DE19924681A1 - Detecting parameters in internal combustion engine combustion chambers involves measuring and evaluating ion current during ignition process using ion current measurement device - Google Patents

Detecting parameters in internal combustion engine combustion chambers involves measuring and evaluating ion current during ignition process using ion current measurement device

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Abstract

The method involves measuring and evaluating the ion current during the ignition process using an ion current measurement device. Ignition is performed a number of times during the ignition process. The ignition process can involve spark strip ignition or AC voltage ignition with a 100 microsecond maximum ignition period.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Parame­ tern im Verbrennungsraum gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a method for detecting parameters tern in the combustion chamber according to the generic features of claim 1.

In der DE 41 16 272 A1 wird ein Verbrennungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor zur Ausführung des gattungsgemäßen Ver­ fahrens, mit einem Regler zur Steuerung der Zündung eines Zy­ linders eines Motors, der mit einer Zündkerze ausgestattet ist; und einem Ionenstromdetektor zur Erfassung eines Ionenstromes, der bei der Funkenbildung einer Zündkerze erzeugt wird. Bei der Verwendung der Ionenstrommessung mit der Zündkerze als Senso­ rik, wobei diese Messung außerhalb des eigentlichen Zündvorgan­ ges erfolgt, können weitere Funktionen übernommen werden wie beispielsweise eine Aussetzererkennung, eine Klopferkennung, die insbesondere unabhängig ist von einer Drehzahl- und Zylin­ derbegrenzung, eine Selbstüberwachung der Zündanlage, eine Ana­ lyse des Brennverlaufes sowie gegebenenfalls die zylinderselek­ tive Erfassung von Gemisch- und Thermodynamikgrößen. Wegen der guten Zeitauflösung einer solchen Messung können beispielsweise anstelle bisheriger Motorsteuerungen Motorregelungen verwendet werden. Damit werden zusätzliche Verbesserungsmöglichkeiten für die Motoroptimierung erschlossen.DE 41 16 272 A1 describes a combustion detection device for an internal combustion engine for executing the generic Ver driving, with a controller for controlling the ignition of a Zy Lindner of an engine equipped with a spark plug; and an ion current detector for detecting an ion current, generated when a spark plug is sparked. In the Using the ion current measurement with the spark plug as a senso rik, this measurement outside the actual ignition process other functions can be taken over such as for example misfire detection, knock detection, which is particularly independent of a speed and cylin limitation, self-monitoring of the ignition system, an Ana lysis of the firing process and, if necessary, the cylinder tive acquisition of mixture and thermodynamic variables. Because of the Good time resolution of such a measurement can, for example instead of previous engine controls, engine controls were used become. This will provide additional opportunities for improvement opened up the engine optimization.

Bei dieser Art einer Motorregelung ist von Nachteil, daß erst nach Abschluß des Zündvorganges der Ionenstrom bestimmt werden kann. Zur Messung des Ionenstromes muß der Zündvorgang abge­ schaltet sein. Die Ionenstrommessung kann erst nach Beendigun­ gung des Zündvorganges erfolgen, so daß erst sehr spät mit der Ionenstrommessung begonnen werden kann.This type of engine control has the disadvantage that only after completion of the ignition process, the ion current can be determined can. To measure the ion current, the ignition process must be abge be switched. The ion current measurement can only be done after the ignition process take place, so that it is very late with the Ion current measurement can be started.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Motorregelung zu verbessern.The object of the invention is to improve the engine control.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.According to the invention the task is characterized by the features of the spell 1 solved. Advantageous training and further education of the Er are subject of the invention by the features of the subclaims featured.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß mit der Messung des Ionenstromsignals schon sehr früh be­ gonnen werden kann. Es kann schon unmittelbar nach dem 1. Zündzeitpunkt mit der Ionenstrommessung begonnen werden, so daß frühzeitig mehr Informationen aus dem Ionenstromsignal ge­ wonnen werden. Diese frühzeitigen Informationen ermöglichen ei­ ne noch genauere Motorregelung. Besonders vorteilhaft ist dies bei Motoren mit langer Brenndauer wie direkteinspritzenden Ot­ tomotoren. Außerdem sind beliebig lange Zündungvorgänge mög­ lich, ohne daß auf eine Ionenstrommessung verzichtet werden muß.A major advantage of these designs is that that with the measurement of the ion current signal be very early can be poured. It can happen immediately after 1. Ignition timing can be started with ion current measurement, see above that early more information from the ion current signal ge be won. This early information enables ei ne more precise engine control. This is particularly advantageous for engines with a long burning time such as direct injection Ot tomotors. Ignition processes of any length are also possible Lich, without having to do without an ion current measurement got to.

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 eine schematische Darstellung einer Funkenbandzündung, sowie Fig. 1 is a schematic representation of a spark band ignition, as well

Fig. 2 ein Schaubild mit einem idealisierten Verlauf von La­ destrom, Funkenstrom und Sekundärspannung bei der Fun­ kenbandzündung. Fig. 2 is a graph with an idealized course of La destrom, spark current and secondary voltage in the kenbandzündung Fun.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Funkenband­ zündung gezeigt. Als Ausführungsbeispiel wurde die Funkenband­ zündung als Zündung gewählt. Eine Wechselspannungszündung mit einer Zünddauer von höchstens 100 µs könnte alternativ gewählt werden, da auch hier der Zündvorgang zur Ionenstrommessung nicht beendet sein muß. Eine Funkenbandzündung ist im Prinzip eine Transistor-Spulen-Zündung mit kleiner Hauptinduktivität, die innerhalb eines Zündvorganges mehrere Male auf- und entla­ den wird. Die Zündspule Lh wird bei geschlossenem Schalter S direkt aus der Bordspannung U mit dem Ladestrom Ip geladen. Die dabei auf der Sekundärseite erzeugte Spannung Us reicht für den Funkenstrom nicht aus. Nach der Ladezeit wird der Schalter S zum Zündzeitpunkt geöffnet und die in der Spule gespeicherte Energie in die sekundärseitige Kapazität Cs (Hochspannungskabel, Stecker und Zündkerze) entladen. Über­ schreitet die Hochspannung Us die Durchbruchspannung des Fun­ kens, bricht die Spannung an der Funkenstrecke auf die Brenn­ spannung Uf zusammen. Das untere Schaubild zeigt ein Ersatz­ schaubild der Funkenphase. Während der Brenndauer nimmt der über Zündkerze und Sekundärwiderstand Rs fließende Funkenstrom If ab, siehe hierzu auch Fig. 2. Zur Messung des Ionenstromes ist eine Ionenstrommessvorrichtung vorgesehen, die innerhalb eines Arbeitsspieles mehrere Messungen durchführt. Das Ionen­ stromsignal wird unmittelbar nach dem Zündzeitpunkt nach Been­ digung und/oder Abschaltung des Zündfunkens bestimmt.In Fig. 1, a schematic representation of a spark band ignition is shown. As an embodiment, the spark band ignition was chosen as the ignition. An alternating voltage ignition with an ignition duration of at most 100 µs could alternatively be chosen, since the ignition process for ion current measurement does not have to be ended here either. A spark band ignition is in principle a transistor coil ignition with a small main inductance, which is charged and discharged several times within an ignition process. The ignition coil L h is charged directly from the on-board voltage U with the charging current I p when the switch S is closed. The voltage U s generated on the secondary side is not sufficient for the spark current. After the charging time, the switch S is opened at the time of ignition and the energy stored in the coil is discharged into the secondary-side capacitance C s (high-voltage cable, plug and spark plug). If the high voltage U s exceeds the breakdown voltage of the spark, the voltage across the spark gap breaks down to the burning voltage U f . The diagram below shows a replacement diagram of the spark phase. During the burning period, the spark current I f flowing through the spark plug and secondary resistance R s decreases, see also FIG. 2. To measure the ion current, an ion current measuring device is provided which carries out several measurements within one working cycle. The ion current signal is determined immediately after the ignition timing after termination and / or switching off of the ignition spark.

Fig. 2 zeigt ein Schaubild mit einem idealisierten Verlauf von Ladestrom Ip, Funkenstrom If und Sekundärspannung Us bei der Funkenbandzündung. In der Ladephase wird die Zündspule beladen. Der Primärstrom Ip steigt bis zu seinem Maximum an, bis die Spule am Zündzeitpunkt entladen wird. Innerhalb eines Zündvor­ ganges wird die Zündspule mehrere Male auf- und entladen. In der Ladephase wird die Spule aufgeladen. Dann erfolgt durch Öffnen des Schalters S die Zündung, wobei sich die Spule ent­ lädt. In der folgenden Funkenphase klingt der bei der Zündung entstehende Zündfunke ab. Das Funkenende ist erreicht, wenn die Restenergie nicht mehr zur Aufrechterhaltung des Funkens aus­ reicht. Die Sekundärspannung Us schwingt dann bei verschwinden­ dem Funkenstrom If aus. In der Ladephase erfolgt die Ionen­ strommessung, welche zur Bestimmung der Parameter zur Motorre­ gelung benötigt wird. Es erfolgen viele Messungen innerhalb ei­ nes Arbeitsspieles. Das gesamte Ionenstromsignal kann aus den Messungen in den einzelnen Ladephasen zusammengesetzt werden. So wird bereits nach dem 1. Zündzeitpunkt mit der Ionenstrom­ messung begonnen und die Ionenstrommessung wird nach dem 2. Zündzeitpunkt fortgesetzt. Aus dieser frühen Ionenstrommessung können frühzeitig die zur Motorsteuerung benötigten Parameter ermittelt werden, so daß schon sehr früh in den Motorsteue­ rungsvorgang eingegriffen werden kann. FIG. 2 shows a diagram with an idealized course of charging current I p , spark current I f and secondary voltage U s during spark band ignition. The ignition coil is loaded in the charging phase. The primary current I p rises to its maximum until the coil is discharged at the ignition point. The ignition coil is charged and discharged several times within an ignition process. The coil is charged during the charging phase. Then the ignition is opened by opening the switch S, the coil being discharged. In the spark phase that follows, the spark that arises when the ignition fades away. The spark end is reached when the residual energy is no longer sufficient to maintain the spark. The secondary voltage U s then swings out when the spark current I f disappears. In the charging phase, the ion current measurement takes place, which is required to determine the parameters for engine control. Many measurements are carried out within one work cycle. The entire ion current signal can be composed of the measurements in the individual charging phases. Thus, the ion current measurement is started after the first ignition time and the ion current measurement is continued after the second ignition time. From this early ion current measurement, the parameters required for motor control can be determined at an early stage, so that the motor control process can be intervened at a very early stage.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung ein Schaubild eines Ionenstrom­ signals, das aus Messungen aus einzelnen Ladephasen zusammenge­ setzt ist. Der Ionenstrom ist über der Kolbenstellung aufgetra­ gen. Nach jedem Zündzeitpunkt wird in der folgenden Ladephase der Ionenstrom gemessen, wobei das Ionenstromsignal aus Messun­ gen verschiedener Ladephasen zusammengesetzt sein kann. Bei­ spielhaft sind einzelne Meßpunkte eingezeichnet, die in ver­ schiedenen Ladephasen aufgenommen wurden. Der gestrichelt ein­ gezeichnete Bereich symbolisiert die Funkenphase, in welcher keine Ionenstrommessung erfolgt. Pro Ladephase wird gewöhnlich nicht nur ein Meßpunkt aufgenommen. Je nach Dauer der Ladephase steigt die Anzahl der Meßpunkte. Fig. 3 shows a diagram of an ion current signal which is composed of measurements from individual charging phases for clarification. The ion current is plotted above the piston position. After each ignition point, the ion current is measured in the following charging phase, whereby the ion current signal can be composed of measurements of different charging phases. At playful individual measuring points are drawn in, which were recorded in different loading phases. The area shown in broken lines symbolizes the spark phase in which no ion current measurement takes place. Usually not only one measuring point is recorded per loading phase. Depending on the duration of the charging phase, the number of measuring points increases.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erfassung von Parametern im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit Zündung, wobei mittels einer Ionenstrommeßvorrichtung der Ionenstrom be­ stimmt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Ionenstromsignals während des Zündvorganges erfolgt.1. A method for detecting parameters in the combustion chamber of an internal combustion engine with ignition, the ion current being determined and evaluated by means of an ion current measuring device, characterized in that the measurement of the ion current signal takes place during the ignition process. 2. Verfahren zur Erfassung von Parametern im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit Zündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung während eines Zündvorganges mehrfach gezündet wird.2. Method for recording parameters in the combustion chamber of an internal combustion engine with ignition according to claim 1, characterized, that the ignition ignited several times during an ignition process becomes. 3. Verfahren zur Erfassung von Parametern im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit Zündung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung eine Funkenbandzündung ist.3. Method for recording parameters in the combustion chamber of an internal combustion engine with ignition according to claims 1 and 2, characterized, that the ignition is a spark band ignition. 4. Verfahren zur Erfassung von Parametern im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit Zündung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung eine Wechselspannungszündung, die höchstens 100 µs gezündet wird. 4. Method for recording parameters in the combustion chamber of an internal combustion engine with ignition according to claims 1 and 2, characterized, that the ignition is an AC ignition, the maximum 100 µs is ignited.   5. Verfahren zur Erfassung von Parametern im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit Zündung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenstromsignal aus den Messungen in den einzelnen La­ dephasen des Zündvorganges zusammensetzbar ist.5. Method for recording parameters in the combustion chamber of an internal combustion engine with ignition according to claims 1 to 4, characterized, that the ion current signal from the measurements in the individual La dephases of the ignition process can be assembled.
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