DE69527541T2 - Verfahren zur rückkehr zur nennzündverstellung in abwesenheit einer klopferkennung - Google Patents
Verfahren zur rückkehr zur nennzündverstellung in abwesenheit einer klopferkennungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel im Fall der Abwesenheit einer Klopferkennung.
- Das Phänomen des "Klopfens" ist bestens bekannt. Es handelt sich um die Selbstzündung des Luftkraftstoffgemisches im Zylinder einer Brennkraftmaschine vor Erzeugung des Zündfunkens. Diese anomale Verbrennung des Gemisches erzeugt starke Druckwellen und ein akustisches Geräusch, das üblicherweise "Klopfen" genannt wird. Wenn das Klopfen intensiv ist, kann es erhebliche Schädigungen der Brennkraftmaschine zur Folge haben, beispielsweise wie folgt:
- - Erosion des Zylinderkopfes und der Kolben,
- - Bruch der Kolben- und Segmentdichtungen, und
- - Reißen der Zylinderkopfdichtung oder Schädigung der Einlass- und Auslassventile.
- Um das Klopfen zu verhindern, ist es bereits bekannt, insbesondere auf den Zündvorsteuerwinkel einzuwirken. Durch Spätverstellen des Zündvorsteuerwinkels wird eine vorzeitige Zündung der Zündkerzen hervorgerufen. Aus diesem Grund findet die Verbrennung des Luftkraflstoffgemisches ein wenig früher im Verbrennungszyklus statt. Wenn diese Verbrennung ausreichend früh erfolgt, kann kein Klopfen entstehen.
- Das Patent FR 2 689 183 (Siemens Automotive S. A.) betrifft ein Verfahren zum Spätverstellen des Zündvorsteuerwinkels. In diesem Patent berücksichtigt das Gesetz zum Spätverstellen des Zündvorsteuerwinkels nicht nur die gemessene Klopfintensität, sondern auch die Klopfhistorie für einen gegebenen Zylinder. Außerdem verwendet das Verfahren nach diesem Patent die Fuzzy-Logik für die anzuwendende Berechnung der Spätverstellung. Ein derartiges Verfahren ermöglicht nicht die Anwendung einer pauschalen Spätverstellung (was das Drehmoment der Brennkraftmaschine beeinträchtigt), sondern eine Spätverstellung, die zur erkannten Klopfintensität proportional ist.
- Wenn auch die Spätverstellung des Zündvorsteuerwinkels ein Vermeiden des Klopfens ermöglicht, ist es jedoch zweckmäßig, die Zündung anschließend zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel zurück zu verstellen.
- Die Strategien der Rückkehr zum nominalen Zündvorsteuerwinkel, wie dies beispielsweise das Dokument EP 0 087 162 zeigt, empfehlen, dass die Rückkehr unabhängig von der Stärke des korrigierten Klopfens auf gleichmäßige und langsame Weise erfolgt. Wenn jedoch eine Brennkraftmaschine nicht mit dem nominalen Zündvorsteuerwinkel arbeitet, liefert er nicht sein optimales Drehmoment. Außerdem sind die starken Korrekturen des Zündvorsteuerwinkels schädlich für die Stabilität der Brennkraftmaschine.
- Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Vorsteuerwinkel zu suchen, das es der Brennkraftmaschine erlaubt, so rasch wie möglich unter optimalen Bedingungen zu arbeiten, ohne jedoch von neuem einen Klopfvorgang zu erzeugen.
- Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel, welches Verfahren im Rahmen einer elektronischen Steuerstrategie einer Brennkraftmaschine durchzuführen ist, wenn ein Klopfen erkannt wurde und ein Verfahren zum Spätverstellen des Zündvorsteuerwinkels das Klopfen verschwinden ließ, wobei dieses Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass es besteht aus:
- - Zählen der Anzahl der Klopferkennungen, die während einer vorgegebenen Anzahl von Verbrennungszyklen stattgefunden haben, wobei die fehlerhaften Klopferkennungen eliminiert werden,
- - Bestimmen der Klopfintensität für jede der registrierten Klopferkennungen und Berechnen der mittleren Klopfintensität entsprechend der registrierten Anzahl der Klopferkennungen aufgrund von Änderungen der Drehzahl und/oder des Luftansaugdrucks,
- - Gewichten der Anzahl der Klopferkennungen für die mittlere Klopfintensität,
- - und Vergleichen der gewichteten Anzahl der Klopferkennungen mit einer Gruppe von experimentell vorbestimmten Schwellen, um hieraus ein Gesetz für die Rückkehr zum nominalen Zündvorsteuerwinkel abzuleiten.
- Auf diese Weise erlaubt das Verfahren gemäß der Erfindung, die Klopfintensität des vorher korrigierten Klopfvorganges zu berücksichtigen, aber es speichert auch die Historie dieses Klopfvorganges, um hieraus das optimale Gesetz für eine Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel abzuleiten.
- Vorteilhafterweise wird die Anzahl der Klopferkennungen durch einfachen Zähler registriert und die Bestimmung des anzuwendenden Rückkehrgesetzes erfolgt durch einfachen Vergleich einer gewichteten Anzahl der Klopferkennungen und einer Gruppe experimentell vorbestimmter Schwellen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nur Klopferkennungen berücksichtigt, die während der vier letzten Verbrennungszyklen erfolgten.
- Vorteilhafterweise werden allein die "guten" Klopferkennungen berücksichtigt. So werden sämtliche "falschen" Klopferkennungen eliminiert, die insbesondere von einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine oder einer Änderung des Lufteinlassdruckes herrühren.
- Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile lassen sich besser anhand der folgenden Beschreibung verstehen, die lediglich beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen ist und die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
- - Die Fig. 1 ein Funktionsdiagramm zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Verfahrens zur Korrektur des nominalen Zündvorsteuerwinkels ist,
- - die Fig. 2a eine Korrektur des Zündvorsteuerwinkels (Kurve a) zeigt, der eine Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel gemäß dem Stand der Technik (Kurve b) und eine Rückkehr zum nominalen Zündvorsteuerwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung (Kurve c) folgt,
- - die Fig. 2b in Übereinstimmung mit der Fig. 2a die Form des Signals zeigt, das von dem Beschleunigungsmesser während des Klopffensters erfasst wurde,
- - die Fig. 3 ein Flussdiagramm ist, das die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt,
- - die Fig. 4a eine schematische Darstellung ist, die das Verfahren zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel gemäß der Erfindung zeigt, und
- - die Fig. 4b eine schematische Ansicht ist, die in Übereinstimmung mit der Fig. 4a das Auslasssignal des Klopfsensors zeigt.
- Wie die Fig. 1 zeigt, weist eine herkömmliche Vorrichtung zur Spätverstellung des Zündvorsteuerwinkels einen Klopfsensor C, beispielsweise in Form eines Beschleunigungsmessers auf, der an einer Brennkraftmaschine M befestigt ist. Dieser Sensor spricht auf ein Klopfen in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine an und gibt ein Signal an eine Signalaufhereitungsstufe T ab. Das aufbereitete Signal wird anschließend an Rechnermittel S zum Berechnen der Strategie für die Korrektur des Zündvorsteuerwinkels abgegeben. Diese Mittel korrigieren (Kurve a, Fig. 2a) in Abhängigkeit von der berechneten Spätverstellung den Zündzeitpunkt des (oder der) Zündkerze (n) in dem Zylinder (bzw. den Zylindern), wo ein Klopfen erkannt wurde. Wenn das Klopfen verschwunden ist, ermöglichen die Rechnermittel S eine Rückkehr des Zündvorsteuerwinkels zu seinem nominalen Wert (Kurve b, Fig. 2a).
- Diese Rückkehr erfolgt beispielsweise auf kontinuierliche Weise infolge einer Verstellung um 1º ungefähr alle 2,5 Sekunden. Es können weitere Korrekturen, immer linearen Typs, vorgesehen werden, um die Zündung an die Verschmutzung und Alterung der Brennkraftmaschine, den Wirkungsgradverlust des Kühlmittelkreises und/oder die Qualität des Kraftstoffes anzupassen.
- Die Fig. 2b zeigt in Übereinstimmung mit der Korrektur des Zündvorsteuerwinkels die Spitzen der Klopfintensität.
- Um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, d. h. um möglichst häufig mit dem nominalen Zündvorsteuerwinkel zu arbeiten, folgt man gemäß der vorliegenden Erfindung einem nichtlinearen Gesetz zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel (Kurve c, Fig. 2a).
- Zu diesem Zweck (Fig. 3) geht man, wenn nach einer Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel keine weitere Klopfvorgänge mehr erkannt werden, wie folgt vor:
- - Schritt 10: Es wird die Anzahl X der Klopferkennungen gezählt, die vor diesem Zeitpunkt der fehlenden Klopferkennung erfolgt sind. Vorzugsweise beschränkt man sich hierbei auf die vier letzten Verbrennungszyklen. Im schlimmsten Fall stößt man somit auf vier Klopferkennungen, im günstigsten Fall auf null.
- - Schritt 11: Es wird verifiziert, dass die X gezählten Klopferkennungen "gute" Klopferkennungen sind. Zu diesem Zweck wird jede Klopferkennung eliminiert, die von einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine herrührt, bzw. jede Klopferkennung, die von einer Änderung des Lufteinlassdrucks herrührt. Um diese "schlechten" Klopferkennungen zu eliminieren, greift man auf ein Kennfeld zurück, das für diesen Brennkraftmaschinentyp in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Einlassdruck hergestellt wurde. Dieses Kennfeld lässt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Einlassdruck die Erscheinungsbereiche "falscher" Klopfvorgänge erkennen. Die Anzahl der guten Klopferkennungen wird mit x bezeichnet.
- - Schritt 12. Für jede gute Klopferkennung x wird der Wert der Energie E der Klopferkennung gespeichert.
- - Schritt 13: Über vier Verbrennungszyklen wird die Anzahl der guten Klopferkennungen x durch die mittlere Klopfenergie E gewichtet. z sei die Gewichte der Anzahl.
- - Schritt 14: Diese gewichtete Anzahl der Klopferkennungen z wird mit einer Gruppe von experimentell bestimmten Schwellen (So bis Sn) verglichen. Je größer die gewichtete Anzahl der Klopferkennungen Z ist, als umso stärker muss der Klopfvorgang eingeschätzt werden.
- - Schritt 15: Das Gesetz zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel wird in Abhängigkeit von dem Wert der gewichteten Anzahl der Klopferkennungen gewonnen. Wenn der Klopfvorgang als stark angesehen wird, wird eine langsame Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel bewirkt, und wenn der Klopfvorgang als schwach angesehen wird, wird dagegen eine rasche Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel bewirkt. Es versteht sich, dass jeder Zwischenbewertung (mittleres Klopfen, sehr starkes Klopfen ...) ein spezielles Gesetz zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel entspricht.
- Es sei darauf hingewiesen, dass dank eines solchen Verfahrens nicht nur die korrigierte Klopfintensität berücksichtigt wird (da die Klopfenergie E (Schritt 12) berücksichtigt wird), sondern dass auch seine Historie (Schritt 11) berücksichtigt wird, um die anzuwendende Art der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel zu bestimmen. Diese Historie erlaubt es, dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Speicherwirkung zu verleihen (im dargestellten Ausführungsbeispiel bezieht sich diese Speicherwirkung auf die vier letzten Klopferkennungen).
- Gemäß der Erfindung hängt das Gesetz zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel von der Anzahl der Klopferkennungen und der Intensität dieser Klopfvorgänge ab. Aus diesem Grund ist es möglich, durch Einwirken auf einen Zähler, der die Anzahl der guten Klopferkennungen x speichert, das Gesetz zum Zurückkehren zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel zu modifizieren. Somit ist es, wenn die mittlere Klopfenergie kleiner wird, möglich, die Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel zu beschleunigen, indem der Zähler zum Speichern der Anzahl der Detektorerkennungen künstlich inkrementweise zurückgeschaltet wird. Aus diesem Grund erhält man ein Zurückverstellungsgesetz gemäß der Kurve c (Fig. 2a). Diese inkrementweise Zurückschaltung wird erst freigegeben von dem Augenblick an, zu dem der Zündvorsteuerwinkel um 1º zurückverstellt wurde.
- Aufgrund einer derartigen inkrementweisen Zurückzählung wird auf künstliche Weise eine raschere Rückkehr zu den optimalen Betriebsbedingungen erzielt.
- Die Fig. 4b zeigt ein Signal, das von einem Klopfsensor herkömmlicher Bauart kommt. Wie diese Figur zeigt, wurden fünf Klopfspitzen A, B, C, D, E erkannt. Diese Spitzen entsprechen einem "guten" Klopfen. Wie man sieht, bewirkt die Spitze A eine mittlere Spätverstellung des Zündvorsteuerwinkels (in der Größenordnung von 4º). Das Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel im Anschluss an diese Spätverstellung ist schnell, da keine Klopfspitze vorher erkannt wurde und da die Intensität der Spitze A einen mittleren Wert hat.
- Die zweite erkannte Klopfspitze B hat für sich genommen eine große Stärke; sie führt daher zu einer starken Spätverstellung. Da ihr bereits eine Klopfspitze vorausgegangen ist und da die Stärke der Spitze B groß ist, führt dies zu einer langsamen Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel. Diese Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel ist vollständig, da keine weitere Klopfspitze unmittelbar nach diesem erkannt wird. Die Brennkraftmaschine kann daher während eines kleinen Augenblicks mit seinem nominalen Wert arbeiten.
- Die dritte, vierte und fünfte Klopfspitze C, D, E folgen in kleinen Zeitintervallen aufeinander und sind von mittlerer Stärke. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Anschluss an die durch jede der Klopfspitzen hervorgerufene Spätverstellungen Gesetze zur Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel, die an jede dieser Spitzen angepasst ist, aufzustellen.
- Tatsächlich ist das Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel für die Klopfspitze C ein rasches Gesetz, da der Klopfspitze C keine weitere Klopfspitze unmittelbar vorherging und da die Klopfintensität einen mittleren Wert hat.
- Die Klopfspitze D hat zwar eine Klopfintensität ähnlich der Klopfspitze C; hier ging jedoch unmittelbar die Klopfspitze C voran. In diesem Fall ist das Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel ein wenig rascher als das für die Klopfspitze C. Dies ist normal, da das Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel nicht allein die Stärke der erkannten Klopfspitzen, sondern auch die Anzahl der vorherigen guten Klopferkennungen berücksichtigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beschränkt man sich auf die vier letzten Verbrennungszyklen.
- Für die Klopfspitze E ihrerseits erzeugt ein sehr langsames Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel, und zwar nicht aufgrund der Stärke des erkannten Klopfvorganges (diese Stärke ist in der Tat vergleichbar mit der der beiden Klopfspitzen C und D), sondern aufgrund der Tatsache, dass ihr zwei gute Klopferkennungen unmittelbar vorhergingen. Das Gesetz der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel beruht hier auf der Speicherwirkung, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung berücksichtigt wird.
- Das in den Fig. 4a und 4b dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Gesetze der Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt wurden, nicht nur die Stärke der "guten" Klopferkennungen, sondern auch die Historie (Speicherwirkung) der Klopferkennungen berücksichtigt. Aufgrund dieser Tatsache arbeitet die Brennkraftmaschine mit dem nominalen Zündvorsteuerwinkel häufiger als bei den herkömmlichen Rückkehrverfahren, welche systembedingt eine langsame Rückkehr zu dem nominalen Zündvorsteuerwinkel vorsehen. Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt somit eine Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine.
- Es können auch andere Parameter als der Lufteinlassdruck und die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden, um festzustellen, ob eine Klopferkennung als gut oder nicht gut betrachtet werden muss. In der gleichen Weise kann die Anzahl der Klopferkennungen über eine beliebige Anzahl von Verbrennungszyklen und nicht nur über vier, wie oben beschrieben, gewonnen werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel, welches
Verfahren im Rahmen einer elektronischen Steuerstrategie einer Brennkraftmaschine
(M) durchzuführen ist, wenn ein Klopfen erkannt wurde und ein Verfahren zum
Spätverstellen des Zündvorsteuerwinkels das Klopfen verschwinden ließ, wobei dieses
Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass es besteht aus:
- Zählen der Anzahl (x) der Klopferkennungen, die während einer
vorgegebenen Anzahl von Verbrennungszyklen stattgefunden haben, wobei die fehlerhaften
Klopferkennungen eliminiert werden,
- Bestimmen der Klopfintensität (E) für jede der registrierten Klopferkennungen
und Berechnen der mittleren Klopfintensität entsprechend der registrierten Anzahl der
Klopferkennungen,
- Gewichten der Anzahl der Klopferkennungen für die mittlere Klopfintensität,
- und Vergleichen der gewichteten Anzahl der Klopferkennungen (z) mit einer
Gruppe von experimentell vorbestimmten Schwellen (So - Sn), um hieraus ein Gesetz
für die Rückkehr zum nominalen Zündvorsteuerwinkel abzuleiten.
2. Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkehr zum nominalen
Zündvorsteuerwinkel umso rascher erfolgt, je kleiner die gewichtete Anzahl der Zünderkennungen
(z) ist.
3. Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Speichern der
Korrekturen des nominalen Zündvorsteuerwinkels während vorhergehender Zyklen
verwendet wird, um die Energie jedes erkannten Klopfvorganges zu speichern.
4. Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung über die vier Zyklen erfolgt,
die dem laufenden Zyklus vorangegangen sind.
5. Verfahren zum Zurückkehren zum nominalen Zündvorsteuerwinkel nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Mal, wenn eine Korrektur des Zündvorsteuerwinkels
erfolgt ist, ein Zähler für die Anzahl der Zünderkennungen (x)
inkrementweise um eine Einheit weitergeschaltet wird, während der Zähler inkrementweise
um eine Einheit zurückgeschaltet wird, wenn keine Korrektur des
Vorsteuerzündwinkels erfolgt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die mittlere
Energie kleiner wird und wenn der Zündvorsteuerwinkel um mindestens 1º
zurückverstellt wurde, der Zähler künstlich um eine Einheit inkrementweise zurückverstellt
wird.
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