DE19742006A1 - Verfahren zur Korrektur eines sich infolge von Gassäulenschwingungen ändernden Innendruckverlaufssignals im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine, insbesondere des Verbrennungsdruckverlaufs einer Verbrennungskraftmaschine der Kolbenbauart - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kombinierten meßtechnischen und rechnerischen Korrektur des Innendruckverlaufssignals in Kolbenmaschinen speziell des Verbrennungsdruckverlaufs von Verbrennungskraftmaschinen.

Stand der Technik

Zur Innendruckermittlung von Verbrennungskraftmaschinen werden meist Druckauf­ nehmer verwendet, die den direkten Prozeßgrößen Prozeßdruck, -temperatur ausge­ setzt sind. Dabei kommen mechanische Indikatorschreiber mit manueller Auswertung des analogen Meßsignals und piezoelektrische Druckaufnehmer zur Anwendung. Diese direkten Meßverfahren sind mehr oder weniger starken Fehlereinflüssen unterlegen. Wesentliche Fehlerursachen sind die auftretenden hohen thermisch/mechanischen Belastungen der Sensorik sowie die Gassäulenschwingungen in den Meßkanälen. Gassäulenschwingungen treten in den Indizierkanälen der Verbrennungskraft­ maschine infolge der Anregung durch den Verbrennungsprozeß auf. Die Intensität von Gassäulenschwingungen bestimmt sich sowohl aus der Geometrie des Meßkanals als auch aus den wirkenden Druckgradienten und Prozeßgeschwindigkeiten. Der Innendruck von Verbrennungskraftmaschinen wirkt über das Indiziersystem auf den Drucksensor. Bei langsamlaufenden Verbrennungskraftmaschinen ergibt sich daraus ein bewertbares Meßsignal, welches dem Innendruckverlauf entspricht. In der Praxis ist für mittelschnell- und schnellaufende Verbrennungskraftmaschinen die Bestimmung des Innendruckes über ein Indiziersystem derzeit mit Spitzendruckmessern oder in Form von Balkendiagrammen mit mechanischen Indikatoren möglich. Darüber hinaus können Innendruckverläufe mit piezoelektrischen Druckaufnehmern gemessen werden. Diese Meßsignale sind in Abhängigkeit vom Motortyp mit Gassäulenschwingungen aus dem Indizierkanal überlagert und damit nur bedingt bewertbar. Zur Eliminierung der Gassäulenschwingunger werden derzeit Tiefpaßfilter eingesetzt, welche die gegenüber dem normalen Verbrennungsprozeß höherfrequenten Meßsignalstörungen ausblendet. Damit können jedoch keine höherfrequenten verbrennungsprozeß­ bedingten Störungen diagnostiziert werden.

Ziel der Erfindung

Ziel beim Einsatz von Meßverfahren zur Zylinderdruckanalyse in Verbrennungskraft­ maschinen ist es, dem Betreiber in einer hohen Genauigkeit und mit geringen Fehlern Informationen über den Verbrennungsablauf in dem für die Verbrennungsgüte relevanten Kurbelwinkelbereich über den Verbrennungsablauf und die sich daraus ergebenden Anlagenparameter zur Verfügung zu stellen.

Ausführungsbeispiel

Es wird deshalb vorgeschlagen, an einem Motor bei ungestörten Betriebszuständen den Verbrennungsdruckverlauf brennraumnah und am Indikatorhahn für unterschiedliche Lastzustände der Verbrennungskraftmaschine meßtechnisch zu erfassen und nach eine Fourierreihenentwicklung (n-ter Ordnung) mit ihren Amplituden und Phasenwinkeln in der komplexen Zahlenebene miteinander zu vergleichen. Sofern eine Messung brennraumnah nicht möglich ist, ist der Funktionsverlauf mit Hilfe des Verbrennungsdruckverlaufs am Indikatorhahn mathematisch zu ermitteln. Im Ergebnis werden für jeden Lastpunkt die Fourierkoeffizienten der Meßsignalverläufe zu einer Korrekturtabelle verknüpft. Jede einzelne sowie eine abschließend über alle gemessenen Lastpunkte gemittelte Korrekturtabelle beschreibt die auftretenden Gassäulenschwingungen. Mit Hilfe der als Übertragungsfunktion wirkenden Korrekturtabelle können nachfolgend Verbrennungsdruckverläufe, die mit Gassäulenschwingungen überlagert sind, korrigiert werden. Es können Prozeßstörungen wie Früh- oder Spätzündungen mit der gleichen Korrekturtabelle zurück gerechnet, richtig dargestellt und eindeutig diagnostiziert werden. Zudem lassen sich höherfrequente Verbrennungsprozeßstörungen aus dem Rohsignal und den Fourierkoeffiziententabellen diagnostizieren.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Bilder erläutert.

Aus Fig. 1 ist der Bearbeitungsablauf ersichtlich. Er stellt schematisch die einzelnen Bearbeitungsschritte dar, die notwendig sind, um aus einem am Indikatorhahn gemessenen Verbrennungsdruckverlauf ein realen im Brennraum wirkenden Druckverlauf zu berechnen.

Fig. 2 stellt die in Abhängigkeit von der Last des Motors brennraumnah gemessenen Verbrennungsdruckverläufe dar.

Fig. 3 stellt die zeitgleich zu den brennraumnah gemessenen Verbrennungs­ druckverläufe (Fig. 2) am Indikatorhahn gemessenen Verbrennungsdruckverläufe dar.

Fig. 4 zeigt das Berechnungsergebnis des vorgestellten Verfahrens zur Korrektur eines sich infolge von Gassäulenschwingungen ändernden Innendruckverlaufssignals. Die Berechnungsergebnisse sind in Abhängigkeit von der Last des Motors mit einer Ihr alle Lastzustände gültigen Korrekturtabelle ermittelt worden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Korrektur eines sich infolge von Gassäulenschwingungen gestörten Innendruckverlaufsignals im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine, insbesondere des Verbrennungsdruckverlaufs einer Verbrennungskraftmaschine der Kolbenbauart, gekennzeichnet dadurch, daß mit Hilfe geeigneter Sensoren das Innendrucksignal am Indikatorhahn meßtechnisch aufgenommen und über ein in einem Rechner mitlaufendes mathematisches Korrekturmodell so bearbeitet wird, daß ein dem im Brennraum realen Innendruckverlauf äquivalenter Signalverlauf abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur einmaligen Kalibrierung eines Korrekturmodells der zeitgleiche Innendruckverlauf am Anfang und Ende der Gassäule (Indiziersystem) in unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine erfaßt oder mathematisch beschrieben wird und mit Hilfe der Fourieranalyse die Fourierkoeffizienten bestimmt werden und durch den Vergleich der Fourierkoeffizienten der gemessenen Signalverläufe ein Korrekturmodell erstellt wird, das die äußeren Störeinflüsse auf das am Indikatorhahn gemessene Signal beschreibt.