DE19920518C1

DE19920518C1 - Alignment of ion current signals for controlling and/or regulating internal combustion engine involves deriving maximum current from arithmetic means of maximum values, position

Info

Publication number: DE19920518C1
Application number: DE1999120518
Authority: DE
Inventors: Thomas Bardelang; Hartung Wilstermann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2019-05-06

Abstract

The method involves determining a predefined number of maximum values of the ion current in order to establish the definitive maximum, determining the crankshaft angles corresp. to the maximum values as their positions and forming the maximum sought from the arithmetic mean values of the maximum values and of the positions. An Independent claim is also included for an arrangement for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung des Ionenstromsignals zur Steuerung und/oder Rege lung eines Verbrennungsmotors gemäß den gattungsbildenden Merk malen der Ansprüche 1 und 3.The invention relates to a method and an apparatus for Evaluation of the ion current signal for control and / or regulation development of an internal combustion engine according to the generic note paint claims 1 and 3.

Eine gattungsbildende Auswertung des Ionenstromsignals zur Steuerung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors ist bei spielsweise aus der DE 41 16 272 C2 bekannt. Hier wird insbeson dere eine Verbrennungsermittlung aufgrund von Kenngrößen be schrieben, wobei die Kenngrößen aus dem Ionensignal ermittelt werden. Bei einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, die durch mehrere Motorzylinder über eine Kurbelwelle angetrie ben wird, wird ein Bezugspositionssignal, welches synchron zur Drehung des Motors erzeugt wird, dazu eingesetzt, verschiedene Taktvorgaben für die Motorbetriebssteuerungen zu ermitteln, beispielsweise den Zündzeitpunkt, den Brennstoffeinspritzzeit punkt und dergleichen. Zu diesem Zweck ist ein Winkelpositions detektor zur Erzeugung eines Bezugspositionssignals auf der Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors in einer solchen Position angeordnet, daß das erzeugte Bezugspositionssignal ei ne vorbestimmte Bezugsposition anzeigt, welche einem vorbe stimmten Kurbelwinkel entspricht. Nachdem Strom während einer vorbestimmten Zeitdauer durch die Primärwicklung der Zündspule geflossen ist, wird die Erzeugung des Zündsteuersignals unter brochen. Der Leistungstransistor wird abgeschaltet. Infolgedes sen wird an der Sekundärwicklung der Zündspule eine Hochspan nung induziert, welche die Zündkerze zur Erzeugung eines Fun kens veranlaßt. Dann wird die durch die Leistungsversorgungs quelle an die Zündspule angelegte Spannung unmittelbar nach der Entladung der Zündkerze unterbrochen. Sofort nach der Entladung der Zündkerze, welche die explosionsartige Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches in der Nähe der Zündkerze verursacht, entsteht eine große Anzahl positiver Ionen im begrenzten Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze und bildet in diesem Be reich den Ionenstrom. Nach Ausblendung des Zündfunkens folgen zwei Maxima in der Ionenstromkurve, die auf die chemische und thermische Ionisation zurückzuführen sind. Mit Hilfe des Ionen stromsignales ist sowohl Klopferkennung als auch Zündausset zererkennung möglich. Mit dem Ionenstromsignal sollen aber wei tere Kenngrößen der Verbrennung ermittelt werden. Ein wichtiges Merkmal des Ionenstromsignales ist die Lage und Höhe des 1. Maximums zur Bestimmung der Gemischzusammensetzung. Es ist allgemein üblich zur Überwachung der Verbrennung den Ionenstrom zu messen und auszuwerten. Auch in der DE 196 18 980 A1 wird eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung vorgeschlagen, die zur Überwachung der Verbrennung einen Maximalwert des Ionen stromes bestimmt, wobei dieser Maximalwert mit einem Sollwert verglichen wird. Bei Unterschreitung des Maximalwertes vom Sollwert ist eine Fehlzündung aufgetreten, bei Überschreiten tritt Verbrennungsklopfen auf. Außerdem wird die Änderung des Ionenstromes bestimmt, um die Anzahl von Zeitspitzen der Klopf vibrationskomponente, die eine gegebene Amplitude überschrei tet, zu zählen. Ist die Anzahl von gezählten Zeitpunkten größer als eine gegebene Anzahl, tritt Verbrennungsklopfen auf.A generic evaluation of the ion current signal for Control and / or regulation of an internal combustion engine is at known for example from DE 41 16 272 C2. Here in particular be a combustion determination based on parameters wrote, the parameters determined from the ion signal become. In an internal combustion engine, which are driven by several engine cylinders via a crankshaft ben is a reference position signal, which is synchronous to Rotation of the motor is generated, used for various Determine timing specifications for the engine operating controls for example the ignition timing, the fuel injection time point and the like. For this purpose is an angular position detector for generating a reference position signal on the Crankshaft or a camshaft of the engine in such a Position arranged that the generated reference position signal ei ne predetermined reference position, which is over matched crank angle. After electricity during a predetermined period of time through the primary winding of the ignition coil has flowed, the generation of the ignition control signal is below broken. The power transistor is switched off. As a result A high voltage is applied to the secondary winding of the ignition coil voltage induces the spark plug to produce a fun kens causes. Then through the power supply source applied to the ignition coil immediately after the Spark plug discharge interrupted. Immediately after unloading the spark plug, which causes the explosive combustion of the Air / fuel mixture caused near the spark plug, a large number of positive ions are created in a limited space between the electrodes of the spark plug and forms in this Be rich the ion current. Follow after igniting the spark two maxima in the ion current curve that are related to the chemical and thermal ionization. With the help of the ion Current signal is both knock detection and ignition misfire Detection possible. With the ion current signal but white Other combustion parameters can be determined. An important The characteristic of the ion current signal is the position and height of the 1. Maximums for determining the mixture composition. It is generally used to monitor the combustion of the ion current to measure and evaluate. Also in DE 196 18 980 A1 proposed a combustion monitoring device that to monitor the combustion a maximum value of the ions determined current, this maximum value with a setpoint is compared. If the maximum value falls below Setpoint misfire occurred when exceeded knock occurs. In addition, the change of Ion current determines the number of time spikes of the knock vibration component that exceeds a given amplitude count. The number of times counted is greater as a given number, burn knock occurs.

Bei dieser Art der Auswertung des Ionenstromsignals zur Steue rung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors ist von Nach teil, daß starke Zyklenschwankungen bei der Verbrennung zu ei ner starken Variation bei der Bestimmung der Lage und Höhe des 1. Maximums führen. Bei der Detektion des 1. und 2. Maximums des Ionenstromes ergeben sich hohe Varianzen. Dies erschwert in er heblichen Maße insbesondere die Ermittlung der Lagen. Die Maxi ma können folglich nicht sehr genau bestimmt werden. Eine opti male Motorsteuerung ist somit nicht gewährleistet. With this type of evaluation of the ion current signal for control tion and / or regulation of an internal combustion engine is of late part that strong cycle fluctuations in the combustion to egg ner strong variation in determining the location and height of the 1. Lead maximums. When the 1st and 2nd maximum of the Ion variances result in high variances. This complicates it Significant dimensions in particular the determination of the locations. The maxi ma can therefore not be determined very precisely. An opti Male motor control is therefore not guaranteed.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Ermittlung von Kenngrößen, die zur Motorsteuerung benötigt werden, zu verbessern und damit die Motorsteuerung zu verbessern.The object of the invention is to determine parameters, which are required for engine control, and thus to improve to improve the engine control.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprü che 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprü che gekennzeichnet.According to the invention, the object is achieved by the features of the claims che 1 and 3 solved. Advantageous training and further education of the Subject of the invention are by the features of the dependent claims marked.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß Kenngrößen aus dem Ionenstromsignal genauer ermittelt wer den können. Diese Kenngrößen werden zur Motorsteuerung benötigt und eine genauere Bestimmung dieser Kenngrößen bringt den Vor teil einer exakteren Motorsteuerung.A major advantage of these designs is that that parameters can be determined more precisely from the ion current signal that can. These parameters are required for engine control and a more precise determination of these parameters brings the advantage part of a more precise engine control.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment in Ver binding explained in more detail with a figure description. It shows

Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündung; Fig. 1 is a circuit diagram of an ignition;

Fig. 2 eine Meßkurve des Ionenstromsignals und des Zylinder druckverlaufs; Figure 2 is a measurement curve of the ion current signal and the cylinder pressure curve.

Fig. 3 Schaubilder eines einfach auswertbaren Ionenstromsig nals, sowie Fig. 3 graphs of an easily evaluable Ion stream signal, and

Fig. 4 Schaubilder eines schwierig auswertbaren Ionenstromsig nals. Fig. 4 diagrams of a difficult to evaluate ion stream signal.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Zündung gezeigt. Die Span nung wird auf der Sekundärseite 2 mit Hilfe des Transformators 4 auf die Durchbruchspannung der Zündkerze 3 hochtransformiert. Bei Erreichen der Durchbruchspannung bricht die Zündkerze 3 durch und es fließt der Zündstrom. Das kleine Schaubild zeigt ein elektrotechnisches Ersatzschaltbild einer Zündkerze als Io nenstromdetektor im Brennraum eines Verbrennungsmotors. R_kerze ist der Entstörwiderstand der Zündkerze. Er reduziert elektro denschädigende Spitzenströme beim Funkendurchbruch und verrin gert die elektromagnetische Störstrahlung während des Funkens. C_kerze ist die Kerzenkapazität, R_ion ist der durch die Flammenio nisierung gebildete veränderliche Ionisationswiderstand zwi schen den Elektroden. Die Diode D_ionsymbolisiert die Dioden kennlinie der Ionisationsstrecke, R_neb stellt den Nebenschlußwi derstand der Zündkerze dar. Der Nebenschlußwiderstand wird bei spielsweise durch Rußablagerungen auf dem Kerzenisolator oder bei kalten Kerzen durch Kondenswasser gebildet. Im Anschluß an die Entladung erfaßt diese Ionenstrommeßeinrichtung einen Io nenstrom I, der sich im Raum zwischen den Elektroden der Zünd kerze 3 unmittelbar nach der Entladung derselben bildet. Der Segel des Ionenstromes I variiert entsprechend des Betriebszu stands des Motors. So sind die Maxima stark abhängig vom Be triebspunkt des Motors. Der Betriebspunkt des Motors ist defi niert über die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors oder die Motorbelastung, die abhängig ist von der Öffnung des Drosselventils. Das von der Ionenstrommeßeinrichtung ermittelte Ionenstromsignal I wird zur Auswertung einer Auswerteeinheit zugeführt.In Fig. 1 is a circuit diagram of an ignition is shown. The voltage is stepped up on the secondary side 2 using the transformer 4 to the breakdown voltage of the spark plug 3 . When the breakdown voltage is reached, the spark plug 3 breaks through and the ignition current flows. The small diagram shows an electrical equivalent circuit diagram of a spark plug as an ion current detector in the combustion chamber of an internal combustion engine. R _candle is the interference _resistance of the spark plug. It reduces peak currents that damage the electrodes during spark breakdown and reduces the electromagnetic interference during sparking. C _candle is the candle _capacity , R _ion is the variable ionization resistance between the electrodes formed by flame ionization. The diode D _ion symbolizes the diode characteristic of the ionization path, R _neb represents the shunt resistance of the spark plug. The shunt resistance is formed, for example, by soot deposits on the candle insulator or in cold candles by condensation. Following the discharge, this ion current measuring device detects an ion current I which forms in the space between the electrodes of the spark plug 3 immediately after the discharge thereof. The sail of the ion current I varies according to the operating state of the engine. The maxima are heavily dependent on the operating point of the engine. The operating point of the engine is defined by the number of revolutions per minute of the engine or the engine load, which depends on the opening of the throttle valve. The ion current signal I determined by the ion current measuring device is fed to an evaluation unit for evaluation.

Fig. 2 zeigt eine Meßkurve eines Ionenstromsignals und des Zy linderdruckverlaufs. Zur Auswertung des Signals wird der Ionen strom über Grad Kurbelwinkel aufgetragen. Bei einer Brennkraft maschine mit innerer Verbrennung, die durch mehrere Motorzylin der über eine Kurbelwelle angetrieben wird, wird ein Bezugspo sitionssignal, welches synchron zur Drehung des Motors erzeugt wird, dazu eingesetzt, verschiedene Taktvorgaben für die Motor betriebssteuerungen zu ermitteln, beispielsweise den Zündzeit punkt, den Brennstoffeinspritzzeitpunkt und dergleichen. Zu diesem Zweck ist ein Winkelpositionsdetektor zur Erzeugung ei nes Bezugspositionssignals auf der Kurbelwelle oder einer Noc kenwelle des Motors in einer solchen Position angeordnet, daß das erzeugte Bezugspositionssignal eine vorbestimmte Bezugspo sition anzeigt, welche einem vorbestimmten Kurbelwinkel ent spricht. Der Ionenstrom I wird zum entsprechenden Kurbelwinkel KW ermittlet. Das Ionenstromsignal weist nach dem Zündfunken ein 1. Maximum und ein 2. Maximum auf. Das 1. Maximum resultiert aus der chemischen Ionisation der sich zwischen den Elektroden befindlichen Moleküle. Das 2. Maximum resultiert aus der thermi schen Ionisation der zwischen den Elektroden befindlichen Mole külen. Dieses Ionenstromsignal weist hierbei eindeutige Maxima auf, deren Wert und Lage eindeutig bestimmbar ist. Solch ein deutige Ionenstromsignale sind aber nicht immer der Fall. Fig. 2 shows a measurement curve of an ion current signal and the cylinder pressure curve. To evaluate the signal, the ion current is plotted against crank angle degrees. In an internal combustion engine that is driven by a plurality of engine cylinders via a crankshaft, a reference position signal, which is generated in synchronism with the rotation of the engine, is used to determine various clock specifications for the engine operating controls, for example the ignition point, the fuel injection timing and the like. For this purpose, an angular position detector for generating a reference position signal on the crankshaft or a camshaft of the engine is arranged in such a position that the generated reference position signal indicates a predetermined reference position corresponding to a predetermined crank angle. The ion current I is determined at the corresponding crank angle KW. After the ignition spark, the ion current signal has a 1st maximum and a 2nd maximum. The 1st maximum results from the chemical ionization of the molecules located between the electrodes. The second maximum results from the thermal ionization of the molecules between the electrodes. This ion current signal has clear maxima, the value and position of which can be clearly determined. Such clear ion current signals are not always the case.

In Fig. 3 ist ein Ionenstromsignal gezeigt, dessen 1. Maximum nicht eindeutig bestimmbar sind. Wie im unteren Schaubild ein gezeichnet werden zur Bestimmung des Wertes und der Lage des 1. Maximums um dieses 1. Maximum eine vorbestimmte Anzahl N größ ter Werte des Ionenstromes bestimmt. Zu diesen größten Werten werden die zugehörigen Kurbelwinkel als Lagen bestimmt. Aus dem arithmetischen Mittelwert der größten Werte und dem arithmeti schen Mittelwert der Lagen wird das gesuchte Maximum gebildet. Das resultierende Maximum ist hierbei symmetrisch bezüglich der Flanken des gemessenen Ionenstromsignals. Damit man keine Werte des 2. Maximums in die Bestimmung des 1. Maximums mit einbezieht, wird über den Betriebspunkt des Motors die ungefähre Lage der Maxima im Vorfeld ermittelt. Die vorbestimmte Anzahl N größter Werte wird aus der gemessenen Anzahl A diskreter Werte des Io nenstromgesamtsignals ermittelt. Je nach Auflösung ist die vor bestimmte Anzahl N von einer Größenordnung zwischen 10 und 20.In Fig. 3, an ion current signal is shown, whose first maximum are not clearly determined. As shown in the diagram below, a predetermined number N of the greatest values of the ion current are determined to determine the value and the position of the 1st maximum around this 1st maximum. The associated crank angles for these greatest values are determined as positions. The maximum sought is formed from the arithmetic mean of the largest values and the arithmetic mean of the locations. The resulting maximum is symmetrical with respect to the edges of the measured ion current signal. So that no values of the 2nd maximum are included in the determination of the 1st maximum, the approximate position of the maxima is determined in advance via the operating point of the engine. The predetermined number N of largest values is determined from the measured number A of discrete values of the total ion current signal. Depending on the resolution, the predetermined number N is of the order of 10 to 20.

Fig. 4 zeigt zum besseren Verständnis ein Ionenstromsignal, dessen Flanken nicht eindeutig bestimmbar sind. Es sind mehrer Bezugsflanken möglich. Eine Bestimmung der Lage des 1. Maximums wird dadurch erschwert. Wie in Fig. 3 werden zur Bestimmung des Wertes und der Lage des 1. Maximums um dieses 1. Maximum eine vorbestimmte Anzahl N größter Werte des Ionenstromes bestimmt. Zu diesen größten Werten werden die zugehörigen Kurbelwinkel als Lagen bestimmt. Aus dem arithmetischen Mittelwert der größ ten Werte und dem arithmetischen Mittelwert der Lagen wird die Höhe und die Lage des gesuchten Maximum gebildet. Fig. 4 shows to better understand an ion current signal whose edges are not clearly determined. Several reference edges are possible. This makes it difficult to determine the position of the first maximum. As in FIG. 3, a predetermined number N of greatest values of the ion current are determined in order to determine the value and the position of the 1st maximum around this 1st maximum. The associated crank angles for these greatest values are determined as positions. The height and position of the maximum sought is formed from the arithmetic mean of the largest values and the arithmetic mean of the locations.

Claims

1. Method for determining parameters for an internal combustion engine with an ignition coil for generating a high voltage for igniting the internal combustion engine;
a spark plug ( 3 ) for igniting a gas mixture in the internal combustion engine by applying the high voltage to generate a spark;
an ion current detection device for detecting the ion current (I) flowing over the spark plug ( 3 ), the ion current (I) being detected with the crank angle (KW), characterized in that

a predetermined number N of greatest values of the ion current (I) are determined around the maximum to be determined,
that the associated crank angles (KW) are determined as positions for these greatest values,
- That the maximum sought is formed from the arithmetic mean of the largest values and the arithmetic mean of the locations.

2. Method for determining characteristic values for an ion current solution according to claim 1, characterized, that the predetermined number N is proportional to the measured An number A is discrete values of the total ion current signal (I).

3. Device for performing the method according to claim 1 and 2, characterized, that an evaluation unit is provided, which of the ions current measuring device evaluates the ion current signal (I).