Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Klopferkennung in einer Verbrennungskraftmaschine, ein entsprechend eingerichtetes Steuergerät und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.

Verbrennungskraftmaschinen sind zwar bereits seit langer Zeit bekannt, es besteht aber nach wie vor Interesse und Bedarf an Weiterentwicklungen, beispielsweise hinsichtlich der Effizienz und der Zuverlässigkeit. Ein bekanntes Problem liegt in dem sogenannten Klopfen, das unter bestimmten Bedingungen durch eine unregelmäßige oder unkontrollierte Verbrennung mit einem zusätzlichen Zündkern innerhalb eines Zylindervolumens bei entsprechend hohen Drücken und Temperaturen auftreten kann. Derartiges Klopfen kann zu Klopfschäden führen, die von Beschädigungen eines Kolbens bis hin zu kapitalen Motorschäden, also zum Ausfall der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine reichen können. Es gibt daher bereits Ansätze für eine automatische Klopferkennung mittels entsprechender Klopfsensoren, die beispielsweise durch das Klopfen verursachte akustische Signale erfassen können. Wird ein Klopfen detektiert, kann daraufhin beispielsweise ein Zündwinkel oder Zündzeitpunkt angepasst werden, um weiteres Klopfen zu vermeiden. Problematisch kann dabei jedoch sein, dass ein Klopfsensor nicht nur durch ein tatsächliches Klopfen verursachte Signale, sondern auch eine Vielzahl von Fremd- oder Steuersignalen aus anderen Quellen erfassen kann und dadurch eine zuverlässige Erkennung des Klopfens erschwert wird. Ein Verfahren zur Klopfregelung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder ist beispielsweise in der AT 517 396 B1 beschrieben. Dem wenigstens einen Zylinder ist dabei ein Einlassventil zugeordnet, wobei bei Auftreten von Klopfen in wenigstens einem Zylinder durch Aktuieren des zu dem als klopfend erkannten Zylinder gehörigen Einlassventils solchermaßen, dass die Temperatur der Ladung dieses Zylinders gesenkt wird, das Klopfen in diesem Zylinder reduziert wird. Bei diesem Aktuieren des zu dem als klopfend erkannten Zylinder zugehörigen Einlassventils wird eine zylinderindividuelle und/oder eine globale Maßnahme für eine Leistungskompensation der Verbrennungskraftmaschine getroffen. Dabei kann beispielsweise das jeweilige Einlassventil über einen variablen Ventiltrieb im Einlasstakt früher geschlossen werden. Ebenso kann die Temperatur der Zylinderladung dadurch zum Vermeiden des Klopfens gesenkt werden, dass dem betreffenden Zylinder eine vergrößerte Menge an gekühltem Abgas zugeführt wird. Damit soll insbesondere ein Wirkungsgradverlust im Rahmen der Klopfregelung vermieden werden.

In der DE 11 2015 0 02437 T5 ist eine Ventilfehlerdetektion thematisiert. Dazu ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Motor, der mehrere Zylinder aufweist, in einem Zylinderabschaltmodus betrieben wird. Mittels eines Drehmomentmodells wird dort ein während eines Betriebsfensters zu erwartendes Nutzdrehmoment abgeschätzt. Zudem wird ein Parameter, der das tatsächliche Motordrehmoment während des Betriebsfensters angibt, gemessen. Basierend auf einem Vergleich des gemessenen Parameters mit einem erwarteten Parameterwert, der auf dem erwarteten Nutzdrehmoment basiert, wird dann innerhalb eines Motorzyklus bestimmt, ob ein Ventilbetätigungsfehler aufgetreten ist. Im Rahmen dieses Verfahrens kann auch ein Beschleunigungsmesser als Klopfsensor verwendet werden. Ein Klopfen kann zu einem entsprechenden Vibrationsmuster des Motors und damit zu einer mit dem Klopfen verbundenen Signatur in einem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers führen. Somit kann das Motorklopfen durch Suchen nach Klopfsignaturen in einem entsprechenden Frequenzbereich detektiert werden.

In der DE 11 2010 004 825 B4 ist eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung beschrieben, die ein Einlassrohrtemperatur-Übergangsverhalten-Berechnungsmittel zum Abschätzen des Übergangsverhaltens einer Einlassrohrtemperatur auf der Basis einer Durchflussrate von Gas, das in ein Einlassrohr strömt, einer Durchflussrate von Gas, das aus dem Einlassrohr strömt, eines Einlassrohrdrucks und einer Zeitänderungsrate des Einlassrohrdrucks umfasst. Damit soll eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung geschaffen werden, die das Verhalten der Einlassrohrtemperatur während einer Übergangszeit selbst in einem Verbrennungsmotor mit variablen Ventilen oder einem Turbolader genau abschätzen kann. Damit kann vorübergehendes Klopfen beispielsweise durch Berechnen des zum Zeitpunkt während der Übergangszeit des Verbrennungsmotors auf Basis des abgeschätzten Übergangsverhaltens des Einlassrohrs geeignet verhindert werden. Damit soll die Problematik umgangen werden, dass ein empirisches Bestimmen eines Korrekturausmaßes für ein geeignetes Verhindern des vorübergehenden Klopfens zu aufwendig ist, da in typischen Verbrennungsmotoren eine Vielzahl von Aktuatoren arbeitet, was zu unzähligen überlagerten Beschleunigungsmustern führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders zuverlässige bzw. robuste Klopferkennung einer Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur automatischen Klopferkennung in einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, variablem Einlassventilhub und wenigstens einem Klopfsensor. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich beispielsweise um einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs handeln. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine mit einem Einlassventilschließen jeweils noch während, also vor Ende des Ansaugtakts betrieben. Dabei werden also die Einlassventile der Zylinder bereits vor einem unteren T otpunkt oder Umkehrpunkt ihres jeweiligen Kolbens bzw. einer jeweiligen damit verbundenen Pleuelstange und Kurbelwelle geschlossen. Eine Verdichtung innerhalb der Zylinder ist in diesem Betrieb also kleiner als eine jeweilige Expansion im nachfolgenden Arbeitstakt. Beispielweise kann die Verbrennungskraftmaschine also im sogenannten Miller-Zyklus oder Miller-Betrieb betrieben werden. Weiter wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein in einem vorgegebenen Messzeitfenster durch den Klopfsensor aufgenommenes Sensorsignal hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums zum Detektieren eines Klopfens ausgewertet. Das Messzeitfenster ist dabei kürzer als eine jeweilige Periode oder Zykluszeiten der Verbrennungskraftmaschine. Beispielsweise kann das Messzeitfenster bezogen auf eine Drehbewegung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine einen Winkelbereich zwischen 30° und 60° überdecken.

Es können auch mehrere Messzeitfenster, beispielsweise ein Vorentflammungsmesszeitfenster und ein Hauptmesszeitfenster vorgegeben, also definiert sein, die sich teilweise überlappen oder aneinander anschließen können. Das vorgegebene Messzeitfenster kann beispielsweise bei etwa 20° Kurbelwellenwinkel oder Kurbelwellenbewegung nach einem jeweiligen oberen Totpunkt der Zylinder beginnen. Die Messzeitfenster der mehreren Zylinder können also relativ, das heißt bezogen auf ihren jeweiligen oberen Totpunkt zum gleichen Zeitpunkt, absolut betrachtet aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnen. Dadurch, dass für das Detektieren oder Erkennen des Klopfens nur das in dem jeweiligen Messzeitfenster aufgenommene Sensorsignal ausgewertet wird, kann eine besonders effektive und effiziente Klopferkennung realisiert werden, da beispielsweise ein Datenverarbeitungsaufwand begrenzt und außerhalb des jeweiligen Messzeitfensters, in dem es zum Klopfen kommen kann, liegende Fremd- oder Störsignale automatisch unberücksichtigt bleiben. Um ein Klopfen zu erkennen, muss das Sensorsignal oder ein auf dem Sensorsignal bzw. einer Ausgabe des Klopfsensors basierendes Signal wenigstens einen vorgegebenen Basisschwellenwert erreichen oder überschreiten. Dadurch kann bereits ein Großteil von unvermeidlichen Fremd- oder Störgeräuschen und Rauschen, die etwa aus dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, gegebenenfalls diese umgebender Komponenten und/oder aus anderen äußeren Einflüssen stammen können, effektiv herausgefiltert werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund der zueinander phasenversetzten Bewegung der Zylinder ein Einlassventilschließen, also ein Zeitpunkt eines Schließens eines Einlassventils, eines Zylinders in das Messzeitfenster für die Klopferkennung eines anderen Zylinders fallen kann, insbesondere wenn die Verbrennungskraftmaschine mit dem genannten frühen Einlassventilschließen bzw. in oder mit dem Miller-Zyklus betrieben wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher vorgesehen, dass der Basisschwellenwert für die Klopferkennung mittels eines vorgegebenen variablen Störfaktors modifiziert wird, der abhängig ist von einem relativen Zeitpunkt eines Schließens eines Einlassventils wenigstens eines der Zylinder bezogen auf einen vorgegebenen Referenzpunkt. Bei diesem Referenzpunkt kann es sich beispielsweise um einen definierten Referenzzeitpunkt oder ein Referenzereignis bzw. dessen Zeitpunkt handeln, beispielsweise den jeweiligen oberen Totpunkt. Der relative Zeitpunkt des Einlassventilschließens kann dann beispielsweise gegeben sein durch einen bestimmten Kurbelwellenwinkel nach dem vorgegebenen Referenzpunkt, wobei auch eine jeweils aktuelle Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden kann. Der Referenzpunkt kann beispielsweise angeben, wann in dem jeweiligen Zylinder ein maximaler Hub bzw. eine Nullstellung erreicht ist, im Allgemeinen also eine Position oder Stellung der Kurbelwelle bzw. eines jeweiligen Kolbens angeben. Zum Erfassen des Referenzpunktes kann ein entsprechender Sensor, beispielsweise ein Sensorrad oder dergleichen vorgesehen sein.

Zum Modifizieren des Basisschwellenwertes kann dieser beispielsweise mit dem jeweiligen Störfaktor multipliziert werden, wobei der Störfaktor insbesondere größer als 1 sein kann. Der resultierende modifizierte Basisschwellenwert kann also insbesondere größer als der ursprünglich vorgegebenen Basisschwellenwert sein. Durch den Störfaktor kann hier berücksichtigt werden, dass das Schließen eines Einlassventils ein durch den Klopfsensor detektierbares Signal, beispielsweise ein akustisches Signal oder ein Vibrationssignal, in zumindest einem Teil der Verbrennungskraftmaschine erzeugen kann und in dem Miller-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das Einlassventilschließen eines Zylinders in das Messzeitfenster zur regulären Klopferkennung eines anderen Zylinders fallen kann. Somit kann das Einlassventilschließen eines Zylinders die Klopferkennung eines anderen Zylinders stören oder beeinflussen. Da der Einlassventilhub der Verbrennungskraftmaschine variabel ist und dementsprechend das Einlassventilschließen je nach Ansteuerung zu unterschiedlichen relativen Zeitpunkten erfolgen kann, kann durch die entsprechende Variabilität des Störfaktors letztlich eine besonders genaue, zuverlässige und robuste Klopferkennung erreicht werden. Da das Einlassventilschließen gesteuert erfolgt, ist dessen jeweiliger Zeitpunkt dabei zumindest im Wesentlichen bekannt, kann also ohne Weiteres im Rahmen der Klopferkennung verwendet oder berücksichtigt werden, beispielsweise durch ein entsprechend eingerichtetes Steuergerät.

Weiter wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Sensorsignal bzw. das darauf basierende Signal nur dann als Klopfen, also als durch eine unkontrollierte Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder verursachtes Signal, erkannt, wenn es wenigstens den entsprechend modifizierten Basisschwellenwert erreicht oder wenn es diesen überschreitet.

Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass gerade in der beschriebenen Betriebsart bzw. dem beschriebenen Betriebsmodus durch das entsprechend frühe Einlassventilschließen sowie dadurch, dass das Einlassventilschließen mittels des variablen Einlassventilhubs, also einer entsprechenden Ventiltriebsteuerung, zu unterschiedlichen relativen Zeitpunkten erfolgen kann, die reguläre Klopferkennung in entsprechend unterschiedlichem Maße oder auf unterschiedliche Weise gestört oder beeinflusst werden kann. Die herkömmliche Verwendung des konstanten Basisschwellenwertes könnte dementsprechend zu Falscherkennungen (englisch: false positives) von Klopfen oder Signalen bzw. Ereignissen oder, wenn der Basisschwellenwert zu hoch gewählt wird, zu einer Nichterkennung realen Klopfens führen. Eine Falscherkennung eines Klopfens könnte durch eine entsprechende Steuerung der Verbrennungskraftmaschine dann zu unberechtigten Zündwinkelrückzügen und damit zu einer letztlich unnötigen Erhöhung von Verbrauch, Emissionen und Bauteilbelastungen aufgrund von erhöhten Abgastemperaturen sowie zu einer negativen Beeinflussung eines Fahrverhaltens eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs führen. Eine Nichterkennung tatsächlichen Klopfens kann hingegen zu verstärkten Klopfschäden, also beispielsweise zu Beschädigungen der Kolben oder einem kompletten Ausfall der Verbrennungskraftmaschine führen. Diese Probleme können durch die vorliegende Erfindung vermieden oder reduziert werden.

Zum Erfassen der genannten Signale kann der Klopfsensor etwa ein Piezo-Element umfassen, das als das Sensorsignal eine Spannung, also ein Spannungssignal ausgibt. Diese Spannung variiert mit auf den Klopfsensor bzw. das Piezo-Element auftreffenden Schallwellen oder Vibrationen. Obwohl hier der Einfachheit halber die Erfindung nur mit Bezug auf einen einzelnen Klopfsensor beschrieben ist, können mehrere Klopfsensoren räumlich verteilt an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein und deren Signal in entsprechender Weise verwendet, also ausgewertet werden. Beispielsweise kann für jeden Zylinder oder beispielsweise für jeweils zwei benachbarte Zylinder ein jeweiliger Klopfsensor vorgesehen sein. Die hier beschriebene Auswertung des Sensorsignals und damit also die Klopferkennung kann in jedem Zyklus, also in jedem Arbeitsspiel des Motors bzw. der einzelnen Zylinder durchgeführt werden.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für die Auswertung das Sensorsignal mittels eines vorgegebenen Bandpassfilters gefiltert. Das sich daraus ergebende gefilterte Sensorsignal wird dann über das Messzeitfenster, also dessen Zeit oder Dauer, integriert. Ein daraus resultierender Integralwert wird dann mit dem modifizierten Basisschwellenwert verglichen. Dies stellt eine praktikable Möglichkeit dar, relativ einfach eine signalbasierte Klopferkennung zu realisieren. Dabei kann es ebenso möglich sein, das Messzeitfenster in mehrere Teile oder Abschnitte zu unterteilen, für die dieses Verfahren jeweils individuell angewendet wird. Je nach relativem Zeitpunkt des Einlassventilschließens kann dann für einen oder mehrere dieser Teile oder Abschnitte der modifizierte Basisschwellenwert und für den oder die übrigen Teile oder Abschnitte der ursprünglich vorgegebenen Basisschwellenwert als Vergleichsgröße für die Klopferkennung verwendet werden. Dadurch kann besonders einfach und effektiv berücksichtigt werden, dass das Einlassventilschließen und damit das durch dieses verursachte Störsignal nicht notwendigerweise über das gesamte Messzeitfenster hinweg auftritt. Dadurch kann gegebenenfalls eine weiter verbesserte, also genauere oder zuverlässigere Klopferkennung realisiert werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für jeden Zylinder ein individueller Störfaktor vorgegeben und für die Auswertung berücksichtigt. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass verschiedene Zylinder unterschiedliche akustische Eigenschaften oder Vibrationseigenschaften aufweisen können, beispielsweise aufgrund von mikroskopischen Unterschieden im Bereich der Einlassventile, Materialunterschieden, Fertigungstoleranzen, einer relativen Anordnung des Klopfsensors und/oder dergleichen mehr. Jeder Zylinder kann also eine individuelle Signalcharakteristik aufweisen, die durch den entsprechend angepassten individuellen Störfaktor berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann zunächst ein Standard-Störfaktor für alle Zylinder vorgegeben sein, der abhängig von Messwerten oder Sensorsignalen des Klopfsensors an jeden der Zylinder individuell angepasst werden kann. Insgesamt kann auf diese Weise die Klopferkennung weiter verbessert werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für die Erkennung eines Signals als Klopfen ein adaptiver Mechanismus angewendet, der dazu eingerichtet ist, im Laufe der Zeit Fremdsignale, also Fremd- oder Störgeräusche, die nicht durch ein tatsächliches Klopfen, also nicht durch eine unkontrollierte Verbrennung in einem der Zylinder, erzeugt werden, lernt und für das Erkennen des Klopfens unberücksichtigt lässt. Der Mechanismus für die Klopferkennung kann Fremdsignale beispielsweise anhand von deren Zeitpunkt bzw. zeitlichen Abständen eines jeweiligen Auftretens der Fremdsignale, die nicht mit der relativen zeitlichen Lage des Messzeitfensters oder einer entsprechenden Veränderung korrelieren, anhand von Peakoder Signalformen und/oder dergleichen mehr erkennen. Beispielsweise kann ein Fremdsignal mit konstanter Frequenz auch über veränderte Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine hinweg oder immer im exakt gleichen zeitlichen Abstand zu einem bestimmten vorgegebenen Referenzpunkt auftreten, was nicht mit einem Klopfen als Ursache konsistent ist. Identifizierte Fremdsignale können beispielsweise automatisch aus dem Sensorsignal herausgefiltert werden, bevor basierend auf einem dann verbleibenden Restsignal die weitere Auswertung, also die eigentliche Klopferkennung durchgeführt wird. Der adaptive Mechanismus kann beispielsweise als lernfähiger Algorithmus oder durch eine Einrichtung des maschinellen Lernens realisiert werden. Auf diese Weise kann die Klopferkennung automatisch verbessert werden, insbesondere vor dem Hintergrund, dass eine entsprechende manuelle Programmierung der Klopferkennung mit sämtlichen tatsächlich oder potenziell auftretenden Fremdsignalen im Vorhinein nicht praktikabel möglich ist.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der Störfaktor mit zunehmender Adaption des Mechanismus für die Klopferkennung in vorgegebener Weise, insbesondere graduell oder schrittweise, reduziert. Mit anderen Worten wird also der Störfaktor bzw. dessen Anwendung auf den Basisschwellenwert im Laufe einer Betriebszeit der Verbrennungskraftmaschine, während derer der Mechanismus lernt, Fremdsignale zu identifizieren, zunehmend ausgeblendet. Dies kann beispielsweise gemäß einer vorgegebenen Rampenfunktion oder dergleichen realisiert werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass der adaptive Mechanismus auch die durch das Einlassventilschließen verursachten Störungen oder Störsignale als Fremdsignale lernt, also erkennt. Durch den entsprechend angelernten adaptiven Mechanismus kann dann eine Falscherkennung von Klopfen vermieden oder reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die schrittweise oder graduelle Reduzierung des Störfaktors der modifizierte Basisschwellenwert bis auf den ursprünglich vorgegebenen Basisschwellenwert reduziert werden, wodurch die Gefahr einer Nichterkennung eines, beispielsweise relativ schwach ausgeprägten, Klopfens reduziert werden kann.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Rate der Reduzierung des Störfaktors bzw. von dessen Anwendung oder Einfluss auf den Basisschwellenwert in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine variiert. Die Reduzierung des Störfaktors kann also innerhalb einer entsprechenden Reduktionsphase beschleunigt oder verlangsamt werden. Beispielsweise kann bei niedrigerer Drehzahl, insbesondere bei gleichzeitig relativ hoher Last, die Reduzierung, also ein Herausrampen, des Störfaktors verlangsamt werden. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass die durch das Einlassventilschließen verursachten Störungen der Klopferkennung in derartigen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine schwerwiegender oder relevanter sein können als bei höheren Drehzahlen und/oder geringerer Last.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Störfaktor durch einen vorgegebenen Laufzeitfaktor modifiziert, der mit zunehmender Betriebszeit der Verbrennungskraftmaschine bzw. mit zunehmender Anzahl von von der Verbrennungskraftmaschine ausgeführten oder durchlaufenen Arbeitsspielen ansteigt und den Störfaktor entsprechend reduziert. Mit anderen Worten wird der Störfaktor also mit zunehmender Betriebszeit bzw. zunehmender Anzahl von ausgeführten oder durchlaufenen Arbeitsspielen der Verbrennungskraftmaschine in immer stärkerem Maße verkleinert. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass sich die Einlassventile im Laufe der Zeit in ihren Ventilsitz einschlagen, Grate, Unebenheiten oder Fehlanpassungen sich im Laufe der Zeit verändern, es im Allgemeinen also zu einem Anpassungs- oder Alterungsvorgang der Einlassventile kommen kann. Dies führt dazu, dass mit zunehmender Betriebszeit ein Störeinfluss des Einlassventilschließens auf die Klopferkennung abnehmen kann. Durch die hier vorgegebene laufzeit- oder betriebszeitbasierte Modifizierung des Störfaktors kann also eine zuverlässige und robuste Klopferkennung im Laufe der Zeit aufrechterhalten werden, obwohl sich eine entsprechende Charakteristik der Verbrennungskraftmaschine dabei verändern kann.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für die Auswertung ein, insbesondere variabler, Hysteresefaktor vorgegeben, der berücksichtigt, dass ein durch das Einlassventilschließen jeweils eines der Zylinder verursachtes Störsignal, welches das durch den Klopfsensor aufgenommene Sensorsignal beeinflusst, einen Störzeitraum überdeckt, der relativ zu dem Messzeitfenster für die Klopferkennung verschieblich ist, sich also relativ dazu zeitlich verlagern kann. Der Hysteresefaktor definiert dabei, für welchen Teilbereich des Messzeitfensters der Störfaktor zu verwenden bzw. in welchem Maße anzuwenden ist. Das Einlassventilschließen erzeugt mit anderen Worten also nicht oder nicht immer einen scharf definierten einzelnen Peak, sondern kann durch eine verbreitete, gegebenenfalls mehrere Peaks umfassende oder einhüllende Signalform charakterisiert sein, also beschrieben werden. Dies kann beispielsweise durch ein asymptotisches Aufsetzen der Einlassventile auf ihrem jeweiligen Ventilsitz bzw. eine dabei auftretende Vibration des Ventils bei Annäherung und/oder nach erstmaliger Berührung des Ventilsitzes verursacht werden. Da das Aufsetzen eines Einlassventils auf seinem jeweiligen Ventilsitz nicht immer in der exakt gleichen Weise erfolgt, kann die dadurch erzeugte Signalform ganz oder teilweise in das Messzeitfenster hinein oder aus diesem heraus wandern. Dies kann auch durch den relativen Zeitpunkt des Einlassventilschließens, also eine entsprechende Spreizung, bestimmt oder beeinflusst werden. Durch den Hysteresefaktor kann dies berücksichtigt werden und dadurch die Klopferkennung noch genauer, zuverlässiger und robuster gemacht werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zum automatischen Detektieren, also Erkennen eines Klopfens der Verbrennungskraftmaschine bzw. in wenigstens einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Das Steuergerät weist dabei eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen eines Sensorsignals eines Klopfsensors, einen Datenspeicher und eine damit verbundene Prozessoreinrichtung zum Verarbeiten des Sensorsignals und eine Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben eines Detektionssignals, das eine Detektion eines Klopfens anzeigt, auf. Das Steuergerät ist dabei zur, insbesondere automatischen, Durchführung wenigstens einer Variante oder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann ein entsprechender Programmcode oder ein entsprechendes Computerprogramm, das die Verfahrensschritte, Abläufe oder Maßnahmen des entsprechenden Verfahrens repräsentiert, also codiert oder implementiert, auf dem Datenspeicher hinterlegt sein. Dieses Computerprogramm kann dann durch die Prozessoreinrichtung ausgeführt werden, um die Durchführung oder Ausführung des entsprechenden Verfahrens zu veranlassen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, variablem Einlassventilhub, wenigstens einen Klopfsensor und einem erfindungsgemäßen Steuergerät aufweist. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug also zur Ausführung oder Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug das im Zusammenhang mit den übrigen Aspekten der Erfindung genannte Kraftfahrzeug sein.

Entsprechend können auch die im Zusammenhang mit den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung, also dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Steuergerät und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, genannten Bauteile oder Komponenten jeweils die gleichen oder dieselben Bauteile oder Komponenten sein bzw. sich auf die gleichen oder dieselben Bauteile oder Komponenten beziehen.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Klopferkennung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Verbrennungskraftmaschine 12, bei der es sich insbesondere um einen Otto-Motor handeln kann, der mit einem Einlassventilschließen jeweils vor Ende des Ansaugtakts in jedem Arbeitsspiel, also insbesondere im Miller-Zyklus oder im Miller-Betrieb, betrieben wird bzw. betreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst mehrere, beispielsweise vier oder sechs, Zylinder 14, von denen hier beispielhaft zwei angedeutet sind. Konkret sind dies ein erster Zylinder 16 mit einem ersten Kolben 18 und ein zweiter Zylinder 20 mit einem zweiten Kolben 22. Die Kolben 18, 22 sind hier mit einer schematisch angedeuteten Kurbelwelle 24 verbunden. Beispielhaft befindet sich der erste Kolben 18 hier nahe einer Zündstellung, während sich der zweite Kolben 22 auf dem Weg zu seinem unteren Totpunkt befindet.

Die Zylinder 14 weisen jeweils ein Eingangsventil 26 mit einem gesteuerten variablen Ventiltrieb 28 auf. Die variablen Ventiltriebe 28 sind zur Steuerung mit einem Steuergerät 30 verbunden.

Das Steuergerät 30 weist hier schematisch angedeutet einen Datenspeicher 32 und einen damit verbundenen Prozessor 34 zur Ausführung eines auf dem Datenspeicher 32 hinterlegten Betriebs- oder Steuerprogramms auf. Der Prozessor 34 kann beispielsweise ein Mikrochip, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, eine Hardwareschaltung und/oder dergleichen mehr sein und/oder einen solchen bzw. eine solche umfassen. Das Steuergerät 30 weist weiter eine Eingangsschnittstelle 36 auf, über die ein Klopfsensor 38 der Verbrennungskraftmaschine 12 angebunden ist. Über die Eingangsschnittstelle 36 kann das Steuergerät 30 also ein von dem Klopfsensor 38 aufgenommenes bzw. bereitgestelltes Sensorsignal zur Verarbeitung mittels des Prozessors 34 und des Datenspeichers 32 erfassen.

Das Steuergerät 30 ist hier zur Klopferkennung anhand des erfassten Sensorsignals des Klopfsensors 38 eingerichtet. Wird ein Klopfen erkannt, so kann das Steuergerät 30 über eine Ausgabeschnittstelle 40 beispielsweise die Einlassventile 26 bzw. deren variable Ventiltriebe 28 ansteuern, um weiteres Klopfen zu vermeiden oder zu reduzieren.

Insbesondere bei aufgeladenen Ottomotoren kann es in Verbindung mit dem Miller- Zyklus, also im Miller-Brennverfahren bedingt durch das dabei auftretende vorzeitige Einlassventilschließen zu einer signifikanten Störung in einer Erkennung oder Detektion des ottomotorischen Klopfens kommen. Das Einlassventilschließen, vorliegend also beispielsweise das Schließen des Einlassventils 26 des zweiten Zylinders 20, kann Körperschall verursachen. Dieser Körperschall aufgrund eines Aufsetzen des Einlassventils 26 in seinen Ventilsitz und/oder durch ein mechanisches Entspannen des variablen Ventiltriebs 28 beim Schließen des Einlassventils 26 kann zu einem entsprechenden Störsignal in dem Sensorsignal des Klopfsensors 38 führen, da der Körperschall bzw. ein von dem Einlassventil 26 stammendes akustisches Signal zu dem Klopfsensor 38 gelangen kann, beispielsweise durch entsprechende Ausbreitung oder Transport in einem Gehäuse oder Bauteil der Verbrennungskraftmaschine 12, an dem der Klopfsensor 38 angeordnet ist. Ein solches Störsignal kann einen signifikanten negativen Einfluss auf die Klopferkennung haben, sodass solche Störsignal für eine genaue, zuverlässige und robuste Klopferkennung weitestgehend eliminiert oder herausgefiltert werden sollten. Dies wird vorliegend durch das entsprechend eingerichtete Steuergerät 30 durch automatische Verarbeitung des Sensorsignals des Klopfsensors 38 erreicht.

Vorliegend kann dazu eine Führungsgröße vorgegeben sein, welche anhand des Verlaufs einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 12 und einer jeweils aktuellen Spreizung, über welche eine Grundstellung der Nockenwelle definiert ist, einen jeweiligen Zeitpunkt des Einlassventilschließens der Einlassventile 26 ausgibt. Dies kann beispielsweise durch eine aktuelle Winkelstellung der Kurbelwelle 24 bezogen auf einen jeweiligen oberen Totpunkt erfolgen. Abhängig von dieser Führungsgröße, also einem jeweiligen Zeitpunkt des Einlassventilschließens kann ein zylinderindividueller Störfaktor auf einen vorgegebenen Basisschwellenwert, also eine Klopfschwelle für die Klopferkennung in einem vorgegebenen Messzeitfenster, beispielsweise in einem Haupt- sowie in einem Vorentflammungsmesszeitfenster, aufgeschlagen werden. Dazu kann beispielsweise ein entsprechendes Kennfeld über eine relative Zylinderfüllung und eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 12 vorgegeben, beispielsweise in dem Datenspeicher 32 hinterlegt sein. Dass Vorentflammungsmesszeitfenster kann beispielsweise etwa am oberen Totpunkt bei einem Kurbelwinkel von 0° beginnen und sich beispielsweise über eine Kurbelwellenbewegung von 20° erstrecken. Daran anschließend oder überlappend kann das Hauptmesszeitfenster sich beispielsweise bis zu einem Kurbelwinkel von 60° bis 70° erstrecken.

Über einen Hysteresewert kann ein jeweiliger Zeitpunkt des Einlassventilschließens bzw. ein Wandern des durch das Einlassventilschließen verursachten Störsignals relativ zu dem Messzeitfenster berücksichtigt werden. Der Hysteresewert kann als Kennwert über eine Winkelstellung der Kurbelwelle 24, der definiert oder berücksichtigt, wo sich das Störsignal erstreckt bzw. wie dieses zeitlich relativ zu dem Messzeitfenster auftritt oder sich bewegt, aufgefasst werden. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass das Einlassventilschließen nie ganz konstant ist, aber letztlich für die Klopferkennung nur der durch das vorgegebenen Messzeitfenster definierte Bereich berücksichtigt werden soll.

Der initial angewendete zylinderindividueller Störfaktor kann zeitabhängig reduziert, also aus der Signalverarbeitung wieder herausgerampt werden, insbesondere wenn für die Klopferkennung ein adaptiver oder lernfähiger Mechanismus eingesetzt wird. Ein solcher Mechanismus kann im Laufe der Zeit nicht durch tatsächliches Klopfen verursachte Neben- und Störgeräusche bzw. ein im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 effektiv unvermeidliches Grundrauschen lernen und herausfiltern bzw. für die eigentliche Klopferkennung unberücksichtigt lassen. Ein solches Herausrampen, also schrittweises oder graduelles Reduzieren kann beispielsweise über einige 100 Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine 12 erfolgen. Dabei kann das Herausrampen des Störfaktors abhängig von einer jeweils aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 12 variiert, also verlangsamt bzw. beschleunigt werden. Dazu kann beispielsweise eine entsprechende Kennlinie über die Drehzahl vorgegeben, insbesondere in dem Datenspeicher 32 hinterlegt sein.

Ebenso kann der Störfaktor mittels eines vorgegebenen Laufzeitfaktors modifiziert, beispielsweise multipliziert werden, der eine Alterung, also eine zeitliche Veränderung berücksichtigt und mit zunehmender Betriebszeit bzw. Alterung der Verbrennungskraftmaschine 12 den Störfaktor zunehmend reduziert. Dabei ist eine tatsächliche Betriebszeit bzw. eine tatsächlich durchlaufende Anzahl von Arbeitsspielen der Verbrennungskraftmaschine 12 und nicht etwa eine Betriebszeit des Kraftfahrzeugs 10 relevant. Der Laufzeitfaktor könnte also beispielsweise bei einem Austausch der Verbrennungskraftmaschine 12 oder der Einlassventile 26 für das Kraftfahrzeug 10 zurückgesetzt werden.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Reduktion eines Einflusses einer mechanischen Störgröße - hier des Einlassventilschließens - auf die Klopferkennung bei der Auswertung der ottomotorischen Verbrennung realisiert werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Kraftfahrzeug

12 Verbrennungskraftmaschine

14 Zylinder

16 erster Zylinder

18 erster Kolben

20 zweiter Zylinder

22 zweiter Kolben

24 Kurbelwelle

26 Einlassventil

28 variabler Ventiltrieb

30 Steuergerät

32 Datenspeicher

34 Prozessor

36 Eingangsschnittstelle

38 Klopfsensor

40 Ausgangsschnittstelle