EP1132596B1 - Verfahren zur Überwachung der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

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EP1132596B1
EP1132596B1 EP20010104856 EP01104856A EP1132596B1 EP 1132596 B1 EP1132596 B1 EP 1132596B1 EP 20010104856 EP20010104856 EP 20010104856 EP 01104856 A EP01104856 A EP 01104856A EP 1132596 B1 EP1132596 B1 EP 1132596B1
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EP
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measurement
combustion
accordance
signal
determined
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EP1132596A3 (de
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Alain Wesquet
Joseph A. Engel
Magnus P. Glavmo
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Original Assignee
Delphi Technologies Inc
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Publication date
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    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring combustion in an internal combustion engine.
  • a measuring device is provided on at least one of the cylinders, which forms a sequence of measured values describing the combustion.
  • the sequence of measured values is subsequently transmitted as a measuring signal of an evaluation unit, which evaluates the course of the combustion from the measuring signal and, for example, forwards it to the further processing by the motor control.
  • an application-specific integrated circuit which is individually adapted to the respective type of internal combustion engine, as the evaluation unit, with which the measuring signal is evaluated.
  • DE 197 44 163 A1 describes a method for processing the ion current signals of internal combustion engines by offset correction.
  • the invention solves the problem by an arrangement with the features of claim 1 and in particular in that the evaluation unit has an analog-to-digital converter for digitizing the measurement signal and a microprocessor for evaluating the digitized measurement signal. Furthermore, the object is achieved by a method having the features of claim 9.
  • the analog measuring signal emitted by the measuring device is first digitized. After digitization, the measurement signal is fed into a microprocessor which evaluates the digitized measurement signal.
  • a microprocessor which evaluates the digitized measurement signal.
  • the arrangement according to the invention can be produced without much effort and can be adapted quickly to changing specifications.
  • additional information can be taken from the digitized measurement signal from the microprocessor which can be used as setpoint variables for the further engine control of the internal combustion engine.
  • a sensor which detects the conductivity of the combustion gas in the cylinder is used as the measuring device.
  • the sensor generates, based on the proportion of charged particles contained in the combustion gas, a series of measured values which describe the combustion gas's conductivity changing during the combustion.
  • it is possible to observe the formation of nitrogen oxides by evaluating the proportion of positively charged particles in the combustion gas and by detecting the proportion of negatively charged particles in the combustion gas and evaluate accordingly.
  • the evaluation unit is additionally connected to the amplifier and adjusts the amplification factor of the amplifier. In this way, a control of the gain of the measuring signal by the evaluation is possible.
  • a compensation unit between the measuring device and the evaluation unit with which measured value deviations in the measuring signal can be compensated.
  • the measuring device is contaminated by deposits from the combustion gas, whereby measured value deviations may arise in the measurement signal.
  • these measured value deviations can influence the measuring signal so that a proper evaluation of the measuring signal by the evaluation only limited possible or possibly even can be prevented.
  • the evaluation unit is enabled to evaluate a measurement signal without deviations in measured values.
  • the evaluation unit is additionally connected to the compensation unit for setting, so that a closed loop between the evaluation and the compensation unit is formed.
  • a measuring device for determining the conductivity of the combustion gas is provided on each cylinder of the internal combustion engine, which is in each case connected to a compensation unit.
  • the evaluation unit In order that the evaluation unit only detects the measuring signal of a specific measuring device for evaluation, the evaluation unit is connected to the compensation units of the measuring devices by a multiplexer unit, wherein the multiplexer unit selects the measuring device according to a control signal from the evaluation unit, which determines the conductivity of the combustion gas in each cylinder to be monitored.
  • an amplifier for amplifying the measurement signal supplied to the evaluation unit can additionally be arranged between the evaluation unit and the multiplexer unit.
  • the analog measurement signal formed from the sequence of measured values is first digitized and then fed into the microprocessor for evaluation.
  • the center of gravity is in particular the compensation of the measurement value deviation which falsifies the evaluation of the measured values.
  • the measured value deviation can be determined at a defined point in time relative to the start of the respective combustion process, for example at a predefined time interval before an injection instant, in which the fuel for the combustion process to be monitored is injected into the cylinder of the internal combustion engine, are determined.
  • the measured value deviation is determined at a defined time in relation to the beginning of a series of combustion processes to be monitored. This is particularly advantageous when the internal combustion engine is operated at high speed, so that the combustion processes taking place in the cylinder follow one another with a comparatively short time interval and determination of the measured value deviation is only possible with a very high computing speed. At high speeds of the internal combustion engine, it is also possible to randomly determine the measured value deviations.
  • the method can be designed at the same time for carrying out these three possibilities, wherein one of these possibilities for determining the measured value deviations is selected in accordance with the mode of operation of the internal combustion engine.
  • the measurement signal be amplified before the evaluation in order to simplify the evaluation.
  • a diagnostic function in the method according to the invention in which, as soon as the measured value deviation exceeds a predetermined limit value, a malfunction of the measuring device determining the measured values is diagnosed.
  • a measurement of the conductivity of the combustion gas measuring device is used, which may be affected by deposits from the combustion gas in their accuracy.
  • Fig. 1 is a block diagram of an arrangement 10 for monitoring the combustion in a diesel engine is shown.
  • the assembly 10 has on each cylinder of the diesel engine an ion measuring device 12, with which the conductivity of the in-cylinder combustion gas is measured.
  • Each ion measuring device 12 is provided with a compensation unit 14, which includes, inter alia, an operational amplifier, conductively connected. All compensation units 14 are in turn connected to a common multiplexer unit 16.
  • the multiplexer unit 16 is connected to an amplifier unit 18 whose output is connected to the input of an evaluation unit 20.
  • an analog-to-digital converter 22 is arranged, which is transmitted from the amplifier unit 18 to the evaluation unit 20 and amplified measurement signal that is transmitted to the evaluation unit 20 as an analog signal , converted to a digital signal.
  • the analog-digital converter 22 is in turn connected to a microprocessor 24 of the evaluation unit 20, in which the digital measurement signal is evaluated according to predetermined, stored algorithms.
  • the glow plug of the cylinder is used as a sensor, which is associated with the respective Ionenmeß worn 12.
  • the glow plug of the respective cylinder is connected in series with a reference resistor and conductively connected to the inner wall of the cylinder.
  • a capacitor which is charged during the measuring pauses of the evaluation unit 20
  • an electrical voltage is applied to the glow plug for determining the conductivity of the combustion gas. If the conductivity of the combustion gas is to be determined on the basis of the positively charged particles contained in the combustion gas, a negative voltage is applied to the glow plug during a portion of the compression stroke and a portion of the working stroke of the piston of that cylinder by means of the capacitor.
  • the positively charged particles produced during the combustion process change the conductivity of the combustion gas between the glow plug and the inner wall of the cylinder, which changes the voltage drop across the reference resistor, which is measured and output as a measurement signal.
  • the measurement signal generated by the respective ion measuring device 12 is then transmitted to the compensation unit 14 arranged downstream of the respective ion measuring device 12.
  • the compensation unit 14 With the help of the compensation unit 14 are deviations, resulting for example by deposits on the glow plug serving as a sensor and distort the measurement signal, balanced, as will be explained in detail later, to ensure proper evaluation of the measurement signal.
  • a compensation factor is input to the compensation unit, which is transmitted by a first line 26 directly from the evaluation unit 20 to the respective active compensation unit 14.
  • the measuring signal of the ion measuring device 12 is forwarded to the amplifier unit 18 according to the control signal of the evaluation unit 20, the measuring signal of which is to be evaluated by the evaluation unit 20.
  • the evaluation unit 20 selects the measurement signal of the Ionenmeß worn 12 for further evaluation, which monitors a cylinder of the diesel engine, in which an injection process imminent.
  • the measuring signal transmitted from the multiplexer unit 16 to the amplifier unit 18 is amplified at closing by the amplifier unit 18 and transmitted to the analog-to-digital converter 22 of the evaluation unit 20.
  • the amplifier unit 18 is connected via a line 30 to the evaluation unit 20 in connection, which determines the gain and forwards to the amplifier unit 18, with which the amplifier unit 18 is to amplify the measurement signal.
  • the reference signal curve 40 is a digital signal in which each time the diesel engine enters a predetermined operating position, for example, when the crankshaft angle assumes a certain value, the signal of the reference signal curve 40 is set from 0 to 1 over a predetermined period ⁇ t r . After expiration of the predetermined period ⁇ t r , the reference signal 40 is reset to 0 again, as the signal deflection 48 of the reference signal curve 40 shows.
  • the second signal curve is the injection signal curve 42, which is also output as a digital signal and signals the beginning and end of the pilot injection and the beginning and end of the main injection.
  • the injection signal curve 42 is set from 0 to 1, as the pilot injection pulse 50 shows.
  • the injection signal curve 42 is reset to 0 again until the main injection starts.
  • the injection signal curve 42 is again set from 0 to 1, as the main injection pulse 52 shows, which is reset to 0 after the completion of the main injection.
  • the third signal curve is the Meßsignalkurve 44, with which the detected by the Ionenmeß worn 12 of the arrangement 10 conductivity of the combustion gas is shown in the cylinder.
  • This is an analog signal, from which the course of the pre-combustion caused by the pilot injection and the course of the main combustion caused by the main injection can be taken.
  • the Meßsignalkurve 44 shows prior to the injection of an approximately parallel to the time axis t extending signal, however, may be displaced by a deviation y with respect to the zero volt mark due to deposits on the sensor of the respective Ionenmeß perceived 12.
  • the measuring signal curve 44 rises to a first signal peak 54 which, after completion of the precombustion, returns to the output value corresponding to the deviation y.
  • the measurement signal curve 44 rises again to form a second signal peak 56, which likewise falls back to the output value corresponding to the deviation y after completion of the main combustion.
  • the last curve shows a digital evaluation curve 46, with which so-called measuring windows 58, 60 and 62 are defined, as will be explained below.
  • the evaluation unit 20 selects, for example from the determined crankshaft position, the cylinder whose combustion is to be monitored. Subsequently, the evaluation unit 20 actuates the multiplexer unit 16, which according to the specification of the evaluation unit 20 only forwards the signal of the ion measuring device 12 of the cylinder to the evaluation unit 20, which has been selected by the evaluation unit 20 for monitoring. At the same time, the evaluation unit 20 sets the compensation factor to 0, with which the compensation unit 14 converts the measurement signal output by the ion measuring device 12 in order to compensate occurring measured value deviations. Furthermore, the evaluation unit 20 sets the amplification factor of the amplifier unit 18 to 1 so that the measurement signal is transmitted to the evaluation unit 20 without being amplified. As soon as the evaluation unit 20 can detect the measurement signal of the ion measuring device 12 in an undistorted manner, the actual measuring method is carried out, which will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the reference signal of the reference signal curve 40 is set to 1 over the first period .DELTA.t r .
  • the signal in the evaluation curve 46 is set from 0 to 1 over a predetermined first measurement period ⁇ t m1 , whereby the first measurement window 58 is defined.
  • the evaluation unit 20 detects the measurement signal of the ion measuring device 12 and evaluates this. Since at this time, as shown in particular the Meßsignalkurve 44, no conductivity change in the monitored cylinder per se, the measurement signal shows a constant course, but possibly offset by the deviation y offset to the zero volt mark parallel to time axis t can be.
  • the evaluation unit 20 is now able to detect this deviation y within the first measuring field 58 and to compensate it with the aid of the compensation unit 14 in the later measuring method. After the evaluation of the measurement signal in the first measurement window 58 is completed, the evaluation curve 46 is reset to 0 again.
  • the evaluation unit 20 activates the amplifier unit 18 by transmitting to the amplifier unit 18 a gain factor which is greater than 1 in order to amplify the measurement signal.
  • the evaluation curve 46 is set from 0 to 1 over a predetermined second measurement period ⁇ t m2 , thereby defining the second measurement window 60.
  • the length of the second measuring period .DELTA.t m2 is read from a series of stored measuring periods in dependence on the speed of the motor.
  • the position of the second measuring window 60 can also be read from a table, depending on the speed of the motor, or defined according to a predetermined offset with respect to the pilot injection pulse 50.
  • the evaluation unit 20 detects from the measurement signal curve 44 the course of the pre-combustion caused by the pre-injection, as defined by the first signal peak 54. From the course of the pre-combustion of the digitized measurement signal, the evaluation unit 20 can evaluate, for example, the beginning, the course, the temperature development or the heat release of the pre-combustion with the aid of its microprocessor 24 and forward the evaluation results, for example, to an engine control, not shown, which controls the pilot injection for the corresponding cylinder can readjust accordingly. After the pre-combustion has been detected, the signal of the Ausncekurve 46 is again set from 1 to 0, whereby the time-limited by the second measurement window 60 measurement is completed.
  • the course of main injection is detected by the evaluation unit 20.
  • the signal of the Ausirekurve 46 is set at a certain time over a predetermined third measurement period .DELTA.t m3 to 1, whereby the third measurement window 62 is defined.
  • the position of the third measuring window 62 and the length of the third measuring period .DELTA.t m3 is also read from a table as a function of the speed of the diesel engine.
  • the evaluation unit 20 detects from the measurement signal curve 44 the course of the main combustion caused by the main injection, as represented in the measurement signal curve 44 by the second signal peak 56.
  • the evaluated signal results in a wide variety of possible applications that further process information resulting from the signal.
  • the power of the individual cylinders are coordinated so that the diesel engine runs relatively quiet.
  • Another application of the detected signal is to determine for diagnostic purposes from the signal, for example, whether the injection valve is stuck and can not be opened or closed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor.
  • Es ist bekannt, die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor während des Betriebes des Verbrennungsmotors zu überwachen, um bei Abweichungen während des Betriebes des Verbrennungsmotors von einem vorgegebenen Betriebsverlauf, die im Ablauf der Verbrennung erkennbar sind, den Verbrennungsmotor entsprechend nachzuregeln. Zur Überwachung der Verbrennung wird an mindestens einem der Zylinder eine Meßeinrichtung vorgesehen, die eine die Verbrennung beschreibende Folge von Meßwerten bildet. Die Folge von Meßwerten wird anschließend als Meßsignal einer Auswerteeinheit übertragen, die aus dem Meßsignal den Verlauf der Verbrennung auswertet und beispielsweise zur Weiterverarbeitung durch die Motorregelung an diese weiterleitet.
  • Derzeit ist es üblich, als Auswerteeinheit eine individuell auf den jeweiligen Verbrennungsmotortyp angepaßte, anwendungsspezifische integrierte Schaltung zu verwenden, mit der das Meßsignal ausgewertet wird.
  • DE 197 44 163 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verarbeitung der Ionenstromsignale von Brennkraftmaschinen durch Offset-Korrektur.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Überwachung der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor bzw. ein Verfahren hierzu anzugeben, durch die bzw. durch dessen Anwendung die Auswertung der Meßsignale an unterschiedlichste Verbrennungsmotortypen ohne großen Aufwand angepaßt werden kann.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch, daß die Auswerteeinheit einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren des Meßsignals und einen Mikroprozessor zum Auswerten des digitalisierten Meßsignals aufweist. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das von der Meßeinrichtung abgegebene, analoge Meßsignal zunächst digitalisiert. Nach der Digitalisierung wird das Meßsignal in einen Mikroprozessor eingespeist, der das digitalisierte Meßsignal auswertet. Durch die Verwendung des Mikroprozessors ist es möglich, durch Umprogrammieren des Mikroprozessors den Algorithmus, mit dem die digitalisierten Meßsignale ausgewertet werden, an den jeweiligen Verbrennungsmotortyp anzupassen, dessen Verbrennung durch die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren überwacht werden soll. Die erfindungsgemäße Anordnung ist ohne großen Aufwand herstellbar und kann bei sich ändernden Vorgaben schnell an diese angepaßt werden. Des weiteren können aus dem digitalisierten Meßsignal von dem Mikroprozessor zusätzliche Informationen entnommen werden, die für die weitere Motorregelung des Verbrennungsmotors als Sollgrößen eingesetzt werden können.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
  • So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Meßeinrichtung ein die Leitfähigkeit des Verbrennunsgases im Zylinder erfassender Sensor verwendet. Der Sensor erzeugt basierend auf dem Anteil an im Verbrennungsgas enthaltenen geladenen Teilchen eine Folge von Meßwerten, die die sich während der Verbrennung ändernde Leitfähigkeit des Verbrennungsgases beschreiben. Je nach Anwendungszweck ist es dabei möglich, durch Auswerten des Anteiles an positiv geladenen Teilchen im Verbrennungsgas die Kohlenwasserstoffbildung und durch Erfassen des Anteils an negativ geladenen Teilchen im Verbrennungsgas die Entstehung von Stickoxiden zu beobachten und entsprechend auszuwerten.
  • Damit eine eindeutige Aussage aus dem von der Meßeinrichtung abgegebenen Meßsignal abgelesen werden kann, wird ferner vorgeschlagen, zwischen der Meßeinrichtung und der Auswerteeinheit einen Verstärker anzuordnen, der das der Auswerteeinheit zugeführte Meßsignal verstärkt. Bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit zusätzlich mit dem Verstärker verbunden ist und den Verstärkungsfaktor des Verstärkers einstellt. Auf diese Weise ist eine Regelung der Verstärkung des Meßsignals durch die Auswerteeinheit möglich.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen zwischen der Meßeinrichtung und der Auswerteeinheit eine Kompensationseinheit anzuordnen, mit der Meßwertabweichungen im Meßsignal kompensiert werden können. So hat sich gezeigt, daß während des längeren Betriebes des Verbrennungsmotors, insbesondere bei Verwendung des die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases erfassenden Sensors als Meßeinrichtung, die Meßeinrichtung durch Ablagerungen aus dem Verbrennungsgas verunreinigt wird, wodurch Meßwertabweichungen im Meßsignal entstehen können. Im ungünstigsten Fall können diese Meßwertabweichungen das Meßsignal so beeinflussen, daß eine ordnungsgemäße Auswertung des Meßsignals durch die Auswerteeinheit nur noch eingeschränkt möglich ist oder gegebenenfalls sogar verhindert sein kann. Durch die Kompensation der Meßwertabweichung wird die Auswerteeinheit in die Lage versetzt, ein Meßsignal ohne Meßwertabweichungen auszuwerten. Auch hier ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit mit der Kompensationseinheit zum Einstellen zusätzlich verbunden ist, damit ein geschlossener Regelkreis zwischen der Auswerteeinheit und der Kompensationseinheit gebildet ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an jedem Zylinder des Verbrennungsmotors eine Meßeinrichtung zum Bestimmen der Leitfähigkeit des Verbrennungsgases vorgesehen, die jeweils mit einer Kompensationseinheit verbunden ist. Damit die Auswerteeinheit nur jeweils das Meßsignal einer bestimmten Meßeinrichtung zum Auswerten erfaßt, steht die Auswerteeinheit durch eine Multiplexereinheit mit den Kompensationseinheiten der Meßeinrichtungen in Verbindung, wobei die Multiplexereinheit entsprechend einem Stellsignal von der Auswerteeinheit jeweils die Meßeinrichtung auswählt, die die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases in dem jeweils zu überwachenden Zylinder ermittelt.
  • Auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich zwischen der Auswerteeinheit und der Multiplexereinheit ein Verstärker zum Verstärken des der Auswerteeinheit zugeführten Meßsignals angeordnet sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das aus der Folge von Meßwerten gebildete, analoge Meßsignal zunächst digitalisiert und anschließend zum Auswerten in den Mikroprozessor eingespeist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Schwerpunkt insbesondere in der Kompensation der die Auswertung der Meßwerte verfälschenden Meßwertabweichung.
  • So wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, die Meßwertabweichung vor Beginn der zu überwachenden Verbrennung zu bestimmen, da auf dieses Weise sichergestellt ist, daß das Meßsignal unbeeinflußt von der Verbrennung bezogen auf einen Referenzwert die Meßwertabweichung eindeutig angibt. Auf diese Weise kann die Meßwertabweichung eindeutig bestimmt und anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt kompensiert werden.
  • Ist die Verbrennung in eine Vielzahl zeitlich begrenzter Verbrennungsvorgänge untergliedert, kann die Meßwertabweichung zu einem definierten Zeitpunkt bezogen auf den Beginn des jeweiligen Verbrennungsvorgangs, beispielsweise zu einem vorgegebenen zeitlichen Abstand vor einem Einspritzzeitpunkt, bei dem der Kraftstoff für den zu überwachenden Verbrennungsvorgang in den Zylinder des Verbrennungsmotor eingespritzt wird, bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird die Meßwertabweichung zu einem definierten Zeitpunkt bezogen auf den Beginn einer Serie von zu überwachenden Verbrennungsvorgängen bestimmt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Verbrennungsmotor mit hoher Drehzahl betrieben wird, so daß die im Zylinder erfolgenden Verbrennungsvorgänge mit vergleichsweise geringem zeitlichen Abstand aufeinander folgen und eine Bestimmung der Meßwertabweichung nur mit sehr hoher Rechengeschwindigkeit möglich ist. Bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors ist es auch möglich, die Meßwertabweichungen stichprobenartig zu bestimmen.
  • Zu den zuvor beschriebenen Möglichkeiten, die Meßwertabweichungen zu bestimmen, ist zu bemerken, daß das Verfahren gleichzeitig zur Durchführung dieser drei Möglichkeiten ausgelegt sein kann, wobei entsprechend der Betriebsweise des Verbrennungsmotors eine dieser Möglichkeiten, die Meßwertabweichungen zu bestimmen, ausgewählt wird.
  • Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß Meßsignal vor dem Auswerten zu verstärken, um die Auswertung zu vereinfachen. Es wird jedoch vorgeschlagen, bei einer Verstärkung des Meßsignals die Meßwertabweichung vor der Verstärkung des Signals zu bestimmen, um bei hohen Meßwertabweichungen eine Überlagerung der eigentlichen Meßwerte durch die Meßwertabweichung zu vermeiden.
  • Des weiteren wird vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine Diagnosefunktion vorzusehen, bei der, sobald die Meßwertabweichung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine Fehlfunktion der die Meßwerte bestimmenden Meßeinrichtung diagnostiziert wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases bestimmende Meßeinrichtung verwendet wird, die durch Ablagerungen aus dem Verbrennungsgas in ihrer Meßgenauigkeit beeinträchtigt sein kann. So hat sich gezeigt, daß bei entsprechend starken Ablagerungen an der Meßeinrichtung die Meßwertabweichungen einerseits sehr hoch sind, andererseits die Meßwerte nur mehr eingeschränkt bestimmt werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Überwachung der Verbrennung in einem Dieselmotor, und
    Fig. 2
    ein Diagramm, in dem vier verschiedene miteinander unmittelbar in Beziehung stehende Signalverläufe bezogen auf den zeitlichen Ablauf eines Verbrennungsvorgangs in einem Zylinder des Dieselmotors gezeigt sind.
  • In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung 10 zur Überwachung der Verbrennung in einem Dieselmotor dargestellt. Die Anordnung 10 weist an jedem Zylinder des Dieselmotors eine Ionenmeßeinrichtung 12 auf, mit der die Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungsgases gemessen wird. Jede Ionenmeßeinrichtung 12 ist mit einer Kompensationseinheit 14, die unter anderem einen Operationsverstärker aufweist, leitend verbunden. Sämtliche Kompensationseinheiten 14 sind ihrerseits an einer gemeinsamen Multiplexereinheit 16 angeschlossen. Die Multiplexereinheit 16 steht mit einer Verstärkereinheit 18 in Verbindung, deren Ausgang mit dem Eingang einer Auswerteeinheit 20 verbunden ist. Am Eingang der Auswerteeinheit 20, der mit der Verstärkereinheit 18 in Verbindung steht, ist ein Analog-Digital-Wandler 22 angeordnet, der das von der Verstärkereinheit 18 an die Auswerteeinheit 20 übertragene und verstärkte Meßsignal, daß als analoges Signal an die Auswerteeinheit 20 übertragen wird, in ein digitales Signal umwandelt. Der Analog-Digital-Wandler 22 ist wiederum mit einem Mikroprozessor 24 der Auswerteeinheit 20 verbunden, in dem das digitale Meßsignal entsprechend vorgegebener, abgespeicherter Algorithmen ausgewertet wird.
  • Zum Messen der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungsgases wird als Sensor die Glühkerze des Zylinders verwendet, der die jeweilige Ionenmeßeinrichtung 12 zugeordnet ist. Die Glühkerze des jeweiligen Zylinders ist mit einem Referenzwiderstand in Reihe geschaltet und mit der Innenwand des Zylinders leitend verbunden. Mit Hilfe eines Kondensators, der während der Meßpausen von der Auswerteeinheit 20 aufgeladen wird, wird an die Glühkerze zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Verbrennungsgases eine elektrische Spannung angelegt. Soll die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases auf Grundlage der im Verbrennungsgas enthaltenen positiv geladenen Teilchen bestimmt werden, wird an die Glühkerze während eines Teils des Verdichtungshubes und eines Teils des Arbeitshubes des Kolbens des betreffenden Zylinders mit Hilfe des Kondensators eine negative Spannung angelegt. Durch die während des Verbrennungsprozesses entstehenden positiv geladenen Teilchen ändert sich die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases zwischen der Glühkerze und der Innenwand des Zylinders, wodurch sich die am Referenzwiderstand abfallende Spannung ändert, die gemessen und als Meßsignal ausgegeben wird. Alternativ ist es auch möglich, an der Glühkerze eine positive elektrische Spannung mit Hilfe des Kondensators anzulegen, so daß die Ionenmeßeinrichtung 12 den Anteil an negativ geladenen Teilchen im Verbrennungsgas erfaßt.
  • Das von der jeweiligen Ionenmeßeinrichtung 12 erzeugte Meßsignal wird anschließend an die der jeweiligen Ionenmeßeinrichtung 12 nachgeordnete Kompensationseinheit 14 übertragen. Mit Hilfe der Kompensationseinheit 14 werden Meßabweichungen, die sich beispielsweise durch Ablagerungen an der als Sensor dienenden Glühkerze ergeben und das Meßsignal verfälschen, ausgeglichen, wie später noch ausführlich erläutert wird, um eine ordnungsgemäße Auswertung des Meßsignals sicherzustellen. Hierzu wird in die Kompensationseinheit ein Kompensationsfaktor eingegeben, der durch eine erste Leitung 26 unmittelbar von der Auswerteeinheit 20 an die jeweils aktive Kompensationseinheit 14 übertragen wird.
  • Mit Hilfe der Multiplexereinheit 16, die durch eine zweite Leitung 28 von der Auswerteeinheit 20 angesteuert wird, wird entsprechend des Stellsignals der Auswerteeinheit 20 jeweils das Meßsignal der Ionenmeßeinrichtung 12 an die Verstärkereinheit 18 weitergeleitet, deren Meßsignal von der Auswerteeinheit 20 ausgewertet werden soll. So wählt die Auswerteeinheit 20 das Meßsignal der Ionenmeßeinrichtung 12 für die weitere Auswertung aus, die einen Zylinder des Dieselmotors überwacht, in dem ein Einspritzvorgang unmittelbar bevorsteht.
  • Das von der Multiplexereinheit 16 an die Verstärkereinheit 18 übertragene Meßsignal wird an schließend von der Verstärkereinheit 18 verstärkt und an den Analog-Digital-Wandler 22 der Auswerteeinheit 20 übertragen. Auch die Verstärkereinheit 18 steht über eine Leitung 30 mit der Auswerteeinheit 20 in Verbindung, die den Verstärkungsfaktor vorgibt und an die Verstärkereinheit 18 weiterleitet, mit dem die Verstärkereinheit 18 das Meßsignal verstärken soll.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 das Verfahren beschrieben, mit dem die Anordnung 10 betrieben wird.
  • In dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm sind insgesamt vier Signalkurven 40, 42, 44 und 46 bezogen auf eine Zeitachse t übereinander dargestellt, die miteinander unmittelbar in Beziehung stehen. Die Referenzsignalkurve 40 ist ein digitales Signal, bei dem jedesmal wenn der Dieselmotor in eine bestimme Betriebsposition gelangt, beispielsweise wenn der Kurbelwellenwinkel einen bestimmten Wert annimmt, das Signal der Referenzsignalkurve 40 über einen vorgegebenen Zeitraum Δtr von 0 auf 1 gesetzt wird. Nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums Δtr wird das Referenzsignal 40 wieder auf 0 zurückgesetzt, wie der Signalausschlag 48 der Referenzsignalkurve 40 zeigt.
  • Bei der zweiten Signalkurve handelt es sich um die Einspritzsignalkurve 42, die gleichfalls als digitales Signal ausgegeben wird und den Beginn sowie das Ende der Voreinspritzung und den Beginn und das Ende der Haupteinspritzung signalisiert. So wird die Einspritzsignalkurve 42, sobald die Voreinspritzung beginnt, von 0 auf 1 gesetzt, wie der Voreinspritzimpuls 50 zeigt. Nachdem die Voreinspritzung abgeschlossen ist, wird die Einspritzsignalkurve 42 wieder auf 0 zurückgesetzt, bis die Haupteinspritzung beginnt. Sobald mit der Haupteinspritzung begonnen wird, wird die Einspritzsignalkurve 42 wieder von 0 auf 1 gesetzt, wie der Haupteinspritzimpuls 52 zeigt, der nach Abschluß der Haupteinspritzung wieder auf 0 zurückgesetzt wird.
  • Bei der dritten Signalkurve handelt es sich um die Meßsignalkurve 44, mit der die von der Ionenmeßeinrichtung 12 der Anordnung 10 erfaßte Leitfähigkeit des Verbrennungsgases im Zylinder dargestellt wird. Hierbei handelt es sich um ein analoges Signal, aus dem der Verlauf der durch die Voreinspritzung verursachten Vorverbrennung und der Verlauf der durch die Haupteinspritzung verursachten Hauptverbrennung entnommen werden kann. Die Meßsignalkurve 44 zeigt vor Beginn der Einspritzung ein annähernd parallel zur Zeitachse t verlaufendes Signal, das jedoch um eine Abweichung y bezüglich der Null-Volt-Marke aufgrund von Ablagerungen am Sensor der jeweiligen Ionenmeßeinrichtung 12 verschoben sein kann. Sobald die Vorverbrennung beginnt, steigt die Meßsignalkurve 44 auf eine erste Signalspitze 54 an, die nach Abschluß der Vorverbrennung wieder auf den der Abweichung y entsprechenden Ausgangswert zurückfällt. Sobald die Hauptverbrennung beginnt steigt die Meßsignalkurve 44 erneut unter Bildung einer zweiten Signalspitze 56 an, die gleichfalls nach Abschluß der Hauptverbrennung auf den der Abweichung y entsprechenden Ausgangswert zurückfällt.
  • Die letzte Kurve zeigt eine digitale Auswertekurve 46, mit der sogenannte Meßfenster 58, 60 und 62 definiert werden, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Sobald die Anordnung 10 aktiviert wird, wählt die Auswerteeinheit 20 beispielsweise aus der ermittelten Kurbelwellenstellung den Zylinder aus, dessen Verbrennung überwacht werden soll. Anschließend betätigt die Auswerteeinheit 20 die Multiplexereinheit 16, die entsprechend der Vorgabe der Auswerteeinheit 20 nur das Signal der Ionenmeßeinrichtung 12 des Zylinders an die Auswerteeinheit 20 weiterleitet, der von der Auswerteeinheit 20 zur Überwachung ausgewählt worden ist. Gleichzeitig setzt die Auswerteeinheit 20 den Kompensationsfaktor auf 0, mit dem die Kompensationseinheit 14 das von der Ionenmeßeinrichtung 12 abgegebene Meßsignal umwandelt, um auftretende Meßwertabweichungen zu kompensieren. Ferner setzt die Auswerteeinheit 20 den Verstärkungsfaktor der Verstärkereinheit 18 auf 1, damit das Meßsignal unverstärkt an die Auswerteeinheit 20 übertragen wird. Sobald die Auswerteeinheit 20 das Meßsignal der Ionenmeßeinrichtung 12 unverfälscht erfassen kann, wird das eigentliche Meßverfahren durchgeführt, das nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert wird.
  • Wenn eine vorgegebene Drehstellung der Kurbelwellen des Dieselmotors erfaßt worden ist, wird das Referenzsignal der Referenzsignalkurve 40 über den ersten Zeitraum Δtr auf 1 gesetzt. Gleichzeitig wird das Signal in der Auswertekurve 46 über einen vorgegebenen ersten Meßzeitraum Δtm1 von 0 auf 1 gesetzt, wodurch das erste Meßfenster 58 definiert wird. Innerhalb dieses ersten Meßfensters 58 erfaßt die Auswerteeinheit 20 das Meßsignal der Ionenmeßeinrichtung 12 und wertet dies aus. Da zu diesem Zeitpunkt, wie insbesondere die Meßsignalkurve 44 zeigt, an sich keine Leitfähigkeitsänderung im überwachten Zylinder auftritt, zeigt das Meßsignal einen konstanten Verlauf, der jedoch gegebenenfalls um die Abweichung y versetzt zur Null-Volt-Marke parallel zu Zeitachse t verschoben sein kann. Hierbei handelt es sich um eine erfaßte Leitfähigkeitsänderung, die sich beispielsweise durch an der Glühkerze der Ionenmeßeinrichtung 12 anhaftende Ablagerungen ergibt. Die Auswerteeinheit 20 ist nun in der Lage, innerhalb des ersten Meßfeldes 58 diese Abweichung y zu erfassen und mit Hilfe der Kompensationseinheit 14 im späteren Meßverfahren zu kompensieren. Nachdem die Auswertung des Meßsignals im ersten Meßfenster 58 abgeschlossen ist, wird die Auswertekurve 46 wieder auf 0 zurückgesetzt.
  • Aus der im ersten Meßfenster 58 erfaßten Abweichung y wird der Kompensationsfaktor der Kompensationseinheit 14 von der Auswerteeinheit 20 bestimmt und an die Kompensationseinheit 14 durch die zweite Leitung 28 weitergeleitet, die entsprechend des Kompensationsfaktors durch Subtraktion die Meßwertabweichung im Meßsignal 44 kompensiert. Gleichzeitig aktiviert die Auswerteeinheit 20 die Verstärkereinheit 18, indem sie an die Verstärkereinheit 18 einen Verstärkungsfaktor übermittelt, der größer als 1 ist, um das Meßsignal zu verstärken.
  • Kurz nachdem die Voreinspritzung in den Zylinder erfolgt ist, wie die Einspritzsignalkurve 42 durch den Voreinspritzimpuls 50 angibt, wird die Auswertekurve 46 über einen vorgegebenen zweiten Meßzeitraum Δtm2 von 0 auf 1 gesetzt, wodurch das zweite Meßfenster 60 definiert wird. Die Länge des zweiten Meßzeitraums Δtm2 wird aus einer Reihe von abgespeicherten Meßzeiträumen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors ausgelesen. Die Position des zweiten Meßfensters 60 kann gleichfalls entweder in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors aus einer Tabelle ausgelesen oder aber entsprechend einem vorgegebenen Versatz bezüglich des Voreinspritzimpulses 50 definiert sein.
  • Innerhalb des zweiten Meßfensters 60 erfaßt die Auswerteeinheit 20 aus der Meßsignalkurve 44 den Verlauf der durch die Voreinspritzung verursachten Vorverbrennung, wie er durch die erste Signalspitze 54 definiert ist. Aus dem Verlauf der Vorverbrennung des digitalisierten Meßsignals kann die Auswerteeinheit 20 mit Hilfe ihres Mikroprozessors 24 beispielsweise den Beginn, den Verlauf, die Temperaturentstehung oder die Wärmefreisetzung der Vorverbrennung auswerten und die Auswerteergebnisse beispielsweise an eine nicht dargestellte Motorregelung weiterleiten, die die Voreinspritzung für den entsprechenden Zylinder entsprechend nachregeln kann. Nachdem die Vorverbrennung erfaßt worden ist, wird das Signal der Auswertekurve 46 wieder von 1 auf 0 gesetzt, wodurch die durch das zweite Meßfenster 60 zeitlich begrenzte Messung beendet ist.
  • In gleicher Weise wird der Verlauf Haupteinspritzung von der Auswerteeinheit 20 erfaßt. Auch hier wird das Signal der Auswertekurve 46 ab einem bestimmten Zeitpunkt über einen vorgegebenen dritten Meßzeitraum Δtm3 auf 1 gesetzt, wodurch das dritte Meßfenster 62 definiert wird. Die Position des dritten Meßfensters 62 und die Länge des dritten Meßzeitraums Δtm3 wird gleichfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl des Dieselmotors aus einer Tabelle abgelesen. Während des dritten Meßfensters 62 erfaßt die Auswerteeinheit 20 aus der Meßsignalkurve 44 den Verlauf der durch die Haupteinspritzung verursachten Hauptverbrennung, wie er in der Meßsignalkurve 44 durch die zweite Signalspitze 56 dargestellt wird.
  • Durch die Meßfenster 58, 60 und 62 ist es möglich, zeitlich versetzt mit Hilfe der Auswerteeinheit 20 aufeinanderfolgend die verschiedenen Zylinder auszuwerten. Dabei ist es auch möglich, das Meßsignal der jeweiligen Ionenmeßeinrichtung 12 stichprobenartig auszuwerten.
  • Durch das ausgewertete Signal ergeben sich verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus dem Signal ergebenden Informationen weiterzuverarbeiten. So kann beispielsweise mit Hilfe der ausgewerteten Signale die Leistung der einzelnen Zylinder so aufeinander abgestimmt werden, daß der Dieselmotor vergleichsweise ruhig läuft. Andererseits ist es möglich, aus dem Verlauf des Meßsignals Rückschlüsse auf den Verlauf der Vorverbrennung und der Hauptverbrennung zu ziehen, um diese gegebenenfalls nachzuregeln. Ein weiteres Einsatzgebiet des erfaßten Signals liegt darin, zu Diagnosezwecken aus dem Signal zu ermitteln, ob beispielsweise das Einspritzventil klemmt und nicht mehr geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
  • Sollte die während des ersten Meßfensters 58 erfaßte Abweichung y einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, ist dies ein Hinweis darauf, daß die Glühkerze durch Ablagerungen so stark verschmutzt ist, daß sie nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten kann. In einem solchen Fall besteht beispielsweise die Möglichkeit die Glühkerze durch Aufheizen von den Ablagerungen zu reinigen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Anordnung zur Verbrennungsüberwachung
    12
    Ionenmeßeinrichtung
    14
    Kompensationseinheit
    16
    Multiplexereinheit
    18
    Verstärkereinheit
    20
    Auswerteeinheit
    22
    Analog-Digital-Wandler
    24
    Mikroprozessor
    26
    erste Leitung
    28
    zweite Leitung
    30
    dritte Leitung
    t
    Zeitachse
    40
    Referenzsignalkurve
    Δtr
    erster Zeitraum
    42
    Einspritzsignalkurve
    44
    Meßsignalkurve
    46
    Auswertekurve
    48
    Signalausschlag
    50
    Voreinspritzimpuls
    52
    Haupteinspritzimpuls
    54
    erste Signalspitze
    56
    zweite Signalspitze
    58
    erstes Meßfenster
    60
    zweites Meßfenster
    62
    drittes Meßfenster
    Δtm1
    erster Meßzeitraum
    Δtm2
    zweiter Meßzeitraum
    Δtm3
    dritter Meßzeitraum

Claims (12)

  1. Verfahren zur Überwachung der Verbrennung in einem Dieselmotor, wobei
    bei dem Verfahren mindestens eine die Verbrennung im Verbrennungsmotor beschreibende Folge von Meßwerten gebildet wird, die Folge von Meßwerten anschließend zur Analyse des Verbrennungsverlaufes ausgewertet wird, und das aus der Folge von Meßwerten gebildete, analoge Meßsignal (44) zum Auswerten durch einen Mikroprozessor (24) digitalisiert wird,
    vor der Auswertung der Meßwerte eine die Auswertung verfälschende Meßwertabweichung (y) in der Folge von Meßwerten kompensiert wird,
    die Verbrennung in eine Vorverbrennung und eine Hauptverbrennung untergliedert ist, und
    die Meßwertabweichung (y) zu einem definierten Zeitpunkt bezogen auf den Beginn der zu überwachenden Vorverbrennung und Hauptverbrennung bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Meßwertabweichung (y) vor Beginn der zu überwachenden Verbrennung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für jeden Verbrennungsvorgang eine Folge von Meßwerten bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Meßwertabweichung (y) zu einem vorgegebenen zeitlichen Abstand vor einem Einspritzzeitpunkt bestimmt wird, bei dem der Kraftstoff für den ersten Verbrennungsvorgang der zu überwachenden Serie von Verbrennungsvorgängen in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bestimmung der Meßwertabweichung (y) stichprobenartig erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Meßwert der Folge durch Subtraktion der Meßwertabweichung (y) berichtigt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Meßsignal (44) vor dem Auswerten verstärkt wird, und daß die Meßwertabweichung (y) vor der Verstärkung des Meßsignals (44) bestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein erstes Meßfenster (58) definiert wird, innerhalb dem der Meßwertabweichung (y) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei weitere Meßfenster (60, 62) definiert werden, wobei innerhalb des zweiten Meßfensters (60) aus dem Meßsignal (44) der Verlauf der Vorverbrennung, und innerhalb des dritten Meßfensters (62) aus dem Meßsignal (44) der Verlauf der Hauptverbrennung bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Position und/oder die Länge des ersten Meßfensters (58) bzw. die Position und/oder die Länge zumindest eines der drei Meßfenster (58, 60, 62) in Abhängigkeit der Betriebsdaten des Verbrennungsmotors ermittelt wird, vorzugsweise aus einer Tabelle abgespeicherter Daten entsprechend den Betriebsdaten ausgewählt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß, sobald die Meßwertabweichung (y) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine Fehlfunktion der die Meßwerte bestimmenden Meßeinrichtung diagnostiziert wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Verlauf der Verbrennung durch Messen der Leitfähigkeit des Verbrennungsgases beschrieben wird, wobei die den Verlauf der Verbrennung beschreibende Folge von Meßwerten eine Folge von Leitfähigkeitswerten ist.
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