DE102007050618B3

DE102007050618B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007050618B3
Application number: DE102007050618A
Authority: DE
Inventors: Joachim Bauer; Ralf Koch
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: KR101454149B1; KR20090041350A; US20090101109A1; US8037867B2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1) bereitgestellt, mittels denen die Genauigkeit der Klopferkennung bei einer Brennkraftmaschine (1) gesteigert werden kann. Dazu wird für einen aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ein Referenzzündwinkel ermittelt, bei dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) maximal ist. Es wird ein tatsächlicher Zündwinkel ermittelt, bei dem die Brennkraftmaschine (1) an dem aktuellen Betriebspunkt zu betreiben ist. Es werden Signalwerte eines Klopfsensors (14) erfasst, welche einen Rückschluss auf ein Klopfereignis in einem Brennraum (30) der Brennkraftmaschine (1) zulassen. Zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung werden nur die innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegenden Signalwerte herangezogen, wobei die Lage des Auswertungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine sowie eine Steuervorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Moderne Motorelektronik und dazugehörige Steuerverfahren ermöglichen eine immer weitergehende Optimierung des Wirkungsgrads einer Brennkraftmaschine. Bei Ottomotoren spielt dabei die zeitliche Lage des Zündzeitpunkts eine wesentliche Rolle. Der Wirkungsgrad bzw. das produzierte Drehmoment eines Ottomotors weist in Abhängigkeit vom Zündwinkel ein Maximum auf. Aus Gründen des Bauteilschutzes kann dieser optimale Zündwinkel jedoch nur in wenigen Betriebspunkten eingestellt werden. In großen Teilen des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine würde der Betrieb der Brennkraftmaschine bei diesem optimalen Zündwinkel zu einer klopfenden Verbrennung und damit zu eventuellen Schäden der Brennkraftmaschine führen. Aus diesem Grund muss die Brennkraftmaschine in diesen Betriebsbereichen mit einem Zündzeitpunkt betrieben werden, an dem der Wirkungsgrad vermindert ist. Im Bestreben, für jeden Betriebspunkt einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, gleichzeitig aber Schäden zu vermeiden, beinhalten moderne Motorsteuerungskonzepte eine so genannte Klopfregelung, welche eine klopfende Verbrennung erkennen und den eingestellten Zündwinkel entsprechend korrigieren. Dadurch kann erreicht werden, dass der eingestellte Zündwinkel sehr nahe an der Klopfgrenze der Brennkraftmaschine liegt.
Zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung kann an oder in der Brennkraftmaschine ein Klopfsensor integriert sein. Die Klopfereignisse finden in der Regel innerhalb eines beschränkten Kurbelwellenwinkelintervalls um den oberen Totpunkt des Kolbens statt. Um eine sichere Erkennung eines Klopfereignisses mittels des Sensors zu gewährleisten, ist es notwendig, die Auswertung des Sensorsignals auf ein möglichst enges Kurbelwellenwinkelintervall zu beschränken, in dem eine mögliche klopfende Verbrennung auftritt. Je schmäler das Kurbelwellenwinkelintervall für die Auswertung des Sensorsignals ist, desto sicherer kann die klopfende Verbrennung identifiziert und von der normalen Verbrennung separiert werden. Die Klopfneigung der Brennkraftmaschine wird jedoch durch zahlreiche Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise die Umgebungslufttemperatur, die Motortemperatur, die Abgasrückführrate und die Kraftstoffqualität.
Bei einem bekannten Verfahren werden diese Faktoren bei der Festlegung des Auswertungsintervalls des Klopfsensorsignals sicherheitshalber permanent vorgehalten, so dass dieses immer erheblich länger ist als das eigentliche Klopfereignis. Das auszuwertende Signal des Klopfsensors weist dadurch neben den eigentlichen Klopfereignissen auch das trotz Filterung existente Motorgrundgeräusch sowie andere Störsignale auf, wodurch die Genauigkeit bei der Bestimmung einer klopfenden Verbrennung negativ beeinflusst wird. Zu den Störsignalen gehören beispielsweise Geräusche beim Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile.
Aus DE 100 41 777 A1 ist ein Verfahren zur Klopferkennung bekannt, wobei innerhalb eines Zeitfensters Signale erfasst werden, die aufgrund der Verbrennung in den Zylindern entstehen. Das Zeitfenster wird abhängig vom im jeweiligen Zylinder realisierten Luftverhältnis verändert.
DE 10 2005 035 239 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines Vorsteuerwerts für einen frühest möglichen Zündwinkel. Abhängig von einer Klopfgrenze wird ein frühest möglicher Zündwinkel bestimmt, wobei für den frühest möglichen Zündwinkel als Vorsteuerwert ein Grundzündwinkel ermittelt wird. Der ermittelte Grundzündwinkel wird abhängig von der Restgasrate im Brennraum korrigiert.
EP 0 399 068 B1 schlägt ein Verfahren zur Klopfregelung vor, bei dem das Signal eines Klopfsensors innerhalb eines für jeden Zündzyklus vorgegebenen Meßfensters abgetastet wird. Der Beginn des Meßfensters ist dabei von wenigestens einem Betriebsparameter abhängig.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mittels denen die Genauigkeit der Klopferkennung gesteigert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Steuervorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei dem Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 1 wird für einen aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein Referenzzündwinkel ermittelt, bei dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine maximal ist. Ferner wird ein tatsächlicher Zündwinkel ermittelt, bei dem die Brennkraftmaschine an diesem Betriebspunkt zu betreiben ist. Es werden die Signalwerte eines Sensors erfasst, welche einen Rückschluss auf ein Klopfereignis in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zulassen. Zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung werden nur die innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegenden Signalwerte des Sensors herangezogen. Dabei wird die Lage des Auswertungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz aus dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel bestimmt.
Bei modernen Motorsteuerungskonzepten, beispielsweise bei kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen, wird der an einem aktuellen Betriebspunkt tatsächlich einzustellende Zündwinkel bzw. Zündzeitpunkt ausgehend von einem optimalen Referenzzündwinkel (mit maximalem Wirkungsgrad) bestimmt. Dabei wird der Referenzzündwinkel soweit korrigiert, dass eine klopfende Verbrennung soweit als möglich vermieden werden kann. Es ist anzumerken, dass durch diese Vorsteuerung des Zündzeitpunkts eine klopfende Verbrennung jedoch nie vollständig ausgeschlossen werden kann. In dem tatsächlich einzustellenden Zündwinkel sind somit die Korrekturen zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung bereits enthalten. Der Abstand bzw. die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel ist daher ein Maß für die Klopfneigung der Brennkraftmaschine bei den aktuellen Betriebsbedingungen. Wird nun die Lage des Auswertungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel bestimmt, so kann der bisher in der Länge des Auswerteintervalls enthaltene Vorhalt entfallen oder zumindest deutlich reduziert werden. Störsignale werden auf dieser Weise weitestgehend ausgeblendet. Damit steigen die Trennschärfe und die Genauigkeit bei der Erkennung eines Klopfereignisses deutlich erhöht werden kann.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird der tatsächliche Zündwinkel dadurch ermittelt, dass der Referenzzündwinkel in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine korrigiert wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 beeinflusst der zumindest eine Parameter die Klopfneigung der Brennkraftmaschine.
Die Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 2 und 3 gewährleisten eine softwaremäßig einfache Ermittlung des tatsächlichen Zündwinkels in Abhängigkeit vom Referenzzündwinkel unter Berücksichtigung von den Betriebsparametern bzw. den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Da zumindest einer der Betriebsparameter die Klopfneigung der Brennkraftmaschine beeinflusst, kann die Lage des Auswertungsintervalls optimal bestimmt werden. Eventuelle Störungen, welche das Ergebnis bei der Auswertung des Sensorsignals verfälschen, können so ausgeblendet werden. Damit wird die Genauigkeit bei der Bestimmung eines Klopfereignisses deutlich erhöht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 wird das Auswertungsintervall durch dessen Länge und die Lage eines Begrenzungswerts relativ zu einem oberen Totpunkt eines im Brennraum vorgesehenen Kolbens festgelegt.
Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 5 kann als Maßstab für die Länge und die Lage des Auswertungsintervalls die Winkelposition einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Da in den meisten Brennkraftmaschinen ein Sensor für die Kurbelwellenposition bzw. zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels vorgesehen ist, kann die Lage des Auswertungsintervalls durch Vorgabe der Länge und eines Begrenzungswerts des Auswertungsintervalls relativ zum oberen Totpunkt eines im Brennraum angeordneten Kolbens besonders gut bestimmt werden. Dadurch kann der Auswertungszeitraum auf einfache Weise besonders exakt und reproduzierbar festgelegt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, da in den meisten Steuerungskonzepten der Zündwinkel bereits relativ zum oberen Totpunkt als Bezugspunkt vorgegeben wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 6 wird die Lage des Auswertungsintervalls relativ zu einem oberen Totpunkt eines Kolbens der Brennkraftmaschine umso weiter in Richtung „Spät" verschoben, je größer die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel ist.
Diese Ausgestaltung des Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass mit steigender Klopfneigung der Brennkraftmaschine die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel und dem tatsächlichen Zündwinkel zunimmt. Dies hängt damit zusammen, dass mit steigender Klopfgefahr der tatsächliche Zündwinkel zum Zweck des Komponentenschutzes relativ zum Referenzzündwinkel immer weiter in Richtung „Spät" verschoben wird. Dadurch kann die Lage des Auswertungsintervalls an die Lage des tatsächlichen Zündwinkels entsprechend angepasst werden.
In den Ausgestaltungen der Ansprüche 7 und 8 handelt es sich bei dem Sensor entweder um einen Brennraumdrucksensor oder einen Körperschallsensor.
Diese Sensoren ermöglichen einen sicheren Rückschluss auf ein Klopfereignis im Brennraum der Brennkraftmaschine.
Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 9 ist dafür geeignet, das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 durchzuführen. Bezüglich der sich dadurch ergebenen Vorteile wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung des Wirkungsgrads einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom einge stellten Zündwinkel bei einem bestimmten Betriebspunkt;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens für eine Brennkraftmaschine in Form eines Ablaufdiagramms.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) schematisch dargestellt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung stark vereinfacht ausgeführt.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen 30, welche jeweils durch einen Zylinder 2 und einen auf und ab bewegbaren Kolben 3 begrenzt sind (in 1 ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur ein Brennraum 30 dargestellt). Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 7, in dem stromabwärts einer Ansaugöffnung 4 ein Luftmassensensor 5 und eine Drosselklappe 6 angeordnet sind. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über den Ansaugtrakt 7 in den Brennraum 30 eingeleitet, wobei die Frischluftzufuhr durch Öffnen und Schließen eines Einlassventils 8 gesteuert wird.
Bei der hier dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der für die Verbrennung nötige Kraftstoff über jeweils ein Einspritzventil 9 unmittelbar in den jeweiligen Brennraum 30 eingespritzt wird. Zur Auslösung der Verbrennung dient eine in den jeweiligen Brennraum 30 ragende Zündkerze 10. Die Verbrennungsabgase werden über Auslassventile 11 in einen Abgastrakt 31 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt und mittels eines im Abgastrakt 31 angeordneten Abgaskatalysators 12 gereinigt.
Die Kraftübertragung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) geschieht über eine mit dem Kolben 3 gekoppelte Kurbelwelle 13. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt außerdem über einen Lambdasensor 16 zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts im Abgas, einen Kurbelwellenwinkelsensor 15 zur Ermittlung der Drehlage der Kurbelwelle 13 und einen Klopfsensor 14, mittels dem eine klopfende Verbrennung erkannt werden kann. Bei dem Klopfsensor 14 kann es sich um einen Brennraumdrucksensor zur Erfassung des Drucks im Brennraum 30 oder um einen Körperschallsensor zur Erfassung von Vibrationen im oder am Gehäuse der Brennkraftmaschine 1 handeln.
Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem zugeordnet, welches einen Kraftstofftank 17 sowie eine darin angeordnete Kraftstoffpumpe 18 aufweist. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 18 in eine Versorgungsleitung 19 gefördert, welche den Kraftstofftank und die Einspritzventile 9 verbindet. In der Versorgungsleitung sind ein Kraftstofffilter 21, eine Hochdruckpumpe 22 und ein Druckspeicher 20 angeordnet. Dabei handelt es sich um einen gemeinsamen Druckspeicher 20, von dem aus die Einspritzventile 9 für mehrere Brennräume 30 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt werden. Die Hochdruckpumpe 22 dient dazu, den durch die Kraftstoffpumpe 18 mit relativ niedrigem Druck (ca. 3 Bar) geförderten Kraftstoff dem Druckspeicher 20 mit hohem Druck zuzuführen (bei einem Ottomotor typischerweise bis zu 150 bar).
Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 26 zugeordnet, welche über Signal- und Datenleitungen mit allen Aktuatoren und Sensoren verbunden ist. In der Steuervorrichtung 26 sind kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert. Basierend auf den Messwerten der Sensoren und den kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen werden Steuersignale an die Aktuatoren der Brennkraftmaschine 1 und des Kraftstoffversorgungssystems ausgesendet. So ist die Steuervorrichtung 26 über die Daten- und Signalleitungen mit der Kraftstoffpumpe 18, dem Luftmassensensor 5, der Drosselklappe 6, der Zündkerze 10, dem Einspritzventil 9, dem Klopfsensor 14, dem Kurbelwellenwinkelsensor 15 und dem Lambdasensor 16 gekoppelt.
In 2 ist der Wirkungsgrad η der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit vom Zündwinkel IGA bzw. vom Zündzeitpunkt für einen bestimmten Betriebspunkt schematisch dargestellt. Dies bedeutet, dass in diesem Diagramm alle Betriebsparameter, welche das von der Brennkraftmaschine 1 produzierte Drehmoment beeinflussen, konstant gehalten werden und nur der Zündwinkel IGA variiert wird. Zu den die Drehmomentproduktion der Brennkraftmaschine 1 beeinflussenden Parametern gehören beispielsweise der zugeführte Frischluftmassenstrom, die Drehzahl sowie gegebenenfalls die Menge an zurückgeführtem Abgas. Der Zündwinkel IGA ist auf der X-Achse in Grad Kurbelwellenwinkel relativ zum oberen Totpunkt des in dem Brennraum auf- und abbeweglichen Kolbens dargestellt. Die Kurbelwellenstellung des Kolbens 3 am oberen Totpunkt ist daher der Bezugspunkt für die Einstellung des Zündwinkels und wird mit 0° Kurbelwellenwinkel beziffert.
In der 2 bedeuten negative Werte für den Kurbelwellenwinkel Kurbelwellenstellungen vor Erreichen des oberen Totpunkts, wogegen positive Werte des Kurbelwellenwinkels alle Stellungen nach Erreichen des oberen Totpunkts kennzeichnen. Wie zu erkennen ist, weist der Wirkungsgrad η der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Referenzzündwinkel IGA_Ref ein Maximum η_max auf. Für die Bedatung ist dieser Referenzzündwinkel IGA_Ref beispielsweise so zu wählen, dass der Verbrennungsschwerpunkt (50% Gemischenergie im Zylinder umgesetzt) sich bei ungefähr +6 bis +8° Kurbelwellenwinkel, das heißt, 6 bis 8 Grad nach Erreichen des oberen Totpunktes liegt. Bei früheren oder späteren Zündzeitpunkten ist der Wirkungsgrad η der Brennkraftmaschine 1 geringer.
Grundsätzlich ist es natürlich wünschenswert, an jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 den maximal möglichen Wirkungsgrad η_max zu erreichen und daher den Referenzzündwinkel IGA_Ref einzustellen. Jedoch ist dies nur in wenigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1 möglich. In großen Betriebsbereichen muss der Zündwinkel IGA zur Vermeidung ei ner klopfenden Verbrennung auf „Spät" (in 2 hin zu positiveren Werten für IGA) verschoben werden. Zur Vermeidung eines möglichen Klopfens wird daher in weiten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1 ein tatsächlicher Zündwinkel IGA_Act eingestellt, bei welchen die Brennkraftmaschine 1 einen geringeren Wirkungsgrad η_Act aufweist. Um eine klopfende Verbrennung erst gar nicht auftreten zu lassen, wird der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act basierend auf dem Referenzzündwinkel IGA_Ref unter Berücksichtung von Korrekturwerten für den Komponentenschutz ermittelt. Diese Korrekturwerte werden in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern ermittelt, welche einen Einfluss auf die Klopfneigung der Brennkraftmaschine 1 haben. Dazu gehören beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Motortemperatur, die Last (Frischluftmassenstrom oder Saugrohrdruck), die Drehzahl, die Kraftstoffqualität sowie gegebenenfalls die Abgasrückführrate. Die Korrekturwerte zur Ermittlung des tatsächlichen Zündwinkels IGA_Act können beispielsweise basierend auf Kennfeldern ermittelt werden. Wie anhand der 2 deutlich wird, variiert der Abstand bzw. die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel IGA_Ref und dem tatsächlichen Zündwinkel IGA_Act in Abhängigkeit von der Klopfneigung der Brennkraftmaschine 1. Je höher die Klopfneigung beim jeweiligen Betriebspunkt ist, umso größer sind die Korrekturwerte zur Ermittlung des tatsächlichen Zündwinkels IGA_Act, weshalb sich dieser mit zunehmender Klopfneigung immer weiter vom Referenzzündwinkel IGA_Ref in Richtung „Spät" entfernt.
Aufgrund der großen Anzahl von beeinflussenden Parametern und dem Bestreben, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, kann durch diese Vorsteuerung des Zündzeitpunkts unter Vorgabe des berechneten tatsächlichen Zündwinkels IGA_Act eine klopfende Verbrennung nicht immer vermieden werden. Insofern ist es notwendig, eine entsprechende Klopferkennung in der Brennkraftmaschine 1 zu installieren. Die Klopferkennung wird durch Steuereinrichtung 26 durchgeführt und basiert auf dem Signal des Klopfsensors 14. Dazu wird das innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegende Signal des Klopf sensors 14 ausgewertet. Beispielsweise können die Signalwerte innerhalb des Auswertungsintervalls aufintegriert und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Liegt der aufintegrierte Signalwert über dem Schwellenwert, so wird eine klopfende Verbrennung erkannt.
Die Genauigkeit bei der Erkennung einer klopfenden Verbrennung hängt maßgeblich von der Lage und der Länge des Auswertungsintervalls ab. Die Lage des Auswertesignals kann dabei relativ zu einem vorgegebenen Bezugspunkt bestimmt werden, welcher beispielsweise eine bestimmte Drehstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 sein kann. Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, kann es sich bei dem Bezugspunkt um den Drehwinkel handeln, den die Kurbelwelle 13 am oberen Totpunkt des Kolbens 3 einnimmt. Die Lage des Auswertungsintervalls kann jedoch auch durch absolute Drehwinkelwerte der Kurbelwelle 13 festgelegt werden. Einerseits ist es hinsichtlich der Trennschärfe erstrebenswert, das Auswertungsintervall so schmal wie möglich zu halten, andererseits muss auch sichergestellt werden, dass das Auswertungsintervall den Winkelbereich der Kurbelwelle abdeckt, in dem eine klopfende Verbrennung auftritt.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens für eine Brennkraftmaschine 1 in Form eines Ablaufdiagramms schematisch dargestellt, mittels dem die Bestimmung der Lage des Auswertungsintervalls optimiert werden kann.
Das Verfahren wird mit Schritt 300, beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine 1, gestartet. Ab dem Start des Verfahrens wird permanent das Ausgangssignal des Klopfsensors 14 erfasst. Die Werte dieses Klopfsensors 14 stehen daher der Steuereinrichtung 26 bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu jedem beliebigen Zeitpunkt zur Verfügung.
Nach dem Start des Verfahrens werden in Schritt 301 von der Steuereinrichtung 26 die Werte von Betriebsparametern in Form von Sensorsignalen erfasst, oder basierend auf geeigneten physikalischen Modellen berechnet. Als Betriebsparameter sind hier alle physikalischen Größen gemeint, welche einen Einfluss auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 1 haben. Dazu zählen insbesondere die Drehzahl, die Temperatur der Brennkraftmaschine 1, die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Frischluftmenge, der aktuell eingestellte Zündwinkel, die Abgas- bzw. die Brenngemischzusammensetzung und die Umgebungstemperatur.
Basierend auf zumindest einem Teil dieser Betriebsparameter wird im Schritt 302 der Referenzzündwinkel IGA_Ref am aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 bestimmt. Die Bestimmung des Referenzzündwinkels IGA_Ref kann beispielsweise mittels eines Kennfeldes in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl und der zugeführten Frischluftmenge erfolgen. Alternativ zur zugeführten Frischluftmenge kann als Lastparameter auch der Druck im Saugrohr verwendet werden.
Im Schritt 303 wird der tatsächlich einzustellende Zündwinkel IGA_Act, mit welchem die Brennkraftmaschine am aktuellen Betriebspunkt betrieben werden soll, ermittelt. Wie oben bereits erläutert wurde, kann der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act basierend auf den Referenzzündwinkel IGA_Ref unter Berücksichtigung von Korrekturwerten bestimmt werden. Zumindest ein Korrekturwert berücksichtigt dabei die Klopfneigung der Brennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern.
Im Schritt 304 wird die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel IGA_Ref und dem tatsächlichen Zündwinkel IGA_Act ermittelt.
In Abhängigkeit von der ermittelten Differenz wird in Schritt 305 die Lage des Auswertungsintervalls für das Ausgangssignal des Klopfsensors 14 bestimmt. Vorteilhafterweise wird die Lage des Auswertungsintervalls relativ zur Winkellage der Kurbelwelle am oberen Totpunkt des Kolbens festgelegt. Das Auswertungsintervall kann dabei beispielsweise durch einen Be grenzungswert (Startpunkt oder Endpunkt) und eine Weite, das heißt die Spanne des überdeckten Kurbelwellenwinkels, in welchem das Ausgangssignal des Klopfsensors für die Klopferkennung verwendet wird, definiert werden. Dabei kann die Weite des Auswertungsintervalls entweder starr vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von relevanten Betriebsparametern variiert werden. Alternativ kann das Auswertungsintervall auch durch Festlegung des Startwerts und des Endwerts definiert werden.
Wie weiter oben bereits erläutert wurde, wird die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel IGA_Ref und dem tatsächlichem Zündwinkel IGA_Act mit zunehmender Klopfneigung größer. Dies hängt damit zusammen, dass zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung, der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act relativ zum Referenzzündwinkel IGA_Ref immer weiter in Richtung Spät verschoben wird. Die Lage des Auswertungsintervalls wird vorteilhafterweise derart variiert, dass das Auswertungsintervall immer weiter in Richtung „Spät" verschoben wird je größer die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel IGA_Ref und dem tatsächlichem Zündwinkel IGA_Act ist, und dass das Auswertungsintervall immer weiter in Richtung „Früh" (in 2 in Richtung negativerer Wert für IGA) verschoben wird je kleiner die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel IGA_Ref und dem tatsächlichem Zündwinkel IGA_Act ist.
Im Schritt 306 werden nun die Signalwerte des Klopfsensors im Auswertungsintervall zur Identifizierung möglicher Klopfereignisse herangezogen. Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, kann dazu das Signal des Klopfsensors 14 aufintegriert werden und ein Klopfereignis identifiziert werden, falls das aufintegrierte Signal einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Wird im Schritt 306 eine klopfende Verbrennung identifiziert, so wird in Schritt 307 der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act derart angepasst, dass keine Klopfereignisse mehr auftreten. Dies kann beispielsweise mittels eines additiven Korrekturwerts bei der Bestimmung des tatsächlichen Zündwinkels IGA_Act erfolgen. Dabei wird der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act um einen vorgegebenen Betrag weiter in Richtung „Spät" verschoben.
Wird im Schritt 306 keine klopfende Verbrennung identifiziert, so wird der tatsächliche Zündwinkel IGA_Act in Schritt 307 entweder beibehalten oder zur Steigerung der Effizienz der Brennkraftmaschine 1 auch um einen gewissen Betrag in Richtung „Früh" verschoben.
Nach der Anpassung des tatsächlichen Zündwinkels wird das Verfahren von Neuem durchlaufen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine flexible Anpassung der Lage des Auswertungsintervalls an die aktuell herrschenden Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Dadurch kann das Auswertungsintervall schmal gehalten werden, was die Trennschärfe bei der Auswertung des Signals des Klopfsensors 14 und damit die Genauigkeit bei der Bestimmung einer klopfenden Verbrennung steigert. Es ist es nicht mehr notwendig, bei der Festlegung des Auswertungsintervalls alle möglichen Betriebsbedingungen, welche die Klopfneigung der Brennkraftmaschine 1 verstärken, permanent vorzuhalten.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1), wobei – für einen aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ein Referenzzündwinkel (IGA_Ref) ermittelt wird, bei dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) maximal ist, – ein tatsächlicher Zündwinkel (IGA_Act) ermittelt wird, bei dem die Brennkraftmaschine (1) an dem aktuellen Betriebspunkt zu betreiben ist, – Signalwerte eines Sensors (14) erfasst werden, welche einen Rückschluss auf ein Klopfereignis in einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) zulassen, – zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung nur die innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegenden Signalwerte herangezogen werden, – die Lage des Auswertungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel (IGA_Ref) und dem tatsächlichen Zündwinkel (IGA_Act) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der tatsächliche Zündwinkel (IGA_Act) dadurch ermittelt wird, dass der Referenzzündwinkel (IGA_Ref) in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Betriebsparameter die Klopfneigung der Brennkraftmaschine (1) beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswertungsintervall durch dessen Länge und die Lage eines Begrenzungswerts relativ zu einem oberen Totpunkt eines im Brennraum (30) vorgesehenen Kolbens (3) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei als Maßstab für die Länge und die Lage des Begrenzungswerts des Auswertungsin tervalls die Winkelposition einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (1) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lage des Auswertungsintervalls relativ zu einem oberen Totpunkt eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) umso weiter in Richtung „Spät" verschoben wird, je größer die Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel (IGA_Ref) und dem tatsächlichen Zündwinkel (IGA_Act) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Sensor (14) um einen Brennraumdrucksensor zur Erfassung des Druckverlaufs in dem Brennraum (30) handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Sensor (14) um einen Körperschallsensor zur Erfassung der Verbrennungsgeräusche in dem Brennraum (30) handelt.
Steuervorrichtung (26) für eine Brennkraftmaschine (1), welche derart ausgebildet ist, dass – für einen aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ein Referenzzündwinkel (IGA_Ref) ermittelt wird, bei dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) maximal ist, – ein tatsächlicher Zündwinkel (IGA_Act) ermittelt wird, bei dem die Brennkraftmaschine (1) an dem aktuellen Betriebspunkt zu betreiben ist, – Signalwerte eines Sensors (14) erfasst werden, welche einen Rückschluss auf ein Klopfereignis in einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) zulassen, – zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung nur die innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegenden Signalwerte herangezogen werden, – die Lage des Auswertungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Referenzzündwinkel (IGA_Ref) und dem tatsächlichen Zündwinkel (IGA_Act) bestimmt wird.