DE10028885B4 - Method and device for detecting the combustion chamber pressure occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks, wobei mit Hilfe von Sensormitteln (3) eine durch einen in dem Brennraum (1) ablaufenden Verbrennungsvorgang hervorgerufene Bewegung des Brennraumgehäuses gemessen und aus dem Messsignal der Sensormittel (3) eine Aussage über den im Brennraum (1) auftretenden Brennraumdruck abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der anhand des Messsignals der Sensormittel (3) ermittelte Brennraumdruck mit dem tatsächlich in dem Brennraum (1) während eines Verbrennungsvorgangs auftretenden Brennraumdruck verglichen und davon abhängig ein entsprechendes Korrektursignal erzeugt wird, und dass anschließend das Messsignal der Sensormittel (3) gemäß dem Korrektursignal korrigiert wird und das somit korrigierte Messsignal der Sensormittel (3) für die Gewinnung der Aussage über den Brennraumdruck verwendet wird.Method for detecting the combustion chamber pressure occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine, with the aid of sensor means (3) measuring a movement of the combustion chamber housing caused by a combustion process taking place in the combustion chamber (1) and from the measurement signal of the sensor means (3) providing information about the combustion chamber Combustion chamber (1) occurring combustion chamber pressure is derived, characterized in that the basis of the measurement signal of the sensor means (3) determined combustion chamber pressure with the actually occurring in the combustion chamber (1) during combustion process combustion chamber pressure and dependent on a corresponding correction signal is generated, and that Subsequently, the measurement signal of the sensor means (3) is corrected according to the correction signal and the thus corrected measurement signal of the sensor means (3) is used for obtaining the statement about the combustion chamber pressure.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.The The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for detecting the in a combustion chamber of an internal combustion engine occurring combustion chamber pressure and a corresponding device according to the preamble of claim 5.

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist die Überwachung des im Brennraum (Zylinder) eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Diesel- oder Ottomotors, auftretenden Brennraum- oder Zylinderdrucks von besonderer Bedeutung, da durch Auswertung des Brennraumdrucks der in dem jeweiligen Brennraum ablaufende Verbrennungsvorgang überwacht und insbesondere eine Aussage über den Zündzeitpunkt getroffen werden kann. So ist beispielsweise in der DE 197 49 814 A1 ein Verfahren zum Erfassen des Brennraumdruckverlaufs in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel bei einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Brennraumdrucksensor eingesetzt ist, dessen Ausgangssignal zur Ermittlung von Größen, die den Verbrennungsvorgang in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine beschreiben, ausgewertet werden kann. Dabei wird in dieser Druckschrift insbesondere beschrieben, das sogenannte Differenzdruckintegral zu ermitteln. Hierzu wird zunächst die Differenz zwischen dem im gefeuerten Betrieb, d. h. im Verbrennungsbetrieb, gemessenen Brennraumdruckverlauf und dem im geschleppten Betrieb, d. h. ohne Verbrennung, auftretenden Brennraumdruckverlauf ermittelt und diese Differenz aufintegriert. Dieses Differenzdruckintegral ist eine wesentliche Größe, da anhand der Größe des Differenzdruckintegrals beurteilt werden kann, wie die Verbrennung abgelaufen ist und ob überhaupt eine Verbrennung stattgefunden hat oder möglicherweise ein Verbrennungsaussetzer aufgetreten ist.In the field of motor vehicle technology, the monitoring of the combustion chamber or cylinder pressure occurring in the combustion chamber (cylinder) of an internal combustion engine, in particular a diesel or gasoline engine, is of particular importance since the combustion process taking place in the respective combustion chamber is monitored by evaluation of the combustion chamber pressure and, in particular, a statement can be taken over the ignition. For example, in the DE 197 49 814 A1 a method for detecting the combustion chamber pressure curve as a function of the crankshaft angle in an internal combustion engine is described, wherein in each cylinder of the internal combustion engine, a combustion chamber pressure sensor is used, the output signal for determining quantities that describe the combustion process in the respective cylinder of the internal combustion engine, can be evaluated. It is described in particular in this document to determine the so-called differential pressure integral. For this purpose, first the difference between the combustion chamber pressure profile measured in fired operation, ie in combustion mode, and the combustion chamber pressure profile occurring during the towed operation, ie without combustion, is determined and this difference is integrated. This differential pressure integral is an essential quantity, since it can be judged on the basis of the size of the differential pressure integral, how the combustion has expired and whether any combustion has taken place or possibly a combustion misfire has occurred.

Zylinderdrucksensoren sind jedoch sehr kostspielig. Daher wurde zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks die Verwendung von sogenannten Zylinderkopfdichtspaltsensoren vorgeschlagen. Diese Sensoren, welche im Zylinderkopf bzw. in der Zylinderkopfdichtung angeordnet sind, umfassen Piezoelemente, welche eine infolge eines Verbrennungsvorgangs in dem jeweiligen Zylinder auftretende Bewegung oder Dehnung des Zylinderkopfs erfassen. Durch eine Verbrennung werden Kräfte auf den Zylinderkopf ausgeübt, die zu einer entsprechenden geringfügigen Dehnung des Zylinderkopfs bzw. des Zylindergehäuses führen, welche wiederum entsprechend die im Zylinderkopf vorhandenen Piezoelemente der Zylinderkopfdichtspaltsensoren beeinflusst. Durch Auswertung des von den Zylinderkopfdichtspaltsensoren gelieferten Messignals kann somit indirekt auf den Zylinderdruck geschlossen werden.Cylinder pressure sensors But they are very expensive. Therefore, was to capture the in a combustion chamber an internal combustion engine occurring combustion chamber pressure the use proposed by so-called cylinder head gasket sensors. These Sensors, which in the cylinder head or in the cylinder head gasket are arranged, include piezoelectric elements, which one due to a Combustion process occurring in the respective cylinder movement or detecting elongation of the cylinder head. By a burn become forces applied to the cylinder head, to a corresponding slight elongation of the cylinder head or the cylinder housing to lead, which in turn corresponding to the piezoelectric elements present in the cylinder head the cylinder head gasket sensors. By evaluation of the measurement signal supplied from the cylinder head seal gap sensors can thus be closed indirectly to the cylinder pressure.

Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass durch Auswertung des ursprünglichen Messignals eines Zylinderkopfdichtspaltsensors keine zuverlässige Aussage über den Zylinderdruck gewonnen werden kann, was insbesondere durch die nichtlineare Verknüpfung oder Überlagerung der verschiedenen Zylinder des entsprechenden Verbrennungsmotors bedingt ist.investigations However, have revealed that by evaluating the original Measurement signal of a cylinder head gasket sensor no reliable statement about the Cylinder pressure can be obtained, which in particular by the non-linear shortcut or overlay the different cylinders of the corresponding internal combustion engine is conditional.

Dokument DE 195 04 098 A1 betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung eines sich ändernden Innendruckverlaufs im Arbeitsraum einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels indirekter Messwerterfassung von Bewegungsgrößen der den Brennraum umschließenden Bauteile. Hierbei werden mittels geeigneter Sensoren ein Bewegungssignal der den Brennraum umschließenden Bauteile sowie ein Innendrucksignal messtechnisch bei vergleichbaren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine aufgenommen. Es wird ein lastpunktabhängiger Zylinderdruck gemessen. Mittels eines einfachen Feder-Masse-Dämpfer-Modells für die den Brennraum umschließenden Bauteile werden aus dem gemessenen Zylinderdruck entsprechende Bewegungsgrößen für die den Brennraum umschließenden Bauteile berechnet. Mit anderen Worten wird der gemessene Zylinderdruck in Bewegungsgrößen des Brennraumgehäuses umgewandelt. Diese aus dem gemessenen Zylinderdruck berechneten Bewegungsgrößen werden mit den gemessenen Bewegungsgrößen zu einer Korrekturtabelle verknüpft. Diese Korrekturtabelle ist dabei eine Übertragungsfunktion. Das von den Sensoren ausgegebene Bewegungssignal wird jedoch nicht korrigiert, sondern unmittelbar mittels der Übertragungsfunktion in Druckwerte umgewandelt. Es findet weiterhin kein Vergleich von aus dem Bewegungssignal bestimmten Druckwerten und gemessenen Druckwerten statt.document DE 195 04 098 A1 relates to a method for continuously determining a changing internal pressure profile in the working space of a reciprocating internal combustion engine by means of indirect measured value detection of movement variables of the components surrounding the combustion chamber. In this case, by means of suitable sensors, a movement signal of the components surrounding the combustion chamber as well as an internal pressure signal are recorded metrologically in comparable operating states of the internal combustion engine. A load point-dependent cylinder pressure is measured. By means of a simple spring-mass-damper model for the components surrounding the combustion chamber, corresponding motion variables for the components enclosing the combustion chamber are calculated from the measured cylinder pressure. In other words, the measured cylinder pressure is converted into movement variables of the combustion chamber housing. These motion variables calculated from the measured cylinder pressure are linked to the measured motion variables to form a correction table. This correction table is a transfer function. However, the motion signal output from the sensors is not corrected, but directly converted into pressure values by the transfer function. Furthermore, there is no comparison of pressure values and measured pressure values determined from the motion signal.

Dokument DE 197 41 884 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zylinderdruckes in den Zylindern einer Brennkraftmaschine. Der Zylinderdruck wird dabei aus einer anderen gemessenen Größe abgeleitet, wobei die andere gemessene Größe der Körperschall der Brennkraftmaschine ist. Ein neuronales Netzwerk dient als Übertragungsfunktion von dem gemessenen Körperschal zu Werten für den Zylinderdruck. Dieses neuronale Netzwerk wird unter Verwendung von gemessenen Körperschallsignalen mit zugehörigen gemessenen Signalen des Zylinderdruckes trainiert. Das trainierte neuronale Netzwerk dient dann zur Ableitung des Zylinderdruckes aus dem gemessenem Körperschall.document DE 197 41 884 A1 relates to a method for determining the cylinder pressure in the cylinders of an internal combustion engine. The cylinder pressure is derived from another measured variable, wherein the other measured size of the structure-borne noise of the internal combustion engine. A neural network serves as a transfer function from the measured body scarf to values for cylinder pressure. This neural network is trained using measured structure-borne sound signals with associated measured signals of the cylinder pressure. The trained neural network then serves to derive the cylinder pressure from the measured structure-borne sound.

Dokument DE 197 42 006 A1 betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines sich infolge von Gassäulenschwingungen ändernden Innendruckverlaufssignals im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine. Hierbei wird mittels geeigneter Sensoren das Innendrucksignal am Beginn und am Ende der Gassäule messtechnisch bei vergleichbaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine aufgenommen und anschließend durch ein Vergleichsverfahren ein Korrekturmodell ermittelt. Eine Rückrechnung dient der Plausibilitätskontrolle des verwendeten Korrekturmodells. Dieses Korrekturmodell dient wie eine Übertragungsfunktion der Korrektur des mit Gassäulenschwingungen überlagerten, am Ende der Gassäule messtechnisch erfassten Innendrucksignals einer Brennkraftmaschine. Es werden ausschließlich solche Sensoren verwendet, die den Zylinderdruck direkt messen, wie beispielsweise piezoelektrische Druckaufnehmer.document DE 197 42 006 A1 relates to a method for correcting an internal pressure waveform signal which changes as a result of gas column oscillations in the working space of a reciprocating engine. in this connection By means of suitable sensors, the internal pressure signal at the beginning and at the end of the gas column is recorded metrologically at a comparable operating state of the internal combustion engine and then determined by a comparison method, a correction model. Recalculation is used to check the plausibility of the correction model used. This correction model serves as a transfer function for the correction of the internal pressure signal of an internal combustion engine superposed with gas column oscillations and measured at the end of the gas column. Only those sensors are used which directly measure the cylinder pressure, such as piezoelectric pressure transducers.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks vorzuschlagen, womit bei Verwendung von Sensoren, welche eine durch einen in dem Brennraum ablaufenden Verbrennungsvorgang hervorgerufene Bewegung des Brennraumgehäuses erfassen, eine zuverlässige Aussage über den Brennraumdruck aus dem Messignal der Sensoren abgeleitet werden kann.Of the The present invention is therefore based on the object, an improved Method and an improved device for detecting the in a combustion chamber pressure occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine to propose, which with the use of sensors, which by a caused a running in the combustion chamber combustion process Detecting movement of the combustion chamber housing, a reliable one Statement about the combustion chamber pressure can be derived from the measuring signal of the sensors can.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.These The object is achieved by a Method with the features of claim 1 and a device solved with the features of claim 5. The subclaims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.

Erfindungsgemäß werden zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks Sensormittel verwendet, die eine durch einen in dem Brennraum ablaufenden Verbrennungsvorgang hervorgerufene Bewegung, insbesondere Dehnungsbewegung, des Brennraumgehäuses messen. Diese Sensoren können insbesondere im Zylinderkopf bzw. in der Zylinderkopfdichtung angeordnet sein und erfassen zur indirekten Brennraumdruckmessung eine durch einen Verbrennungsvorgang hervorgerufene Zylinderkopfbewegung.According to the invention for detecting the occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine Combustion chamber pressure sensor means used by a in the combustion chamber running combustion process caused movement, in particular Measure expansion movement of the combustion chamber housing. These sensors can arranged in particular in the cylinder head or in the cylinder head gasket be and capture the indirect combustion chamber pressure measurement by a a combustion process caused cylinder head movement.

Um eine Aussage über den Brennraumdruck abzuleiten, wird erfindungsgemäß nicht das Rohsignal dieser Sensormittel ausgewertet, sondern es wird das gemäß einem bestimmten Korrektursignal korrigierte Messignal dieser Sensormittel ausgewertet. Das Korrektursignal bzw. die für jeden Messwert vorgesehenen Korrekturwerte sind dabei derart festgelegt, dass das korrigierte Messignal der Sensormittel möglichst gut mit dem Messignal eines Drucksensors übereinstimmt.Around a statement about derive the combustion chamber pressure is not according to the invention evaluated the raw signal of this sensor means, but it will be the according to one certain correction signal corrected measurement signal of this sensor means evaluated. The correction signal or provided for each measured value Correction values are set such that the corrected Measurement signal of the sensor means possible agrees well with the measuring signal of a pressure sensor.

Diese Vorgehensweise entspricht einer Kalibrierung der Sensormittel, wobei vorzugsweise vor dem eigentlichen Betrieb der Brennkraftmaschine die Abweichung zwischen dem Messignal der Sensormittel und dem in dem jeweiligen Brennraum tatsächlich auftretenden Brennraumdruck ermittelt wird, um davon abhängig das Korrektursignal bzw. die Korrekturwerte zu bestimmen. Im eigentlichen Betrieb der Brennkraftmaschine kann dann das Messignal der Sensormittel in Form einer einfachen numerischen Signalverarbeitung korrigiert werden, so dass das korrigierte Messignal anschließend zur Bestimmung des Brennraumdrucks ausgewertet werden kann.These Approach corresponds to a calibration of the sensor means, wherein preferably before the actual operation of the internal combustion engine the deviation between the measuring signal of the sensor means and the in the respective combustion chamber actually occurring combustion chamber pressure is determined to depend on the Correction signal or to determine the correction values. In the actual Operation of the internal combustion engine can then be the measurement signal of the sensor means corrected in the form of a simple numeric signal processing be, so that the corrected measurement signal then to Determination of the combustion chamber pressure can be evaluated.

Zylinderkopfdichtspaltsensoren besitzen die Eigenschaft, dass mit zunehmender Entfernung der Kurbelwelle vom sogenannten oberen Totpunkt das Übertragungsverhalten dieser Sensoren immer stärker verändert wird. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung kann der Vertrauensbereich um den oberen Totpunkt, d. h. der Bereich, in dem eine zuverlässige Aussage über den Brennraumdruck aus dem Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors abgeleitet werden kann, erweitert werden, wobei mit einem vertretbaren Aufwand beispielsweise der Vertrauensbereich ±20°KW um den oberen Totpunkt der Kurbelwelle betragen kann.Cylinder head sealing gap sensors own the property that with increasing distance of the crankshaft from the so-called top dead center the transmission behavior of this Sensors are getting stronger changed becomes. By applying the present invention, the confidence interval around top dead center, d. H. the area in which a reliable statement about the Combustion chamber pressure from the measured signal of the cylinder head gasket sensor can be extended, with an acceptable Expense, for example, the confidence range ± 20 ° CA to the top dead center of the crankshaft can amount.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik zur Überwachung des Zünd- oder Verbrennungsablaufs in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, um durch entsprechende Einstellung eines oder mehrerer Verbrennungsparameter, die beispielsweise die Einspritzmenge oder die Einspritzdauer betreffen, den Verbrennungsvorgang entsprechend zu beeinflussen.The The present invention is particularly useful in the field of Automotive technology for monitoring the ignition or combustion process in a cylinder of an internal combustion engine, by setting one or more combustion parameters accordingly, for example, concern the injection quantity or the injection duration, the To influence the combustion process accordingly.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment closer with reference on the attached Drawing explained.

1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zum Erfassen des in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors auftretenden Zylinderdrucks gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 1 shows the structure of a device for detecting the cylinder pressure occurring in a cylinder of an internal combustion engine according to a preferred embodiment of the present invention, and

2A und 2B zeigen Darstellungen zur Verdeutlichung der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. 2A and 2 B show illustrations to illustrate the operation of the present invention.

In 1 ist ein Zylinder bzw. das entsprechende Zylindergehäuse 1 eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, dargestellt. Ein in dem Zylinder 1 befindlicher Kolben 8 wird über eine Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors angetrieben. Wird beispielsweise angenommen, dass der Verbrennungsmotor mit vier Takten arbeitet, erreichen die Kurbelwelle 2 und der Kolben 8 innerhalb eines Arbeitszyklusses genau zweimal den sogenannten oberen Totpunkt OT und den unteren Totpunkt UT, was zwei vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle 2 entspricht. In der Kraftfahrzeugtechnik werden die Drehwinkel φ der Kurbelwelle in °Kurbelwinkel (°KW) angegeben. Zur Erfassung der Kurbelwellenstellung ist ein Kurbelwellensensor 9 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem Motorsteuergerät 7 zugeführt ist, so dass dieses abhängig von der Kurbelwellenstellung auf das augenblickliche Brennraum- oder Zylindervolumen und unter Berücksichtigung eines nachfolgend beschriebenen Messignals eines Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 auf den Verbrennungszustand in dem Zylinder 1 schließen kann.In 1 is a cylinder or the corresponding cylinder housing 1 an internal combustion engine, such as a diesel engine represented. One in the cylinder 1 located piston 8th is about a crankshaft 2 driven by the internal combustion engine. Assuming, for example, that the engine is operating at four strokes, it will reach the crankshaft 2 and the piston 8th within a work cycle exactly twice the so-called top dead center OT and bottom dead center UT, giving two complete revolutions of the crankshaft 2 equivalent. In motor vehicle technology, the rotational angles φ of the crankshaft are indicated in ° crankshaft angle (° CA). To detect the crankshaft position is a crankshaft sensor 9 provided, the output signal of an engine control unit 7 is supplied so that this depending on the crankshaft position on the current combustion chamber or cylinder volume and taking into account a subsequently described measurement signal of a cylinder head gasket sensor 3 on the combustion state in the cylinder 1 can close.

Im Bereich des Zylinderkopfs oder der Zylinderkopfdichtung ist mindestens ein: integrierter Drucksensor 3 angeordnet, der nachfolgend auch als Zylinderkopfdichtspaltsensor bezeichnet wird und Piezoelemente umfaßt, die eine Bewegung, d. h. eine Dehnung oder Stauchung, des Zylindergehäuses 1 erfassen. Über ein mit einer entsprechenden Kraftstoffleitung gekoppeltes Einspritzventil 4 wird in den Zylinder 1 ein bestimmter Kraftstoff eingespritzt, wobei abhängig von der Stellung der Kolbens 8 eine entsprechende Kompression des Kraftstoffgemisches erfolgt, um den Zündvorgang zu unterstützen. Durch die nachfolgende Verbrennung des Kraftstoffgemisches werden Kräfte auf den Zylinderkopf ausgeübt, welche die Piezoelemente des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 beeinflussen, so dass das Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 zur indirekten Messung des Zylinderdrucks geeignet ist.In the area of the cylinder head or the cylinder head gasket is at least one: integrated pressure sensor 3 hereinafter also referred to as a cylinder head gasket gap sensor, comprising piezo elements which cause movement, ie, elongation or compression, of the cylinder housing 1 to capture. Via an injection valve coupled to a corresponding fuel line 4 gets into the cylinder 1 injected a certain fuel, depending on the position of the piston 8th a corresponding compression of the fuel mixture takes place in order to support the ignition process. By the subsequent combustion of the fuel mixture forces are exerted on the cylinder head, which the piezo elements of the cylinder head gasket sensor 3 affect, so that the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 suitable for indirect measurement of cylinder pressure.

In 2A ist mit der Kennlinie a die Signalamplitude des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen. Zum Vergleich ist des weiteren auch die Signalamplitude eines mit einem Drucksensor aufgenommenen Messignals aufgetragen (Kennlinie b), wobei der Drucksensor direkt, d. h. unmittelbar, den im Zylinder 1 infolge eines Verbrennungsvorgangs auftretenden Zylinderdruck erfassen kann. Vorzugsweise ist für jeden einzelnen Zylinder 1 ein entsprechender Zylinderkopfdichtspaltsensor 3 vorgesehen. Wie aus 2A ersichtlich ist, weisen die beiden Kurvenverläufe im Bereich des oberen Totpunkts der Kurbelwelle, d. h. im Bereich um 360°KW, starke Übereinstimmungen auf. Mit zunehmender Entfernung vom oberen Totpunkt verändert sich jedoch das Übertragungsverhalten des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3, wobei insbesondere durch nichtlineare Überlagerungen von benachbarten Zylindern des Verbrennungsmotors starke Abweichungen gegenüber dem Messignal des Drucksensors auftreten können.In 2A is the signal amplitude of the cylinder head gasket sensor with the characteristic a 3 applied as a function of the crankshaft angle. For comparison, the signal amplitude of a measurement signal recorded with a pressure sensor is also plotted (characteristic curve b), with the pressure sensor directly, ie directly, in the cylinder 1 can detect cylinder pressure occurring as a result of a combustion process. Preferably, for each individual cylinder 1 a corresponding cylinder head gasket sensor 3 intended. How out 2A can be seen, the two curves in the range of top dead center of the crankshaft, ie in the range around 360 ° KW, strong matches. As the distance from top dead center increases, however, the transmission behavior of the cylinder head gasket sensor changes 3 , wherein in particular by non-linear overlaps of adjacent cylinders of the internal combustion engine strong deviations from the measurement signal of the pressure sensor can occur.

Des weiteren ist in 2B der herkömmlicherweise aus dem Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 abgeleitete Druckverlauf in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen (Kennlinie a). Zum Vergleich ist wiederum der aus dem Messignal eines Drucksensors abgeleitete Verlauf des Zylinderdrucks in Abhängigkeit vom den Kurbelwellenwinkel aufgetragen (Kennlinie b). Im dargestellten Beispiel erfolgt der Betrieb des Motors mit 4000 Umdrehungen/Minute, wobei die Einspritzmenge 30 mg/Hub beträgt. Aufgrund der somit wirkenden hohen Last erfolgt die Einspritzung sehr früh, was die in 2B gezeigte Phasenverschiebung des Maximums zur Folge hat.Furthermore, in 2 B conventionally from the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 derived pressure curve as a function of the crankshaft angle plotted (characteristic a). For comparison, in turn, the derived from the measurement signal of a pressure sensor curve of the cylinder pressure in dependence on the crankshaft angle is plotted (characteristic b). In the example shown, the engine is operated at 4000 revolutions / minute, the injection quantity 30 mg / stroke is. Due to the high load thus acting the injection takes place very early, which in 2 B shown phase shift of the maximum result.

Um mit größtmöglicher Zuverlässigkeit aus dem Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 eine Aussage über den Zylinderdruck ableiten zu können, sollte der aus dem Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 abgeleitete Zylinderdruckverlauf möglichst mit dem aus dem Messignal des Drucksensors abgeleiteten Zylinderdruckverlauf übereinstimmen, was jedoch – wie aus 2B ersichtlich ist – nicht bei Verwendung des Rohsignals des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 gegeben ist.To the greatest possible reliability from the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 to be able to derive a statement about the cylinder pressure, should be from the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 derived cylinder pressure curve coincide as possible with the derived from the measurement signal of the pressure sensor cylinder pressure curve, which, however - as out 2 B is apparent - not when using the raw signal of the cylinder head gasket sensor 3 given is.

Es empfiehlt sich daher, den Zylinderkopfdichtspaltsensor 3 vor seiner eigentlichen Inbetriebnahme, d. h. vor dem tatsächlichen Betrieb des Verbrennungsmotors, zu vermessen. Des weiteren sollte unter denselben Bedingungen der tatsächlich in dem Zylinder auftretende Zylinderdruck in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel erfasst werden, was beispielsweise mit Hilfe eines im Bereich des Zylinderkopfs eingesetzten Drucksensors möglich ist. Anhand der Abweichung zwischen den beiden gewonnenen Zylinderdruckverläufen kann ein Kalibrierungs- oder Korrektursignal erzeugt werden, welches bei Anwendung auf das Rohsignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors bewirkt, dass dieses möglichst nah an die ”ideale” Kennlinie des Drucksensors angenähert wird.It is therefore advisable to use the cylinder head gasket sensor 3 before its actual commissioning, ie before the actual operation of the internal combustion engine, to measure. Furthermore, under the same conditions, the cylinder pressure actually occurring in the cylinder should be detected as a function of the crankshaft angle, which is possible, for example, with the aid of a pressure sensor used in the region of the cylinder head. Based on the deviation between the two cylinder pressure curves obtained, a calibration or correction signal can be generated which, when applied to the raw signal of the cylinder head gasket sensor, causes it to approximate as closely as possible to the "ideal" characteristic of the pressure sensor.

In der Praxis wird dieses Korrektursignal mehrere Korrekturwerte umfassen, die separat für jeden Messwert des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 ermittelt und in Form einer Tabelle (”Look up-Table”) abgespeichert werden.In practice, this correction signal will include a plurality of correction values separately for each measured value of the cylinder head gasket sensor 3 be determined and stored in the form of a table ("look up table").

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel übernimmt eine Kalibrierungseinheit 5 die Funktion der Korrektur bzw. Kalibrierung des Rohsignals des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3. Die Kalibrierungseinheit 5 unterzieht das Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 somit einer numerischen Signalvorverarbeitung, wodurch das Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 weitgehend in Übereinstimmung mit dem Messignal des Drucksensors gebracht wird. In 2B ist der durch diese Kalibrierung gewonnene Druckverlauf des Zylinderkopfdichtspaltsensors in Form einer weiteren Kennlinie c dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass diese Kennlinie c sehr nahe an der Kennlinie b des Drucksensors verläuft.At the in 1 embodiment shown assumes a calibration unit 5 the function of the correction or calibration of the raw signal of the cylinder head gasket sensor 3 , The calibration unit 5 subjects the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 thus a numerical signal preprocessing, whereby the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 is brought largely in accordance with the measurement signal of the pressure sensor. In 2 B the pressure curve of the cylinder head gasket sensor obtained by this calibration is shown in the form of a further characteristic curve c, wherein it can be seen that this characteristic curve c is very close to the characteristic curve b of the pressure sensor.

Das von der Kalibrierungseinheit 5 somit korrigierte Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 wird einer Auswertungseinheit 6 zugeführt, welche anhand des korrigierten Messignals den Zylinderdruck bestimmt und über ein entsprechendes Steuersignal das Motorsteuergerät 7 ansteuert, welches davon abhängig beispielsweise das Einspritzventil 4 ansteuert, um die dem Zylinder 1 zugeführte Kraftstoffgemischzusammensetzung bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend zu beeinflussen. Selbstverständlich kann von dem Motorsteuergerät 7 auch auf andere Parameter, die den im Zylinder 1 ablaufenden Verbrennungsvorgang betreffen, Einfluss genommen werden.That of the calibration unit 5 thus corrected measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 becomes an evaluation unit 6 supplied, which determines the cylinder pressure based on the corrected measurement signal and the engine control unit via a corresponding control signal 7 controls, which depends, for example, the injection valve 4 drives to the cylinder 1 supplied fuel mixture composition or the injected amount of fuel to influence accordingly. Of course, from the engine control unit 7 also on other parameters, those in the cylinder 1 affect the ongoing combustion process.

Durch die zuvor beschriebene Kalibrierung bzw. Korrektur des Messignals des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 wird der Vertrauensbereich im Bereich des oberen Totpunkts der Kurbelwelle 2, in dem aus dem Messignal des Zylinderkopfdichtspaltsensors 3 eine zuverlässige Aussage über den Zylinderdruck abgeleitet werden kann, verbreitert. Die Kalibrierung kann mit vertretbarem Aufwand durchgeführt werden, wenn sie – wie in 2B gezeigt ist – für den Bereich OT – 20°KW...OT + 20°KW durchgeführt wird.By the above-described calibration or correction of the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 becomes the confidence level near the top dead center of the crankshaft 2 , in which from the measurement signal of the cylinder head gasket sensor 3 a reliable statement about the cylinder pressure can be derived widened. The calibration can be performed with reasonable effort if - as in 2 B is shown - for the range OT - 20 ° KW ... OT + 20 ° KW is performed.

11
Zylindercylinder
22
Kurbelwellecrankshaft
33
ZylinderkopfdichtspaltsensorCylinder head sealing gap sensor
44
Zündkerzespark plug
55
Kalibrierungseinheitcalibration unit
66
Auswertungseinheitevaluation unit
77
MotorsteuergerätEngine control unit
88th
Kolbenpiston
99
Kurbelwellensensorcrankshaft sensor
OTOT
Oberer Totpunkt der KurbelwelleOberer Dead center of the crankshaft
UTUT
Unterer Totpunkt der Kurbelwelle Kurbelwellenwinkellower Dead center of crankshaft crankshaft angle
a–ca-c
Messignalmeasuring signal

Claims (10)

Verfahren zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks, wobei mit Hilfe von Sensormitteln (3) eine durch einen in dem Brennraum (1) ablaufenden Verbrennungsvorgang hervorgerufene Bewegung des Brennraumgehäuses gemessen und aus dem Messsignal der Sensormittel (3) eine Aussage über den im Brennraum (1) auftretenden Brennraumdruck abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der anhand des Messsignals der Sensormittel (3) ermittelte Brennraumdruck mit dem tatsächlich in dem Brennraum (1) während eines Verbrennungsvorgangs auftretenden Brennraumdruck verglichen und davon abhängig ein entsprechendes Korrektursignal erzeugt wird, und dass anschließend das Messsignal der Sensormittel (3) gemäß dem Korrektursignal korrigiert wird und das somit korrigierte Messsignal der Sensormittel (3) für die Gewinnung der Aussage über den Brennraumdruck verwendet wird.Method for detecting the combustion chamber pressure occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine, with the aid of sensor means ( 3 ) one by one in the combustion chamber ( 1 ) running combustion process of the combustion chamber housing measured and from the measurement signal of the sensor means ( 3 ) a statement about the in the combustion chamber ( 1 ) combustion chamber pressure is derived, characterized in that the basis of the measurement signal of the sensor means ( 3 ) determined combustion chamber pressure with the actually in the combustion chamber ( 1 ) during a combustion process occurring combustion chamber pressure and dependent thereon a corresponding correction signal is generated, and that subsequently the measurement signal of the sensor means ( 3 ) is corrected according to the correction signal and the thus corrected measurement signal of the sensor means ( 3 ) is used for obtaining the statement about the combustion chamber pressure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem eigentlichen Betrieb der Brennkraftmaschine das Messsignal der Sensormittel (3) für einen in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgang einmalig aufgenommen und zudem der tatsächlich in dem Brennraum (1) auftretende Brennraumdruck erfasst und mit dem aufgenommenen Messsignal der Sensormittel (3) verglichen wird, um davon abhängig das Korrektursignal zu erzeugen, und dass anschließend während des laufenden Betriebs der Brennkraftmaschine nur das gemäß dem Korrektursignal korrigierte Messsignal der Sensormittel (3) zur Gewinnung der Aussage über den Brennraumdruck verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that prior to the actual operation of the internal combustion engine, the measuring signal of the sensor means ( 3 ) recorded once for a running in the combustion chamber of the internal combustion engine combustion process and also the actually in the combustion chamber ( 1 ) detected combustion chamber pressure and with the recorded measurement signal of the sensor means ( 3 ) in order to generate the correction signal dependent thereon, and in that subsequently during the running operation of the internal combustion engine only the measuring signal of the sensor means corrected according to the correction signal ( 3 ) is used to obtain the statement about the combustion chamber pressure. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal in Form von Korrekturwerten erzeugt wird, wobei jedem Messwert der Sensormittel (3) ein entsprechender Korrekturwert zugewiesen ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the correction signal is generated in the form of correction values, wherein each measured value of the sensor means ( 3 ) is assigned a corresponding correction value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal für den Bereich ±20°KW um den oberen Totpunkt der Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction signal for the range ± 20 ° CA about the top dead center of the crankshaft ( 2 ) of the internal combustion engine is generated. Vorrichtung zum Erfassen des in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Brennraumdrucks, mit Sensormitteln (3) zum Erfassen einer durch einen in dem Brennraum (1) ablaufenden Verbrennungsvorgang hervorgerufenen Bewegung des Brennraumgehäuses, und mit Auswertungsmitteln (5, 6), um aus dem Messsignal der Sensormittel (3) eine Aussage über den im Brennraum (1) auftretenden Brennraumdruck abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsmittel Korrekturmittel (5) zum Korrigieren des Messignals der Sensormittel (3) gemäß einem Korrektursignal umfassen, wobei das Korrektursignal derart ausgestaltet ist, dass das von den Korrekturmitteln (5) ausgegebene korrigierte Messsignal (c) der Sensormittel (3) im Vergleich zu dem ursprünglichen Messsignal (a) der Sensormittel (3) an den tatsächlich in dem Brennraum (1) auftretenden Brennraumdruck angenähert ist.Device for detecting the combustion chamber pressure occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine, with sensor means ( 3 ) for detecting a by a in the combustion chamber ( 1 ) running combustion process of the combustion chamber housing, and with evaluation means ( 5 . 6 ) in order to obtain from the measuring signal of the sensor means ( 3 ) a statement about the in the combustion chamber ( 1 ) derived combustion chamber pressure, characterized in that the evaluation means correction means ( 5 ) for correcting the measurement signal of the sensor means ( 3 ) according to a correction signal, wherein the correction signal is designed such that the correction means ( 5 ) output corrected measuring signal (c) of the sensor means ( 3 ) compared to the original measurement signal (a) of the sensor means ( 3 ) to the actual in the combustion chamber ( 1 ) approaching combustion chamber pressure is approximated. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel im Kopfbereich des Brennraums (1) angeordnet sind.Apparatus according to claim 5, characterized in that the sensor means in the head region of the combustion chamber ( 1 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (3) in einem Dichtungsabschnitt des Kopfbereichs des Brennraums (1) angeordnet sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that the sensor means ( 3 ) in a sealing portion of the head portion of the burner space ( 1 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmittel (5) derart ausgestaltet sind, dass sie jeden Messwert des Messsignals der Sensormittel (3) mit einem entsprechenden Korrekturwert korrigieren, um einen somit korrigierten Messwert zu erhalten.Device according to one of claims 5-7, characterized in that the correction means ( 5 ) are configured such that they each measured value of the measuring signal of the sensor means ( 3 ) with a corresponding correction value in order to obtain a thus corrected measured value. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmittel (5) das Messsignal der Sensormittel (3) zumindest im Bereich ±20°KW um den oberen Totpunkt der Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine gemäß dem Korrektursignal korrigieren.Device according to one of claims 5-8, characterized in that the correction means ( 5 ) the measuring signal of the sensor means ( 3 ) at least in the range ± 20 ° CA about the top dead center of the crankshaft ( 2 ) of the internal combustion engine according to the correction signal correct. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–9 zur Steuerung mindestens eines Parameters, welcher den in dem Brennraum (1) ablaufenden Verbrennungsvorgang beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung des korrigierten Messsignals der Sensormittel (3) der Brennraumdruck in dem Brennraum (1) ermittelt und davon abhängig mit Hilfe eines Steuergeräts (7) der Parameter zur Beeinflussung des im Brennraum (1) ablaufenden Verbrennungsvorgangs entsprechend eingestellt wird.Use of a device according to any one of claims 5-9 for controlling at least one parameter, which in the combustion chamber ( 1 ) running combustion process, characterized in that by evaluation of the corrected measurement signal of the sensor means ( 3 ) the combustion chamber pressure in the combustion chamber ( 1 ) and dependent thereon by means of a control device ( 7 ) the parameter for influencing the in the combustion chamber ( 1 ) running combustion process is set accordingly.
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