DE10330819A1 - Motor vehicle compression ignition internal combustion engine combustion control procedure uses light intensities from carbon, aldehyde and OH emissions to adjust parameters for homogeneous combustion - Google Patents

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Abstract

A compression ignition engine (3) combustion control (10) procedure measures (5) the fuel air mixture burning using emitted light intensities from carbon and in the aldehyde (8, 9) and OH (7) bands to adjust (11) the mixture injection (4) time, pressure and distribution or charge parameters to produce homogeneous combustion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Es ist allgemein bekannt, dass die Menge und die Anteile der bei der Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches freigesetzten Emissionen, beispielsweise Ruß oder NOx-Anteile im Abgas, vom Ablauf der Verbrennung im Brennraum abhängen. In modernen Motoren werden daher verschiedene Konzepte der Ladungsbildung verfolgt (beispielsweise Schichtladung), um eine zündwillige Ladung im Brennraum zu erzeugen, die gleichermaßen möglichst vollständig bei geringen Abgasemissionen verbrennt.It is well known that the amount and proportions of the emissions released during the combustion of an air-fuel mixture, for example soot or NO x components in the exhaust gas, depend on the combustion process in the combustion chamber. In modern engines, therefore, various concepts of charge formation are pursued (for example, layer charge) in order to generate an ignition-willing charge in the combustion chamber, which burns as completely as possible at low exhaust emissions.

Es ist bekannt, eine möglichst vollständige Verbrennung bei niedrigen Emissionen durch die Verwendung eines homogenen Brennstoff-Luft-Gemisches zu erzielen. Dazu wird Kraftstoff zu einem (mehreren) geeigneten Zeitpunkten) direkt in den Brennraum eingespritzt oder feinst zerstäubter bzw. verdampfter Brennstoff wird dabei in Form eines homogenen Brennstoff-Luft-Gemisches dem Brennraum zugeführt. Die homogene Ladung wird anschließend durch Kompressionszündung entflammt, wobei die Verbrennung homogen auf einem niedrigen Temperaturniveau erfolgt. Zonen fetten Gemisches treten in der homogenen Ladung nicht auf. Bei der Verbrennung entstehen nur sehr geringe Ruß- und NOx-Emissionen. Die Steuerung der homogenen Verbrennung gestaltet sich dabei als schwierig, da der Verbrennungsbeginn weder über den Spritzbeginn, wie beim üblichen dieselmotorischen Verfahren, noch über den Zündzeitpunkt, wie beim ottomotorischen Verfahren, gezielt gesteuert werden kann.It is known to achieve as complete as possible combustion at low emissions through the use of a homogeneous fuel-air mixture. For this purpose, fuel is injected directly into the combustion chamber at a (suitable) point in time or finely atomized or vaporized fuel is supplied to the combustion chamber in the form of a homogeneous fuel-air mixture. The homogeneous charge is then ignited by compression ignition, the combustion being homogeneous at a low temperature level. Zones rich mixtures do not occur in the homogeneous charge. Combustion produces only very low soot and NO x emissions. The control of the homogeneous combustion turns out to be difficult, since the start of combustion can be selectively controlled neither on the start of injection, as in the conventional diesel engine process, nor on the ignition, as in Otto engine method.

Da es sich wie beim dieselmotorischen Verfahren um ein Selbstzündungsverfahren handelt, wird die Verbrennung im Wesentlichen vom Verdichtungsdruck, der Verdichtungstemperatur und der Gemischzusammensetzung beeinflusst. Relevante Steuerparameter für einen Selbstzündungsprozess sind daher die Ladungsmenge, der An teil von rückgeführtem oder im Zylinder verbliebenem Abgas sowie die Einspritzmenge und deren Verteilung sowie das Verdichtungsverhältnis.There it is like the diesel engine process to a compression ignition process the combustion is essentially dependent on the compression pressure, the compression temperature and the mixture composition influenced. Relevant control parameters for an auto-ignition process therefore the amount of charge, the part of recycled or remaining in the cylinder Exhaust gas and the injection quantity and their distribution and the compression ratio.

Bei der homogenen Verbrennung gewinnt der Ladungszustand, insbesondere die Temperaturen von zugeführter Frischluft, rückgeführtem Abgas und auch des Kraftstoffs an Bedeutung. Durch den langen Zeitraum zwischen Einspritzung und Brennbeginn (Zündverzug) im Vergleich zum dieselmotorischen Verfahren sind die Gemischbildungsprozesse, die Vorreaktionen und auch die Entflammung stark von der Temperatur, dem Druck und der Ladungszusammensetzung abhängig, was sich wiederum auf die gesamte Verbrennung auswirkt.at the homogeneous combustion gains the state of charge, in particular the temperatures of supplied Fresh air, recirculated exhaust gas and also of fuel importance. Through the long period between Injection and start of combustion (ignition delay) Compared to the diesel engine process are the mixture formation processes, the Pre-reactions and also the ignition strongly from the temperature, Depending on the pressure and the charge composition, which in turn depends on the entire combustion effect.

Im Gegensatz zum bekannten diffusionsgesteuerten und somit heterogen verbrennenden dieselmotorischen Verfahren ist die homogene Verbrennung durch eine gleichzeitige Entzündung der Ladung im gesamten Brennraum gekennzeichnet. Die Verbrennung erfolgt gleichmäßig im gesamten Brennraum ohne Ausbildung einer Flammfront. Schmale Flammzonen mit hohen Spitzentemperaturen, wie sie bei der dieselmotorischen Verbrennung entstehen, werden bei der homogenen Verbrennung durch die Raumzündung des vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemisches vermieden. Die Energiefreisetzung erfolgt typisch in einem sehr kurzen Zeitintervall, da die Verbrennung Idealerweise überall im Brennraum gleichzeitig einsetzt.in the Contrary to the known diffusion-controlled and thus heterogeneous burning diesel engine process is the homogeneous combustion by a simultaneous inflammation the charge in the entire combustion chamber. The burning takes place evenly throughout the combustion chamber without training a flame front. Narrow flame zones with high peak temperatures, as they are produced during diesel engine combustion in the homogeneous combustion by the space ignition of the premixed fuel-air mixture avoided. The energy release is typically in a very short time interval, as the combustion is ideally everywhere in the combustion chamber at the same time.

Die Einstellung einer homogenen Verbrennung im Brennraum ist im Hinblick auf die erzeugten Schadstoffe in zwei Aspekten vorteilhaft: Einerseits wird durch die homogene Ladung die Ausbildung von Gemischzonen mit Lambda < 0.7, welche zur Rußbildung bei der Verbrennung führen, vermieden. Andererseits werden durch ein gleichmäßiges Temperaturprofil hohe Spitzentemperaturen vermieden und somit die NOx-Emissionen stark reduziert.The setting of a homogeneous combustion in the combustion chamber is advantageous in two respects with regard to the pollutants produced: On the one hand, the homogeneous charge avoids the formation of mixture zones with lambda <0.7, which lead to soot formation during combustion. On the other hand, a uniform temperature profile avoids high peak temperatures and thus greatly reduces NO x emissions.

Um eine homogene Verbrennung durch Selbstzündung sicherzustellen bzw. zu steuern, muss der Ablauf der Verbrennung im Brennraum beobachtet und beurteilt werden. Dies ist insbesondere unter den Bedingungen wechselnder Motorlast und -drehzahl in nahezu Echtzeit erforderlich.Around ensure homogeneous combustion through auto-ignition To control, the course of combustion in the combustion chamber must be observed and be judged. This is especially true under the conditions changing engine load and speed in near real time required.

Allgemein vorbekannt ist es, mittels eines optischen Sensors während der Verbrennung emittiertes Licht im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine aufzunehmen und ausgewählte Spektralbereiche dieses Lichtes zur Steuerung der Verbrennung zu benutzen.Generally It is already known, by means of an optical sensor during the Combustion emitted light in the combustion chamber of an internal combustion engine record and selected Spectral ranges of this light to control the combustion too to use.

Vorgeschlagen wird beispielsweise in der DE 101 45 649 A1 , den Verbrennungsvorgang bei Dieselbrennkraftmaschinen insbesondere hinsichtlich des Rußumsatzes durch Auswertung einer Bande der OH-Strahlung bei 310 nm und einem Ausschnitt der Rußstrahlungsintensität bei 660 nm zu bewerten.Proposed, for example, in the DE 101 45 649 A1 to evaluate the combustion process in diesel internal combustion engines in particular with regard to the soot conversion by evaluating a band of OH radiation at 310 nm and a section of the soot radiation intensity at 660 nm.

Weiterhin vorbekannt ist aus der DE 196 32 607 A1 eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Stöchiometrieverhältnisses von Kohlenwasserstoffen. Es wird die Intensität der bei der Verbrennung entstehenden CH-Molekülfragmente bei 431.5 nm und der bei der Verbrennung entstehenden, ausschließlich C-Atome enthaltenden, Molekülfragmente bei 516 nm gemessen und aus diesem Verhältnis der CH- und der C2-Strahlung auf das Stöchiometrieverhältnis bei der Verbrennung geschlossen. Die Einrichtung sieht weiterhin eine Korrektur der Intensitäten mittels eines dritten Messwertes vor, der die Intensität der Untergrundstrahlung, beispielsweise hervorgerufen durch thermische Strahlung, bewertet. Aus den Messergebnissen lässt sich im Zusammenhang mit einer Regeleinrichtung das Stöchiometrieverhältnis im Brennraum durch eine geänderte Brennstoff- und/oder Luftzufuhr einstellen.Furthermore, it is already known from the DE 196 32 607 A1 a measuring device for determining the stoichiometric ratio of hydrocarbons. The intensity of the CH molecule fragments formed at combustion is measured at 431.5 nm and the resulting C-atom-containing molecular fragments at 516 nm, and from this ratio of CH and C 2 radiation to the stoichiometric ratio closed during combustion. The device furthermore provides for a correction of the intensities by means of a third measured value, which evaluates the intensity of the background radiation, for example caused by thermal radiation. The stoichiometric ratio in the combustion chamber can be adjusted by changing the fuel and / or air supply from the measurement results in connection with a control device.

Vorbekannt ist aus der US 4,444,169 die Beurteilung der Verbrennungsbedingungen im Brennraum eines Verbrennungsmotors über die Auswertung des Verbrennungslichtes bei 431.5 nm und 306.4 nm. Gemäß der Auswertung der Strahlung der CH- bzw. OH-Bande dieser Wellenlänge wird das dem Motor zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert.Previously known from the US 4,444,169 the assessment of the combustion conditions in the combustion chamber of an internal combustion engine on the evaluation of the combustion light at 431.5 nm and 306.4 nm. According to the evaluation of the radiation of the CH or OH band of this wavelength, the air-fuel ratio supplied to the engine is controlled.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, dass mit den optischen Sensoren nur bestimmte Betriebszustände des Motors im otto- oder konventionellen dieselmotorischen Betrieb erfassbar sind und somit die Verbrennung im Brennraum nur in den verfahrenspezifischen Grenzen beeinflusst werden kann.adversely in the known method is that with the optical sensors only certain operating conditions the engine in otto- or conventional diesel engine operation are detectable and thus the combustion in the combustion chamber only in the process-specific limits can be influenced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem aus den ermittelten Verbrennungsbedingungen im Brennraum bei einer Selbstzündung eine homogene Verbrennung in einem niedrigen Temperaturbereich und bei niedrigen Emissionen detektiert und auf dieser Basis gesteuert bzw. geregelt werden kann.Of the Invention is based on the object, a method for operating to provide an internal combustion engine, in which from the determined Combustion conditions in the combustion chamber in a self-ignition one homogeneous combustion in a low temperature range and at low emissions detected and controlled on this basis can be.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is in generic method for operating an internal combustion engine according to the invention the characterizing features of claim 1 solved.

Dadurch, dass aus den ermittelten Intensitäten bestimmter Spektralbereiche des bei der Verbrennung der Ladung emittierten Lichtes eine Regelung der Parameter der dem Zylinderraum zuzuführenden Gemischladung, des Restgasanteils im Zylinder sowie eines evtl. einstellbaren Verdichtungsverhältnisses erfolgt, wird erreicht, dass sich eine homogene Verbrennung des zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches im Brennraum einstellt. Mit dieser auf der Basis der Auswertung des bei der Verbrennung der Ladung emittierten Lichtes ausgerichteten Regelung des innermotorischen Brennprozesses wird erreicht, dass im Brennraum eine homogene Verbrennung mit einer über den gesamten Brennraum verteilten Reaktionszone vorliegt, die über ein gleichmäßiges Temperaturprofil verfügt und somit hohe Spitzentemperaturen vermeidet. Gleichzeitig werden bei der so eingestellten homogenen Verbrennung die Stickoxid- und Rußbildung derart reduziert, dass ihre Abgasemission die geforderten Normen der heutigen Abgasgesetzgebung erheblich unterschreitet.Thereby, that from the determined intensities of certain spectral ranges of the light emitted during the combustion of the charge a regulation the parameter of the mixture to be supplied to the cylinder space, the Residual gas content in the cylinder and a possibly adjustable compression ratio takes place, is achieved that a homogeneous combustion of supplied Setting fuel-air mixture in the combustion chamber. Up with this the basis of the evaluation of the emitted during combustion of the charge Light-oriented regulation of the internal engine combustion process is achieved that in the combustion chamber, a homogeneous combustion with a on the entire combustion chamber distributed reaction zone is present, which has a uniform temperature profile has and thus avoids high peak temperatures. At the same time in the thus set homogeneous combustion, the nitrogen oxide and soot formation reduced so that their exhaust emissions meet the required standards of considerably below today's emissions legislation.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die zur Regelung des Brennprozesses benötigten diskreten Intensitäten aus dem aufgenommenen Verbrennungslicht zeitlich sowie auch in der Intensität ein differenziertes Verhalten aufweisen. Dadurch besteht die Möglichkeit, aus dem Vorhandensein bzw. der Intensität der einzelnen Strahlungsanteile den Charakter der Verbrennung im Detail zu erfassen und somit rechtzeitig durch Regelung der Parameter der dem Zylinderraum zuzuführenden Gemischladung, des Restgasanteils im Zylinder sowie eines evtl. einstellbaren Verdichtungsverhältnisses Einfluss auf die Verbrennung nehmen zu können.One Another advantage of the solution according to the invention is that the to control the burning process required discrete intensities the recorded combustion light in time as well as in the intensity of a differentiated Behave. This gives the possibility of the presence or the intensity the individual radiation shares the character of the combustion in detail to capture and thus timely by regulating the parameters of the cylinder space to be supplied Mixture charge, the residual gas content in the cylinder and a possibly. adjustable compression ratio To be able to influence the combustion.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben; sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are described in the subclaims; they are explained in the description together with their effects.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:Based of drawings, the invention will be described below by way of example described in more detail. In the corresponding Drawings show:

1: eine schematische Darstellung des Verlaufsspektrums der bei der Verbrennung auftretenden Strahlung und 1 : A schematic representation of the course spectrum of the radiation occurring during combustion and

2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung zur Ermittlung und Bewertung der Verbrennungsstrahlung und zur Regelung der Verbrennung. 2 : A schematic representation of the solution according to the invention for the determination and evaluation of the combustion radiation and for controlling the combustion.

In der 2 ist schematisch der prinzipielle Aufbau zur Ermittlung und Bewertung der Verbrennungsstrahlung und zur Regelung des Verbrennungsvorganges gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. An einer Brennkraftmaschine 3 ist eine an sich bekannte Messsonde 5 angeordnet, mit der die im Brennraum der Brennkraftmaschine 3 beim Verbrennen des Brennstoff-Luft-Gemischs emittierte Verbrennungsstrahlung aufgenommen wird. Die Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum der Brennkraftmaschine 3 erfolgt bekannterweise über eine Kraftstoffeinspritzung 4.In the 2 is shown schematically the basic structure for the determination and evaluation of the combustion radiation and for controlling the combustion process according to the inventive method. On an internal combustion engine 3 is a known probe 5 arranged, with which in the combustion chamber of the internal combustion engine 3 Combustion radiation emitted when burning the fuel-air mixture is absorbed. The supply of the fuel-air mixture into the combustion chamber of the internal combustion engine 3 is known to be via a fuel injection 4 ,

Erfindungsgemäß erfolgt aus einem geeigneten Ausschnitt des Verlaufsspektrums der Rußstrahlung, bspw. 695 bis 705 nm, die Ermittlung der Strahlungsintensität. Dieser Ausschnitt kann jedoch auch aus einem anderen Spektralbereich der Festkörperstrahlung des Rußes im Bereich zwischen 500 und 8000 nm gewählt werden. Weiterhin werden die Intensitäten der Aldehydbanden bei 375 bis 385 nm und bei 425 bis 435 nm und der OH-Strahlung bei 305 bis 315 nm ermittelt. Mit Hilfe dieser ermittelten Größen erfolgt eine Regelung der Motorbetriebsparameter derart, dass sich eine homogene Verbrennung des zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches einstellt. Die mittels Messsonde 5 aufgenommene Verbrennungsstrahlung wird über einen Lichtleiter einem Rußdetektor 6, einem OH-Strahlungsdetektor 7 und den bei unterschiedlichen Wellenbereichen arbeitenden Aldehyddetektoren 8 und 9 zur Ermittlung der Intensität der Strahlung des jeweiligen Wellenlängenbereiches und einer Auswerteeinrichtung 11, welche ermittelt, ob eine homogene Verbrennung vorliegt, zugeführt. Die für die homogene Verbrennung charakteristische Verbrennungsstrahlung der Formaldehydbanden ist vor dem eigentlichen Brennbeginn vorhanden und somit bereits deutlich abgesetzt vor der Rußstrahlung und OH-Bandenstrahlung detektierbar.According to the invention, the radiation intensity is determined from a suitable section of the course spectrum of the soot radiation, for example 695 to 705 nm. However, this section may also be from another spectral range of the festival body radiation of the soot can be selected in the range between 500 and 8000 nm. Furthermore, the intensities of the aldehyde bands are determined at 375 to 385 nm and at 425 to 435 nm and the OH radiation at 305 to 315 nm. With the help of these determined variables, a regulation of the engine operating parameters takes place in such a way that a homogeneous combustion of the supplied fuel-air mixture is established. The by means of measuring probe 5 absorbed combustion radiation is a soot detector via a light guide 6 , an OH radiation detector 7 and the aldehyde detectors operating at different wavelengths 8th and 9 for determining the intensity of the radiation of the respective wavelength range and an evaluation device 11 which determines whether a homogeneous combustion is present. The combustion radiation of the formaldehyde bands, which is characteristic of the homogeneous combustion, is present before the actual start of combustion and is thus already clearly detectable in front of the soot radiation and OH band radiation.

In der 1 ist der Verlauf der Intensitäten der Rußstrahlung der OH-Bande und der Aldehydbanden bei den jeweiligen Wellenlängen und für unterschiedliche Gemischaufbereitungsbedingungen über Grad KW dargestellt. In dem vergrößert dargestellten Ausschnitt ist für die Aldehydbanden diese frühzeitige Emission durch die Peaks 1, 1a und 2, 2a erkennbar, die kennzeichnend für eine homogene und teilhomogene Verbrennung von vorgemischtem Brennstoff-Luft-Gemisch sind.In the 1 the course of the intensities of the soot radiation of the OH band and the aldehyde bands at the respective wavelengths and for different mixture preparation conditions over degrees KW is shown. In the enlarged section, this early emission by the peaks is for the aldehyde bands 1 . 1a and 2 . 2a recognizable, which are characteristic of a homogeneous and partially homogeneous combustion of premixed fuel-air mixture.

Mittels des Rußdetektors 6 wird in einem ersten Schritt überprüft, ob bei 695 bis 705 nm Wellenlänge Rußstrahlung auftritt bzw. ein vorgegebener Schwellenwert der Rußstrahlung überschritten wird. Ist dieses der Fall, liegt keine vollständig homogene Verbrennung vor, sondern es sind noch Inhomogenitäten bzw. ein zu geringes Lambda < 0,7 vorhanden.By means of the soot detector 6 is checked in a first step, if at 695 to 705 nm wavelength soot radiation occurs or a predetermined threshold of soot radiation is exceeded. If this is the case, there is no completely homogeneous combustion, but there are still inhomogeneities or an excessively low lambda <0.7.

Wenn durch den Rußdetektor 6 eine Rußstrahlung erkannt wurde, wird vom Rußdetektor 6 einem an sich bekannten Motorsteuergerät 10 ein entsprechend der ermittelten Größe der Rußstrahlung dekodiertes Signal zum Verändern und Regeln der Parameter der dem Zylinderraum zugeführten Gemischladung übermittelt.When through the soot detector 6 Soot radiation has been detected by the soot detector 6 a per se known engine control unit 10 a signal decoded according to the determined magnitude of the soot radiation is transmitted for changing and regulating the parameters of the mixture charge supplied to the cylinder space.

Sofern der Rußdetektor 6 keine oder eine nur sehr geringe Rußstrahlungsintensität detektiert, wird in einem weiteren Schritt mittels des OH-Strahlungsdetektors 7 der Verlauf der OH-Strahlung im Bereich zwischen 305 und 315 nm in Betracht gezogen und mit der Lage der Aldehydbandenstrahlung verglichen. Die Auswertung der OH-Strahlung und Aldehydbandenstrahlung ist angezeigt, da ein Ausbleiben der Rußstrahlung allein kein Indiz für eine homogene Verbrennung ist. Wird die Rußbildungstemperatur bzw. die Lambda abhängige Rußbildungsgrenze im Brennraum nicht erreicht bzw. nicht unterschritten, entsteht kein Ruß bzw. keine Rußstrahlung, OH-Strahlung tritt aber sowohl bei homogener als auch bei heterogener Verbrennung und auch bei einer Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturentflammung auf und kann als Indikator für den Start/Ablauf der Verbrennung genutzt werden.Unless the soot detector 6 No or only a very low soot radiation intensity is detected, in a further step by means of the OH radiation detector 7 the course of the OH radiation in the range between 305 and 315 nm considered and compared with the position of the Aldehydbandenstrahlung. The evaluation of the OH radiation and aldehyde band radiation is indicated since the absence of soot radiation alone is not an indication of homogeneous combustion. If the soot formation temperature or the lambda-dependent soot formation limit in the combustion chamber is not reached or not exceeded, no soot or soot radiation is produced, but OH radiation occurs both in homogeneous and in heterogeneous combustion and also in combustion with single-stage high-temperature ignition and can be used as an indicator of the start / end of the combustion.

Zur Unterscheidung einer Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturenttlammung von einer homogenen Verbrennung wird wiederum der zeitliche Ablauf der Strahlungsemissionen genutzt. Ist ein simultaner Emissionsbeginn von OH- und Aldehydbanden detektierbar (keine abgesetzte Aldehydbandenstrahlung), so handelt es sich um eine einstufige Hochtemperaturentflammung mit Stickoxidbildung und nicht um den gewünschten mehrstufigen Prozess der Verbrennung. Dieser letztgenannte läuft zunächst über die Oxidation der langkettigen CH-Ketten zu Zwischenprodukten (Alkylperoxiden) ab, die wiederum bei Erreichen einer kritischen Konzentration zu Formaldehyden zerfallen (Emission der Aldehydbanden) und somit die gewünschte emissionsarme Niedrigtemperatur-Prozessführung der homogenen Verbrennung kennzeichnen.to Distinction of combustion with single-stage high-temperature ignition from a homogeneous combustion, in turn, the timing used the radiation emissions. Is a simultaneous emission start detectable by OH and aldehyde bands (no deposited aldehyde band radiation), so it is a one-stage high-temperature flame with nitric oxide formation and not the desired multi-stage process the combustion. This latter runs initially on the oxidation of the long-chain CH chains to intermediates (alkyl peroxides) from, in turn upon reaching a critical concentration to formaldehydes disintegrate (Emission of aldehyde bands) and thus the desired low-emission low-temperature process control of Identify homogeneous combustion.

Bei Vorliegen einer Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturentflammung erfolgt ebenfalls über das Motorsteuergerät 10 eine Regelung der Verbrennung.In the case of combustion with single-stage high-temperature ignition, this is also done via the engine control unit 10 a regulation of combustion.

Um eine homogene Verbrennung detektieren zu können, ist es daher erforderlich, die Aldehydbandenemission mittels des Aldehyddetektors 8 bei einer Wellenlänge zwischen 375 und 385 nm als auch durch den Aldehyddetektor 9 zwischen 425 und 435 nm zu untersuchen und mit dem OH-Strahlungsbeginn zu vergleichen. Nur wenn eine deutlich abgesetzte Aldehydbandenemission im Vergleich zum OH-Emissionsbeginn vorliegt, kann von einer homogenen Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches auf Grund von Selbstzündung ausgegangen werden.In order to be able to detect a homogeneous combustion, it is therefore necessary to monitor the aldehyde band emission by means of the aldehyde detector 8th at a wavelength between 375 and 385 nm as well as through the aldehyde detector 9 between 425 and 435 nm and to compare with the beginning of OH radiation. Only if there is a markedly reduced aldehyde band emission in comparison to the OH emission start, can a homogenous combustion of a fuel-air mixture due to autoignition be assumed.

Von der Auswerteeinrichtung 11 wird beim Vorliegen einer homogenen Verbrennung dem Motorsteuergerät 10 ebenfalls ein Signal übermittelt. Durch das Motorsteuergerät 10 werden aber in diesem Fall keine Änderungen an den vorliegenden Parametern vorgenommen, da bereits eine optimale Einstellung erfolgt ist.From the evaluation device 11 is in the presence of a homogeneous combustion the engine control unit 10 also transmitted a signal. Through the engine control unit 10 However, in this case, no changes are made to the present parameters, since an optimal setting has already been made.

Bei einer detektierten inhomogenen Verbrennung oder einer Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturentflammung werden in an sich bekannter Weise die Parameter der dem Zylinderraum zugeführten Gemischladung durch das Motorsteuergerät 10 geändert. Als steuerbare Einflussgrößen werden dabei entweder

  • – die Einspritzung des Kraftstoffes bzgl. Zeitpunkt, Druck, Mengenaufteilung
  • – und/oder die Ladungszusammensetzung
  • – und/oder die Ladungstemperatur bzw. Ladedruck
  • – und/oder das Verdichtungsverhältnis
  • - und/oder die Ladungsbewegung wie Drall und Tumble
regelbar verändert.In the case of detected inhomogeneous combustion or combustion with single-stage high-temperature ignition, the parameters of the mixture charge supplied to the cylinder space by the engine control unit are known per se 10 changed. As controllable factors are either
  • The injection of the fuel with respect to time, Pressure, quantity distribution
  • And / or the charge composition
  • - and / or the charge temperature or boost pressure
  • - and / or the compression ratio
  • - and / or the charge movement such as spin and tumble
controllably changed.

11
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1a1a
Peakpeak
22
Peakpeak
2a2a
Peakpeak
33
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
44
KraftstoffeinspritzungFuel injection
55
Messsondeprobe
66
RußdetektorRußdetektor
77
OH-StrahlungsdetektorOH radiation detector
88th
AldehyddetektorAldehyddetektor
99
AldehyddetektorAldehyddetektor
1010
MotorsteuergerätEngine control unit
1111
Auswerteeinrichtungevaluation

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei welcher eine Ladung bestehend aus einem Brennstoff-Luft-Gemisch durch Kompressionszündung entflammt wird und die Verbrennung mittels des im Brennraum bei der Verbrennung emittierten Lichtes bewertet und die Verbrennung durch Steuerparameter beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Signalintensitäten der Rußstrahlung im Bereich von 500 bis 8000 nm, der Aldehydbanden bei 375 bis 385 nm und bei 425 bis 435 nm und der OH-Strahlung bei 305 bis 315 nm eine Regelung der Motoreinstellparameter derart erfolgt, dass sich eine homogene Verbrennung des zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches einstellt.Method for operating an internal combustion engine, in which a charge consisting of a fuel-air mixture is ignited by compression ignition and the combustion is evaluated by means of the light emitted in the combustion chamber during combustion and the combustion is influenced by control parameters, characterized in that the signal intensities the soot radiation in the range of 500 to 8000 nm, the aldehyde bands at 375 to 385 nm and at 425 to 435 nm and the OH radiation at 305 to 315 nm, a regulation of Motoreinstellparameter carried out such that a homogeneous combustion of the supplied fuel-air Mixes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußstrahlung vorzugsweise im Bereich von 695 bis 705 nm detektiert wird.Method according to claim 1, characterized in that that the soot radiation preferably detected in the range of 695 to 705 nm. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für eine homogene Verbrennung charakteristische Verbrennungsstrahlung der Aldehydbanden vor Brennbeginn detektiert wird, der Brennbeginn durch den Verlauf der Signalintensität der OH-Strahlung ermittelt und eine Rußbildung in den zulässigen Bereichsgrenzen ermittelt wird.Method according to Claims 1 and 2, characterized that for a homogeneous combustion characteristic combustion radiation the Aldehydbanden is detected before the start of combustion, the beginning of the burning determined by the course of the signal intensity of the OH radiation and a soot formation in the permitted Range limits is determined. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer detektierten homogenen Verbrennung die Parameter der dem Zylinderraum zugeführten Gemischladung unverändert beibehalten werden.Method according to Claims 1 to 3, characterized that at a detected homogeneous combustion, the parameters the supplied to the cylinder chamber Mixture charge unchanged to be kept. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer detektierten inhomogenen Verbrennung oder einer Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturentflammung durch Verändern der Parameter der dem Zylinderraum zugeführten Gemischladung, wie Änderung der Einspritzung des Kraftstoffes bzgl. Zeitpunkt, Druck, Mengenaufteilung, und/oder der Änderung der Ladungszusammensetzung, des Ladedruckes, der Ladungstemperatur, der Ladungsbewegung wie Drall oder Tumble, des Verdichtungsverhältnisses und dergleichen, eine homogene Verbrennung eingestellt wird.Method according to Claims 1 to 3, characterized that at a detected inhomogeneous combustion or combustion with one-stage high-temperature ignition by changing the Parameter of the mixture charge supplied to the cylinder space, such as change the injection of the fuel with respect to time, pressure, quantity distribution, and / or the change the charge composition, the charge pressure, the charge temperature, the charge movement such as spin or tumble, the compression ratio and the like, a homogeneous combustion is set. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine inhomogene und rußbildende Verbrennung detektiert wird, wenn im Bereich von 500 bis 8000 nm, bspw. bei 695 bis 705 nm, ein Schwellenwert der Rußstrahlung überschritten wird.Method according to Claims 1 to 5, characterized that an inhomogeneous and soot-forming Combustion is detected when in the range of 500 to 8000 nm, For example, at 695 to 705 nm, exceeded a threshold of soot radiation becomes. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennung mit einstufiger Hochtemperaturentflammung vorliegt, wenn der OH-Strahlung bei 305 bis 315 nm keine zeitlich vorgelagerte signifikante Signalintensität im Bereich der Aldehydwellenlängen vorliegt.Method according to Claims 1 to 5, characterized that combustion with single-stage high-temperature ignition is present when the OH radiation at 305 to 315 nm no temporal upstream significant signal intensity in the range of aldehyde wavelengths is present. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Beginn und Ende des Verlaufes der OH-Strahlung in Näherung dem Beginn und Ende der Hauptverbrennung entspricht.Method according to claim 7, characterized in that that the beginning and end of the course of OH radiation in approximation to Start and end of the main combustion corresponds. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsverlauf des Brennprozesses über eine Sonde aufgenommen und über Lichtleiter einer Auswerteeinheit zugeführt wird und anhand der ermittelten Daten über ein Motorsteuergerät die Einstellparameter der dem Zylinderraum zugeführten Gemischladung regelbar eingestellt werden.Method according to Claims 1 to 8, characterized that the radiation profile of the combustion process is recorded via a probe and over fiber optics fed to an evaluation unit and using the data obtained via an engine control unit, the setting parameters the supplied to the cylinder chamber Mixture charge can be adjusted adjustable.
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