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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors, bei welchem ein optimaler Zündwinkel mit einem aktuell ausgegebenen Zündwinkel verglichen wird und aus einer Differenz des optimalen Zündwinkels und dem aktuell ausgegebenen Zündwinkel ein Moment zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors abgegeben wird, wobei eine Abweichung des aktuell ausgegebenen Zündwinkels von dem optimalen Zündwinkel über eine Zündwinkelwirkungsgradkennlinie dargestellt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Bei Verbrennungsmotoren wie Ottomotoren wird eine Motorsteuerung verwendet, bei welcher über einen Zündwinkel des Ottomotors das abgegebene Moment eingestellt wird. Dabei wird ein tatsächlich auftretender Ist-Zündwinkel des Verbrennungsmotors vorgegeben und mit einem optimalen Zündwinkel verglichen. Bei Abweichung des Ist-Zündwinkels vom optimalen Zündwinkel wird die Momentenbeeinflussung über eine Kennlinie dargestellt, welche als Zündwinkelwirkungsgrad bezeichnet wird und die Funktion einer Differenz zwischen dem optimalen Zündwinkel und dem vorgegebenen Ist-Zündwinkel darstellt. Diese Kennlinie und ihre Invertierung tragen zu der Berechnung des Ist-Momentes, mit welcher der Verbrennungsmotor angesteuert wird, und zur Realisierung von Momentenreserven für den Verbrennungsmotor bei. Die Zündwinkelwirkungsgradkennlinie wird einmalig in der Applikationsphase einer Verbrennungsmotorserie ermittelt und bleibt über die Lebensdauer des im Kraftfahrzeug verbauten Verbrennungsmotors unverändert.
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Nachteilig dabei ist, dass die einmal bestimmte Zündwinkelwirkungsgradkennlinie auf Grund von Alterung des Verbrennungsmotors, Serienstreuungen bei neuen Verbrennungsmotoren und anderen Einflüssen nicht dem tatsächlichen Zündwinkelwirkungsgrad entspricht, so dass die zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors aus dem Zündwinkelwirkungsgrad bestimmten Momente nicht den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors entsprechen und daher mit Fehlern behaftet sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung einer Ansteuerung eines Verbrennungsmotors über die Zündwinkelwirkungsgradkennlinie zu ermöglichen, wobei die Vorgabe für Momentenreserven für einen konkreten Verbrennungsmotor verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zündwinkelwirkungsgradkennlinie adaptiv angepasst wird. Somit wird das aus der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie ermittelte Moment zur Ansteuerung des im Kraftfahrzeug verbauten Verbrennungsmotors verbessert und optimiert. Da die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie von Parametern des tatsächlich im Kraftfahrzeug verbauten Verbrennungsmotors abgeleitet wird, werden auch die Alterung bzw. Serienstreuungen des Verbrennungsmotors berücksichtigt, weshalb eine genaue Momentenberechnung möglich wird.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie in einen annähernd stationären Betriebspunkt des Verbrennungsmotors. Da in einem solchen stationären Betriebspunkt nur wenig Dynamik vorhanden ist, lässt sich die Momentenberechnung sehr genau einstellen, da nur geringe Drehzahländerungen und keine Gangwechsel auftreten, welche Einfluss auf die Momentenberechnung ausüben. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass der Katalysator seine Konvertierungstemperatur bereits erreicht hat.
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In einer Ausgestaltung wird zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie eine Referenzmessung zur Ermittlung eines Referenzzündwinkelwirkungsgrades ohne Momentenreserveanforderung durchgeführt und anschließend die Momentenreserve schrittweise erhöht, wodurch eine Verschiebung des ausgegebenen Zündwinkels nach spät erfolgt, während das abgegebene Moment vorzugsweise konstant bleibt, wobei der Unterschied zwischen dem Moment aus der Referenzmessung und dem Moment der Momentenreserve zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie verwendet wird. Mittels eines solchen Verfahrens kann die Adaption einfach softwaremäßig für alle Zylinder gleichzeitig durchgeführt werden. Unter der sogenannten Momentenreserve soll dabei ein schnell stellbares Moment über den Zündwinkel des Verbrennungsmotors verstanden werden. Eine solche Momentenreserve wird angefordert, indem die Motorsteuerung eine Zündwinkelspätverstellung einfordert. Als Folge davon wird die Luftfüllung des Brennraumes der Zylinder des Verbrennungsmotors erhöht und das überschüssige Moment wird über die Zündwinkelspätverstellung abgebaut. Ist nun ein schneller Momenteneingriff erforderlich, braucht nur noch der Zündwinkel nach früh verstellt werden, da die erforderliche Mehrfüllung des Brennraumes schon vorhanden ist. Diese Verwendung der Momentenreserve stellt somit ein bereits in der Motorsteuerung bekanntes Verfahren dar, welches einfach auf die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie angewendet werden kann.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Erhöhung der Momentenreserveanforderung schrittweise bis zu einem vorgegebenen Maximalwert, wobei eine Dauer der Bestimmung des Zündwinkelwirkungsgrades je eingestellter Momentenreserveanforderung einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsspielen der Zylinder des Verbrennungsmotors entspricht. Dadurch erhält man einen ausgeglichenen Mittelwert für die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie. Die Begrenzung der Momentenreserveanforderung durch einen Maximalwert erlaubt die Bestimmung eines Zündwinkelwirkungsgrades unter normalen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors.
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In einer Alternative wird zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie eine Referenzmessung zur Ermittlung des Referenzzündwinkelwirkungsgrades ohne Zündwinkelverstellung und anschließend eine stufenweise Zündwinkelspätverstellung durchgeführt, wobei für jede Zündwinkelspätverstellung ein Zündwinkelwirkungsgrad bestimmt wird, der mit dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad verglichen wird, wobei eine Abweichung zwischen dem, bei eingestellter Zündwinkelspätverstellung bestimmten Zündwinkelwirkungsgrad und Referenzzündwinkelwirkungsgrad zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie verwendet wird. Durch diese Vorgehensweise bleibt der Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges unbeeinflusst.
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In einer Variante entspricht die Dauer der Bestimmung des Zündwinkelwirkungsgrades je eingestellter Zündwinkelspätverstellung einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsspielen jedes Zylinders des Verbrennungsmotors, wobei eine den Zündwinkelwirkungsgrad über dem Zündwinkel darstellende Kennlinie aus der Abweichung zwischen Zündwinkelwirkungsgrad und Referenzzündwinkelwirkungsgrad berechnet wird. Dieses Verfahren kann somit einfach softwaremäßig im Steuergerät des Kraftfahrzeuges ausgeführt werden. Auf zusätzliche konstruktive Bauteile wird somit verzichtet.
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In einer weiteren Variante erfolgt die stufenweise Zündwinkelspätverstellung sequenziell für alle Zylinder des Verbrennungsmotors. Damit wird sichergestellt, dass für den gesamten Verbrennungsmotor der Zündwinkelwirkungsgrad bestimmt wird.
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In einer Ausgestaltung wird der Zündwinkelwirkungsgrad in Abhängigkeit des Brennraumdruckes des jeweiligen Zylinders des Verbrennungsmotors und/oder daraus abgeleiteter Größen, wie beispielsweise dem indizierten Mitteldruck bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass für die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors bereitgestellte Signale durch bereits im Verbrennungsmotor verbaute Brennraumdrucksensoren für die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie genutzt werden.
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Alternativ wird der Zündwinkelwirkungsgrad für einen vorgegebenen Zylinder des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit eines aktuellen Drehzahlsignales, insbesondere aus einzelnen Zahnzeiten eines Geberrades einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet, wobei das Drehzahlsignal eine Information über eine Differenz einer umgesetzten physikalischen Energie oder Arbeit während der Verbrennung in dem Zylinder beinhaltet. Diese Maßnahme stellt ein sehr kostengünstiges Verfahren dar, da auf die kostenintensiven Brennraumdrucksensoren verzichtet werden kann und die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie allein mit softwaremäßigen Maßnahmen ausgeführt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors, welche einen optimalen Zündwinkel mit einem aktuell ausgegebenen Zündwinkel vergleicht und aus einer Differenz des optimalen Zündwinkels und dem aktuell ausgegebenen Zündwinkel ein Moment zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors ausgibt, wobei eine Abweichung des aktuell ausgegebenen Zündwinkels von dem optimalen Zündwinkel über eine Zündwinkelwirkungsgradkennlinie dargestellt wird. Bei einer Vorrichtung, welche eine genaue Ist-Momentenberechnung für den konkreten Verbrennungsmotor erlaubt, sind Mittel vorhanden, welche die Zündwinkelwirkungsgradkennlinie adaptiv anpassen.
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Vorteilhafterweise führen die Mittel zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie eine Referenzmessung zur Ermittlung eines Referenzzündwinkelwirkungsgrades ohne Momentenreserveanforderung durch. Anschließend wird die Momentenreserve schrittweise erhöht, wobei für jede Momentenreserve ein Zündwinkelwirkungsgrad bestimmt wird, der mit dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad verglichen wird, wobei eine Abweichung zwischen dem bei einer eingestellten Momentenreserve ermittelten Zündwinkelwirkungsgrad und Referenzzündwinkelwirkungsgrad zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie verwendet wird.
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In einer Alternative führen die Mittel zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie die Referenzmessung zur Ermittlung eines Referenzzündwinkelwirkungsgrades ohne Zündwinkelspätverstellung und anschließend eine stufenweise Zündwinkelspätverstellung durch, wobei für jede Zündwinkelspätverstellung ein Zündwinkelwirkungsgrad bestimmt wird, der mit dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad verglichen wird, wobei eine Abweichung zwischen dem, bei einer eingestellten Zündwinkelspätverstellung bestimmten Zündwinkelwirkungsgrad und dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad zur Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie verwendet wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1: ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug,
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2: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4: eine Prinzipdarstellung des Zusammenhanges des Zündwirkungsgrades bei stufenweiser Zündwinkelspätverstellung eines Zylinders des Verbrennungsmotors,
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5 Darstellung einer möglichen Kennlinie.
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung einer Verbrennung in einem Verbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor 1 weist in diesem Beispiel vier Zylinder 2, 3, 4, 5 auf, deren nicht weiter dargestellte Kolben, welche sich in den Zylindern 2, 3, 4, 5 bewegen, über jeweils eine Pleuelstange 6, 7, 8, 9 mit der Kurbelwelle 10 verbunden sind und diese durch die während der Verbrennung verursachten Druckänderungen antreiben. Die Zylinder 2, 3, 4, 5 sind mit einem Saugrohr 11 verbunden, welches durch eine Drosselklappe 12 gegenüber einem Luftansaugrohr 13 abgeschlossen ist. In jeden Zylinder 2, 3, 4, 5 ragt eine Düse zur Einspritzung von Kraftstoff, wodurch sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet. Darüber hinaus weist jeder Zylinder 2, 3, 4, 5 ein Einlassventil 15 für die Frischluft und ein Auslassventil 16 für die Abgase, die während des Verbrennungsprozesses entstehen, auf, welche nur beispielhaft für den Zylinder 5 dargestellt sind. Im Brennraum 22 jedes Zylinders 2, 3, 4, 5 ist ein Drucksensor 17 angeordnet, welcher die Druckveränderung in dem Zylinder 2, 3, 4, 5 des Verbrennungsmotors 1 detektiert, die durch die Verbrennungen verursacht werden. Die Signale des Drucksensors 17 werden an ein Steuergerät 18 weitergeleitet, welches auch mit einem, der Kurbelwelle 10 gegenüberliegenden Kurbelwellenwinkelsensor 19 verbunden ist, wobei das Steuergerät 18 die Verbrennungen dem Kurbelwellenwinkelsignal des Kurbelwellenwinkelsensors 19, welcher vorzugsweise als Drehzahlsensor ausgebildet ist, zugeordnet. Das Steuergerät 18 umfasst dabei einen Mikroprozessor 20, der mit einem Speicher 21 verbunden ist.
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Aus dem Kurbelwellenwinkel, welcher von dem Kurbelwellenwinkelsensor 19 ermittelt wird, lässt sich gleichzeitig auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 von dem Steuergerät 18, insbesondere dem Mikroprozessor 20, ermitteln.
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Im Speicher 21 des Steuergerätes 18 ist eine, einen Zündwinkelwirkungsgrad über eine Abweichung des vorgegebenen Zündwinkels von einem optimalen Zündwinkel repräsentierende Zündwinkelwirkungsgradkennlinie ETADZW abgelegt, welche eine Funktion zwischen einem optimalen Zündwinkel und einem vorgegebenen Ist-Zündwinkel des Verbrennungsmotors 1 darstellt. Der optimale Zündwinkel wird dabei aus einer Frischluftfüllung des Brennraumes 22 des Zylinders 2, 3, 4, 5 und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 bestimmt.
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Um eine Zündwinkelwirkungsgradkennlinie für jeden einzelnen Verbrennungsmotor 1 einstellen zu können und diesen an die Lebensdauer des Verbrennungsmotors 1 anzupassen, werden zwei Verfahren vorgeschlagen. Gemäß 2 wird die Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie über eine stufenweise Erhöhung der Momentenreserve des Verbrennungsmotors 1 über alle Zylinder 2, 3, 4, 5 gleichzeitig ausgeführt. Dabei wird im Schritt 100 eine Referenzmessung durchgeführt, bei welcher keine Momentenreserve angefordert wird. Bei dieser Referenzmessung des Zündwinkelwirkungsgrades wird ein Referenzzündwinkelwirkungsgrad aus dem optimalen Zündwinkel und dem vorgegebenen Ist-Zündwinkel bestimmt und abgespeichert (Schritt 110). Im darauffolgenden Schritt 120 wird eine erste Erhöhung (n=1) der Momentenreserve angefordert. Dabei wird ein indizierter Mitteldruck pmi gemessen (Schritt 130), welcher durch den Drucksensor 17 als Drucksignal an das Steuergerät 18 ausgegeben wird und der als Parameter für den Verbrennungsprozess im Mikroprozessor 20 des Steuergerätes 18 ausgewertet wird. Aus diesem indizierten Mitteldruck pmi wird auf den aktuellen Zündwinkelwirkungsgrad geschlossen, welcher im Schritt 140 mit dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad verglichen wird. Tritt eine Differenz zwischen diesem Referenzzündwinkelwirkungsgrad und dem ermittelten Zündwinkelwirkungsgrad auf, so wird die Differenz im Schritt 150 bei einer Adaption der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie berücksichtigt und ein neuer Zündwinkelwirkungsgrad in der Kennlinie ETADZW eingestellt. Anschließend wird die Momentenreserve im Schritt 160 um den gleichen Betrag erhöht, wobei im Schritt 170 überprüft wird, ob das aktuell eingestellte Moment einem Maximalwert der Momentenreserveanforderung entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird wiederum ein Vergleich des bei der vorliegenden Anforderung der Momentenreserve bestimmten Zündwinkelwirkungsgrades mit dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad durchgeführt (Schritt 140). Diese Schritte 130 bis 170 wiederholen sich so lange, bis der Maximalwert der Momentenreserveanforderung im Schritt 170 erreicht ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt 180 dieses Adaptionsverfahren beendet.
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Bei dem vorliegenden Adaptionsverfahren muss aber nicht unbedingt das Signal des Drucksensors
17 verwendet werden. Bei nicht vorhandenem Drucksensor
17 kann auf die sogenannten Mechanical Work Features (MWF) zurückgegriffen werden, welche aus der
DE 10 2008 054 690 A1 bekannt sind, und bei welchem der Zündwinkelwirkungsgrad für einen vorgegebenen Zylinder des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit eines aktuellen Drehzahlsignals, insbesondere aus einzelnen Zahnzeiten eines Geberrades einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, berechnet wird. Das Drehzahlsignal enthält eine Information über eine Differenz einer umgesetzten physikalischen Energie oder Arbeit während der Verbrennungen, welche sich wie der durch den Drucksensor
17 gemessenen Brennraumdruck pmi verhält. Dazu wird die Energie der Kurbelwelle
10 zu jeweils einem ausgewählten Zeitpunkt bzw. zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel vor und nach der Verbrennung in dem betreffenden Zylinder aus dem Drehzahlsignal berechnet und daraus die Differenz bestimmt. Diese Differenz stellt ein Maß für die durch die jeweilige Verbrennung umgesetzte physikalische Energie bzw. Arbeit dar.
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Dieses Verfahren wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren für die adaptive Einstellung der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie verwendet, welches mit Hilfe einer stufenweisen Zündwinkelspätverstellung eines Zylinders 2, 3, 4, 5 des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt wird, wie es in 3 dargestellt ist. Im Schritt 200 wird eine Referenzmessung durchgeführt. Dabei wird der Referenzzündwinkelwirkungsgrad als Differenz zwischen dem optimalen Zündwinkel und dem Ist-Zündwinkel ohne eine Zündwinkelverstellung ermittelt. Im Schritt 210 wird dieser Referenzzündwinkelwirkungsgrad abgespeichert. Daraufhin wird im Schritt 220 der Zündwinkel um einen vorgegebenen Zündwinkel in Richtung spät für den zu untersuchenden Zylinder 2, 3, 4, 5 verstellt. Die Dauer der Messung kann dabei über eine vorgegebene Anzahl von Arbeitsspielen des Zylinders 2, 3, 4, 5 erfolgen. Dabei wird aus dem ermittelten Ist-Zündwinkel und dem optimalen Zündwinkel ein aktueller, der eingestellten Zündwinkelspätverstellung entsprechender Zündwinkelwirkungsgrad ermittelt (Schritt 230). Im darauffolgenden Schritt 240 wird der aktuell ermittelte Zündwinkelwirkungsgrad mit dem im Block 210 abgespeicherten Referenzzündwinkelwirkungsgrad verglichen. Tritt zwischen dem Referenzzündwinkelwirkungsgrad und dem aktuellen Zündwinkelwirkungsgrad eine Differenz auf, so wird diese Differenz zur Anpassung der Zündwinkelwirkungsgradkennlinie im Schritt 250 genutzt. Stimmen der Referenzzündwinkelwirkungsgrad und der aktuelle gemessene Zündwinkelwirkungsgrad überein, wird das Verfahren im Schritt 260 beendet.
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Wurde im Schritt 250 eine Anpassung des Zündwinkelwirkungsgrades vorgenommen, so wird im Schritt 270 der Zündwinkel um den schon verwendeten Zündwinkel weiter nach spät verstellt und der aktuelle, diesem Zündwinkel entsprechende Zündwinkelwirkungsgrad im Schritt 230 bestimmt. Dabei können die Schritte 230 bis 270 mehrfach hintereinander durchgeführt werden, um eine maximale Anpassung des Zündwinkelwirkungsgrades im Schritt 250 einzustellen. Der Zündwinkel wird dabei jeweils immer um denselben Zündwinkel nach spät verstellt.
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Dieses im Zusammenhang mit 3 beschriebene Verfahren wird sequenziell für jeden der Zylinder 2, 3, 4, 5 des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt. Die adaptierte Kennlinie ETADZW wird dann durch die Mittelung der über alle vier Zylinder 2, 3, 4, 5 bestimmten Zündwinkelwirkungsgrade je Zündwinkelspätverstellung bestimmt. Bei starken Ausreißern einzelner Zylinder 2, 3, 4, 5 können diese zur Diagnose, beispielsweise der Zündkerze, verwendet werden.
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4 zeigt das Verhalten des Zündwinkelwirkungsgrades bei der Spätverstellung des Zündwinkels, wobei der Zündwinkelwirkungsgrad über das Mechanical Work Feature (MWF) ermittelt wurde, welches über dem induzierten Mitteldruck PMI dargestellt ist. Der Pfeil P zeigt dabei die Verstellung des Zündwinkels in Richtung spät an. Daraus wird deutlich, dass je mehr der Zündwinkel in Richtung spät verstellt wurde, die Energie, welche im Zylinder 2, 3, 4, 5 verarbeitet wurde, immer kleiner wird.
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5 zeigt eine Kennlinie, welche aus den beschriebenen Messungen berechnet wurde. Dabei ist der Druck pmi bzw. das Mechanical Work Features MWF über der Abweichung zwischen den vorgegebenen Zündwinkel vom Zündwinkel ohne Spätverstellung dargestellt. Diese Kennlinie ist zu der Kennlinie des Zündwinkelwirkungsgrades spiegelverkehrt. Es kann einfach in die Kennlinie ETADZW umgerechnet werden.
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Die Adaptionshäufigkeit kann für die beiden beschriebenen Verfahren abhängig von der Laufleistung und/oder der Lebensdauer und/oder eventuell in der Motorsteuerung vorhandenen Indikatoren des Verbrennungsmotors 1 erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054690 A1 [0029]