DE19749814B4 - Method for determining a combustion chamber pressure profile - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in wenigstens einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Brennraumdrucksensor bzw. Zylinderdrucksensor, der ein druckabhängiges Signal liefert, das zu einem von einem Kurbelwellenwinkelsensor gelieferten Signal in Bezug gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf aus wenigstens drei aufeinander folgenden Teilverläufen gebildet wird, wobei er in einem ersten Bereich aus einem gemessenen Verlauf, in einem zweiten Bereich aus einem unter Berücksichtigung thermodynamischer Gegebenheiten berechneten Verlauf und in einem dritten Bereich durch Spiegelung der beiden ersten Teilverläufe ermittelt wird und dass der gesamte berechnete Druckverlauf um einige Grad KW zu größeren KW-Werten hin verschoben wird.method for determining a combustion chamber pressure gradient as a function of from the crankshaft angle in at least one cylinder of an internal combustion engine, with at least one combustion chamber pressure sensor or cylinder pressure sensor, the one pressure-dependent Signal provides that to one supplied by a crankshaft angle sensor Signal is related, characterized in that the pressure curve formed from at least three consecutive sub-courses being in a first range from a measured course, in a second range from a thermodynamic consideration Conditions calculated course and in a third area by Mirroring of the two first partial courses is determined and that the entire calculated pressure curve by a few degrees KW to larger KW values is postponed.

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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Brennraumdruckverlaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel bei einer Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraumdrucksensor bzw. Zylinderdrucksensor und einen Kurbelwellenwinkelsensor aufweist, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The The invention is based on a method for determining the combustion chamber pressure curve dependent on from the crankshaft angle in an internal combustion engine, the at least a combustion chamber pressure sensor or cylinder pressure sensor and a crankshaft angle sensor having, according to the preamble of the main claim.

Aus der DE 43 41 796 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Verbrennungslage im Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, das dazu dient, eine Kenngröße zu ermitteln, um Einfluss auf die Verbrennungslage auszuüben. Hierzu wird ein Brennraumdruck und ein Kompressionsdruck erfasst und die Differenz aus beiden ermittelt. Anschließend wird aus der ermittelten Differenz das Integral gebildet. Dieses Integral bildet den Ausgang zur Ermittlung einer Stellgröße für eine Regelung der Lage der Verbrennung.From the DE 43 41 796 A1 a method for determining the combustion position in the combustion chamber of an internal combustion engine is known, which serves to determine a parameter in order to exert influence on the combustion position. For this purpose, a combustion chamber pressure and a compression pressure is detected and determines the difference between the two. Subsequently, the integral is formed from the determined difference. This integral forms the output for determining a manipulated variable for regulating the position of the combustion.

Aus der DE 43 18 504 C1 ist es bekannt, den Zündzeitpunkt im Teilllastbereich, insbesondere im Leerlauf, auf einen für den Wirkungsgrad optimalen Wert einzustellen. Dabei wird zunächst der auf die Bewegung des Kolbens im Zylinder zurückgehende Gasdruck bestimmt und vom tatsächlich gemessenen Zylinderdruck subtrahiert. Aus der dem Verbrennungsdruck proportionalen Differenz der Drücke lässt sich dann eine von der Kolbenbewegung unabhängige Messzahl für den Fortschritt der Verbrennung gewinnen und daraus ein Schätzwert für den thermodynamischen Verbrennungsschwerpunkt ableiten. Die Abweichung dieses Schätzwertes von dem für jeden Motor bekannten optimalen Verbrennungsschwerpunkt liefert das gesuchte Regelsignal für die Zündwinkel-Vorsteuerung.From the DE 43 18 504 C1 It is known to set the ignition timing in the partial load range, in particular at idle, to an optimum value for the efficiency. Initially, the gas pressure due to the movement of the piston in the cylinder is determined and subtracted from the actually measured cylinder pressure. From the combustion pressure proportional difference of the pressures can then be independent of the piston movement measure for the progress of the combustion win and derive an estimate of the thermodynamic focus of combustion. The deviation of this estimated value from the optimal combustion center of gravity known for each engine supplies the desired control signal for the ignition angle precontrol.

Aus der Druckschrift „Garssen, H.-G., Magori, V.: A Model-based Sensor for the Adaptation of Internal Combustion Engines. In: Sensors and Actuators A, volume 41 bis 42 (1994), 207–211" ist die Verwendung eines gemessenen Druckverlaufs in einem ersten Kurbelwinkelabschnitt bis zur Zündung, eine Approximation dieses gemesenen Druckverlaufs durch die Polytropengleichung und Extrapolation des approximierten Verlaufs in einem Kurbelwinkelabschnitt, in dem die Verbrennung stattfindet, bekannt.Out the publication "Garssen, H.-G., Magori, V .: A Model-based Sensor for the Adaptation of Internal Combustion Engines. In: Sensors and Actuators A, volume 41 to 42 (1994), 207-211 "is the use a measured pressure curve in a first crank angle section until the ignition, an approximation of this measured pressure curve by the polytropic equation and extrapolation of the approximated curve in a crank angle section, in which the combustion takes place known.

Es ist bekannt, in Zylindern von Brennkraftmaschinen, Brennraumdrucksensoren einzusetzen und deren Ausgangssignale zur Ermittlung von Größen, die den Verbrennungsvorgang im Zylinder der Brennkraftmaschine beschreiben, zu gewinnen. Dabei ist es beispielsweise bekannt, das sogenannte Differenzdruckintegral zu ermitteln. Dieses Differenzdruckintegral ist ermittelbar, wenn eine Differenz gebildet wird zwischen dem im gefeuerten Betrieb gemessenen Brennraumdruckverlauf und dem Druckverlauf im geschleppten Betrieb der Brennkraftmaschine, also ohne Verbrennung und diese Differenz aufintegriert wird. Dieses Differenzdruckintegral ist eine sehr wesentliche Größe, da sich mit Hilfe seiner Größe erkennen läßt, wie die Verbrennung abgelaufen ist und ob überhaupt eine Verbrennung stattgefunden hat oder ob ein Verbrennungsaussetzer aufgetreten ist. Über die Schwerpunktlage des Differenzdruckintegrals oder seine 50%-Lage läßt sich eine Verbrennungslageregelung durchführen, da diese beiden Größen gut miteinander korrelieren.It is known in cylinders of internal combustion engines, combustion chamber pressure sensors and their output signals to determine sizes, the describe the combustion process in the cylinder of the internal combustion engine, to win. It is known, for example, the so-called differential pressure integral to investigate. This differential pressure integral can be determined if a difference is formed between that in fired operation measured combustion chamber pressure curve and the pressure curve in the towed Operation of the internal combustion engine, ie without combustion and this Difference is integrated. This differential pressure integral is one very significant size, since recognize with the help of its size lets, how the combustion has expired and if any combustion occurred or if a misfire has occurred. About the Center of gravity of the differential pressure integral or its 50% position can be one Perform combustion control, because these two sizes are good correlate with each other.

Das Problem bei der exakten Berechnung des Differenzdruckintegrals besteht darin, daß bei normalem Betrieb, also bei gefeuertem Betrieb, bei dem Verbrennungen stattfinden sollen, der tatsächliche Druckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel im Brennraum zwar gemessen werden kann, der geschleppte Verlauf jedoch nicht vorliegt und nach irgendwelchen Kriterien ermittelt werden muß. Für die Ermittlung des geschleppten Brennraumdruckverlaufs gibt es bereits einige Vorschläge. So wird beispielsweise in der Druckschrift WO 89/03 983 ein Verfahren beschrieben, bei dem der im geschleppten Betrieb, also ohne Verbrennung zu erwartende Druckverlauf berechnet wird, indem der gemessene Druckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel oberhalb eines Kurbelwellenwinkels, der dem oberen Totpunkt OT entspricht, an einer durch den Kurbelwellenwinkel α = OT verlaufenden Achse gespiegelt wird. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Kurvenverlauf zur Achse durch den oberen Totpunkt OT. Durch Vergleich des gespiegelten Druckverlaufs mit dem tatsächlich gemessenen Druckverlauf und Integration der Differenz läßt sich das Differenzdruckintegral, das als Maß für die aufgetretene Verbrennung verwendet wird, ermitteln.The problem with the exact calculation of the differential pressure integral is that during normal operation, ie in fired operation, take place in the burns, the actual pressure curve over the crankshaft angle in the combustion chamber can be measured, but the trailed course is not present and according to any criteria must be determined. There are already some suggestions for determining the dragged combustion chamber pressure gradient. For example, in the publication WO 89/03983 describes a method in which the pressure profile to be expected in the towed operation, ie without combustion, is calculated by mirroring the measured pressure curve above the crankshaft angle above a crankshaft angle corresponding to the top dead center TDC at an axis passing through the crankshaft angle α = TDC , This results in a symmetrical curve to the axis through the top dead center OT. By comparing the mirrored pressure profile with the pressure profile actually measured and integrating the difference, the differential pressure integral, which is used as a measure of the combustion that has occurred, can be determined.

Bei der Festlegung des Druckverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel im geschleppten Betrieb nach der vorstehend beschriebenen Methode können Fehlmessungen auftreten, wenn der Zündzeitpunkt „früh" liegt. Bei einem solchen frühen Zündzeitpunkt, bei dem eine Entflammung im Zylinder bereits bei der OT-Lage oder gegebenenfalls schon vorher auftritt, handelt es sich bei dem durch Spiegelung am OT gebildeten Druckverlauf nicht mehr um den Brennraumdruckverlauf für geschleppten Betrieb, da bereits Drucksteigerungen, die vom Verbrennungsvorgang selbst erzeugt werden, den Druckverlauf beeinflussen.at the determination of the pressure curve over the crankshaft angle in the towed mode according to the method described above can Faulty measurements occur when the ignition timing is "early" such early ignition timing, in which an ignition in the cylinder already at the OT position or possibly already occurs before, it is in by Mirroring at the OT formed pressure curve no longer to the combustion chamber pressure curve for towed Operation, there already pressure increases, by the combustion process are generated by themselves, affecting the pressure curve.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs bzw. des Zylinderdruckverlaufs in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderdrucksensor und einem Kurbelwellenwinkelsensor hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Brennraumdruckverlauf ermittelbar ist, der mit Sicherheit durch Verbrennungsvorgänge verfälscht ist und somit den im geschleppten Betrieb zu erwartenden Brennraumdruckverlauf wiedergibt. Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Brennraumdruckverlauf aus wenigstens drei aufeinander folgenden Teilverläufen zusammengesetzt wird, wobei in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich ein gemessener Druckverlauf verwendet wird, in einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich ein unter Berücksichtigung thermodynamischer Gegebenheiten berechneter Brennraumdruckverlauf und in einem dritten Kurbelwellenwinkelbereich ein durch Spiegelung der beiden ersten Teilbereiche erhaltener Brennraumdruckverlauf verwendet wird.The inventive method for determining a combustion chamber pressure curve or the cylinder pressure curve as a function of the crankshaft angle of an internal combustion engine with little At least a cylinder pressure sensor and a crankshaft angle sensor has the advantage that a combustion chamber pressure curve can be determined, which is falsified by combustion processes with certainty and thus reflects the expected in towed operation combustion chamber pressure curve. This advantage is achieved by the combustion chamber pressure curve is composed of at least three consecutive sub-curves in a method according to the preamble of claim 1, wherein in a first crankshaft angle range a measured pressure profile is used in a second crankshaft angle range calculated under consideration of thermodynamic conditions combustion chamber pressure profile and a third crankshaft angle range, a combustion chamber pressure profile obtained by mirroring the two first portions is used.

Durch Berücksichtigung meßbarer Besonderheiten des Brennraumdruckverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel lassen sich vorteilhafte Anpassungen bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufes im geschleppten Betrieb erzielen. Insbesondere können in vorteilhafter Weise die motorischen Verluste, die bei den meisten Motoren bzw. Brennkraftmaschinen nicht vermeidbar sind, genau kompensiert werden, wenn der gesamte berechnete Brennraumdruckverlauf um wenige Grad KW nach „spät" verschoben wird. Dabei wird eine Verschiebung des berechneten Brennraumdruckverlaufs beispielsweise um 3 Grad Kurbelwellenwinkel in Richtung größerer Kurbelwellenwinkel durchgeführt.By consideration measurable Special features of the combustion chamber pressure curve over the crankshaft angle can be advantageous adjustments in the determination of the combustion chamber pressure curve achieve in towed operation. In particular, can advantageously the engine losses that occur in most engines and internal combustion engines are unavoidable, can be compensated exactly when the whole Calculated combustion chamber pressure curve is shifted by a few degrees KW to "late". In this case, a shift of the calculated combustion chamber pressure curve for example, by 3 degrees crankshaft angle in the direction of larger crankshaft angle carried out.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das sogenannte Differenzdruckintegral, das aus der Differenz zwischen gemessenem Brennraumdruckverlauf und erfindungsgemäß bestimmten Brennraumdruckverlauf und Integration der Differenzen erhalten wird, besonders exakt bestimmt werden kann. Damit läßt sich auch eine besonders genaue Regelung der Brennkraftmaschine durchführen, beispielsweise eine Regelung der Verbrennungslage über den Schwerpunkt oder die 50%-Lage des Differenzdruckintegrals.Further Advantages of the invention are given by the in the subclaims activities achieved. It is particularly advantageous that the so-called differential pressure integral, that from the difference between the measured combustion chamber pressure curve and determined according to the invention Combustion chamber pressure gradient and integration of the differences is obtained can be determined very precisely. This is also a special perform accurate control of the internal combustion engine, such as a scheme the combustion position over the center of gravity or the 50% position of the differential pressure integral.

Um Nullpunktfehler der Brennraumdrucksensoren auszuschließen, kann in vorteilhafter Weise ein Referenzpunkt gewählt werden, bei dem der Brennraumdruck ungefähr bekannt ist, dies ist beispielsweise der Ladungswechsel-OT, bei dem bei Saugmotoren etwa Umgebungsdruck herrschen muß. Unter Voraussetzung einer linearen Sensorcharakteristik kann dann die Referenzspannung von der Sensorspannung in der Hochdruckphase abgezogen werden und so in vorteilhafter Weise ein Referenzdruck, der etwa dem Umgebungsdruck entspricht, zum berechneten Brennraumdruckverlauf hinzuaddiert werden. Anhand einer Plausibilitätsuntersuchung für den Referenzpunkt lassen sich Fehlmessungen in vorteilhafter Weise erkennen.Around Zero point error of the combustion chamber pressure sensors can exclude advantageously a reference point can be selected, wherein the combustion chamber pressure approximately is known, this is for example the charge cycle OT, in the case of naturally aspirated engines must prevail about ambient pressure. Assuming a linear Sensor characteristic can then the reference voltage of the sensor voltage be deducted in the high pressure phase and so in an advantageous manner a reference pressure that corresponds approximately to the ambient pressure, to the calculated Brennraumdruckverlauf be added. Based on a plausibility check for the reference point false measurements can be detected in an advantageous manner.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt 1 eine an sich schon bekannte Einrichtung zur Erfassung des Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine. 2 zeigt den Verlauf des gemessenen Brennraumdrucks über dem Kurbelwellenwinkel sowie den erfindungsgemäß ermittelten Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb. In 3 ist ein gemessener und ein berechneter Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb über dem Kurbelwellenwinkel dargestellt und 4 zeigt einen berechneten Druckverlauf und einen gespiegelten über dem Kurbelwellenwinkel. 5 zeigt eine Fehlerbetrachtung bei Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung des Druckverlaufs im geschleppten Betrieb.The invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description. In detail shows 1 a per se known device for detecting the pressure curve in the cylinders of an internal combustion engine. 2 shows the course of the measured combustion chamber pressure over the crankshaft angle and the inventively determined combustion chamber pressure curve in the towed operation. In 3 is a measured and a calculated combustion chamber pressure curve in the towed operation shown above the crankshaft angle and 4 shows a calculated pressure curve and a mirrored over the crankshaft angle. 5 shows an error consideration when using a conventional method and the inventive method for calculating the pressure curve in the towed operation.

Beschreibungdescription

In 1 sind die erfindungswesentlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine dargestellt, für die das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Bei einer solchen Vorrichtung sind in den Zylindern 10, 11, 12 und 13 der Brennkraftmaschine jeweils Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 angeordnet, die im wesentlichen druckproportionale Ausgangsspannungen U1, U2, U3 und U4 abgeben. Weiterhin ist ein Kurbelwellensensor 18 vorhanden, der ein für den Kurbelwellenwinkel α charakteristisches Ausgangssignal S1 abgibt.In 1 the essential components of an internal combustion engine are shown, for which the inventive method for determining a combustion chamber pressure curve in dependence on the crankshaft angle of the internal combustion engine can be performed. In such a device are in the cylinders 10 . 11 . 12 and 13 the engine respectively cylinder pressure sensors 14 . 15 . 16 and 17 arranged, which deliver substantially pressure-proportional output voltages U1, U2, U3 and U4. Furthermore, a crankshaft sensor 18 present, which emits a characteristic of the crankshaft angle α output signal S1.

Sowohl die Ausgangsspannungen der Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 als auch das Ausgangssignal des Kurbelwellensensors 18 werden dem Steuergerät 19 der Brennkraftmaschine zugeführt, das diese Signale verarbeitet. Über Eingänge 20 können dem Steuergerät 19 weitere Signale, beispielsweise eine Temperatur T, eine Last L usw. zugeführt werden, die im Steuergerät 19 ebenfalls weiter verarbeitet werden können.Both the output voltages of the cylinder pressure sensors 14 . 15 . 16 and 17 as well as the output signal of the crankshaft sensor 18 be the controller 19 supplied to the internal combustion engine, which processes these signals. About inputs 20 can the controller 19 Further signals, for example, a temperature T, a load L, etc. are supplied to the control unit 19 can also be processed further.

Das Steuergerät 19 umfaßt einen Mehrkanal-Analog-/Digitalwandler 22, dem die Ausgangsspannungen der Zylinderdrucksensoren zugeführt werden. Die eigentliche Signalauswertung erfolgt in einem Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19, der über eine Ausgabeeinheit 23a in Abhängigkeit von den ermittelten Größen Steuersignale S2 und S3 an verschiedene Komponenten der Brennkraftmaschine abgibt und beispielsweise werden Zünd- und/oder Einspritzimpulse vom Steuergerät in Abhängigkeit vom Brennraumdruckverlauf abgegeben. Der Mikroprozessor 23 umfaßt im übrigen neben der zentralen Prozessoreinheit in üblicher Weise Speicher u. ä..The control unit 19 comprises a multi-channel analog / digital converter 22 to which the output voltages of the cylinder pressure sensors are supplied. The actual signal evaluation takes place in a microprocessor 23 of the control unit 19 that has an output unit 23a as a function of the determined variables, control signals S2 and S3 are emitted to various components of the internal combustion engine and, for example, ignition and / or Injection pulses emitted by the control unit as a function of the combustion chamber pressure profile. The microprocessor 23 Incidentally, in addition to the central processing unit in the usual way includes memory u. etc. ..

Im Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19 erfolgt die eigentliche Signalverarbeitung sowie die Berechnungen, die erforderlich sind, um den gesamten Druckverlauf über ein Arbeitsspiel des Zylinders zu erhalten. Dazu wird zunächst das druckproportionale elektrische Spannungssignal, beispielsweise U1 mit dem Kurbelwellenwinkel α synchronisiert. Danach liegen dem Mikroprozessor 23 kurbelwellenwinkelbezogene Druckwerte P1 (α) vor, die für die erforderlichen Berechnungen zur Verfügung stehen.In the microprocessor 23 of the control unit 19 The actual signal processing and the calculations required to obtain the entire pressure curve over a working cycle of the cylinder take place. For this purpose, first the pressure-proportional electrical voltage signal, for example U1, is synchronized with the crankshaft angle α. After that are the microprocessor 23 crankshaft angle related pressure values P1 (α) available for the required calculations.

Zum Erhalt des tatsächlichen Brennraumdruckverlaufs im normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgt die Signalauswertung in einem Bereich von –360°KW bis 360°KW, oder je nach Anwendung kleiner. Der Signalverlauf, der real erhalten wird, ist in der oberen Kurve der 2 dargestellt. Das zu ermittelnde Differenzdruckintegral I läßt sich nur berechnen, wenn auch der Druckverlauf im geschleppten Betrieb exakt bekannt ist. Wie dieser Brennraumdruckverlauf aus drei Teilverläufen im geschleppten Betrieb ermittelt wird, wird im folgenden näher erläutert. In einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich, der sich beispielsweise von –360°KW bis –30°KW erstreckt, also 30°KW vor dem oberen Totpunkt endet, wird der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb so festgelegt, daß er dem gemessenen Brennraumdruckverlauf entspricht. In diesem Bereich, der mit B1 bezeichnet ist treten mit Sicherheit bei korrekten Verbrennungsumständen keine Verbrennungsvorgänge auf, so daß der real gemessene Druckverlauf auch identisch dem Druckverlauf im geschleppten Betrieb entspricht. In einem weiteren Bereich, der mit B2 bezeichnet ist und sich an den Bereich B1 anschließt und bis zum oberen Totpunkt OT reicht, wird der Druckverlauf im geschleppten Betrieb anhand der zu erwartenden theromodynamischen Verhältnisse im Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt. Es wird dabei der Verdichtungs- bzw. Kompressionsdruck bis zum oberen Totpunkt OT mit Hilfe der Polytropengleichung berechnet. Da in diesem Bereich B2 bereits Verbrennungen beginnen können, würde eine Auswertung des gemessenen Brennraumdruckverlaufs bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb zu Fehlern führen und wird daher nicht durchgeführt. Aus dem in den Bereichen B1 und B2 ermittelten Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb wird im folgenden der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb im Bereich B3 ermittelt, der sich vom oberen Totpunkt OT bis zum Kurbelwellenwinkel 360°KW erstreckt. Dieser Druckverlauf sollte für einen idealen Motor spiegelbildlich zum Druckverlauf zwischen –360°KW und OT sein. Es wird daher im Bereich B3 ein Druckverlauf angenommen, der einer Spiegelung des Druckverlaufs zwischen –360°KW und OT entspricht. Die Druckkurve wird daher an einer Linie, die durch OT läuft, gespiegelt. Als Formel läßt sich die Vorgehensweise wie folgt darstellen: P(i) = p(k)·(v(k)/v(i))n To obtain the actual combustion chamber pressure curve in the normal operating state of the internal combustion engine, the signal evaluation takes place in a range from -360 ° CA to 360 ° CA, or smaller, depending on the application. The waveform that is actually obtained is in the upper curve of FIG 2 shown. The differential pressure integral I to be determined can only be calculated if the pressure curve in the towed mode is also known exactly. How this combustion chamber pressure profile is determined from three partial courses in the towed operation is explained in more detail below. In a first crankshaft angle range, which extends, for example, from -360 ° CA to -30 ° CA, that is to say 30 ° CA before top dead center, the combustion chamber pressure profile in the towed operation is set so that it corresponds to the measured combustion chamber pressure profile. In this area, which is designated B1, no combustion processes occur with certainty in the case of correct combustion conditions, so that the pressure profile actually measured also corresponds identically to the pressure curve during the towed operation. In a further area, which is designated by B2 and adjoins the area B1 and extends to the top dead center TDC, the pressure curve in the towed operation is determined on the basis of the expected thermodynamic conditions in the cylinder of the internal combustion engine. In this case, the compression or compression pressure is calculated up to the top dead center OT with the aid of the polytropic equation. Since burns may already start in this area B2, an evaluation of the measured combustion chamber pressure profile during the determination of the combustion chamber pressure profile during the towed operation would lead to errors and is therefore not carried out. The combustion chamber pressure curve in the towed operation in the region B3, which extends from the top dead center OT to the crankshaft angle 360.degree. KW, is determined below from the combustion chamber pressure profile in the towed operation determined in the regions B1 and B2. For an ideal engine, this pressure curve should be a mirror image of the pressure curve between -360 ° CA and TDC. It is therefore assumed in the area B3 a pressure curve corresponding to a reflection of the pressure curve between -360 ° CA and TDC. The pressure curve is therefore mirrored on a line passing through OT. As a formula, the procedure can be represented as follows: P (i) = p (k) * (v (k) / v (i)) n

In dieser Gleichung bedeuten die einzelnen Größen: p(i): Druck zwischen dem letzten gemessenen Druckwert und OT

p(k):
Letzter gemessener Verdichtungsdruckwert
v(k):
Zylindervolumen, ab dem der Verdichtungsdruck berechnet wird
v(i):
Zylindervolumen zum Berechnungszeitpunkt
n:
Polytropenexponent, der beispielsweise experimentell ermittelt wird.
In this equation, the individual quantities mean: p (i): pressure between the last measured pressure value and TDC
p (k):
Last measured compression pressure value
v (k):
Cylinder volume from which the compaction pressure is calculated
v (i):
Cylinder volume at the time of calculation
n:
Polytropic exponent, which is determined experimentally, for example.

Der Ausdruck (v(k)/v(i))n kann zur Verringerung der Rechenzeit in Speichermitteln des Mikroprozessors 23 des Steuergerätes 19 tabellarisch abgelegt werden. Mit diesen Voraussetzungen läßt sich der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb laufend ermitteln. Wird er vom gemessenen Brennraumdruckverlauf abgezogen und die Differenz aufintegriert, wird das Differenzdruckintegral I, das in 2 als schraffierte Fläche dargestellt ist, erhalten. Die Subtraktion sowie die Integration der Differenzwerte wird ebenfalls im Mikroprozessor 23 durchgeführt. Das Differenzdruckintegral steht dem Mikroprozessor 23 dann für weitere Berechnungen bzw. Auswertungen und Regelschritte zur Verfügung. Beispielsweise wird in bekannter Weise der Flächenschwerpunkt des Integrals I bestimmt oder die 50%-Lage des Differenzdruckintegrals, wobei anhand dieser Größen weitere Regelvorgänge durchgeführt werden können.The expression (v (k) / v (i)) n can be used to reduce the computational time in memory means of the microprocessor 23 of the control unit 19 be filed in tabular form. With these prerequisites, the combustion chamber pressure profile in the towed operation can be determined continuously. If it is subtracted from the measured combustion chamber pressure profile and the difference is integrated, the differential pressure integral I, which is in 2 is shown as a hatched area. The subtraction as well as the integration of the difference values is also in the microprocessor 23 carried out. The differential pressure integral is the microprocessor 23 then available for further calculations or evaluations and control steps. For example, in a known manner, the centroid of the integral I is determined or the 50% position of the differential pressure integral, whereby further control operations can be performed on the basis of these variables.

Bei der Auswertung und dem Vergleich zwischen gemessenem Druckverlauf, gerechneten Druckverlauf und gespiegeltem Druckverlauf hat sich gezeigt, daß gegebenenfalls weitere Anpassungen bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb erfolgen sollten. Es wurde dabei bei der Auswertung erkannt, daß die motorischen Verluste besser berücksichtigt werden, wenn der gesamte berechnete Druckverlauf um wenige Grad KW nach „spät" verschoben wird, also wenn der gesamte berechnete Druckverlauf um wenige Grad KW zu höheren Kurbelwellenwinkelwerten verschoben wird. Dabei wurde nur die Zuordnung von p(i) = f(i) verschoben in: p(i-1) = f(i). Da die Rechenschritte 3°KW betragen, beträgt auch die Verschiebung 3°KW. Mit einer solchen Verschiebung läßt sich die ermittelte Kurve für den Brennraumdruckverlauf in geschlepptem Betrieb sehr gut an einen realen Verlauf unter Berücksichtigung der nicht zu vermeidenden motorischen Verluste anpassen.at the evaluation and the comparison between measured pressure curve, calculated pressure curve and mirrored pressure curve has been shown if necessary further adjustments in the determination of the combustion chamber pressure curve should take place in towed operation. It was thereby at the Evaluation recognized that the better accounted for motor losses when the entire calculated pressure gradient is a few degrees KW is moved to "late", So if the entire calculated pressure curve by a few degrees KW to higher Crankshaft angle values is shifted. It was only the assignment of p (i) = f (i) shifted into: p (i-1) = f (i). Because the calculation steps 3 ° KW, is also the shift 3 ° KW. With such a shift can be the determined curve for the combustion chamber pressure curve in towed operation very well to a real course under consideration to adapt to unavoidable motor losses.

Zur Ausschaltung des Nullpunktfehlers (Drift) des Zylinderdrucksensors bzw. der Zylinderdrucksensoren kann eine Korrektur anhand eines Referenzpunktes durchgeführt werden. Als Referenzpunkt kann dabei ein Kurbelwellenwinkel gewählt werden, bei dem der Druck ungefähr bekannt ist. Dies ist beispielsweise im Ladungswechsel-OT der Fall. Im Ladungswechsel-OT entspricht der Brennraumdruck bzw. Zylinderdruck bei Saugmotoren etwa dem Umgebungsdruck. Bei linearer Sensorcharakteristik wird die Referenzspannung von der Sensorspannung in der Hochdruckphase abgezogen und der Referenzdruck (ein ungefährer Umgebungsdruck) dazuaddiert. Für diese Korrektur der Nullpunktdrift gilt somit: p(j) = p0 + m·(u(j) – u0) To eliminate the zero error (drift) of the cylinder pressure sensor or the cylinder pressure sensors, a correction based on a reference point can be performed. As a reference point can be selected a crankshaft angle, in which the pressure is approximately known. This is the case, for example, in the charge exchange OT. In the charge exchange TDC, the combustion chamber pressure or cylinder pressure in naturally aspirated engines corresponds approximately to the ambient pressure. With a linear sensor characteristic, the reference voltage is subtracted from the sensor voltage in the high pressure phase and the reference pressure (an approximate ambient pressure) is added thereto. For this correction of the zero point drift, the following applies: p (j) = p0 + m * (u (j) -u0)

Dabei bedeuten im einzelnen:

p(j):
Gemessener Druck
p0:
Ungefährer Umgebungsdruck
u0:
Spannung des Drucksensors im Ladungswechsel-OT
u(j):
Spannung des Drucksensors
m:
Steigung der Sensorkennlinie bei linearem Zusammenhang zwischen Druck und Spannung.
In detail:
p (j):
Measured pressure
p0:
Approximate ambient pressure
u0:
Voltage of the pressure sensor in the charge exchange TDC
u (j):
Voltage of the pressure sensor
m:
Slope of the sensor characteristic with a linear relationship between pressure and voltage.

Durch den vorstehend wiedergegebenen Zusammenhang läßt sich somit ein Referenzpunkt für die Berechnung gewinnen, der sehr wichtig ist. Damit eine Fehlmessung nicht die gesamte Berechnung zerstört, muß der Referenzpunkt entweder stark gefiltert werden oder er muß auf Plausibilität überprüft werden und beispielsweise mit einem erwarteten Druckwert verglichen werden, wodurch bei zu starker Abweichung auf einen Fehler geschlossen werden kann.By The relationship reproduced above can thus be a reference point for the Win calculation that is very important. So a wrong measurement not destroyed the entire calculation, the reference point must either be strongly filtered or it must be checked for plausibility and for example compared to an expected pressure value, whereby an error can be deduced if the deviation is too great.

Bei guter Anpassung der einzelnen Parameter, u. a. auch des Polytropenexponenten n läßt sich der Druckverlauf der geschleppten Brennkraftmaschine sehr gut nachbilden. 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen einem im geschleppten Betrieb gemessenen Druckverlauf PG1 und einem berechneten Druckverlauf PB1. Speziell bei sehr frühen Zündwinkeln wird eine sehr gute Übereinstimmung erhalten, da Einflüsse durch vorzeitige Verbrennungen keine Auswirkungen auf den berechneten Druckverlauf haben.With good adaptation of the individual parameters, including the Polytropenexponenten n, the pressure curve of the towed internal combustion engine can emulate very well. 3 shows a relationship between a measured pressure during the course of operation PG1 and a calculated pressure curve PB1. Especially at very early ignition angles, a very good agreement is obtained, since influences due to premature burns have no effect on the calculated pressure curve.

Wie die 4, in der ein berechneter Druckverlauf PB2 und ein an OT gespiegelter Druckverlauf PG2 dargestellt sind, zeigt, ist die Übereinstimmung zwischen dem berechneten und den gespiegelten Druckverlauf nicht optimal, da speziell bei sehr frühen Zündwinkeln ein Teil des „Verdichtungsdruckes" schon von der Verbrennung hervorgerufen wird. Dadurch wird das berechnete Differenzdruckintegral zu klein und auch die Schwerpunktlage ist nicht korrekt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das Differenzdruckintegral besonders genau zu ermitteln, damit wird auch die Genauigkeit aller darauf basierender Verfahren erhöht. Dies gilt für die Aussetzererkennung und die Momentenberechnung, die anhand des Differenzdruckintegrals in bekannter Weise durchgeführt werden. Speziell bei der Ermittlung der Schwerpunktlage des Differenzdruckintegrals zur Verbrennungslageregelung wird der Fehler bei herkömmlichen Verfahren bei sehr frühen Zündwinkeln so groß, daß die Schwerpunktlage nicht mehr streng monoton vom Zündwinkel abhängig ist. Damit ist keine Regelung mehr möglich. In 5 ist der Zusammenhang zwischen Verbrennungslage VBL in Grad KW nach dem oberen Totpunkt und Zündzeitpunkt ZZP in Grad KW vor dem oberen Totpunkt bei konstanter Drehzahl für ein herkömmliches Verfahren (Valt) und das erfindungsgemäße Verfahren (Vneu) dargestellt.As the 4 , in which a calculated pressure curve PB2 and a pressure curve PG2 mirrored to OT are shown, the correspondence between the calculated and the mirrored pressure curve is not optimal, since a part of the "compression pressure" is already caused by the combustion, especially at very early ignition angles As a result, the calculated differential pressure integral is too small and also the center of gravity position is incorrect. <br/><br/> The method according to the invention makes it possible to determine the differential pressure integral particularly precisely, thus also increasing the accuracy of all methods based thereon Especially in the determination of the center of gravity of the differential pressure integral for combustion position control, the error in conventional methods at very early ignition angles becomes so large that the center of gravity does not m is strictly monotonically dependent on the ignition angle. Thus, no regulation is possible. In 5 is the relationship between combustion position VBL in degrees KW after top dead center and ignition ZZP in degrees KW before top dead center at constant speed for a conventional method (Valt) and the inventive method (Vnew) is shown.

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in wenigstens einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Brennraumdrucksensor bzw. Zylinderdrucksensor, der ein druckabhängiges Signal liefert, das zu einem von einem Kurbelwellenwinkelsensor gelieferten Signal in Bezug gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf aus wenigstens drei aufeinander folgenden Teilverläufen gebildet wird, wobei er in einem ersten Bereich aus einem gemessenen Verlauf, in einem zweiten Bereich aus einem unter Berücksichtigung thermodynamischer Gegebenheiten berechneten Verlauf und in einem dritten Bereich durch Spiegelung der beiden ersten Teilverläufe ermittelt wird und dass der gesamte berechnete Druckverlauf um einige Grad KW zu größeren KW-Werten hin verschoben wird.Method for determining a combustion chamber pressure curve as a function of the crankshaft angle in at least one cylinder of an internal combustion engine, with at least one combustion chamber pressure sensor or cylinder pressure sensor, which provides a pressure-dependent signal, which is related to a signal supplied by a crankshaft angle sensor, characterized in that the pressure curve It is formed in a first region of a measured course, in a second region of a calculated under consideration of thermodynamic conditions course and in a third region by mirroring the two first partial courses and that the entire calculated pressure curve is shifted by a few degrees KW towards larger KW values. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Teilverlaufs im zweiten Bereich mit Hilfe der Polytropengleichung erfolgt, wobei der Polytropenexponent n brennkraftmaschinenspezifisch experimentell ermittelt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the calculation of the partial course in the second area using the polytropic equation is carried out, the polytropic exponent n combustion engine specific experimentally determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb nach folgender Gleichung erfolgt: p(i) = a·p(k)·(v(k)/v(i))··n + bmit: p(i): Druck zwischen dem letzten gemessenen Druckwert und OT p(k): letzter gemessener „Verdichtungsdruckwert" v(k): Zylindervolumen, ab dem der Verdichtungsdruck gerechnet wird v(i): Zylindervolumen zum Berechnungszeitpunkt n: Polytropenexponent (z. B. experimentell ermittelt) a, b: Anpassungsfaktoren zur FeinabstimmungA method according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the combustion chamber pressure curve in the towed operation according to the following equation: p (i) = a * p (k) * (v (k) / v (i)) ·· n + b with: p (i): pressure between the last measured pressure value and OT p (k): last measured "compression pressure value" v (k): cylinder volume, from that of the compression pressure is calculated v (i): cylinder volume at calculation time n: polytropic exponent (eg determined experimentally) a, b: adjustment factors for fine tuning Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdruck (v(k)/v(i))n in einem Speicher des Mikroprozessors abgelegt ist.A method according to claim 3, characterized in that the expression (v (k) / v (i)) n is stored in a memory of the microprocessor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullpunktfehler des Brennraumdrucksensors bzw. der Brennraumdrucksensoren ermittelt und kompensiert wird, indem der Zusammenhang zwischen Sensorausgangsspannung und Druck in einer Kurbelwellenstellung, in der der Druck bekannt ist und im wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht, berücksichtig wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the zero error of the combustion chamber pressure sensor or the combustion chamber pressure sensors is determined and compensated, by the relationship between sensor output voltage and pressure in a crankshaft position in which the pressure is known and essentially corresponds to the ambient pressure, considered becomes. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullpunktfehlerkompensation unter Berücksichtigung der folgenden Zusammenhänge erfolgt: p(j) = p0 + m·(u(j) – u0)mit: p(j): gemessener Druck p0: ungefährer Umgebungsdruck u0: Spannung des Drucksensors im Ladungswechsel-OT u(j): Spannung des Drucksensors m: Steigung der SensorkennlinieA method according to claim 5, characterized in that the zero-point error compensation taking into account the following relationships: p (j) = p0 + m * (u (j) -u0) with: p (j): measured pressure p0: approximate ambient pressure u0: voltage of the pressure sensor in the charge exchange OT u (j): voltage of the pressure sensor m: slope of the sensor characteristic Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzpunkt auf Plausibilität überprüft wird.Method according to Claim 6, characterized that the reference point is checked for plausibility. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckintegral gebildet wird, indem vom gemessenen Brennraumdruckverlauf der berechnete Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb abgezogen wird und die Differenzwerte aufsummiert oder aufintegriert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the differential pressure integral is formed by from the measured combustion chamber pressure curve, the calculated combustion chamber pressure curve is subtracted in the towed operation and the difference values added up or be integrated. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt oder die 50%-Lage des Differenzdruckintegrals ermittelt werden und diese Lagen in Verbindung mit einer Verbrennungslageregelung als Istwert verwendet werden.Method according to claim 8, characterized in that the center of gravity or the 50% position of the differential pressure integral is determined and these layers in conjunction with a combustion position control be used as actual value. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckintegral in Verbindung mit einer Aussetzererkennung und/oder Momentenberechnung ausgewertet wird.Method according to claim 8 or 9, characterized that the differential pressure integral in conjunction with a misfire detection and / or torque calculation is evaluated.
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