EP1698775B1

EP1698775B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung des Verbrennungsverhaltens einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1698775B1
Application number: EP20050101640
Authority: EP
Inventors: Christian Winge Vigild; Daniel Roettger; Evangelos Karvounis; Charles Tumelaire
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: DE502005002989D1; EP1698775A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens einer Brennkraftmaschine sowie ein Regelungssystem und ein Verfahren zur rückgekoppelten Regelung der Verbrennung einer Brennkraftmaschine, welche auf dem erstgenannten Verfahren basieren
Ein Verfahren zur Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der DE 103 51 133 A1 bekannt.
Herkömmliche Regelungssysteme für die Kraftstoffinjektion in Brennkraftmaschinen wie z. B. Dieselmotoren arbeiten typischerweise in einem offenen Regelkreis. D. h., daß der Injektionszeitpunkt und die Pulsbreite der Injektion aus fest vorgegebenen Kennfelder bzw. Tabellenspeichern entnommen werden, die im Motorregler gespeichert sind. Derartige Systeme zeigen zwar ein sehr schnelles Regelverhalten, sind jedoch andererseits nicht sehr robust gegenüber Motortoleranzen, da die Regelungsstrategie im Falle von Störungen nicht angepaßt werden kann. Wenn sich beispielsweise die Durchflußcharakteristik eines Injektors in einem Dieselmotor in Folge von Verschleißerscheinungen ändert, wird die verwendete Pulsbreite des Injektors den Motor nicht mehr mit der erforderlichen Kraftstoffmenge versorgen. Die Folge hiervon können höhere Werte für die Motoremissionen, den Kraftstoffverbrauch und die Geräuschentwicklung oder sogar ein Motorschaden sein. Aus diesen Gründen ist es wünschenswert, im Rahmen der Verbrennungsregelung bei einer Brennkraftmaschine eine Rückkopplung vorzusehen.
Eine derartige rückgekoppelte Regelung einer Brennkraftmaschine erfordert jedoch die Verfügbarkeit eines Rückkopplungssignals, welches das Verbrennungsverhalten charakterisieren kann. Diesbezüglich sind Messungen des Zylinderinnendrucks vorgeschlagen und verschiedentlich untersucht worden. Ein Nachteil solcher Messungen besteht indes darin, daß diese einen Sensor pro Zylinder erfordern und daher verhältnismäßig kostenaufwendig sind. Darüber hinaus zeigen die derzeit verfügbaren Sensoren für den Zylinderinnendruck ein Driftverhalten und eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer. Nicht zuletzt stellt der bei den derzeit verfügbaren Sensoren erforderliche direkte Zugang zu den Brennkammern ein Problem dar.
Die aus dem Rückkopplungssignal gewonnenen Verbrennungsinformationen, im wesentlichen die Verbrennungslage und -intensität, können genutzt werden, um Regelgrößen der Einspritzung sowie der Zylinderladungszusammensetzung, zu korrigieren. Auf diese Weise können z. B. Lebensdauerdrift von Sensoren und Aktuatoren wie Luftmassensensor und Kraftstoffinjektor kompensiert werden.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel für eine einfache und zugleich robuste Regelung des Verbrennungsverhaltens einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 7 sowie durch ein Regelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Klopfsensor-Signale werden bei vielen Brennkraftmaschinen routinemäßig erfaßt, um eine vorzeitige Selbstzündung ("Klopfen") des Motors zu erkennen und gegebenenfalls geeignete Gegenmaßnahmen hiergegen zu veranlassen. Verschiedene Arten von Klopfsensor-Signalen sind im Stand der Technik bekannt und für das vorliegende Verfahren geeignet. Insbesondere kann das Klopfsensor-Signal mechanische Schwingungen der Brennkraftmaschine erfassen, die durch die Verbrennung in den Zylindern erzeugt werden. Der "Verlauf" des Klopfsensor-Signals kann sowohl in Abhängigkeit von der Zeit als auch insbesondere von dem zugehörigen Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine beschrieben werden.
Wie Untersuchungen gezeigt haben, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Index X gewinnen, welcher das Verbrennungsverhalten überraschend genau charakterisiert. Wichtig hierbei ist, daß der Index X von einem mehr oder weniger langen Verlauf des Klopfsensor-Signals und nicht nur von Einzelwerten eines Sensorsignals abhängt. Vorteilhaft an dem Verfahren ist im Übrigen, daß das Klopfsensor-Signal verhältnismäßig einfach und robust zu ermitteln ist bzw. in vielen Kraftfahrzeugen ohnehin schon zur Verfügung steht.
Wie bereits erwähnt, kann das Klopfsensor-Signal insbesondere in Abhängigkeit vom (parallel ermittelten) Kurbelwellenwinkel erfaßt werden. Der Kurbelwellenwinkel hängt unmittelbar mit dem Zustand der Brennkraftmaschine bzw. der Stellung der Motorzylinder zusammen, so daß die wechselseitige Zuordnung von Kurbelwellenwinkel und Klopfsensor-Signal das Verbrennungsverhalten besonders aussagekräftig beschreiben kann.
Das beschriebene Verfahren kann prinzipiell mit zeitkontinuierlichen Signalen bzw. analogen Signalen durchgeführt werden. Typischerweise erfolgt jedoch die Signalerfassung und -verarbeitung zeitdiskret und digitalisiert. In diesem Falle wird der Kurbelwellenwinkel vorzugsweise mit einer Auflösung von weniger als 1°, besonders bevorzugt von weniger als 0.5° ermittelt. Die in den Rohdaten vorhandene Auflösung des Kurbelwellenwinkels wird in erster Linie durch die Abtastrate bestimmt und liegt typischerweise deutlich höher als die vorstehend genannten Werte. Die erforderliche feinere Auflösung des Kurbelwellenwinkels wird dann vorzugsweise durch Interpolation bzw. Extrapolation aus den vorhandenen Meßdaten gewonnen.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Klopfsensor-Signal nur in einem Intervall seines Definitionsbereiches berücksichtigt, das für einen ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine charakteristisch ist. Insbesondere kann das Klopfsensor-Signal nur in einem vorgegebenem Winkelintervall um den oberen Totpunkt zwischen Verdichtungs- und Verbrennungstakt des ausgewählten Zylinders herum berücksichtigt werden, um verbrennungsrelevante Informationen für diesen Zylinder zu erfassen und Störungen durch andere Ereignisse auszublenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Index X aus einer vom Kurbelwellenwinkel θ abhängigen "Signalenergie" E(θ) des (ebenfalls vom Kurbelwellenwinkel θ bzw. τ abhängigen) Klopfsensor-Signals K (θ) berechnet, wobei E(θ) gemäß der folgenden Formel definiert ist: $E (θ) = \int_{θ_{0}}^{θ} K (τ)^{2} dτ .$
Hierin bedeutet θ₀ eine vorgegebene (untere) Integrationsgrenze. Wenn das Klopfsensor-Signal K wie vorstehend beschrieben nur in einem Intervall betrachtet wird, entspricht θ₀ typischerweise der unteren Grenze dieses Intervalls. Des Weiteren versteht es sich, daß Gleichung (1) bei einer zeitdiskreten Verarbeitung der Signale die entsprechende diskretisierte Formulierung umfassen soll.
Die vorstehend definierte Signalenergie E(θ) wird vorzugsweise bandpaßgefiltert und/oder normiert, bevor sie zur Berechnung des Indexes X weiterverwendet wird.
Basierend auf der oben eingeführten Signalenergie wird ein geeigneter Index X des Verbrennungsverhaltens der Brennkraftmaschine für einen vorgegebenen Wert p (0 ≤ p ≤ 100) definiert durch die Formel $X = X_{p} = \min \{θ | E (θ) \geq \frac{p}{100} \max_{τ} (E (τ))\} .$
In diesem Falle entspricht der Index X = X_p somit dem Kurbelwellenwinkel, bei welchem die Signalenergie E zum ersten Mal p Prozent ihres Maximalwertes überschreitet. Der für p = 50 gebildete Index X₅₀ stellt dabei als sog. "Energieschwerpunkt" eine besonders aussagekräftige Größe dar.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur rückgekoppelten Regelung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein Rückkopplungssignal durch einen Index X gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wird. Wie erläutert wurde, ist der Index X einerseits einfach zu gewinnen und andererseits sehr aussagekräftig in Bezug auf die Verbrennung, so daß er eine einfache und robuste Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine ermöglicht. Von dem Verfahren beeinflußte Steuersignale können dabei insbesondere der Zeitpunkt bzw. die Zeitpunkte, die Anzahl, die Pulsbreite(n) der Kraftstoffinjektionen, der Zündzeitpunkt, die Ventilöffnungs- und Schließzeiten, die Abgasrückführung, die Stellung der Drosselklappe od. dgl. sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine, welches einen Eingang für das Signal eines Klopfsensors enthält und dahingehend ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. D.h., daß das Regelungssystem einen Index X basierend auf dem Verlauf eines Klopfsensor-Signals berechnen und als Rückkopplungssignal für eine rückgekoppelte Regelung der Verbrennung verwenden kann. Bei dem Klopfsensor handelt es sich um einen Körperschall-Beschleunigungssensor, wie z. B. ein Piezo-Drucksensor, welcher am Motorblock angebracht ist, um mechanische Schwingungen aufzuzeichnen. Das Regelungssystem kann im Übrigen in bekannter Weise realisiert werden, beispielsweise durch einen Mikroprozessor mit zugehörigen Komponenten wie Speicher und Schnittstellen sowie mit geeigneter Software.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: schematisch das Zusammenwirken einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Regelungssystem;
Fig. 2: die Abhängigkeit dreier verschiedener charakteristischer Größen für das Verbrennungsverhalten einer Brennkraftmaschine bei variierendem Beginn der Injektor-Aktivierung (BOA) für 35% Abgasrückführung;
Fig. 3: den Verlauf der Wärmeabgabe in einem Zylinder bei der Versuchsserie von Figur 2;
Fig. 4: die Abhängigkeit dreier verschiedener charakteristischer Größen entsprechend Figur 2 bei einer Abgasrückführung von 20%, und
Fig. 5: den Verlauf der Wärmeabgabe in einem Zylinder bei der Versuchsserie von Figur 4.

In Figur 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 10 mit (mindestens) einem Zylinder 13 und einem darin auf und ab beweglichen Kolben 12 dargestellt. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich z. B. um einen Dieselmotor, ohne daß die Erfindung jedoch hierauf eingeschränkt wäre. Der Kolben 12 ist in bekannter Weise über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle 11 verbunden, wobei ein Kurbelwellenwinkel-Sensor 18 den Kurbelwellenwinkel θ mißt. Der Zylinder weist ferner ein Einlaßventil 14 und ein Auslaßventil 16 für Frischluft bzw. Abgase sowie einen Kraftstoffinjektor 15 zur Direktinjektion von Kraftstoff in die Brennkammer auf.
Am Motorblock ist ein Klopfsensor 17 angeordnet, welcher beispielsweise als Drucksensor mit Piezo-Aufnehmern ausgebildet sein kann. Durch den Klopfsensor 17 werden von der Verbrennung verursachte Schwingungen des Motorblocks erfaßt. Vorzugsweise wird das Signal des Klopfsensors 17 unmittelbar tiefpaßgefiltert, um Alias-Effekte zu vermeiden (vgl. Ch. Vigild, A. Chevalier, E. Hendricks: "Avoiding signal aliasing in event-based engine control", SAE Paper No: 2000-01-0268).
Das - ggf. tiefpaßgefilterte - Signal K des Klopfsensors 17 sowie der Kurbelwellenwinkel θ vom Sensor 18 werden von einem Verstärkungs- und Filtermodul 20 abgetastet, verstärkt und gefiltert. Die Abtastung der Signale kann dabei entweder im Zeitbereich oder im Kurbelwellenwinkelbereich erfolgen. Bei der Abtastung im Zeitbereich liegt ein festes Zeitintervall, bei der Abtastung im Kurbelwellenwinkelbereich ein fester Kurbelwellenwinkel zwischen den Abtastpunkten. Selbstverständlich kann die Abtastung auch nach anderen Schemata erfolgen und die Abtastrate beispielsweise (im Winkelbereich oder im Zeitbereich) variieren. Im letztgenannten Fall kann insbesondere in bestimmten interessierenden Signalbereichen eine hohe Signalauflösung erreicht werden.
Für die gewünschte Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens durch das Klopfsensor-Signal K ist eine korrekte Synchronisation dieses Signals K mit dem Kurbelwellenwinkel θ von hoher Bedeutung. In der Regel wird jedoch der Kurbelwellenwinkel θ durch eine Zahnscheibe am Schwungrad erfaßt, bei der - bedingt durch den Zahnabstand - nur Winkelauflösungen von typischerweise 3°, 5°, 6° oder 10° erhalten werden. Demgegenüber werden vorliegend höhere Auflösungen bis hin zu 0.1 ° oder weniger benötigt. Der Kurbelwellenwinkel θ wird daher im Modul 20 durch Interpolation oder Extrapolation mit der erforderlichen Feinheit aus den Rohdaten ermittelt. Eine Interpolation kann dabei angewendet werden, wenn der Kurbelwellenwinkel nicht sofort benötigt wird und daher als Zwischenwert zweier aufeinander folgender Abtastpunkte berechnet werden kann. Soll dagegen eine sofortige Verwendung des Kurbelwellenwinkels θ erfolgen, so muß er aus den vorangehenden Abtastpunkten extrapoliert werden.
Die verstärkten und gefilterten Signale θ, K(θ) des Kurbelwellenwinkels und des Klopfsensors werden an ein Verbrennungsprofil-Modul 21 zur Abschätzung des Verbrennungsprofils bzw. zur Ermittlung von hierfür charakteristischen Indizes X weitergeleitet. Die vom Modul 21 berechneten Signale bzw. Indizes werden vom anschließenden Regelungsmodul 22 als Rückkopplungssignale zur rückgekoppelten Regelung der Brennkraftmaschine 10 verwendet. Nachfolgend wird ein bevorzugtes, im Modul 21 realisiertes Verfahren zur Berechnung eines Indexes X detaillierter erläutert:
Bei diesem Verfahren wird zunächst aus dem vom Modul 20 bereitgestellten Klopfsensor-Signal K(θ) für einen ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine 10 ein interessierender Bereich extrahiert, was z.B. durch Beschränkung des Signals auf ein (Winkel-) Fenster J = _start;θ_end] geschehen kann gemäß der Formel: $K_{J} (θ) = {\begin{matrix} K (θ) & , & θ \in J = [θ_{start}; θ_{end}] \\ 0 & , & sonst \end{matrix}$
Als nächstes wird die enthaltene Signalenergie E(θ) hieraus berechnet gemäß der Formel: $E (θ) = \int_{θ_{0}}^{θ} K_{J} (τ)^{2} d τ \approx E_{N (θ)} = \sum_{n = N (θ 0)}^{N (θ)} K_{J, n}^{2} {Δθ}_{n}$
Dabei ist θ₀ ein vorgegebener Startwinkel der Integration, der typischerweise gleich der unteren Intervallgrenze ist: θ₀ = θ_start. In der diskretisierten Form dieser Formel definiert die Variable Δθ_n den Abtast-Abstand zwischen den Kurbelwellenwinkel-Abtastungen Nummer (n-1) und n, N(θ₀) bzw. N(θ) sind die Nummern der Abtastung für den Kurbelwellenwinkel θ₀ bzw. θ, und K_J,n ist das Klopfsensor-Signal K der n-ten Abtastung. Im einfachsten Falle konstanter Abtast-Distanzen ist Δθ_n = 1. Nachfolgend wird die diskretisierte Form von Gleichung (4) der weiteren Betrachtung zugrunde gelegt, wobei alle Überlegungen jedoch analog auch für die kontinuierliche Fassung gelten.
Das Energiesignal E_N(θ) aus Gleichung (4) wird sodann vorteilhafterweise digital bandpaßgefiltert und normiert gemäß der Formel $E_{N (θ)}^{F} = \frac{F_{BP} (E_{N (θ)})}{\max_{τ \in J} [F_{BP} (E_{N (τ)})]}$
Hierin repräsentiert die Funktion F_BP die Bandpaßfilterung, die entweder vom Vorwärtstyp oder vom Vorwärts-/Rückwärtstyp sein kann. Filter vom Vorwärtstyp filtern ein Signal nur in Vorwärtsrichtung, das heißt der Winkel θ wächst bei einem derartigen Filter inkrementell. Vorwärtsfilter benötigen daher einen geringeren Rechenaufwand und können für Online-Berechnungen eingesetzt werden, beispielsweise für Berechnungen aktueller Ereignisse. Aufgrund der Natur dieser Filter führen diese allerdings zu einer Phasenverschiebung des Eingangssignals. Filter vom Vorwärts/Rückwärtstyp filtern dagegen ein Signal sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung, so daß diese Phasenverschiebungen kompensieren können. Sie erfordern jedoch üblicherweise einen höheren Rechenaufwand als entsprechende Vorwärtsfilter und können nur offline eingesetzt werden, z. B. in Berechnungen zwischen Verbrennungsereignissen.
Der im Nenner von Gleichung (5) stehende Maximalwert wird über das gesamte betrachtete Kurbelwellenwinkelintervall J gebildet. Nachfolgend wird zur Vereinfachung das auf die Bandpaßfilterung und Normierung hinweisende Superskript F fortgelassen und weiterhin nur das Energiesymbol E verwendet, wobei es sich jedoch versteht, daß dieses (auch) ein bandpaßgefiltertes und normiertes Signal bezeichnen soll.
Aus den Energiesignalwerten im abgetasteten Winkelintervall J läßt sich ein Signalenergievektor definieren gemäß $\vec{E} = (E_{N (θ start)}, E_{N (θ start) + 1}, \dots E_{N (θ end)}),$
wobei N(θ_end) - N(θ_start) die Gesamtzahl der Abtastpunkte ist.
Basierend auf den oben erläuterten Größen werden nunmehr Indizes definiert, welche das Verbrennungsverhalten des Motors charakterisieren. Entsprechend ihrer Definition werden diese Indizes auch als "Energieschwerpunkt"-Indizes bezeichnet. Ein wichtiges Merkmal der Indizes ist, daß diese sich auf die Verteilung der Signalenergie in dem gegebenen Signalfenster J konzentrieren statt auf einzelne Signalwerte bzw. einzelne Stellen wie beispielsweise auf abrupte Änderungen der Signalenergie (welche intuitiv für die Abschätzung des maximalen Druckgradienten im Zylinder nahe lägen). Ein weiterer Vorteil der Energieschwerpunkt-Indizes liegt darin, daß diese auf einer Signalintegration beruhen und daher wenig anfällig für Rauschprobleme sind.
Die allgemeine Formel für die Definition der Energieschwerpunkt-Indizes X_p läßt sich wie folgt schreiben (dies entspricht der diskretisierten Formulierung von Gleichung (2)): $X = X_{p} = \min \{θ | E_{N (θ)} \geq \frac{p}{100} \max_{τ \in J} (E (τ))\} .$
Für einen gegebenen Prozentsatz p mit 0 ≤ p ≤ 100 entspricht der Index X_p somit dem minimalen Kurbelwellenwinkel, bei welchem p Prozent der gesamten Signalenergie erreicht werden. Von besonderer Bedeutung sind diesbezüglich die vier Indizes

X₁₀,: bei welchem 10% der gesamten Signalenergie erreicht werden;
X₅₀,: bei welchem 50% der gesamten Signalenergie erreicht werden und welcher daher auch als "Schwerpunkt" der Signalenergie bezeichnet wird;
X₉₀,: bei welchem 90% der gesamten Signalenergie erreicht werden; und
E_max =: max(E_N(θ)), d. h. der Wert der gesamten Signalenergie.

Falls M ≥ 1 Klopfsensoren verwendet werden, können die oben erläuterten Indizes durch die mit der jeweiligen gesamten Signalenergie E_max ⁽ⁱ⁾ gewichteten einzelnen Indizes X_p ⁽ⁱ⁾ ersetzt werden gemäß folgender Formel ${\overline{X}}_{p} = \frac{\sum_{i = 1}^{M} E_{\max}^{(i)} X_{p}^{(i)}}{\sum_{i = 1}^{M} E_{\max}^{(i)}}$
Zusammenfassend werden somit im Modul 21 von Figur 1 aus den verstärkten und gefilterten Klopfsensor-Signalen K(θ) die für die Verbrennung charakteristischen Indizes X_p berechnet, wobei Letztere das Profil der Dieselverbrennung bzw. das Profil der Wärmeabgabe in den Brennkammern implizit beschreiben. Die Indizes X_p können dann im Regelungsmodul 22 verwendet werden, um die Kraftstoffinjektion über den Injektionsdruck, die Injektionspulsbreite und/oder die Injektionszeit(en), die Abgasrückführung, den Ladedruck und/oder eine andere geeignete Größe zu beeinflussen.
In den Figuren 2 bis 5 sind experimentelle Ergebnisse zur Anwendung des oben erläuterten Verfahrens dargestellt. Diese Ergebnisse wurden für den Zylinder Nr. 2 eines 2.7 l V6 Dieselmotors bei verschiedenen Lastzuständen zwischen ca. 0.5 und 6 bar indiziertem mittlerem Druck (IMEP) und bei Motordrehzahlen zwischen 1.500 und 3.400 U/min gewonnen. Das in Gleichung (3) verwendete Kurbelwellenwinkelintervall J wurde mit einer Breite von 80° symmetrisch um den oberen Totpunkt (TDC) herum gewählt, das heißt mit den Grenzen θ_start = -40°, θ_end = +40°.

In einer ersten Versuchsreihe wurde eine Abgasrückführungsrate (AGR) von ca. 35% eingestellt, während der Beginn der Aktivierung der Kraftstoffinjektoren (BOA: Begin Of Activation) zwischen 6° und 18° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) verstellt wurde. Die Daten der Versuche sind im Einzelnen in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet:

	BOA=6°	8°	10°	12°	14°	16°	18°
Versuchsnr.	73	72	69	62	65	68	75
Motordrehzahl [U/min]	1995	1995	1995	1995	1994	1994	1994
Einlaßdruck [bar]	1.210	1.211	1.215	1.226	1.220	1.209	1.207
IMEP [bar]	5.96	6.01	6.03	5.98	6.17	6.18	6.23
Norm. Luft-/Kraftstoff-Verhältnis	0.559	0.564	0.597	0.665	0.607	0.605	0.600
AGR Rate [%]	29.5	30.6	34.0	41.8	37.1	34.7	33.8
Rail Druck [bar]	1008	1008	1008	1002	1010	1015	1007
Injektor Pulsbreite [µs]	470	470	470	470	470	470	470
Start der Verbrennung [° BTDC]	-5	-3	-1	1	3	4	6
Norm. Verbrennungsdauer (20% bis 80%) [%]	15	17	17	19	20	21	22
AVL Geräusch [dB]	94.9	95.4	95.3	93.8	96.0	96.8	97.5
Norm. Energieschwerpunkt [%]	82	80	78	77	72	69	68
Norm. Energiebreite [%]	23	25	25	27	30	32	33
Norm. Signal Intensität [%]	68	73	74	70	83	88	91

Figur 2 zeigt diesbezüglich die funktionelle Beziehung zwischen der auf dem Klopfsensor-Signal basierenden Charakterisierung der Verbrennung und ausgewählten Verbrennungsparametern. Das linke Diagramm zeigt das Verhalten des Schwerpunktsenergie-Indexes X₅₀ bei zunehmendem BOA. Die normalisierte E-nergiebreite oder "Klopfenergie-Dauer", X₉₀- X₁₀, ist im mittleren Diagramm gegen die normalisierte hauptsächliche Verbrennungsdauer (d. h. die Zeit, um von 20% zu 80% der gesamten Energiefreisetzung innerhalb des Datenfensters zu gelangen) aufgetragen. Das rechte Diagramm zeigt schließlich die Beziehung zwischen dem Wert eines Schalldruckpegelmeßgerätes (in dB) und der mittleren normalisierten Klopfsignalenergie (in dB) akkumuliert über das Datenfenster.
Figur 3 zeigt die zu den vorstehend beschriebenen Versuchen gehörigen Verläufe der Wärmefreisetzung im Zylinder für die jeweils eingestellten Werte der BOA.

In einer zweiten Versuchsserie wurde abweichend von der ersten Serie ein Einlaßdruck von ca. 1.0 bar und eine AGR-Rate von ca. 20% eingestellt. Die detaillierten Daten der Versuchsreihe sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben:

	BOA=6°	8°	10°	12°	14°	16°	18°
Versuchsnr.	74	71	70	63	66	67	76
Motordrehzahl [U/min]	1995	1995	1994	1995	1995	1995	1995
Einlaßdruck [bar]	1.035	1.033	1.031	1.033	1.031	1.030	1.029
IMEP [bar]	5.89	5.95	6.00	6.09	6.13	4.52	6.11
Norm. Luft-/Kraftstoff-Verhältnis	0.573	0.568	0.575	0.581	0.582	0.580	0.591
AGR Rate [%]	20.6	20.6	20.7	20.6	20.8	20.8	20.9
Rail Druck [bar]	1007	1008	1008	1008	1010	1014	1018
Injektor Pulsbreite [µs]	470	470	470	470	470	470	470
Start der Verbrennung [° BTDC]	-6	-3	-1	0	2	4	6
Norm. Verbrennungsdauer (20% bis 80%)[%]	13	15	17	19	20	18	20
AVL Geräusch [dB]	95.8	96.7	97	97.5	98.0	98.5	98.9
Norm. Energieschwerpunkt [%]	84	82	79	76	74	73	69
Norm. Energiebreite [%]	20	23	25	28	32	34	36
Norm. Signal Intensität [%]	72	81	86	91	95	98	97

Die Figuren 4 und 5 zeigen die Ergebnisse der zweiten Versuchsreihe in einer analogen Darstellung wie die Figuren 2 und 3.

Claims

Verfahren zur Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens einer Brennkraftmaschine (10), wobei basierend auf dem Verlauf eines Klopfsensor-Signals K ein das Verbrennungsverhalten charakterisierender Index X berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet,daß
der Index X aus der vom Kurbelwellenwinkel abhängigen Signalenergie E(θ) des Klopfsensor-Signals K(θ) berechnet wird, wobei $E (θ) = \int_{θ_{0}}^{θ} K (τ)^{2} dτ,$
und der Index X für einen gegebenen Wert 0 ≤ p ≤ 100 definiert wird durch $X = X_{p} = \min \{θ | E (θ) \geq \frac{p}{100} \max_{τ} (E (τ))\} .$
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß
das Klopfsensor-Signal K mechanische Schwingungen der Brennkraftmaschine (10) charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Klopfsensor-Signal K in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel θ erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,daß
der Kurbelwellenwinkel θ mit einer Auflösung von weniger als 1°, vorzugsweise weniger als 0.5° ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,daß
das Klopfsensor-Signal K nur in einem Intervall berücksichtigt wird, das für einen ausgewählten Zylinder der Brennkraftmaschine (10) charakteristisch ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,daß
die Signalenergie E(θ) bandpaßgefiltert und/oder normiert zur Berechnung des Indexes X verwendet wird.
Verfahren zur rückgekoppelten Regelung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Rückkopplungssignal durch einen Index X gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 gebildet wird.
Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine (10), enthaltend einen Eingang für das Signal eines Klopfsensors (17),
dadurch gekennzeichnet,daß
dieses zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.