WO2006027315A1 - Verfahren zum steuern des verdichtungsverhältnisses einer fremdgezündeten brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren verdichtungsverhältnissen - Google Patents

Verfahren zum steuern des verdichtungsverhältnisses einer fremdgezündeten brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren verdichtungsverhältnissen Download PDF

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WO2006027315A1
WO2006027315A1 PCT/EP2005/054123 EP2005054123W WO2006027315A1 WO 2006027315 A1 WO2006027315 A1 WO 2006027315A1 EP 2005054123 W EP2005054123 W EP 2005054123W WO 2006027315 A1 WO2006027315 A1 WO 2006027315A1
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compression ratio
iga
internal combustion
combustion engine
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Hong Zhang
Frédéric Galtier
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Siemens Aktiengesellschaft
Siemens Vdo Automotive S.A.S
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Definitions

  • Internal combustion engines in particular reciprocating engines, with variable compression ratio have been known for some time. Changes in the compression ratio, which is the ratio between the volumes of the combustion chamber at the top and bottom dead center of the piston, can be e.g. achieve by changing the piston stroke.
  • Internal combustion engines with a continuously variable compression ratio and internal combustion engines with a discretely variable compression ratio are known.
  • the method according to the present invention relates to internal combustion engines with discretely adjustable compression ratios.
  • the compression ratio is changed in order to adapt it to operating conditions of the internal combustion engine.
  • a change in the compression ratio of the internal combustion engine is known to influence the course of the combustion pressure via its effect on the mixture ignition (ignition delay and combustion speed).
  • the pressure in the combustion chamber before combustion is naturally also influenced by the compression ratio. Since the knocking behavior of an internal combustion engine is directly linked to the pressure in the combustion chamber, a change in the compression ratio also has an influence on the knocking behavior.
  • the knock limit in turn, depends on the operating point and the compression ratio of the internal combustion engine: the higher the compression ratio, the better the operating behavior of the internal combustion engine, but the greater the risk of knocking. The lower the compression ratio, the lower the risk of knocking, but the poorer the performance of the internal combustion engine.
  • the compression ratio is normally selected for all operating points of the internal combustion engine with regard to the best possible efficiency and the lowest possible fuel consumption of the internal combustion engine.
  • the procedure here is that at low load of the internal combustion engine (in which the volumetric efficiency is low and the knock limit is far from the optimum ignition time point), a comparatively high compression ratio is selected in order to achieve the total efficiency of the internal combustion engine to improve.
  • at high load in which the volumetric efficiency of Hau ⁇ se is large and the knocking limit is close to the optimum ignition timing or even behind it becomes a comparatively low value of the compression ratio selected to protect the engine against knocking.
  • both the compression ratio as well as the ignition point have an effect on the efficiency as well as the Klopfverhal ⁇ th the internal combustion engine. It would be desirable to operate the internal combustion engine with the highest possible compression ratio and an optimal ignition angle. However, there is the risk that knocking of the internal combustion engine will occur, which may reduce the efficiency of combustion and, in particular, damage the internal combustion engine. A compromise in the choice of Verdichtungstin ⁇ ses and the ignition timing is therefore inevitable.
  • the conventional knock control is therefore to avoid knocking. extremely effective, but has some disadvantages in terms of the performance and fuel consumption of the internal combustion engine.
  • DE 199 50 682 A1 discloses a method for regulating the compression ratio of an internal combustion engine, in which a compression ratio which is too high is determined by means of a knock sensor in order then to reduce the compression ratio below the knock limit and then to increase it again.
  • the present invention has for its object to provide a method for controlling the compression ratio of a spark-ignited internal combustion engine with discretely adjustable compression ratios, which allows in relatively simple way to operate the engine in each operating point with the best possible ignition angle and the best possible compression ratio ,
  • the method according to the present invention is defined in An ⁇ claim 1.
  • the efficiencies of the operating parameters are the usual variables for determining of the current torque of the internal combustion engine.
  • a corresponding degree of efficiency for the compression ratio can also be defined, specifically in the form of the ratio of the instantaneous torque which the internal combustion engine generates at the current compression ratio to the maximum torque attainable , which results when all operating parameters of the internal combustion engine have their best ⁇ possible values.
  • the present invention is based on the recognition that a global combustion efficiency can be determined with the aid of the ignition angle efficiency and the compression ratio efficiency, with the aid of which the compression ratio which is optimal for a specific operating point can then be selected.
  • ⁇ _ ⁇ is the degree of efficiency dependent on the compression ratio ⁇ and 77_IGA is the degree of efficiency dependent on the ignition angle
  • ⁇ x ⁇ _ ⁇ ⁇ - ⁇ IGAbest x (2;
  • the current global combustion efficiency ⁇ actua i is compared with the alternative global combustion efficiencies ⁇ x in order to determine the highest possible global combustion efficiency
  • the method according to the invention offers a simple possibility
  • ⁇ _P is the efficiency of another operating parameter or the product of the efficiencies of further operating parameters of the internal combustion engine.
  • the efficiency of a further operating parameter can be considered in particular as the ⁇ efficiency, so that when the global combustion efficiency is calculated, a possibly envisaged enrichment of the combustion efficiency
  • Air / fuel mixture is taken into account. Also, an efficiency for a possible shutdown of one or more cylinders can be considered.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention
  • Figure 2 is a map of the maximum achievable torque TQref
  • FIG. 3 shows the relationship between the ignition angle efficiency and the ignition angle.
  • the internal combustion engine is further provided with a device for the discrete adjustment of the compression ratio. For example, this device can set three or four different compression ratios.
  • the current global combustion efficiency ⁇ actuai is determined by means of the formula (1) given above (block 3).
  • the efficiencies ⁇ ⁇ _ ⁇ and ⁇ _IGA required for this purpose are readily available.
  • TQ ( ⁇ ) TQU) / TQ ref
  • TQ ( ⁇ ) ⁇ _IGA - ⁇ _X ⁇ 7- SCC -TQ ref
  • ⁇ _IGA the firing angle
  • ⁇ _ ⁇ the ⁇ efficiency
  • ⁇ _SCC a factor (between 0 and 1), which takes into account the Abschal ⁇ tion of one or more of the cylinder.
  • TQ ref is the maximum possible torque that can be achieved with optimal adjustment of all operating parameters of the internal combustion engine. It is usually stored in a map that is plotted against the rotational speed N and the load L; an example of this is shown in FIG. 2.
  • the ignition angle efficiency ⁇ _IGA is determined in the simplest case
  • ⁇ _IGA TQ (IGA) / TQ ref
  • the efficiency ⁇ _IGA is usually stored in a map, which is also spanned over the speed N and the load L.
  • An example of the relationship between the ignition angle efficiency ⁇ _IGA and the ignition angle IGA is shown in FIG.
  • a next step (block 4), the global combustion efficiency ⁇ x for the other settable compression ratios with the formula (2) given above is determined.
  • the formula (2) in each case the ignition angle efficiency ⁇ _IGA best x used for the best possible Zündwin ⁇ angle at the respective compression ratio.
  • the actual ignition angle IGA actU ai / used in the determination of Zünd ⁇ angle efficiency in the formula (1) may not be identical to the best Zündwink ⁇ angle for the current compression ratio; For example, the current ignition point may be set back from the best possible ignition point in order to avoid knocking of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine continues to operate with the current compression ratio a a ctuai and the current ignition angle IGAactuai. However, if it is found out in the comparison that an ⁇ x for another compression ratio leads to a higher global combustion efficiency, then the operation of the internal combustion engine with the compression ratio ⁇ x and ignition angle I x x is switched over for this optimum combustion efficiency (block 6). The internal combustion engine then runs with the newly set compression ratio and ignition angle (block 7).
  • the method for controlling the compression ratio may then begin again (block 2).
  • the described method can be refined in such a way that, when calculating the global combustion efficiency (blocks 3 and 4), efficiencies of further operating parameters are taken into account.
  • ⁇ efficiency ⁇ _ ⁇ by which a possibly envisaged enrichment of the air fuel mixture is taken into account.
  • the method described provides a simple and efficient way of controlling the operating parameters and the
  • the internal combustion engine can therefore be operated at any time with the best possible global combustion efficiency by adjusting the compression ratio taking into account the influence of the other relevant combustion parameters, which has correspondingly positive effects on the combustion, the operating behavior of the internal combustion engine as well as the fuel consumption.

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Abstract

Bei diesem Verfahren wird ein aktueller globaler Verbrennungswirkungsgrad aus dem Wirkungsgrad für das aktuelle Verdichtungsverhältnis und dem Wirkungsgrad für den aktuellen Zündwinkel ermittelt und dieser globale Verbrennungswirkungsgrad mit den alternativen globalen Verbrennungswirkungsgraden für die anderen möglichen Verdichtungsverhältnisse bei jeweils optimalem Zündwinkel verglichen, um auf diese Weise den größtmöglichen globalen Verbrennungswirkungsgrad bei den betreffenden Betriebsbedingungen zu bestimmen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren Verdichtungsverhältnissen
Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmaschinen, mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis sind seit längerer Zeit bekannt. Änderungen des Verdichtungsverhältnisses, bei dem es sich um das Verhältnis zwischen den Volumina des Brennraumes im oberen und unteren Totpunkt des Kolbens handelt, lassen sich z.B. durch Änderungen des Kolbenhubes erzielen. Es sind Brennkraftmaschinen mit kontinuierlich veränderbarem Verdich¬ tungsverhältnis und Brennkraftmaschinen mit diskret veränder- barem Verdichtungsverhältnis bekannt. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit diskret einstellbaren Verdichtungsverhältnissen.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird das Verdichtungsver- hältnis geändert, um es an Betriebsbedingungen der Brenn¬ kraftmaschine anzupassen. Eine Änderung des Verdichtungsver¬ hältnisses der Brennkraftmaschine beeinflusst bekanntlich den Verlauf des Verbrennungsdrucks über seine Auswirkung auf die Gemischentflammung (Zündverzögerung und Brenngeschwindig- keit) . Auch der Druck im Brennraum vor der Verbrennung wird naturgemäß durch das Verdichtungsverhältnis beeinflusst. Da das Klopfverhalten einer Brennkraftmaschine unmittelbar mit dem Druck im Brennraum verknüpft ist, hat eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses auch einen Einfluss auf das Klopf- verhalten.
Andererseits gibt es für jeden Wert des Verdichtungsverhält¬ nisses einen (von weiteren Betriebsparametern abhängigen) op- timalen Zündzeitpunkt für eine bestmögliche Gemischverbren¬ nung. Allerdings liegt dieser optimale Zündzeitpunkt (Zünd¬ winkel) meist im potentiellen Klopfbereich, so dass es im allgemeinen nicht möglich ist, die Brennkraftmaschine mit op- timalem Zündwinkel zu betreiben. Der Zündzeitpunkt muss daher in Richtung auf eine spätere Zündung zu der so genannten Klopfgrenze verschoben werden, um die Brennkraftmaschine ge¬ gen eine klopfende Verbrennung zu schützen.
Die Klopfgrenze wiederum hängt von dem Betriebspunkt und dem Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine ab: Je höher das Verdichtungsverhältnis ist, desto besser ist das Be¬ triebsverhalten der Brennkraftmaschine, umso größer ist aber auch die Gefahr des Klopfens. Je niedriger das Verdichtungs- Verhältnis ist, desto geringer ist die Gefahr des Klopfens, umso schlechter ist jedoch auch das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine.
Bei Brennkraftmaschinen mit veränderlichem Verdichtungsver- hältnis wird das Verdichtungsverhältnis normalerweise für al¬ le Betriebspunkte der Brennkraftmaschine im Hinblick auf ei¬ nen möglichst guten Wirkungsgrad und einen möglichst niedri¬ gen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine gewählt. Grundsätzlich wird hierbei so vorgegangen, dass bei niedriger Last der Brennkraftmaschine (bei der der volumetrische Wir¬ kungsgrad gering und die Klopfgrenze vom optimalen Zündzeit¬ punkt weit entfernt ist) ein vergleichsweise hoher Wert für das Verdichtungsverhältnis gewählt wird, um den Gesamtwir¬ kungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern. Bei hoher Last dagegen (bei der der volumetrische Wirkungsgrad von Hau¬ se aus groß ist und die Klopfgrenze nahe am optimalen Zünd¬ zeitpunkt oder sogar dahinter liegt) wird ein vergleichsweise niedriger Wert des Verdichtungsverhältnisses gewählt, um die Brennkraftmaschine gegen Klopfen zu schützen.
Wie aus den vorstehenden Überlegungen deutlich wird, haben sowohl das Verdichtungsverhältnis wie auch der Zündzeitpunkt einen Einfluss auf den Wirkungsgrad wie auch das Klopfverhal¬ ten der Brennkraftmaschine. Wünschenswert wäre, die Brenn¬ kraftmaschine mit einem möglichst hohen Verdichtungsverhält¬ nis und einem optimalen Zündwinkel zu betreiben. Hierbei be- steht jedoch die Gefahr, dass es zu einem Klopfen der Brenn¬ kraftmaschine kommt, was den Wirkungsgrad der Verbrennung verringert und insbesondere die Brennkraftmaschine schädigen kann. Ein Kompromiss bei der Wahl des Verdichtungsverhältnis¬ ses und des Zündzeitpunktes ist daher unvermeidlich.
Bei der klassischen Klopfregelung erfolgt eine Klopfkorrektur mittels einer Zündwinkelkorrektur. Genauer gesagt, werden mit Hilfe von KlopfSensoren Klopferkennungssignale erzeugt, mit denen dann der Zündwinkel so verstellt wird, dass Klopfen ge- rade vermieden wird. Der Zündwinkel wird somit gewissermaßen an die Klopfgrenze verlegt (siehe z.B. US 4 884 206, US 6 317 681 B2, EP 1 092 087 Bl) . Wie bereits erwähnt, führt dies jedoch meist zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Gemischverbrennung und somit des erzielbaren Drehmomen- tes. Um dennoch das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, ist es daher manchmal erforderlich, die Menge des eingespritzten Kraftstoffes zu erhöhen, was sich ungünstig auf den Kraft¬ stoffverbrauch und die Schadstoffemissionen auswirkt. Außer¬ dem ist es manchmal bei starken Klopferscheinungen und somit sehr großen Zündwinkelverstellungen notwendig, das Kraft¬ stoffgemisch anzufetten, um zu hohe Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine bzw. Abgastemperaturen zu vermeiden. Die herkömmliche Klopfregelung ist daher zum Vermeiden von Klop- fen äußerst wirksam, hat jedoch einige Nachteile im Hinblick auf das Betriebsverhalten und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine.
Aus der DE 199 50 682 Al ist ein Verfahren zum Regeln des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem mittels eines Klopfsensors ein zu hohes Verdichtungs¬ verhältnis ermittelt wird, um daraufhin das Verdichtungsver¬ hältnis unter die Klopfgrenze zu verringern und anschließend wieder zu erhöhen.
Aus der DE 102 20 596 B3 ist ein Verfahren zum Regeln des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einer Klopferkennungsinformation in einer geschlossenen Regel¬ schleife so geregelt wird, dass Klopfen gerade vermieden wird.
Grundsätzlich ist anzustreben, dass die Brennkraftmaschine in jedem Betriebspunkt mit seinem bestmöglichen Zündwinkel
(Verbrennungswirkungsgrad und Betriebsverhalten) und seinem bestmöglichen Verdichtungsverhältnis (Betriebsverhalten bei Vermeidung von Klopfen) betrieben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren Verdichtungsverhältnissen anzugeben, das es in relativ einfa¬ cher Weise erlaubt, die Brennkraftmaschine in jedem Betriebs- punkt mit dem bestmöglichen Zündwinkel und dem bestmöglichen Verdichtungsverhältnis zu betreiben. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in An¬ spruch 1 definiert.
Bei einer Brennkraftmaschine mit einer elektronischen Mo- torsteuerung auf Drehmomentbasis sind die Wirkungsgrade der Betriebsparameter, insbesondere die des Zündwinkels, des Luftmassenstroms, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und ge¬ gebenenfalls eines Faktors für die Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder die üblichen Größen zum Bestimmen des aktu- eilen Drehmomentes der Brennkraftmaschine. Bei einer Brenn¬ kraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis lässt sich außerdem ein entsprechender Wirkungsgrad für das Ver¬ dichtungsverhältnis definieren, und zwar in Form des Verhält¬ nisses von dem aktuellen Drehmoment, das die Brennkraftma- schine bei dem aktuellen Verdichtungsverhältnis erzeugt, zu dem maximal erreichbaren Drehmoment, das sich ergibt, wenn sämtliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ihre best¬ möglichen Werte haben.
Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass sich mit Hilfe des Zündwinkel-Wirkungsgrades und des Verdichtungsverhältnis-Wirkungsgrades ein globaler Verbren¬ nungswirkungsgrad bestimmen lässt, mit dessen Hilfe dann das für einen bestimmten Betriebspunkt optimale Verdichtungsver- hältnis ausgewählt werden kann.
Genauer gesagt, wird bei dem Verfahren der Erfindung während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren Verdichtungsverhältnissen
ein aktueller globaler Verbrennungswirkungsgrad ηactuai für ein aktuelles Verdichtungsverhältnis σactuai und einen aktuellen Zündwinkel IGAactUai mit der folgenden Formel berechnet: 7JaCtUaI - 7I _£actual ' 7I _ I GAactual (D
worin η_ ε der vom Verdichtungsverhältnis ε abhängige Wir¬ kungsgrad und 77_IGA der vom Zündwinkel abhängige Wirkungs¬ grad ist,
alternative globale Verbrennungswirkungsgrade ηx für die an¬ deren möglichen Verdichtungsverhältnisse ε x bei optimalem Zündwinkel IGAbest x für das betreffende Verdichtungsverhältnis εx mit der folgenden Formel berechnet:
ηx = η_ εκ -^IGAbest x (2;
der aktuelle globale Verbrennungswirkungsgrad ηactuai mit den alternativen globalen Verbrennungswirkungsgraden ηx vergli¬ chen, um den größtmöglichen globalen Verbrennungswirkungsgrad zu bestimmen,
und dann der Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem Verdich¬ tungsverhältnis für den größtmöglichen Verbrennungswirkungs¬ grad fortgeführt.
Die verwendeten Größen r\_ε und η_IGA lassen sich im ein- fachsten Fall wie folgt bestimmen:
r]_ε = TQ(σ)/TQref η_IGA = TQ(IGA) /TQref
worin
TQ (ε ) = Drehmoment abhängig vom Verdichtungsver¬ hältnis ε TQ(IGA) = Drehmoment abhängig vom Zündwinkel IGA TQref = maximal erreichbares Drehmoment bei optimal eingestellten Betriebsparametern der Brenn¬ kraftmaschine.
Ergibt der obige Vergleich, dass das aktuelle Verdichtungs¬ verhältnis die besten Ergebnisse liefert, so wird der Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem bisherigen Verdichtungsver¬ hältnis weitergeführt. Ergibt der Vergleich dagegen, dass ei¬ nes der nicht eingestellten anderen Verdichtungsverhältnisse zu einem besseren Wirkungsgrad führt, so wird der Betrieb der Brennkraftmaschine auf dieses andere Verdichtungsverhältnis umgestellt, wobei je nach dem Ergebnis des Vergleiches das Verdichtungsverhältnis auf einen höheren oder auch auf einen niedrigeren Wert umgestellt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine einfache Möglich¬ keit,
- den Zeitpunkt zum Umschalten des Verdichtungsverhältnisses zu bestimmen,
- den bestmöglichen Zündwinkel unter den gegebenen Betriebs¬ bedingungen sicherzustellen,
- einen optimalen Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei optimaler Steuerung des Verdichtungsverhältnisses und Zündwinkels während der gesamten Betriebsdauer sicherzustel¬ len,
- einen weichen Übergang im Betriebsverhalten der Brennkraft¬ maschine beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses si¬ cherzustellen. Die Verwendung der obigen Formeln bei einer detaillierteren und verfeinerten Prozessanalyse kann dabei mithelfen, den korrekten Zeitpunkt zum Umschalten des Verdichtungsverhält¬ nisses wie auch den Zeitpunkt der Umschaltung des Zündwinkels zu steuern, um eine drehmomentneutrale Umschaltung der Brenn¬ kraftmaschine sicherzustellen.
Eine einfache Verbesserung des oben definierten Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass die Formeln (1) und (2) wie folgt modifiziert werden:
Hactual = r|_ E actual ' Η _IGAactUal - 77 _Pactual ( 1 ' )
Figure imgf000010_0001
worin η_P der Wirkungsgrad eines weiteren Betriebsparameters oder das Produkt aus den Wirkungsgraden weiterer Betriebspa¬ rameter der Brennkraftmaschine ist.
Als Wirkungsgrad eines weiteren Betriebsparameters kommt ins- besondere der λ-Wirkungsgrad in Frage, so dass bei der Be¬ rechnung des globalen Verbrennungswirkungsgrades eine mögli¬ cherweise vorgesehene Anreicherung des
Luft/Kraftstoffgemisches berücksichtigt wird. Auch kann ein Wirkungsgrad für eine eventuelle Abschaltung eines oder meh- rerer Zylinder berücksichtigt werden.
Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 2 ein Kennfeld des maximal erreichbaren Drehmomentes TQref;
Figur 3 den Zusammenhang zwischen dem Zündwinkel- Wirkungsgrad und dem Zündwinkel .
Ausgegangen wird von einer fremdgezündeten Brennkraftmaschi¬ ne, mit einer Motorsteuerung auf Drehmomentbasis. Da derarti¬ ge Motorsteuerungen (EMS = Engine Management System) heute gängiger Stand der Technik ist, wird hierauf nicht weiter eingegangen. Die Brennkraftmaschine ist ferner mit einer Ein¬ richtung zum diskreten Verstellen des Verdichtungsverhältnis¬ ses versehen. Beispielsweise kann diese Einrichtung drei oder vier verschiedene Verdichtungsverhältnisse einstellen.
Es sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine mit einem ein¬ gestellten aktuellen Verdichtungsverhältnis ε actuai und einem aktuellen Zündwinkel η_IGAactUai in Betrieb ist (Block 1 in Fig. 1) . Mit dem nun zu beschreibenden Verfahren wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine geprüft, ob ein anderes in der Brennkraftmaschine einstellbares Verdichtungsverhält¬ nis ε x zu einem besseren Verbrennungswirkungsgrad führt.
Zu diesem Zweck wird nach dem Beginn des Verfahrens (Block 2) der aktuelle globale Verbrennungswirkungsgrad η actuai mit Hil¬ fe der oben angegebenen Formel (1) bestimmt (Block 3) . Bei einer Motorsteuerung auf Drehmomentbasis stehen die hierfür erforderlichen Wirkungsgrade τ\_ε und η_IGA ohne weiteres zur Verfügung.
Der Wirkungsgrad τ\_ε ist definiert durch
η ε = TQU)/TQref Hierbei lässt sich TQ(^) bestimmen aus:
TQ(ε) = η_IGA -η_X -T7-SCC -TQref
Hierin bedeuten η_IGA den Zündwinkel, η_λ den λ-Wirkungsgrad und η_SCC einen Faktor (zwischen 0 und 1), der die Abschal¬ tung eines oder mehrerer der Zylinder berücksichtigt.
TQref ist das größtmögliche Drehmoment, das bei optimaler Ein¬ stellung sämtlicher Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Es ist üblicherweise in einem Kennfeld abgelegt, das über der Drehzahl N und der Last L aufgetragen ist; ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 2.
Der Zündwinkel-Wirkungsgrad η_IGA ist im einfachsten Fall be¬ stimmt durch
η_IGA = TQ(IGA)/TQref
wobei es jedoch auch komplexere Möglichkeiten zum Bestimmen von η_IGA gibt.
Der Wirkungsgrad η_IGA ist üblicherweise in einem Kennfeld abgelegt, das ebenfalls über der Drehzahl N und der Last L aufgespannt ist. Ein Beispiel für den Zusammenhang zwischen dem Zündwinkel-Wirkungsgrad η_IGA und dem Zündwinkel IGA ist in Fig. 3 dargestellt.
In einem nächsten Schritt (Block 4) wird der globale Verbren¬ nungswirkungsgrad ηx für die anderen einstellbaren Verdich¬ tungsverhältnisse mit der oben angegebenen Formel (2) ermit¬ telt. Zu beachten ist, dass die Formel (2) jeweils den Zünd- winkel-Wirkungsgrad η_IGAbest x für den bestmöglichen Zündwin¬ kel bei dem jeweiligen Verdichtungsverhältnis verwendet. Der aktuelle Zündwinkel IGAactUai/ der bei der Bestimmung des Zünd¬ winkel-Wirkungsgrades in der Formel (1) verwendet wird, ist möglicherweise nicht identisch mit dem bestmöglichen Zündwin¬ kel für das aktuelle Verdichtungsverhältnis; beispielsweise kann der aktuelle Zündzeitpunkt gegenüber dem bestmöglichen Zündzeitpunkt zurückversetzt sein, um Klopfen der Brennkraft¬ maschine zu vermeiden.
Der aktuelle globale Verbrennungswirkungsgrad ηactuai wird nun mit jedem der globalen Verbrennungswirkungsgrade ηx für die anderen möglichen Verdichtungsverhältnisse verglichen (Block 5) . Dieser Vorgang wird in einer Iterationsschleife durchge- führt, wie in dem Flussdiagramm der Fig. 1 schematisch ange¬ deutet ist.
Wenn bei diesem Vorgang festgestellt wird, dass der aktuelle globale Verbrennungswirkungsgrad ηactuai der bestmögliche Wir- kungsgrad ist, wird die Brennkraftmaschine mit dem aktuellen Verdichtungsverhältnis £actuai und dem aktuellen Zündwinkel IGAactuai weiter betrieben. Stellt sich jedoch bei dem Ver¬ gleich heraus, dass ein ηx für ein anderes Verdichtungsver¬ hältnis zu einem höheren globalen Verbrennungswirkungsgrad führt, so wird auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem Verdichtungsverhältnis £x und Zündwinkel IGAx für diesen optimalen Verbrennungswirkungsgrad umgeschaltet (Block 6) . Die Brennkraftmaschine läuft dann mit dem neu eingestellten Verdichtungsverhältnis und Zündwinkel (Block 7) .
Das Verfahren zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses kann dann wieder erneut beginnen (Block 2) . Wie bereits eingangs erläutert, kann das beschriebene Verfah¬ ren in der Weise verfeinert werden, dass bei der Berechnung des globalen Verbrennungswirkungsgrades (Blöcke 3 und 4) Wir¬ kungsgrade weiterer Betriebsparameter berücksichtigt werden. In Frage kommt in erster Linie der λ-Wirkungsgrad η_λ, durch den eine möglicherweise vorgesehene Anreicherung des Luft- kraftstoffgemischs berücksichtigt wird.
Das beschriebene Verfahren bietet eine einfache und effizien- te Möglichkeit zum Steuern der Betriebsparameter sowie der
Umschaltzeit und -richtung des Verdichtungsverhältnisses ei¬ ner Brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren Verdich¬ tungsverhältnissen. Die Brennkraftmaschine kann daher jeder¬ zeit mit dem bestmöglichen globalen Verbrennungswirkungsgrad durch Einstellen des Verdichtungsverhältnisses bei Berück¬ sichtigung des Einflusses der anderen relevanten Verbren¬ nungsparameter betrieben werden, was entsprechend positive Auswirkungen auf die Verbrennung, das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine wie auch auf den Kraftstoffverbrauch hat.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit diskret einstellbaren Verdichtungsverhältnissen, die eine Motorsteuerung auf Dreh¬ momentbasis umfasst, bei welchem Verfahren während des Be¬ triebs der Brennkraftmaschine
ein aktueller globaler Verbrennungswirkungsgrad ηactuai für ein aktuelles Verdichtungsverhältnis ε actuai und einen aktuellen Zündwinkel IGAactual mit der folgenden Formel berechnet wird:
*1 actuai = η _εactuar η _ IGAactUal ( D
worin η_ ε der vom Verdichtungsverhältnis ε abhängige Wir¬ kungsgrad und 7_IGA der vom Zündwinkel abhängige Wirkungs¬ grad ist,
alternative globale Verbrennungswirkungsgrade ηx für die an- deren möglichen Verdichtungsverhältnisse εx bei optimalem
Zündwinkel IGAbest x für das betreffende Verdichtungsverhältnis εx mit der folgenden Formel berechnet wird:
ηx = η_ εx -η_IGΑbest x (2)
der aktuelle globale Verbrennungswirkungsgrad ηactuai mit den alternativen globalen Verbrennungswirkungsgraden ηx vergli¬ chen wird, um den größtmöglichen globalen Verbrennungswir¬ kungsgrad zu bestimmen,
und dann der Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem Verdich¬ tungsverhältnis für den größtmöglichen Verbrennungswirkungs¬ grad fortgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Verdichtungsverhältnis abhängige Wirkungsgrad τ\_ε und der vom Zündwinkel abhängige Wirkungsgrad η_IGA wie folgt bestimmen werden:
τ\_ε = ΥQ(ε) /TQref η_IGA = TQ(IGA)/TQref,
worin
TQ (ε ) = Drehmoment abhängig vom Verdichtungsver¬ hältnis ε
TQ(IGA) = Drehmoment abhängig vom Zündwinkel IGA TQref = maximal erreichbares Drehmoment bei optimal eingestellten Betriebsparametern der Brenn¬ kraftmaschine.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Zündwinkel IGA abhängige Wirkungsgrad η_IGA ei¬ nem über Drehzahl und Last aufgespannten Kennfeld entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal erreichbare Drehmoment TQref einem über Dreh¬ zahl und Last aufgespannten Kennfeld entnommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das vom Verdichtungsverhältnis ε abhängi- ge Drehmoment TQ(^) wie folgt ermittelt wird:
TQU) = η_IGA -η_X -^_SCC -TQref (3) worin η_λ der einem Kennfeld entnommene Wirkungsgrad für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ bei einer Gemischanfettung und η_SCC ein Maß für eine Verringerung des Drehmomentes bei Ab¬ schaltung einer oder mehrerer Zylinder ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeln (1) und (2) wie folgt modi¬ fiziert werden:
Hactual = r|_ E actual ' Η _IGAactUal - 77 _Pactual ( 1 ' ) ηx = η_ εx -η_IGΑbest x -η_Px (2')
worin η_P der Wirkungsgrad eines weiteren Betriebsparameters oder das Produkt aus den Wirkungsgraden weiterer Betriebspa- rameter der Brennkraftmaschine ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass η_P den vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ abhängigen Wirkungs¬ grad η_λ bei einer Gemischanfettung umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkungsgrad η_P den Wirkungsgrad η_SCC umfasst, der ein Maß für die Drehmomentverringerung aufgrund der Abschal¬ tung eines oder mehrerer Zylinder ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011017183A1 (de) 2011-04-15 2012-10-18 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4860711A (en) * 1987-10-09 1989-08-29 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Engine with variable compression ratio
US4884206A (en) 1984-12-21 1989-11-28 Bendix Electronics S.A. Process and processing circuit for the analog output signal of a sensor
US6317681B2 (en) 1998-07-02 2001-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring the operation of sensors in an internal combustion engine, and electronic controller operating in accordance with the method
DE10042381A1 (de) * 2000-08-29 2002-03-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses an einer Verbrennungskraftmaschine
DE10238060A1 (de) * 2001-09-04 2003-04-03 Ford Global Tech Inc Verfahren und System zum Betrieb eines Innenbrennkraftmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der Betriebsarten mit variablem Kompressionsverhältnis hat
DE10220596B3 (de) * 2002-05-08 2004-01-22 Siemens Ag Verfahren zum Regeln des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine
JP2004044433A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両の制御装置及び方法、並びにハイブリッド車両

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812485B4 (de) * 1998-03-21 2007-11-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884206A (en) 1984-12-21 1989-11-28 Bendix Electronics S.A. Process and processing circuit for the analog output signal of a sensor
US4860711A (en) * 1987-10-09 1989-08-29 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Engine with variable compression ratio
US6317681B2 (en) 1998-07-02 2001-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring the operation of sensors in an internal combustion engine, and electronic controller operating in accordance with the method
EP1092087B1 (de) 1998-07-02 2002-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum überwachen der funktion von sensoren in einer brennkraftmaschine und nach diesem verfahren arbeitendes elektronisches steuergerät
DE10042381A1 (de) * 2000-08-29 2002-03-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses an einer Verbrennungskraftmaschine
DE10238060A1 (de) * 2001-09-04 2003-04-03 Ford Global Tech Inc Verfahren und System zum Betrieb eines Innenbrennkraftmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der Betriebsarten mit variablem Kompressionsverhältnis hat
DE10220596B3 (de) * 2002-05-08 2004-01-22 Siemens Ag Verfahren zum Regeln des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine
JP2004044433A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両の制御装置及び方法、並びにハイブリッド車両

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 12 5 December 2003 (2003-12-05) *

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