DE10309554A1 - Combustion evaluation method for IC engine using analysis of electrical ionization signals for several combustion cycles - Google Patents

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Abstract

The combustion evaluation method has the ionization signals for a number of combustion cycles combined for provision of an ionization mean value, the latter number of combustion cycles adjusted in dependence on at least one engine parameter, with analysis of the gradient of the ionization mean value variation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl eines Verbrennungsvorgangs bei einem Verbrennungsmotor mit verstellbarer Drehzahl und/oder verstellbarem Zündwinkel durch Auswertung eines elektrischen Ionisationssignals.The invention relates to a Method for determining the air ratio of a combustion process in an internal combustion engine with adjustable speed and / or adjustable ignition angle through Evaluation of an electrical ionization signal.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 102 36 977 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl eines Verbrennungsvorgangs bei einem Verbrennungsmotor bekannt, wobei das Ionisationssignal mit einer Wichtungsfunktion multipliziert wird, die entsprechend einer Abhängigkeit des Ionisationssignals von einem oder mehreren Motorparametern abhängt.From the unpublished DE 102 36 977 A method for determining the air ratio of a combustion process in an internal combustion engine is known, the ionization signal being multiplied by a weighting function which depends on one or more engine parameters in accordance with a dependence of the ionization signal.

Aus der DE 196 14 388 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches bekannt, wobei während einer Verbrennungsphase, folgend auf den Zündimpuls ein elektrischer Prüfimpuls an die Zündkerze gelegt ist. Die Beeinflussung des Prüfimpulses durch das jeweilige Kraftstoff-Luftgemisch des Verbrennungsraumes wird als elektrische Größe erfasst und ausgewertet.From the DE 196 14 388 C1 A method and a device for evaluating the quality of a fuel-air mixture is known, an electrical test pulse being applied to the spark plug during a combustion phase following the ignition pulse. The influence of the test pulse by the respective fuel-air mixture in the combustion chamber is recorded and evaluated as an electrical variable.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass mit zunehmender Dynamik im Motorbetrieb systembedingte Signaländerungen unterschiedlicher Höhe auftreten können, die eine eindeutige Zuordnung der Ionisationssignale zur Luftzahl der Verbrennung erschweren. Neben der Luftzahldetektion sind weitere relevante Verbrennungsanalysen, wie Klopfen und verschleppte Zündungen bei zunehmender Dynamik des Motorbetriebs mit Ionisationssignal zunehmend ungenau.These known methods have the disadvantage that with increasing dynamics in engine operation, system-related signal changes of different heights may occur, which clearly assign the ionization signals to the air ratio of the Make combustion difficult. In addition to the air ratio detection, there are others relevant combustion analyzes, such as knocking and delayed ignition with increasing dynamics of engine operation with ionization signal increasingly inaccurate.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem bei unterschiedlich dynamischem Motorbetrieb die Auswertung der Ionisationssignale mit geforderter höchstmöglicher Genauigkeit erfolgt.The object of the invention is a To propose a method with different dynamic Motor operation the evaluation of the ionization signals with the required highest possible Accuracy.

Gelöst ist die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist es sinnvoll, Ionisationsverläufe einer bestimmten Anzahl von Verbrennungszyklen zu messen, aus den einzelnen Messungen einen Mittelwert zu bilden und damit die Eindeutigkeit der Ionisationssignale zu den Motorparametern in ausreichender Genauigkeit herzustellen.The task is solved by the Characteristic features of claim 1. To this end, it makes sense Ionisationsverläufe measure a certain number of combustion cycles from which individual measurements to form an average and thus the uniqueness the ionization signals to the motor parameters with sufficient accuracy manufacture.

Um auch im dynamischen oder hochdynamischen Motorbetrieb zuverlässige Ionisationssignale zur Gemischbildung bereitzustellen, wird die Anzahl n der Ionisationsverläufe, die zur Mittelwertbildung herangezogen werden, in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in Abhängigkeit von mindestens einem Motorparameter, und somit der Motordynamik ermittelt.In order also in dynamic or highly dynamic Engine operation reliable Providing ionization signals for mixture formation, the Number n of ionization processes, which are used for averaging, in an advantageous Embodiment of the invention depending on at least one Engine parameters, and thus the engine dynamics determined.

Im Motorsteuergerät ist ein Funktionsblock vorgesehen, der in Abhängigkeit der momentan geforderten dynamischen Motorbetriebsweise eine vom Grad dieser Dynamik abhängige Mittelwertbildung vornimmt.A function block is provided in the engine control unit, the dependent the currently required dynamic engine operating mode is one of degree dependent on this dynamic Averages.

In der Zeichnung zeigenShow in the drawing

1 Zyklen der Ionisation bei statischem Motorbetrieb, 1 Cycles of ionization during static engine operation,

2 Zyklen der Ionisation bei dynamischem Motorbetrieb, 2 Ionization cycles in dynamic engine operation,

3 die Signalverarbeitung des Ionisationssignals bis hin zur Gemischregelung, 3 the signal processing of the ionization signal up to the mixture control,

4 die Genauigkeit der Messung des Ionisationssignals dynamisch und statisch gemittelt, 4 the accuracy of the measurement of the ionization signal dynamically and statically averaged,

5 den Signalverlauf des Ionisationssignals mit Kennfeldsteuerung, und 5 the waveform of the ionization signal with map control, and

6 den Signalverlauf des Ionisationssignals mit Erzeugung eines weiteren Dynamikwertes m, der bei bestimmten Werten m direkt in die Kennfeldsteuerung eingeht. 6 the signal curve of the ionization signal with generation of a further dynamic value m, which goes directly into the map control at certain values m.

Die Funktionsweise sei anhand der 3 erläutert. In der Stufe I befindet sich der Schaltkreis zur Erfassung der Ionisationssignale. In Stufe II werden die analogen Signale der Stufe Iin digitale Größen gewandelt. In Stufe III wird eine Gewichtung des zeitlichen Signalverlaufs und/oder der Signalintensität durchgeführt. Die Stufe IV dient der Signalauswertung nach dem Flächeninhalt des Signalverlaufes (Integralmethode), dem Signalanstiegsgradienten etc. Die ausgewerteten und gewichteten Signale werden einerseits dem Funktionsblock V und der Speicherstufe VI zugeführt. Block V berechnet die Anzahl von Mittelungen n in Abhängigkeit der momentanen Motordynamik als eine Funktion, beispielsweise 1,2,3,4,5,6. Am Eingang des Blocks V liegen gemessene Signale, die die Motordynamik beschreiben können (Motorparameter), zum Beispiel:

  • – Änderungsgeschwindigkeit der ausgewerteten Ionisationssignale dIO/dt,
  • – Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl ddrz/dt,
  • – Motorbeschleunigung ddrossel/dt.....
The functionality is based on the 3 explained. The circuit for detecting the ionization signals is in stage I. In stage II, the analog signals of stage I are converted into digital quantities. In stage III, a weighting of the temporal signal curve and / or the signal intensity is carried out. Level IV is used for signal evaluation based on the area of the signal curve (integral method), the signal gradient, etc. The evaluated and weighted signals are supplied on the one hand to function block V and memory level VI. Block V calculates the number of averages n as a function of the current engine dynamics, for example 1,2,3,4,5,6. At the input of block V there are measured signals that can describe the engine dynamics (engine parameters), for example:
  • - rate of change of the evaluated ionization signals d IO / dt,
  • - speed of change of engine speed d drz / dt,
  • - Motor acceleration d throttle / dt .....

Aus den die Motordynamik beschreibenden Größen berechnet Block V die Anzahl der benötigten Mittelungen n und führt diese Größe n der Speicherstufe VI zu. Die ausgewerteten Signale der Stufe IV werden im Block VI gespeichert. Der Speicher der Stufe VI ist als Fließspeicher ausgeführt. Das bedeutet, dass eine bestimmte Menge Ionisationszyklen abgespeichert werden, wobei bei jedem aktuell abgespeicherten Ionisationswert IOneu ein in der Vergangenheit gespeicherter Wert IOalt gelöscht wird. Die am Eingang von Stufe VI anstehende Größe n wird in Stufe VI benutzt, um die Anzahl der Mittelungen nach festgelegten Mittelungsverfahren, wie beispielsweise arithmetische Mittelwertbildung oder eine andere Art der Mittelwertbildung durchzuführen. Als Ergebnis steht das Signal des gemittelten Ionisationssignals IOmittel am Eingang der Stufe VII an, um als Ionisationsistwert für die Gemischaufbereitung verarbeitet zu werden.From the variables describing the engine dynamics, block V calculates the number of averages n required and supplies this variable n to storage stage VI. The evaluated signals of stage IV are stored in block VI. The stage VI storage is designed as a flow storage. This means that a certain number of ionization cycles are saved, with a value IO old saved in the past being deleted for each currently saved ionization value IO new . The variable n at the input of stage VI is used in stage VI to carry out the number of averages according to defined averaging methods, such as arithmetic averaging or another type of averaging. As a result, the signal of the average ionization signal IO medium is present at the input of stage VII in order to be processed as the actual ionization value for the mixture preparation.

Bei hochdynamischen Vorgängen im Fahrbetrieb eines Ottomotors muß die Gemischregelung hierbei insbesondere die Sensorik auf diese Vorgänge dynamisch reagieren. Schnelle Vorgänge, beispielsweise plötzliche Beschleunigungen, werden mit einer reduzierten Anzahl von gemittelten Ionisationszyklen regeltechnisch verarbeitet. Bei langsamen Vorgängen, wie sie beispielsweise bei einer Autobahnfahrt mit konstanter Geschwindigkeit auftreten, kann die Anzahl n der Mittelungen vergrößert werden, um die Genauigkeit der Gemischregelung zu erhöhen (siehe 4).In the case of highly dynamic processes in the driving mode of a gasoline engine, the mixture control, in particular the sensor system, must react dynamically to these processes. Fast operations at sudden accelerations, for example, are processed using a reduced number of averaged ionization cycles. In slow processes, such as those that occur when driving on a motorway at constant speed, the number n of averages can be increased in order to increase the accuracy of the mixture control (see 4 ).

5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit. Aus den gemittelten Ionisationssignalen IOmittel werden in der Stufe VIa gemeinsam mit weiteren motorrelevanten Parametern dx/dt durch Operanten aus Kennfeldern Steuersignale berechnet, die der Gemischregelung VII zur Verfügung gestellt werden. Diese Art der Vorsteuerung ermöglicht es, auf hochdynamische Vorgänge verzögerungsarm zu reagieren. 5 shows an advantageous embodiment. In stage VIa, control signals are calculated from the averaged ionization signals IO medium together with other engine-relevant parameters dx / dt by operants from characteristic maps, which are made available to mixture control VII. This type of feedforward control makes it possible to react to highly dynamic processes with little delay.

6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit, bei der zusätzlich Block Va den Grad der Vorsteuerung Z bestimmt, beispielsweise zwischen 0 und 100%. 0% bedeutet ohne Vorsteuerung, 100% bedeutet ausschließlich Steuerung. Aus den Eingangsgrößen dIO/dt, ddrz/dt, ddrossel/dt wird ein die Dynamik des Verbrennungssystems bestimmender Dynamikwert m abgeleitet. In Abhängigkeit des Dynamikwertes m wird im Block Va der Grad Z der Vorsteuerung bestimmt. Die Größe Z liegt am Block VIa als Eingangsgröße an. 6 shows a further advantageous embodiment, in which block Va additionally determines the degree of precontrol Z, for example between 0 and 100%. 0% means without feedforward control, 100% means only control. A dynamic value m determining the dynamics of the combustion system is derived from the input variables dIO / dt, ddrz / dt, ddrossel / dt. Depending on the dynamic value m, the degree Z of the pilot control is determined in block Va. The size Z is present at block VIa as the input size.

Claims (7)

Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl eines Verbrennungsvorgangs bei einem Verbrennungsmotor mit verstellbarer Drehzahl und/oder verstellbarem Zündwinkel durch Auswertung eines elektrischen Ionisationssignals, dadurch gekennzeichnet, dass Ionisationssignale (Io) zu einer Anzahl (n) von Verbrennungszyklen zusammengefasst werden und ein Ionisations-Mittelwert gebildet wird, wobei die Anzahl (n) von mindestens einem Motorparameter dx/dt abhängig ist und bei unterschiedlicher Dynamik mindestens eines Motorparameters eine festgelegte oder unterschiedliche Anzahl von Ionisationssignalen (Io) zur Ionisations-Mittelwertbildung herangezogen wird.Method for determining the air ratio of a combustion process in an internal combustion engine with adjustable speed and / or adjustable ignition angle by evaluating an electrical ionization signal, characterized in that ionization signals (Io) are combined into a number (n) of combustion cycles and an average ionization value is formed, the number (n) being dependent on at least one motor parameter dx / dt and, in the case of different dynamics of at least one motor parameter, a fixed or different number of ionization signals (Io) is used to form the average ionization value. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Wertes einer zukünftigen Luftzahl die zeitliche Änderung des Ionisations-Mittelwertes (Gradient der Ionisation) bestimmt wird.Method for determining the air ratio according to claim 1, characterized in that to determine the value of a future Air number the change over time of the average ionization value (gradient of the ionization) becomes. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) der Ionisationssignale zur Mittelwertbildung mit zunehmender Dynamik des Verbrennungsmotors abnimmt und bei abnehmender Dynamik steigt.Procedure for determining the air ratio according to a or more of the preceding claims, characterized in that the number (n) of ionization signals for averaging decreases with increasing dynamic of the internal combustion engine and with decreasing Dynamics are increasing. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) der Ionisationssignale begrenzt ist und immer die aktuellsten Ionisationssignale zur Mittelwertbildung verwendet werden.Procedure for determining the air ratio according to a or more of the preceding claims, characterized in that the number (n) of ionization signals is limited and always uses the latest ionization signals for averaging become. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Anzahl (n) weitere Motorparameter, wie die Motordrehzahl, die Drosselklappenstellung und/oder das Drehmoment nach Bedarf herangezogen werden.Procedure for determining the air ratio according to a or more of the preceding claims, characterized in that to determine the number (n) other engine parameters, such as the Engine speed, throttle position and / or torque be used as needed. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Dynamikwert (m), der abhängig von mindestens einem Motorparameter ist, erzeugt wird und bei bestimmten Werten (m) ein Grad (Z) zur Vorsteuerung des Motors verwendet wird.Procedure for determining the air ratio according to a or more of the preceding claims, characterized in that that's a dynamic value (m) that depends on at least one motor parameter is generated and at certain values (m) a degree (Z) to Pilot control of the motor is used. Verfahren zur Bestimmung der Luftzahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei festgelegten Werten oder Wertebereichen (m) die Mittelwertbildung umgangen wird und der Motor über eine Kennfeldsteuerung betrieben wird.Procedure for determining the air ratio according to a or more of the preceding claims, characterized in that with fixed values or value ranges (m) the averaging is bypassed and the engine over a map control is operated.
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