DE19916205C1

DE19916205C1 - Automobile engine combustion parameters detection method uses evaluation of ion current signal characteristic for detecting position of local maxima corresponding to required combustion parameter

Info

Publication number: DE19916205C1
Application number: DE1999116205
Authority: DE
Inventors: Werner Knapp; Martin Hart; Hartung Wilstermann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-04-10
Filing date: 1999-04-10
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-04-11

Abstract

The combustion parameters detection method uses evaluation of the ion current signal characteristic (1) provided by an ion current sensor positioned within the engine combustion chamber, by detection of the ion current peak value (6) and the flank points (7,8) of the flanks on either side of the peak value at which the amplitude is a given fraction of the peak value, for determining the position of the local maxima (4) of the ion current characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Ver brennungskenngröße einer Brennkraftmaschine durch Auswertung ei nes mittels einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine an geordneten Ionenstromsonde über ein jeweiliges Arbeitsspiel hin weg gemessenen Ionenstromsignalverlaufs, bei dem zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße die Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs herangezogen wird.The invention relates to a method for determining a ver combustion characteristic of an internal combustion engine by evaluating egg nes by means of a in a combustion chamber of the internal combustion engine orderly ion current probe over a respective work cycle path measured ion current waveform, for the determination the combustion parameter the location of a local maximum of Ion current waveform is used.

Aus der DE 196 47 161 A1 ist ein derartiges Verfahren zum Steu ern des Zündzeitpunktes und der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung bekannt, bei dem mit tels einer Ionenstrommeßvorrichtung im Brennraum der Brennkraft maschine ein Ionenstromsignal gemessen wird. Aus Lage und Ampli tude von lokalen Maxima dieses Ionenstromsignals wird eine Re gelgröße gebildet, um den Betrieb der Brennkraftmaschine mittels geeigneter Steuerparameter zu steuern, wie etwa mittels der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ festlegenden Kraftstoffeinspritzmen ge.DE 196 47 161 A1 describes such a method for control the ignition timing and fuel injection at one Internal combustion engine known in which with means of an ion current measuring device in the combustion chamber of the internal combustion engine machine an ion current signal is measured. From location and ampli tude of local maxima of this ion current signal becomes a re gel size formed to mean the operation of the internal combustion engine to control suitable control parameters, such as by means of the Air / fuel ratio λ defining fuel injection ge.

In der DE 196 80 104 T1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der in jedem einzelnen Zylinder das momentane Luft/Kraft stoff-Verhältnis λ bestimmt wird. Dazu wird eine Zündkerze als Ionenstromsonde eingesetzt und der λ-Wert in einer Analyse der Ionenstromkurve aus der Steigung der Flanke des ersten Ionen strommaximums bestimmt. An internal combustion engine is described in DE 196 80 104 T1, in which the current air / force in each individual cylinder substance ratio λ is determined. For this purpose, a spark plug is used Ion current probe used and the λ value in an analysis of the Ion current curve from the slope of the flank of the first ion current maximums determined.

Die EP 0 801 226 A2 beschreibt das Messen eines Ionenstromsi gnals mit einem an eine Zündkerze angelegten Prüfimpuls, um dar aus durch Integration eines Meßsignalimpulses eine Regelgröße zu gewinnen, die zur Steuerung der Zusammensetzung eines Luft- Kraftstoffgemisches und zur Steuerung eines Zündzeitpunktes her angezogen wird.EP 0 801 226 A2 describes the measurement of an ion current i gnals with a test pulse applied to a spark plug in order to a controlled variable by integrating a measurement signal pulse gain that to control the composition of an air Fuel mixture and for controlling an ignition timing is attracted.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungskenngröße einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem die Lage eines lokalen Maximums selbst in einem relativ stark verrauschten Ionenstrommeßsignal möglichst zuverlässig er mittelt werden kann, um daraus auf die Verbrennungskenngröße zu schließen.The object of the invention is a method for determining a To create combustion parameter of an internal combustion engine with which is the location of a local maximum even in a relative highly noisy ion current measurement signal as reliably as possible can be averaged in order to get the combustion parameter conclude.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, bei dem zur Lagebestimmung des Maximums ein korrespondierender Spitzenwert der gemessenen Ionenstromkurve festgestellt, die La gen derjenigen beiden Flankenpunkte der Flanken dieses Spitzen wertes, deren Amplitude gleich einem vorgebbaren Bruchteil der Spitzenwertamplitude ist, ermittelt werden und als Lage des Ma ximums ein Mittelwert der beiden Flankenpunktlagen herangezogen wird. Auf diese Weise wird auch für verrauschte Ionenstromsigna le mit relativ geringem Aufwand eine recht zuverlässige Bestim mung der für die gesuchte Verbrennungskenngröße relevanten Lage des lokalen Maximums ermöglicht.This object is achieved by a method according to claim 1, in which a corresponding one for determining the position of the maximum Peak value of the measured ion current curve determined, the La against those two flank points of the flanks of this peak value whose amplitude is equal to a predeterminable fraction of the Peak amplitude is to be determined and as the position of the Ma ximums used an average of the two edge point positions becomes. In this way, even for noisy ion current signals le a relatively reliable determination with relatively little effort the position relevant for the combustion parameter sought of the local maximum.

Eine weiter verbesserte Genauigkeit läßt sich in Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 dadurch erzielen, daß zur Bestim mung der Verbrennungskenngröße ein gleitender Mittelwert über mehrere, aus aufeinanderfolgenden Ionenstrommeßkurven durch Spitzenwert-Flankenpunktlagemittelung gewonnene Maximumlagen herangezogen wird.A further improved accuracy can be found in further training achieve the invention according to claim 2 in that for determining a moving average over the combustion parameter several, from successive ion current measurement curves Peak value edge point position averaging maximum positions obtained is used.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen: An advantageous embodiment of the invention is in the Figures illustrated and will be described below. It demonstrate:

Fig. 1 einen typischen Verlauf eines mittels einer Ionenstrom sonde im Brennraum einer Brennkraftmaschine gemessenen Ionenstromsignales, Fig. 1 shows a typical curve of a measured ion current signal probe by means of an ion current in the combustion chamber of an internal combustion engine,

Fig. 2 eine Darstellung der Varianz von unterschiedlich durchge führten Lagebestimmungen von Maxima in Ionenstromsignal verläufen der Art von Fig. 1. FIG. 2 shows the variance of differently performed position determinations of maxima in the ion current signal over the type of FIG. 1.

Zur Durchführung der nachfolgend im einzelnen beschriebenen Vorgehensweise zur Bestimmung der Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs ist jede herkömmliche Ionenstrom meßeinrichtung geeignet, welche die zeitaufgelöste Messung des Ionenstromverlaufs über ein jeweiliges Arbeitsspiel der Brenn kraftmaschine hinweg erlaubt. Als Ionenstrommeßsonde kann ins besondere wie üblich eine Zündkerze dienen. Es ist lediglich eine für das vorliegende Verfahren geeignete Ionenstrom-Aus werteeinheit zu verwenden, deren Realisierung sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung der von ihr vorzu nehmenden Auswertefunktionalitäten ohne weiteres ergibt.To carry out the procedures described in detail below How to determine the location of a local maximum of the ion current waveform is any conventional ion current Suitable measuring device that the time-resolved measurement of the Ion current course over a respective working cycle of the Brenn allowed across the engine. As an ion current measuring probe, ins special as usual to serve a spark plug. It is just an ion current off suitable for the present method value unit to be used, the realization of which for the Expert from the following description of the preferred evaluating functionalities.

In Fig. 1 ist mittels einer Kurve 1 ein typischer, mit einer als Ionenstromsonde verwendeten Zündkerze gemessener Ionen stromverlauf als Funktion eines Kurbelwellenwinkels ϕ darge stellt. Weil die Zündkerze primär zur Zündung des Gemisches im Brennraum eingesetzt wird, ist das Ionenstromsignal zwischen einem Einsatzpunkt 2 und einem Endzeitpunkt 3 bei der in der Fig. 1 dargestellten Kurve 1 ausgeblendet. Nach Ende des Zünd vorgangs bilden sich über ein Arbeitsspiel hinweg bei der Io nenstromkurve 1 zwei lokale Maxima 4, 5 heraus, wobei der Kur venverlauf im Detail von der Zusammensetzung des zu verbrennen den Gemisches abhängt.In Fig. 1, a typical ion current curve measured with a spark plug used as an ion current probe is represented by a curve 1 as a function of a crankshaft angle ϕ. Because the spark plug is primarily used to ignite the mixture in the combustion chamber, the ion current signal between a point of use 2 and an end time 3 is hidden in curve 1 shown in FIG. 1. At the end of the ignition process, two local maxima 4 , 5 are formed over a working cycle in the ion current curve 1 , the course of the curve depending in detail on the composition of the mixture to be burned.

Aus dem Verlauf der Ionenstromkurve 1 über ein Arbeitsspiel hinweg können Verbrennungskenngrößen ermittelt werden. Dabei ist häufig die Lage eines lokalen Maximums der Ionenstromkurve von Bedeutung. Beispielsweise wird oft aus der Lage und eventu ell auch der Amplitude des ersten Ionenstrommaximums 4 auf den Lambdawert des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine geschlossen. Schwierigkeiten kann hierbei die ausreichend genaue Bestimmung der Maximumlage aus einem in der Praxis oftmals verrauschten Ionenstrommeßsignal bereiten. Dem wird vorliegend mit folgender Vorgehensweise begegnet.Combustion parameters can be determined from the course of the ion current curve 1 over a work cycle. The position of a local maximum of the ion current curve is often important. For example, the position and possibly also the amplitude of the first ion current maximum 4 are often used to infer the lambda value of the air / fuel mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine. Difficulties here can be the sufficiently precise determination of the maximum position from an ion current measurement signal which is often noisy in practice. This is dealt with in the following procedure.

In einem ersten Auswerteschritt wird die Höhe eines zugehörigen Spitzenwertes 6 in der Struktur des Meßsignals im für das be treffende lokale Maximum maßgeblichen Kurbelwinkelbereich be stimmt, wie in Fig. 1 am Beispiel des ersten Maximums 4 veran schaulicht. In einem darauf folgenden zweiten Auswerteschritt werden ausgehend von dem absoluten Spitzenwert 6 entlang der beiden Flanken der Struktur des Maximums 4 zwei Flankenpunkte 7, 8 bestimmt, deren Amplitude jeweils einem vorgebbaren Bruch teil B, z. B. der Hälfte, der Amplitude H des Spitzenwertes 6 beträgt. Die zu diesen beiden Flankenpunkten 7, 8 gehörenden Kurbelwellenwinkelwerte ϕ₁, ϕ₂ werden dann in einem dritten Schritt ermittelt. Daraufhin wird in einem vierten Schritt als Lage des ersten Maximums 4 der Ionenstromkurve 1 ein Mittelwert ϕ_m, z. B. der arithmetische Mittelwert ϕ_m = (ϕ₁ + ϕ₂) . ½, aus den zu den beiden Flankenpunkten 7 und 8 gehörenden Kurbelwellenwin keln ϕ₁, ϕ₂ festgelegt. Die so definierte Maximumlage ϕ_m wird im allgemeinen etwas von der Lage cps des Spitzenwertes 6 abweichen und ist nicht so starken Schwankungen unterworfen.In a first evaluation step, the height of an associated peak value 6 is determined in the structure of the measurement signal in the crank angle range which is relevant for the local maximum which is relevant, as illustrated in FIG. 1 using the example of the first maximum 4 . In a subsequent second evaluation step, starting from the absolute peak value 6 along the two edges of the structure of the maximum 4, two edge points 7 , 8 are determined, the amplitude of each of which is a predeterminable fraction B, z. B. half, the amplitude H of the peak value 6 . The crankshaft angle values ϕ ₁ , ϕ ₂ belonging to these two edge points 7 , 8 are then determined in a third step. Then, in a fourth step, as a position of the first maximum 4 of the ion current curve 1 is a mean value φ _m, z. B. the arithmetic mean ϕ _m = (ϕ ₁ + ϕ ₂ ). ½, from the crankshaft angles ϕ ₁ , ϕ ₂ belonging to the two flank points 7 and 8 . The maximum position ϕ _m defined in this way will generally deviate somewhat from the position cps of the peak value 6 and is not subject to such strong fluctuations.

Fig. 2 zeigt einen Vergleich einer Bestimmung des Lambdawertes λ eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum einerseits aus einem Ionenstromsignalverlauf, dem die oben erläuterte Mit telwertbildung aus der Lage von Flankenpunkten 7 und 8 gemäß Fig. 1 zugrundeliegt, und andererseits aus einem Ionenstromsi gnalverlauf, bei dem als Lage des ersten Maximums im Ionen stromverlauf der zum absoluten Spitzenwert 6 aus Fig. 1 gehö rende Kurbelwellenwinkel ϕ_s angenommen wird. Fig. 2 shows a comparison of a determination of the lambda value λ of an air-fuel mixture in a combustion chamber on the one hand from an ion current signal curve, which is based on the above-explained mean value formation from the position of edge points 7 and 8 according to FIG. 1, and on the other hand from an ion current Si Signal curve in which the crankshaft angle ϕ _s belonging to the absolute peak value 6 from FIG. 1 is assumed as the position of the first maximum in the ion current curve.

Die Fig. 2 ist in Abschnitte 20, 21, 22 unterteilt, in denen jeweils die in einer großen Zahl von Versuchen ermittelte Vari anz der Lage des aus Ionenstromsignalverläufen bestimmten er sten Maximums über dem Lambdawert λ in Histogrammdarstellung aufgetragen ist. Der Abschnitt 20 betrifft dabei eine Bestim mung des Lambdawertes λ, die lediglich auf einer einzelnen Io nenstromkurve basiert, während für die Histogramme im Abschnitt 21 ein gleitender Mittelwert über drei und für die Histogramme im Abschnitt 22 ein gleitender Mittelwert über zehn Ionenstrom kurven gebildet wurde. Fig. 2 is divided into sections 20, 21, 22, in each of which the Vari determined in a large number of experiments Number of location of is made of ion current waveforms he particular sten maximum above the lambda value λ plotted in histogram representation. Section 20 relates to a determination of the lambda value λ, which is based only on a single ion current curve, while a moving average over three ion curves was formed for the histograms in section 21 and a moving average over ten ion current curves for the histograms in section 22 .

Die mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten Histogramme entspre chen dabei der erfindungsgemäßen Bestimmung des Lambdawertes λ, der eine Mittelwertbildung aus der Lage von Flankenpunkten 7 und 8 aus Fig. 1 zugrundeliegt. Mit dem Bezugszeichen 24 sind die Histogramme bezeichnet, die auf einer Bestimmung des Lambdawertes λ beruhen, bei der in herkömmlicher Weise direkt die Lage des Spitzenwertes herangezogen wurde.The histograms designated by reference numeral 23 correspond to the inventive determination of the lambda value λ, which is based on averaging from the position of edge points 7 and 8 from FIG. 1. The reference numeral 24 denotes the histograms which are based on a determination of the lambda value λ, in which the position of the peak value was used directly in a conventional manner.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, läßt sich durch die erfindungsgemä ße Vorgehensweise die Varianz, d. h. die Schwankungsbreite, der Bestimmung der Maximumlage gegenüber dem herkömmlichen Verfah ren deutlich reduzieren, was folglich die Genauigkeit für die Bestimmung der daraus abgeleiteten Verbrennungskenngröße ver bessert. Eine weitere Verbesserung wird durch gleitende Mitte lung über mehrere nacheinander bestimmte Maximumlagen erzielt.As can be seen from FIG. 2, the variance, ie the fluctuation range, of the determination of the maximum position compared to the conventional method can be significantly reduced by the procedure according to the invention, which consequently improves the accuracy for determining the combustion parameter derived therefrom. A further improvement is achieved by moving averaging over several successive maximum positions.

Es versteht sich, daß in der Weise, wie oben für die Lage des ersten Maximums beschrieben, auch die Lagen von weiteren loka len Maxima einer Ionenstromkurve bestimmbar sind. Auch sei be merkt, daß eine Bestimmung der Lage des Maximums nicht nur in eine Berechnung des Lambdawertes eines Luft-Kraftstoff-Ge misches Eingang finden kann, sondern ebenso zur Bestimmung an derer Verbrennungskenngrößen, z. B. des Abgasanteiles in einem zu verbrennenden Gemisch im Fall eines Abgasrückführsystems, herangezogen werden kann.It is understood that in the manner as above for the location of the described the first maximum, also the locations of other loka len maxima of an ion current curve can be determined. Also be notes that a determination of the position of the maximum is not only in a calculation of the lambda value of an air-fuel Ge mixed input, but also for determination whose combustion parameters, e.g. B. the exhaust gas content in one mixture to be burned in the case of an exhaust gas recirculation system, can be used.

Claims

1. A method for determining a combustion parameter of an internal combustion engine by evaluating an ion current signal curve measured by means of an ion current probe arranged in a combustion chamber of the internal combustion engine over a respective work cycle, in which

the position of a local maximum of the ion current signal curve is used to determine the combustion parameter,

characterized in that

- To determine the position of the maximum ( 4 ) a corresponding peak value ( 6 ) of the measured ion current waveform ( 1 ), the positions (ϕ ₁ , ϕ ₂ ) of those two flank points ( 7 , 8 ) of the flanks of the peak value ( 6 ), their amplitude is equal to a predeterminable fraction (B) of the amplitude (H) of the peak value ( 6 ), are determined and an average (ϕ _m ) of the two edge point positions (ϕ ₁ , ϕ ₂ ) is used as the location of the local maximum ( 4 ).

2. The method of claim 1, further characterized in that a moving average to determine the combustion parameter value of one after the other as the respective mean of two peaks positions of a local maximum is used.