ansonsten maximal zulässige Drücke im Brennraum (d.h. Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) überschritten werden. Diese maximal zulässigen Drücke werden z.B. definiert über die Bauteilfestigkeitsgrenzen der an der Verbrennung beteiligten Komponenten (z.B. Komponenten der Kolbenbaugruppe und/oder der Zündkerze und/oder des Pleuellagers, etc.) sowie Komponenten des Ventil- und Kurbeltriebs. Durch den erforderlichen Abstand zu der Klopfgrenze ist daher eine generelle Anwendung und/oder eine fehlerfreie Funktion der weiter oben beschriebenen Kraftstoffqualitätserkennung nicht mehr möglich. Bei klopfkritischen Ist-Randbedingungen aufgrund erhöhter Temperaturen (z.B. des Kraftstoffs, der Ansaugluft und/oder des Motors 102) wird die Zündung (durch die Korrektureinheit 120) typischerweise Richtung spät korrigiert. Wird bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einer relativ hohen Oktanzahl die gleiche Spätstellung des Zündwinkels in Betriebspunkten verwendet, in denen (bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen) ein Klopfgrenzabstand zur Einhaltung der maximal zulässigen Drücke (d.h. der ein oder mehreren Grenzwerte des Verbrennungsmotors 102) vorliegt, wird das Kraftstoff- Wirkungsgradpotenzial nicht ausgenutzt. Damit steigen typischerweise der Verbrauch und/oder CO2-Emissionen und/oder Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors 102 an, obwohl dies bei Ist-Randbedingungen, die von den Norm-Randbedingungen abweichen, nicht erforderlich wäre.
Wie weiter oben dargelegt, kann die Klopfadaption einen zur aktuell verwendeten Kraftstoff qualität passenden Offset 122 an die Zündungsvorsteuerung weitergeben. Dieser Offset 122 kann zusätzlich um den Klopfgrenzabstand 222 (z.B. in Form eines Werts, der aus einem Drehzahl-/ Lastabhängigen Kennfeld 220 ausgelesen wird) korrigiert werden. Damit kann auch in Betriebsbereichen, in denen die Klopfgrenze (z.B. wegen maximal zulässiger Druckgrenzen im Brennraum) nicht mit allen Kraftstoffen angefahren werden kann, eine Kraftstoffqualitätsermittlung erfolgen bzw. die Kraftstoffqualität durchgehend richtig berechnet werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Korrektur der Zündungsvorsteuerung (z.B. eine Korrektur aufgrund einer Abweichung von einer Norm-Randbedingung, etwa einer Norm-Temperatur) mit dem Klopfgrenzabstand 222 verrechnet werden, um den Betriebs-Zündwinkel 123 zu ermitteln. Dies kann ggf. nur dann bewirkt werden, wenn eine bestimmte Aktivierungsbedingung erfüllt ist. Eine beispielhafte Aktivierungsbedingung ist, dass auf Basis der Klopfadaption erkannt wird, dass der Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs einen bestimmten ROZ- Schwellenwert erreicht oder überschreitet (wobei der ROZ-Schwellenwert für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 102 unterschiedlich sein kann). Durch die Berücksichtigung des Klopfgrenzabstands 222 kann das ROZ-Potenzial eines hochoktanigen Kraftstoffs vollständig zur CO2- und/oder Verbrauchsminimierung ausgenutzt werden und/oder es können negative Auswirkungen durch Degradationsmaßnahmen auf ein Minimum reduziert werden.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines Verbrennungsmotors 102 mit einem Kraftstoff, wobei der Kraftstoff einen Ist-ROZ-Wert aufweist. Das Verfahren 300 kann insbesondere darauf ausgelegt sein, den Betriebs-Zündwinkel 123 für den Betrieb (insbesondere für die Vorsteuerung der Zündwinkel-Regelung) des Verbrennungsmotors 102 zu ermitteln.
Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301, anhand von (im Vorfeld ermittelten) Zündwinkel -Kenndaten 110, eines Norm-Zündwinkels 113 für den (aktuell vorliegenden) Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102. Die Zündwinkel -Kenndaten 110 können für eine Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Betriebspunkten jeweils einen Norm-Zündwinkel 113 angeben. Ein möglicher Betriebspunkt kann ggf. einer Kombination aus Last 112 und Drehzahl 111 des Verbrennungsmotors 102 entsprechen. Die Zündwinkel -Kenndaten 110 können für einen Kraftstoff ermittelt worden sein, der einen Norm-ROZ-Wert aufweist. Ferner können die Zündwinkel -Kenndaten 110 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 bei Vorliegen von ein oder mehreren Norm- Randbedingungen (z.B. bei Vorliegen einer Norm-Temperatur des Kraftstoffs und/oder der Ansaugluft, bei Vorliegen einer Norm-Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder bei Vorliegen eines Norm-Lambdawertes (d.h. eines Norm-Verhältnisses aus Verbrennungsluft und Kraftstoff) ermittelt worden sein. Bei dem aktuellen Betrieb des Verbrennungsmotors 102 können ein oder mehrere Ist-Randbedingungen vorliegen, die von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen.
Das Verfahren 300 umfasst ferner das Ermitteln 302, anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten 220 und für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 102, eines Klopfgrenzabstands 222 des Norm -Zündwinkels 113 von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102. Der Klopfgrenzabstand 222 kann das Zündwinkel -Delta angeben, um das der Norm-Zündwinkel 113 in dem (aktuellen) Ist-Betriebspunkt (und bei Vorliegen der ein oder mehreren Ist- Randbedingungen) von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors 102 abweicht. Dabei kann der Klopfgrenzabstand 222 von den ein oder mehreren Ist- Randbedingungen, insbesondere von der Abweichung der ein oder mehreren Ist- Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm- Randbedingungen, abhängen.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 303 eines Betriebs- Zündwinkels 123 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 und/oder des Ist- ROZ-Wertes des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels 113 und auf Basis des Klopfgrenzabstands 222.
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, auch bei Kraftstoffen mit einem besonders hohen ROZ-Wert in effizienter und zuverlässiger Weise einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors 102 zu bewirken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Vorrichtung (101) zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (102) mit einem Kraftstoff; wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- anhand von Zündwinkel-Kenndaten (110) für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (102) einen Norm-Zündwinkel (113) zu ermitteln;
- anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten (220) für den Ist- Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (102) einen Klopfgrenzabstand (222) des Norm-Zündwinkels (113) von einer Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102) zu ermitteln; und
- einen Betriebs-Zündwinkel (123) für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) und/oder einen Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels (113) und auf Basis des Klopfgrenzabstands (222) zu ermitteln.
2) Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 1, wobei die Zündwinkel-Kenndaten (110) auf ein oder mehreren Norm-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) basieren; und wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- ein oder mehrere Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) zu ermitteln; wobei die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zumindest teilweise von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen;
- anhand einer, insbesondere modellbasierten, Korrektureinheit (120) und auf Basis der ein oder mehreren Ist-Randbedingungen einen Offsetwert (122) zu ermitteln; und
- den Betriebs-Zündwinkel (123) für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) und/oder den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auch auf Basis des Offsetwerts (122) zu ermitteln. ) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- anhand einer Klopfadaption ein Adaptions-Zündwinkel-Delta des Norm-Zündwinkels (113 von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102), insbesondere bei Vorliegen von ein oder mehreren Ist-Randbedingungen, zu ermitteln; und
- den Betriebs-Zündwinkel (123) für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) und/oder den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs auch auf Basis des Adaptions-Zündwinkel -Deltas zu ermitteln. ) Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 3, wobei
- die Zündwinkel -Kenndaten (110) auf einem Betrieb des Verbrennungsmotors (102) mit Kraftstoff basieren, der einen Norm- ROZ-Wert aufweist; und
- die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, den Norm-ROZ-Wert um einen von dem Adaptions-Zündwinkel-Delta abhängigen ersten Delta-ROZ- Wert zu reduzieren und um einen von dem Klopfgrenzabstand (222) abhängigen zweiten Delta-ROZ-Wert zu erhöhen, um den Ist-ROZ- Wert des Kraftstoffs zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor (102) betrieben wird. ) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- den Ist-ROZ-Wert des Kraftstoffs zu ermitteln, mit dem der Verbrennungsmotor (102) betrieben wird;
- den Ist-ROZ-Wert mit einem ROZ-Schwellenwert zu vergleichen; und
- in Abhängigkeit von dem Vergleich, den Klopfgrenzabstand (222) bei der Ermittlung des Betriebs-Zündwinkels (123) zu berücksichtigen oder nicht zu berücksichtigen. ) Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 5, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, den Klopfgrenzabstand (222) bei der Ermittlung des Betriebs- Zündwinkels (123) zu berücksichtigen, insbesondere nur dann zu berücksichtigen, wenn der Ist-ROZ-Wert gleich wie oder größer als der ROZ- Schwellenwert ist. ) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Zündwinkel-Kenndaten (110) auf ein oder mehreren Norm- Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) basieren;
- die ein oder mehreren Norm-Randbedingungen insbesondere umfassen,
- eine Norm-Temperatur des Kraftstoffs;
- eine Norm-Temperatur der von dem Verbrennungsmotor (102) angesaugten Luft;
- eine Norm-Temperatur von Kühlmittel zur Kühlung des Verbrennungsmotors (102); und/oder
- eine Norm-Temperatur des Verbrennungsmotors (102); und/oder
- einen Norm-Lambdawert;
- die Zündwinkel -Kenndaten (110) auf einem Betrieb des Verbrennungsmotors (102) mit Kraftstoff basieren, der einen Norm- ROZ-Wert aufweist;
- die Zündwinkel -Kenndaten (110) mit dem Ziel ermittelt wurden, für eine Vielzahl von möglichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors (102) jeweils einen Norm-Zündwinkel (113) bereitzustellen, der an der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102) bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen liegt; und - der Norm-ROZ-Wert derart hoch ist, dass aufgrund von ein oder mehreren physikalischen Grenzwerten des Verbrennungsmotors (102) die Zündwinkel -Kenndaten (110) für zumindest einen Teil der Vielzahl von möglichen Betriebspunkten jeweils einen Norm- Zündwinkel (113) angeben, der ein Zündwinkel-Delta von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102) bei Vorliegen der ein oder mehreren Norm-Randbedingungen aufweist. ) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- ein oder mehrere Ist-Randbedingungen für den Betrieb des Verbrennungsmotors (102) zu ermitteln; wobei die ein oder mehreren Ist-Randbedingungen zumindest teilweise von den ein oder mehreren entsprechenden Norm-Randbedingungen abweichen;
- den Klopfgrenzabstand (222) des Norm-Zündwinkels (113) von der Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102) in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Ist-Randbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Abweichung der ein oder mehreren Ist- Randbedingungen von den ein oder mehreren entsprechenden Norm- Randbedingungen, zu ermitteln. ) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündwinkel-Kenndaten (110) und/oder die Klopfgrenzabstands-Kenndaten (220) im Vorfeld zu dem Betrieb des Verbrennungsmotors (102) experimentell und/oder anhand von Simulationen ermittelt worden sind. 0) Verfahren (300) zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (102) mit einem Kraftstoff; wobei das Verfahren (300) umfasst,
- Ermitteln (301), anhand von Zündwinkel -Kenndaten (110), eines Norm-Zündwinkels (113) für einen Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (102); - Ermitteln (302), anhand von Klopfgrenzabstands-Kenndaten (220) und für den Ist-Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (102), eines Klopfgrenzabstands (222) des Norm-Zündwinkels (113) von einer Klopfgrenze des Verbrennungsmotors (102); und - Ermitteln (303) eines Betriebs-Zündwinkels (123) für den Betrieb des
Verbrennungsmotors (102) und/oder eines Ist-ROZ-Wertes des Kraftstoffs auf Basis des Norm-Zündwinkels (113) und auf Basis des Klopfgrenzabstands (222).
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