DE102004031806A1 - Ion current signal analyzing method for internal combustion engine, involves comparing amplitude of single cycles of ion current signals with threshold value and considering only signals whose amplitudes lie above value for further analysis - Google Patents

Ion current signal analyzing method for internal combustion engine, involves comparing amplitude of single cycles of ion current signals with threshold value and considering only signals whose amplitudes lie above value for further analysis Download PDF

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    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor

Abstract

The method involves detecting single cycles of ion current signals using a sensor (2), which is connected to a analysis and control unit (3). The analysis and control unit compares signal amplitudes of the cycles with a given threshold value. The analysis and control unit considers only the signals whose signal amplitudes lie above the threshold value i.e. cycles with smaller signal amplitudes are not considered, for further analysis. Independent claims are also included for the following: (A) a combustion regulation method including ion current signal analyzing method for an internal combustion engine (B) a device for the analyzing an ion current signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromsignals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, zugehörige Vorrichtung und Verbrennungsregelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine.The The invention relates to a method for evaluating an ion current signal according to the preamble of claim 1, associated apparatus and Combustion control method for an internal combustion engine.

Die Lage des Verbrennungsschwerpunktes bestimmt maßgeblich den Wirkungsgrad eine Brennkraftmaschine. Durch Hilfe der Ionenstrommessung kann der Verbrennungsschwerpunkt bestimmt und die Lage des Verbrennungsschwerpunktes und damit die Verbrennung der Brennkraftmaschine geregelt werden.The Location of the center of combustion determines significantly the efficiency of a Internal combustion engine. By means of the ion current measurement, the focus of combustion can determined and the location of the combustion center and thus the Combustion of the internal combustion engine are regulated.

Die Offenlegungsschrift DE 100 08 553 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung eines Ionenstromsensorsignals einer Brennkraftmaschine. Ausgehend von einem Signal des Ionenstromsensors wird wenigstens eine Größe bestimmt, welche die Verbrennung in der Brennkraftmaschine charakterisiert. Wenigstens eine Größe wird durch Aufbereitung des Signals erfasst, die einen Verbrennungsbeginn und/oder eine Verbrennungsqualität und/oder den Verbrennungsschwerpunkt betreffen. Zur Ermittlung des Verbrennungsschwerpunkts erfolgt eine Offsetkorrektur des gemessenen Ionenstromsignals. Nach der Offsetkorrektur erfolgt die Berechung des Flächenschwerpunktes innerhalb eines für die Auswertung geeigneten Kurbelwellenwinkelbereichs. Das Ergebnis der Berechnung wird anschließend einer Plausibilitätsprüfung unterzogen. Diese Prüfung erfolgt anhand der Verbrennungsqualität, der Verbrennungserkennung und anhand eines Kennfeldes, das in Abhängigkeit vom Betriebspunkt (Last, Drehzahl) Grenzen für einen plausiblen Flächenschwerpunkt vorgibt. Bei einem plausiblen Ergebnis wird der aktuell ermittelte Flächenschwerpunkt bei der nachfolgenden Mittelung berücksichtigt, die über eine geeignete Anzahl von Arbeitsspielen durchgeführt wird und vorzugsweise als gleitende Mittelwertbildung ausgeführt ist.The publication DE 100 08 553 A1 describes a method and a device for evaluating an ion current sensor signal of an internal combustion engine. Based on a signal of the ion current sensor at least one size is determined, which characterizes the combustion in the internal combustion engine. At least one variable is detected by conditioning the signal concerning a start of combustion and / or a combustion quality and / or the combustion center. To determine the focal point of combustion, an offset correction of the measured ion current signal takes place. After the offset correction, the calculation of the area centroid occurs within a crankshaft angle range suitable for the evaluation. The result of the calculation is then subjected to a plausibility check. This test is based on the combustion quality, the combustion detection and on the basis of a characteristic field that defines limits for a plausible centroid as a function of the operating point (load, speed). In the case of a plausible result, the currently determined centroid is taken into account in the subsequent averaging, which is carried out over a suitable number of working cycles and is preferably designed as a moving averaging.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromsignals anzugeben, das einfach aufgebaut ist und leicht in eine Brennkraftmaschine implementiert werden kann, sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Auswertung eines Ionenstromsignals und ein Verbrennungsregelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen.task The invention is a method for evaluating an ion current signal specify that is simple and easy in an internal combustion engine can be implemented, and an associated device for evaluation an ion current signal and a combustion control method for an internal combustion engine available too put.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Auswertung eines Ionenstromsignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung zur Auswertung eines Ionenstromsignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verbrennungsregelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.The Invention solves this task by providing a method for evaluation an ion current signal having the features of claim 1, by a device for evaluating an ion current signal with the features of claim 8 and by a combustion control method for one Internal combustion engine having the features of patent claim 7.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß werden beim Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromssignals Einzelzyklen des Ionenstromsignals erfasst und bei der weiteren Auswertung werden nur Ionenstromzyklen berücksichtigt, deren Signalamplituden über einem vorgegebenen Schwellwert liegen. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch einen einfachen Vergleich mit einem Schwellwert ohne eine aufwendige Plausibilitätsprüfung die Datenmenge für die weitere Auswertung zu reduzieren.According to the invention in the method for evaluating an ion current signal single cycles the ion current signal detected and in the further evaluation considers only ion current cycles, their signal amplitudes over a predetermined threshold. This makes it more advantageous Way possible, by a simple comparison with a threshold without one elaborate plausibility check the Amount of data for to reduce the further evaluation.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens werden die erfassten Ionenstromsignale, deren Amplitude über dem vorgegebenen Schwellwert liegen einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen. Durch die gleitende Mittelwertbildung werden in vorteilhafter Weise Schwankungen bei der Verbrennung und des daraus resultierenden Ionenstroms berücksichtigt und ausgeglichen.In Embodiment of the evaluation method according to the invention become the detected ion current signals whose amplitude above the given threshold value are a moving averaging subjected. By the moving averaging are in an advantageous Way variations in combustion and the resulting ion current considered and balanced.

In weiterer Ausgestaltung des Auswerteverfahrens wird das gemittelte Ionenstromsignal integriert und normiert.In Another embodiment of the evaluation is the averaged Ion current signal integrated and normalized.

In weiterer Ausgestaltung wird der 50%-Umsatzpunkt berechnet.In In another embodiment, the 50% conversion point is calculated.

Der vorgegebene Schwellwert für die Signalamplitude des Ionenstromsignals beträgt beispielsweise 10μA und der gleitende Mittelwert wird vorzugsweise über zehn Zyklen gebildet.Of the predetermined threshold for the signal amplitude of the ion current signal is for example 10μA and the moving average is preferably formed over ten cycles.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Auswertung des Ionenstromssignals in einer Brennkraftmaschine umfasst beispielsweise einen Sensor, der das Ionenstromsignal erfasst und eine Auswerte- und Steuereinheit, die den Ionenstromsensor zur Erfassung von Einzelzyklen des Ionenstromsignals ansteuert und die Signalamplituden der erfassten Einzelzyklen mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Die Auswerte- und Steuereinheit berücksichtigt bei der weiteren Auswertung nur Ionenstromsignale, deren Amplitude über dem vorgegebenen Schwellwert liegen.A inventive device for evaluating the ion current signal in an internal combustion engine For example, it includes a sensor that detects the ion current signal and an evaluation and control unit, which the ion current sensor for Detection of individual cycles of the ion current signal drives and the Signal amplitudes of the detected individual cycles with a predetermined Threshold compares. The evaluation and control unit is taken into account in the further evaluation, only ion current signals whose amplitude is above the predetermined threshold.

In weiterer Ausgestaltung der Auswertevorrichtung führt die Auswerte- und Steuereinheit auch die gleitende Mittelwertbildung über eine vorgebbare Anzahl von Einzelzyklen durch.In Further embodiment of the evaluation leads the evaluation and control unit also the moving averaging over a predefinable number of individual cycles.

Das Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromssignals wird vorzugsweise zur Ermittlung des Verbrennungsschwerpunktes als Teil eines Verbrennungsregelungsverfahrens für eine Brennkraftmaschine eingesetzt.The Method for evaluating an ion current signal is preferably for determining the combustion center of gravity as part of a combustion control method for one Internal combustion engine used.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.A advantageous embodiment The invention is illustrated in the drawings and will become apparent below described.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Auswertung eines Ionenstromsignals, 1 a block diagram of an apparatus for evaluating an ion current signal,

2 ein Diagramm von erfassten Ionenströme 2 a diagram of detected ion currents

3 ein Diagramm des normierten Ionenstroms gemäß einem herkömmlichen Auswerteverfahrens, 3 a diagram of the normalized ion current according to a conventional evaluation method,

4 ein Diagramm des normierten Ionenstroms gemäß dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens, und 4 a diagram of the normalized ion current according to the evaluation method according to the invention, and

5 ein Diagramm des normierten und gemittelten Ionenstroms gemäß dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens. 5 a diagram of the normalized and averaged ionic current according to the evaluation method according to the invention.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 10 zur Auswertung eines Ionenstromssignals in einer Brennkraftmaschine 1 einen Sensor 2, der das Ionenstromsignal erfasst und eine Auswerte- und Steuereinheit 3, welche den Ionenstromsensor 2 zur Erfassung von Einzelzyklen des Ionenstromsignals ansteuert und die Signalamplituden der erfassten Einzelzyklen mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Bei der weiteren Auswertung berücksichtigt die Auswerte- und Steuereinheit 3 nur Ionenstromsignale, deren Amplituden über dem vorgegebenen Schwellwert liegen, d.h. Zyklen mit geringeren Signalamplituden werden bei der Auswertung nicht berücksichtigt. Der Ionenstromsensor 2 zur Erfassung der Einzelzyklen ist beispielsweise bei einem Dieselmotor an der Glühkerze angeordnet.How out 1 can be seen, the device comprises 10 for evaluating an ion current signal in an internal combustion engine 1 a sensor 2 , which detects the ion current signal and an evaluation and control unit 3 , which the ion current sensor 2 to detect individual cycles of the ion current signal and compares the signal amplitudes of the detected individual cycles with a predetermined threshold value. For further evaluation, the evaluation and control unit takes into account 3 only ion current signals whose amplitudes are above the predetermined threshold, ie cycles with lower signal amplitudes are not taken into account in the evaluation. The ion current sensor 2 for detecting the individual cycles is arranged, for example in a diesel engine to the glow plug.

2 zeigt eine Mehrzahl von aufgenommen Ionenstromsignale bezogen auf den Kurbelwellenwinkel. 3 zeigt die normierten integrierten Ionenstromsignale gemäß einem herkömmlichen Verfahren, bei dem eine sehr große Streuung der einzelnen Ionenstromsignale vorliegt. Die Ionenstromsignale der Einzelzyklen können über einen Kurbelwellenwinkelbereich von bis zu 16° gestreut sein. 4 zeigt die normierten integrierten Ionenstromsignale bei denen erfindungsgemäß nur Einzelzyklen berücksichtigt sind, bei denen die Amplitude des Ionenstroms höher als ein vorgegebener Schellwert von beispielsweise 10μA ist. Dadurch kann die Streuung der Ionenstromsignale auf einen Wert von kleiner als 2,5° verkleinert werden. Bei den nicht berücksichtigten Ionenstromsignalen handelt es sich beispielsweise um Signale, deren Auswertung wegen der kleinen Amplitude keine sinnvollen Ergebnisse liefert, weil beispielsweise keine Flamme neben dem Sensor vorhanden war. 5 zeigt den normierten integrierten Ionenstrom, der über vorzugsweise zehn Einzelzyklen durch eine gleitende Mittelwertbildung gemittelt ist, deren Signalamplituden über 10μA liegen. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Streuung der Einzelzyklen um den 50%-Punkt weiter reduziert und liegt in einem Winkelbereich, der kleiner als 0,6° sein kann. Der aus den Ionenstromsignalen berechnete Verbrennungsschwerpunkt weist somit nur noch eine Streuung von 0,3°. Durch die geringere Streuung des ermittelten Ionenstroms kann das erfindungsgemäße Verfahren als Teil eines Verbrennungsregelungsverfahrens eingesetzt werden. 2 shows a plurality of recorded ion current signals related to the crankshaft angle. 3 shows the normalized integrated ion current signals according to a conventional method, in which there is a very large dispersion of the individual ion current signals. The ion current signals of the individual cycles may be spread over a crankshaft angle range of up to 16 °. 4 shows the normalized integrated ion current signals in which according to the invention only single cycles are taken into account, in which the amplitude of the ion current is higher than a predetermined threshold value, for example 10μA. As a result, the scattering of the ion current signals can be reduced to a value of less than 2.5 °. The ionic current signals which are not taken into consideration are, for example, signals whose evaluation does not give meaningful results because of the small amplitude, because, for example, no flame was present next to the sensor. 5 shows the normalized integrated ion current, which is averaged over preferably ten individual cycles by a moving averaging whose signal amplitudes are above 10μA. How out 5 can be seen, the scattering of the individual cycles is further reduced by the 50% point and is in an angular range which may be less than 0.6 °. The calculated from the ionic current combustion focus thus has only a scatter of 0.3 °. Due to the lower scattering of the determined ion current, the method according to the invention can be used as part of a combustion control method.

Durch den erfindungsgemäßen einfachen Vergleich des in einem Einzelzyklus ermittelten Ionenstroms mit einem Schwellwert, kann die Datenmenge für die weitere Auswertung ohne aufwendige Plausibilitätsprüfung reduziert werden. Dadurch wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Auswertung des Ionenstroms ermöglicht, die einfach in einer Brennkraftmaschine implementiert werden kann.By the simple comparison according to the invention of the ion current determined in a single cycle with a threshold value, can the amount of data for the further evaluation reduced without elaborate plausibility check become. As a result, a device for carrying out the method for evaluation of the ion current allows which can be easily implemented in an internal combustion engine.

Claims (9)

Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromssignals, das ausgehend vom Ionenstromssignal einen Verbrennungsschwerpunkt einer Brennkraftmaschine (1) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelzyklen des Ionenstromsignals erfasst werden und bei der weiteren Auswertung nur Ionenstromzyklen berücksichtigt werden, deren Signalamplitude über einem vorgegebenen Schwellwert liegen.Method for evaluating an ion current signal, which, starting from the ion current signal, determines a combustion center of an internal combustion engine ( 1 ), characterized in that individual cycles of the ion current signal are detected and in the further evaluation only ion current cycles are taken into account whose signal amplitude are above a predetermined threshold value. Auswerteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Ionenstromsignale, deren Amplitude über dem vorgegebenen Schwellwert liegen einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden.Evaluation method according to Claim 1, characterized that the detected ion current signals whose amplitude is above the given threshold value are subjected to a moving averaging become. Auswerteverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemittelte Signal integriert und normiert wird.Evaluation method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the averaged signal is integrated and normalized becomes. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der 50%-Umsatzpunkt berechnet wird.Evaluation method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the 50% conversion point is calculated. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Schwellwert für die Signalamplitude 10μA beträgt.Evaluation method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preg bene threshold for the signal amplitude is 10μA. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gleitende Mittelwert über zehn Zyklen gebildet wird.Evaluation method according to one of claims 2 to 5, characterized in that the moving average over ten Cycles is formed. Verbrennungsregelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, welches das Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.Combustion control method for an internal combustion engine, which is the evaluation method according to one of claims 1 to 6 includes. Vorrichtung zur Auswertung eines Ionenstromssignals, insbesondere zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Sensor (2), der das Ionenstromsignal in einer Brennkraftmaschine (1) erfasst, gekennzeichnet durch eine Auswerte- und Steuereinheit (3), die den Ionenstromsensor (2) zur Erfassung von Einzelzyklen des Ionenstromsignals ansteuert und die Signalamplituden der erfassten Einzelzyklen mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und liegen bei der Auswertung nur Ionenstromsignale berücksichtigt die über dem vorgegebenen Schwellwert liegen.Device for evaluating an ion current signal, in particular for carrying out the method according to one of Claims 1 to 7, with a sensor ( 2 ) which detects the ion current signal in an internal combustion engine ( 1 ), characterized by an evaluation and control unit ( 3 ), the ion current sensor ( 2 ) for detecting individual cycles of the ion current signal and compares the signal amplitudes of the detected individual cycles with a predetermined threshold and are considered in the evaluation only ion current signals that are above the predetermined threshold. Auswertevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (3) einen gleitenden Mittelwert über eine vorgebbare Anzahl von Einzelzyklen bildet, der Signalamplituden über dem vorgegebenen Schwellwert liegen.Evaluation device according to claim 8, characterized in that the evaluation and control unit ( 3 ) forms a moving average over a predefinable number of individual cycles, the signal amplitudes are above the predetermined threshold.
DE200410031806 2004-07-01 2004-07-01 Ion current signal analyzing method for internal combustion engine, involves comparing amplitude of single cycles of ion current signals with threshold value and considering only signals whose amplitudes lie above value for further analysis Withdrawn DE102004031806A1 (en)

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