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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung einer Verbrennung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus der
DE 10 2014 224 800 A1 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Regelung einer Verbrennung einer Brennkraftmaschine in der Form einer Klopfregelung erfolgt. Dabei wird durch einen Körperschallsensor ein Signal für die Intensität der Verbrennung in dem Brennraum erzeugt und eine klopfende Verbrennung wird erkannt wenn dieser Wert einen Referenzwert in vorgegebener Weise überschreitet. Der Referenzwert wird mittels einer gleitenden Mittelwertbildung aus den Messwerten vorhergehender Verbrennungsvorgänge erzeugt. Wenn eine Verbrennung als Klopfen erkannt wurde, so erfolgt eine Späterverstellung eines Zündwinkels.
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Aus der
DE 10 2008 042 475 A1 ist bereits eine beschleunigte Anpassung des Referenzwerts bei Wechsel zwischen verschiedenen Treibstoffarten bekannt. Aus der
DE 199 46 346 A1 ist bereits eine beschleunigte Anpassung des Referenzwerts bei einer Beschleunigung bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung einer Verbrennung einer Brennkraftmaschine liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Erkennung irregulärer Verbrennungen vorzunehmen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Dazu wird unmittelbar nach einer irregulären Verbrennung und der Verschiebung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Richtung einer Vermeidung der irregulären Verbrennung eine beschleunigte Mittelwertbildung aktiviert, bei der eine schnellere Anpassung des Referenzpegels erfolgt. Es wird so die Erkennung der irregulären Verbrennungen an die veränderten Bedingungen des Betriebs der Brennkraftmaschine durch die Verschiebung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Richtung einer Vermeidung der irregulären Verbrennung sichergestellt. Insbesondere wird so sichergestellt, dass auch nach einer Verstellung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Richtung einer Vermeidung der irregulären Verbrennung sehr schnell wieder ein geeigneter Referenzpegel vorliegt, der auch eine Erkennung von irregulären Verbrennungen in diesem Zeitintervall zulässt. Es wird so die Qualität der Regelung der Verbrennung der Brennkraftmaschine erhöht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Das Sensorsignal kann vorteilhafterweise als Körperschallsignal, Zylinderdrucksignal oder Ionenstromsignal ausgebildet sein. Es werden so alle geeigneten Methoden zur Erkennung irregulärer Verbrennungen herangezogen. Die Dauer in der eine Beschleunigung der Mittelwertbildung vorgenommen wird kann sich entweder durch eine Zeitdauer oder aber durch eine Anzahl von Verbrennungsvorgängen definieren. Es wird so eine besonders einfache bzw. eine an den jeweiligen Betrieb angepasste beschleunigte Mittelwertbildung sichergestellt. Besonders einfach erfolgt die Mittelwertbildung indem eine gewichtete Summe eines vorhergehenden Mittelwerts und der aktuell gemessenen Intensität erfolgt. Durch eine entsprechende Gewichtung, insbesondere eine stärkere Gewichtung der aktuellen Intensität nach der Verstellung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Richtung einer Vermeidung der irregulären Verbrennung kann so besonders einfach eine Beschleunigung der Mittelwertbildung erzeugt werden. Durch die genannte Vorgehensweise kann dabei sowohl ein Klopfen der Brennkraftmaschine wie auch eine Vorentflammung oder Glühzündung der Brennkraftmaschine zuverlässig erkannt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Regelung der Verbrennung der Brennkraftmaschine und
- 2 ein Diagramm in dem die Intensität der Verbrennung und der Referenzpegel vor und nach einer irregulären Verbrennung dargestellt sind.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 wird schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinder 2 dargestellt, in dem ein Kolben 3 angeordnet ist. Der Zylinder 2 und der Kolben 3 definieren einen Brennraum 4 in dem die eigentliche Verbrennung erfolgt. Nicht dargestellt sind die üblichen Vorrichtungen wie ein Saugrohr und Abgasrohr, Lufteinlass- bzw. Abgasauslassventile, eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 4 oder in das Saugrohr, eine Drosselschlappe, eine Zündkerze und weitere übliche Bestandteile einer üblichen Brennkraftmaschine. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich insbesondere um einen Ottomotor. Auf der Außenseite des Zylinders 2 ist ein Sensor 5, insbesondere ein Klopfsensor, angeordnet. Durch einen derartigen Sensor 5 werden Körperschallsignale von Verbrennungsvorgängen in dem Brennraum 4 detektiert und dann an eine nachfolgende Signalverarbeitung 6 gegeben.
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Alternativ zu dem als Körperschallsensor ausgebildeten Klopfsensor 5 können auch andere Sensoren zur Messung der Intensität der Verbrennung in dem Brennraum 4 verwendet werden. Beispielsweise kann auch ein Zylinderdrucksignal oder ein Ionenstromsignal ausgewertet werden. Die entsprechenden Körperschallsensoren, Zylinderdrucksensoren oder lonenstromsensoren sind insbesondere zur Auswertung der Intensität der Verbrennung im Zusammenhang mit der Feststellung, ob eine klopfende Verbrennung in dem Brennraum 4 erfolgt ist oder nicht, bereits gut bekannt.
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Weiterhin sind diese Sensoren auch geeignet neben Klopfen auch andere irreguläre Verbrennungen in dem Brennraum festzustellen, wie beispielsweise Glühzündungen oder Vorentflammungen. Beim Klopfen handelt es sich üblicherweise um unzulässig hohe Druckspitzen die nach einer Zündung mittels einer Zündkerze im Brennraum auftreten. Bei einer Glühzündung oder Vorentflammung handelt es sich um irreguläre Verbrennungen die typischerweise vor einem Zündfunken an der Zündkerze auftreten. Diese beiden verschiedenen irregulären Verbrennungen können daher sehr gut vom Klopfen unterschieden werden, da sie zeitlich vor oder nach dem Zündfunken in dem Brennraum 4 auftreten.
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Zur Erkennung derartiger irregulärer Verbrennungen erfolgt in dem Verarbeitungsmittel 6 eine erste Vorverarbeitung der Sensorsignale des Sensors 5. In dem Verarbeitungsschritt 6 erfolgt dabei zunächst eine gewisse Vorfilterung des analogen Sensorsignals und gegebenenfalls eine Umwandlung in ein digitales Sensorsignal. Das digitale Sensorsignal wird dann von der Vorverarbeitung 6 an eine weitere Verarbeitung 7 gegeben. In der weiteren Verarbeitung 7 wird zunächst aus dem Sensorsignal eine Intensität der Verbrennung in dem Brennraum 4 ermittelt. Diese Ermittlung der Intensität kann beispielsweise durch Auswahl eines geeigneten Zeitfensters oder Winkelfensters relativ zum Zündfunken und einer Aufintegration des gleichgerichteten Sensorsignals bestehen. Alternativ kann aber beispielsweise auch die höchste Amplitude des Sensorsignals ausgewertet werden. Eine weitere Alternative besteht in einer Fouriertransformation und Auswertung nur bestimmter Frequenzbereiche des fouriertransformierten Signals.
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All diese Methoden haben gemeinsam dass am Schluss eine einzige Zahl ermittelt wird, die im Folgenden als Intensität der Verbrennung bezeichnet wird, wobei diese Intensität ein Maß für die Stärke der Verbrennung oder irregulären Verbrennung in dem Brennraum
4 ist. Im Fall von Zylinderdrucksensoren und lonenstromsensoren enthalten die Sensorsignale Informationen die eine Beurteilung des gesamten Brennvorgangs erlauben. Im Fall von Körperschallsensoren enthält das Sensorsignal im Wesentlichen nur Information zu den irregulären Verbrennungsvorgängen. Dabei wird für jeden einzelnen Verbrennungsvorgang in dem Brennraum
4 eine Intensität ermittelt. Diese Intensität der einzelnen aktuellen Verbrennung wird dann mit einem Referenzpegel verglichen. Der Referenzpegel wird dabei gebildet indem die Intensitäten vorhergehender Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum
4 betrachtet wurden, insbesondere erfolgt eine Mittelwertbildung der Intensitäten vorhergehender Verbrennungsvorgänge. Somit wird die Intensität jeder einzelnen Verbrennung mit einem Referenzwert verglichen, der sich aus den Intensitäten vorhergehender Verbrennungen ergibt. Nach jeder Verbrennung im Brennraum
4 erfolgt beispielsweise eine Berechnung eines neuen Referenzwertes Ref
neu aus dem vorhergehenden alten Referenzwert Ref
alt und der in der Verbrennung gemessenen Intensität I anhand folgender Formel:
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Der Faktor F wird dabei so gewählt, dass er einen Wert zwischen 0 und 1 annimmt. Durch Auswahl dieses Faktors F kann somit gesteuert werden, inwieweit bei der Bildung des neuen Referenzwerts Refneu der bisherige Referenzwert Refalt und die Intensität I berücksichtigt werden. Durch Wahl eines kleinen Faktors F, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 werden die alten länger zurückliegenden Verbrennungen stärker gewichtet und durch Wahl eines größeren Faktors für F, beispielsweise in der Größenordnung von 0,9 wird die letzte bzw. die letzten Verbrennungen stärker gewichtet. Von Bedeutung ist dies insbesondere wenn es zu einer Änderung des Betriebs der Brennkraftmaschine kommt, insbesondere wenn sich durch eine Veränderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein grundlegend geänderter Pegel der Intensität ergibt.
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In der 2 werden nun schematisch die Intensität I und der Referenzpegel Ref gegenüber der Zeit t aufgetragen. Wie der 2 zu entnehmen ist schwankt die Intensität I mit einer gewissen Abweichung um einen bestimmten Pegel. Über der Zeit betrachtet kommt es dabei nur zu kleinen Veränderungen der Intensität I wobei die Intensität I zufällig mal einen etwas höheren und mal einen etwas geringeren Wert annimmt. Zum Zeitpunkt t 0 kommt es zu einer irregulären Verbrennung beispielsweise einem Klopfen was sich in einer stark erhöhten Intensität I zum Zeitpunkt t 0 ausdrückt. Durch einen Vergleich mit dem Referenzpegel Ref kann zu diesem Zeitpunkt klar erkannt werden, dass es sich um eine irreguläre Verbrennung beispielsweise um ein Klopfen handelt und es werden entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet. Diese Gegenmaßnahmen bestehen darin, dass eine gewisse Zündwinkelverstellung erfolgt, insbesondere dass der Zündwinkel in Richtung einer späteren Verbrennung verschoben wird. Durch eine derartige Verschiebung des Zündwinkels in Richtung Spät, kann das Auftreten von irregulären Verbrennungen insbesondere von Klopfen zuverlässig vermieden werden. Gleichzeitig verschieb sich durch diese Maßnahme aber auch der Mittelwert um den die Intensität I schwankt. Dies ist in der 2 dadurch zu erkennen dass nach dem Zeitpunkt t0 und der dabei erfolgten Zündwinkelverstellung in Richtung spät die Intensität I für die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge um einen neuen Pegel schwankt, der deutlich geringer ist als der Pegel vor dem Zeitpunkt t0.
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Wenn es sich bei der irregulären Verbrennung nicht um ein Klopfen, sondern um eine Vorentflammung oder eine Glühzündung handelt, wird in der Regel keine Verstellung des Zündwinkels vorgenommen sondern es werden andere Veränderungen eines Betriebsparameters die zu einer Vermeidung der irregulären Verbrennung, d.h. der Vorentflammung oder der Glühzündung führen ergriffen. Für eine Glühzündung und Vorentflammung werden in der Regel Veränderungen von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ergriffen die zu einer stärkeren Kühlung des Brennraums oder der Verbrennung führen, wie beispielsweise Wassereinspritzung, Veränderung der Kraftstoff- oder Luftmenge oder Abgasrückführung.
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Weiterhin wird in der 2 der Referenzpegel gezeigt, der für die Beurteilung ob die Intensität I eine irreguläre Verbrennung anzeigt oder nicht verwendet wird. Dabei werden zwei unterschiedliche Verläufe in der 2 dargestellt. Wie in der 2 zu erkennen ist, schwankt auch der Referenzpegel Ref mit einer geringen Schwankung um einen bestimmten Pegel wobei diese Schwankungen etwas geringer sind als die Schwankungen der Intensität I. Dies liegt darin, dass in die Bildung des Vergleichswerts Ref immer mehrere Intensitäten I eingehen so dass der Wert für den Referenzpegel geringer schwankt als die Intensität I. Zum Zeitpunkt t0 erfolgt durch den Einfluss der hohen Intensität zum Zeitpunkt t 0 auch ein starkes Ansteigen des Referenzpegels wobei dieser Anstieg im Vergleich zur Intensität natürlich schwächer ausgebildet ist, da die letzte Verbrennung ja nur mit dem Faktor F in die Neuberechnung eingeht.
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Nach dem Zeitpunkt t0 setzt sich die Kurve wie in dem Verlauf 21 gezeigt fort wenn der Faktor F vor und nach dem Zeitpunkt t0 gleich bleibt. Wie durch den Verlauf der Kurve 21 zu erkennen ist, dauert es eine gewisse Zeitdauer bis der Referenzpegel aufgrund des geringeren neuen Pegels der Intensität I sich ebenfalls verringert hat. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen nach dem Auftreten einer irregulären Verbrennung für eine vorgegebene Dauer die Mittelwertbildung zur Bildung des Referenzpegels zu beschleunigen. Diese Beschleunigung wird dadurch bewirkt, dass der Faktor F gegenüber dem Betrieb vor dem Zeitpunkt t0, d. h. vor der irregulären Verbrennung für eine vorgegebene Dauer erhöht wird. Durch diese Maßnahme, d. h. durch die Erhöhung des Faktors F wird die Mittelwertbildung zur Bildung des Referenzpegels dahingehend beschleunigt, dass der Einfluss der jeweils letzten aktuellen Verbrennung, d. h. die Gewichtung der Intensität dieser Verbrennung verstärkt wird. Es erfolgt somit eine deutlich schnellere Anpassung des Referenzpegels wie er in der Kurve 22 gezeigt wird. Im Vergleich zur Kurve 21 passt sich somit durch die Beschleunigung der gleitenden Mittelwertbildung der Referenzpegel sehr viel schneller an den neuen Durchschnittswert der Intensität I an.
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Durch diese Maßnahme wird somit nach einer irregulären Verbrennung eine schnellere Anpassung des Referenzpegels an die veränderten Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erreicht. insbesondere wenn durch die als Beispiel gezeigte Verstellung des Zündwinkels eine Verringerung der durchschnittlichen Intensität I bewirkt wird, würde ohne die erfindungsgemäße Maßnahme eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber leicht klopfenden Verbrennungen bestehen, da der Referenzpegel noch stark durch die älteren, vor der irregulären Verbrennung zum Zeitpunkt t0 gemessenen Intensitäten beeinflusst ist. Man läuft daher ohne die erfindungsgemäße Maßnahme Gefahr, dass leicht klopfende Verbrennungen in diesem Zeitbereich, indem sich die Kurven 21 und 22 unterscheiden deutlich schlechter erkannt werden und so die Gefahr einer Schädigung der Brennkraftmaschine besteht.
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Wesentlich ist dabei, dass die Beschleunigung der Mittelwertbildung nur für einen vorgegebenen Zeitraum nach einer irregulären Verbrennung bzw. der Verstellung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Richtung einer Vermeidung der irregulären Verbrennung erfolgt. Diese Dauer kann besonders einfach durch eine einfache Zeitdauer definiert sein. Alternativ ist es auch möglich, die Anzahl der Verbrennungsvorgänge auszuwerten und die Erhöhung des Faktors F nur für eine vorgegebene Anzahl von Verbrennungen zu verwenden. Weiterhin kann es auch möglich sein, nach einer irregulären Verbrennung bei jedem Verbrennungsvorgang einen anderen Faktor F zu verwenden wobei nach einer vorgegebenen Anzahl von Schritten oder einer Zeitdauer wieder der ursprüngliche Wert vor der irregulären Verbrennung erreicht wird.
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Besonders einfach erfolgt die Berechnung des Referenzpegels durch eine gleitende Mittelwertbildung die jeweils von einem alten Referenzpegel ausgeht. Alternativ ist es aber auch möglich nur die Intensitäten einer vorgegebenen Anzahl von Verbrennungsvorgängen zu speichern und so eine definierte Anzahl von Verbrennungen die für die Bildung des Referenzpegels berücksichtigt werden vorzusehen. Es können aber auch andere Arten der Mittelwertbildung verwendet werden, die jeweils verschiedene Vor- und Nachteile haben können.
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In der 2 ist eine idealisierte Darstellung gezeigt, die von konstanten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ausgeht und bei der sich über einen längeren Zeitraum t eine konstante Intensität I und ein Referenzpegel Ref ausbilden. In einem realen Betrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug kommt es aber regelmäßig zu Änderungen der Betriebsparameter, die zu Schwankungen der Intensität und auch des Referenzpegels führen. Diese werden durch eine entsprechende Steuerung die die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Last- oder Drehzahl berücksichtigt. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Faktor F von diesen weiteren Betriebsparametern abhängt. Beispielsweise kann auch für einen Bereich großer Dynamik der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, dass der Faktor F erhöht wird um eine schnellere Nachführung des Referenzpegels an die geänderten Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. In der 2 wird nur ein Betrieb mit konstanten weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine dargestellt.