DE3917905A1 - IC engine efficiency optimisation system - uses detected engine knock and monitored air of engine cylinder working vol to adjust ignition timing - Google Patents
IC engine efficiency optimisation system - uses detected engine knock and monitored air of engine cylinder working vol to adjust ignition timingInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren des Betriebs einer fremdgezündeten Brennkraft maschine, insbesondere eines Otto-Motors.The present invention relates to a method for Optimize the operation of a spark-ignited internal combustion engine machine, especially an Otto engine.
Zum Senken des Kraftstoffverbrauchs und zum Erhöhen des Motor drehmoments werden bei einer Kolbenbrennkraftmaschine hohe Verdichtungsverhältnisse angestrebt. Mit zunehmenden Ver dichtungsverhältnissen besteht die Gefahr der explosionsartigen, klopfenden Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches, die eine erhöhte thermische und mechanische Belastung der Bauteile des Motors mit sich bringt. Somit ist eine Klopfgrenze gegeben, die außer von dem Verdichtungsverhältnis noch zusätzlich u. a. von Alterungseffekten (Ablagerungen), der Brennraumform, der Gemischzusammensetzung, der Kraftstoffqualität und der Motor temperatur abhängig ist. Zur Erzielung eines günstigen effektiven Wirkungsgrads besteht jedoch der Wunsch, den Motor möglichst nahe an dieser Klopfgrenze zu betreiben.To reduce fuel consumption and increase the engine Torques are high in a piston internal combustion engine Compression ratios sought. With increasing ver sealing conditions there is a risk of explosive, knocking combustion of the air / fuel mixture, the one increased thermal and mechanical stress on the components of the Motors brings with it. So there is a knock limit, which apart from the compression ratio also u. a. of aging effects (deposits), the shape of the combustion chamber, the Mixture composition, fuel quality and engine temperature is dependent. To achieve a favorable effective efficiency, however, there is a desire to use the engine to operate as close as possible to this knock limit.
Eine klopfende Verbrennung regt die Bauteile des Motors zu Schwingungen mit charakteristischen Frequenzen an. Diese Schwingungen können mit einem am Motorblock befestigten Klopf sensor detektiert werden. Die Tatsache, daß andere Schallquellen (z.B. Ventile) gleichzeitig ähnliche Frequenzen erzeugen, wie sie der Klopfvorgang hervorruft, führt jedoch zu Schwierig keiten bei der Auswertung.Knocking combustion excites the engine components Vibrations with characteristic frequencies. These Vibrations can be achieved with a knock attached to the engine block sensor can be detected. The fact that other sound sources (e.g. valves) generate similar frequencies at the same time as knocking causes them, however, leads to difficult in the evaluation.
Die Zylinderfüllung beeinflußt entscheidend die Leistung, den optimalen Wirkungsgrad und die Abgaszusammensetzung. Um unter den jeweils geltenden Randbedingungen die vorzugebenden Ziel größen optimal zu verwirklichen, muß phasengleich zum Arbeits zyklus die Füllung des Zylinders bekannt sein. The cylinder filling has a decisive influence on the performance optimal efficiency and exhaust gas composition. To under the target to be specified according to the applicable boundary conditions Realizing sizes optimally must be in phase with work cycle the filling of the cylinder.
Bisher wurde die Zylinderfüllung aus einer globalen Gesamt volumen-/-massenmessung und zusätzlichen Korrekturfunktionen zur Bestimmung z.B. der Strömungsverluste eingestellt. Messung und Korrekturfunktionen werden nach dem Stand der Technik auf dem Motorprüfstand und in Fahrversuchen durchge führt bzw. ermittelt und in Form eines Kennfeldes abgelegt.So far, the cylinder filling has been from a global total volume / mass measurement and additional correction functions for determination e.g. the flow losses set. Measurement and correction functions are based on the state of the Technology tested on the engine test bench and in driving tests leads or determined and stored in the form of a map.
Der Zündzeitpunkt beeinflußt entscheidend die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch. Mit zunehmender Motordrehzahl und ansteigendem Luft/Kraftstoff-Verhältnis muß der Zündzeitpunkt in geeignetem Maße in Richtung "früh" verstellt werden. Zu sätzlich wirken Parameter, wie Motorlast und Temperatur, auf den optimalen Zündwinkel. Bisher wurde auf dem Motorprüfstand für einen jeweiligen Motortyp ein Kennfeld durch Versuche er mittelt und anschließend im Fahrzeug nach den vorgegebenen Kriterien Verbrauch, Abgas und Fahrverhalten optimiert. Die so ermittelte Zündcharakteristik wurde elektronisch gespeichert, so daß während der Betriebszeit des Motors keine Veränderung mehr auftreten konnte.The ignition timing has a decisive influence on engine performance and fuel consumption. With increasing engine speed and increasing air / fuel ratio must be the ignition timing be adjusted appropriately in the "early" direction. To parameters such as engine load and temperature also act the optimal ignition angle. So far, has been on the engine test bench a map for each engine type by testing it averages and then in the vehicle according to the specified Optimized criteria for consumption, exhaust gas and driving behavior. The so determined ignition characteristics were stored electronically, so that no change during the operating time of the engine could occur more.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen der Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, insbe sondere eines Otto-Motors, durch Erfassung, Auswertung und Einstellung der wesentlichen Betriebsparameter unter Ver meidung der vorstehend erläuterten Nachteile optimiert werden kann.The present invention is based on the object Specify the method of the type mentioned, by means of which the operation of a spark ignition internal combustion engine, esp special of an Otto engine, through acquisition, evaluation and Setting the essential operating parameters under Ver Avoidance of the disadvantages explained above can be.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Optimieren des Betriebs einer fremdgezündeten Kolbenbrennkraftmaschine, ins besondere eines Otto-Motors, gelöst, das erfindungsgemäß ge kennzeichnet ist durchThe task is accomplished through a process to optimize the Operation of a spark-ignited piston internal combustion engine, ins special of an Otto engine, solved that ge according to the invention is characterized by
- a) Schritte zur Erfassung und Auswertung eines Klopfsignals zum Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine dicht unterhalb der Klopfgrenze,a) Steps for detecting and evaluating a knock signal to operate the piston internal combustion engine just below the Knock limit,
- b) Schritte zur Bestimmung der Luftfüllung des Arbeits volumens der Kolbenbrennkraftmaschine undb) Steps to determine the air filling of the work volume of the piston internal combustion engine and
- c) Schritte zur Einstellung des Zündwinkels der Kolbenbrenn kraftmaschine.c) Steps to adjust the ignition angle of the piston burn engine.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the in the features specified in the subclaims.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Figuren, die bevorzugte Ausführungsbeispiele betreffen, im einzelnen beschrieben.In the following, the present invention is based on several Figures relating to preferred embodiments in described.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild mit mehreren Funktionsbau steinen zur Durchführung des "Spitzendruck"-Erfassungs- und Auswerteverfahrens. Fig. 1 shows a block diagram with several function blocks for performing the "peak pressure" detection and evaluation method.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild ähnlich dem gemäß Fig. 1, je doch bestimmt für das "Leistungs"-Erfassungs- und Aus werteverfahren. Fig. 2 shows a block diagram similar to that of FIG. 1, but determined for the "performance" detection and evaluation method.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild mit mehreren Funktionensbau steinen zur Durchführung des kombinierten Verfahrens. Fig. 3 shows a block diagram with several function blocks for performing the combined method.
Fig. 4 zeigt ein Oszillogramm typischer Signale für das "Klopfen" und für durch mechanisch bewegte Motorteile erzeugte Störschallwellen. Fig. 4 shows an oscillogram of typical signals for "knocking" and for noise waves generated by mechanically moving engine parts.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, aus dem die Schritte des er findungsgemäßen kombinierten Verfahrens hervorgehen. Fig. 5 shows a flowchart from which the steps of the inventive method he emerge.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Saugrohr-Ar beitsvolumens-Auslaßrohr-Trakts eines herkömmlichen fremdgezündeten, ventilgesteuerten Hubkolben-Ver brennungsmotors im Schnitt, wobei in einer Wandung des Verbrennungsraums ein für die Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens erforderlicher Drucksensor ange ordnet ist. Fig. 6 shows a schematic representation of the intake manifold-Ar beitsvolumens-exhaust pipe tract of a conventional spark-ignited, valve-controlled reciprocating piston internal combustion engine in section, wherein in a wall of the combustion chamber a pressure sensor required for performing the method according to the invention is arranged.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild mit mehreren Funktionsblöcken zum Bestimmen der Luftfüllung des Arbeitsvolumens und zum Bestimmen der Kraftstoffeinleitmasse. Fig. 7 shows a block diagram with a plurality of functional blocks for determining the air charge in the working volume, and for determining the Kraftstoffeinleitmasse.
Fig. 8 zeigt ein typisches Diagramm eines Augenblicksbeispiels für den Drosselklappen-Öffnungswinkel aufgetragen über dem Kurbelwinkel des Motors mit einer Vielzahl von Ab tastzeitpunkten. Fig. 8 shows a typical diagram of an instant example for the throttle valve opening angle plotted against the crank angle of the engine with a plurality of sampling times.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm, aus dem die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgehen. FIG. 9 shows a flow chart from which the individual steps of the method according to the invention emerge.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinder kopfes mit einem in dem Arbeitsvolumen wirksamen Drucksensor. Fig. 10 shows a schematic representation of a cylinder head with an effective pressure sensor in the working volume.
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild für eine Schaltungsanordnung zur Einstellung des Zündwinkels. Fig. 11 shows a block diagram of a circuit arrangement for setting the ignition angle.
Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte eines sog. Strategie-Reglers.A flow chart of the individual steps of Fig. 12 shows a so-called. Strategy controller.
Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte in einem sog. adaptiven Regler. Fig. 13 shows a flowchart of the individual process steps in a so-called. Adaptive controller.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird anstelle eines Klopf sensors am Motorblock ein Drucksensor im Verbrennungsraum ver wendet, der eine vollständige Information über den Druckver lauf im Verbrennungsraum liefert. Um den Klopfanteil vom niederfrequenten Nutzdruckanteil zu trennen, wird ein Hochpaß filter verwendet. Um ein mögliches "Einblenden" anderer mit dem Motor verbundener Schwingungserreger (Ventile, benachbarte Kolben usw.) zu unterbinden, wird das Klopfsignal nur inner halb eines Kurbelwinkelfensters zur Auswertung zugelassen, in dem es erwartet wird. Das so aufbereitete Signal wird erfindungs gemäß nach einem von zwei Kriterien oder nach beiden dieser Kriterien ausgewertet.In the method according to the invention, instead of a knock sensors on the engine block ver a pressure sensor in the combustion chamber who uses complete information about the print ver runs in the combustion chamber. To the knock portion from Separating the low-frequency useful pressure portion becomes a high pass filter used. To "fade in" others with vibration exciter connected to the motor (valves, neighboring To prevent pistons, etc.), the knock signal is only internal half of a crank angle window allowed for evaluation, in which is expected. The signal processed in this way is fiction according to one of two criteria or both Criteria evaluated.
Das charakteristische Klopfsignal, ein oszillierendes Wechsel druck-Signal, wird gleichgerichtet, und der Spitzenwert des Klopfdrucks je Motorzyklus wird gespeichert. Innerhalb eines Beobachtungszeitraums, der mehrere Motorzyklen einschließt, wird der Mittelwert und die Streuung der Spitzen-Klopfdrücke ermittelt. Es stehen demnach der Spitzendruck und dessen Mittelwert und Streuung als Beschreibungsgrößen des Klopfvor gangs zur Verfügung. Mit Hilfe dieser Größen kann auf die thermische und mechanische Belastung der Motorteile ge schlossen und eine entsprechende Korrektur des Motor-Betriebs punkts durchgeführt werden.The characteristic knock signal, an oscillating change pressure signal, is rectified, and the peak value of the Knock pressure per engine cycle is saved. Within a Observation period, which includes several engine cycles, becomes the mean and the spread of the peak knock pressures determined. So there are the peak pressure and its Average and scatter as a description of the knocking available. With the help of these sizes, the thermal and mechanical stress on the engine parts closed and a corresponding correction of engine operation points are carried out.
Eine genauere Information über den Klopfvorgang ist in der Leistung des Klopfsignals enthalten. Zur Klopfleistungs-Be rechnung werden der effektive Klopfdruck, der überstrichene Kurbelwinkel und der Zeitraum, über den hinweg der Klopfvor gang auftritt, herangezogen. Mit Hilfe eines Schwellwertent scheiders wird innerhalb des Kurbelwinkelfensters, wenn die entsprechende Klopfamplitude erreicht ist, der Effektivwert des Klopf-Druckverlaufs gebildet. Anschließend wird die Klopf leistung berechnet und gespeichert. Ebenso wie bei der Spitzen druck-Auswertung wird der Mittelwert und die Streuung be rechnet, und es werden die Beschreibungsgrößen "Klopfleistung" und "deren Mittelwert" und Streuung einem Motor-Management system übergeben, in dem wie in dem zuvor erläuterten er finderischen Verfahren eine entsprechende Korrektur des Motor- Betriebspunkts durchgeführt wird.A more detailed information about the tapping process is in the Knock signal power included. For knocking performance the effective knock pressure, the swept one Crank angle and the period over which the knocking ahead gait occurs. With the help of a threshold is within the crank angle window when the corresponding knock amplitude is reached, the effective value of the knock pressure curve. Then the knock performance calculated and saved. Just like the top pressure evaluation, the mean and the scatter will be calculates, and the description quantities "knocking power" and "their mean" and scatter an engine management system passed in which, as in the previously explained he inventive method, a corresponding correction of the engine Operating point is carried out.
Eine dritte, komfortable erfinderische Lösung der genannten Aufgabe sieht ein kombiniertes Verfahren mit den Komponenten "Spitzendruck-Auswertung" und "Leistungs-Auswertung", wie sie zuvor erläutert sind, vor.A third, convenient inventive solution to the above The task is a combined process with the components "Peak pressure evaluation" and "performance evaluation" as they are are previously explained.
Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild mit mehreren Funktionsbausteinen zur Durchführung des "Spitzen druck"-Erfassungs- und Auswerteverfahrens. Einem Signaleingang A der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird ein von einem in einem Brennraum des betreffenden Otto-Motors angeordneten Drucksensor ein den jeweils erfaßten Druck repräsentierendes elektrisches Signal zugeführt, das in einer einen Eingangs verstärker, ein Hochpaßfilter und eine Fensterschaltung um fassenden Eingangsschaltungsanordnung B verstärkt, hoch paßgefiltert und mittels der Fensterschaltung in einem begrenzten Bewertungszeitraum an eine Spitzenwert-Erfassungs schaltung C und eine Zeit-Erfassungsschaltung E ausgegeben wird. Die Ausgangssignale der Spitzenwert-Erfassungsschaltung C und der Zeit-Erfassungsschaltung E werden an Eingänge einer Auswerteschaltung H gelegt, die ein Auswerte-Ergebnissignal an eine Motormanagement-Verarbeitungseinheit M abgibt. Diese Motormanagement-Verarbeitungseinheit M, die vorzugsweise mit einem Mikroprozessor zur Verarbeitung der ihr eingegebenen Signale versehen ist, gibt Ergebnissignale aus, die dazu be nutzt werden, den Motor-Betriebspunkt entsprechend dem ge wonnenen Ergebnissignal zu korrigieren. In die Motormanage ment-Verarbeitungseinheit M sind Hersteller-Daten fest einge schrieben, beispielsweise in ein ROM. Außerdem gibt die Motormanagement-Verarbeitungseinheit M bestimmte statistische Daten in die Auswerteeinrichtung H ein.As already explained, Fig. 1 shows a block diagram with several function blocks for performing the "peak pressure" detection and evaluation method. A signal input A of the arrangement shown in FIG. 1 is supplied with an electrical signal representing the pressure detected in each case by a pressure sensor arranged in a combustion chamber of the Otto engine in question, which in an input amplifier, a high-pass filter and a window circuit for comprehensive input circuit arrangement B. amplified, high pass filtered and output to a peak detection circuit C and a time detection circuit E by the window circuit in a limited evaluation period. The output signals of the peak value detection circuit C and the time detection circuit E are applied to inputs of an evaluation circuit H , which outputs an evaluation result signal to an engine management processing unit M. This engine management processing unit M , which is preferably provided with a microprocessor for processing the signals input to it, outputs result signals which are used to correct the engine operating point in accordance with the result signal obtained. In the engine management processing unit M manufacturer data is permanently written, for example in a ROM. In addition, the engine management processing unit M inputs certain statistical data into the evaluation device H.
Im einzelnen sieht das mittels der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung durchzuführende Klopfsignal-Erfassungs- und Auswerteverfahren zum Betreiben eines Otto-Motors dicht unterhalb der Klopfgrenze vor, daß ein von einem in einem Ver brennungsraum des Otto-Motors angeordneten Drucksensor ge liefertes, ein Klopfsignal repräsentierendes Ausgangssignal, das die vollständige Information über den im Verbrennungsraum beobachtbaren Druckverlauf enthält, zum Trennen des Klopfvor gang betreffenden hochfrequenten Anteils des Ausgangssignals von dem niederfrequenten Nutzdruckanteil in der Schaltungsan ordnung B hochpaßgefiltert wird. Um eine mögliche Modulation des Ausgangssignals mit Drucksignalen, die durch in dem Motor vorhandenen Schwingungserreger, wie Ventile, benachbarte Kolben usw., erzeugt werden, zu unterbinden, wird das Klopf signal nur innerhalb eines vorgegebenen Kurbelwinkelfensters, in dem das Klopfsignal zu erwarten ist, ausgewertet, was in der Fensterschaltung innerhalb der Schaltungsanordnung B be wirkt wird. Das derart aufbereitete Signal wird anschließend in der Spitzenwert-Erfassungsschaltung C einer Spitzendruck- Auswertung unterzogen, in der es gleichgerichtet wird, der Spitzenwert des Klopfdrucks je Motorzyklus gespeichert wird und innerhalb eines vorgegebenen Beobachtungszeitraums, der zumindest zwei Motorzyklen umfaßt, der Mittelwert der be treffenden Spitzklopfdrücke ermittelt wird. Aus dem Spitzen druck, dem Mittelwert und der Streuung, welche Werte eine Be schreibung des Klopfvorgangs ermöglichen, wird auf die thermische und mechanische Belastung der betreffenden Motor teile geschlossen, und es wird mittels der Motormanagement- Verarbeitungseinheit M eine entsprechende Korrektur des Motor- Betriebspunkts durchgeführt.In detail, the knock signal detection and evaluation method for operating an Otto engine, which is to be carried out by means of the circuit arrangement shown in FIG. 1, provides that a knock signal is supplied by a pressure sensor arranged in a combustion chamber of the Otto engine Representative output signal, which contains the complete information about the pressure curve observable in the combustion chamber, for separating the high-frequency component of the output signal relating to the knocking process from the low-frequency useful pressure component in the circuit arrangement B is high-pass filtered. In order to prevent possible modulation of the output signal with pressure signals that are generated by vibration exciters present in the engine, such as valves, adjacent pistons, etc., the knock signal is only evaluated within a predetermined crank angle window in which the knock signal is to be expected what will act in the window circuit within the circuit arrangement B be. The signal processed in this way is then subjected to a peak pressure evaluation in the peak value detection circuit C , in which it is rectified, the peak value of the knock pressure per engine cycle is stored and, within a predetermined observation period, which comprises at least two engine cycles, the mean value of the peak knock pressures concerned is determined. From the peak pressure, the mean value and the scatter, which values make it possible to describe the knocking process, the thermal and mechanical loading of the relevant engine parts is inferred, and a corresponding correction of the engine operating point is carried out by means of the engine management processing unit M. .
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung entspricht im wesentlichen derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist, jedoch mit der Ausnahme, daß statt der Spitzenwert-Erfassungsschaltung C gemäß Fig. 1 eine Klopfleistungs-Erfassungsschaltung D vorgesehen ist. Im einzelnen sieht das mittels der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung durchzuführende Klopfsignal-Er fassungs- und Auswerteverfahren zum Betreiben eines Otto- Motors dicht unterhalb der Klopfgrenze vor, daß ein von einem in einem Verbrennungsraum des Otto-Motors angeordneten Drucksensor geliefertes, ein Klopfsignal repräsentierendes Ausgangssignal, das die vollständige Information über den im Verbrennungsraum beobachtbaren Druckverlauf enthält, zum Trennen des den Klopfvorgang betreffenden hochfrequenten An teils des Ausgangssignals von dem niederfrequenten Nutzdruck anteil hochpaßgefiltert wird. Um eine mögliche Modulation des Ausgangssignals mit Drucksignalen, die durch in dem Motor vor handene Schwingungserreger, wie Ventile, benachbarte Kolben usw., erzeugt werden, zu unterbinden, wird das Klopfsignal nur innerhalb eines vorgegebenen Kurbelwinkelfensters, in dem das Klopfsignal zu erwarten ist, ausgewertet, was in der Fenster schaltung innerhalb der Schaltungsanordnung B bewirkt wird. Das derart aufbereitete Signal wird einer Leistungs-Auswertung unterzogen, wozu der effektive Klopfdruck, der überstrichene Kurbelwinkel und der Zeitraum, in dem ein Klopfen auftritt, zu einer Klopfleistungs-Berechnung herangezogen werden, wobei mittels einer Schwellwertentscheidung innerhalb des Kurbel winkelfensters, wenn die entsprechende Klopfsignalamplitude erreicht ist, der Effektivwert des den Klopfdruckverlauf repräsentierenden Signals gebildet wird und daran anschließend die Klopfleistung berechnet und gespeichert wird. Anschließend daran wird der Mittelwert der betreffenden Klopfleistung er mittelt. Aus der Spitzen-Klopfleistung, dem Mittelwert und der Streuung, welche Werte eine Beschreibung des Klopfvorgangs ermöglichen, wird auf die thermische und mechanische Belastung der betreffenden Motorteile geschlossen und eine entsprechende Korrektur des Motor-Betriebspunkts durchgeführt.The circuit arrangement shown in FIG. 2 essentially corresponds to that shown in FIG. 1, except that a knocking power detection circuit D is provided instead of the peak value detection circuit C according to FIG. 1. Specifically, the knock signal detection and evaluation method for operating an Otto engine close to the knock limit to be carried out by means of the circuit arrangement shown in FIG. 2 provides that a knock signal representative of a pressure sensor arranged in a combustion chamber of the Otto engine is provided Output signal, which contains the complete information about the pressure curve observable in the combustion chamber, for separating the high-frequency portion of the output signal from the low-frequency useful pressure portion, which is relevant to the knocking process. In order to prevent possible modulation of the output signal with pressure signals which are generated by vibration exciters in the engine, such as valves, adjacent pistons, etc., the knock signal is only evaluated within a predetermined crank angle window in which the knock signal is to be expected what is effected in the window circuit within the circuit arrangement B. The signal processed in this way is subjected to a power evaluation, for which the effective knock pressure, the swept crank angle and the period in which knocking occurs are used for a knock power calculation, by means of a threshold value decision within the crank angle window if the corresponding knock signal amplitude is reached, the effective value of the signal representing the knock pressure curve is formed and the knocking power is then calculated and stored. Then the mean value of the knocking performance in question is averaged. From the peak knocking power, the mean value and the scatter, which values enable a description of the knocking process, the thermal and mechanical load on the relevant engine parts is inferred and a corresponding correction of the engine operating point is carried out.
Fig. 3 zeigt, wie bereits erläutert, ein Blockschaltbild mit mehreren Funktionsbausteinen zur Durchführung eines kombinier ten Verfahrens, bei dem vorgesehen ist, daß ein von einem in einem Verbrennungsraum des Otto-Motors angeordneten Druck sensor geliefertes, ein Klopfsignal repräsentierendes Aus gangssignal, das die vollständige Information über den im Ver brennungsraum beobachtbaren Druckverlauf enthält, zum Trennen des den Klopfvorgang betreffenden hochfrequenten Anteils des Ausgangssignals von dem niederfrequenten Nutzdruckanteil hoch paßgefiltert wird. Um eine mögliche Modulation des Ausgangs signals mit Drucksignalen, die durch in dem Motor vorhandene Schwingungserreger, wie Ventile, benachbarte Kolben usw., er zeugt werden, zu unterbinden, wird das Klopfsignal nur inner halb eines vorgegebenen Kurbelwinkelfensters, in dem das Klopf signal zu erwarten ist, ausgewertet. Das derart aufbereitete Signal wird einer Spitzendruck-Auswertung C unterzogen, indem es gleichgerichtet wird, der Spitzenwert des Klopfdrucks je Motorzyklus gespeichert wird und innerhalb eines vorgegebenen Beobachtungszeitraums, der zumindest zwei Motorzyklen umfaßt, der Mittelwert der betreffenden Spitzenklopfdrücke ermittelt wird. Aus dem Spitzendruck und dem Mittelwert, welche Werte eine Beschreibung des Klopfvorgangs ermöglichen, wird auf die thermische und mechanische Belastung der betreffenden Motor teile geschlossen und eine entsprechende Korrektur des Motor- Betriebspunkts durchgeführt. Das aufbereitete Signal wird außerdem einer Leistungs-Auswertung D unterzogen, wozu der effektive Klopfdruck, der überstrichene Kurbelwinkel und der Zeitraum, in dem ein Klopfen auftritt zu einer Klopfleistungs- Berechnung herangezogen werden, wobei mittels einer Schwell wertentscheidung innerhalb des Kurbelwinkelfensters, wenn die entsprechende Klopfsignalamplitude erreicht ist, der Effektiv wert des den Klopfdruckverlauf repräsentierenden Signals ge bildet wird und daran anschließend die Klopfleistung berechnet und gespeichert wird. Danach wird der Mittelwert der be treffenden Klopfleistung ermittelt. Aus dem Spitzendruck, dem Druckmittelwert und der Streuung sowie aus der Spitzenklopf leistung, dem Klopfleistungsmittelwert und der Streuung, welche Werte eine Beschreibung des Klopfvorgangs ermöglichen, wird auf die thermische und mechanische Belastung der be treffenden Motorteile geschlossen und eine entsprechende Korrektur des Motor-Betriebspunkts durchgeführt. Fig. 3 shows, as already explained, a block diagram with a plurality of function blocks for carrying out a combined th method, in which it is provided that a sensor sensor supplied from a arranged in a combustion chamber of the Otto engine, a knocking signal representing output signal that contains complete information about the pressure curve observable in the combustion chamber, in order to separate the high-frequency component of the output signal relating to the knocking process from the low-frequency useful pressure component. In order to prevent possible modulation of the output signal with pressure signals generated by vibration exciters in the engine, such as valves, neighboring pistons, etc., the knock signal is only expected within a predetermined crank angle window in which the knock signal is expected is evaluated. The signal processed in this way is subjected to a peak pressure evaluation C in that it is rectified, the peak value of the knock pressure per engine cycle is stored, and the average value of the relevant peak knock pressures is determined within a predetermined observation period, which comprises at least two engine cycles. From the peak pressure and the mean value, which values enable a description of the knocking process, the thermal and mechanical load on the relevant engine parts is inferred and a corresponding correction of the engine operating point is carried out. The processed signal is also subjected to a power evaluation D , for which the effective knock pressure, the swept crank angle and the period in which knock occurs are used for a knock performance calculation, by means of a threshold value decision within the crank angle window if the corresponding knock signal amplitude is reached, the effective value of the signal representing the knock pressure curve is formed and then the knocking power is then calculated and stored. Then the mean value of the knocking performance concerned is determined. From the peak pressure, the mean pressure value and the scatter as well as from the peak knocking power, the knocking power mean and the scattering, which values enable a description of the knocking process, the thermal and mechanical loading of the relevant engine parts is concluded and a corresponding correction of the engine operating point is carried out .
Fig. 4 zeigt, wie bereits erläutert, ein Oszillogramm typischer Signale für das "Klopfen" und für durch mechanisch bewegte Motorteile erzeugte Störschallwellen. FIG. 4 shows, as already explained, an oscillogram of typical signals for "knocking" and for noise waves generated by mechanically moving engine parts.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, aus dem die Schritte des er findungsgemäßen kombinierten Verfahrens hervorgehen. In einem ersten Schritt A wird ein Zylinderdrucksignal aus einem in einem Brennraum des betreffenden Otto-Motors angeordneten Drucksensor eingelesen. In einem folgenden Schritt B wird das Drucksignal hochpaßgefiltert und mittels einer Fenster schaltung zeitlich begrenzt. Anschließend wird in einem Schritt C der Spitzenwert des Drucksignals berechnet. In einem Schritt E wird daran anschließend die Klopfdauer, d. h. der Zeitabschnitt, über den hinweg ein "Klopfen" auftritt, be rechnet. In einem folgenden Schritt D wird die Klopfleistung des Klopfsignals berechnet. Anschließend daran wird in einem Schritt F die Anzahl der statistisch auszuwertenden Ereignisse eingelesen. Fig. 5 shows a flowchart from which the steps of the inventive method he emerge. In a first step A , a cylinder pressure signal is read in from a pressure sensor arranged in a combustion chamber of the gasoline engine in question. In a subsequent step B , the pressure signal is high-pass filtered and limited in time by means of a window circuit. The peak value of the pressure signal is then calculated in a step C. In a step E , the knock duration, ie the time period over which "knocking" occurs, is then calculated. In a subsequent step D , the knocking power of the knocking signal is calculated. Subsequently, in a step F, the number of events to be statistically evaluated is read.
Daran anschließend wird in einem Schritt G die Kombination der auszuwertenden Ereignisse eingelesen. Die Anzahl der statistisch auszuwertenden Ereignisse und die Kombination der auszuwertenden Ereignisse werden der Auswerteschaltung H, die zuvor erläutert wurde, aus der Motormanagement-Bearbeitungs einheit M, die ebenfalls zuvor erläutert wurde, zugeführt. An schließend wird in einem Schritt H eine Auswertung aller der Auswerteschaltung H zugeführten Daten ausgeführt. Schließlich erfolgt in einem Schritt I die Ausgabe der Ergebnisse aus der Auswerteschaltung H an die Motormanagement-Verarbeitungs einheit M, die ihrerseits die Ergebnisse zur Korrektur des Motor-Betriebspunkts, beispielsweise durch Einflußnahme auf das Zündsystem des Otto-Motors, ausgibt.The combination of the events to be evaluated is then read in in a step G. The number of events to be statistically evaluated and the combination of the events to be evaluated are fed to the evaluation circuit H , which was previously explained, from the engine management processing unit M , which was also previously explained. An evaluation of all the data supplied to the evaluation circuit H is then carried out in a step H. Finally, in step I, the results are output from the evaluation circuit H to the engine management processing unit M , which in turn outputs the results for correcting the engine operating point, for example by influencing the ignition system of the Otto engine.
Außerdem sieht das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen vor, daß der Kompressionsdruckverlauf im Zeitabschnitt des polytropen Druckanstiegs erfaßt wird. Der Luftmassenstrom im Saugrohr und die Luftmassenstromänderung werdem bezogen auf die aktuelle Kolbenstellung erfaßt. Aus dem Kompressionsdruck verlauf wird dann die Gasgemischmasse bestimmt. Es werden dann das Ausmaß des Gasgemischverlusts ("Blowby") aufgrund des Durchtritts von Gasgemisch durch die Abdichtstellen des Ver brennungsraums durch Mehrfachmessung während eines Kompressions vorgangs und die eingeströmte Luftmasse berechnet, vergl. E, E′ in Fig. 7. Die Luftfüllung des Arbeitsvolumens wird aus gehend von dem zeitlichen Verlauf der Saugrohrströmung mittels vorgegebener Berechnungsvorschriften vorausberechnet, vergl. A, B, C in Fig. 7. Davon ausgehend wird die Kraftstoffein leitmasse berechnet und eingeleitet. Schließlich werden die Berechnungsvorschriften zur Berechnung der Luftfüllung mittels der sich ergebenden Meßergebnisse korrigiert, vergl. F, G, H in Fig. 7.In addition, the method according to the invention provides in detail that the compression pressure curve is recorded in the time period of the polytropic pressure increase. The air mass flow in the intake manifold and the air mass flow change are recorded based on the current piston position. The gas mixture mass is then determined from the compression pressure. Then the extent of the gas mixture loss ("blowby") due to the passage of gas mixture through the sealing points of the combustion chamber by multiple measurement during a compression process and the inflowing air mass are calculated, see E, E 'in Fig. 7. The air filling of the working volume is calculated in advance on the basis of the temporal course of the intake manifold flow by means of predetermined calculation rules, cf. A, B , C in FIG. 7. Based on this, the fuel injection mass is calculated and initiated. Finally, the calculation rules for calculating the air filling are corrected using the resultant measurement results, see F, G , H in FIG. 7.
Die Erfassung des Luftmassenstroms und dessen Änderung wird mittelbar durch Messen des Drosselklappenstellwinkels durchge führt. Das Messen des Drosselklappenwinkels wird digital, vorzugsweise mittels einer sogenannten Codierscheibe, durch geführt. Das Messen des Drosselklappenstellwinkels kann jedoch auch analog mittels eines induktiven Aufnehmers, elektrisch mittels eines Potentiometer-Aufnehmers oder kapazitiv durchge führt werden.The detection of the air mass flow and its change is indirectly by measuring the throttle valve setting angle leads. Measuring the throttle valve angle is digital, preferably by means of a so-called coding disk guided. However, measuring the throttle valve setting angle can also analog by means of an inductive transducer, electrically by means of a potentiometer or capacitive leads.
Die Erfassung des Luftmassenstroms und dessen Änderung kann mittelbar durch Messen des Saugrohrdrucks, unmittelbar durch Messen mittels Hitzdrahtsensors, unmittelbar durch Messen mittels Stauklappen-Strömungssensors oder unmittelbar durch Messen mittels US-Strömungssensors durchgeführt werden.The detection of the air mass flow and its change can indirectly by measuring the intake manifold pressure, directly by Measuring using a hot wire sensor, directly by measuring by means of a damper flow sensor or directly through Measurements can be carried out using a US flow sensor.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei der Berechnung der eingeströmten Luftmasse der in dem Arbeitsvolumen verbleibende Restgasanteil berücksichtigt wird. Außerdem ist vorgesehen, daß bei der Berechnung der eingeströmten Luftmasse die durch das Arbeitsvolumen in das Abgasrohr durchgeströmte Luftmasse berücksichtigt wird.According to the invention it is provided that when calculating the flowed air mass remaining in the working volume Residual gas content is taken into account. It also provides that when calculating the influxed air mass through the working volume of air flowing through the exhaust pipe is taken into account.
Die Kolbenbrennkraftmaschine kann ein mit einem oder mehreren Zylinder versehener Otto-Motor, ein mit einem oder mehreren Zylindern versehender Zweitakt-Motor oder ein Kreiskolben motor mit einer oder mehreren Brennkammern sein.The piston internal combustion engine can be one with one or more Cylinder Otto engine, one with one or more Cylinder-equipped two-stroke engine or a rotary piston engine with one or more combustion chambers.
Zweckmäßigerweise werden die Erfassungs-, Berechnungs- und Korrekturvorgänge arbeitsvolumenindividuell durchgeführt.The acquisition, calculation and Correction processes carried out individually for each work volume.
Vorteilhafterweise wird gemäß einer Weiterbildung der Er findung aus dem Ausmaß des Gasgemischverlusts eine Information abgeleitet, die Aufschluß über einen Alterungseffekt oder einen Defekt in der Kolbenbrennkraftmaschine abgibt. Die abgeleitete Information kann für Zwecke eines Diagnosesystems benutzt werden.According to a further development, the Er information on the extent of the loss of gas mixture derived the information about an aging effect or issues a defect in the piston internal combustion engine. The derived information can be used for the purpose of a diagnostic system to be used.
In dem System ggf. analog auftretende Signale können zweck mäßigerweise mittels Analog/Digital-Wandlung in digitale Signale zur Weiterverarbeitung derselben umgesetzt werden.Signals that may occur in the system in an analog manner can be used moderately by means of analog / digital conversion into digital Signals for further processing of the same are implemented.
Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Einstellung des Zündwinkels. Aus einem Funktionsblock "Strategie" wird ein Sollwert der Spitzendruck lage in dem Arbeitsvolumen über eine Leitung G einem Subrahier glied A zugeführt. Einem zweiten Eingang dieses Subtrahier gliedes wird ein Istwert der Spitzendrucklage zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Subtrahiergliedes, das den Wert D = 0 annehmen soll, wird einem Proportional-Integral-Differenzial- Regler oder PID-Regler B zugeführt, der vorzugsweise mit einem Mikroprozessor, z.B. des Typs 80 C 196 KA realisiert ist. Das Ausgangssignal dieses Reglers α z wird zum einen einem Identifikator C, der ebenfalls vorteilhafterweise als Mikro prozessor realisiert ist, und zum anderen der Meßstrecke, die der in Fig. 10 gezeigten Zylinderkopf mit dem Drucksensor ent hält, an einem Eingang a zugeführt wird. Ein Ausgang b dieser Meßstrecke ist, wie bereits angedeutet, dem zweiten Eingang des Subtrahiergebietes und einem zweiten Eingang des Identi fikators C zugeführt. Der Identifikator stellt fest, bei welchem Zündwinkel sich welche Spitzendrucklage ergibt. Mit dem Identifikator korrespondiert ein Zuordner, der vorteil hafterweise als RAM ausgebildet ist und dem aus der Funktionseinheit "Strategie" ein Wert für die angestrebte Regler-Güte zugeführt wird. Andererseits gibt der Zuordner Streckendaten an die Funktionseinheit "Strategie" aus.As already explained, FIG. 11 shows a block diagram of a circuit arrangement for setting the ignition angle. From a "strategy" function block, a setpoint of the peak pressure position in the working volume is fed via a line G to a subractor A. An actual value of the peak pressure position is fed to a second input of this subtractor. The output signal of this subtractor, which is to assume the value D = 0, is fed to a proportional-integral-differential controller or PID controller B , which is preferably implemented with a microprocessor, for example of the 80 C 196 KA type. The output signal of this controller α z is on the one hand an identifier C , which is also advantageously implemented as a microprocessor, and on the other hand the measuring section, which holds the cylinder head shown in FIG. 10 with the pressure sensor , is fed to an input a . An output b of this measuring section is, as already indicated, fed to the second input of the subtracting area and a second input of the identifier C. The identifier determines at which ignition angle which peak pressure position results. An identifier corresponds to the identifier, which is advantageously designed as RAM and to which a value for the desired controller quality is supplied from the "Strategy" functional unit. On the other hand, the assignor outputs route data to the "strategy" functional unit.
Die Funktionseinheit "Strategie", die unter anderem vorteil hafterweise einen Mikroprozessor und ein ROM bzw. EPROM ent hält, gibt die Streckentaten in aufbereiteter Form z. B. zur Steuerung der Einspritzmenge, zu Diagnosezwecken usw. an eine übergeordnete Einrichtung ab. Andererseits werden der Funktions einheit "Strategie" Herstellerdaten F eingegeben, aufgrund der er die Funktion in Abhängigkeit von den technischen Kenndaten der betreffenden Bandschaftmaschine gesteuert werden. Außerdem werden der Funktionseinheit "Strategie" Kurbelwellen- und Nockenwellenpositionsdaten, ein Wert p (ϕ) betreffend den Druckverlauf in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, ein Wert be treffend Abgaswerte aus einem Abgassensor, ein Wert n be treffend die Drehzahl aus einem Drehzahlsensor und ein Wert v betreffend den Drosselklappenöffnungswinkel aus einem Drossel klappensensor eingegeben, vergl. Fig. 12.The functional unit "strategy", which includes, inter alia, advantageously a microprocessor and a ROM or EPROM, gives the mileage in a processed form, for. B. to control the injection quantity, for diagnostic purposes, etc. from a higher-level device. On the other hand, the functional unit "strategy" manufacturer data F are entered, on the basis of which the function can be controlled as a function of the technical characteristics of the band shaft machine concerned. In addition, the functional unit "strategy" crankshaft and camshaft position data, a value p ( ϕ ) relating to the pressure curve as a function of the crank angle, a value relating to exhaust gas values from an exhaust gas sensor, a value n relating to the speed from a speed sensor and a value v entered the throttle valve opening angle from a throttle valve sensor, see FIG. 12.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren entfallen langwierige Prüfstands- und Fahrversuche. Die Reaktion, die auf einen Zündvorgang folgt, wird mit einem im Brennraum positionierten Drucksensor beobachtet. Aus dem Druckverlauf werden Kriterien zur Zündwinkelverstellung gewonnen.The process according to the invention eliminates lengthy processes Test bench and driving tests. The reaction to one Ignition process follows, is positioned with one in the combustion chamber Pressure sensor observed. Criteria emerge from the print history won for ignition angle adjustment.
Die Lage des Spitzendrucks ist eine sofort zur Verfügung stehende, repräsentative Information über den unmittelbar abgelaufenen Verbrennungsvorgang. Mit Hilfe eines adaptiven Regelkreises, vergl. Fig. 13, wird der Zündzeitpunkt so ver stellt, daß die Spitzendrucklage einem von außen vorgegebenen Wert entspricht. Eine Identifikation der Strecke Zündwinkel- Spitzendruck ermöglicht ein Nachführen der Reglerparameter und somit ein optimales Einschwingverhalten. Dieser Regelkreis wird zur schnellen Reaktion verwendet, die einsetzt, wenn die gemessene Spitzendrucklage ein zur Initialisierung des Systems vorgegebenes Fenster verläßt oder wenn eine schnelle Be triebspunktänderung von z.B. einem übergeordneten Management system gefordert ist.The location of the peak pressure is immediately available, representative information about the combustion process that has just taken place. With the help of an adaptive control circuit, see FIG. 13, the ignition timing is adjusted in such a way that the peak pressure position corresponds to a value specified from the outside. Identification of the distance between the ignition angle and peak pressure enables the controller parameters to be tracked and thus an optimal transient response. This control loop is used for the quick reaction that starts when the measured peak pressure situation leaves a window specified for the initialization of the system or when a quick change of operating point is required by a higher-level management system, for example.
Innerhalb dieses Fensters arbeitet ein vergleichsweise lang samer Regler, der den Zündwinkel auf maximale Motorleistung bei gegebenem Betriebspunkt fährt. Der indizierte Mitteldruck, also das Linienintegral pdV, ist ein Maß der abgegebenen Motorleistung. Zur Bestimmung wird das Drucksignal mit dem zum jeweiligen Kurbelwinkel gehörigen Volumenänderungsbetrag multipliziert, aufsummiert und nach jedem Arbeitsspiel ausge wertet.A comparatively long time works within this window lamer controller that sets the ignition angle to maximum engine power at a given operating point. The indicated medium pressure, So the line integral pdV is a measure of the given Engine power. To determine the pressure signal with the volume change amount associated with each crank angle multiplied, summed up and out after each work cycle evaluates.
Bei einem über mehrere Motorzyklen konstanten Lastzustand, der charakterisiert ist durch geringe Drehzahl- und Fahrerwunsch änderungen, wird die Spitzendrucklage bei dem optimalen Be triebspunkt automatisch in ein Kennfeld eingetragen.With a constant load condition over several engine cycles, the is characterized by low engine speed and driver requirements changes, the peak pressure situation with the optimal loading drive point automatically entered in a map.
Die ermittelten Spitzendrucklagen werden nach weiteren Kriterien, wie Klopfen und Abgasverhalten, selektiert. Diese Selektion ist dem Regler überlagert und wirkt begrenzend, um Motorschäden zu verhindern und Abgasnormen einzuhalten. Es entstehen während des Betriebs ein an den Motor angepaßtes Kennfeld, das die Sollwerte für den adaptiven Regler liefert.The determined peak pressure levels are further Criteria such as knocking and exhaust behavior are selected. These Selection is superimposed on the controller and has a limiting effect Prevent engine damage and comply with emissions standards. It arise during operation an adapted to the engine Map that supplies the setpoints for the adaptive controller.
Die motorspezifische, statistische Streuung der Spitzendruck lage bedingt ein entsprechend angepaßtes Fenster. Zur Abhilfe wird die Steuerung aus einer repräsentativen Anzahl von Spitzendrucklagen aufgezeichnet und daraus die Fensterbreite adaptiv variiert. The engine-specific, statistical spread of the peak pressure location requires a correspondingly adapted window. As a remedy the control is made up of a representative number of Peak pressure positions recorded and from this the window width varies adaptively.
Im einzelnen sieht das erfindungsgemäße System vor, daß die Spitzendrucklage des Kompressionsdruckverlaufs in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine erfaßt wird, daß aus der erfaßten Spitzendrucklage eine diese repräsentierende Infor mation abgeleitet wird, die unmittelbar als Regelgröße in einem Regelkreis zum Einstellen verwendet wird, daß dem Regel kreis eine erzeugte Führungsgröße zugeführt wird und daß der Zündzeitpunkt mit Hilfe des Regelkreises so eingestellt wird, daß die Spitzendrucklage der erzeugten Führungsgröße ent spricht.In particular, the system according to the invention provides that the Peak pressure position of the compression pressure curve in the Working volume of the internal combustion engine is detected that from the recorded a peak pressure situation this information mation is derived, which is directly used as a control variable in a control loop is used for setting that the rule a generated reference variable is supplied and that the Ignition timing is set using the control loop so that the peak pressure situation ent of the reference variable generated speaks.
Die Regelparameter werden entsprechend den von Drehzahl, Last, Luftfeuchtigkeit, Gemischzustand und Motortemperatur ab hängigen Parametern der Übertragungsfunktion zwischen Zünd winkel und Spitzendrucklage nachgeführt. Die Abstimmung der Regelparameter wird zusätzlich von einer erzeugten Hilfsgröße betreffend die Reglergüte, nämlich das Einschwingverhalten des Regelkreises, durchgeführt. Die erzeugte Führungsgröße wird aus einer von dem Hersteller der Brennkraftmaschine festge legten Verknüpfung verschieden gewichteter Zielgrößen, wie Abgaswerte, Leistung, Fahrkomfort, Betriebssicherheit (Kalt start, Überhitzung, Klopfen usw.) abgeleitet.The control parameters are set according to the speed, load, Air humidity, mixture condition and engine temperature dependent parameters of the transfer function between Zünd tracked angle and peak pressure. The vote of Control parameters are also generated by an auxiliary variable Regarding the controller quality, namely the transient response of the Control loop. The reference variable generated is from a fixed by the manufacturer of the internal combustion engine put together differently weighted target values, such as Emission values, performance, driving comfort, operational safety (cold start, overheating, knocking, etc.).
Die den Zielgrößen entsprechenden erforderlichen Sollwerte für den Regelkreis in Phasen niedriger Drehzahl und kleiner Last änderung werden automatisch mittels einer selbstlernenden An ordnung, wie sie aus dem Stand der Technik in Form eines neuronalen Netzes bekannt ist, ermittelt und gespeichert.The required setpoints corresponding to the target values for the control loop in phases of low speed and low load Changes are automatically made using a self-learning method order as they are from the prior art in the form of a neural network is known, determined and stored.
Vorteilhafterweise wird die erzeugte Hilfsgröße abhängig von dynamischen Vorgängen, z.B. Fahrerwunschänderung, Betriebs punktänderung, Gemischzustandsänderung, Laufruheänderung, Klopfen usw., verändert.The auxiliary variable generated is advantageously dependent on dynamic processes, e.g. Driver request change, operating point change, mixture state change, smoothness change, Knock etc. changed.
Die Hilfgröße kann auch abhängig von einer Überschreitung einer Fensterbreite durch Sollwerteabweichungen geändert werden. Die Einstellung der Fensterbreite wird zweckmäßiger weise abhängig von den statistischen Schwankungen der Soll werteabweichungen berechnet. The auxiliary size can also depend on an overshoot a window width changed due to setpoint deviations will. Setting the window width becomes more appropriate depending on the statistical fluctuations of the target deviations in value calculated.
Zur Erfassung des Kompressionsdruckverlaufs ist erfindungs gemäß vorgesehen, in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine einen Drucksensor, vorzugsweise in der Wandung des Zylinder kopfes, anzuordnen.To detect the compression pressure curve is fiction according to provided in the working volume of the internal combustion engine a pressure sensor, preferably in the wall of the cylinder head to arrange.
Claims (30)
- a) Schritte zur Erfassung und Auswertung eines Klopfsignals zum Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine dicht unterhalb der Klopfgrenze,
- b) Schritte zur Bestimmung der Luftfüllung des Arbeits volumens der Kolbenbrennkraftmaschine und
- c) Schritte zur Einstellung des Zündwinkels der Kolbenbrenn kraftmaschine.
- a) steps for detecting and evaluating a knock signal for operating the piston internal combustion engine just below the knock limit,
- b) steps for determining the air filling of the working volume of the piston internal combustion engine and
- c) Steps for setting the ignition angle of the piston internal combustion engine.
- a1) daß ein von einem in einem Verbrennungsraum des Otto- Motors angeordneten Drucksensor geliefertes, ein Klopfsignal repräsentierendes Ausgangssignal, das die vollständige Information über den im Verbrennungsraum beobachtbaren Druckverlauf enthält, zum Trennen des den Klopfvorgang betreffenden hochfrequenten Anteils des Ausgangssignals von dem niederfrequenten Nutzdruckanteil hochpaßgefiltert wird,
- a2) daß - um eine mögliche Modulation des Ausgangssignals mit Drucksignalen, die durch in dem Motor vorhandene Schwingungserreger, wie Ventile, benachbarte Kolben usw., erzeugt werden, zu unterbinden - das Klopfsignal nur innerhalb eines vorgegebenen Kurbelwinkelfensters, in dem das Klopfsignal zu erwarten ist, ausgewertet wird,
- a3) daß das derart aufbereitete Signal einer Spitzendruck- Auswertung unterzogen wird, indem es gleichgerichtet wird, der Spitzenwert des Klopfdrucks je Motorzyklus gespeichert wird und innerhalb eines vorgegebenen Beobachtungszeitraums, der zumindest zwei Motorzyklen umfaßt, der Mittelwert der betreffenden Spitzenklopfdrücke ermittelt wird,
- a4) daß aus dem Spitzendruck und dem Mittelwert, welche Werte eine Beschreibung des Klopfvorgangs ermöglichen, auf die thermische und mechanische Belastung der betreffenden Motorteile geschlossen und eine entsprechende Korrektur des Motor-Betriebspunkts durchgeführt wird,
- b1) daß der Kompressionsdruckverlauf im Zeitabschnitt des polytropen Druckanstiegs erfaßt wird (7),
- b2) daß der Luftmassenstrom im Saugrohr und die Luftmassen stromänderung bezogen auf die aktuelle Kolbenstellung erfaßt werden,
- b3) daß aus dem Kompressionsdrucklauf die Gasgemischmasse bestimmt wird,
- b4) daß das Ausmaß des Gasgemischverlusts ("Blowby") auf grund des Durchtritts von Gasgemisch durch die Abdicht stellen des Verbrennungsraums durch Mehrfachmessung während eines Kompressionsvorgang berechnet wird (E′) und die einge strömte Luftmasse berechnet wird (E),
- b5) daß die Luftfüllung des Arbeitsvolumens ausgehend von dem zeitlichen Verlauf der Saugrohrströmung mittels vorge gebener Berechnungsvorschriften vorausberechnet wird (A, B, C) und davon ausgehend die Kraftstoffeinleitmasse berechnet und eingeleitet wird,
- b6) daß die Berechnungsvorschriften zur Berechnung der Luft füllung mittels der sich ergebenden Meßergebnisse korrigiert werden (F, G, H),
- c1) daß die Spitzendrucklage des Kompressionsdruckverlaufs in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine erfaßt wird,
- c2) daß aus der erfaßten Spitzendrucklage eine diese repräsentierende Information abgeleitet wird, die unmittel bar als Regelgröße in einem Regelkreis zum Einstellen ver wendet wird,
- c3) daß dem Regelkreis eine erzeugte Führungsgröße zugeführt wird und
- c4) daß der Zündzeitpunkt mit Hilfe des Regelkreises so eingestellt wird, daß die Spitzendrucklage der erzeugten Führungsgröße entspricht.
- a1) that an output signal supplied by a pressure sensor arranged in a combustion chamber of the Otto engine and representing a knock signal, which contains the complete information about the pressure curve observable in the combustion chamber, is high-pass filtered to separate the high-frequency component of the output signal relating to the knock process ,
- a2) that - in order to prevent possible modulation of the output signal with pressure signals which are generated by vibration exciters present in the engine, such as valves, adjacent pistons etc. - the knock signal only within a predetermined crank angle window in which the knock signal is to be expected is evaluated
- a3) that the signal processed in this way is subjected to a peak pressure evaluation by rectifying it, the peak value of the knock pressure per engine cycle is stored and the mean value of the relevant peak knock pressures is determined within a predetermined observation period which comprises at least two engine cycles,
- a4) that the thermal and mechanical load of the relevant engine parts is inferred from the peak pressure and the mean value, which values enable a description of the knocking process, and a corresponding correction of the engine operating point is carried out,
- b1) that the compression pressure curve is recorded in the period of the polytropic pressure increase (7),
- b2) that the air mass flow in the intake manifold and the air mass flow change are recorded in relation to the current piston position,
- b3) that the gas mixture mass is determined from the compression pressure run,
- b4) that the extent of the gas mixture loss ("blowby") due to the passage of gas mixture through the sealing of the combustion chamber is calculated by multiple measurements during a compression process (E ′) and the inflowing air mass is calculated (E),
- b5) that the air filling of the working volume is calculated in advance on the basis of the time course of the intake manifold flow by means of predetermined calculation rules (A, B, C) and the fuel introduction mass is calculated and introduced on the basis thereof,
- b6) that the calculation rules for calculating the air filling are corrected using the resulting measurement results (F, G, H),
- c1) that the peak pressure position of the compression pressure curve is recorded in the working volume of the internal combustion engine,
- c2) that information representing this is derived from the recorded peak pressure situation and is used directly as a controlled variable in a control loop for adjustment,
- c3) that a control variable is fed to the control loop and
- c4) that the ignition timing is set with the aid of the control loop so that the peak pressure position corresponds to the reference variable generated.
- - daß eine Auswerteschaltung (H) je Zylinder des Otto-Motors vorgesehen ist,
- - daß der zylinderindividuellen Auswerteschaltung (H) eine zylinderindividuelle Eingangsschaltungsanordnung (B) mit einem Signaleingang (A), wobei die Eingangsschaltungs anordnung (B) einen Verstärker, ein Hochpaßfilter und eine Fensterschaltung enthält, sowie eine Spitzenwert-Erfassungs schaltung (C) und/oder eine Klopfleistungs-Erfassungs schaltung (D) und eine Zeit-Erfassungsschaltung (E) zuge ordnet sind und
- - daß alle zylinderindividuellen Auswerteschaltungen (H), die für den betreffenden Otto-Motor vorgesehen sind, mit einer gemeinsamen Motormanagement-Verarbeitungseinheit (M) verbunden sind.
- - that an evaluation circuit ( H ) is provided per cylinder of the Otto engine,
- - That the cylinder-specific evaluation circuit ( H ) has a cylinder-specific input circuit arrangement ( B ) with a signal input ( A ), the input circuit arrangement ( B ) containing an amplifier, a high-pass filter and a window circuit, and a peak value detection circuit ( C ) and / or a knocking power detection circuit ( D ) and a time detection circuit ( E ) are assigned and
- - That all cylinder-specific evaluation circuits ( H ), which are provided for the gasoline engine in question, are connected to a common engine management processing unit ( M ).
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|---|---|---|---|
| DE3917905A DE3917905A1 (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | IC engine efficiency optimisation system - uses detected engine knock and monitored air of engine cylinder working vol to adjust ignition timing |
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