DE19544613C2

DE19544613C2 - Process for the dynamic correction of the top dead center during the evaluation of the cylinder pressure curve of internal combustion engines

Info

Publication number: DE19544613C2
Application number: DE1995144613
Authority: DE
Inventors: Karsten Wehner
Original assignee: En Umwelt Beratung E V I
Current assignee: ENERGIE-UMWELT-BERATUNG E.V. -INSTITUT-, 18119 ROS
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: DE19544613A1

Description

Subject of the invention:

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur dynamischen Korrektur des oberen Totpunktes (OT) von Verbrennungsmotoren aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus.The invention relates to a method for dynamic correction of the upper Dead center (TDC) of internal combustion engines from the cylinder internal pressure curve.

State of the art

Die Messung des Zylinderinnendruckes erfolgt bei modernen elektronischen Indiziersystemen in Abhängigkeit vom Kurbelwinkelsignal, um eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Druckwertes zum Kurbelwinkel zu erreichen. Dabei wird in den meisten Fällen das OT-Signal statisch auf den OT des Zylinders 1 eingestellt. Die genaue Zuordnung der Druckwerte zum Kurbelwinkel ist für weitere Berechnungen aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus zwingend notwendig. Dieser Sachverhalt wird ersichtlich aus: Dr. Zeides, Otto Christian; Der Einfluß von Meßfehlern auf die Genauigkeit der Leistungsbestimmung bei der Zylinderdruckmessung; Vortrag STG Jahreshauptversammlung 11/95.In modern electronic indexing systems, the cylinder pressure is measured as a function of the crank angle signal in order to achieve a clear assignment of the respective pressure value to the crank angle. In most cases, the TDC signal is statically set to the TDC of cylinder 1 . The exact assignment of the pressure values to the crank angle is imperative for further calculations based on the cylinder pressure curve. This fact can be seen from: Dr. Zeides, Otto Christian; The influence of measurement errors on the accuracy of the performance determination in cylinder pressure measurement; Lecture STG Annual General Meeting 11/95.

In EP 0399069 A1 wird mit Hilfe eines Referenzsensors und eines mathematischen Berechnungsalgorithmus die Empfindlichkeit eines permanent eingesetzten Drucksensors zur Messung des Zylinderinnendruckes in einem bestimmten Winkelintervall bestimmt. Eine Korrektur der Druck-Volumenzuordnung aufgrund der Torsion der Kurbelwelle erfolgt nicht.EP 0399069 A1 uses a reference sensor and a mathematical one Calculation algorithm the sensitivity of a permanently used pressure sensor determined for measuring the cylinder internal pressure in a certain angular interval. A correction of the pressure-volume allocation due to the torsion of the crankshaft does not happen.

In DE 43 26 949 A1 wird über die Messung des Druckes in der Kompressionsphase der aktuelle Lastzustand ermittelt, welcher dann als Eingangsgröße für das Motormanagement -System genutzt wird. Auch hier erfolgt keine Korrektur der Druck-Volumenzuordnung. In WO 89/03983 wird die Kompressionsphase vor dem oberen Totpunkt gemessen und an der OT-Linie gespiegelt, ohne diese zu korrigieren. Genutzt wird dieses Verfahren zur Bestimmung des Verbrennungsverlaufes (Vibe-Brennfunktion) und zur Korrektur des Zündzeitpunktes.DE 43 26 949 A1 describes the measurement of the pressure in the compression phase current load condition is determined, which is then used as an input variable for engine management System is used. Here, too, there is no correction of the pressure-volume assignment. In WO 89/03983 the compression phase before top dead center is measured and on mirrored the OT line without correcting it. This process is used for Determination of the combustion process (vibe burning function) and correction of the Ignition timing.

Die Bestimmung des oberen Totpunktes (OT) aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus erfolgt derzeit bei spätzündenden Motoren durch die Bestimmung des ersten Maximum. Bei vor OT zündenden Motoren erfolgt die OT-Korrektur durch Aufnehmen der Schleppkurve und der Bestimmung des Maximum. Ein Problem stellen dabei die gemessenen Zylinderinnendruckwerte dar, welche immer leicht fehlerbehaftet sind, was bei der Digitalisierung noch verstärkt wird. Durch Mittelwertbildung über mehrere Zyklen wird versucht, den Fehler in der OT-Suche klein zu halten. Die gefundenen OT- Korrekturwerte werden dann für alle Lastpunkte zur OT-Korrektur eingesetzt. Eine visuelle Nachkorrektur wird in einzelnen Fällen durchgeführt.The determination of the top dead center (TDC) from the cylinder internal pressure curve is currently taking place in late-ignition engines by determining the first maximum. For engines igniting before TDC, the TDC correction is carried out by recording the Drag curve and the determination of the maximum. They pose a problem measured cylinder pressure values, which are always slightly faulty, what digitization is intensifying. By averaging over several cycles an attempt is made to keep the error in the OT search small. The found OT Correction values are then used for all load points for OT correction. A visual correction is carried out in individual cases.

Die OT-Korrektur jedes einzelnen Meßzyklus in Abhängigkeit vom Lastpunkt und der Drehschwingung erfolgt derzeit in keinem System.The OT correction of each individual measuring cycle depending on the load point and the There is currently no torsional vibration in any system.

Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, welches auf Basis des Vergleiches eines theoretischen Modells des Kompressionsdruckverlaufes mit dem gemessenen Zylinderinnendruckverlauf bei jeder Messung, jedem Zyklus und in jedem Lastpunkt den dynamischen OT-Korrekturwinkel bestimmen kann und somit den Zylinderinnendruckverlauf eindeutig dem entsprechenden Kurbelwinkel zuordnet. The aim of the invention is a method based on the comparison of a theoretical model of the compression pressure curve with the measured Cylinder internal pressure curve with every measurement, every cycle and at every load point dynamic OT correction angle can determine and thus the The cylinder internal pressure curve is clearly assigned to the corresponding crank angle.

Solution

Voraussetzung für das Verfahren ist ein Zylinderinnendruckverlauf ohne überlagerte Störungen. Dies kann auch über einen Glättungsalgorithmus erreicht werden. Mit Hilfe der aus dem realen Prozeß gemessenen, geglätteten aber fehlerbehafteten Zuordnungen von Druck und Kurbelwinkel wird über ein theoretisches Modell die Kompressionsdruckkurve gebildet. Der Vergleich der beiden Kurvenverläufe (Kompressions- und Zylinderinnendruckkurve) erfolgt im Bereich der Kompression, also vor dem Beginn der Verbrennung. Aufgrund der fehlerbehafteten Eingangswerte werden der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der gemessene Zylinderinnendruckverlauf voneinander abweichen (Abb. 1). In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Abweichung kann nun eine Verschiebung des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes um n Grad Kurbelwinkel (n kann variabel sein) vorgenommen werden.A prerequisite for the process is an internal cylinder pressure curve without superimposed disturbances. This can also be achieved using a smoothing algorithm. With the help of the measured, smoothed but faulty assignments of pressure and crank angle from the real process, the compression pressure curve is formed using a theoretical model. The comparison of the two curves (compression and cylinder pressure curve) takes place in the compression area, i.e. before the start of combustion. Due to the incorrect input values, the theoretical compression pressure curve and the measured cylinder pressure curve will differ ( Fig. 1). Depending on the size and the direction of the deviation, the measured cylinder pressure curve can be shifted by n degrees crank angle (n can be variable).

Durch eine permanente Wiederholung der Modellierung des Kompressionsdruckverlaufes auf Basis der korrigierten Zylinderinnendruckwerte und des Vergleiches beider Kurven nähern sich iterativ der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der korrigierte Zylinderinnendruckverlauf einander an (Abb. 2). Ist die Abweichung beider Verläufe voneinander klein genug, kann der Iterationsprozeß abgebrochen werden. Nun kann der gefundene OT des theoretischen Prozesses in den Zylinderinnendruckverlauf übernommen werden.Through a permanent repetition of the modeling of the compression pressure curve on the basis of the corrected cylinder pressure values and the comparison of the two curves, the theoretical compression pressure curve and the corrected cylinder pressure curve approach iteratively ( Fig. 2). If the difference between the two courses is small enough, the iteration process can be terminated. Now the found TDC of the theoretical process can be transferred to the cylinder pressure curve.

Embodiment

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.Embodiments of the invention are set out below Explained with reference to the drawings.

Abb. 1 zeigt das versetzte Diagramm des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes eines 2-Takt Großdieselmotors zu sehen, bei welchem noch keine OT-Korrektur vorgenommen wurde. Mit abgebildet ist der aus diesem gemessenen Verlauf über das Modell erzeugte fehlerbehaftete theoretische Kompressionsdruckverlauf. Fig. 1 shows the offset diagram of the measured cylinder pressure curve of a 2-stroke large diesel engine, for which no TDC correction has yet been carried out. Also shown is the theoretical compression pressure curve with errors generated from this measured curve via the model.

Abb. 2 zeigt beide Kurven nach 24 Iterationsschritten. Der Kompressionsdruckverlauf liegt nun innerhalb des eingestellten Konvergenzbandes des Zylinderinnendruckverlaufes. Fig. 2 shows both curves after 24 iteration steps. The compression pressure curve now lies within the set convergence band of the cylinder internal pressure curve.

Abb. 3 zeigt das Ergebnis an einem vor OT zündenden mittelschnellaufenden 4-Takt Motor nach 32 Iterationsschritten. Fig. 3 shows the result on a medium-speed 4-stroke engine igniting before TDC after 32 iteration steps.

Der Kompressionsdruckverlauf des idealen Prozesses läßt sich über den Zusammenhang:
The compression pressure curve of the ideal process can be determined by the relationship:

darstellen. Der Druck p₁ gehört dabei zum Volumen V₁, welches beim Kurbelwinkel α₁ den Brennraum bildet, gleiches gilt für den Druck p₂ bei dem Volumen V₂ und dem Winkel α₂. Der Exponent χ dagegen ist eine variable, von verschiedenen Kennwerten abhängige Größe, welche sich nach:
represent. The pressure p ₁ belongs to the volume V ₁ , which forms the combustion chamber at the crank angle α ₁ , the same applies to the pressure p ₂ at the volume V ₂ and the angle α ₂ . The exponent χ, on the other hand, is a variable, dependent on various parameters, which is based on:

ermitteln läßt. Der Wert V_t stellt dabei das Totvolumen dar, welches sich bei OT- Stellung des Kolbens zwischen Kolben und Zylinderkopf bildet. can be determined. The value V _t represents the dead volume which is formed between the piston and the cylinder head when the piston is in the TDC position.

Legt man den realen Prozeß zu Grunde, so sind neben dem Exponenten χ auch die Winkelzuordnungen α₁ und α₂ zu den Drücken p₁ und p₂ unbekannt, da sie um den OT- Korrekturwinkel verschoben sind. Weiterhin sind die Zylinderinnendruckwerte fehlerbehaftet, sie können nicht als Eingangsgrößen für ein Modell genutzt werden..If the real process is used as a basis, then in addition to the exponent χ, the angle assignments α ₁ and α ₂ to the pressures p ₁ and p _{2 are also} unknown, since they are shifted by the TDC correction angle. Furthermore, the cylinder internal pressure values are faulty, they cannot be used as input variables for a model.

Im ersten Schritt müssen daher die Meßwerte einen Glättungsalgorithmus durchlaufen. Mit Hilfe der aus dem realen Prozeß gemessenen, geglätteten aber fehlerbehafteten Zuordnungen von p und α wird ein fehlerbehafteter Exponent χ' nach Formel 2 gebildet. Mit Hilfe der Formel 1 und einem gesetzten Anfangswert (z. B. Ladeluftdruck) kann nun der theoretische Kompressionsdruckverlauf ermittelt und mit dem gemessenen Verlauf verglichen werden. Der Vergleich der beiden Kurvenverläufe erfolgt im Bereich der Kompression, also vor dem Beginn der Verbrennung. Aufgrund des fehlerbehafteten Exponenten χ' werden der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der gemessene Zylinderinnendruckverlauf voneinander abweichen (Abb. 1). In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Abweichung kann nun eine Verschiebung des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes um n Grad Kurbelwinkel (n kann variabel sein) vorgenommen werden.In the first step, the measured values must therefore run through a smoothing algorithm. An error-like exponent χ 'according to formula 2 is formed with the aid of the assignments of p and α measured from the real process, smoothed but with errors. With the help of Formula 1 and a set initial value (e.g. charge air pressure), the theoretical compression pressure curve can now be determined and compared with the measured curve. The comparison of the two curve profiles takes place in the area of the compression, ie before the start of combustion. Due to the faulty exponent χ ', the theoretical compression pressure curve and the measured cylinder pressure curve will differ from one another ( Fig. 1). Depending on the size and the direction of the deviation, the measured cylinder pressure curve can be shifted by n degrees crank angle (n can be variable).

Durch eine permanente Wiederholung des oben dargelegten Verfahrens nähern sich iterativ der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der korrigierte Zylinderinnendruckverlauf einander an (Abb. 2). Ist die Abweichung beider Verläufe voneinander klein genug, kann der Iterationsprozeß abgebrochen werden. Nun kann der gefundene OT des theoretischen Prozesses in den Zylinderinnendruckverlauf übernommen werden.Through a permanent repetition of the procedure outlined above, the theoretical compression pressure curve and the corrected internal cylinder pressure curve iteratively approach each other ( Fig. 2). If the difference between the two courses is small enough, the iteration process can be terminated. Now the found TDC of the theoretical process can be transferred to the cylinder pressure curve.

Claims

1. A method for the dynamic correction of the top dead center during the evaluation of the internal cylinder pressure profile of internal combustion engines, characterized in that based on the measured internal cylinder pressure profile using a theoretical model, the compression pressure profile is determined, this is compared with the measured internal cylinder pressure profile and on the basis of the deviation of the internal cylinder pressure profile by a crank angle value is moved.

2. The method according to claim 1, characterized in that this process iteratively so is repeated for a long time until it is determined using a theoretical model Compression pressure curve within the convergence band of the measured cylinder internal pressure curve or the respective Accuracy requirements are sufficient.