DE102005012776B4 - Method and device for identifying gas dynamic effects - Google Patents

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Abstract

Verfahrenzur Identifikation eines in einer Brennkammer auftretenden gasdynamischen Effektes einer im Schichtbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine, bei der die Zündung eines in der Brennkammer zu entflammenden Gemisches mittels einer Zündkerze (2) erfolgt, und in Abhängigkeit von während des Zündvorgangs auftretenden Messsignalen an der jeweils zugehörigen Zündspule gasdynamische Effekte detektiert werden, wobei- in Abhängigkeit von einem an der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung (U; U)- und/oder in Abhängigkeit von einem sekundärseitigen Spulenstrom (Isek)- und/oder in Abhängigkeit von einer primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung (U; U) und/oder dem sekundärseitigen Spulenstrom (I) korrelierenden Parameter auf das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Gradienten der Spulenspannung (U; U) und/oder dem Gradienten des Spulenstroms (I) und/oder dem Gradienten des korrelierenden Parameters auf das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen wird und eine Unterscheidung zwischen einem gasdynamischem Effekt und einer Turbulenz getroffen wird und dass in Abhängigkeit von der Amplitude und/oder den innerhalb eines festgelegten Zeitfensters auftretenden Auslenkungen der Spulenspannung (U; U) und/oder des Spulenstroms (I) und/oder eines korrelierenden Parameters auf die Art des vorliegenden gasdynamischen Effektes geschlossen wird.Method for identifying a gas dynamic effect occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine operating in stratified mode, in which a mixture to be ignited in the combustion chamber is ignited by means of a spark plug (2), and depending on measurement signals occurring during the ignition process on the respectively associated ignition coil, gas dynamic effects are detected, depending on a coil voltage (U; U) on the primary and / or secondary side - and / or depending on a coil current on the secondary side (Isek) - and / or depending on a coil voltage on the primary and / or secondary side ( U; U) and / or the parameter correlating the secondary-side coil current (I) is concluded that a gas dynamic effect is present, characterized in that, depending on the gradient of the coil voltage (U; U) and / or the gradient of the coil current (I) and / or the gradient of the correlating P arameters is concluded that there is a gas dynamic effect and a distinction is made between a gas dynamic effect and turbulence and that depending on the amplitude and / or the deflections of the coil voltage (U; U) and / or the coil current (I) and / or a correlating parameter is inferred about the type of gas dynamic effect present.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation von gasdynamischen Effekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Identifikation von gasdynamischen Effekten innerhalb einer Brennkammer einer im Schichtbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for identifying gas dynamic effects according to the preamble of claim 1 and a device for identifying gas dynamic effects within a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle operating in shifts.

Aus dem Abschlussbericht , Zündsysteme für magere Gemische, der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV), Heft 798 aus 2004, Frankfurt am Main, ist eine Beschreibung von Zündsystemen im Allgemeinen und eine Beschreibung von Zündsystemen für magere Gemische im Besonderen bekannt (insbesondere Kapitel 2.1.2, Funkenzündung - Grundlagen, Seite 16-21). Eine Beschreibung gasdynamischer Effekte, insbesondere eine Beschreibung zur Identifikation derselben ist hieraus nicht bekannt.A description of ignition systems in general and a description of ignition systems for lean mixtures in particular is known from the final report, Ignition systems for lean mixtures, the Research Association for Internal Combustion Engines (FVV), Issue 798 from 2004, Frankfurt am Main (in particular chapter 2.1.2, Spark ignition - basics, page 16-21). A description of gas dynamic effects, in particular a description for identifying them, is not known from this.

Unter innerhalb der Brennkammer einer Brennkraftmaschine auftretenden gasdynamischen Effekten werden im Sinne der Erfindung Bewegungsvorgänge (insbesondere Bewegungen von Gasmassen) innerhalb der Brennkammer während des Arbeitsprozesses verstanden, die insbesondere im Vergleich zu auftretenden Turbulenzen oder im Vergleich zu den normalen Strömungsvorgängen (die in einem Geschwindigkeitsbereich von bis zu zirka 40 m/s liegen) eine deutlich erhöhte Bewegungsgeschwindigkeit aufweisen. Vorzugsweise werden unter gasdynamischen Effekten Bewegungsvorgänge verstanden, welche eine Geschwindigkeit im Bereich der Schallgeschwindigkeit (zirka 300 m/s - 400 m/s) aufweisen.Within the combustion chamber of an internal combustion engine, gas dynamic effects within the meaning of the invention are understood to mean movement processes (in particular movements of gas masses) within the combustion chamber during the working process, which in particular in comparison to occurring turbulence or in comparison to normal flow processes (which occur in a speed range of up to around 40 m / s) have a significantly increased speed of movement. Gas dynamic effects are preferably understood to mean movement processes which have a speed in the range of the speed of sound (approximately 300 m / s - 400 m / s).

Bislang werden gasdynamische Effekte, insbesondere gasdynamische Effekte im Bereich des Zündortes einer Zündkerze mittels optischer Messgeräte erfasst. Derartige Untersuchungen sind nur für geringe Lasten geeignet und können aufgrund der hohen Kosten und der aufwendigen Apparaturen lediglich in Motorprüfstände bzw. in Versuchsfahrzeuge integriert werden.So far, gas dynamic effects, in particular gas dynamic effects in the area of the ignition location of a spark plug, have been recorded by means of optical measuring devices. Such tests are only suitable for low loads and, due to the high costs and the complex equipment, can only be integrated in engine test benches or in test vehicles.

Aus der DD 211 148 A1 ist bereits ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Einstellen eines bestmöglichen Zündzeitpunktes und der bestmöglichen Gemischzusammensetzung bekannt, bei dem der Rückspannungsimpuls im Primärstromkreis der Zündspule als Messsignal verwendet wird. Insbesondere wird durch Veränderung des Zündzeitpunktes und der Gemischzusammensetzung versucht, das Messwertmaximum zu erreichen.From the DD 211 148 A1 A method and an arrangement for setting the best possible ignition timing and the best possible mixture composition are already known, in which the reverse voltage pulse in the primary circuit of the ignition coil is used as a measurement signal. In particular, attempts are made to change the maximum of the measured value by changing the ignition timing and the mixture composition.

Weiter wird der Vollständigkeit halber noch auf die DE 42 32 845 C2 hingewiesen, welches ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustands von Verbrennungsmotoren offenbart, wobei eine Messspannung an eine im Brennraum des Motors angeordnete Elektrode angelegt, und der im Elektrodenkreis fließende lonenstrom ausgewertet wird.For the sake of completeness, the DE 42 32 845 C2 pointed out, which discloses a method and a device for detecting the combustion state of internal combustion engines, wherein a measuring voltage is applied to an electrode arranged in the combustion chamber of the engine, and the ion current flowing in the electrode circuit is evaluated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, mittels dem/der mit einfachen Mitteln gasdynamische Effekte einer im Schichtbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine identifizierbar sind.The invention is based on the object of specifying a method or a device by means of which gas-dynamic effects of an internal combustion engine working in shift operation can be identified with simple means.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe jeweils durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung findet Anwendung bei Fahrzeugen mit im Schichtbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschinen, bei denen die Zündung des in der Brennkammer zu entflammenden Gemisches mittels einer Zündkerze erfolgt und bei denen die Kraftstoffzufuhr vorzugsweise durch strahlgeführte Direkteinspritzung erfolgt.According to the invention, the object is achieved in each case by the totality of the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims. The invention is used in vehicles with internal combustion engines operating in stratified mode, in which the mixture to be ignited in the combustion chamber is ignited by means of a spark plug and in which the fuel is preferably supplied by spray-guided direct injection.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden in Abhängigkeit von während des Zündungsvorgangs auftretenden Messsignalen an der jeweils zugehörigen Zündspule gasdynamische Effekte detektiert, die während des Zündvorgangs im Bereich des Zündortes auftreten. Die Detektion erfolgt durch Messung und Auswertung der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung, und/oder durch Messung und Auswertung von dem sekundärseitigen Spulenstrom, und/oder durch Messung und Auswertung von einem mit der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung und/oder dem sekundärseitigen Spulenstrom korrelierenden Parameter.By means of the method according to the invention, gas-dynamic effects which occur during the ignition process in the region of the ignition location are detected on the respectively associated ignition coil as a function of measurement signals occurring during the ignition process. The detection is carried out by measuring and evaluating the primary-side and / or secondary-side coil voltage, and / or by measuring and evaluating the secondary-side coil current, and / or by measuring and evaluating one with the primary-side and / or secondary-side coil voltage and / or the secondary-side coil current correlating parameters.

Vorzugsweise erfolgt die Identifikation in Abhängigkeit von dem Gradienten der über der Zeit sich verändernden primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung, und/oder in Abhängigkeit von dem Gradienten des über der Zeit sich verändernden sekundärseitigen Spulenstroms, und/oder in Abhängigkeit von dem Gradienten des über der Zeit sich verändernden eines mit dem Spulenstrom oder der Spulenspannung korrelierenden Parameters. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird durch die Auswertung der erfassten Signalamplitude in Verbindung mit dem Gradienten des zeitlich veränderten Signals auf die Geschwindigkeit eines Teilchens (Gemischanteil bzw. Kraftstoffteilchen) und damit auf das Vorhandensein eines gasdynamischen Effektes geschlossen. Insbesondere erfolgt hierdurch eine Unterscheidung, ob eine einfache Turbulenz bzw. eine Normalströmung vorliegt oder ein gasdynamischer Effekt aufgetreten ist.The identification preferably takes place as a function of the gradient of the primary-side and / or secondary-side coil voltage, which changes over time, and / or as a function of the gradient of the secondary-side coil current, which changes over time, and / or as a function of the gradient of the over-current Time changing parameter correlating with the coil current or the coil voltage. In a particularly preferred embodiment, the evaluation of the detected signal amplitude in conjunction with the gradient of the signal which changes over time indicates the speed of a particle (mixture fraction or fuel particle) and thus the presence of a gas dynamic effect. In particular, this makes a distinction as to whether there is simple turbulence or normal flow or whether a gas dynamic effect has occurred.

Eine weitere Präzisierung erfolgt, indem die Amplitude und/oder die Anzahl der innerhalb eines Zeitfensters auftretenden Auslenkungen (Signalfrequenz) der Spulenspannung (primärseitig und/oder sekundärseitig) und/oder des Spulenstroms (sekundärseitig) und/oder des abhängigen Parameters erfasst und ausgewertet werden, und in Abhängigkeit hiervon der gasdynamische Effekt einer bestimmten Art von Effekt zugeordnet wird. Um eine entsprechende Arten-Zuordnung vornehmen zu können, ist in einem Datenspeicher bestimmten Frequenzbereichen und/oder Signalamplitudenbereichen jeweils ein bestimmter Typ bzw. eine bestimmte Art von gasdynamischem Effekt fest zugeordnet. Mit Vorteil wird mindestens zwischen zwei Arten von gasdynamischen Effekten unterschieden, wobei sich die zumindest zwei unterschiedlichen Arten im Hinblick auf Frequenz und/oder Gradient voneinander unterscheiden. Die Signalsauswertung erfolgt dabei beispielsweise mittels Frequenzanalyse oder Signaltransformation oder dergleichen.A further clarification takes place by the amplitude and / or the number within a Time window occurring deflections (signal frequency) of the coil voltage (primary and / or secondary) and / or the coil current (secondary) and / or the dependent parameter are detected and evaluated, and depending on this, the gas dynamic effect is assigned to a certain type of effect. In order to be able to carry out a corresponding type assignment, a specific type or a specific type of gas dynamic effect is permanently assigned to specific frequency ranges and / or signal amplitude ranges in a data memory. A distinction is advantageously made between at least two types of gas dynamic effects, the at least two different types differing in terms of frequency and / or gradient. The signals are evaluated, for example, by means of frequency analysis or signal transformation or the like.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: die Anordnung einer Zündkerze und eines Einspritzventils einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
  • 2: die schaltplanmäßige Darstellung einer Zündspuleneinheit mit zugehöriger Zündkerze und zugehörigem Schalttransistor, und
  • 3: ein Messsignal der Zündspule, beispielsweise in Form der Primärspulenspannung bzw. des Primarspulenstroms während eines Zündvorgangs.
The invention is explained in more detail below with reference to figures. Show it:
  • 1 the arrangement of a spark plug and an injection valve of a combustion chamber of an internal combustion engine in a schematic representation,
  • 2nd : the schematic representation of an ignition coil unit with associated spark plug and associated switching transistor, and
  • 3rd : a measurement signal of the ignition coil, for example in the form of the primary coil voltage or the primary coil current during an ignition process.

1 zeigt ausschnittsweise die Anordnung einer Zündkerze 2 und eines Einspritzventils 4 für eine nicht dargestellte Brennkammer eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Hierbei ist veranschaulicht, dass bei einem strahlgeführten Direkteinspritzverfahren (wie es bevorzugt im Rahmen der Erfindung Anwendung findet) für den Schichtbetrieb einer Brennkraftmaschine eine präzise Anordnung bzw. Zuordnung von Zündkerze und Einspritzventil erforderlich ist, um einen wirkungsvollen Verbrennungsprozess innerhalb der Brennkammer zu gewährleisten. Die Zündkerze 2 und das Einspritzventil 4 sind zueinander derart angeordnet, dass der durch die Elektroden 2a, 2b der Zündkerze 2 definierte Zündort sich nicht unmittelbar im Einspritzstrahl 40 befindet, sondern vielmehr geringfügig von diesem beabstandet in einem Bereich in dem bereits ein gasförmiges und entflammbares Gemisch vorliegt. Das Gemisch ist hier durch kleine ovale Wölkchen auf dem Einspritzstrahl 40 veranschaulicht. 1 shows a section of the arrangement of a spark plug 2nd and an injection valve 4th for a combustion chamber, not shown, of a cylinder of an internal combustion engine. It is illustrated here that in a spray-guided direct injection method (as is preferably used in the context of the invention) for the stratified operation of an internal combustion engine, a precise arrangement or assignment of the spark plug and the injection valve is required in order to ensure an effective combustion process within the combustion chamber. The spark plug 2nd and the injector 4th are arranged to each other in such a way that the through the electrodes 2a , 2 B the spark plug 2nd defined ignition location is not directly in the injection jet 40 is located, but rather slightly spaced from it in an area in which a gaseous and flammable mixture is already present. The mixture is here through small oval clouds on the injection jet 40 illustrated.

Ziel einer Zündung bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung ist die zuverlässige Entflammung inhomogener Gemische bei gleichzeitig magerem globalem Luftverhältnis. Aufgrund des im Zündspalt der Zündkerze 2 einwirkenden starken Strahlungsimpuls durch den Einspritzstrahl 40 entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Funkenstrecke zwischen den Elektroden 2a, 2b der Zündkerze 2. Diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen zu einer starken örtlichen und zeitlichen Abhängigkeit der Entflammungsbedingungen für das zu entflammende Gemisch. Aufgrund der zeitlichen Geschwindigkeits- und Kraftstoffverteilung an der Zündstelle ergibt sich im Schichtbetrieb nur eine sehr kurze Zeitdauer (am Ende oder kurz nach der Einspritzung), während der eine wirksame Entflammung überhaupt nur möglich ist. Um eine wirksame Entflammung mit anschließender selbsterhaltender Flammenausbreitung zu gewährleisten, muss über die Zündkerze genau im richtigen Zeitfenster eine ausreichende Energiezufuhr gewährleistet sein.The aim of ignition in gasoline engines with direct injection is the reliable ignition of inhomogeneous mixtures with a lean global air ratio. Because of the spark plug in the ignition gap 2nd strong radiation impulse caused by the injection jet 40 high flow velocities arise in the spark gap between the electrodes 2a , 2 B the spark plug 2nd . These high flow rates lead to a strong local and temporal dependence of the ignition conditions for the mixture to be ignited. Due to the temporal distribution of speed and fuel at the ignition point, there is only a very short period of time in shift operation (at the end or shortly after the injection), during which effective ignition is only possible at all. In order to ensure effective ignition with subsequent self-sustaining flame propagation, an adequate supply of energy must be ensured via the spark plug in exactly the right time window.

Die elektrische Funkenzündung teilt sich in drei zu unterscheidende Zündphasen ein: die Durchbruchphase, die Bogenphase und die Glimmphase (siehe auch Bericht FW).
In der Durchbruchphase führt ab Überschreitung einer bestimmten Zündspannung zwischen den Elektroden 2a, 2b die Bewegung von Ladungsträgern zu einer Stoßionisation neutraler Moleküle. Dies wiederum hat einen sprunghaften Stromanstieg bei gleichzeitig raschem Abfall der Spannung zwischen den Elektroden 2a, 2b zur Folge. Hierdurch wird schlagartig ein sogenannter Plasmakanal K zwischen den Elektroden 2a, 2b aufgebaut (1, Teilausschnitt A). In der Durchbruchphase, die im Nanosekundenbereich liegend mit Abstand die kürzeste aller Zündphasen ist, werden nur zirka ein bis zwei Prozent der über die Zündkerze 2 erzeugten Gesamt-Zündenergie freigesetzt. Allerdings erfolgt während dieser Phase, mit zirka vierundneunzig Prozent (94%) der mit Abstand höchste Energietransfer von der Zündkerze in das zu entflammende Gasgemisch. Um möglichst viel Energie in das zu entflammende Gemisch übertragen zu können, ist es hilfreich, möglichst viele Durchbruchphasen während eines Zündvorgangs zu erzeugen. Das Auftreten der Durchbruchphasen (aufgrund eines immer wieder abreißenden Zündfunkens) ist von auftretenden gasdynamischen Effekten im Bereich des Zündortes und damit insbesondere von der geometrischen Anordnung bzw. Zuordnung von Zündkerze und Einspritzventil abhängig. Um eine Aussage über eine möglichst gute Anordnung von Zündkerze und Einspritzventil zueinander vornehmen zu können, ist es somit erforderlich möglichst genau und auf einfache Weise eine Aussage über das Auftreten von gasdynamischen Effekten machen zu können.
Im Teilbereich A der 1 sind die beiden Elektroden 2a, 2b der Zündkerze 2 mit dem sich zwischen diesen ausbildenden Plasmakanal K während eines Zündvorgangs dargestellt. In dieser Darstellung wird der Plasmakanal K nach außen ausgelenkt, wodurch sich die in das Gasgemisch übertragbare Energie vergrößert. Eine derartige Auslenkung ist durch gasdynamische Effekte initiierbar bzw. tritt aufgrund gasdynamischer Effekte auf. Aus diesem Grund ist es von enormer Bedeutung zu wissen, bei welcher geometrischen Anordnung von Zündkerze 2 und Einspritzventil 4 (bzw. Einspritzstrahl 40) möglichst viele gasdynamische Effekte zu dem jeweils gewünschten Zeitpunkt während eines Zündvorgangs auftreten. Gasdynamische Effekte treten insbesondere bei kurzzeitigem Abriss des Zündfunkens oder aufgrund der plötzlichen Abspaltung von Plasmawölkchen W auf.The electrical spark ignition is divided into three different ignition phases: the breakthrough phase, the arc phase and the glow phase (see also report FW).
In the breakthrough phase, when a certain ignition voltage is exceeded, leads between the electrodes 2a , 2 B the movement of charge carriers to impact ionization of neutral molecules. This in turn has a sudden increase in current with a rapid drop in the voltage between the electrodes 2a , 2 B result. This suddenly creates a so-called plasma channel K between the electrodes 2a , 2 B built up ( 1 , Partial section A). In the breakthrough phase, which is by far the shortest of all ignition phases in the nanosecond range, only about one to two percent of those over the spark plug 2nd generated total ignition energy released. However, during this phase, with approximately ninety-four percent (94%), the highest energy transfer from the spark plug into the gas mixture to be ignited takes place by far. In order to be able to transfer as much energy as possible into the mixture to be ignited, it is helpful to generate as many breakthrough phases as possible during an ignition process. The occurrence of the breakthrough phases (due to a spark that breaks off again and again) depends on the gas dynamic effects occurring in the area of the ignition location and thus in particular on the geometrical arrangement or assignment of spark plug and injection valve. In order to be able to make a statement about the best possible arrangement of the spark plug and the injection valve relative to one another, it is therefore necessary to be able to make a statement about the occurrence of gas dynamic effects as precisely and as simply as possible.
In section A of 1 are the two electrodes 2a , 2 B the spark plug 2nd with the plasma channel K formed between them during an ignition process. In this illustration, the plasma channel K is deflected outwards, which increases the energy that can be transferred into the gas mixture. Such a deflection can be initiated by gas dynamic effects or occurs due to gas dynamic effects. For this reason, it is extremely important to know the geometrical arrangement of the spark plug 2nd and injector 4th (or injection jet 40 ) as many gas dynamic effects as possible occur at the desired time during an ignition process. Gas dynamic effects occur in particular when the ignition spark is briefly broken off or because of the sudden release of plasma clouds W.

Für die Identifikation derartiger gasdynamischer Effekte (Effekte mit Schallgeschwindigkeit) erfolgt gemäß der Erfindung eine Messung und Auswertung von Zündsignalen der Zündkerze. In Abhängigkeit von der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung und/oder in Abhängigkeit von dem sekundärseitigen Spulenstrom und/oder in Abhängigkeit von einem mit dem Spulenstrom und/oder der Spulenspannung korrelierenden Parameter (beispielsweise der elektrischen Feldstärke) wird auf das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen. Durch gezielte Veränderung der (Versuchs-)Anordnung von Zündkerze 2 und Einspritzventil 4 (bzw. Einspritzstrahl 40) zueinander und die entsprechende Auswertung des Verbrennungs- bzw. Entzündungsprozesses durch Identifikation der gasdynamischen Effekte mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf einfache Weise eine optimierte geometrische Anordnung ermittelt werden.
Denkbar ist ferner aufgrund identifizierter gasdynamischer Effekte Steuersignale zu generieren, die unmittelbar oder mittelbar auf einen aktuellen Verbrennungsprozess einwirken (z.B. Verstellung des Einspritzwinkels, Änderung des Zündwinkels oder der Schließzeit zur Ansteuerung der Zündspule oder dergleichen). Eine solche Anwendung wäre nicht nur in Form eines Prüfstandes, sondern als Anwendung in einem Serienfahrzeug denkbar.For the identification of such gas dynamic effects (effects with the speed of sound), a measurement and evaluation of ignition signals of the spark plug takes place according to the invention. Depending on the primary-side and / or secondary-side coil voltage and / or depending on the secondary-side coil current and / or depending on a parameter correlating with the coil current and / or the coil voltage (for example the electric field strength), the presence or absence of a gas dynamic is determined Effect closed. By deliberately changing the (experimental) arrangement of the spark plug 2nd and injector 4th (or injection jet 40 ) each other and the corresponding evaluation of the combustion or ignition process by identifying the gas dynamic effects by means of the method according to the invention or using the device according to the invention, an optimized geometric arrangement can be determined in a simple manner.
It is also conceivable, based on identified gas dynamic effects, to generate control signals which have a direct or indirect effect on a current combustion process (for example adjusting the injection angle, changing the ignition angle or the closing time for actuating the ignition coil or the like). Such an application would not only be conceivable in the form of a test bench, but also as an application in a production vehicle.

3 zeigt das Messsignal der sekundärseitigen Spulenspannung USek und des sekundären Spulenstroms ISek einer der Zündkerze 2 zugeordneten Zündspule 6 (2) im Schichtbetrieb mit strahlgeführter Einspritzung in schematischer Darstellung. In der Darstellung können in Abhängigkeit von ihren jeweiligen Gradienten insbesondere zwei verschiedene Arten von Spannungseinbrüchen bzw. Stromanstiegen in Abhängigkeit von ihrem Gradienten unterschieden werden. Wird ein Spannungseinbruch (bzw. ein Stromanstieg) erfasst, mit einem Gradienten, der oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, wird dieser Spannungseinbruch als Signal für das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes gewertet (gasdynamischer Effekt als Ursache für den detektierten Spannungseinbruch/Stromanstieg mit einem Gradienten größer dem vorbestimmten Gradientengrenzwert). 3rd shows the measurement signal of the secondary-side coil voltage U sec and the secondary coil current I sec one of the spark plugs 2nd assigned ignition coil 6 ( 2nd ) in shift operation with jet-guided injection in a schematic representation. Depending on their respective gradients, two different types of voltage dips or current increases depending on their gradients can be distinguished in the illustration. If a voltage drop (or a current rise) is detected with a gradient that is above a predetermined limit value, this voltage drop is evaluated as a signal for the presence of a gas dynamic effect (gas dynamic effect as the cause for the detected voltage drop / current rise with a gradient greater than) predetermined gradient limit).

Vorzugsweise wird für die Auswertung, ob ein gasdynamischer Effekt ursächlich für den Spannungseinbruch/Stromanstieg war oder nicht, zusätzlich zu dem ermittelten Gradienten, die Höhe der Signalauslenkung (Amplitude) berücksichtigt, so dass in Abhängigkeit von Signalgradient und Signalamplitude eine Identifikation eines gasdynamischen Effektes erfolgt.For the evaluation, whether or not a gas dynamic effect was the cause of the voltage dip / current rise, the level of the signal deflection (amplitude) is taken into account in addition to the determined gradient, so that a gas dynamic effect is identified as a function of the signal gradient and signal amplitude.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Zündspule 6 und zur Auswertung der Zündspulensignale im Sinne der Identifikation gasdynamischer Effekte dargestellt. Die Schaltungsanordnung zeigt eine Zündspule 6 mit Primärspule 6a und Sekundärspule 6b nebst einem die Primärspule 6a schaltenden Schalttransistor 8 und einem den Schalttransistor 8 ansteuernden Steuergerät 10. Ferner ist auf der Sekundärseite der Zündspule 6 die Zündkerze 2 mit ihren Elektroden 2a, 2b parallel zum Sekundärspulenzweig und im Sekundärzweig in seriell mit der Sekundärspule 6b ein Messwiderstand R angeordnet. Mittels der beispielhaft eingezeichneten Messstellen M1, M2, M3, M4 sind die Zündspulensignale in Form der primärseitigen Spulenspannung UPrim , der sekundärseitigen Spulenspannung Usek und des sekundärseitigen Spulenstroms Isek erfassbar. Die Auswertung der Zündspulensignale (UPrim , USek , ISek ) kann in dem Steuergerät 10 zur Ansteuerung des Schalttransistors 8 oder in ein anderes Steuergerät integriert sein.In 2nd is a circuit arrangement for driving an ignition coil 6 and for evaluating the ignition coil signals in the sense of identifying gas dynamic effects. The circuit arrangement shows an ignition coil 6 with primary coil 6a and secondary coil 6b along with the primary coil 6a switching switching transistor 8th and one the switching transistor 8th controlling control unit 10th . It is also on the secondary side of the ignition coil 6 the spark plug 2nd with their electrodes 2a , 2 B parallel to the secondary coil branch and in the secondary branch in series with the secondary coil 6b a measuring resistor R is arranged. By means of the measuring points shown as examples M1 , M2 , M3 , M4 are the ignition coil signals in the form of the primary-side coil voltage U Prim , the secondary-side coil voltage Usek and the secondary-side coil current Isek can be detected. The evaluation of the ignition coil signals ( U Prim , U sec , I sec ) can be in the control unit 10th to control the switching transistor 8th or be integrated in another control unit.

Claims (2)

Verfahrenzur Identifikation eines in einer Brennkammer auftretenden gasdynamischen Effektes einer im Schichtbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine, bei der die Zündung eines in der Brennkammer zu entflammenden Gemisches mittels einer Zündkerze (2) erfolgt, und in Abhängigkeit von während des Zündvorgangs auftretenden Messsignalen an der jeweils zugehörigen Zündspule gasdynamische Effekte detektiert werden, wobei - in Abhängigkeit von einem an der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung (UPrim; USek) - und/oder in Abhängigkeit von einem sekundärseitigen Spulenstrom (Isek) - und/oder in Abhängigkeit von einer primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder dem sekundärseitigen Spulenstrom (ISek) korrelierenden Parameter auf das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Gradienten der Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder dem Gradienten des Spulenstroms (ISek) und/oder dem Gradienten des korrelierenden Parameters auf das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen wird und eine Unterscheidung zwischen einem gasdynamischem Effekt und einer Turbulenz getroffen wird und dass in Abhängigkeit von der Amplitude und/oder den innerhalb eines festgelegten Zeitfensters auftretenden Auslenkungen der Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder des Spulenstroms (ISek) und/oder eines korrelierenden Parameters auf die Art des vorliegenden gasdynamischen Effektes geschlossen wird.Method for identifying a gas dynamic effect occurring in a combustion chamber of an internal combustion engine operating in stratified mode, in which a mixture to be ignited in the combustion chamber is ignited by means of a spark plug (2), and depending on measurement signals occurring during the ignition process on the respectively associated ignition coil, gas dynamic effects are detected, whereby - depending on a coil voltage on the primary and / or secondary side (U Prim ; U sec ) - and / or depending on a coil current on the secondary side (Isek) - and / or depending on one on the primary and / or secondary side Coil voltage (U Prim ; U sec ) and / or the parameter correlating the secondary-side coil current (I sec ) is concluded that there is a gas dynamic effect, characterized in that, depending on the gradient of the coil voltage (U Prim ; U sec ) and / or the gradient of the coil current (I sec ) and / or the gradient of the correlating parameter, the existence of a gas dynamic effect is concluded and a distinction is made between a gas dynamic effect and turbulence, and that depending from the amplitude and / or the deflections of the coil voltage (U prim ; U sec ) and / or the coil current (I sec ) and / or a correlating parameter occurring within a defined time window, the nature of the present gas dynamic effect is inferred. Vorrichtung zur Identifikation von gasdynamischen Effekten innerhalb einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, bei der die Zündung eines in der Brennkammer zu entflammenden Gemisches mittels einer Zündkerze (2) erfolgt umfassend - Mittel zur Erfassung einer primärseitigen und/oder sekundärseitigen Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder eines sekundärseitigen Spulenstroms (ISek) und/oder eines mit der Spulenspannung (UPrim; Usek) und/oder dem Spulenstrom (ISek) korrelierenden Parameters der Zündspule, - sowie eine Auswerteeinheit, die in Abhängigkeit von dem erfassten Signal auf das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines gasdynamischen Effektes schließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass aufgrund von dem Gradienten der Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder dem Gradienten des Spulenstroms (ISek) und/oder dem Gradienten des korrelierenden Parameters auf das Vorliegen eines gasdynamischen Effektes geschlossen werden kann und dass die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass sie aufgrund der Amplitude und/oder den innerhalb eines festgelegten Zeitfensters auftretenden Auslenkungen der Spulenspannung (UPrim; USek) und/oder des Spulenstroms (ISek) und/oder des korrelierenden Parameters auf die Art des vorliegenden gasdynamischen Effektes schließt.Device for identifying gas dynamic effects within a combustion chamber of an internal combustion engine, in which a mixture to be ignited in the combustion chamber is ignited by means of a spark plug (2) comprising - means for detecting a primary and / or secondary side coil voltage (U Prim ; U sec ) and / or a secondary-side coil current (I sec ) and / or a parameter of the ignition coil correlating with the coil voltage (U Prim ; Usek) and / or the coil current (I sec ), and an evaluation unit which, depending on the detected signal, affects the The presence or absence of a gas dynamic effect includes, characterized in that the evaluation unit is designed in such a way that, based on the gradient of the coil voltage (U Prim ; U sec ) and / or the gradient of the coil current (I sec ) and / or the gradient of the correlating one Parameters can be concluded on the presence of a gas dynamic effect and that d The evaluation unit is designed such that it is based on the amplitude and / or the deflections of the coil voltage (U Prim ; U sec ) and / or the coil current (I sec ) and / or the correlating parameter on the nature of the present gas dynamic effect.
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