-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
-
Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine
ist aus der
DE 195 36 110 bekannt.
Dort werden ausgehend von dem Signal eines Körperschallsensors Größen ermittelt,
die zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden.
-
Erfindungsgemäß werden ausgehend von dem
Signal eines Körperschallsensors
Kenngrößen ermittelt.
Diese werden zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet. Die
Auswertung des Körperschallsignals
beinhaltet wenigstens eine Filterung, die wenigstens zwei Winkelbereiche
auswählt.
Ausgehend von dem entsprechend aufbereiteten Signal ergeben sich
die Kenngrößen. Dadurch,
dass mehrere Winkelbereiche ausgewertet werden, ist eine sichere
Ermittlung der auszuwertenden Ereignisse möglich.
-
Vorteilhaft ist es, dass wenigstens
zwei Kenngrößen ermittelt
werden. Vorzugsweise wird für jeden
Winkelbereich in dem eine Auswertung erfolgt eine Kenngröße ermittelt.
-
Bei einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung werden durch Division der Kenngrößen untereinander neue Kenngrößen ermittelt.
Dabei werden beispielhaft zwei Kenngrößen K1 und K2 durch Filterung
in jeweils wenigstens einem Winkelbereich ermittelt und der Quotient
gebildet. Durch Division der beiden Kenngrößen, die die Intensität der Schallemission
bei den beiden Teilbereichen charakterisieren, wird dann die eigentliche
Kenngröße durch
Verhältnisbildung
ermittelt, die unabhängig
von absoluten Signalwerten und somit von Sensortoleranzen und -drifts
ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
werden die Kenngrößen mit
Sollwerten verglichen. Abhängig von
diesem Vergleich sind Stellgrößen vorgebbar,
die die Einspritzung und/oder die Stellung der Einlassventile und/oder
der Auslassventile beeinflussen. Die ermittelten Kenngrößen charakterisieren
bestimmte Ereignisse und oder Zeitpunkte. Vorzugsweise charakterisiert
die Kenngröße die in
dem entsprechenden Messfenstern ermittelten Geräusche. Bei einer Voreinspritzung
liegt zwischen der Geräuschemission
und der eingespritzten Kraftstoffmenge ein einfacher Zusammenhang
vor.
-
Vorteilhaft ist es, wenn als Kenngröße ein Korrelationskoeffizient
mittels einer Kreuzkorrelation ermittelt wird, der die Abweichung
des gemessenen Signals von einem Referenzsignal charakterisiert.
-
Bevorzugt entspricht das Referenzsignal dem
Körperschallsignal
bei bevorzugten Zuständen. Beispielsweise
entspricht das Referenzsignal dem Körperschallsignal bei einer
gewünschten
Voreinspritzung.
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen (Ausführungsbeispielen)
erläutert.
-
Es zeigen
-
1 ein
Blockdiagram der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
und die
-
2 bis 4 verschiedene Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Auswertung
des Körperschallsignals.
-
In 1 ist
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Messung und Auswertung des Körperschallsignals
als Blockdiagramm dargestellt. Mit 0 ist ein Körperschallsensor,
mit 1 ein Anti-Aliasing Filter, mit 2 ist eine
Fensterung, mit 3a, 3b, 3c sind drei
parallele FIR-Filter,
mit 4a, 4b und 4c sind drei parallele Betragsbildungen
und mit 5a, 5b, und 5c sind drei Integratoren
bezeichnet. Bei den FIR-Filtern, den Betragsbildungen und den Integratoren
sind jeweils mehrere Zweige dargestellt. In Ausführungsbeispiel sind 3 parallele
Zweige dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen können auch
andere Anzahlen von parallelen Zweigen vorgesehen sein.
-
Die parallelen FIR-Filter sind frei
parametrierbar. Es können
gleichzeitig verschiedene Frequenzbereiche betrachtet werden. Dies
ist vorteilhaft, da durch Nebengeräusche im Fahrzeug, die beispielsweise
durch das Zuschaltung einer Pumpe, durch Ventilgeräusche eines
anderen Zylinders verursacht werden, in bestimmten Frequenzbereichen Störsignale
das eigentliche Nutzsignal überlagern. Durch
die Filterung werden ein und/oder mehrere Frequenzbereiche ausgewählt, in
denen das Nutzsignal möglichst
ohne Störungen
gemessen werden kann. Die Kombination von mehreren ausgewählten Frequenzbereichen
ermöglicht
eine zuverlässigere Erkennung
des Nutzsignals.
-
Die Ausgangssignale der einzelnen
Zweige gelangen zu einer Steuerung 6. Dabei wird für jeden betrachteten
Winkelbereich und jeden betrachteten Frequenzbereich ein Ausgangssignal
weitergeleitet. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Signal einer
ersten Teileinspritzung das mit einem ersten Filterverfahren gefiltert
ist, mit In1F1 bezichnet. Ein Signal einer ersten Teileinspritzung,
das mit einem zweiten Filterverfahren gefiltert ist, ist mit In1F2
bezeichnet und ein Signal einer zweiten Teileinspritzung das mit
ersten Filterverfahren gefiltert ist, ist mit In2 bezeichnet. Es
werden Signale, die wenigstens einem Winkelbereich zugeordnet sind
mit wenigstens einem Filterverfahren gefiltert. Vorzugsweise werden Signale
mehrere Winkelbereiche mit mehreren Filterverfahren gefiltert. Ein
Winkelbereich ist dabei insbesondere einer Teileinspritzung eines
Verbrennungsvorganges zugeordnet.
-
Vorzugsweise werden 3 Filter verwendet,
die über
den gesamten Auswertebereich, d.h. für alle Einpritzungen, berechnet
werden. Durch die Fensterbildung werden Winkelbereiche ausgeschlossen,
die keinen Signalanteil enthalten und/oder in denen Störungen auftreten.
-
Die Steuerung 6 kann bei
einer Ausgestaltung über
eine erste Verbindung 7 direkt mit dem Körperschallsensor 0 und/oder über die
Verbindung 8 direkt mit der Fensterung 2 verbunden
sein. Mit Outa ist eine Stellgröße zur Ventilsteuerung,
mit Outb eine Stellgröße zur Steuerung
der Ansteuerbeginne von Vor-, Haupt-, Nacheinspritzungen und mit
Outc eine Stellgröße zur Steuerung
der Ansteuerdauer von Vor-, Haupt-, Nacheinspritzungen bezeichnet.
Diese Größen sind
lediglich beispielhaft gewählt,
so können lediglich
einzelne dieser Größen oder
alle dieser Größen ausgegeben
werden.
-
Wie in 1 dargestellt,
wird das Körperschallsignal
in einem oder mehreren Messfenstern gemessen. Vorzugsweise sind
zwei bis drei Messfenster pro Einspritzung vorgesehen. Ein Messfenster
ist dabei durch die Fensterlage und die Fensterlänge definiert. Die Fensterlage
entspricht der Winkelstellung der Nockenwelle und/oder der Kurbelwelle,
bei der die erfasste Größe voraussichtlich
auftritt. Die Fensterlänge
entspricht dem Winkelbereich um den die erfasste Größe sich ändern kann.
Die Fensterlage und Fensterlänge,
ist dabei variabel einstellbar um verschiedene Größen erfassen
zu können. Die
Fensterung wählt
den auszuwertenden Winkelbereich aus innerhalb dem das Körperschallsignal ausgewertet
wird. Abhängig
davon, welche Größe als Ausgangsgröße gewonnen
werden soll werden unterschiedliche Messfenster vorgegeben. Vorzugsweise
ist jedem Fenster eine Teileinspritzung zugeordnet Den einzelnen
Teileinspritzunge ist wenigstens ein Messfenster zugeordnet.
-
Es folgen vorzugsweise drei parallele
Pfade mit jeweils einem sogenannten FIR-Filter 3a, 3b und 3c,
jeweils einer Betragsbildung 4a, 4b und 4c und einem
Integrator 5a, 5b und 5c. Die so ausgewerteten
Körperschallsignale
gelangen in die Steuerung 6. Zusätzlich werden das unverarbeitete
Körperschallsignal
Inb über
die Verbindung 7 und/oder das Ausgangssignal der Fensterung 2 Inb über die
Verbindungen 8 an die Steuerung 6 übergeben.
Die Abkürzung
FIR steht für
Finite Impulse Response. Das Zeitsignal wird in den Frequenzbereich
transformiert und definierte Frequenzanteile werden ausgewählt. Vorteile
gegenüber
herkömmlichen
Filtern sind, dass ein linearer Phasenverlauf realisierbar ist und
dass größere Freiheitsgrade
beim Filter-Design möglich sind.
Bei verbesserten Ausführungsformen
können auch
mehr Pfade vorgesehen sein.
-
Alternativ zu dem FIR-Filter können auch
andere Filter mit anderem Übertragungsverhalten
vorgesehen sein. Vorzugsweise werden Bandpässe, Tiefpässe, Hochpässe, Bandsperren und/oder nichtlineare
Filter verwendet. Bevorzugt werden Filter verwendet, die bestimmte
Frequenzbereiche selektieren.
-
Alternativ zu der Betragsbildung
kann auch eine Quadratbildung oder ähnliche Funktionen verwendet
werden. Wesentlich ist, dass eine Größe gebildet wird, die die Signalleistung
charakterisiert, die quadratisch von der Signalamplitude abhängt.
-
Alternativ kann zur Integration über bestimmte
Winkelbereiche auch eine beliebige Mittelwertbildung in diesen Winkelbereichen
realisiert sein, wenn durch eine Quotientenbildung oder einem ähnlichen mathematischen
Verfahren eine relative Betrachtung verschiedener Kennwerte zueinander
durchgeführt wird.
-
Die Steuerung 6 beaufschlagt
eine nicht dargestellte Ventilsteuereinheit mit einer ersten Stellgröße Outa.
Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Größe, die die Öffnungs-
und/oder Schließzeiten der
Einlassventile und/oder der Auslassventile beeinflusst. Die Steuerung 6 beaufschlagt
ferner nicht dargestellte Stellelemente, die die Kraftstoffzumessung beeinflussen
mit einem zweiten Signal Outb, das den Ansteuerbeginn von einer
oder mehreren Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen beeinflusst. Ferner beaufschlagt
die Steuerung 6 dargestellte Stellelemente, die die Kraftstoffzumessung
beeinflussen mit einem dritten Signal Outc, das die Ansteuerdauer und
damit die Menge von einer oder mehreren Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen
bestimmt.
-
In 2 ist
die Signalaufbereitung in der Steuerung 6 am Beispiel einer
Eingangsgröße Inb detaillierter
dargestellt. Mit 21 ist eine Laufzeitkorrektur, mit 22 eine
Störungskompensation,
mit 23 eine Mittelung, mit 24 eine Berechnung
statistischer Größen und
mit 25 eine vom Störpegel
abhängige
Umschaltung zwischen Steuerung/Regelung bezeichnet.
-
Vorzugsweise wird ein Körperschallsensor für mehrere
Zylinder der Brennkraftmaschine verwendet. Die im Brennraum entstellende
Schallwelle benötigt
eine Laufzeit, um den Sensor zu erreichen. Deshalb erreichen die
Signale aus weiter vom Sensor entfernten Zylindern den Sensor später als
von den näher
liegenden Zylindern. Diese Laufzeit bzw. die nötige Korrektur ist dabei eine
definierte Größe, die
vom Einbauort des Sensors abhängt.
Sie wird vorher am Prüfstand
bzw. Fahrzeug appliziert, um sie in der Signalverarbeitung zu berücksichtigen.
Für Block 21 bedeutet
das, dass hier eine Zeitverschiebung der Signale mit den zuvor applizierten
Größen erfolgt.
-
Den Nutzsignalen sind Störsignale
durch Nebengeräusche überlagert.
Z.B. verursacht der Ventilschlag eines anderen Zylinders eine charakteristische
Schwingung im Signalverlauf. Diese Störungen werden zuvor am Versuchsmotor
ermittelt. Diese Störsignale
werden in Störungskompensation 22 kompensiert.
-
Hierzu werden bestimmte charakteristische Schwingungen
in bestimmten Zeitbereichen vom gemessenen Signal subtrahiert. Bei
Störsignalen
mit charakteristischen Frequenzanteile, werden diese im Frequenzspektrum
subtrahiert.
-
In Block 22 werden daher
vom Eingangssignal im Zeit- und/oder Frequenzbereich die auftretenden,
zuvor am Versuchsmotor ermittelten Störsignale, subtrahiert.
-
Die Mittelung 23 ermittelt
einen Mittelwert über
mehrere Größen. Die
Berechnung 24 bestimmt verschiedene statistische Größen, wie
beispielsweise die Varianz. Die Bewertung 25 veranlasst,
ausgehend von der Höhe
des Störpegels
des Signals, eine Umschaltung zwischen Kennfeld gesteuertem und geregeltem
Betrieb. Überschreitet
der Störpegel
einen Schwellenwert nicht, so erfolgt eine Regelung der entsprechenden
Ausgangsgröße. Die
Ausgangsgröße wird
abhängig
von dem Vergleich eines Messwerts oder einer aus einem oder mehreren
Messwerten berechneten Größe mit einem
Sollwert bestimmt.
-
In 3 ist
die Auswertung der über
die Verbindung 7 und/oder 8 übermittelten Körperschallsignale
in der Steuerung 6 dargestellt. Mit Inc ist ein Referenzsignal
und mit Inb ist das Körperschallsignal bezeichnet,
das über
die Verbindung 7 und/oder über die Verbindung 8 übermittelt
wird. Mit 31 ist ein Integrator und mit 32 ist
ein Auswerteverfahren bezeichnet.
-
Dem Integrator 31 wird das
Körperschallsignal
zugeleitet. Dem Auswerteverfahren 32 wird das Körperschallsignal
und das Referenzsignal zugeleitet. Ferner ist eine Schwellenwert-Bildung
mit 33 und eine Gewichtung und/oder Kombination der Merkmale
mit 34 bezeichnet. Der Schwellenwertbildung 33 wird
das Ausgangssignal des Integrators 31 und das Körperschallsignal
zugeleitet. Der Gewichtung und/oder Kombination der Merkmale 34 werden
das Ausgangssignal der Schwellenwertbildung 33 und das
des Auswerteverfahrens 32 zugeleitet. Die Gewichtung und/oder
Kombination der Merkmale ist vorzugsweise als Kalman-Filterung ausgebildet.
-
Das Ausgangssignal des Auswerteverfahrens 32 ist
als Kenngröße Ka bezeichnet.
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um die Zeitpunkte, bei denen
bestimmte Signale auftreten und/oder um Angaben über die Ähnlichkeit der Eingangssignale,
die auch als Korrelationskoeffizient bezeichnet werden. Das Ausgangsignal
der Schwellenwertbildung 33 wird auch als Kenngröße Kb bezeichnet.
Diese charakterisieren die Zeitpunkte bei denen bestimmte Signale
auftreten. Die Ausgangsgrößen der
Gewichtung 34 entsprechen den Ausgangsgrößen der
Steuerung 6.
-
Die Auswertung der aufbereiteten
Körperschallsignale,
die über
Verbindung 7 oder 8 zur Steuerung 6 gelangen,
erfolgt über
den Block 32 und/oder den Block 33. Sowohl im
Block 32 als auch in der Schwellenwertbildung 33 werden
Referenzsignale verwendet. Als Referenzsignale werden Körperschallsignale
verwendet, die unter definierten Betriebsbedingungen gemessen wurden.
So können beispielsweise
Körperschallsignale,
die im Schubbetrieb auftreten und/oder Körperschallsignale, die mit nur
einer Vor- oder Haupt- oder Nacheinspritzung auftreten, als Referenzsignal
verwendet werden. Vorzugsweise werden die Referenzsignale in den
entsprechenden Betriebszuständen
erfasst und in geeigneten Speichermitteln abgelegt.
-
Als Auswerteverfahren werden vorzugsweise
ein KKF und/oder eine Waveletanalyse und/oder eine FIR-Filterung
eingesetzt.
-
Eine Möglichkeit zur Auswertung der
Signale ist die Spektralanalyse. Das Ziel ist hier, die Signalleistung
im Frequenzbereich zu beschreiben. Folgende Werkzeuge sind dabei
einzeln oder in Kombination vorgesehen:
Bei der KKF, die auch
als Kreuzkorrelations-Funktion bezeichnet wird, erfolgt eine Faltung
der Signale im Zeitbereich. Mit diesem Verfahren, wird ein gemessenes
Signal bewertet. Mit der KKF wird die Ähnlichkeit des Signals mit
Referenzsignalen bewertet. Der Korrelationskoeffizient beschreibt
dabei die Übereinstimmung.
Der Wert 1 bezeichnet einen identischen Verlauf des Signals und
des Referenzsignals. Als weiteres Ergebnis der KKF kann der Zeitpunkt
des Auftretens eines bestimmten Ereignisses im Signal erkannt werden.
-
Durch die Berechnung der Kreuzkorrelations-Funktion
zwischen den Referenzsignalen und den gemessenen Signalen, werden
die absoluten Zeitpunkte und/oder die Winkellagen der auftretenden
Signalschwingungen ermittelt.
-
Die FIR dient zur Rauschminderung
und zur Auswahl relevanter Frequenzbereiche. Damit kann die Leistung
bestimmter Frequenzanteile berechnet werden. Durch die Fensterung
der Signale kann ebenfalls bestimmt werden, in welchem Messfenster und
damit wann ein Ereignis im Messsignal auftritt.
-
Die Wavelet-Analyse, bei der eine
Faltung des Signals mit einem Referenzsignal erfolgt, entspricht
einer einfachen FIR-Filterung. Vorteilhaft ist deren einfache Umsetzung
in Soft- und Hardware.
-
Die Auswertung in Block 32 beinhaltet
wenigstens 2 Möglichkeiten,
mit denen die Kenngrößen berechnet
und die Regelung realisiert werden können. Um die Genauigkeit und
die Zuverlässigkeit
zu erhöhen,
werden bei vorteilhaften Ausgestaltungen die berechneten Merkmale
durch mathematische Verfahren kombiniert und gewichtet, insbesondere durch
die Verwendung einer sogenannten Kalman-Filterung.
-
Diese Auswertung der auftretenden
Signalschwingungen und die daraus berechneten Kenngrößen ermöglichen
folgende Vorgehensweise. Verschiedene Ereignisse lösen charakteristische
Schallwellen aus, die Schwingungen im Körperschallsignal verursachen.
Mit den beschriebenen Vorgehensweisen wird erkannt, wann diese Schwingung
auftritt und/oder mit welchem der Referenzsignale es eine große Ähnlichkeit
gibt. Bei ersterem wird die Zeitliche Lage und/oder die Winkellage
ermittelt bei der zweiten Methode wir ein Korrelationskoeffizient
ermittelt.
-
Der Block 33 beinhaltet
die Auswertung der gemessenen Körperschallsignale
und/oder der Integralwerte. Dabei wird ein Beginn-Zeitpunkt im Signal durch
die Überschreitung
eines definierten, betriebspunktabhängigen Schwellenwertes erkannt.
Ausgehend von den mit diesem Verfahren berechneten Kenngrößen werden
die Zeitpunkte, bei dem ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil
schließt und/oder öffnet, der
obere Totpunkt auftritt, die einzelnen Teileinspritzung beginnen
oder enden und/oder die Verbrennung beginnt oder endet, erkannt.
Vorzugsweise wird ein entsprechender Zeitpunkt erkannt, wenn das
entsprechend gefilterte Signal bestimmte Schwellenwerte übersteigt.
Dabei ist vorgesehen, dass die Filterung des Körperschallsignals und der Referenzwerte
für die
unterschiedlichen Größen unterschiedlich
gewählt
werden.
-
Neben Druckänderungen durch die Verbrennung,
beeinflussen Schallwellen durch Motoranbauteile und/oder Nebenaggregate
das Körperschallsignal.
Das Betätigen
der Einlassventile und/oder der Auslassventile verursacht mechanische
Schwingungen, die vom Körperschallsensor
als charakteristische Schwingung im Signalverlauf erkannt werden. Erfindungsgemäß werden
die Winkelbereiche der Körperschallsignale,
in denen diese Schwingungen vorzugsweise auftreten mittels der Fensterung 2 und/oder
die FIR-Filterung
ausgefiltert. Durch die Auswertung des entsprechend gefilterten
Signals werden die Winkelstellungen ermittelt, bei denen die Ein-
und/oder Auslassventile öffnen
und/oder schließen.
Erfindungsgemäß werden
die so ermittelten Größen als
Istwert einer Regelung zugeführt,
die ausgehend von einem Vergleich dieser Istgrößen mit einem Sollwert, eine
entsprechende Stellgröße, die zur
Beaufschlagung eines Stellelements, das die Ein- und/oder Auslassventile
betätigt,
bestimmt. Dabei kann unmittelbar die Zeitlage und/oder die Winkellage
ermittelt werden. Ferner wird durch die Zuordnung des gemessenen
Signals mit den Referenzsignalen, die auftretenden Schwingung einem
bestimmten Ereignis oder einen gewissen Betriebszustand zugeordnet.
So wird erkannt, dass eine gemessene Schwingung mit dem Schließen oder
mit dem Öffnen des
Ventils korreliert.
-
Im Bereich des oberen Totpunktes
tritt im Signalverlauf eine charakteristische Schwingung zu festen
Winkellagen auf. Diese wird erkannt durch die Auswertung 32 erkannt
und beispielsweise zur OT-Erkennung und Kalibrierung verwendet.
-
Die einsetzende Verbrennung verursacht eine
Schwingung im Körperschallsignal.
Die Erkennung des Beginns der Verbrennung und damit des Zündverzuges
ermöglicht
eine Regelung der Beginn-Zeitpunkte der Einspritzung.
-
Weiterhin kann durch die Detektion
des Brennbeginns der Haupteinspritzung auf die Voreinspritzmenge
geschlossen werden, da die Voreinspritzmenge maßgeblich den Zündverzug
der Hauptverbrennung beeinflusst. Erfindungsgemäß werden die so ermittelten
Größen als
Istwert einer Regelung zugeführt,
die ausgehend von einem Vergleich dieser Istgrößen mit einem Sollwert eine
entsprechende Stellgröße, die
zur Beaufschlagung eines Stellelements, das den Beginn und/oder
Ansteuerdauer von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen steuern.
-
Die Auswertung der Körperschallsignale
mittels der Blöcke
1, 2, 3, 4 und 5 liefert eine Anzahl von Kenngrößen, die durch die Anzahl der
Messfenster mal der Anzahl der Einspritzungen pro Einspritzzyklus
bestimmt wird. Die Verarbeitung dieser Kenngrößen ist in 4 dargestellt.
-
Die in 4 dargestellte
Auswertung der Körperschallsignale
erfolgt in der Steuerung 6. Dabei entsprechen die Größen In1
bis Inx den Ausgangssignalen der Blöcke 5a, 5b und 5c. Mit Inc
sind die oder das Referenzsignal bezeichnet. Die Anzahl x der Eingangsgrößen In1
bis Inx entspricht vorzugsweise der Anzahl der Teileinspritzungen
mal der Anzahl der Messfenster pro Teileinspritzung.
-
So ist vorgesehen sein, dass eine
Mittelwertbildung über
mehrere Kenngrößen bei
der selben Einspritzung, eine Mittelwertbildung über die Einspritzung in mehrere
Zylinder und/oder eine Mittelwertbildung über mehrere Teileinspritzungen
erfolgt. Neben der Mittelwertbildung können noch weitere statistische
Größen, wie
beispielsweise die Varianz, ermittelt werden.
-
Ferner kann vorgesehen sein, das
ein Vergleich und/oder eine Bewertung der Kenngrößen verschiedenen Fenster innerhalb
eines Zyklus untereinander erfolgt.
-
Auch ist ein Vergleich und/oder eine
Bewertung der Kenngrößen der
verschiedenen Fenster von Zyklus zu Zyklus vorteilhaft.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
ein Vergleich und/oder eine Bewertung der Kenngrößen der verschiedenen Fenster
mit Referenzsignalen Inc erfolgt, die unter definierten Bedingungen
gemessen wurden.
-
Die Voreinspritzung beeinflusst drastisch
die Geräusch-
und Abgasemissionen durch die starken Einflüsse auf den Verbrennungsablauf.
Dieses wirkt sich auf den Zündverzug
sowie auf den Gradienten des Zylinderdruckverlaufes aus. Das Körperschallsignal
ist ein direktes Maß für die im
Zylinderdruck auftretenden Änderungen.
Die aus dem Körperschallsignal
berechneten Kenngrößen für die Vor-
und/oder die Hauptverbrennung zeigen eine deutliche Abhängigkeit
von der Voreinspritzmenge. Die Einflüsse der Voreinspritzung auf
das Körperschallsignal
für eine Optimierung
der Voreinspritzung verwendet werden. Optimierung bedeutet dabei
eine Verringerung bzw. Erhöhung
der Voreinspritzmenge unter Einhaltung definierter Zündverzüge und Zylinderdruckgradienten.
-
Für
den Vergleich und die Bewertung wird der Zusammenhang genutzt, dass
die Umsatzgeschwindigkeit bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge die
Kenngrößen beeinflussen.
Größere Kraftstoffmengen
bzw. schnellere Umsatzgeschwindigkeiten wirken sich auf die Signalintensität in verschiedenen Frequenzbereichen
aus. Durch die Filterung, Betragsbildung und Integration werden
diese Einflüsse erkannt.
Der Vergleich der Signale untereinander bzw. mit Kenngrößen, die
unter Referenzbedingungen ermittelt wurden, liefern den gesuchten
Zusammenhang zur eingespritzen Kraftstoffmenge und den Zeitpunkten
der einzelnen Einspritzungen und ermöglichen damit deren Regelung.
-
Die Auswertung nach Pfad 1-2-3-4-5
aus 1 unterteilt sowohl die Haupteinspritzung
als auch die Voreinspritzung in verschiedene Messfenster, in denen
jeweils die Auswertung erfolgt. Das Ergebnis, insbesondere der über das
Messfenster integrierte Signalwert, entspricht einer Kombination
von Integratorwerten, die charakteristisch ist für diesen Betriebspunkt. Eine
Erhöhung
der Voreinspritzmenge führt
zu einer stärkeren
Vorverbrennung, einer früheren
und dafür
langsameren Hauptverbrennung. Auf die Integratorwerte der Voreinspritzung
hat das die Auswirkung, dass generell höhere Werte auftreten. Bei der
Hauptverbrennung nehmen die Integratorwerte der früheren Messfenster
zu, da die Hauptverbrennung früher
erfolgt. Die Werte der mittleren Messwerte nehmen ab, da die Brenngeschwindigkeit geringer
ist. Erfindungsgemäß wird durch
den Vergleich des gemessenen Musters mit den unter Referenzbedingungen
ermittelten Mustern auf die Zeitpunkte und Einspritzmengen geschlossen.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens
eine der Kenngrößen In ermittelt
wird. Diese Kenngröße wird
als Istwert einer Regelung zugeführt. Als
Sollwert dient die entsprechende Kenngröße Inc, die sich einstellt,
wenn eine Voreinspritzung mit optimaler Voreinspritzmenge erfolgt.
Weichen die im laufenden Betrieb gemessene Kenngrößen von
der Kenngröße mit optimaler
Voreinspritzung ab, so beeinflusst der Regler die Voreinspritzmenge über die Stellgröße Out derart,
dass sich die Differenz zwischen Sollwert und Istwert verringert.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
ist in 5 dargestellt.
Wenigstens zwei gefilterte Signale In1 und In2, die durch entsprechende Filterung
und Signalverabeitung mittels der Blöcken 1 bis 5 bestimmt werden,
gelangen zu einer Quotientenbildung 50. Das Ausgangssignal
Ka, das eine Kenngröße darstellt,
gelangt zu einer Regelung 52 an deren zweiten Eingang das
Referenzsignal Inc anliegt. Dieses Referenzsignal Inc wird von einer
Sollwertvorgabe 54 bereitgestellt.
-
Im folgenden wird die Vorgehensweise
der Ausführungsform
der 5 am Beispiel einer
Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung beschrieben. Die Vorgehensweise
ist dabei nicht auf diese Kombination eingeschränkt. Sie kann bei beliebigen
Kombinationen von Teileinspritzungen, das heißt einer ersten Teileinspritzung
und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, eingesetzt werden
(s.o.). Anstelle des Ausgangssignal der Blöcke 1 bis 5 kann auch eine
hieraus ermittelte Kenngröße Ka verwendet werden.
Das heißt
es kann auch eine aus mehreren Größen In berechnete Größe verwendet
werden.
-
Durch Filterung wird ein erster Wert
In1, der die Geräuschemission
der Voreinspritzung charakterisiert, und ein zweiter Wert In2, der
die Geräuschemission
der Haupteinspritzung charakterisiert ermittelt. Hieraus ergibt
sich durch eine Division die Kenngröße Ka. Diese entspricht dem
Verhältnis
zwischen der Kenngröße für die Voreinspritzung
und der Kenngröße für die Haupteinspritzung.
Ausgehend von dieser Kenngröße, die
dem Verhältnis
zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung entspricht, erfolgt dann
die Vorgabe der Stellgröße Outc.
Das heißt
die Dauer der Voreinspritzung wird abhängig von dem Verhältnis der
Geräuschemission
bei der Voreinspritzung und der Geräuschemission bei der Haupteinspritzung
eingestellt. Das heißt
dass durch Division zweier Kenngrößen eine dritte Kenngröße ermittelt wird.
-
Bei dieser besonders vorteilhaften
Ausgestaltung werden durch Division der Kenngrößen untereinander neue Kenngrößen ermittelt.
Dabei werden insbesondere zwei Kenngrößen K1 und K2 durch Filterung
in jeweils wenigstens einem Winkelbereich ermittelt und der Quotient
K3=g×K1/K2
gebildet, wobei g einen zusätzlicher
Gewichtungsfaktor darstellt. Durch Division der beiden Kenngrößen, die
die Intensität
der Schallemission bei den beiden Teilbereichen charakterisieren,
wird dann die eigentliche Kenngröße durch
Verhältnisbildung
ermittelt, die unabhängig von
absoluten Signalwerten und somit von Sensortoleranzen und Sensordriften
ist.
-
Bei diesen Winkelbereichen handelt
es sich beispielsweise um Bereiche a, die charakteristisch für bestimmte
Teileinspritzungen, wie beispielsweise die Voreinspritzung und die
Haupteinspritzung sind, Bereiche b, die charakteristisch sind für bestimmte Teileinspritzungen
unter bestimmten Prozessbedingungen, Bereiche c in denen keine Verbrennung stattfindet
und/oder Bereiche d in denen charakteristische Störungen wie
Ventilklappern stattfinden.
-
Bevorzugt werden die Quotienten der
Kenngrößen zwischen
den Bereichen, die charakteristisch sind für die Voreinspritzung, und
den Bereichen, die für
die Haupteinspritzung charakteristisch sind betrachtet. Alternativ
oder ergänzend
werden die Quotienten der Kenngrößen zwischen
Bereichen mit Einspritzung und Bereichen ohne Einspritzung gebildet. Ferner
können
die Kenngrößen von
Bereichen betrachtet werden, zwischen denen sich das Gewicht der
Teilverbrennungen je nach Prozessbedingungen verschiebt.
-
Besonders vorteilhaft ist hierbei,
wenn die Stellgröße mittels
einer Regelung ermittelt wird. Hierzu wird die Kenngröße Ka mit
einem Sollwert Inc verglichen. Abhängig von dem Vergleich wird
dann die Stellgröße vorgeben.
Dabei kann ein konstanter Sollwert oder ein vom Betriebszustand
abhängiger
Sollwert vorgegeben sein.
-
Alterativ zur Regelung kann auch
eine addaptive Steuerung vorgesehen sein. In bestimmten Betriebszuständen wird
die Kenngröße Ka mit
dem Sollwert Inc verglichen. Ausgehend von dem Vergleich wird eine
Korrekturgröße ermittelt
und abgespeichert. Mit der abgespeicherten Korrekturgröße wird
in den übrigen
Betriebszuständen
die Stellgröße korrigiert.