WO2000043669A1 - Verfahren und vorrichtung zum festlegen des zündzeitpunktes einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum festlegen des zündzeitpunktes einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2000043669A1
WO2000043669A1 PCT/DE2000/000159 DE0000159W WO0043669A1 WO 2000043669 A1 WO2000043669 A1 WO 2000043669A1 DE 0000159 W DE0000159 W DE 0000159W WO 0043669 A1 WO0043669 A1 WO 0043669A1
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WO
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load signal
internal combustion
combustion engine
ignition
determined
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PCT/DE2000/000159
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Franke
Michael Baeuerle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F02P5/1504—Digital data processing using one central computing unit with particular means during a transient phase, e.g. acceleration, deceleration, gear change
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the ignition timing of an internal combustion engine.
  • the relative air filling of the cylinders of an internal combustion engine should be known as precisely as possible so that a fuel quantity that is precisely matched to this air filling can be metered and the desired torque can thus be achieved with low pollutant emissions and low fuel consumption.
  • Optimal fuel metering is made more difficult by the fact that by the time from which the actual air filling of a cylinder of the internal combustion engine is known, the fuel metering for this cylinder has already been completed. In other words, outdated values of the air charge are generally used for the fuel metering. If the air charge does not change or changes only slightly from intake stroke to intake stroke, optimal or almost optimal fuel metering can also be achieved with such obsolete values for the air charge. In operating conditions in which the air filling changes very strongly, however, it is cheaper to adjust the fuel metering to the air filling to be expected in each case.
  • a future load signal is determined, which represents the relative air filling to be expected.
  • the future load signal is determined from a current main load signal, a current auxiliary load signal that leads the current main load signal, and a crank angle interval.
  • the crank angle interval depends on the fuel pre-storage expressed in time units or crank angle units, the duration of the fuel injection and the calculation time. Including the crank angle interval has the advantage that the determination of the future load signal is carried out at the latest possible time can and thus a high accuracy is achieved.
  • the future load signal predetermined as a function of the load.
  • the filter constant is read from a first characteristic curve when the load increases and from a second characteristic curve when the load falls. This makes it possible to determine the air filling in a particularly computing time-saving manner.
  • the auxiliary load signal is determined from the opening angle of the throttle valve, the speed of the internal combustion engine and an air volume that may flow through a bypass duct to the throttle valve, and is corrected depending on the temperature of the intake air and the barometric height.
  • the auxiliary load signal can also be determined from the air mass measured with an air mass meter, which generally leads to a higher accuracy in this operating range.
  • the main load signal can e.g. Are determined from the detected with an air mass meter or air mass by filtering the Hilfslastsi- B. gnals from the measured 'intake manifold pressure and the speed.
  • the method can be used both in non-stationary operation and in stationary operation, since the Determination of the future load signal, an auxiliary load signal adapted to the main load signal is used.
  • the adjustment value required for the adjustment of the auxiliary load signal is determined by integrating the deviation between the main load signal and the filtered auxiliary load signal provided with the adjustment value.
  • the filtered auxiliary load signal is generated by filtering the corrected auxiliary load signal.
  • the future load signal is only used to determine the amount of fuel to be injected.
  • the underlying the present "invention problem is that during dynamic processes in the form of load changes, the time of calculation t 0 of the basic ignition ignition point ZWGRU example, from the load signal tL detectable air filling time by up to 50% of the actual time of ignition t z actually present value differs.
  • This deviation is caused, inter alia, by the dead time of approximately 50 ms between the time t 0 of the calculation of the air filling and the actual filling profile, as illustrated in FIG. 3 (upper curve) by the load signal (tL) curve. Because of this deviation, which is referred to as an update error, corresponding dynamic corrections of filling-dependent variables are not only necessary at the injection level, but also at the ignition level. An averaging over the time interval [t_ ⁇ , t 0 ], which in a averaged load signal tLM "would result in no improvement here.
  • the corrections of the ignition parameters are currently usually carried out exclusively with empirical, partly adaptive and complex dynamic corrections at the manipulated variable level.
  • the curve with the open squares shows the knock limit of the ignition angle w z as a function of the load signal tL at constant engine speed n.
  • the knock limit may change late or early depending on other parameters, such as intake air temperature, fuel / air ratio shift, the basic position to the optimal ignition angle, which is shown in the curve with the closed squares in Fig. 5, is retained.
  • Optimally means a coordination on torque, consumption, etc.
  • the inventive method with the features of claim 1 and the corresponding device according to claim 8 have the advantage over the known approaches that they enable physically based, dynamically precise tracking of the ignition parameters (ignition angle, closing angle).
  • At least the fixed ignition angle map which contains the pilot ignition angle under optimal conditions, and also optionally other maps, such as the stationary adaptation map of the knock control, the load-dependent maps of the closing angle calculation, etc. are converted to the predefined signal.
  • a dynamically more precise, already existing filling signal is thus used, so that the previously required corrections at the ignition angle level (e.g. adaptation of an ignition angle 1 dynamic provision in the knock control) are only necessary to a lesser extent (and thus with reduced functional and computing time expenditure).
  • the future load signal is predicted from a current main load signal, a current auxiliary load signal that leads the current main load signal, and a crank angle interval that can be predetermined depending on the calculation time expressed in time units or crank angle units.
  • the speed of the internal combustion engine and a flowing optionally substituted by a bypass channel to the throttle valve and / or through additional bypass valves air quantity is determined.
  • the current main load signal is determined from the measured intake manifold pressure and the rotational speed, from the air mass measured with an air mass meter or by filtering the current auxiliary load signal.
  • a characteristic field is provided for the ignition timing as a function of the load signal and the speed.
  • the prediction of the future load signal takes place taking into account the camshaft adjustment and / or the exhaust gas recirculation.
  • further maps such as, in particular, the stationary adaptation map of the knock control or one or more load-dependent maps of the closing angle calculation, are provided and the respective ignition timing is determined from the relevant map based on the predicted future load signal.
  • FIG. 1 shows a flow chart for the basic sequence of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows the technical environment of an internal combustion engine in which the present invention can be used
  • 3 shows the temporal relationship between the load, the ignition timing calculation and ignition and the degree of opening of the intake valve of a cylinder as a function of the crank angle 1; 4 shows the course of the main load signal and the auxiliary load signal as a function of the crank angle;
  • Fig. 6 is a schematic representation of a characteristic field (KF) for the ignition timing or ignition angle.
  • FIG 3 shows the technical environment of an internal combustion engine 100 in which the present invention can be used.
  • An air / fuel mixture is supplied to the internal combustion engine 100 via an intake tract 102, and the exhaust gases are discharged into a 104.
  • the intake tract 102 viewed in the direction of flow of the intake air, there are an air volume meter or air mass meter 106, for example a hot-wire air mass meter, a temperature sensor 108 for detecting the intake air temperature, a throttle valve 110 with a sensor 111 for detecting the opening angle of the throttle flap 110, a pressure sensor 112 and one or more injection nozzles 113 attached.
  • the air flow meter or air mass meter 106 and the pressure sensor 112 are alternatively present.
  • a bypass channel 114 in which an idle divider 115 is arranged, leads around the throttle valve 110.
  • the bypass channel 114 and the idle speed controller 115 can be omitted if the idle speed is regulated with the help of the throttle valve 110. If necessary, bypass valves can also be provided, which ensure a sufficient idle speed, for example, when switching on an air conditioning system.
  • An oxygen sensor 116 is mounted in the exhaust duct 104.
  • a crank angle sensor 118 and a sensor 119 for detecting the temperature of the internal combustion engine 100 are attached to the internal combustion engine 100.
  • the internal combustion engine 100 has, for example, four spark plugs 120 for igniting the air / fuel mixture in the cylinders.
  • the output signals of the sensors described are transmitted to a central control unit 122. Specifically, these are the following signals: a signal m of the air flow meter or air mass meter 106, a signal T of the temperature sensor 108 for detecting the intake air temperature, a signal of the sensor 111 for detecting the opening angle of the throttle valve 110, a signal p of the pressure sensor 112 , a signal ⁇ of the oxygen sensor 116 Signal w of the crank angle sensor 118 and a signal TBKM of the sensor 119 for detecting the temperature of the internal combustion engine 100.
  • the control unit 122 evaluates the sensor signals and controls the injection nozzle or injectors 113, the idle actuator 115 and the spark plugs 120.
  • Fig. 3 shows the relationship between the load signal tL, the ignition angle calculation and ignition and the degree of opening of the intake valve of a cylinder as a function of the crank angle w or time t for an internal combustion engine with four cylinders.
  • the lower solid line indicates the opening degree of the intake valve for cylinder No. 4, the lower dashed line the opening degree of the intake valve for the other cylinders.
  • w 0 °
  • the inlet valve of cylinder No. 4 begins to open.
  • w 90 °
  • the intake valves of cylinders No. 2, No. 1 and No. 3 go through the same opening and closing cycle in this order and at a crank angle w of 720 ° the intake valve of cylinder No. 4 begins to open again.
  • the upper curve in FIG. 3 shows the course of the main load signal tL.
  • the main load signal tL can be determined, for example, from the signal p generated by the pressure sensor 112 and the rotational speed n, or from the filtered and filtered Air mass meter signal 106.
  • the air filling and thus the load signal tL of the corresponding cylinder is required to calculate the ignition point.
  • the main load signal tL at a certain crank angle close to the crank angle at which the intake valve of the cylinder closes is representative of the air charge. This specific crank angle is referred to below as the filling angle.
  • the exact value of the filling angle depends on the type of internal combustion engine 100 and can be determined empirically, for example.
  • the ignition timing t z (crank angle w z ), closing timing (t s ) and a calculation time interval t R for calculating the ignition timing are also identified on the time axis.
  • the calculation of the ignition timing must be completed at the closing time t s , that is, long before the filling angle, which is reached at the time t 0 + ⁇ t.
  • the air filling is used, which is represented by the main load signal tL present at the filling angle.
  • the future course of the main load signal tL is, however, generally not known, since it depends, for example, on the driver's request depends. If the main load signal tL that is current at the time of the calculation or the averaged main load signal tLM is used in the calculation, this leads to a non-optimal ignition timing setting if the main load signal tL changes until the filling angle is reached (see upper curve in FIG. 3 ), ie in non-stationary operation.
  • the method known from DE 44 01 828 AI enables an approximate prediction of the load signal tL present at the filling angle, which is referred to below as the future load signal tLPr.
  • the load signal tL present at the filling angle
  • the opening angle ⁇ of the throttle valve 111 is known and that the signal ⁇ leads the signal tL somewhat. Further details are shown in FIG. 4.
  • Fig. 4 shows a diagram in which the main load signal tL (dashed line) and the auxiliary load signal tL '(solid line) are plotted against the crank angle w.
  • the curves for tL and tL 'coincide left and far right.
  • a simple intake manifold model can be used as a basis for determining the future load signal tLPr, which is described by a low-pass filter of the first order with a load-dependent filter constant.
  • the future load signal tLPr present at the future crank angle w + wPr is predicted according to the following equation:
  • wPr is the prediction angle, that is to say the difference from the future crank angle for which the future load signal tLPr is predicted - as a rule this is the filling angle - and the current crank angle w.
  • FIG. 1 shows a flow diagram for the basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • step 400 the prediction angle wPr is determined.
  • step 400 is followed by step 402, in which the auxiliary load signal tL 'is determined.
  • the auxiliary load signal tL ' is determined as a function of the throttle valve angle, the speed n and, if appropriate, the air volume qLL flowing through a bypass channel 114 and / or additional bypass valves from a characteristic diagram.
  • step 402 is followed by step 404.
  • step 404 that is instantaneous main load signal tL determined.
  • the instantaneous main load signal tL can be determined, for example, by filtering the measured air mass m, which is averaged over a crank angle segment, using a first-order low-pass filter.
  • the current main load signal tL can also be determined from the intake manifold pressure p and the speed n or by filtering the auxiliary load signal tL '.
  • Step 404 is followed by step 406, in which the load-dependent filter constant wF is determined.
  • the ignition timing ZWGRU is determined in step 410 from the characteristic field KF on the basis of the predicted future load signal tLPr and the engine speed n. The flowchart is then ended.
  • the characteristic curve field for the ignition point can also be provided or stored depending on the degree of filling.
  • the invention is also not limited to the above exemplary prediction procedure.
  • the update error of the ignition angle calculation can be compensated for by using a predicted signal with additional consideration of camshaft adjustment and exhaust gas recirculation.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Kennlinienfeldes (KF) für den Zündzeitpunkt (tz) in Abhängigkeit von mindestens einem die relative Luftfüllung eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzeigenden Lastsignal (tL); Erfassen des Lastsignals (tL) zu einem vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (T0); Vorhersagen eines zukünftigen Lastsignals (tLPr) zu einem späteren, vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (T0) + DELTA ) und Festlegen des Zündzeitpunktes (Tz) aus dem Kennlinienfeld (KF) unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals (tLPr).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine .
Obwohl auf beliebige Brennkraftmaschinen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges erläutert.
Im Sinne einer möglichst optimalen Steuerung einer Brennkraftmaschine sollte die relative Luftfüllung der Zylinder einer Brennkraftmaschine möglichst genau bekannt sein, damit eine auf diese Luftfüllung genau abgestimmte Kraftstoffmenge zugemessen werden kann und somit das gewünschte Drehmoment bei niedriger Schadstoffemission und niedrigem Kraftstoffverbrauch erreicht werden kann. Eine optimale Kraftstoffzumessung wird dadurch erschwert, daß zu dem Zeitpunkt, ab dem die tatsächliche Luftfüllung eines Zylinders der Brennk aftmaschine bekannt ist, die Kraftstoffzumessung für diesen Zylinder bereits abgeschlossen ist. Mit anderen Worten werden für die Kraftstoffzumessung in der Regel veraltete Werte der Luftfüllung verwendet. Falls sich die Luftfüllung von Ansaugtakt zu Ansaugtakt nicht oder nur geringfügig ändert, kann auch mit solchen veralteten Werten für die Luftfüllung eine optimale oder nahezu optimale Kraftstoffzumessung erzielt werden. In Betriebs- zuständen, in denen sich die Luftfüllung sehr stark ändert, ist es jedoch günstiger, die Kraftstoffzumessung auf die jeweils zu erwartende Luftfüllung abzustimmen.
Dazu ist in der DE 44 01 828 AI ein Verfahren angegeben worden, daß zur Zeit der Berechnung der zuzumessenden Kraftstoffmenge eine möglichst genaue Vorhersage der Luftfüllung des Zylinders ermöglicht, in den die Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Gemäß der Lehre der DE 44 01 828 AI wird ein zukünftiges Lastsignal ermittelt, das die zu erwartende relative Luftfüllung repräsentiert. Das zukünftige Lastsignal wird aus einem aktuellen Hauptlastsignal, einem aktuellen Hilfs- lastsignal, das dem aktuellen Hauptlastsignal vorauseilt, und einem Kurbelwinkelintervall ermittelt. Das Kurbelwinkelintervall ist abhängig von der in Zeiteinheiten oder Kurbelwinkeleinheiten ausgedrückten Kraftstoff-Vorlagerung, der Dauer der Kraftstoff-Einspritzung und der Berechnungs- zeit vorgebbar. Die Einbeziehung des Kurbelwinkelintervalls hat den Vorteil, daß die Ermittlung des zukünftigen Lastsignals zum spätest möglichen Zeitpunkt durchgeführt werden kann und dadurch eine hohe Genauigkeit erreicht wird.
Zweckmäßig ist es, daß das zukünftige Lastsignal mit einem Tiefpaßfilter ermittelt wird, dessen Filterkonstante lastabhängig vorgebbar ist. Die Filterkonstante wird bei steigender Last aus einer ersten Kennlinie ausgelesen und bei fallender Last aus einer zweiten Kennlinie. Dadurch wird eine besonders rechenzeitsparende Vorausbestimmung der Luftfüllung möglich.
Das Hilfslastsignal wird aus dem Öffnungswinkel der Drossel- klappe, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer gegebenenfalls durch einen Bypass-Kanal zur Drosselklappe strömenden Luftmenge ermittelt und abhängig von der Temperatur der angesaugten Luft und der barometrischen Höhe korrigiert.
Bei kleinen Öffnungswinkeln der Drosselklappe kann das Hilfslastsignal auch aus der mit einem Luftmassenmesser erfaßten Luftmasse ermittelt werden, was in der Regel zu einer höheren Genauigkeit in diesem Betriebsbereich führt.
Das Hauptlastsignal kann z. B. aus dem gemessenen ' Saugrohrdruck und der Drehzahl, aus der mit einem Luftmassenmesser erfaßten Luftmasse oder durch Filterung des Hilfslastsi- gnals ermittelt werden.
Das Verfahren kann sowohl im nichtstationären Betrieb als auch im stationären Betrieb eingesetzt werden, da bei der Ermittlung des zukünftigen Lastsignals ein auf das Hauptlastsignal angeglichenes Hilfslastsignal verwendet wird. Der für den Abgleich des Hilfslastsignals benötigte Abgleichwert wird durch Integration der Abweichung zwischen dem Hauptlastsignal und dem mit dem Abgleichwert versehenen gefilterten Hilfslastsignal ermittelt. Das gefilterte Hilfslastsignal wird dabei durch Filterung des korrigierten Hilfslastsignals erzeugt.
Bei diesem bekannten Verfahren wird das zukünftige Lastsignal lediglich für die Ermittlung der hinzuspritzenden Kraftstoffmenge verwendet.
Die der vorliegenden" Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht darin, daß bei dynamischen Vorgängen in Form von Laständerungen die zum Berechnungszeitpunkt t0 des Grundzündwinkels ZWGRU z.B. aus dem Lastsignal tL ermittelbare Luftfüllung zeitweise um bis zu 50% vom tatsächlich zum Zündzeitpunkt tz tatsächlich vorliegenden Wert abweicht.
Diese Abweichung wird u.a. bedingt durch die Totzeit von ca. 50 ms zwischen dem Zeitpunkt t0 der Berechnung der Luftfüllung und dem tatsächlichen Füllungsverlauf, wie in Fig. 3 (obere Kurve) durch die Lastsignal (tL) -Kurve veranschaulicht. Aufgrund dieser als Aktualisierungsfehler bezeichneten Abweichung werden entsprechende dynamische Korrekturen füllungsabhängiger Größen nicht nur auf Einspritzebene, sondern auch auf Zündungsebene notwendig. Auch eine Mittelung über das Zeitintervall [t_ι, t0] , welche in einem gemittelten Lastsignal tLM resultieren" würde, brächte hier keine Verbesserung.
Die Korrekturen der Zündungsparameter (Zündwinkel, Schließwinkel) erfolgen dagegen derzeit üblicherweise ausschließlich mit empirischen teils adaptiven und aufwendigen Dynamikkorrekturen auf Stellgrößenebene .
In Fig. 5 zeigt die Kurve mit den offenen Quadraten die Klopfgrenze des Zündwinkels wz als Funktion des Lastsignals tL bei konstanter Drehzahl n. Die Klopfgrenze kann sich je nach weiteren Parametern , wie z.B. Ansauglufttemperatur, Kraftstoff/Luft-Verhältnis nach spät bzw. früh verschieben, wobei die prinzipielle Lage zum optimalen Zündwinkel, der in der Kurve mit den geschlossenen Quadraten in Fig. 5 dargestellt ist, erhalten bleibt. Optimal heißt dabei eine Abstimmung auf Drehmoment, Verbrauch, etc.
Mit zunehmender Last verschiebt sich die Klopfgrenze bei konstanter Drehzahl n zu späteren (kleineren) Zündwinkeln, wie in Fig. 5 illustriert. Diese Tendenz spiegelt sich auch im Grundzündwinkel ZWGRU wieder, der beispielsweise abhängig von dem Lastsignal. tL und' der Drehzahl n in einem Kennfeld KF abgelegt ist, wie in Fig. 6 illustriert.
Wird also bei Lastdynamik ein zu kleines Lastsignal benutzt, um das Kennfeld KF auszulesen, so wird im Ergebnis ein zu früher Grundzündwinkel ZWGRU ausgegeben. In der Folge würde es bei Dynamik zu einer unerwünschten erhöhten Klopfhäufigkeit kommen.
Also wird bei der üblichen Lösung in der Klopfregeldynamik versucht, durch Ausgabe eines adaptierten Dynamikvorhalts (= Zündwinkelspätverstellung für die Zeitdauer der Dynamik) diese Differenz zwischen diesem zu frühen ZWGRU und dem eigentlich notwendigen, dem tatsächlichen Lastsignal entsprechenden Grundzündwinkel ZWGRU auszugleichen.
Als nachteilhaft bei dem obigen bekannten Ansatz hat sich die Tatsache herausgestellt, das die Adaption dieses Dynamikvorhalts aufwendig ist und zusätzlich zum ZWGRU-Aktua- lisierungsfehler weitere Effekte erfaßt, die zu einer dynastisch erhöhten Klopfneigung führen. Eine saubere, physikalisch basierte und damit reproduzierbare Trennung dieser Dynamikeffekte ist damit nicht möglich.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 8 weisen gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, daß sie eine physikalisch basierte, dynamisch präzise Nachführung der Zündparameter (Zündwinkel, Schließwinkel) ermöglichen.
In Verbesserung zum Stand der Technik wird vorgeschlagen, eine dynamische Korrektur der Zündungsparameter auf der Ebene des Lastsignals bzw. Füllungssignals in Form einer Vorhersageberechnung vorzunehmen. Das bedeutet, daß im Dynamikfall anstelle von einem die augenblickliche Füllung anzeigenden Signal ein prädiziertes Signal als Eingangsgröße für das oder die lastabhängigen Kennfelder der Zündungs- parameter verwendet wird.
Insbesondere wird vorgeschlagen, daß mindestens das feste Zündwinkelkennfeld, welches den Vorsteuerzündwinkel unter optimalen Bedingungen beinhaltet, und darüberhinaus optional auch weitere Kennfelder, wie z.B. das Stationär- adaptionskennfeld der Klopfregelung, die lastabhängigen Kennfelder der Schließwinkelberechnung usw. auf das prädi- zierte Signal umgestellt werden.
Es wird somit ein dynamisch präziseres, bereits vorhandenes Füllungssignal verwendet, so daß die bislang erforderlichen Korrekturen auf Zündwinkelebene (z.B. Adaption eines Zündwinke1-Dynamikvorhalts in der Klopfregelung) nur noch in geringerem Maße (und damit mit verringertem Funktions- und Rechenzeitaufwand) notwendig werden.
Damit wird eine wesentliche Ursache für Dynamikklopfen, die durch die heute verwendete Dynamikadaption der Klopfregelung nicht optimal berücksichtigt werden kann, beseitigt.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das zukünftige Lastsignal vorhergesagt aus einem aktuellen Hauptlastsignal, einem aktuellen Hilfslastsignal, das dem aktuellen Hauptlastsignal vorauseilt, und einem Kurbelwinkelintervall, das abhängig von der in Zeiteinheiten oder Kurbelwinkeleinheiten ausgedrückten Berechnungszeit vorgebbar ist.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung wird das aktuelle Hilfslastsignal aus dem Öffnungswinkel der Drosselklappe bzw. dem Winkel des Gaspedals, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer gegebenenfalls durch einen Bypass-Kanal zur Drosselklappe und/ oder durch zusätzliche Bypass-Ventile strömenden Luftmenge ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das aktuelle Hauptlastsignal aus dem gemessenen Saugrohrdruck und der Drehzahl, aus der mit einem Luftmassenmesser erfaßten Luftmasse oder durch Filterung des aktuellen Hilfslastsignals ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt ein Bereitstellen eines Kennlinienfeldes für den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Lastsignal und der Drehzahl.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Vorhersagen des zukünftigen Lastsignals unter Berücksichtigung der Nockenwellenverstellung und/oder der Abgasrückführung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden weitere Kennfelder, wie insbesondere das Stationäradaptions- kennfeld der Klopfregelung oder ein oder mehrere lastabhän- gigen Kennfelder der Schließwinkelberechnung, bereitgestellt und erfolgt ein Festlegen des jeweiligen Zündzeitpunktes aus dem betreffenden Kennlinienfeld unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm für den prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ;
Fig. 2 das technische Umfeld einer Brennkraftmaschine, in der die vorliegende Erfindung einsetzbar ist;
Fig. 3 den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Last, der Zündzeitpunktberechnung und Zündung sowie dem Öffnungsgrad des Einlaßventils eines Zylinders in Abhängigkeit vom Kurbelwinke1; Fig. 4 den Verlauf des Hauptlastsignals und des Hilfs- lastsignals in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel;
Fig. 5 den prinzipiellen Zusammenhang zwischen Klopf- grenze und optimaler Zündung; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes (KF) für den Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen ' gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
Fig. 3 zeigt das technische Umfeld einer Brennkraftmaschine 100, in der die vorliegende Erfindung einsetzbar ist.
Zunächst werden die illustrierten Komponenten zur Steuerung der Brennkraftmaschine 100 näher erläutert. Über einen Ansaugtrakt 102 wird der Brennkraftmaschine 100 ein Luft/ Kraftstoff-Gemisch zugeführt, und die Abgase werden in einen 104 abgegeben. Im Ansaugtrakt 102 sind in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Hitzdraht— Luftmassenmesser, ein Temperaturfühler 108 zur Erfassung der Ansauglufttemperatur, eine Drosselklappe 110 mit einem Sensor 111 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drossel- klappe 110, ein Drucksensor 112 und eine oder mehrere Einspritzdüsen 113 angebracht. In der Regel sind der Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106 und der Drucksensor 112 alternativ vorhanden.
Um die Drosselklappe 110 herum führt ein Bypass-Kanal 114, in dem ein Leerlaufsteiler 115 angeordnet ist. Der Bypass-Kanal 114 und der Leerlaufsteller 115 können entfallen, wenn die Regelung der Leerlaufdrehzahl mit Hilfe der Drosselklappe 110 erfolgt. Gegebenenfalls können zusätzlich Bypass-Ventile vorhanden sein, die beispielsweise beim Zuschalten einer Klimaanlage eine ausreichende Leerlaufdrehzahl sicherstellen. Im Abgaskanal 104 ist ein Sauerstoffsensor 116 angebracht. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Kurbelwinkelsensor 118 und ein Sensor 119 zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine 100 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 100 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern beispielsweise vier Zündkerzen 120.
Die Ausgangssignale der beschriebenen Sensoren werden einem zentralen Steuergerät 122 übermittelt. Im einzelnen handelt es sich dabei um folgende Signale: -Ein Signal m des Luftmengenmessers oder Luftmassenmessers 106, ein Signal T des Temperatursensors 108 zur Erfassung der Ansauglufttemperatur, ein Signal des Sensors 111 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 110, ein Singal p des Drucksensors 112, ein Signal λ des Sauerstoffsensors 116, ein Signal w des Kurbelwinkelsensors 118 und ein Signal TBKM des Sensors 119 zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine 100. Das Steuergerät 122 wertet die Sensorsignale aus und steuert die Einspritzdüse bzw. Einspritzdüsen 113, den Leerlaufsteller 115 und die Zündkerzen 120 an.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Lastsignal tL, der Zündwinkelberechnung und Zündung sowie dem Öffnungsgrad des Einlaßventils eines Zylinders in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel w bzw. Zeit t für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern.
Die untere durchgezogene Linie gibt den Öffnungsgrad des Einlaßventils für den Zylinder Nr. 4 an, die untere gestrichelte Linie den Öffnungsgrad der Einlaßventile der übrigen Zylinder. Bei einem Kurbelwinkel w von 0° beginnt sich das Einlaßventil des Zvlinders Nr. 4 zu öffnen. Bei w = 90° ist das Einlaßventil des Zylinders Nr. 4 maximal geöffnet, und bei w = 180° ist das Einlaßventil wieder geschlossen. Danach durchlaufen die Einlaßventile der Zylinder Nr. 2, Nr. 1 und Nr. 3 in dieser Reihenfolge den gleichen Öffnungsund Schließzyklus und bei einem Kurbelwinkel w von 720° beginnt sich das Einlaßventil des Zylinders Nr. 4 wieder zu öffnen.
Die obere Kurve der Fig. 3 zeigt den Verlauf des Hauptlastsignals tL. Das Hauptlastsignal tL kann beispielsweise aus dem vom Drucksensor 112 erzeugten Signal p und der Drehzahl n ermittelt werden oder aus dem ge ittelten und gefilterten Signal m des Luftmassenmessers 106.
Für die Berechnung des Zündzeitpunktes wird die Luftfüllung und damit das Lastsignal tL des entsprechenden Zylinders (in Fig. 4 Zylinder Nr. 4) benötigt. Das Hauptlastsignal tL bei einem bestimmten Kurbelwinkel in der Nähe des Kurbelwinkels, bei dem das Einlaßventil des Zylinders schließt (in Fig. 4 Zylinder Nr. 4, ca. 20° vor dem Schließen des Einlaßventils bei 900°) , ist repräsentativ für die Luftfüllung. Dieser bestimmte Kurbelwinkel wird im folgenden als Füllungswinkel bezeichnet. Der genaue Wert des Füllungswinkels hängt vom Typ der Brennkraftmaschine 100 ab und kann beispielsweise empirisch ermittelt werden.
Auf der Zeitachse weiterhin bezeichnet sind der Zündzeitpunkt tz (Kurbelwinkel wz) , Schließzeitpunkt (ts) und ein Berechnungszeitintervall tR zur Berechnung des Zündzeitpunktes .
Wie oben beschrieben und in Fig. 3 dargestellt, muß die Berechnung der des Zündzeitpunktes zur Schließzeit ts abgeschlossen sein, also lange vor dem Füllungswinkel, der zur Zeit t0 + Δt erreicht wird, durchgeführt werden.
Für die Berechnung des Zündzeitpunktes wird allerdings die Luftfüllung verwendet, die durch das beim Füllungswinkel vorliegende Hauptlastsignal tL repräsentiert wird. Der zukünftige Verlauf des Hauptlastsignals tL ist aber in der Regel nicht bekannt, da er beispielsweise vom Fahrerwunsch abhängt. Verwendet man bei der Berechnung das zum Zeitpunkt der Berechnung aktuelle Hauptlastsignal tL oder das ge it- telte Hauptlastsignal tLM, so führt dies zu einer nicht optimalen Zündzeitpunkteinstellung, wenn sich das Hauptlastsignal tL bis zum Erreichen des Füllungswinkels ändert (siehe obere Kurve in Fig. 3), d. h. im nichtstationären Betrieb.
Das aus der DE 44 01 828 AI bekannte Verfahren ermöglicht eine näherungsweise Vorhersage des beim Füllungswinkel vorliegenden Lastsignals tL, das im folgenden als zukünftiges Lastsignal tLPr bezeichnet wird. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, daß der Haupteinflußfaktor auf den Verlauf des zukünftigen Lastsignals tLPr, der Öffnungswinkel α der Drosselklappe 111, bekannt ist und daß das Signal α dem Signal tL um einiges vorauseilt. Näheres hierzu ist in Fig. 4 dargestellt.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem das Hauptlastsignal tL (gestrichelte Linie) und das Hilfslastsignal tL' (durchgezogene Linie) über dem Kurbelwinkel w aufgetragen sind. Im stationären Betrieb fallen die Kurven für tL und tL' zusammen (links bzu. ganz rechts) . Beim Übergang von niedriger zu hoher Last steigt die Kurve für tL' wesentlich schneller an als die Kurve für tL, so daß aus aktuellen Werten für tL' und tL zukünftige Werte für tL vorhergesagt werden können, d. h. aus dem aktuellen Hilfslastsignal tL' und dem aktuellen Hauptlastsignal tL kann das zukünftige Lastsignal tLPr ermittelt werden.
Für die Ermittlung des zukünftigen Lastsignals tLPr kann ein einfaches Saugrohrmodell zugrundegelegt werden, das durch einen Tiefpaß erster Ordnung mit einer lastabhängigen Filterkonstanten beschrieben wird. Beim aktuellen Kurbelwinkel w wird das beim zukünftigen Kurbelwinkel w + wPr vorliegende zukünftige Lastsignal tLPr gemäß folgender Gleichung vorhergesagt:
tLPr = tL(w+wPr) = tL (w) + (tL' (w)-tL (w) ) • (1-exp (-wPr/wF) )
Dabei ist wPr der Vorhersagewinkel, das heißt die Differenz aus dem zukünftigen Kurbelwinkel, für den das zukünftige Lastsignal tLPr vorhergesagt wird — in der Regel ist dies der Füllungswinkel — und dem augenblicklichen Kurbelwinkel w.
Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm für den prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt 400 wird der Vorhersagewinkel wPr ermittelt. An Schritt 400 schließt sich ein Schritt 402 an, in dem das Hilfslastsignal tL' ermittelt wird. Das Hilfslastsignal tL' wird in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel , der Drehzahl n und ggf. der durch einen Bypass-Kanal 114 und/oder zusätzliche Bypass-Ventile fließenden Luftmenge qLL aus einem Kennfeld ermittelt. An den Schritt 402 schließt sich ein Schritt 404 an. Im Schritt 404 wird das augenblickliche Hauptlastsignal tL ermittelt. Das augenblickliche Hauptlastsignal tL kann beispielsweise durch Filtern der gemessenen und über ein Kurbelwinkel-Segment gemittelten Luftmasse m mit einem Tiefpaßfilter erster Ordnung ermittelt werden. Alternativ dazu kann das augenblickliche Hauptlastsignal tL auch aus dem Saugrohrdruck p und der Drehzahl n oder durch Filterung des Hilfslastsignals tL' ermittelt werden. Auf den Schritt 404 folgt ein Schritt 406, in dem die lastabhängige Filterkonstante wF ermittelt wird. Danach folgt ein Schritt 408. In dem Schritt 408 wird aus den in den Schritten 400 bis 406 ermittelten Größen gemäß der weiter oben genannten Gleichung das zukünftige Lastsignal tLPr = tL(w+wPr) für den Kurbelwinkel w+wPr, also hier den Füllungswinkel, ermittelt.
Letztlich erfolgt im Schritt 410 das Festlegen des Zündzeitpunktes ZWGRU aus dem Kennlinienfeld KF unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals tLPr und der Motordrehzahl n. Dann ist der Durchlauf des Flußdiagramms beendet.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere kann das Kennlinienfeld für den Zündzeitpunkt auch in Abhängigkeit vom Füllungsgrad bereitgestellt bzw. gespeichert werden. In diesem Falle wäre ein Zwischen- schritt zum Umrechnen des erfaßten Lastsignals in den Füllungsgrad notwendig.
Auch ist die Erfindung nicht auf die obige beispielhafte Vorhersageprozedur beschränkt. Beispielsweise kann der Aktualisierungsfehler der Zündwinkelberechnung durch die Verwendung von einem prädizierten Signal unter zusätzlicher Berücksichtigung von Nockenwellenverstellung und Abgasrückführung kompensiert werden.
18
Verfahren und Vorrichtung zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine
BEZUGSZEICHENLISTE:
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Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Kennlinienfeldes (KF) für den Zündzeitpunkt (tz) in Abhängigkeit von mindestens einem die relative Luftfüllung eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzeigenden Lastsignal (tL) ;
Erfassen des Lastsignals (tL) zu einem vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (to) ;
Vorhersagen eines zukünftigen Lastsignals (tLPr) zu einem späteren, vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (t0 + Δ) ; und
Festlegen des Zündzeitpunktes (tz) aus dem Kennlinienfeld (KF) unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals (tLPr) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zukünftige Lastsignal (tLPr) vorhergesagt wird aus ei- nem aktuellen Hauptlastsignal (tL) , einem aktuellen Hilfslastsignal (tL'), das dem aktuellen Hauptlastsignal vorauseilt, und einem Kurbelwinkelintervall (wPr) , das abhängig von der in Zeiteinheiten oder Kurbelwinkeleinheiten ausgedrückten Berechnungszeit (wB) vorgebbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktuelle Hilfslastsignal (tL') aus dem Öffnungswinkel (α) der Drosselklappe (110), der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (100) und einer gegebenenfalls durch einen Bypass-Kanal (114) zur Drosselklappe (110) und/oder durch zusätzliche Bypass-Ventile strömenden Luftmenge (qLL) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aktuelle Hauptlastsignal (tL) aus dem gemessenen Saugrohrdruck (p) und der Drehzahl (n) , aus der mit einem Luftmassenmesser (106) erfaßten Luftmasse (m) oder durch Filterung des aktuellen Hilfslastsignals (tL') ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereitstellen eines Kennlinienfeldes (KF) für den Zündzeitpunkt (tz) in Abhängigkeit von dem Lastsignal (tL) und der Drehzahl (n) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhersagen des zukünftigen Lastsignals (tLPr) unter Berücksichtigung der Nockenwellenverstellung und/oder der Abgasrückführung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Kennfelder, wie insbesondere das Stationäradaptionskennfeld der Klopfregelung oder ein oder mehrere lastabhängigen Kennfelder der Schließwinkelberechnung, bereitgestellt werden und ein Festlegen des jeweiligen Zündzeitpunktes aus dem betreffenden Kennlinienfeld unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals erfolgt.
8. Vorrichtung zum Festlegen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit:
einer Speichereinrichtung zum Bereitstellen eines Kennlinienfeldes (KF) für den Zündzeitpunkt (tz) in Abhängigkeit von mindestens einem die relative Luftfüllung eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzeigenden Lastsignal (tL) ;
einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lastsignals (tL) zu einem vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (t0) ;
einer Vorhersageeinrichtung zum Vorhersagen eines zukünftigen Lastsignals (tLPr) zu einem späteren, vor dem festzulegenden Zündzeitpunkt (tz) liegenden Zeitpunkt (t0 + Δ) ; und einer Festlegungseinrichtung zum Festlegen des Zündzeitpunktes (tz) aus dem Kennlinienfeld (KF) unter Zugrundelegung des vorhergesagten zukünftigen Lastsignals (tLPr) .
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