WO1997024592A1

WO1997024592A1 - Verfahren zur klopfregelung in brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO1997024592A1
Application number: PCT/DE1996/001871
Authority: WO
Inventors: Stefan Unland; Oskar Torno; Robert Sloboda; Werner HÄMING; Iwan Surjadi; Ulrich Rothhaar; Wolfgang Hilbert; Michael BÄUERLE
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1997-07-10
Also published as: DE19549175A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Klopferkennung vorgeschlagen, wobei von mindestens einem Klopfsensor die Motorgeräusche erfaßt und einer Signalauswerteschaltung zur Klopferkennung zugeführt werden. In einem einstellbaren Meßfenster wird ein Integralwert (UINT) der erfaßten Klopfsignale gebildet und auf Klopfen erkannt, wenn der Integralwert größer oder gleich einem mit einem Faktor K beaufschlagten Referenzpegel ist (UINT » K . REFP). Im quasistationären Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Faktor K zylinderindividuell zyklisch für eine sensiblere Klopferkennung solange schrittweise verkleinert, bis ein erneutes Klopfen detektiert wird, und das Produkt aus dem Faktor K vor dem Auftreten von Klopfen und dem Referenzpegel wird als Klopfgrenze definiert.

Description

Verfahren zur Klopfregelung in Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Klopfregelung in Brennkraftmaschinen.

Aus der DE-OS 31 37 016 ist ein Verfahren zur Erkennung des Klopfens bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem ein dem Klopfen zugeordnetes Nutzsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird. Das Referenzsignal wird dabei nach der Art einer Ausgangsfolge eines Digitalfilters gebildet und stellt insbesondere eine rekursive Funktion aus momentanen Nutzsignalwert und momentanen Referenzsignalwert dar. Für ein gültig erkanntes Klopfen wird dann ein Referenzsignal abgegeben, wenn das Nutzsignal das Referenzsignals in vorgegebener Weise überschreitet. Die Bildung des Referenzsignals erfolgt aus einem aus einem Faktor gewichteten Integratorwert, wobei der Integratorwert das Integral des Nutzsignals während eines vorgegebenen Meßfensters darstellt.

Aus der EP 0121 790 Bl ist es bekannt, diesen Faktor von der Drehzahlbeschleunigung der Brennkraftmaschine abhängig zu gestalten. Aus der DE-OS 41 17 807 ist es bekannt, diesen Klopferkennungsfaktor zylinderindividuell in die Abhängig¬ keit der aktuellen Betriebsparameter auszuwählen.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk¬ malen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß der Klopfschwellwert im Steuergerät an den aktuellen Betrieb der Brennkraftmashcine angepaßt wird. Der Wert, ab welchem ein Klopfen also ein Fehler erkannt wird, wird im Steuergmgeam gelernt. Damit wird ein Betrieb der Brennkraftmaschine möglichst nah an der Klopfgrenze gewährleistet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens möglich. So ist es vorteilhaft, nach der Bestimmung der Fehlererkennungslinie den Faktor K wieder schrittweise zu erhöhen und somit die Klopferkennung unsensibler zu machen. Vorteilhafterweise wird der Faktor K so lange schrittweise erhöht, bis entweder der aktuelle Integrationswert Ujjjrp einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet oder bis eine vorgebbare Anzahl von Überschreitungen des Referenzpegels durch den jeweils aktuellen Integralwert erfolgt. Damit ergibt sich ein definierter Bereich für den Betrieb der Brennkraftmaschine, der sich möglichst dicht an der Klopfschwelle bewegt. Durch das routinemäßige Durchlaufen des Adaptionszyklus für den Klopferkennungsfaktor K wird die aktuelle Klopfregelung ständig an sich verändernde Betriebsparameter oder an die Alterung der Brennkraftmaschine angepaßt.

Zeichnung

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu- tert. Es zeigen Figur 1 einen Prinzipaufbau einer Zündanlage mit einer Klopfregelung,

Figur 2 die einzelnen Verfahrensschritte für die Adaptions¬ routine zur Erfassung der Fehlererkennungslinie und Figur 3 die einzelnen Verfahrensschritte zum Festlegen des Arbeitsbereiches nach dem Bestimmen der Fehlererkennungs- linie.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Zündanlage zur Durch¬ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Klopfsensor 10 erfaßt die Motorgeräusche einer nicht dargestellten Brenn¬ kraftmaschine. Die Signale des Klopfsensors 10 werden an einen Integrator 11 weitergeleitet, wobei zwischen dem KlOOopfsensor 10 und dem Integrator 11 noch ein Regelverstärker, ein Bandpaß und eine Demodulatorschaltung vorgesehen sein kann. Die Arbeitsweise dieser Bauelemente ist in der EP-0 121 790 Bl bereits ausführlich erläutert und soll hier nicht nochmals im einzelnen dargestellt werden.

Der Ausgang des Integrators 11 ist an einen Analog-Digital- Wandler 12 geführt, welcher einerseits an ein Digitalfilter 13 und andererseits an einen Eingang einer Vergleichseinrichtung 14 geführt ist, welche beispielsweise ein Komparator ist. Der Ausgang des Digitalfilters 13 ist mit dem weiteren Eingang der Vergleichseinrichtung 14 verbunden und der Ausgang der Vergleichseinrichtung 14 ist mit einem Steuergerät 15 verbunden. Der Integrator 11 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 15 verbunden und bekommt von diesem ein Signal zum Öffnen einen Meßfensters, in welchem der Integrator dann die vom Klopfsensor gelieferten Signale zu Bildung von U-[_nt integriert. Der Analog-Digital- OOWandler 12 und das Digitalfilter 13 sind ebenfalls mit dem Stuergerät 15 verbunden. Dem Steuergerät 15 sind ferner die von nicht dargestellten Sensoren erfaßten Betriebsparameter als Eingangsgrößen 16 zugeführt. Auf der Basis dieser Eingangsgrößen bestimmt das Steuergerät 15 anhand von abgespeicherten Kennfeldern die aktuellen Steuergrößen für die die Zündung und Einspritzung der nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Bei Auftren von Klopfen wird dann der vom Steuergerät bestimmte Wert für die Zündung entsprechend der Klopfregelung zur Unterdrückung von Klopfen korrigiert.

Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist bereits ausführlich in der EP-0 121 790 Bl erläutert und soll hier nur noch einmal überblicksmäßig angegeben werden, um dann darauf basierend das Wesen unserer Erfindung zu er¬ läutern. In dem Integrator 11 wird während eines kurbelwel¬ lensynchronen Meßfensters die AusgangsSpannung des Klopfsensors aufintegriert. Das Meßfenster wird in

Abhängigkeit vom Drehzahlgeber in dem Steuergerät 15 gebildet und dann vom Steuergerät 15 an den Integrator 11 ausgegeben. Mit dem Ende des Meßfensters wird der ermittelte Integralwert U_Int an den Analog-Digital-Wandler 12 ausgegeben und hier digitalisiert. Der ermittelte

Digitalwert wird an das Digitalfilter 13 weitergeleitet, wobei das Digitalfilter 13 jeweils einen Referenzwert bestimmt, der in der Vergleichseinrichtung 14 mit dem vom Analog-Digital-Wandler 12 digitalisierten aktuellen Meßwert verglichen wird. Der Referenzwert, der für jeden einzelnen vom Klopfsensor gelieferten Meßwerte neu bestimmt wird, wird durch schaltungstechnische Maßnahmen im Digitalfilter 13 gewonnen. Die Bestimmung dieses Referenzwertes, im Stand der Technik auch als Referenzpegel REFP bezeichnet, ist ebenfalls der EP-0 121 790 Bl ausführlich erläutert. Der vom Digitalfilter 13 bestimmte Referenzpegel REFP wird mit einem Faktor K beaufschlagt, wobei der Faktor K beispielsweise von der Drehzahlbeschleunigung der Brennkraftmaschine abhängt. Damit hat der Faktor K wesentlichen Einfluß auf die Bestimmung der Klopfschwelle. Figur 2 zeigt eine Möglichkeit, der Optimierung dieses Fak¬ tors K, um darauf basierend möglichst genau, die Klopfgrenze zu bestimmen. Diese erste Adaptionsroutine für den Faktor K ist im Steuergerät 15 abgespeichert. Zunächst wird in einer ersten Abfrage 20 geprüft, ob die Brennkraftmaschine im stationären Betrieb arbeitet, da hier annähernd gleiche Betriebsbedingungen vorliegen und nur dann diese erste Adaptionsroutine über eine vorbebbare Anzahl von Zündungen jeweils für jeden Zylinder durchlaufen werden kann. Die Optimierung des Faktors K erfolgt zylinderindividuell. Stationäre Betrieb der Brennkraftmaschine liegt vor, wenn die Adaptionsbedingung AI erfüllt ist. Die Adaptionsbe¬ dingungen AI lauten: - T-VIOT (Motortemperatur) > als vorgebbarer Grenzwert

- dn/dt < als vorgebbarer Grenzwert

- dT_L/dt < als vorgebbarer Grenzwert

- Klopfregelung aktiv

- ΔZW_Σ < = 0,5ΔZW_maχ Für den Fall, daß die Adaptionsbedingung AI nicht erfüllt ist, wird diese Abfrage so oft wiederholt, bis diese Adaptionsbedingungen AI erfüllt sind. Wurde die Abfrage 20 schließlich mit Ja beantwortet, d.h. die Adaptionsbedingungen AI sind erfüllt, so wird im Arbeitsschritt 21 der aktuelle Faktor K^ jeweils um ein

Delta reduziert. Vorteilhafterweise wird der Faktor Ki mit degressiver Geschwindigkeit also in kleiner werdenden Schritten reduziert und zwar so lange, bis der Faktor K-^ einen Minimalwert K_jjjjj erreicht hat. Das tiefgesetzte "•_[" symbolisiert, daß diese Adaptionεroutine zylinderindividuell durchgeführt wird. In einem anschließenden Arbeitsschritt 22 wird ein Timer 1 zurückgesetzt und anschließend neu gestartet. Mit dem Hochlaufen des Timers wird ein Zeitraum für die Adaptionsroutine bestimmt, wobei auch eine Anzahl von Zündereignissen festgelegt sein kann und dann der Timer 1 mit jedem auftretenden Zündereignes im betrachteten Zylinder weiterzählt. Anschließend wird in der Abfrage 23 geprüft, ob die Adaptionsbedingung All erfüllt ist. Die Adaptionsbedingung All liegt vor, wenn - T_Moτ > als Grenzwert und

- dn/dt < als Grenzwert und

- DT_L/dt < als Grenzwert und

- Klopfregelung aktiv.

Auch hierbei muß sich die Brennkraftmaschine im stationären Betrieb befinden. Beim Vorliegen der Adaptionsbedingungen

All wird in einer anschließenden Abfrage 24 geprüft, ob der Timer 1 bereits einen vorgebbaren Wert Tl erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, wird erneut zurückgesprungen an den Eingang der Abfrage 23. Konnte die Abfrage 24 mit Ja beantwortet werden, so wird in einer Abfrage 25 geprüft, ob die Zündwinkeländerung ΔZW^ = ΔZW_max ist, womit die Zündwinkeländerung ΔZW^ einen maximal zulässigen Zündwinkeländerungswert ΔZW_max begrenzt wird. Der maximal zulässige Zündwinkeländerungswert ΔZW_max wird in der Applikation ermittelt und zylinderindividuell über die

Drehzahl abgespeichert. Ist dieser Zündwinkeländerungswert ΔZW_max erreicht, also ein Nein auf die Abfrage 25, wird zurückgesprungen an den Arbeitsschritt 21, und der zylinderindividuelle Faktor K^ weiter reduziert. Konnte die Abfrage 25 mit Ja beantwortet werden, so erfolgt im

Arbeitsschritt 26 die Bestimmung des ersten optimalen Faktors l.Ki₀p_t für diesen Zylinder. Hierfür wird der letzte Faktor K-[, bei welchem der maximal zulässige Zündwinkeländerungswert ΔZW_max erreicht wurde, als ein kritischer Faktor Kij_ζrit definiert. Der erste optimale

Faktor 1-Ki₀p_t ergibt sich aus KiKrit» welcher mit einem betriebspunktabhängigen ΔK beaufschlagt wird, wobei diese Beaufschlagung additiv oder multiplikativ erfolgen kann. Im anschließenden Arbeitsschritt 27 wird der erste optimale Faktor Ki₀p_t in einem Speicher abgelegt. In einer anschließenden Abfrage 28 wird geprüft, ob die Adaptionsroutine für alle Zylinder der Brennkraftmaschine durchlaufen hat. Dies geschiet, indem geprüft wird, ob der zylinderindividuelle Index bereits seinen Maximalwert i_max erreicht hat, wobei der Maximalwert jeweils durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine vorgegeben ist. Wird aufgrund des Indexes deutlich, daß noch nicht für alle Zylinder die Adaptionsroutine durchlaufen wurde, so wird im Arbeitsschritt 32 der nächste Zylinder ausgewählt, zurückgesprungen an den Anfang des Verfahrens an die Abfrage 20 und die Adaptionsroutine nun für den nächsten Zylinder (i+1) durchlaufen. Wurde die Abfrage 28 mit Ja beantwortet, so wird im Arbeitsschritt 29 der Timer 2 zurückgesetzt und gestartet. Durch diesen Timer 2 ist eine Zeitspanne vorgegeben, nach deren Ablauf die Adaptionroutine wiederholt wird, um dann wiederum einen ersten optimalen Faktor K für eventuell geänderte Bedingungen z.B. aufgrund von Alterung in der Brennkraftmaschine zu ermitteln. In einer Abfrage 30 wird stets geprüft, ob der Timer 2 bereits den vorgebbaren Wert T2 erreicht hat. Ist dies der Fall und die Abfrage 30 wird mit Ja beantwortet, so wird im Arbeitsschritt 31 der zylinderindividuelle Index auf 1 gesetzt (i = 1) gesetzt und an den Anfang des Verfahrens zur Abfrage 20 gesprungen, worauf die Adaptionsroutine neu beginnt. Für den Fall, daß während des Durchlauf der Adaptionsroutine sich die

Betriebsbedingungen ändern und somit die die Abfrage 23, ob die Adaptionsbedingung All erfüllt ist, mit Nein zu beantwortet ist, wird im Arbeitsschritt 32 der Faktor K^ der letzten abgeschlossenen Adaption geladen und als Wert für die Klopferkennung benutzt. Anschließend wird zurückgesprungen an den Beginn der Adaptionsroutine an die Abfrage 20.

Während mit der ersten Adaptionsroutine in Figur 2 ein Faktor ermittelt wird, der die Klopferkennung sensibler macht, wird in der zweiten Adaptionsroutine der Figur 3 ein Faktor K ermittelt, der mit seiner Wichtung des Referenzpegels einen Schwellwert festlegt, bei dem Klopfen nicht mehr erkannt wird. Damit werden in der ersten und der zweiten Adaptionsroutine zwei verschieden Faktoren K ermittelt, zwischen denen eine optimal Klopferkennung in den einzelnen Zylindern möglich ist.

Bei Figur 3 wird zunächst in einer ersten Abfrage 40 geprüft, ob die Brennkraftmaschine im stationären Betrieb arbeitet. Hierbei werden wiederum die Adaptionsbedingung AI, die bereits zu Figur 2 erläutert sind, abgefragt. Für den Fall, daß die Adaptionsbedingung AI nicht erfüllt iεt, wird diese Abfrage 40 so oft wiederholt, bis diese Adaptionsbedingungen AI erfüllt sind. Wurde die Abfrage 40 schließlich mit Ja beantwortet, d.h. die Adaptionsbedingungen AI sind erfüllt, so wird im Arbeitsschritt 41 der aktuelle Faktor K^ jeweils um ein Delta vergrößert. Vorteilhafterweise erfolgt auch hier die Vergrößerung des Faktors K^ mit degressiver Geschwindigkeit also in kleiner werdenden Schritten. Der Faktor K^ wird so lange vergrößert, bis der Faktor K^ einen Maximalwert K MAX erreicht hat. Der Indes symbolisiert wiederum, daß auch diese zweite Adaptionsroutine zylinderindividuell durchgeführt wird. In einem anschließenden Arbeitsschritt 42 wird ein Timer 3 zurückgesetzt und anschließend neu gestartet. Mit dem Hochlaufen des Timers 3 wird ein Zeitraum oder eine Anzahl von Zündungen für das Durchführen der zweiten Adaptionsroutine bestimmt. Anschließend wird in der Abfrage 43 geprüft, ob die Adaptionsbedingung All erfüllt ist, wobei auch hier die Adaptionsbedingung All wie zu Figur 2 und der ersten Adaptionsroutine erläutert, gelten. Beim Vorliegen der Adaptionsbedingungen All wird in einer anschließenden Abfrage 44 geprüft, ob der Timer 3 bereits einen vorgebbaren Wert T3 erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, wird zurückgesprungen an den Eingang der Abfrage 43. Konnte die Abfrage 44 mit Ja beantwortet werden, so wird in einer Abfrage 45 geprüft, ob das integrierte Signal U_INT oder der Quotient aus U_INT und dem Referenzpegel REFP größer oder gleich einem vorgebbaren Schwellwert ist. Ein Nein auf die Abfrage 45 bewirkt einen Rücksprung an den Arbeitsschritt 41, und der zylinderindividuelle Faktor Ki wird weiter vergrößert. Konnte die Abfrage 45 mit Ja beantwortet werden, so erfolgt im Arbeitsschritt 46 die Bestimmung des zweiten optimalen Faktors 2.K^₀p_t für diesen Zylinder. Der zweite optimale Faktor 2.Ki₀p_t ist eine Funktion aus der Differenz vom letzten und damit größten Faktor K^ und dem Startwert, bei welchem die Adaptionsroutine begonnen hat. Im anschließenden Arbeitsschritt 47 wird der zweite optimale Faktor 2.K^₀p_t in einem Speicher abgelegt. In einer anschließenden Abfrage 48 wird analog zu Figur 2 geprüft, ob die Adaptionsroutine für alle Zylinder der Brennkraftmaschine durchlaufen hat. Ist dies nicht der Fall, so wird im Arbeitsschritt 52 der nächste Zylinder ausgewählt, zurückgesprungen an den Anfang des Verfahrens an die Abfrage 40 und die zweite Adaptionsroutine nun für den nächsten Zylinder (i+1) durchlaufen. Wurde die Abfrage 48 mit Ja beantwortet, so wird im Arbeitsschritt 49 der Timer 4 zurückgesetzt und gestartet. Durch diesen Timer 4 ist eine Zeitspanne vorgegeben, nach deren Ablauf die zweite Adaptionroutine wiederholt wird, um dann wiederum einen zweiten optimalen Faktor K für eventuell geänderte Bedingungen z.B. aufgrund von Alterung in der Brennkraftmaschine zu ermitteln. In einer Abfrage 50 wird geprüft, ob der Timer 4 bereits den vorgebbaren Wert T4 erreicht hat. Ist dies der Fall und die Abfrage 50 wird mit Ja beantwortet, so wird im Arbeitsschritt 51 der zylinderindividuelle Index auf 1 gesetzt (i = 1) gesetzt und an den Anfang des Verfahrens zur Abfrage 40 gesprungen, worauf die zweite Adaptionsroutine neu beginnt. Für den Fall, daß während des Durchlauf der Adaptionsroutine sich die Betriebsbedingungen ändern und somit die die Abfrage 43, ob die Adaptionsbedingung All erfüllt ist mit Nein beantwortet, so wird im Arbeitsschritt 52 der Faktor K^ der letzten abgeschlossenen Adaption geladen und als Wert für die Klopferkennung benutzt. Anschließend wird zurückgesprungen an den Beginn der Adaptionsroutine an die Abfrage 40.

Diese Vergrößerung des K-Faktors und damit verbundene Desensibilisierung wird so lange durchgeführt, bis der aktuelle Integralwert eine vorwählbare Schwelle überschreitet.

Mit den beiden in den Figuren 2 und 3 dargestellten und vorstehend erläuterten Adaptionsroutinen werden so zwei Grenzlinien ermittelt, zwischen denen die Brennkraftmaschine arbeitet.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Klopferkennung in Brennkraftmaschinen, wo¬ bei von mindestens einem Klopfsensor die Motorgeräusche er- faßt und einer Signalauswerteschaltung zur Klopferkennung zugeführt werden, wobei in einem einstellbaren Meßfenster ein Integralwert (UJ_JJT) der erfaßten Klopfsignale gebildet wird, wobei auf Klopfen erkannt wird, wenn der Integralwert größer oder gleich einen mit einem Faktor K beaufschlagten Referenzpegel ist (U_INT > = K.- REFP) , wobei im quasistationären Betrieb der Brennkraftmaschine der Faktor K zylinderindividuell zyklisch für eine sensiblere Klopferkennung schrittweise solange verkleinert wird bis ein erneutes Klopfen detektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor K vor dem Auftreten des Klopfen für die weitere Klopferkennung betriebspunktabhängig und zylinderindividuell abgespeichert wird und daß das Produkt aus diesem Faktor K und dem Referenzpegel als Klopfgrenze der Brennkraftmaschine definiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung des Faktors K und damit die Bestimmung der Klopfgrenze zyklisch insbesondere nach einer wählbaren Anzahl von Zündungen durchlaufen wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Bestimmen der Klopfgrenze mittels Verkleinerung des Faktors K eine Vergrößerung des Faktors K erfolgt, bis der Integralwert Ui_jj-p einen orgebbaren Schwellwert erreicht oder bis der Quotioent aus dem Integralwert UJJJT und dem Referenzpegel eien weiteren vorgebbaren Schwellwert erreicht.