Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die durch die Spätverstellung des Zündwinkels aufgrund des Klopfens verursachte Reduzierung des Drehmoments verringert werden kann. Somit ist es möglich, den Zündwinkel wieder nach Früh

zu verschieben und somit ein größeres Drehmoment zu erzeugen und dadurch die Leistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen.

Es lässt sich demnach ein besserer Wirkungsgrad erzielen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung möglich. Eine besonders einfache Maßnahme bei einer benzindirekteinspritzenden Brennkraftmaschine, den Zündwinkel nach früh zu ziehen, ist die Durchführung eines Doppeleinspritzens in einem Arbeitsspiel eines Zylinders.

Dabei wird durch eine erste Einspritzung zuerst ein mageres Grundgemisch im jeweiligen Zylinder gebildet, in das dann ein zweites Mal eingespritzt wird. Durch das magere Grundgemisch, das in Randzonen des Gemischs auch nach der zweiten Einspritzung noch vorhanden ist, wird die Klopfneigung verringert. Desweiteren wird durch den durch die zweite Einspritzung dem Brennraum zugeführten Kraftstoff das Kraftstoff-/Luftgemisch gekühlt, was zu einer weiteren Reduzierung der Klopfneigung führt. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, bei der Verwendung einer Doppeleinspritzung die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs gegenüber einer einfachen Einspritzung nicht zu verändern, so dass bezogen auf die erreichbare Leistung weniger Kraftstoff verbraucht wird. Ebenfalls einfach realisieren läßt sich als zusätzliche Maßnahme die Veränderung der Rate des zurückgeführten Abgases, wenn in der Brennkraftmaschine eine Abgasrückführung zum Einsatz kommt. Dabei wird bei einer höheren Rate der Abgasrückführung ebenfalls die Klopfneigung durch eine Verringerung des Sauerstoffgehalts im Kraftstoff- /Luftgemisch reduziert.

Weiterhin vorteilhaft ist, als repräsentativen Verstellwinkel den Mittelwert aller zylinderindividuellen Spätverstellwinkel der Zylinder heranzuziehen, da so eine

fehlerbedingte Umschaltung verhindert wird. Es ist andererseits jedoch auch vorteilhaft, als Verstellwinkel den zylinderindividuellen Spätverstellwinkel heranzuziehen und entsprechend die Aktivierung der Betriebsart Klopfschutz zylinderindividuell durchzuführen, da so sehr genau auf die zylinderindividuellen Eigenschaften reagiert werden kann.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die Betriebsart Klopfschutz mit Doppeleinspritzung nur oberhalb einer vorgebbaren ersten Lastschwelle durchzuführen, da nur in einem bestimmten Lastbereich die Anwendung der Betriebsart Klopfschutz mit Doppeleinspritzung sinnvoll ist. Bei einer Zurückschaltung in eine andere Betriebsart, bei Unterschreiten eines bestimmten Lastschwellwerts ist es sinnvoll, diesen zweiten Lastschwellwert so zu wählen, dass er unterhalb des ersten Lastschwellwerts liegt, da so ein instabiler Zustand und ein dauerndes Hin-und Herschalten zwischen zwei Betriebsarten verhindert wird. Da sowohl der erste Lastschwellwert als auch der zweite Lastschwellwert abhängig von der Drehzahl unterschiedlich sein kann, ist es sinnvoll, diese Drehzahlabhängigkeit zu berücksichtigen.

Für die Betriebsart Klopfschutz mit Abgasrückführung als zusätzliche, die Klopfneigung reduzierende Maßnahme ist es sinnvoll, diese nur unterhalb eines vorgebbaren, dritten Lastschwellwert zu ergreifen, da für höhere Lasten die Maßnahme Abgasrückführung keinen Momentengewinn bringt.

Analog zur Betriebsart Klopfschutz mit Doppeleinspritzung sollen instabile Zustände zwischen zwei Betriebsarten vermieden werden, so dass vorteilhafterweise der vierte Lastschwellwert, bei dem eine Rückschaltung von der Betriebsart Klopfschutz mit Abgasrückführung in eine andere Betriebsart erfolgen soll, oberhalb des dritten Lastschwellwerts liegen sollte. Da sowohl der dritte Lastschwellwert als auch der vierte Lastschwellwert abhängig

von der Drehzahl unterschiedlich sein kann, ist es sinnvoll, diese Drehzahlabhängigkeit analog zur Betriebsart Klopfschutz mit Doppeleinspritzung zu berücksichtigen.

Es ist weiterhin vorteilhaft, bei der Aktivierung der Betriebsart Klopfschutz dem Grundzündwinkel auch ein anderes, für diese Betriebsart spezifisches last-und/oder drehzahlabhängiges Kennfeld zugrunde zu legen, da die Verhältnisse im Brennraum und somit die Entzündbarkeit des Kraftstoff-/Luftgemischs durch die Zusatzmaßnahme stark geändert wurden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Klopfen, d. h. ein anormaler Verbrennungsvorgang im Brennraum einer Brennkraftmaschine, begrenzt die Leistung und den Wirkungsgrad und führt durch die hohen Flammgeschwindigkeiten zu Schädigungen des Brennraums. Um dies zu verhindern, werden in modernen Brennkraftmaschinen Systeme zur Klopferkennung und Klopfregelung integriert.

Derartige Systeme sind aus der Literatur hinreichend bekannt, ihre Funktionsweise soll deshalb im Folgenden lediglich kurz zusammengefasst werden.

Mittels der zur Klopferkennung gehörenden Klopfsensoren werden Signale aus dem Brennraum erfasst, die an eine ebenfalls zur Klopferkennung gehörende Auswerteeinheit weitergegeben werden. Derartige Signale können beispielsweise akustische Signale, elektromagnetische Signale, elektrische Signale, Drucksignale oder Temperatursignale sein, die innerhalb oder außerhalb des Brennraums durch die Klopfsensoren aufgenommen werden. Die Auswerteeinheit nimmt eine Verstärkung der Signale vor und integriert die Signale in geeigneter Weise, so dass in einem in der Brennkraftmaschine enthaltenen Mikroprozessor nach

einer Analog-/Digitalwandlung der Signale der integrierte Wert mit einem Schwellwert verglichen werden kann, wobei bei Überschreitung des Schwellwerts ein Klopfen erkannt wird. In der Auswerteeinheit kann weiterhin zur Unterdrückung von Störsignalen beispielsweise eine Auswahl eines bestimmten Frequenzbandes bzw. eine Auswahl bezüglich eines bestimmten Zeitfensters erfolgen, wobei das Frequenzband bzw. das Zeitfenster charakteristisch für das Auftreten von Klopfsignalen ist.

Wurde ein Klopfen erkannt, dann wird von dem in der Brennkraftmaschine integrierten Mikroprozessor die Klopfregelung dahingehend vorgenommen, dass zu einem Grundzündwinkel ein Verstellwinkel addiert wird, wobei die Summe den Basiszündwinkel bildet. Von der Momentenstruktur wird aufgrund der Momentenanforderungen ein momentenbasierter Zündwinkel berechnet, der den frühest möglichen Zündwinkel darstellt. Der Basis zündwinkel und der momentenbasierte Zündwinkel werden in dem Verfahren zur Berechnung des Zündwinkels anschließend miteinander verglichen, wobei als zu realisierender Zündwinkel der spätere der beiden Zündwinkel, d. h. der näher am Oberen Totpunkt liegende Zündwinkel, dient. Bei einer starken Klopfneigung des Kraftstoff-/Luftgemischs im Brennraum wird der Verstellwinkel große Werte annehmen, wobei der Verstellwinkel im Rahmen dieser Anmeldung als positiver Wert definiert wird, so dass der Zündwinkel stark nach spät verschoben wird, d. h. dass zu einem Zeitpunkt näher am oberen Totpunkt gezündet wird. Der Grundzündwinkel wird dabei aus einem last-und/oder drehzahlabhängigen Kennfeld gelesen, das Zündwinkel bei Normbedingungen enthält und im Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gespeichert ist. Es enthält Werte für den Grundzündwinkel, die bestimmten Bereichen der Drehzahl und/oder der Last zugeordnet sind.

Die Drehzahl wird dabei von Sensoren ermittelt, die

vorzugsweise an der Kurbelwelle angebracht sind. Die Last, d. h. die relative Luftfüllung des jeweiligen Zylinders, wird durch den Mikroprozessor aufgrund verschiedener Betriebsparameter wie Drehzahl, Momentenanforderung sowie aufgrund der Messwerte des Heißfilm-Luftmassenmessers (HFM) und des Saugrohrdrucksensors, der Rate des rückgeführten Abgases oder der Stellung der Drosselklappe mit Hilfe von Modellen ermittelt und für die Ermittlung des Grundzündwinkels bereitgestellt. Die relative Luftfüllung ist definiert als das Verhältnis aus der aktuellen Luftfüllung und der Luftfüllung unter Normbedingungen für den jeweiligen Zylinder. Die Verstellung des Zündwinkels durch die Klopfregelung erfolgt solange, bis kein Klopfen mehr auftritt. Die Verstellung des Zündwinkels in den einzelnen Schritten addiert sich zu einem Verstellwinkel, der die Gesamtverstellung des Zündwinkels bezogen auf den Grundzündwinkel angibt. Tritt über einen bestimmten Zeitraum kein Klopfen mehr auf, dann wird durch die Klopfregelung der Zündwinkel wieder nach früh verstellt, d. h. der Zündwinkel befindet sich bei Kurbelwellenwinkeln, die weiter vor dem oberen Totpunkt liegen. Entsprechend verkleinert sich aufgrund der Frühverstellung des Zündwinkels der Verstellwinkel. Nachteilig bei dem herkömmlichen Verfahren der Klopfregelung ist, dass bei sehr großer Spätverstellung des Zündwinkels das erreichbare Drehmoment und damit der Wirkungsgrad stark verringert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zeichnet sich demgegenüber durch eine neue Betriebsart aus, die sowohl bei einer benzindirekteinspritzenden Brennkraftmaschine als auch bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung ausgeführt werden kann. Das Verfahren wird durch einen in der Brennkraftmaschine befindlichen Mikroprozessor durchgeführt.

Ist der Verstellwinkel der Klopfregelung größer als ein

bestimmter, vorgebbarer Schwellwert, dann wird durch den Mikroprozessor eine Betriebsart Klopfschutz aktiviert, die beinhaltet, dass eine die Klopfneigung reduzierende Maßnahme durchgeführt wird und entsprechend der Verstellwinkel so verändert wird, dass der Basiszündwinkel nach Früh gezogen wird. Dadurch kann ein Momentengewinn und somit eine Erhöhung des Wirkungsgrads erreicht werden.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als die die Klopfneigung reduzierende Maßnahme in einer benzindirekteinspritzenden Brennkraftmaschine in einem Arbeitszyklus eines Zylinders zwei Einspritzvorgänge durchgeführt. Die Durchführung von zwei Einspritzvorgängen in einem Arbeitszyklus wird auch als Doppeleinspritzung bezeichnet. Ein Arbeitszyklus umfasst dabei den Zyklus der 4 Takte eines Motors mit Viertaktverfahren : den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt bzw. die 2 Takte eines Motors mit Zweitaktverfahren : den Spül-und Verdichtungstakt sowie den Arbeitstakt. Die Änderung des Verstellwinkels wird in diesem Ausführungsbeispiel derart vorgenommen, dass der Verstellwinkel verkleinert wird, was bedeutet, dass der Basiszündwinkel nach früh verstellt wird. Das zweimalige Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum in einem Arbeitsspiel wird dabei derart durchgeführt, dass während des Ansaugtakts bzw. des Spül-und Verdichtungstakts durch eine erste Einspritzung ein homogenes, mageres Grundgemisch erzeugt wird. In dieses homogene Grundgemisch wird kurz vor der Zündung, d. h. im Kompressionstakt bzw. ebenfalls im Spül-und Verdichtungstakt, durch eine zweite Einspritzung eine fette Wolke um die Zündkerze herum platziert. Diese Schichtung gewährleistet eine sichere Entflammung des Kraftstoff-/Luftgemischs im Brennraum, während gleichzeitig durch die mageren Randzonen die Klopfneigung reduziert wird.

Eine Reduzierung der Klopfneigung. wird auch dadurch

erreicht, dass durch die zweite Einspritzung von Kraftstoff der Brennraum gekühlt wird. Dabei wird die Kraftstoffmenge insgesamt nicht gegenüber einer einfachen Einspritzung erhöht, sondern es wird die Kraftstoffmenge auf beide Einspritzvorgänge aufgeteilt. Aufgrund des höheren erreichbaren Drehmoments durch den früheren Zündwinkel kann somit bei gleichem Kraftstoffverbrauch ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden, wodurch bezogen auf die Leistung der Verbrauch der Brennkraftmaschine reduziert wird.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die die Klopfneigung verringernde Maßnahme eine Erhöhung der Rate des rückgeführten Abgases, wenn eine Abgasrückführung in das System der Brennkraftmaschine integriert ist. Diese Maßnahme kann sowohl in einer benzindirekteinspritzenden Brennkraftmaschine als auch in einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung durchgeführt werden. Eine Abgasrückführung schließt dabei sowohl eine interne als auch eine externe Abgasrückführung ein, wobei als interne Abgasrückführung der Vorgang bezeichnet wird, bei dem im Zylinder das Abgas nicht vollständig ausgestoßen wird, sondern Abgas im Zylinder verbleibt, das im nächsten Arbeitszyklus wieder Bestandteil des Kraftstoff- /Luftgemischs im Zylinder ist. Die externe Abgasrückführung umfasst die Rückführung von Abgas aus dem Abgastrakt in das Saugrohr der Brennkraftmaschine. Die Rate des extern rückgeführten Abgases wird dabei über das Abgasrückführventil beeinflusst, welches wiederum durch den Mikroprozessor gesteuert wird. Die Rate des intern rückgeführten Abgases kann durch die Nockenwellenstellung beeinflusst werden. Bei einer Erhöhung der Rate des rückgeführten Abgases wird der Sauerstoffgehalt des im Zylinder befindlichen Kraftstoff-/Luftgemischs verringert,

so dass die Entstehung anormaler Verbrennungsvorgänge im Brennraum erschwert wird.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Grundzündwinkel einem anderen, für die Betriebsart Klopfschutz spezifischen Kennfeld, das ebenfalls im Mikroprozessor gespeichert ist, entnommen. Dabei ist das spezifische Kennfeld je nach ergriffener, die Klopfneigung reduzierender Maßnahme, unterschiedlich. Mit dem veränderten Kennfeld für die Betriebsart Klopfschutz wird den veränderten Bedingungen für die Entzündung des Kraftstoff- /Luftgemischs im Brennraum durch die Doppeleinspritzung oder durch die veränderte Rate des rückgeführten Abgases Rechnung getragen. Während der Betriebsart Klopfschutz wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weiterhin die Klopfregelung und die Klopferkennung durchgeführt. Das bedeutet, dass der durch den Übergang in die Betriebsart Klopfschutz veränderte Verstellwinkel weiterhin entsprechend dem Auftreten von Klopfereignissen angepasst wird. Dabei wird in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel beim Übergang in die Betriebsart Klopfschutz die sogenannte schnelle Frühverstellung für den Zündwinkel aktiviert, bei der der Verstellwinkel entweder mit größerer Schrittweite oder mit einer höheren Frequenz gegenüber der sonst durchgeführten Frühverstellung verkleinert wird. Der Verstellwinkel wird dabei solange verkleinert, bis ein Klopfen erkannt wird, was wiederum zu einer Spätverstellung des Zündwinkels führt.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Betriebsart Klopfschutz mit Doppeleinspritzung erst dann aktiviert, wenn der jeweils aktuelle Lastwert einen bestimmten, vorgebbaren ersten Lastschwellwert überschritten hat. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei dieser erste Lastschwellwert zusätzlich abhängig von der Drehzahl, wobei der erste Lastschwellwert aus einer

Kennlinie, die in dem Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gespeichert ist, gelesen wird. In der Kennlinie des ersten Lastschwellwerts sind dabei Werte für den ersten Lastschwellwert einzelnen Bereichen der Drehzahl zugeordnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft das Verlassen der Betriebsart Klopfschutz mit Doppel- einspritzung. Wird ein zweiter Lastschwellwert unterschritten, dann nimmt der Mikroprozessor der Brennkraftmaschine eine Umschaltung in eine andere Betriebsart vor. Derartige Betriebsarten können beispielsweise die Betriebsarten Homogen, Homogen-Mager oder Schichtbetrieb sein. Diese Betriebsarten sind für die benzindirekteinspritzende Brennkraftmaschine hinreichend bekannt und sollen deswegen nicht nochmals beschrieben werden. Verschiedene Betriebsarten unterscheiden sich durch eine grundsätzlich andere Gestaltung wichtiger Betriebsgrößen und zugrunde liegender Modellvorstellungen.

Wichtige Betriebsgrößen sind hierbei die Anzahl der Einspritzvorgänge in einem Arbeitszyklus, der Einspritzwinkel, die Einspritzdauer, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und damit das Luftverhältnis sowie der Zündwinkel. Als zugrunde liegende Modellvorstellungen wird beispielsweise das Momentenmodell betrachtet. Zu beachten ist für dieses Ausführungsbeispiel, dass der zweite Lastschwellwert unterhalb des ersten Lastschwellwerts liegt, so dass bezüglich des Lastschwellwerts für die Betriebsart Klopfschutz eine Hysterese durchfahren wird. Dadurch wird verhindert, dass die Brennkraftmaschine eine instabilen Zustand zwischen der Betriebsart Klopfschutz und einer anderen Betriebsart erreicht und ein dauerndes Hin-und Herschalten zwischen beiden Betriebsarten erfolgt. Der zweite Lastschwellwert kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel derart ermittelt werden, dass eine bestimmte Lastschwellwertdifferenz von dem ersten Lastschwellwert

subtrahiert wird. Vorzugsweise kann diese Lastschwellwertdifferenz drehzahlabhängig in dem Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gespeichert sein. In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der zweite Lastschwellwert direkt aus einer Kennlinie, die drehzahlabhängig ist, analog zum ersten Schwellwert im Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gelesen werden. Die Werte des zweiten Lastschwellwerts sind dabei in der Kennlinie derart abzulegen, dass sie kleiner als die Werte des ersten Lastschwellwerts sind.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Betriebsart Klopfschutz mit Abgasrückführung erst dann aktiviert, wenn der jeweils aktuelle Lastwert einen bestimmten, vorgebbaren dritten Lastschwellwert unterschritten hat, da die Maßnahme Abgasrückführung in niedrigen Lastbereichen hauptsächlich eingesetzt wird. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei dieser dritte Lastschwellwert zusätzlich abhängig von der Drehzahl, wobei der dritte Lastschwellwert aus einer Kennlinie, die in dem Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gespeichert ist, gelesen wird. In der Kennlinie des dritten Lastschwellwerts sind dabei Werte für den dritten Lastschwellwert einzelnen Bereichen der Drehzahl zugeordnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft das Verlassen der Betriebsart Klopfschutz mit Abgasrückführung.

Wird ein vierter Lastschwellwert überschritten, dann nimmt der Mikroprozessor der Brennkraftmaschine eine Umschaltung in eine andere Betriebsart vor. Derartige Betriebsarten können beispielsweise bei benzindirekteinspritzenden Brennkraftmaschinen die bereits erwähnten Betriebsarten Homogen, Homogen-Mager oder Schichtbetrieb sein sowie bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung der Betrieb ohne Klopfschutz. Zu beachten ist für dieses Ausführungsbeispiel, dass der vierte Lastschwellwert

oberhalb des dritten Lastschwellwerts liegt, so dass bezüglich des Lastschwellwerts für die Betriebsart Klopfschutz eine Hysterese durchfahren wird. Dadurch wird verhindert, dass die Brennkraftmaschine eine instabilen Zustand zwischen der Betriebsart Klopfschutz und einer anderen Betriebsart erreicht und ein dauerndes Hin-und Herschalten zwischen beiden Betriebsarten erfolgt. Der vierte Lastschwellwert kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel derart ermittelt werden, dass eine bestimmte Lastschwellwertdifferenz von dem dritten Lastschwellwert subtrahiert wird. Vorzugsweise kann diese Lastschwellwertdifferenz drehzahlabhängig in dem Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gespeichert sein. In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der vierte Lastschwellwert direkt aus einer Kennlinie, die drehzahlabhängig ist, analog zum dritten Schwellwert im Mikroprozessor der Brennkraftmaschine gelesen werden. Die Werte des vierten Lastschwellwerts sind dabei in der Kennlinie derart abzulegen, dass sie größer als die Werte des dritten Lastschwellwerts sind.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Umschaltung in die Betriebsart Klopfschutz sowohl zylinderindividuell als auch für alle Zylinder der Brennkraftmaschine gleichzeitig erfolgen. Bei einer zylinderindividuellen Umschaltung in die Betriebsart Klopfschutz wird als Verstellwinkel der Verstellwinkel des jeweiligen Zylinders herangezogen. Wird eine Umschaltung in die Betriebsart Klopfschutz für alle Zylinder gleichzeitig vorgenommen, so ist es vorteilhaft, als Verstellwinkel für den Zündwinkel den Mittelwert der zylinderindividuellen Verstellwinkel für den Zündwinkel heranzuziehen. Vorzugsweise wird hierbei der arithmetische Mittelwert der zylinderindividuellen Verstellwinkel berechnet. Diese Berechnung wird wiederum

durch den Mikroprozessor der Brennkraftmaschine durchgeführt.

Durch die Bereitstellung der Betriebsart Klopfschutz kann aufgrund einer Frühverstellung des Zündwinkels ein Momentengewinn und damit eine Wirkungsgraderhöhung erreicht werden. Die Betriebsart lässt sich für benzindirekteinspritzende Brennkraftmaschinen leicht realisieren, da lediglich der Verstellwinkel geändert werden muss und eine die Klopfneigung des Kraftstoff-/Luftgemischs reduzierende, zusätzliche Maßnahme angewendet werden muss.