EP1034416A2 - Verfahren zur auswertung des brennraumdruckverlaufs - Google Patents

Verfahren zur auswertung des brennraumdruckverlaufs

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EP1034416A2
EP1034416A2 EP98958153A EP98958153A EP1034416A2 EP 1034416 A2 EP1034416 A2 EP 1034416A2 EP 98958153 A EP98958153 A EP 98958153A EP 98958153 A EP98958153 A EP 98958153A EP 1034416 A2 EP1034416 A2 EP 1034416A2
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EP
European Patent Office
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pressure
over several
several cycles
engine
curve
Prior art date
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EP98958153A
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EP1034416B1 (de
EP1034416B2 (de
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Klaus Walter
Holger Bellmann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation

Definitions

  • the invention is based on a method for evaluating the course of the combustion chamber pressure in internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • a combustion chamber pressure sensor is usually assigned to each cylinder of the internal combustion engine.
  • a crankshaft sensor is used that delivers an output signal that is representative of the crankshaft position. Both signals are evaluated together in the control unit of the internal combustion engine.
  • a camshaft sensor is no longer required, since the crank and camshaft position can be synchronized, especially after starting, by linking the combustion chamber pressure curve and the crankshaft sensor signal.
  • the cylinder detection and the detection of the crankshaft revolution of a combustion cycle of the internal combustion engine is carried out in the known method, for example by evaluating and differentiating the pressure increase in a specific cylinder, between pressure increase in the compression stroke and pressure increase when combustion has taken place. Since these values are different, it can be determined in which crankshaft revolution the internal combustion engine is located. Based on this knowledge, control signals for the internal combustion engine can be generated.
  • Combustion chamber pressure curve for recognizing the valve control times that is to say for recognizing whether the exhaust valve opens, whether the exhaust valve closes, whether the intake valve opens or whether the intake valve closes, has not been carried out.
  • the method according to the invention with the features of the main claim has the advantage that an exact analysis of the combustion chamber pressure curve is carried out so that the valve timing with respect to the crankshaft position can be determined. For this purpose, characteristic events are evaluated, from which certain valve timing can be clearly identified. For the valve control times outlet opens, outlet closes, inlet opens, inlet closes, characteristic pressure curves result which, according to the invention, are advantageously extracted from the combustion chamber pressure curve. Further advantages of the invention are achieved by the measures specified in the subclaims. It is particularly advantageous that different valve timing can be determined by recognizing the various associated characteristic events.
  • Valve control times can also be recognized by a similar evaluation of the combustion chamber pressure curve. A comparison with stored characteristic values typical of internal combustion engines enables engine-specific determinations of valve timing.
  • Further processing of the combustion chamber pressure signal before further evaluation advantageously enables further valve timing determinations.
  • additional operating conditions of the internal combustion engine such as taking into account the occurrence of knocking combustion and the resulting additional signal processing, for example averaging, can advantageously also determine valve timing when difficult conditions or operating states of the internal combustion engine occur.
  • Figure 1 shows a known device for detecting the
  • FIG. Figure 2 shows a characteristic combustion chamber pressure curve over the crankshaft angle.
  • Figure 3 is a flow diagram of an inventive Shown evaluation method and Figures 4, 5 and 6 show different relationships between combustion chamber pressure, combustion chamber volume and crankshaft angle.
  • crankshaft sensor 18 which emits an output signal S1 which is characteristic of the crankshaft position ⁇ .
  • Both the output signals of the cylinder pressure sensors 14, 15, 16 and 17 and the output signal of the crankshaft sensor 18 are fed to the control unit 19 of the internal combustion engine, which processes these signals. Further signals (e.g. a temperature T, a load L, etc.) can be fed to the control unit via inputs 20, which signals can also be further processed in the control unit.
  • Further signals e.g. a temperature T, a load L, etc.
  • the control unit 19 comprises a multiplexer 21, via which the output signal of the cylinder pressure sensors can optionally be led to an analog / digital converter 22.
  • the switchover of the multiplexer 11 is dependent on the crankshaft angle and is triggered by the control unit 19 by means of appropriate controls.
  • the actual evaluation of the signals takes place in a microprocessor 23 of the control device 19, which can output control signals S2 and S3 to various components of the internal combustion engine, for example ignition or injection signals, via an output unit 23a depending on the quantities determined.
  • the signal processing takes place in the microprocessor 23 of the control device 19, by means of which the valve control times can be deduced or the valve control times can be determined.
  • FIG. 3 shows an evaluation scheme in which the pressure is calculated from the sensor signal in step SCHI.
  • the crankshaft angle ⁇ is read in step SCH2, so that the reference P ( ⁇ ) is present in step SCH3.
  • the pressure curve is evaluated in step SCH4, possibly taking into account stored data, and in step SCH5 the relevant valve control unit is inferred.
  • the cylinder of an internal combustion engine for example that
  • Cylinder 10 (Fig. La), the fuel air mixture is supplied by opening the inlet valve 24.
  • the fuel is injected from the injection valve 25 upstream of the inlet valve 24 into the intake manifold 26 and ignited via the spark plug 27 and the spark plug 27.
  • the gas generated in the cylinder can be discharged via an outlet valve 28.
  • the intake valve and the exhaust valve are actuated in a known manner with the aid of the camshaft or camshafts, not shown.
  • the camshaft or the camshafts are driven in a known manner by the crankshaft.
  • the position of the camshaft or camshafts in relation to the crankshaft can be changed by the control unit 19 as a function of the speed by means of corresponding control signals S3.
  • the assignment between camshaft position and crankshaft position can be determined.
  • the course of the combustion chamber pressure Pl of the cylinder 10 is plotted against the crankshaft angle ⁇ .
  • the cylinder pressure reaches two maximum values that are one working cycle or 720 ° KW apart.
  • the maximum of the combustion chamber pressure is higher in the area in which combustion takes place than in the area in which only compression occurs. In the example according to FIG. 2, combustion takes place in phase Ve. Only a compression occurs in phase Ko.
  • the combustion chamber pressure curve shown schematically in FIG. 2 is evaluated according to the invention according to various criteria in order to infer events that are characteristic of the camshaft position in relation to the crankshaft position and thus of the valve seat control times.
  • Such an event can be, for example, the crankshaft position at which the intake valve closes.
  • Other valve control times are the control times outlet opens, inlet opens, outlet closes.
  • the expansion line of the combustion chamber pressure curve can be evaluated to detect the valve control time "exhaust opening".
  • exhaust opening As long as the exhaust valve is closed, the processes in the cylinder are a thermodynamically closed system, so that the processes can be calculated according to thermodynamic laws. With increasing volume a decrease in pressure occurs, which occurs similar to a polytropic expansion, it is characteristic that the magnitude of the pressure gradient decreases with increasing volume.
  • the outlet valve When the outlet valve is opened, gas flows out of the cylinder due to the pressure, which is still higher than the environment. This increases the amount of the pressure gradient.
  • the evaluation of the pressure gradient for the outlet opening that has taken place can thus be used as a characteristic or characteristic behavior of the pressure curve.
  • the pressure gradient exhibits a behavior which is characterized by a decreasing decrease and a sudden increase in the amount of the pressure gradient, it can be concluded that the outlet opening has taken place.
  • the evaluation can be carried out mathematically, for example by checking a sign change in the second derivative of the pressure according to the volume. If such a change of sign occurs in the second derivative of the pressure after the crank angle, it can be concluded that the outlet has been opened.
  • FIG. 4 which shows the relationship between pressure P and volume V between top dead center OT and bottom dead center UT, point AI would indicate the outlet opening that has taken place. At this point it applies that the second derivative of the pressure after the volume d 2 P has a change of sign. This also applies to the dv d 2 P relationship da 2
  • Valve control time "intake closes", however, shifts when the intake valve closes.
  • a setpoint for the position of point A2 can therefore be applied depending on the load and engine speed become.
  • the deviation of the actual value of point A2 from the target value is then used for diagnosis.
  • the engine-specific data can be recorded, for example, in a test bench before commissioning.
  • the data obtained in this way are stored in memories of, for example, the control unit, which can access this data at any time.
  • the evaluation of the combustion chamber pressure curve is not only limited to the pressure-volume relationship, but an evaluation based on the pressure crank angle relationship is also possible.
  • Corresponding conclusions can be drawn by evaluating the position of points A3 and A4 according to FIG. 6, the combustion chamber pressure P is plotted against the crankshaft angle ⁇ .
  • Evaluation of the combustion chamber pressure curve can also be carried out alternatively by comparison with the ambient pressure. For example, to detect the valve timing "intake valve closes intake valve” the volume or the crankshaft angle at which the Compression pressure is equal to the ambient pressure. In this case, point A3 is used as the intersection of the
  • the combustion chamber pressure curve can also be evaluated on the basis of a fixed pressure value. In this case, however, special diagnostic strategies are required which prevent incorrect diagnosis due to a strong change in the ambient pressure, for example when driving at high altitude. If the control device detects such a high travel, for example in connection with other evaluations for regulating the internal combustion engine, the detection of valve timing can be prevented at least temporarily.
  • valve timing is changed, for example by a corresponding change in the camshaft positions, this also leads to a change in the course of the combustion chamber pressure during the compression phase, during the combustion phase and during the expansion phase.
  • the valve timing is changed by changing the camshaft position so that the residual gas content of the cylinder charge changes in a characteristic manner. A higher one
  • Residual gas content which can be caused, for example, by late closing of the exhaust valve or early opening of the intake valve, in each case based on the crankshaft angle, increases both the absolute pressure and the pressure gradient during the compression phase, assuming the same Fresh air mass supply. Assuming the same ignition point, the combustion will start late, with the corresponding effects on the characteristic values describing the combustion and the expansion.
  • various engine-specific parameters or maps are stored in the memory of the control unit, these parameters or maps can be accessed at any time.
  • a comparison with the measured cylinder pressure curve when knowledge of the engine-specific relationships, for example also with determined mathematical relationships, reveals which of the valve timing are available. Characteristic values can be adapted during engine operation. The current valve timing can also be deduced from the adapted characteristic values.
  • Evaluation options are possible at any time. Furthermore, it is possible both when evaluating the pressure gradients and when evaluating the pressure maximum, the position of the pressure maximum and generally when evaluating individual ones
  • Pressure profiles first of all form an average, for example over several engine cycles and to examine the average values of the combustion chamber pressure profile for variables characterizing specific valve timing. Again, engine-specific and to consider relationships or mathematical relationships stored as a map or characteristic curve. To detect at least one of the valve control times “outlet opens”, “outlet closes”, “inlet closes” or “inlet opens”, a defined combustion chamber pressure integral or a
  • Differential combustion chamber pressure are formed integrally, the integration limits are to be chosen appropriately and in particular are set so that phases typical of valve timing are combined.
  • a further possibility for detecting the valve timing is to derive characteristic quantities for certain valve timing from the occurrence of vibrations in the combustion chamber pressure curve as a result of knocking combustion or from the need for countermeasures to avoid knocking combustion, which in turn are taken due to pressure fluctuations in the combustion chamber pressure curve. An additional averaging can be carried out.
  • the invention can be used in internal combustion engines with any number of cylinders, the number of cylinder pressure sensors corresponding, for example, to the number of cylinders or half the number.
  • the number of cylinder pressure sensors corresponding, for example, to the number of cylinders or half the number.
  • At least one sensor can be used. Knock sensors or any combustion sequence sensors from whose output signal for valve timing characteristic characteristics can be obtained can also be used as sensors.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Auswertung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem das Ausgangssignal weingstens eines Zylinderdrucksensors sowie eines Kurbelwellenwinkelsensors vom Steuergerät der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Durch Analyse des Brennraumdruckverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel werden für bestimmte Ventilsteuerzeiten charakteristische Druckverläufe erhalten. Aus diesen kennzeichnenden Druckverläufen lässt sich auf die Ventilsteuerzeiten "Auslass öffnet", "Auslass schliesst", "Einlass öffnet", "Einlass schliesst" bezogen auf den Kurbelwellenwinkel schliessen.

Description

Verfahren zur Auswertung des Brennraumdruckverlaufs
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Auswertung des Brennraumdruckverlaufs bei Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es ist bekannt, den Verlauf des Brennraumdrucks in den Zylindern einer Brennkraftmaschine mit Hilfe geeigneter Sensoren zu ermitteln und aus diesem Verlauf
Betriebszustände der Brennkraftmaschine zu erkennen und Ansteuersignale zur Steuerung der Brennkraftmaschine zu gewinnen. Dabei ist üblicherweise jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Brennraumdrucksensor zugeordnet. Zusätzlich wird ein Kurbelwellensensor eingesetzt, der ein Ausgangssignal liefert, das repräsentativ ist für die Kurbelwellenstellung. Beide Signale werden gemeinsam im Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgewertet . Ein Nockenwellensensor wird dabei nicht mehr benötigt, da die Synchronisation von Kurbel- und Nockenwellenstellung insbesonders nach dem Start aus der Verknüpfung des Brennraumdruckverlaufs und des Kurbelwellensensorsignals möglich ist. Ein Verfahren, bei dem der Brennraumdruckverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung ausgewertet wird, zur Zylindererkennung und zur Erzeugung von für die Zündung erforderlichen Signalen ist aus der DE OS 44 05 015 bekannt. Die Zylindererkennung und die Erkennung, in welcher Kurbelwellenumdrehung eines Verbrennungszyklusses sich die Brennkraftmaschine befindet, wird bei dem bekannten Verfahren durchgeführt, indem beispielsweise der Druckanstieg in einem bestimmten Zylinder ausgewertet wird und unterschieden wird, zwischen Druckanstieg im Kompressionshub und Druckanstieg bei erfolgter Verbrennung. Da diese Werte unterschiedlich sind, läßt sich feststellen, in welcher Kurbelwellenumdrehung sich die Brennkraftmaschine befindet. Ausgehend von dieser Erkenntnis können Steuersignale für die Brennkraftmaschine erzeugt werden.
Bei dem bekannten Verfahren wird eine Auswertung des
Brennraumdruckverlaufs zur Erkennung der Ventilsteuerzeiten, also zur Erkennung, ob das Auslaßventil sich öffnet, ob das Auslaßventil schließt, ob das Einlaßventil öffnet oder ob das Einlaßventil sich schließt, nicht durchgeführt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine genaue Analyse des Brennraumdruckverlaufs durchgeführt wird, so daß die Ventilsteuerzeiten in Bezug auf die Kurbelwellenstellung ermittelbar sind. Dazu werden kennzeichnende Ereignisse ausgewertet, aus denen eindeutig bestimmte Ventilsteuerzeiten erkannt werden können. Für die Ventilsteuerzeiten Auslaß öffnet, Auslaß schließt, Einlaß öffnet, Einlaß schließt, ergeben sich charakteristische Druckverläufe, die erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise aus dem Brennraumdruckverlauf extrahiert werden. Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß verschiedene Ventilsteuerzeiten durch Erkennung der verschiedenen zugehörigen kennzeichnenden Ereignisse ermittelbar sind. Einige
Ventilsteuerzeiten können auch durch eine gleichartige Auswertung des Brennraumdruckverlaufs erkannt werden. Ein Vergleich mit brennkraftmaschinentypischen abgespeicherten Kenngrößen ermöglicht motorspezifische Bestimmungen von Ventilsteuerzeiten.
Eine Weiterverarbeitung des Brennraumdrucksignales vor der weiteren Auswertung, also beispielsweise eine Differentiation oder eine Integration des Brennraumdruckverlaufs ermöglicht in vorteilhafter Weise weitere Ventilsteuerzeitermittlungen. Die Berücksichtigung zusätzlicher Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wie beispielsweise die Berücksichtigung des Auftretens von klopfender Verbrennung und die daraus folgende zusätzliche Signalverarbeitung, beispielsweise eine Mittelwertbildung, lassen in vorteilhafter Weise auch dann noch Ventilsteuerzeiten ermitteln, wenn schwierige Bedingungen bzw. Betriebszustände der Brennkraftmaschine auftreten.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Im einzelnen zeigt Figur 1 eine an sich schon bekannte Einrichtung zur Erfassung des
Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine. In Figur la sind relevante Teile der Brennkraftmaschine dargestellt. Figur 2 zeigt einen charakteristischen Brennraumdruckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel. In Figur 3 ist ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens dargestellt und die Figuren 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Zusammenhänge zwischen Brennraumdruck, Brennraumvolumen und Kurbelwellenwinkel.
In Figur 1 sind die wesentlichsten Bestandteile einer Einrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei sind in den Zylindern 10, 11, 12 und 13 einer
Vierzylinderbrennkraftmaschine jeweils Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 angeordnet, die die Druckverläufe Pl, P2 , P3 und P4 ermitteln. Zusätzlich ist ein Kurbelwellensensor 18 vorhanden, der ein für die Kurbelwellenstellung α charakteristisches Ausgangssignal Sl abgibt .
Sowohl die Ausgangssignale der Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 als auch das Ausgangssignal des Kurbelwellensensors 18 werden dem Steuergerät 19 der Brennkraftmaschine zugeführt, das diese Signale verarbeitet. Über Eingänge 20 können dem Steuergerät weitere Signale (z.B. eine Temperatur T, eine Last L usw. ) zugeführt werden, die im Steuergerät ebenfalls weiterverarbeitet werden können .
Das Steuergerät 19 umfaßt einen Multiplexer 21, über den wahlweise das Ausgangssignal der Zylinderdrucksensoren zu einem Analog/Digitalwandler 22 geführt werden. Die Umschaltung des Multiplexers 11 erfolgt kurbelwellenwinkelabhängig und wird durch entsprechende Ansteuerungen vom Steuergerät 19 ausgelöst. Die eigentliche Auswertung der Signale erfolgt in einem Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19, der über eine Ausgabeeinheit 23a in Abhängigkeit von den ermittelten Größen Steuersignale S2 und S3 an verschiedene Komponenten der Brennkraftmaschine, beispielsweise Zünd-/ oder Einspritzsignale abgeben kann. Im Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19 erfolgt die Signalverarbeitung, anhand derer auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen werden kann, bzw. anhand derer die Ventilsteuerzeiten ermittelt werden.
In Figur 3 ist ein Auswerteschema dargestellt, bei dem jeweils im Schritt SCHI der Druck aus dem Sensorsignal berechnet wird. Im Schritt SCH2 wird der Kurbelwellenwinkel α eingelesen, sodaß im Schritt SCH3 der Bezug P(α) vorliegt. Im Schritt SCH4 wird der Druckverlauf ausgewertet, eventuell unter Berücksichtigung abgespeicherter Daten und im Schritt SCH5 wird auf die betreffende Ventilsteuereinheit geschlossen.
Dem Zylinder einer Brennkraftmaschine, beispielsweise dem
Zylinder 10 (Fig. la) wird das Kraftstoff Luftgemisch durch Öffnen des Einlaßventils 24 zugeführt. Dabei wird bekanntermaßen der Kraftstoff vom Einspritzventil 25 vor das Einlaßventil 24 in das Saugrohr 26 eingespritzt und über die Zündkerze 27 und über die Zündkerze 27 gezündet. Über ein Auslaßventil 28 kann das im Zylinder erzeugte Gas ausgelassen werden. Die Ansteuerung des Einlaßventils und des Auslaßventils erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe der nicht dargestellten Nockenwelle bzw. der Nockenwellen. Die Nockenwelle bzw. die Nockenwellen werden von der Kurbelwelle in bekannter Weise angetrieben. Die Lage der Nockenwelle bzw. der Nockenwellen bezogen auf die Kurbelwelle kann durch entsprechende Ansteuersignale S3 vom Steuergerät 19 drehzahlabhängig verändert werden. Durch die erfindungsgemäße Erfassung der Ventilsteuerzeiten in
Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel kann die Zuordnung zwischen Nockenwellenlage und Kurbelwellenlage bestimmt werden. In Figur 2 ist der Verlauf des Brennraumdruckes Pl des Zylinders 10 über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen. Der Zylinderdruck erreicht zwei Maximalwerte, die ein Arbeitsspiel oder 720°KW auseinander liegen. Das Maximum des Brennraumdrucks ist in dem Bereich, in dem eine Verbrennung stattfindet, höher als in dem Bereich, in dem ausschließlich eine Kompression auftritt. Eine Verbrennung findet im Beispiel nach Figur 2 in der Phase Ve statt. In der Phase Ko tritt lediglich eine Kompression auf.
Der in Figur 2 schematisch dargestellte Brennraumdruckverlauf wird erfindungsgemäß nach verschiedenen Kriterien ausgewertet, um daraus auf Ereignisse zu schließen, die kennzeichnend für die Nockenwellenlage in Bezug auf die Kurbelwellenlage und damit für die Ventilsitzsteuerzeiten sind. Ein solches Ereignis kann beispielsweise die Kurbelwellenlage, bei der das Einlaßventil schließt, sein. Andere Ventilsteuerzeiten sind die Steuerzeiten Auslaß öffnet, Einlaß öffnet, Auslaß schließt. Für jede Ventilsteuerzeit gibt es im Druckverlauf charakteristische bzw. kennzeichnende Merkmale, deren Auswertung im folgenden näher beschrieben wird.
Zur Detektierung der Ventilsteuerzeit „Auslaß öffnet" kann die Expansionslinie des Brennraumdruckverlaufs ausgewertet werden. Solange das Auslaßventil geschlossen ist, handelt es sich bei den Vorgängen im Zylinder um ein thermodynamisch geschlossenes System, so daß die Vorgänge nach thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten berechnet werden können. Bei zunehmendem Volumen tritt eine Druckabnahme auf, die sich ähnlich einer polytropen Expansion einstellt. Charakteristisch dafür ist, daß der Betrag des Druckgradienten mit zunehmendem Volumen abnimmt. Wird das Auslaßventil geöffnet, so strömt bedingt durch den gegenüber der Umgebung noch erhöhten Druck Gas aus dem Zylinder aus. Dadurch nimmt der Betrag des Druckgradienten zu. Als Kennzeichen bzw. charakteristisches Verhalten des Druckverlaufs kann somit die Auswertung des Druckgradienten für die erfolgte Auslaßöffnung herangezogen werden. Weist der Druckgradient ein Verhalten auf, das sich auszeichnet durch eine geringerwerdende Abnahme und eine plötzliche Vergrößerung des Betrages des Druckgradienten, kann auf die erfolgte Auslaßöffnung geschlossen werden. Mathematisch kann die Auswertung erfolgen, indem beispielsweise ein Vorzeichenwechsel in der zweiten Ableitung des Drucks nach dem Volumen abgeprüft wird. Tritt ein solcher Vorzeichenwechsel in der zweiten Ableitung des Drucks nach dem Kurbelwinkel auf, kann auf eine erfolgte Auslaßöffnung geschlossen werden. In Figur 4, die den Zusammenhang zwischen Druck P und Volumen V zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT wiedergibt, würde der Punkt AI die erfolgte Auslaßöffnung bezeichnen. An dieser Stelle gilt, daß die zweite Ableitung des Drucks nach dem Volumen d2P einen Vorzeichenwechsel aufweist. Dies gilt auch für den dv d2P Zusammenhang da2
Zur Detektierung der Ventilsteuerzeit „Einlaß schließt" wird das Volumen bzw. der Kurbelwinkel detektiert, an dem die Kompressionslinie ein bekanntes, festes Niveau durchläuft. Im einfachsten Fall wird dieses Vergleichsniveau aus dem Druckverlauf während des Ausschiebens gewonnen. Die Lage des Schnittpunkts A2 zwischen Kompressionsdruckverlauf und Druckverlauf während des Ausschiebens im Kurbelwinkelmuster bzw. im Volumenverlauf läßt sich Figur 5 entnehmen. Sie ist zwar kein direktes Maß für die
Ventilsteuerzeit „Einlaß schließt" , verschiebt sich jedoch bei einer Änderung des Schließens des Einlaßventils. Somit kann ein Sollwert für die Lage des Punktes A2 in Abhängigkeit von Last und Drehzahl motorabhängig appliziert werden. Zur Diagnose wird dann die Abweichung des Istwertes des Punktes A2 vom Sollwert herangezogen. Die Aufnahme der motorspezifischen Daten kann vor einer Inbetriebnahme beispielsweise in einem Prüfstand erfolgen. Die dabei gewonnen Daten werden in Speichern beispielsweise des Steuergerätes abgelegt, das jederzeit auf diese Daten zurückgreifen kann.
Die Auswertung des Brennraumdruckverlaufs ist nicht nur auf den Druck-Volumen-Zusammenhang beschränkt, sondern es ist auch eine Auswertung anhand des Druck-Kurbelwinkel - Zusammenhangs möglich. Durch Auswertung der Lage der Punkte A3 und A4 nach Figur 6 lassen sich entsprechende Rückschlüsse ziehen. In Figur 6 ist im übrigen der Brennraumdruck P über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen. Zusätzlich sind die Lastwechsel OT-Punkte LWOT, ein Zünd-OT- Punkt ZOT, untere Totpunkte UT sowie Winkeln α3 , ß3 sowie α4 , ß4 eingetragen, wobei der Winkel α3 bzw. α4 jeweils den Abstand zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem Punkt A3 bzw. A4 definiert, der Winkel ß3 den Abstand zwischen A3 und ZOT und der Winkel ß4 den Abstand zwischen A4 und LWOT definiert. Wenn der Druck an der Stelle A3 gleich dem Druck an der Stelle A4 ist, gilt für die Winkel α3=α4 und ß3=ß4.
Falls eine Auswertung des Brennraumdruckverlaufs während des Ausschiebens der im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase nicht möglich ist, beispielsweise wenn der Brennraumdrucksensor infolge der hohen Verbrennungstemperatur durch thermoschockbedingte Kurzzeitdrift nur ungenaue Signale liefert, kann die
Auswertung des Brennraumdruckverlaufs auch ersatzweise durch Vergleich mit dem Umgebungsdruck durchgeführt werden. Beispielsweise kann zur Erkennung der Ventilsteuerzeit „Einlaßventil schließt Einlaßventil" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert werden, bei dem der Kompressionsdruck gleich dem Umgebungsdruck ist. In diesem Fall wird der Punkt A3 als Schnittpunkt des
Kompressionsdruckverlaufs mit dem Umgebungsdruck definiert. Damit wird jedoch eine Nullniveaukorrektur des Druckverlaufs notwendig, dies erhöht den Rechenaufwand und kann unter Umständen zu Fehlmessungen führen.
Falls Meßwerte des Umgebungsdrucks nicht zur Verfügung stehen oder falls es keinen Schnittpunkt zwischen dem Umgebungsdruck und der Kompressionslinie gibt, beispielsweise ist dies bei aufgeladenen Motoren der Fall, kann eine Auswertung des Brennraumdruckverlaufs auch noch anhand eines Druckfestwertes erfolgen. In diesem Fall sind jedoch spezielle Diagnosestrategien erforderlich, die eine Fehldiagnose bedingt durch eine starke Änderung des Umgebungsdrucks , beispielsweise bei einer Höhenfahrt verhindert. Falls vom Steuergerät eine solche Höhenfahrt, beispielsweise im Zusammenhang mit anderen Auswertungen zur Regelung der Brennkraftmaschine erkannt wird, kann eine Erkennung von Ventilsteuerzeiten zumindest zeitweise unterbunden werden.
Werden Ventilsteuerzeiten verändert, beispielsweise durch entsprechende Veränderung der Nockenwellenstellungen, führt dies auch zu einer Änderung des Brennraumdruckverlaufs während der Kompressionsphase, während der Verbrennungsphase und während der Expansionsphase. Beispielsweise werden durch Veränderung der Nockenwellenstellung die Ventilsteuerzeiten so verändert, daß sich der Restgasgehalt der Zylinderladung in charakteristische Weise ändert. Ein höherer
Restgasgehalt, der beispielsweise durch spätes Schließen des Auslaßventils oder frühes Öffnen des Einlaßventils, jeweils bezogen auf den Kurbelwellenwinkel, bedingt sein kann, erhöht sowohl den Absolutdruck als auch den Druckgradienten während der Kompressionsphase bei angenommener gleicher Frischluftmassenzufuhr. Bei angenommenem gleichen Zündzeitpunkt wird die Verbrennung verspätet beginnen, mit den entsprechenden Auswirkungen auf die die Verbrennung und die Expansion beschreibenden Kennwerte. Sind verschiedene motorspezifische Kennwerte bzw. Kennfelder in Speichern des Steuergerätes abgelegt, kann jederzeit auf diese Kennwerte bzw. Kennfelder zurückgegriffen werden. Ein Vergleich mit dem gemessenen Zylinderdruckverlauf ergibt bei Kenntnis der motorspezifisch vorhandenen Zusammenhänge, beispielsweise auch mit ermittelten mathematischen Zusammenhängen, ein Rückschließen, welche der Ventilsteuerzeiten vorliegen. Während des Motorbetriebs können Kennwerte adaptiert werden. Aus den adaptierten Kennwerten läßt sich ebenfalls auf die aktuellen Ventilsteuerzeiten rückschließen. Auch die Streuung der die Verbrennung kennzeichnenden Größen von
Zyklus zu Zyklus bei fremdgezündeten Motoren mit steigendem Restgasgehalt zunimmt, läßt sich eine weitere Auswertemöglichkeit für den Verbrennungsdruckverlauf darstellen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, aus der Streuung der Kennwerte über motorspezifisch ermittelte
Kennfelder bzw. Kennlinien, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder während des Motorbetriebs adaptierte Kennwerte auf die Ventilsteuerzeiten rückzuschließen.
Eine Kombination der vorstehend erwähnten
Auswertemöglichkeiten ist jederzeit möglich. Weiterhin ist es möglich, sowohl bei der Auswertung der Druckgradienten als auch bei der Auswertung des Druckmaximums, der Lage des Druckmaximums sowie generell bei der Auswertung einzelner
Druckverläufe zunächst eine Mittelwertbildung, beispielsweise über mehrere Motorzyklen durchzuführen und die Mittelwerte des Brennraumdruckverlaufs auf bestimmte Ventilsteuerzeiten kennzeichnende Größen zu untersuchen. Dabei sind wiederum jeweils motorspezifisch ermittelte und als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Zusammenhänge oder mathematische Zusammenhänge zu berücksichtigen. Zur Detektierung wenigstens einer der Ventilsteuerzeiten „Auslaß öffnet" , „Auslaß schließt" , „Einlaß schließt" oder „Einlaß öffnet" kann auch zunächst ein definiertes Brennraumdruckintegral oder ein
Differenzbrennraumdruckintegral gebildet werden, wobei die Integrationsgrenzen geeignet zu wählen sind und insbesonders so gelegt werden, daß ventilsteuerzeittypische Phasen zusammengefaßt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Detektierung der Ventilsteuerzeiten besteht darin, aus dem Auftreten von Schwingungen im Brennraumdruckverlauf in Folge klopfender Verbrennung oder aus der Notwendigkeit von Gegenmaßnahmen zur Vermeidung klopfender Verbrennung, welche wiederum aufgrund von Druckschwingungen im Brennraumdruckverlauf ergriffen werden, kennzeichnende Größen für bestimmte Ventilsteuerzeiten abzuleiten. Dabei kann wiederum eine zusätzliche Mittelwertbildung durchgeführt werden.
Die Erfindung läßt sich bei Brennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl einsetzen, wobei die zahl der Zylinderdrucksensoren beispielsweise der Zahl der Zylinder oder der halben Zahl entspricht. In einer vereinfachten
Version kann wenigstens ein Sensor eingesetzt werden. Als Sensoren können auch Klopfsensoren eingesetzt werden bzw. beliebige Verbrennungsablaufsensoren, aus deren Ausgangssignal für Ventilsteuerzeiten charakteristische Merkmale gewonnen werden können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Auswertung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderdrucksensor und einem Kurbelwellenwinkelsensor , der ein für die Kurbelwellenstellung repräsentatives Signal abgibt und einer Auswerteeinrichtung, der die Signale der Sensoren zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Brennraumdruckverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellenwinkelstellung auf wenigstens eine der Ventilsteuerzeiten „Auslaß öffnet" , „Auslaß schließt" , „Einlaß öffnet" , „Einlaß schließt" , in Bezug auf die Kurbelwellenwinkelstellung geschlossen wird, wobei dazu die die Ventilsteuerzeiten kennzeichnenden Ereignisse ausgewertet werden.
2. Erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ventilsteuerzeit „Auslaß öffnet" geschlossen wird, wenn die Expansionslinie des Brennraumdruckverlaufs sich so ändert, daß die Änderung des Druckgradienten mit zunehmendem Volumen oder mit zunehmendem Kurbelwellenwinkel das Vorzeichen wechselt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung „Einlaß schließt" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert wird, bei dem der Kompressionsdruck gleich dem Druck ist, der während des Ausschiebens bei gleichem Abstand vom oberen Totpunkt vorlag.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Ventilsteuerzeit „Einlaß schließt" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert wird, bei dem Kompressionsdruck gleich dem Umgebungsdruck ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Ventilsteuerzeit „Einlaß schließt" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert wird, bei dem der Kompressionsdruck gleich einem vorgebbaren festgelegten Druck ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Ventilsteuerzeiten „Auslaß schließt" , „Einlaß schließt" oder „Einlaß öffnet" das Absolutdruckniveau während der Verdichtung vor Einsetzen der Verbrennung ausgewertet wird und entweder aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf durch Vergleich mit motorspezifisch ermittelten, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegten Daten oder motorspezifisch ermittelten mathematischen Zusammenhängen oder adaptierten Umrechnungsbeiwerten auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung wenigstens einer Ventilsteuerzeit der Verbrennungsdruckgradient während der Verdichtung vor
Einsetzen der Verbrennung oder einem daraus berechneten polytropen Exponenten ausgewertet wird, wobei aus dem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen oder motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte auf die Ventilsteuerzeit geschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Absolutdruckniveau oder aus dem Druckgradienten während der Expansion vor Öffnen des Auslaßventils oder aus einem aus den Druckgradienten berechneten Polytropen- exponenten, entweder aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematischen Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte, auf die Ventilsteuerzeiten „Auslaß schließt" , „Einlaß öffnet" oder „Einlaß schließt" geschlossen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Lage des maximalen Druckanstiegs, entweder aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder als Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte auf die Ventilsteuerzeiten „Auslaß schließt" , „Einlaß öffnet" oder „Einlaß schließt" geschlossen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektierung der Ventilsteuerzeiten wenigstens eine der folgenden Größen verwendet wird:
Streuung der Lage des maximalen Druckanstiegs über mehrere Zyklen, maximal auftretender Druckgradient aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, Streuung des maximal auftretenden Druckgradienten über mehrere Zyklen,
Lage des Maximaldrucks aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, Streuung der Lage des Maximaldrucks über mehrere Zyklen,
Höhe des Maximaldrucks aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, Streuung der Lage des Maximaldrucks über mehrere Zyklen, verwendet wird, wobei zusätzlich motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte zur Bestimmung der Ventilsteuerzeiten mitberücksichtigt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer der Größen:
Streuung der Lage bestimmter Abschnitte der Energieumsetzung über mehrere Zyklen, Lage des Maximums der Energieumsetzung aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten
Druckverlauf ,
Streuung der Lage des Maximums der Energieumsetzung über mehrere Zyklen, maximaler Gradient der Energieumsetzung aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf , sowie unter Berücksichtigung motorspezifisch ermittelter, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegter Umrechnungen, motorspezifisch ermittelter mathematischer Zusammenhänge oder adaptierter Umrechnungsbeiwerte auf die
Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der folgenden Größen ausgewertet wird: Indizierte Arbeit aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, Streuung der indizierten Arbeit über mehrere Zyklen, indizierte Hochdruckarbeit aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, Streuung der indizierten Hochdruckarbeit über mehrere Zyklen, indizierte Niederdruckarbeit aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf,
Streuung der indizierten Niederdruckarbeit über mehrere Zyklen und über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumdruck über einen vorgebbaren Bereich integriert wird oder daß der Brennraumdifferenzdruck über einen vorgebbaren Bereich integriert wird, und entweder die Integrale aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf gebildet werden und über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Streuung des oder der Integrale über mehrere Zyklen auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Auftreten von Schwingungen im Brennraumdruckverlauf infolge klopfender Verbrennung oder aus der Notwendigkeit von Gegenmaßnahmen zur Vermeidung klopfender Verbrennung, die wiederum aufgrund von Druckschwingungen im Brennraumdruckverlauf ergriffen werden, entweder aus einem einzelnen Druckverlauf oder aus einem über mehrere Zyklen gemittelten Druckverlauf, über motorspezifisch ermittelte, als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Umrechnungen, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder adaptierte Umrechnungsbeiwerte auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen wird.
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