EP0943055B1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung des ionenstroms an brennkraftmaschinen - Google Patents
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- EP0943055B1 EP0943055B1 EP98943636A EP98943636A EP0943055B1 EP 0943055 B1 EP0943055 B1 EP 0943055B1 EP 98943636 A EP98943636 A EP 98943636A EP 98943636 A EP98943636 A EP 98943636A EP 0943055 B1 EP0943055 B1 EP 0943055B1
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
Definitions
- DE-A-3128027 discloses a device for detecting knocking in internal combustion engines with at least one sensor measuring the ion current, a comparison device being provided for comparing the ion current signal of an ignited cylinder with the ion current signal of an unignited cylinder, and where In each case, an integrator of the comparison device (10) is connected upstream, which integrates the ion current of the ignited and the non-ignited cylinder within a measuring window.
- the gases involved can be ionized by chemical and physical processes. If a voltage is applied to two electrodes that protrude from the gas, a current can be measured. This is referred to below as the ion current.
- the spark plug is usually used as a measuring probe. After applying a voltage between the center electrode and After the ignition spark has subsided, the ion current can reach ground be measured.
- a fade-out can be Ion current measurement signal lead to signal jumps, which for example in a subsequent knock detection Leads to false detections.
- the ignition process is without disturbing the Hide measurement signal.
- Analog technology is used to evaluate the ion current signal implemented processes and components, e.g. Short-term integrators, or realized in digital technology Methods and components for use. It is common that Measurement signals of several cylinders in succession to these resources switch to save costs (multiplexing). The Multiplexing is without crosstalk between the Execute cylinder channels. It must also be prevented that the shorter cylinder-specific signal sections lead to a reduction in the quality of the offset correction. Improve security and robustness of Engine control and diagnostic functions by using them Signals with improved signal-to-noise ratio for feature formation.
- the object of the invention is to provide a Process that solves the problems mentioned.
- Figure 1 The integration of the method and the device in the technical environment is shown in Figure 1 in the form of a Block diagram clarified. Specific configurations of the essential signal processing blocks are shown in Figure 2 to Figure 4 including signal examples in more detail explained.
- the complete signal processing chain is shown in detail in FIG.
- the combustion process (2) which is initiated by the ignition (1). If the mixture is properly burned, ionization takes place in the combustion chamber.
- the means (3) is used to generate and measure an ion current signal (s1), which allows conclusions to be drawn about the ionization process during the mixture combustion.
- a means (4) in which the masking and offset value correction of the ion current signal takes place according to the invention.
- the ion current signals (s2) from different cylinders are advantageously combined to form a sum signal (s3).
- a unit (6) comprising an anti-aliasing filter (6.1) and an analog / digital converter (6.2) can be used to convert the ion current signal (s3), which is continuous in terms of time and value, into a digital signal sequence (s4).
- a feature generator (7) extracts feature vectors (s5) specific to the cylinder from the digital signal sequence (s4). On the basis of these feature vectors (s5), misfiring occurs in the following classifier (8).
- a control unit (10) is required to control the ignition (1) and the means (4) according to the invention for offset correction and masking.
- the method according to the invention for offset value correction and for spark masking of the ion current signal (s1) generated with the aid of means (3) is illustrated in FIG. 2.
- the signal (s1c) is generated from the signal (s1) in such a way that the signal (s1) is looped through within a defined measurement window area and is switched to a constant substitute value (s1b) outside this measurement window area.
- the proportion of the spark in the ion current (s1) is masked with this substitute value (s1b).
- the substitute value (s1b) should correspond in magnitude to the residual offset of the ion current signal (s1).
- the substitute value (s1b) is determined individually for each cycle shortly before the ignition process by means of a sample and hold circuit (4.2).
- the ion current signal (s1) is not accessed directly for the determination of the hold value (s1b), but rather a signal (s1a) which has been cleaned out of interference.
- the signal (s1) can be cleaned up with an adapted filter (4.1) as an example.
- Subtracting the substitute value (s1b) from the auxiliary signal (s1c) finally produces the output signal (s2).
- This signal (s2) is characterized in that it is free of jumps and is cleaned from ignition influences and from a current offset caused by shunts.
- the subsequent signal multiplexing (5) is shown in FIG.
- the signals from a plurality of cylinders can advantageously be combined in the form of temporal multiplexing to form a common signal (s3). Due to the measurement window masking in (4), mutual influence of the multiplexed signals is excluded. This greatly reduces the resources required for signal transmission and the subsequent digitization.
- an anti-aliasing filter (6.1) can advantageously also be connected into the signal path. By appropriate design of this filter there is also the possibility of adapting the signal (s3) specifically to lower sampling rates.
- a discrete signal sequence (s4) is available at the output of the analog / digital converter (6.2).
- cylinder-specific feature vectors are formed from the signal (s4).
- a possible implementation of the feature generator (7) is shown as an example in FIG.
- the medium (7.1) is used to split the continuous data stream (s4) into the individual cylinder parts.
- a two-dimensional feature vector can then be formed for each cylinder-specific combustion cycle, consisting of the maximum ion current value and the short-term integral over the ion current measurement window.
- a downstream classifier (8) can be based on the Feature vectors (s5) by comparison with accordingly calculated thresholds a distinction from regular Make burns and misfires.
- FIGS. 5 and 6 Based on the method presented, a alternative method, which is illustrated by FIGS. 5 and 6 is explained, can be used.
- This alternative method replaces that in FIG. 1 described means 3, 4, 5 and 10, uses the signal the combustion process (2) and provides a signal s8.3 that processed according to the invention in the same way as signal s3 becomes.
- an ion current is advantageously selected in the selection unit (8.1) from a plurality of different cylinders.
- This ion current signal is measured using means (8.2) before it experiences the offset correction and masking of the ignition spark according to the invention in means (8.3).
- the masking of the ignition spark and the offset correction are illustrated in FIG. 6.
- the means (8.3.5) are used to switch to a constant value previously defined according to the invention, which does not allow a jump in the signal (s8.3).
- a new offset value is first formed with the means (8.3.1) and (8.3.2), which is subtracted from the original signal from means (8.2) with means (8.3.4).
- the determination of the offset value is completed according to the invention before the ignition spark is visible in the ion current signal.
- the signal from the combustion process (2) can be cleaned up with an adapted filter (8.3.1) as an example.
- the means (8.3.5) are used to switch back to the output of the means (8.3.4).
- the determined value from means (8.3.1) is held in the sample and hold circuit (8.3.2) until the next switching of means (8.3.5) and (8.1), so that according to means (8.3.5) an offset value-adjusted and interference-adjusted according to the invention Signal (s8.3) is available for further processing in means (6).
- a control unit 8.4 is required for the timing of means 1, 8.1, 8.2 and 8.3.
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Description
und wobei
jeweils ein Integrator der Vergleichseinrichtung (10) vorgeschaltet ist, der das Ionenstrom des gezündeten und des nicht gezündeten Zylinders innerhälb eines Meßfensters aufintegriert.
Wird an zwei voneinander isoliert in das Gas hineinragenden Elektroden eine Spannung angelegt, kann ein Strom gemessen werden. Dieser wird nachfolgend als Ionenstrom bezeichnet.
Für die Signalauswertung bietet sich eine rechnergestützte Weiterverarbeitung an. Für die Umsetzung des zeit- und wertekontinuierlichen Ionenstromsignals (s3) in eine digitale Signalfolge (s4) kann eine Einheit (6) aus Antialiasing-Filter (6.1) und Analog/Digital-Umsetzer (6.2) verwendet werden. Aus der digitalen Signalfolge (s4) extrahiert ein Merkmalsbildner (7) zylinderindividuelle Merkmalsvektoren (s5). Auf der Basis dieser Merkmalsvektoren (s5) findet im nachfolgenden Klassifikator (8) die Erkennung von Verbrennungsaussetzern statt.
Für die zeitliche Ansteuerung der Zündung (1) sowie des erfindungsgemäßen Mittels (4) zur Offsetkorrektur und Maskierung wird eine Steuereinheit (10) benötigt.
In Figur 3 ist das anschließende Signalmultiplexing (5) dargestellt. Aufgrund der besonderen Eigenschaft der zylinderindividuellen Signale nach Art von (s2) können die Signale von mehreren Zylindern vorteilhafterweise in Form eines zeitlichen Multiplexings zu einem gemeinsamen Signal (s3) zusammengefaßt werden. Dabei ist aufgrund der in (4) erfolgten Meßfenstermaskierung eine gegenseitige Beeinflussung der gemultiplexten Signale ausgeschlossen.. Dadurch läßt sich der Ressourcenaufwand für die Signalübertragung und die anschließende Digitalisierung stark verringern.
Vor dem Analog/Digital-Umsetzer (6.2) kann vorteilhafterweise noch ein Antialiasing-Filter (6.1) in den Signalweg geschalten werden. Durch entsprechende Ausgestaltung dieses Filters besteht ferner die Möglichkeit das Signal (s3) speziell an niedere Abtastraten anzupassen. Am Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers (6.2) steht eine diskrete Signalfolge (s4) zur Verfügung.
Zuerst erfolgt mit Hilfe eines Mittels (7.1) die Aufspaltung des kontinuierlichen Datenstroms (s4) in die zylinderindividuellen Anteile. In einfachster Ausführung kann anschließend für jeden zylinderindividuellen Verbrennungszyklus ein zweidimensionaler Merkmalsvektor, bestehend aus dem Ionenstrommaximalwert und dem Kurzzeitintegral über das Ionenstrommeßfenster, gebildet werden.
Bevor das Mittel (8.1) die Auswahl der Ionenströme verändert, wird mit Mittel (8.3.5) auf einen zuvor erfindungsgemäß festgelegten, konstanten Wert umgeschaltet, welcher keinen Sprung im Signal (s8.3) zuläßt. Während dieser Maskierung wird zunächst ein neuer Offsetwert mit den Mitteln (8.3.1) und (8.3.2) gebildet, der mit Mittel (8.3.4) von dem ursprünglichen Signal aus Mittel (8.2) abgezogen wird. Die Bestimmung des Offsetwertes ist erfindungsgemäß abgeschlossen, bevor im Ionenstromsignal der Zündfunke sichtbar wird. Die Störbereinigung des Signals aus dem Verbrennungsprozeß (2) kann beispielhaft mit einem angepaßten Filter (8.3.1) erfolgen. Ist im Anschluß daran der Einfluß des Zündfunkens auf das Ionenstromsignal zu Ende, wird mit Mittel (8.3.5) auf den Ausgang des Mittels (8.3.4) zurückgeschalten. In der Abtasthalteschaltung (8.3.2) wird der ermittelte Wert aus Mittel (8.3.1) bis zum nächsten Umschalten der Mittel (8.3.5) und (8.1) gehalten, so daß nach Mittel (8.3.5) ein erfindungsgemäß offsetwertbereinigtes und störbereinigtes Signal (s8.3) zur weiteren Verarbeitung in Mittel (6) vorliegt. Für die zeitliche Ansteuerung der Mittel 1, 8.1, 8.2 und 8.3 wird eine Steuereinheit 8.4 benötigt.
Claims (20)
- Verfahren zur Verarbeitung von Ionenstromsignalen einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder,bei dem durch eine Offsetkorrektur und eine Maskierung ein 2. Signal gebildet wird,wobei die Offsetkorrektur erfolgt indem durch Messung des Ionenstromsignals in dem Zylinder vor jedem Zündvorgang der Pegel des Ionenstromsignals des Zylinders erfasst und daraus ein Offsetwert ermittelt wird und bis zum nächsten Zündvorgang vom Ionenstromsignal der Offsetwert subtrahiert wird,wobei die Maskierung erfolgt indem das Ionenstromsignal während eines Zündvorgangs durch den Offsetwert ersetzt wird.
- Verfahren zur Verarbeitung von Ionenstromsignalen einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder,bei dem durch eine Offsetkorrektur und eine Maskierung ein 2. Signal gebildet wird,wobei die Offsetkorrektur erfolgt indem vor einem Zündvorgang der Pegel des Ionenstromsignals des Zylinders erfasst und daraus ein Offsetwert ermittelt wird der vom ursprünglichen Ionenstromsignal abgezogen wird,wobei die Maskierung erfolgt indem während eines Zündvorgangs und der davor erfolgenden Ermittlung des Offsetwerts das Ionenstromsignal durch einen zuvor festgelegten konstanten Wert ersetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder vorgesehen sind, dass aus den 2. Signalen der mehreren Zylinder der Brennkraftmaschine ein 3. Signal gebildet wird, indem in Fall des Anspruchs 1 nach der Offsetkorrektur und Maskierung die 2. Signale durch einen Multiplexer zusammengefasst und im Fall des Anspruchs 2 vor der Offsetkorrektur und Maskierung die Ionenstromsignale der verschiedenen Zylinder durch eine Auswahleinheit ausgewählt werden.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das so aufbereitete 3. Signal mittels eines Verfahrens zur Klopferkennung weiterverarbeitet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Offsetwerte durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten zur Diagnose des Zündsystems und des Kerzenzustandes (Kerzenverschmutzung) verwendet werden.
- Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kurzzeitintegration des 3. Signals innerhalb von den einzelnen Zylindern zugeordneten Messfenstern ein 1. Merkmal entsteht, welches durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten eine Aussetzererkennung ermöglicht
- Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Maximalwertauswertung des 3. Signals innerhalb von den einzelnen Zylindern zugeordneten Messfenstern ein 2. Merkmal entsteht, welches durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten eine Aussetzererkennung ermöglicht.
- Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. und 2. Merkmal in einem zweidimensionalen Merkmalsraum zur Erkennung von Aussetzern verwendet werden.
- Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 3. Signal einer Tiefpassfilterung und Analog-Digitalwandlung unterzogen wird und in einem geeigneten Mikrorechner als Grundlage weiterer Motorsteuerungsfunktionen verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussetzererkennung nach einer Digitalisierung im Mikrorechner durchgeführt wird.
- Vorrichtung zur Verarbeitung von Ionenstromsignalen einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder,bei dem durch eine Offsetkorrektur und eine Maskierung ein 2. Signal gebildet wird,wobei die Offsetkorrektur erfolgt indem durch Messung des Ionenstromsignals in dem Zylinder vor jedem Zündvorgang der Pegel des Ionenstromsignals des Zylinders erfasst und daraus ein Offsetwert ermittelt wird und bis zum nächsten Zündvorgang vom Ionenstromsignal der Offsetwert subtrahiert wird,wobei die Maskierung erfolgt indem das Ionenstromsignal während eines Zündvorgangs durch den Offsetwert ersetzt wird.
- Vorrichtung zur Verarbeitung von Ionenstromsignalen einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder,bei dem durch eine Offsetkorrektur und eine Maskierung ein 2. Signal gebildet wird,wobei die Offsetkorrektur erfolgt indem vor einem Zündvorgang der Pegel des Ionenstromsignals des Zylinders erfasst und daraus ein Offsetwert ermittelt wird der vom ursprünglichen Ionenstromsignal abgezogen wird,wobei die Maskierung erfolgt indem während eines Zündvorgangs und der davor erfolgenden Ermittlung des Offsetwerts das Ionenstromsignal durch einen zuvor festgelegten konstanten Wert ersetzt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder vorgesehen sind, dass aus den 2. Signalen der mehreren Zylinder der Brennkraftmaschine ein 3. Signal gebildet wird, indem in Fall des Anspruchs 11 nach der Offsetkorrektur und Maskierung die 2. Signale durch einen Multiplexer zusammengefasst und im Fall des Anspruchs 12 vor der Offsetkorrektur und Maskierung die Ionenstromsignale der verschiedenen Zylinder durch eine Auswahleinheit ausgewählt werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das so aufbereitete 3. Signal mittels eines Verfahrens zur Klopferkennung weiterverarbeitet wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Offsetwerte durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten zur Diagnose des Zündsystems und des Kerzenzustandes (Kerzenverschmutzung) verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kurzzeitintegration des 3. Signals innerhalb von den einzelnen Zylindern zugeordneten Messfenstern ein 1. Merkmal entsteht, welches durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten eine Aussetzererkennung ermöglicht
- Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch Maximalwertauswertung des 3. Signals innerhalb von den einzelnen Zylindern zugeordneten Messfenstern ein 2. Merkmal entsteht, welches durch Vergleich mit festen oder betriebszustandsabhängigen Schwellwerten eine Aussetzererkennung ermöglicht.
- Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. und 2. Merkmal in einem zweidimensionalen Merkmalsraum zur Erkennung von Aussetzern verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das 3. Signal einer Tiefpassfilterung und Analog-Digitalwandlung unterzogen wird und in einem geeigneten Mikrorechner als Grundlage weiterer Motorsteuerungsfunktionen verwendet wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussetzererkennung nach einer Digitalisierung im Mikrorechner durchgeführt wird.
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