DE102015203756A1

DE102015203756A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015203756A1
Application number: DE102015203756.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kempf; Simon Zorn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: CN105937471B; DE102015203756B4; CN105937471A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor, bei welchem eine klopfende Verbrennung detektiert und infolge der klopfenden Verbrennung einer späterer, durch einen Zündwinkel charakterisierten Zündzeitpunkt vorgegeben wird, wobei mit einem vorgegebenen Zündwinkelrückzugsbetrag auf die klopfende Verbrennung reagiert wird, der zu dem Zündwinkel addiert wird. Bei einem solchen Verfahren, bei welchem auf schnell wechselnde Lastzustände im Betrieb des Verbrennungsmotors reagiert wird, wird der vorgegebene Zündwinkelrückzugsbetrag bei Aktivierung einer Klopfregelung reduziert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor, bei welchem eine klopfende Verbrennung detektiert und infolge der klopfenden Verbrennung ein späterer, durch einen Zündwinkel charakterisierter Zündzeitpunkt vorgegeben wird, wobei mit einem vorgegebenen Zündwinkelrückzugsbetrag auf die klopfende Verbrennung reagiert wird, der zu dem Zündwinkel addiert wird.
Bei Verbrennungsmotoren ist es üblich, das Klopfen mittels eines Klopfsensors zu detektieren. Dieser Klopfsensor ist dabei an dem Verbrennungsmotor angeordnet und erkennt Körperschallschwingungen des Verbrennungsmotors, welche infolge explosionsartiger Verbrennungen innerhalb des Zylinders des Verbrennungsmotors entstehen. Solche, innerhalb des Brennraumes des Verbrennungsmotors entstehenden explosionsartigen Verbrennungen werden in Schwingungen umgewandelt, die auf die Wandung des Verbrennungsmotors weitergeleitet und dort als Körperschall wahrgenommen werden. Zu hohe Schwingungen können zur Beschädigung des Verbrennungsmotors führen und müssen daher unterbunden werden.
Zu diesem Zweck wertet eine Klopferkennung als Teil einer Motorsteuergerätefunktion die Signale des Klopfsensors aus, um klopfende Verbrennungen des Verbrennungsmotors zu erkennen. Wird eine klopfende Verbrennung detektiert, wird für die nächste Verbrennung ein späterer Zündzeitpunkt in Form eines definierten Zündwinkels vorgegeben, um weitere klopfende Verbrennungen zu vermeiden. Dieser Vorgang wird als Klopfregelung bezeichnet. In der Applikationsphase der Klopfregelung werden verschiedene Parameter der Klopferkennung und Klopfregelung festgelegt. Dazu gehören die Dauer und der Betrag eines Zündwinkelrückzuges als Reaktion auf die klopfende Verbrennung. Eine Festlegung solcher Parameter findet üblicherweise auf einem Motorprüfstand statt, bei welchem stationäre Motorbedingungen während der Auslegung der Parameter eingestellt werden.
Im Gegensatz zu diesen stationären Bedingungen am Motorprüfstand treten bei realen Fahrszenarien eines Fahrzeuges häufig relativ schnell wechselnde Lastprofile auf. Beispielsweise werden Fahrzeuge im Stadt- oder Überlandverkehr häufig für kurze Zeit beschleunigt und danach in relativ niedrigen Lastbereichen betrieben oder es liegt ein Wechsel von Beschleunigung und Abbremsen vor. Nachteilig dabei ist, dass bei den relativ kurzen Volllastphasen ein Klopfereignis detektiert wird, auf welches die Klopfregelung durch den Zündwinkelrückzug um den während der Applikation festgelegten Betrag reagiert, obwohl der Verbrennungsmotor häufig nur für kurze Zeit in einem Bereich betrieben wird, in dem ein Klopfen auftreten kann. Dies hat zur Folge, dass ein vollständiges Ausregeln des Zündwinkelrückzuges häufig nicht erfolgt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem zuverlässig auf schnell wechselnde Lastprofile während der realen Fahrt des Kraftfahrzeuges durch die Klopfregelung reagiert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der vorgegebene Zündwinkelrückzugsbetrag bei Aktivierung einer Klopfregelung reduziert wird. Beim Eintritt in den Klopfregelungsaktivbereich bei den auftretenden ersten Klopfereignissen wird somit nicht mit dem vollen Zündwinkelrückzugbetrag reagiert. Dadurch wird bei nur kurzfristiger Lasterhöhung und damit verbundenem Klopfen der Zündwinkel um einen geringeren, aber für einen sicheren Motorbetrieb ausreichenden Betrag zurückgestellt. Dies hat den Vorteil, dass ein geringerer Zündwinkeleingriff ausreicht, um ein erneutes Klopfen des Verbrennungsmotors während der realen Fahrt des Kraftfahrzeuges zu vermeiden. Der geringere Zündwinkelrückzug verbessert den Wirkungsgrad und die Fahrbarkeitseigenschaften des Verbrennungsmotors während der Fahrt.
Vorteilhafterweise erfolgt die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages in Abhängigkeit des Auftretens eines Klopfsignales. Dadurch wird sichergestellt, dass diese Maßnahme nur bei tatsächlich vorhandenem Klopfereignis realisiert wird.
In einer Ausgestaltung wird bei jedem weiteren Klopfereignis die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages zurückgenommen bis nach einer definierten Anzahl von Klopfereignissen der volle Zündwinkelrückzugsbetrag wieder erreicht wird. Somit wird gewährleistet, dass erst dann, wenn der Verbrennungsmotor länger an der Klopfgrenze betrieben wird, d.h. mehrere Klopfereignisse aufgetreten sind, der stationär applizierte Zündwinkelrückzugbetrag angewendet wird.
In einer Variante erfolgt die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages zeitbasiert. Dadurch wird sichergestellt, dass ein stationär betriebener Verbrennungsmotor die während der Applikation festgelegten Zündwinkelrückzüge tatsächlich realisiert.
In einer Ausführungsform wird der Zündwinkelrückzugsbetrag in Abhängigkeit von einem stationären Betriebspunkt des Verbrennungsmotors bestimmt und für diesen Betriebspunkt als konstant betrachtet. Somit wird dem vorgeschlagenen Verfahren ein konstanter Zündwinkelrückzugsbetrag zugrunde gelegt, der unter stationären Bedingungen des Verbrennungsmotors ausgelegt wurde.
Ein solcher Zündwinkelrückzugsbetrag wird in einer Applikationsphase der Klopfregelung des Verbrennungsmotors bestimmt, wobei Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden.
In einer weiteren Variante ist der Zündwinkelrückzugsbetrag in einem Kennfeld abgelegt, welches der Klopfregelung zugrunde gelegt wird. Die Klopfregelung greift auf den, dem jeweiligen Betriebspunkt entsprechenden Zündwinkelrückzugsbetrag zu, um den, den Zündzeitpunkt repräsentierenden Zündwinkel entsprechend zu verstellen. Ein geringerer Zündwinkelrückzugbetrag verbessert den Wirkungsgrad und die Fahrbarkeitseigenschaften des Verbrennungsmotors.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor, welche Signale eines Körperschallsensors empfängt und in Abhängigkeit dieser Signale einen späteren, durch einen Zündwinkel repräsentierenden Zündzeitpunkt an dem Verbrennungsmotor ausgibt, zu welchem ein vorgegebener Zündwinkelrückzugsbetrag addierbar ist. Eine Vorrichtung, welche dynamisch auf die aktuellen Lastprofile eines realen Fahrszenarios eines Fahrzeuges reagiert, umfasst Mittel, welche den vorgegebenen Zündwinkelrückzugsbetrag bei Aktivierung einer Klopfregelung reduzieren. Somit wird bei auftretenden ersten Klopfereignissen nicht mit dem vollen Zündwinkelrückzugsbetrag reagiert. Erst wenn der Verbrennungsmotor länger an der Klopfgrenze betrieben wird, wird der stationär applizierte Zündwinkelrückzugsbetrag angewendet.
Vorteilhafterweise reduzieren die Mittel den Zündwinkelrückzugsbetrag in Abhängigkeit eines Klopfereignisses und/oder eines zeitbasierten Ereignisses.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 Vorrichtung zur Erfassung von Klopfsignalen in einem Verbrennungsmotor,
2 ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung von Klopfsignalen mit einem Verbrennungsmotor. 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 aufgrund der durch die 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 jedem Zylinder 2, 3, 4, 5 ragt eine Düse 14 zur Einspritzung von Kraftstoff und ein Einlassventil 15 für die Frischluft, wodurch sich im Zylinder 2, 3, 4, 5 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet. Darüber hinaus weist jeder Zylinder 2, 3, 4, 5 ein Auslassventil 16 für die Abgase auf, die während der Verbrennungsprozesse entstehen.
An dem Verbrennungsmotor 1 ist ein Körperschallsensor 17 angeordnet, welcher die durch die Verbrennung verursachten und auf den Verbrennungsmotor 1 übertragenen Körperschallschwingungen detektiert. Die Signale des Körperschallsensors 17 werden an ein Steuergerät 18 weitergeleitet, welches auch mit einem der Kurbelwelle 10 gegenüberliegenden Kurbelwellensensor 19 verbunden ist, wobei das Steuergerät 18 die Verbrennungen dem Signal des Kurbelwellensensors 19 zuordnet, welches einen Kurbelwellenwinkel präsentiert. Das Steuergerät 18 umfasst dabei einen Mikroprozessor 20, der mit einem Speicher 21 verbunden ist. In dem Speicher 21 ist ein Kennfeld 22 abgespeichert, welches in Abhängigkeit der Klopfstärke vir_kr und der Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1 einen Zündwinkelrückzug als Reaktion auf klopfende Verbrennungen ausgibt.
Dieses in 2 gezeigte Kennfeld 22 wird bei einer Applikation des Verbrennungsmotors 1 bei stationären Bedingungen des Verbrennungsmotors 1 ermittelt, wobei die stationären Motorbedingungen an einem Prüfstand erzeugt werden. Bei dieser Applikation werden Parameter der Klopferkennung und Klopfregelung wie beispielsweise die Dauer und ein Zündwinkelrückzugsbetrag als Reaktion auf eine klopfende Verbrennung festgelegt. Ein, aus dem Kennfeld 22 applizierter Zündwinkelrückzugsbetrag ist drehzahlabhängig und für eine feste Drehzahl konstant. Bei einer konstanten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1 wird der aus dem Kennfeld 22 entnommene Zündwinkelrückzugsbetrag von beispielsweise 3° zur Spätverstellung der Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 genutzt, um Klopfereignisse zu minimieren oder vollständig zu unterdrücken.
Wie aus 2 ersichtlich, werden zuerst auftretende Klopfereignisse nicht mit dem vollen Zündwinkelrückzugsbetrag für die Spätverstellung der Verbrennung beaufschlagt, wenn der Verbrennungsmotor 1 im laufenden Kraftfahrzeug aufgrund sich relativ schnell wechselnder Lastprofile in unterschiedlichen Betriebspunkten arbeitet. Ein solcher Eingriff in den stationären Zündwinkelrückzug erfolgt, wenn der Aktivbereich der Klopfregelung B_kr aktiv gestellt wird, was bedeutet, dass das entsprechende Bit in einer Softwaresteuerung von 0 auf 1 gesetzt wird. Ist dies der Fall, dann wird ein applizierbarer Reduktionsbetrag ZW_red initialisiert, der beispielsweise –1,5° beträgt. Tritt nun ein Klopfereignis B_kl auf, wird der Zündwinkelrückzugsbetrag um diesen applizierten Reduktionsbetrag von –1,5° reduziert. Damit beträgt der effektive Zündwinkelrückzugsbetrag 3° – 1,5° = 1,5 °. Dies hat zur Folge, dass nicht mit dem vollen Zündwinkelrückzugsbetrag auf das Klopfereignis reagiert wird. Mit jedem weiteren Klopfereignis, welches durch das Bit B_kl angezeigt wird, wird die Reduktion im Punkt 23 zurückgenommen, beispielsweise um den Wert von 1,5° – 0,75° = 0,75°. 3° – 0,75° ergibt dabei eine Spätverstellung der Kurbelwellenwinkel von 0. Mit jedem weiteren Klopfereignis nähert sich der Zündwinkelrückzugsbetrag an den aus dem Kennfeld 22 entnommenen Betrag von 3° an. Beim nächsten Klopfereignis wird die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages um weitere –0,75° vorgenommen Dies wird nach jedem Klopfereignis solange durchgeführt, bis der im Kennfeld applizierte Zündwinkelrückzugsbetrag von 3°, in dem beschriebenen Fall nach zwei weiteren Klopfereignissen, erreicht ist. Damit wird sichergestellt, dass ein vollständiges Ausregeln des Zündwinkelrückzuges in jedem Regelzyklus erfolgt. Das mit der kurzfristigen Lasterhöhung verbundene Klopfen wird bei einem Zündwinkel um einen geringeren, aber für einen sicheren Motorbetrieb ausreichenden Betrag zurückgezogen.
Eine solche Vorgehensweise wirkt sich auch positiv bei einer eventuell vorhandenen Fehlerkennungsneigung in der Klopfregelung aus, da bei Eintritt in den Aktivbereich der Klopfregelung der Zündwinkelrückzugseingriff reduziert wird, was somit keine größeren Auswirkungen auf die Motorsteuerung hat.
Zusätzlich zur Rücknahme über das Auftreten eines Klopfereignisses B_kl kann auch eine zeitbasierte Rücknahme erfolgen. Dadurch wird gewährleistet, dass der während der Applikation festgelegte Zündwinkelrückzugsbetrag sicher realisiert wird, wenn der Verbrennungsmotor 1 im Bereich des Klopfzustandes arbeitet.

Claims

Verfahren zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor, bei welchem eine klopfende Verbrennung detektiert und infolge der klopfenden Verbrennung einer späterer, durch einen Zündwinkel charakterisierter Zündzeitpunkt vorgegeben wird, wobei mit einem vorgegebenen Zündwinkelrückzugsbetrag auf die klopfende Verbrennung reagiert wird, der zu dem Zündwinkel addiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zündwinkelrückzugsbetrag bei Aktivierung einer Klopfregelung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages in Abhängigkeit des Auftretens eines Klopfsignales erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem weiteren Klopfereignis die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages teilweise zurückgenommen wird, bis nach einer definierten Anzahl von Klopfereignissen der volle Zündwinkelrückzugsbetrag wieder erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Zündwinkelrückzugsbetrages zeitbasiert erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkelrückzugsbetrag in Abhängigkeit von einem stationären Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (1) bestimmt wird und für diesen Betriebspunkt als konstant betrachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkelrückzugsbetrag in einer Applikationsphase der Klopfregelung des Verbrennungsmotors (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkelrückzugsbetrag in einem Kennfeld (23) abgelegt ist, welches der Klopfregelung zugrunde gelegt wird.
Vorrichtung zur Einstellung eines Zündwinkeleingriffes an einem Verbrennungsmotor, welche Signale eines Körperschallsensors (17) empfängt und in Abhängigkeit dieser Signale einen späteren, durch einen Zündwinkel charakterisierten Zündzeitpunkt an dem Verbrennungsmotor (1) einstellt, zu welchem ein vorgegebener Zündwinkelrückzugsbetrag addiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (20, 21) vorhanden sind, welche den vorgegebenen Zündwinkelrückzugsbetrag bei Aktivierung einer Klopfregelung reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20, 21) den Zündwinkelrückzugsbetrag in Abhängigkeit eines Klopfereignisses und/oder eines zeitbasierten Ereignisses reduzieren.