DE19945369A1 - Engine control system measures pressure characteristic can control ignition settings to avoid knocking - Google Patents

Engine control system measures pressure characteristic can control ignition settings to avoid knocking

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Abstract

The engine controller (14) has a pressure sensor in the combustion chamber and controls the ignition timing angle (aZ) according to a comparison of the recorded (ist) and required (soll) pressure gradient characteristics so as to prevent knocking.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klopfregelung einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for knock control of an internal combustion engine and a Internal combustion engine.

Brennkraftmaschinen zeigen unter bestimmten Betriebsbedingungen das sogenannte Klopfen. Unter Klopfen versteht man Stoßwellen des Kraftstoff-Luft-Gemisches, die sich unter anderem als tonfrequente Schwingungen des Motors bemerkbar machen. Da in der Regel mit dem Klopfen eine starke thermische Belastung der brennraumseitigen Wandung des Zylinders und des Kolbens einhergeht, wobei Materialabtragungen auftreten können, ist man bestrebt, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden.Internal combustion engines show the so-called under certain operating conditions Beat. Knocking means shock waves of the fuel-air mixture, which are among other things as tone frequency vibrations of the engine. Because in the As a rule, a strong thermal load on the wall on the combustion chamber side with knocking of the cylinder and the piston, whereby material can be removed one generally tries to avoid knocking.

Auf der anderen Seite soll der bestehende Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend ausgenutzt werden, um möglichst lange eine Einstellung eines optimalen Betriebspunktes hinsichtlich der angeforderten Leistung oder des Kraftstoffverbrauchs zu ermöglichen. Daher besteht die Notwendigkeit, mit geeigneten Sensoren ein Klopfsignal zu erfassen und mit Hilfe des Klopfsignals eine Regelung der Brennkraftmaschine zu bewirken.On the other hand, the existing working area of the internal combustion engine should be as possible be largely exploited in order to set an optimal setting for as long as possible Operating point with regard to the requested power or fuel consumption enable. Therefore, there is a need to knock with suitable sensors Detect and use the knock signal to control the internal combustion engine.

Es ist allgemein bekannt zur Klopferkennung der Brennkraftmaschine Sensoren einzusetzen. Derartige Klopfsensoren erfassen üblicherweise eine akustische Schwingung wie sie infolge des Klopfvorgangs entsteht. Eine Regelung erfolgt demnach passiv, das heißt, erst nach Auftreten eines Klopfsignals werden beispielsweise die Stellgrößen eines Zündwinkelreglers, ein Ladedruck und/oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λ-Wert), verändert. Nachteilig dabei ist, daß unabhängig von dieser Regelung zu einem späteren Zeitpunkt wiederum der das Klopfen auslösende Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann und damit zumindest kurzfristig die schädigenden Auswirkungen des Klopfens in Kauf genommen werden müssen.It is generally known for knock detection of the internal combustion engine sensors to use. Knock sensors of this type usually detect an acoustic vibration as it arises as a result of the tapping process. Regulation is therefore passive, the means that only after a knock signal occurs, the manipulated variables become a Ignition angle controller, a boost pressure and / or the fuel-air ratio (λ value), changed. The disadvantage here is that regardless of this regulation to a later Time in turn is the operating point of the internal combustion engine that triggers knocking can be stopped and thus at least in the short term the damaging effects knocking must be accepted.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Klopfregelung der Brennkraftmaschine liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst frühzeitig Betriebspunkte der Brennkraftmaschine zu erkennen, bei denen das Klopfen auftreten kann. Weiterhin soll möglichst umgehend als Gegenmaßnahme eine Änderung der Stellgrößen des Zündwinkelreglers erfolgen. Darüber hinaus soll wirkungsvoll verhindert werden, daß derartige Betriebspunkte erneut von der Brennkraftmaschine angefahren werden.The inventive method for knock control of the internal combustion engine lies Task based on operating points of the internal combustion engine as early as possible detect where knocking can occur. Furthermore, as soon as possible  As a countermeasure, the manipulated variables of the ignition angle controller are changed. About that In addition, it should be effectively prevented that such operating points from the Internal combustion engine to be started.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe durch die Klopfregelung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst, indem
According to the inventive method, this object is achieved by knock control with the features mentioned in claim 1 by

  • a) durch zumindest einen Drucksensor, der im Bereich des Brennraums angeordnet ist, ein Verlauf eines Zylinderinnendruckes im Verhältnis zum Kurbelwinkel erfaßt wird unda) by at least one pressure sensor, which is arranged in the region of the combustion chamber is, a curve of an internal cylinder pressure in relation to the crank angle is detected will and
  • b) in Abhängigkeit von dem Verlauf des Zylinderinnendruckes die Stellgrößen für wenigstens einen Regler von Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Zündwinkelregler festgelegt werden.b) depending on the course of the cylinder internal pressure, the manipulated variables for at least one controller of operating parameters of the internal combustion engine, in particular for an ignition angle controller.

Die Überwachung des Zylinderinnendruckes ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sich anhand des Verlaufs Prognosen über die Klopfneigung der Brennkraftmaschine durchführen lassen. Somit kann das Klopfen bereits im Vorfeld eben durch die Beeinflussung der Stellgrößen des Zündwinkelreglers vermieden werden.Monitoring the cylinder internal pressure is particularly advantageous because make predictions about the tendency of the internal combustion engine to knock based on the course to let. Thus, knocking can be done in advance by influencing the Control variables of the ignition angle controller can be avoided.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, einen Anstieg des Zylinderinnendruckes, bezogen auf den Kurbelwinkel (Druckanstiegsgradient), in einem Bereich zwischen einem Zündzeitpunkt und einem Druckmaximum zu erfassen. Der Anstieg fließt dazu in ein Kennfeld oder ein Modell ein, das eine Zuordnung der Stellgrößen des Zündwinkelreglers ermöglicht. Befindet sich die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit hoher Klopfneigung, kann auf diese Weise bereits im Vorfeld dem Phänomen entgegengesteuert werden, indem der Zündwinkel im nächsten Arbeitstakt verändert wird. Diese Änderung des Zündwinkels kann sich auf den aktuellen Zylinder, also in dem der Zylinderinnendruck ausgewertet wird, oder auf alle Zylinder einer Brennkraftmaschine beziehen.It has proven to be particularly advantageous to have an increase in the internal cylinder pressure, related to the crank angle (pressure increase gradient), in a range between one Detect ignition timing and a pressure maximum. The increase flows into this Map or a model that provides an assignment of the manipulated variables of the ignition angle controller enables. If the internal combustion engine is in an area with a high tendency to knock, can be countered in this way in advance of the phenomenon by the ignition angle is changed in the next work cycle. This change in the ignition angle can refer to the current cylinder, i.e. in which the cylinder pressure is evaluated, or refer to all cylinders of an internal combustion engine.

Erfolgt dennoch ein Klopfen der Brennkraftmaschine, so kann dies in bevorzugter Weise direkt über den Drucksensor erfaßt werden und zwar indem eine Amplitude und/oder Frequenz einer Druckschwingung im Bereich einer Hochdruckphase mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird. Beim Überschreiten des Grenzwertes befindet sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt, in dem das Klopfen vorliegt. In­ folgedessen werden die Stellgrößen des Zündwinkelreglers neu festgelegt, um ein erneutes Ansteuern dieses Betriebspunktes zu verhindern.If the engine nevertheless knocks, this can be done in a preferred manner be detected directly via the pressure sensor, specifically by an amplitude and / or Frequency of a pressure oscillation in the area of a high pressure phase with a predetermined limit value is compared. If the limit is exceeded the internal combustion engine at an operating point in which the knock is present. In  As a result, the manipulated variables of the ignition angle controller are redefined so that a new one To prevent control of this operating point.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Abhängigkeit von einer Höhe der Überschreitung des Grenzwertes ein Korrekturwert gebildet, der zur Neufestlegung der Stellgrößen genutzt wird. Auf diese Weise kann das Ver­ fahren selbstlernend durchgeführt werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention depending on the extent to which the limit is exceeded, a correction value formed, which is used to redefine the manipulated variables. In this way the ver driving be self-learning.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the invention result from the others in the Characteristics mentioned subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Verlauf eines Zylinder­ innendruckes bezogen auf einen Kurbelwinkel.The invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The Fig. 1 shows a curve of a cylinder internal pressure based on a crank angle.

Während einer Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Brennkammer des Zylinders treten Änderungen eines Zylinderinnendruckes zu Tage, die einerseits abhängig sind von dem Verbrennungsvorgang selbst als auch von einem Kurbelwinkel α. Mit Hilfe des Kurbelwinkels α läßt sich eine Bewegung eines Kolbens im Zylinder beschreiben und selbst­ verständlich führt eine Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer des Zylinders bei geschlossenen Ventilen zu einem Anstieg des Druckes. Nach Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches kommt es zusätzlich zu einer Erhöhung des Druckes durch eine Volumenzunahme und einem Temperaturanstieg infolge der Verbrennungsreaktion. Ein Klopfen der Brennkraftmaschine kann auftreten, wenn sich beispielsweise das Luft- Kraftstoff-Gemisch bereits bei der Kompression selbst entzündet. Ein unkontrollierter Verlauf des Verbrennungsvorgangs beim Klopfen führt jedoch zu einer erhöhten thermischen Belastung der brennraumseitigen Wandungen des Zylinders und des Kolbens, mit der Folge, daß die Lebensdauer der Brennkraftmaschine herabgesetzt wird.During a combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber of the Cylinders reveal changes in an internal cylinder pressure that are dependent on the one hand are from the combustion process itself as well as from a crank angle α. With the help of Crank angle α can describe a movement of a piston in the cylinder and itself understandably results in a compression of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the Cylinders with closed valves to an increase in pressure. After ignition of the Air-fuel mixture there is also an increase in pressure due to a Volume increase and a temperature rise due to the combustion reaction. On Knocking of the internal combustion engine can occur if, for example, the air Fuel mixture ignites itself during compression. An uncontrolled course the knock combustion process leads to increased thermal Loading of the combustion chamber walls of the cylinder and the piston, with the result that the life of the internal combustion engine is reduced.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Klopfregelung ist dem Zylinder ein Drucksensor zugeordnet, der es ermöglicht, einen Verlauf des Zylinderinnendruckes im Verhältnis zum Kurbelwinkel α zu erfassen. Ein derartiger Verlauf ist in der Fig. 1 in der Kurve 10 exemplarisch dargestellt. Dabei steigt der Zylinderinnendruck mit steigendem Kurbelwinkel α rapide an, was auf die Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemisches bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens zurückzuführen ist. Zusätzlich basiert der steile Anstieg der Kurve 10 bis zu einem Druckmaximum auf den durch den Verbrennungsvorgang selbst eingeleiteten Prozessen, wie dem Temperaturanstieg und der Volumenzunahme. Mit weiter steigendem Kurbelwinkel α befindet sich der Kolben bereits wieder in einer Abwärtsbewegung und es stellen sich letztendlich die ursprünglichen Druckverhältnisse im Zylinderinnenraum ein.In the method for knock control according to the invention, a pressure sensor is assigned to the cylinder, which makes it possible to detect a profile of the cylinder internal pressure in relation to the crank angle α. Such a course is shown as an example in FIG. 1 in curve 10 . The cylinder pressure rises rapidly with increasing crank angle α, which is due to the compression of the air-fuel mixture during the upward movement of the piston. In addition, the steep rise in curve 10 up to a pressure maximum is based on the processes initiated by the combustion process itself, such as the rise in temperature and the increase in volume. With a further increasing crank angle α, the piston is already in a downward movement and ultimately the original pressure conditions in the cylinder interior are established.

Der Verlauf des Zylinderinnendruckes ist charakteristisch für ein Arbeitsspiel der Brenn­ kraftmaschine und eignet sich daher nach der Erfassung zur Steuerung des Verbrennungsvorganges. Besonders vorteilhaft ist es dabei, einen Anstieg des Zylinderinnendruckes bezogen auf den Kurbelwinkel α zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Druckmaximum (Druckanstiegsgradienten) zur Klopfregelung zu nutzen. Exemplarisch dazu ist eine Tangente 12, die innerhalb des genannten Bereiches liegt, in der Figur eingetragen.The course of the internal cylinder pressure is characteristic of a working cycle of the Brenn engine and is therefore suitable for controlling the Combustion process. It is particularly advantageous to see an increase in Cylinder internal pressure related to the crank angle α between the ignition timing and to use the pressure maximum (pressure increase gradient) for knock control. Exemplary there is a tangent 12 in the figure which lies within the range mentioned registered.

Der ermittelte Druckanstiegsgradient fließt in ein Kennfeld oder ein Modell ein, das eine Beeinflussung der Stellgrößen eines Zündwinkelreglers ermöglicht. Fig. 2 zeigt den Vergleich des erwarteten Druckanstiegsgradienten dp/dα soll mit den gemessenen beziehungsweise ermittelten Druckanstiegsgradienten dp/dα ist.The determined pressure rise gradient flows into a map or a model that enables the manipulated variables of an ignition angle controller to be influenced. Fig. 2 shows the comparison of the expected pressure increase gradient dp / d.alpha to the measured or determined pressure increase gradient dp / d.alpha is.

Über den Regler 14 wird dann ein Wert αZ für eine Zündwinkelregelung ausgegeben. Eine solche Beeinflussung ist deshalb möglich, da es sich gezeigt hat, daß eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine von dem Druckanstiegsgradienten abhängig ist. Befindet sich die Brennkraftmaschine demnach in einem Bereich hoher Klopfneigung, kann über das Modell oder Kennfeld eine Änderung des Zündwinkels bewirkt werden und ein Klopfen der Brennkraftmaschine vermieden werden.A value αZ for an ignition angle control is then output via the controller 14 . Such an influence is possible because it has been shown that the tendency of the internal combustion engine to knock depends on the pressure increase gradient. If the internal combustion engine is accordingly in a region with a high tendency to knock, a change in the ignition angle can be effected via the model or map and a knocking of the internal combustion engine can be avoided.

Das Klopfen selbst kann ebenfalls durch den Drucksensor erfaßt werden und zwar indem eine Amplitude und/oder Frequenz einer Druckschwingung im Bereich einer Hochdruckphase p mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird. Die zu überwachende Hochdruckphase p ist in der Figur eingetragen und kann in Dauer, Beginn und Ende des Meßintervalls in weitem Maßen variiert werden. Das Klopfen führt zu einer hochfrequenten Schwingung, die sich mit dem Druckverlauf der Kurve 10, insbesondere während der Hochdruckphase p, überlagert. Diese hochfrequente Schwingung kann in bekannter Weise herausgefiltert und hinsichtlich Amplitude und Frequenz bewertet werden. The knock itself can also be detected by the pressure sensor, specifically by comparing an amplitude and / or frequency of a pressure oscillation in the region of a high pressure phase p with a predetermined limit value. The high pressure phase p to be monitored is entered in the figure and can be varied to a great extent in the duration, start and end of the measurement interval. The knocking leads to a high-frequency oscillation, which overlaps with the pressure curve of curve 10 , in particular during the high pressure phase p. This high-frequency oscillation can be filtered out in a known manner and evaluated in terms of amplitude and frequency.

So lassen sich Grenzwerte für die Amplitude und Frequenz festlegen, bei denen mit Sicherheit auf ein Vorliegen des Klopfens der Brennkraftmaschine geschlossen werden kann.In this way, limit values for the amplitude and frequency can be set, for which with Security can be concluded that the engine is knocking can.

Erfolgt eine Detektion des Klopfens während der Hochdruckphase p, so kann in einem sich anschließenden Arbeitstakt oder späteren Arbeitsakt der Zündwinkel (im selben verursachenden oder allen Zylindern) geändert werden. Um ein erneutes Ansteuern der zum Klopfen führenden Betriebspunkte der Brennkraftmaschine zu verhindern, werden der Druckanstiegsgradient dieses Arbeitstaktes oder die Druckanstiegsgradienten vor­ hergehender Arbeitstakte in das Modell/Kennfeld mit aufgenommen und diesen Druckanstiegsgradienten jeweils Stellgrößen zugeordnet, die zu einer Änderung des Zündwinkels führen. Auf diese Weise ist es möglich, eine selbstlernende Klopfregelung für die Brennkraftmaschine im Steuergerät zu implementieren.If the knocking is detected during the high pressure phase p, one can subsequent work cycle or later work cycle of the ignition angle (in the same causing or all cylinders) can be changed. In order to control the To prevent knocking leading operating points of the internal combustion engine, the Pressure increase gradient of this work cycle or the pressure increase gradient before The following work cycles are included in the model / map and this Pressure increase gradients are assigned to manipulated variables that lead to a change in the Lead ignition angle. In this way it is possible for a self-learning knock control for to implement the internal combustion engine in the control unit.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Neufestlegung der Stellgrößen des Zündwinkelreglers abhängig von einer Höhe der Überschreitung der Grenzwerte für die hochfrequente Schwingung festzulegen. Liegt beispielsweise ein Klopfen mit sehr hoher Amplitude vor, so ist es sinnvoll, bei der Neufestlegung der Stellgrößen einen entsprechend hohen Korrekturwert zu berücksichtigen. Umgekehrt ist der Korrekturwert beim Vorliegen eines nur schwachen Klopfens entsprechend niedrig.It is particularly advantageous here to redefine the manipulated variables of the ignition angle regulator depending on the extent to which the limit values for the high-frequency are exceeded Vibration. For example, if there is a knock with a very high amplitude it makes sense to set a correspondingly high level when redefining the manipulated variables Correction value to be taken into account. Conversely, the correction value is only one weak knock correspondingly low.

Claims (8)

1. Verfahren zur Klopfregelung einer Brennkraftmaschine, bei dem
  • a) durch zumindest einen Drucksensor, der im Bereich des Brennraums angeordnet ist, ein Verlauf eines Zylinderinnendruckes im Verhältnis zum Kurbelwinkel erfaßt wird und
  • b) in Abhängigkeit von dem Verlauf des Zylinderinnendruckes die Stellgrößen für wenigstens einen Regler von Betriebsparameter der Brennkraftmaschine festgelegt werden.
1. Method for knock control of an internal combustion engine, in which
  • a) a course of an internal cylinder pressure in relation to the crank angle is detected by at least one pressure sensor which is arranged in the region of the combustion chamber, and
  • b) the manipulated variables for at least one controller are determined by the operating parameters of the internal combustion engine as a function of the profile of the internal cylinder pressure.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Verlauf des Zylinderinnendruckes die Stellgrößen für einen Zündwinkelregler festgelegt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that depending on the course of the internal cylinder pressure, the manipulated variables for one Ignition angle controller can be set. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Verlauf des Zylinderinnendruckes die Stellgrößen für einen Ladedruckregler und/oder einen Kraftstoff-Luft-Gemischregler festgelegt werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that depending on the course of the internal cylinder pressure, the manipulated variables for one Boost pressure regulator and / or a fuel-air mixture regulator can be determined. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anstieg des Zylinderinnendruckes bezogen auf den Kurbelwinkel (Druckan­ stiegsgradient) in einem Bereich zwischen einem Zündzeitpunkt und einem Druckma­ ximum in ein Kennfeld oder ein Modell zur Zuordnung der Stellgrößen des Zündwin­ kelreglers einfließt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an increase in the cylinder internal pressure in relation to the crank angle (pressure an gradient) in a range between an ignition timing and a pressure measure ximum in a map or a model for assigning the manipulated variables of the ignition winch flows into the controller.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) in einem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine eine hochfrequente Druckschwingung im Bereich einer Hochdruckphase durch den Drucksensor erfaßt
  • b) deren Amplitudenhöhe und/oder Frequenz mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei ein Überschreiten des Grenzwertes ein Klopfen der Brennkraftmaschine anzeigt und
  • c) im Falle des Überschreitens des Grenzwertes die Stellgrößen für den Druckanstiegsgradienten dieses Betriebspunktes neu festgelegt werden.
5. The method according to claim 4, characterized in that
  • a) in a working cycle of the internal combustion engine detects a high-frequency pressure oscillation in the area of a high-pressure phase by the pressure sensor
  • b) their amplitude level and / or frequency is compared with a predetermined limit value, exceeding the limit value indicating knocking of the internal combustion engine and
  • c) if the limit value is exceeded, the manipulated variables for the pressure rise gradient of this operating point are redefined.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgrößen für den Druckanstiegsgradienten vorhergehender Betriebspunkte neu festgelegt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the manipulated variables for the pressure increase gradient of previous operating points new be determined. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer Höhe der Überschreitung des Grenzwertes ein Korrekturwert gebildet wird, der zur Neufestlegung der Stellgrößen genutzt wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that depending on the extent to which the limit is exceeded, a correction value is formed, which is used to redefine the manipulated variables. 8. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder gekennzeichnet durch einen dem wenigstens einen Zylinderinnenraum zugeordneten Drucksensor und einer Auswerteschaltung, zum Auswerten des vom Drucksensor gemessenen Innenraumdruckes sowie einer Ansteuerschaltung zum Festlegen wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Zy­ linderinnendruckes.8. Internal combustion engine with at least one cylinder characterized by a at least one cylinder interior associated pressure sensor and one Evaluation circuit for evaluating that measured by the pressure sensor Interior pressure and a control circuit for defining at least one Operating parameters of the internal combustion engine depending on the Zy inner pressure.
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