DE10196662B3

DE10196662B3 - Anordnung und Verfahren zum Schätzen des Zeitpunkts, an dem ein Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsmotor beginnt

Info

Publication number: DE10196662B3
Application number: DE10196662.8T
Authority: DE
Inventors: Mats Järgenstedt; Mikael Nordin; Magnus Pettersson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2021-09-22
Also published as: SE0003396L; SE517008C2; SE0003396D0; WO2002025237A1; DE10196662T1; AU2001288203A1

Abstract

Anordnung zum Schätzen des Zeitpunkts des Beginns eines Verbrennungsprozesses eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) wenigstens ein Einspritzelement (5) aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es dem Verbrennungsprozess einen Kraftstoff oder ein Kraftstoffgemisch zuführt, und wenigstens einen Verbrennungsraum (3) aufweist, in welchem ein gegenwärtiger Verbrennungsprozess stattfindet, wobei die Anordnung wenigstens einen ersten Sensor (7) umfasst, der derart ausgebildet ist, dass er wenigstens einen Parameter erfasst, der mit dem während der Verbrennungsprozesse erzeugten Geräusch zusammenhängt, und ein mit dem Wert des Parameters zusammenhängendes Signal ausgibt, ein Signalverarbeitungsmittel (8–11) umfasst, welches derart ausgebildet ist, dass es das Signal in Messwerte (a) umwandelt, und eine Steuereinheit (13) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie den Zeitpunkt, zu welchem ein Verbrennungsprozess beginnt, auf den Zeitpunkt (t1) eines ersten Messwertes (a1) schätzt, welcher einen Referenzwert (aref) erreicht, nachdem wenigstens ein vorangegangener Messwert (a) unterhalb des Referenzwerts (aref) lag, wobei der erste Sensor (7) derart ausgebildet ist, dass er ein Analogsignal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmittel (8–11) einen analogen Tiefpassfilter (8), einen Analog-Digital-Wandler (9), welcher derart ausgebildet ist, dass er das Analogsignal in digitale Signalwerte umwandelt, sowie einen digitalen Bandpassfilter (10) umfasst, und dass der Referenzwert (aref) derart gewählt ist, dass er 20–40% des maximalen Messwerts (amax) beträgt.

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Schätzen des Zeitpunkts, an dem ein Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsmotor beginnt, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.
Das Einspritzen von Kraftstoff in Dieselmotoren ist bei neueren Motoren mittels einer sogenannten Pumpendüse vorgesehen, das heißt einer Hochdruckpumpe, welche zusammen mit einer Einspritzdüse ausgebildet ist. Derartige Pumpendüsen sind an jedem der Zylinder des Motors vorgesehen und umfassen eine eigene elektrische Steuerung. Deshalb muss jede einzelne Pumpendüse derart kalibriert oder gesteuert werden, dass diese Kraftstoff in den jeweiligen Verbrennungsraum zu einem Zeitpunkt so einspritzen, dass ein nachfolgender Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsraum erfolgt, wenn sich die Kurbelwelle des Motors in einer dafür optimalen Stellung befindet. Alternativ dazu können der Kraftstoff und die Luft in einem Einlassrohr vermischt werden, bevor das Kraftstoffgemisch in einen Verbrennungsraum eingespritzt wird.
Bei bekannten Steuerungssystemen zum Einspritzen von Kraftstoff oder Kraftstoffgemisch in einen Dieselmotor stellt man gewöhnlicherweise durch ein Kalibrierverfahren den Zeitpunkt ein, an welchem die Einspritzung zu erfolgen hat. Bei bestimmten Steuerungssystemen kann man den Zeitpunkt der Einspritzung messen und diesen Zeitpunkt mittels einer Rückkopplung in dem Steuerungssystem einstellen. Bei anderen Steuerungssystemen kann man den Zeitpunkt der Einspritzung aus verschiedenen Gründen nicht messen, was eine kostenintensive elektronische Einspritzausrüstung erfordert, um die Einspritzung zu einem weitgehend richtigen Zeitpunkt durchzuführen. Allerdings beginnt der Verbrennungsprozess selbst mit einer gewissen Verzögerung bezüglich des Zeitpunkts der Einspritzung. Die Dauer dieser Verzögerung hängt unter anderem von der Qualität des Kraftstoffs, der Temperatur der Luft und des Kraftstoffs, der Luftfeuchtigkeit und der Menge an zurückströmenden Abgasen ab. Selbst wenn man den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum misst, kann der Zeitpunkt des Beginns des Verbrennungsprozesses nicht exakt bestimmt werden.
In der schwedischen Patentschrift SE 521752 C2 werden Geräuscherfassungssensoren verwendet, um einen Parameter zu erfassen, der mit dem beim Verbrennungsprozess während des Betriebs eines Verbrennungsmotors entstehenden Verbrennungsgeräusch zusammenhängt. Dadurch kann das für den Motor charakteristische Verbrennungsgeräusch identifiziert werden und der Zeitpunkt, zu welchem der Verbrennungsprozess stattfindet, bestimmt werden. Allerdings ist in dieser Patentanmeldung der exakte Zeitpunkt des Beginns des Verbrennungsprozesses nicht definiert.
Eine Anordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Hauptansprüche sind aus der DE 196 12 179 C1 bekannt. Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in der DE 10015162 A1 , US 5,739,417 A , WO 95/08760 A1 und DE 19615448 A1 .
Abriss der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Anordnung und ein Verfahren bereitzustellen, welche in unkomplizierter Weise eine weitgehend exakte Schätzung des Zeitpunkts vorsehen, zu welchem ein Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors beginnt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Verbrennungsprozesse der Verbrennungsmotoren in Kenntnis dieses Zeitpunkts zu steuern.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch die eingangs genannte Anordnung und das eingangs genannte Verfahren gelöst, welche durch das in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche Genannte gekennzeichnet sind. Wenn ein Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors stattfindet, ergibt sich ein Verbrennungsgeräusch. Der Sensor erfasst einen Parameter, der mit dem Wert des Verbrennungsgeräusches zusammenhängt. Allerdings enthalten die Ausgangssignale des Sensors Störungen, welche von dem Geräusch oder von Vibrationen abhängen, die von anderen Quellen stammen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, dass ein Messwert zunächst einen vorbestimmten Pegel in Form eines Referenzwerts erreichen soll, so dass man mit Sicherheit feststellen kann, dass ein Verbrennungsprozess tatsächlich begonnen hat. Dadurch wird das Risiko falscher Schätzungen des Beginns eines Verbrennungsprozesses minimiert. Da die erhaltenen Messwerte in Verbindung mit dem Beginn eines Verbrennungsprozesses ansteigende Werte annehmen, wird der Zeitpunkt des Starts eines Verbrennungsprozesses als der erste Messwert geschätzt, welcher den Referenzwert erreicht, nachdem wenigstens ein vorangegangener Messwert unterhalb des Referenzwerts lag.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Referenzwert derart gewählt, dass er 20–40% des maximalen Messwerts eines Verbrennungsprozesses bildet. Um einen korrespondierenden Zeitpunkt des Beginns eines Verbrennungsprozesses in verschiedenen Verbrennungsräumen zu erhalten, ist es vorteilhaft, den Referenzwert mit einem maximalen Messwert für den jeweiligen Verbrennungsraum zu verknüpfen. Vorteilhafterweise bildet daher der während des aktuellen Verbrennungsprozesses höchste erhaltene Messwert den maximalen Messwert. Deshalb kann der Zeitpunkt des Beginns des aktuellen Verbrennungsprozesses lediglich dann geschätzt werden, wenn der Verbrennungsprozess beendet ist. Alternativ kann der Referenzwert ein maximaler Messwert eines vorangegangenen Verbrennungsprozesses oder ein Durchschnittswert einer Mehrzahl maximaler Messwerte vorangegangener Verbrennungsprozesse des betroffenen Verbrennungsraums sein.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Parameter die Vibrationen, welche in einem Motorblock des Verbrennungsmotors auftreten. Das während des Verbrennungsprozesses auftretende Geräusch erzeugt Vibrationen in dem Motorblock des Verbrennungsmotors. Diese Vibrationen können mit einem oder mehreren Beschleunigungsmessern erfasst werden, welche an geeigneten Stellen direkt an dem Motorblock oder an Elementen angebracht sind, die in mechanischem Kontakt mit dem Motorblock stehen. Der Ort der Beschleunigungsmesser ist sehr wichtig, um relevante Messwerte zu erhalten. Sie sollten eine derartige Position haben, dass von dem Verbrennungsprozess stammende Vibrationen, so deutlich wie möglich erfasst werden, wobei gleichzeitig Vibrationen von Störquellen soweit wie möglich unterdrückt werden.
Gemäß der Erfindung ist der Sensor derart ausgebildet, dass er ein Analogsignal ausgibt, und das Signalverarbeitungsmittel weist einen analogen Tiefpassfilter auf. Die meisten Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungsmesser, stellen ein analoges Ausgangssignal bereit. Der Tiefpassfilter wird verwendet, um Hochfrequenzsignalwerte herauszufiltern, welche anderenfalls zu Problemen führen können, wenn das Signal in digitale Form umgewandelt wird. Das Signalverarbeitungsmittel umfasst einen Analog-Digital-Wandler, welcher das Analogsignal in digitale Signalwerte umwandelt. Die digitalen Werte sollen relativ kurzzeitige Intervalle wiedergeben, da eine zu grobe Unterteilung in Intervalle die Genauigkeit der Schätzung des Zeitpunkts des Beginns des Verbrennungsprozesses beschränkt. Das Signalverarbeitungsmittel umfasst auch einen digitalen Bandpass-Filter. Die während eines Verbrennungsprozesses erzeugten Geräusche und Vibrationen entstehen weitgehend innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs. Deshalb ist es vorteilhaft, Frequenzen außerhalb dieses Frequenzbereichs herauszufiltern. Dadurch erhält man digitale Signalwerte mit reduziertem Störanteil. Das Signalverarbeitungsmittel kann auch eine Einheit umfassen, welche vorgesehen ist, um die erhaltenen digitalen Signalwerte derart einzustellen, dass sie die Form eines Graphen zeigen. Dadurch werden Messwerte erhalten, welche einem Graphen folgen. Somit weisen die Messwerte keine momentanen Schwankungen auf, welche anderenfalls die Schätzung des Beginns des Verbrennungsprozesses erschweren könnten. Das Signalverarbeitungsmittel kann insgesamt oder teilweise aus separaten Einheiten bestehen. Alternativ können diese in der Software der Steuereinheit mit umfasst sein.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese bei Verbrennungsmotoren mit einer Kurbelwelle einsetzbar, die zum Antrieb durch die Verbrennungsprozesse ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie Informationen von einem zweiten Sensor über die Position der Kurbelwelle erhält. Die Steuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie überprüft, ob sich die Kurbelwelle an dem abgeschätzten Zeitpunkt des Beginns des Verbrennungsprozesses in einer optimalen Position dafür befindet, und dass sie den Zeitpunkt einstellt, zu welchem das Einspritzelement den Kraftstoff oder das Kraftstoffgemisch bei Bedarf zuführt. Wenn der abgeschätzte Zeitpunkt des Beginns des Verbrennungsprozesses eine zeitliche Abweichung von dem Zeitpunkt zeigt, zu welchem sich die Kurbelwelle in einer optimalen Position dafür befindet, kann der Zeitpunkt für die Zufuhr des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemisches im darauffolgenden Verbrennungsprozess um eine der Abweichung entsprechende Zeitperiode vorverlegt werden. Dadurch ist es möglich, eine Einstellung des Zeitpunkts der Zufuhr des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemisches zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbrennungsprozessen in einem Verbrennungsraum durchzuführen. Alternativ kann man solange mit der Einstellung des Zeitpunkts der Zufuhr des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemisches warten, bis eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Verbrennungsprozesse einen Verbrennungsbeginn mit einer zeitlichen Abweichung von dem Zeitpunkt zeigen, zu welchem sich die Kurbelwelle in einer optimalen Position befindet. Der Zeitpunkt der Zufuhr des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemisches kann mit einem Durchschnittswert dieser zeitlichen Abweichungen eingestellt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Einspritzelement derart angeordnet, dass es den Kraftstoff oder das Kraftstoffgemisch in den Verbrennungsraum einspritzt und der Verbrennungsmotor mit Selbstzündung arbeitet. Vorteilhafterweise ist das Einspritzelement dabei eine sogenannte Pumpendüse und der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als ein Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 schematisch eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ein Beispiel eines Signals zeigt, welches von einem an einem Verbrennungsmotor mit sechs Zylindern vorgesehenen Beschleunigungsmesser erhalten wurde,
3 ein Beispiel von Messwerten zeigt, welche nach einer Signalbearbeitung erhalten wurden und
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Anordnung für die Schätzung des Zeitpunkts t₁, zu welchem ein Verbrennungsprozess eines Verbrennungsmotors 1 beginnt, und zum Steuern des Verbrennungsprozesses in Kenntnis dieses Zeitpunkts t₁. Der Verbrennungsmotor 1 ist hier beispielhaft als Dieselmotor mit sechs Zylindern ausgeführt, von denen drei in der Figur mit gestrichelten Linien gezeichnet sind. Jeder der Zylinder 2 umfasst in herkömmlicher Weise einen Verbrennungsraum 3, welcher in Richtung nach unten von einem in dem Zylinder 2 vorgesehenen bewegbaren Kolben 4 begrenzt ist. Ein Einspritzelement 5 ist derart angeordnet, dass es intermittierend Kraftstoff oder Kraftstoffgemisch aus Kraftstoff und Luft in jeden der Verbrennungsräume 3 derart einspritzt, dass sich momentane Verbrennungsprozesse ergeben. Die dadurch erzielten Bewegungen der Kolben 4 werden derart ausgerichtet, dass sie eine Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 antreiben. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise aus einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung bestehen, welcher somit mit Selbstzündung des Kraftstoffs arbeitet. Der Motor kann als Antriebsmotor in schwereren Fahrzeugen, wie beispielsweise einem Lastkraftwagen oder einem Bus, eingesetzt werden.
Die Anordnung umfasst wenigstens einen Sensor in Form eines Beschleunigungsmessers 7, welcher an einem geeigneten Platz an einem Motorblock des Verbrennungsmotors 1 angeordnet ist. Der Beschleunigungsmesser 7 kann direkt an dem Motorblock oder an einem Element vorgesehen sein, wie beispielsweise an einem geeigneten Bolzen, welches in direktem Kontakt mit dem Motorblock steht. Der Beschleunigungsmesser 7 ist derart ausgebildet, dass er in dem Motorblock auftretende Vibrationen erfasst, welche von dem während der Verbrennungsprozesse in den Verbrennungsräumen 3 auftretenden Geräusche erzeugt werden. Der Beschleunigungsmesser 7 ist derart ausgebildet, dass er ein von dem Wert der Vibrationen abhängiges Analogsignal ausgibt. In dem Motorblock breiten sich auch Vibrationen anderen Ursprungs aus. Derartige Vibrationen führen dazu, dass das Ausgangssignal Störungen enthält. Es ist deshalb gewöhnlicherweise nicht möglich, dieses Signal ohne Weiterverarbeitung zu verwenden, um mit einer guten Genauigkeit abzuschätzen, wann ein Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsraum 3 beginnt. 2 zeigt ein Beispiel eines von einem Beschleunigungsmesser 7 erhaltenen Signals, wobei der Beschleunigungsmesser 7 an dem Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotor 1 angebracht ist. In der Figur wurden die erhaltenen Signalbereiche für den jeweiligen Zylinder markiert. Die Abfolge hängt von der Zündfolge der Zylinder ab. Man kann beobachten, dass die Signalleistung beträchtlich ansteigt, wenn ein Verbrennungsprozess in einem Zylinder stattfindet. Allerdings schwankt die Signalleistung beträchtlich zwischen den verschiedenen Zylindern. Der Beschleunigungsmesser 7 ist hier zwischen den Zylindern 5 und 6 angeordnet, weshalb die leistungsstärksten Signale von diesen Zylindern erhalten werden.
Um den Beginn der Verbrennungsprozesse mit einer guten Genauigkeit schätzen zu können, muss das von dem Beschleunigungsmesser 7 erhaltene Signal von einem Signalverarbeitungsmittel verarbeitet werden. Das Signalverarbeitungsmittel umfasst eingangsseitig einen analogen Tiefpassfilter 8. Der Tiefpassfilter 8 filtert diejenigen Frequenzen des analogen Signals aus, welche höher als eine spezifische Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 8 sind. Das durch den Tiefpass gefilterte Signal wird dann einem Analog-Digital-Wandler 9 zugeführt, welcher derart angeordnet ist, dass er das analoge Signal in digitale Signalwerte umwandelt. Dadurch wird das analoge Signal in eine geeignete Anzahl von digitalen Signalwerten pro Zeiteinheit aufgespalten. Danach werden die digitalen Signalwerte durch einen digitalen Bandpassfilter 10 geleitet. Der digitale Bandpassfilter 10 lässt lediglich diejenigen Frequenzen der digitalen Signalwerte passieren, welche innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs liegen. Die Vibrationen, welche in dem Motorblock während der Verbrennungsprozesse auftreten, liegen hauptsächlich in diesem Frequenzbereich. Beispielsweise kann der Bandpassfilter Signale innerhalb des Frequenzbereichs von 20–30 kHz passieren lassen und somit Frequenzen ausfiltern, die kleiner als 20 kHz und größer als 30 kHz sind. Die ausgefilterten Frequenzen stammen im Wesentlichen von unerwünschten Vibrationsquellen. Schließlich werden die Signalwerte in einer Einheit 11 verarbeitet, welche dazu ausgebildet ist, die erhaltenen digitalen Signalwerte so einzustellen, dass diese eine kontinuierliche Form eines Graphen zeigen. Beispielsweise können die Spitzenwerte dieser Signale miteinander verbunden werden, so dass man einen kontinuierlichen Graphen 12 erhält, der in 3 gezeigt ist. Die digitalen Signalwerte, welche nicht dem Graphen entsprechen, werden derart eingestellt, dass Messwerte a erhalten werden, die dem Graphen 12 folgen. Derartige Messwerte a sind dazu nützlich, den tatsächlichen Zeitpunkt t₁ des Beginns eines Verbrennungsprozesses mit einer hohen Genauigkeit abzuschätzen. Das Signalverarbeitungsmittel 8–11 kann insgesamt oder teilweise separate Einheiten bilden, jedoch können diese auch in der Software einer Steuereinheit 13 mit umfasst sein.
Eine derartige Steuereinheit 13 ist so ausgebildet, dass sie die erhaltenen Messwerte a mit einem Referenzwert a_ref vergleicht. Der Referenzwert a_ref ist derart gewählt, dass er 20–40% eines maximalen Messwerts a_max des gegenwärtigen Verbrennungsprozesses bildet. Der Zeitpunkt, zu welchem ein Verbrennungsprozess beginnt, wird auf den Zeitpunkt t₁ eines ersten Messwerts a₁ geschätzt, welcher den Referenzwert a_ref während einer Folge zunehmender Messwerte erreicht. Dadurch sollte wenigstens ein Messwert a, welcher den Messwert a₁ unterschreitet, unterhalb des Referenzwerts a_ref liegen. Die Größe der erhaltenen Messwerte a aus den verschiedenen Verbrennungsprozessen in den Verbrennungsräumen 3 kann variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Abstand des Beschleunigungsmessers 7 zu den verschiedenen Verbrennungsräumen. Ein weiterer Grund kann darin liegen, dass die verschiedenen Beschleunigungsmesser 7 Signalwerte verschiedener Leistung ausgeben. Durch Verknüpfen eines derartigen Referenzwerts a_ref mit einem prozentualen Anteil eines maximalen Messwerts a_max für den gegenwärtigen Verbrennungsprozess kann ein vergleichbarer Zeitpunkt des Beginns der Verbrennungsprozesse in den verschiedenen Verbrennungsräumen erhalten werden. Der maximale Messwert a_max ist der größte Messwert, welcher während eines aktuellen Verbrennungsprozesses erhalten wird. Die Verwendung eines Referenzwerts a_ref hat auch den Vorteil, dass das Risiko einer durch Vibration von einer Störquelle hervorgerufenen fehlerhaften Anzeige des Beginns eines Verbrennungsprozesses weitgehend beseitigt wird. Nach dem Ende des Verbrennungsprozesses, wenn die erhaltenen Messwerte wieder unter den Referenzwert a_ref fallen, stellt die Steuereinheit 13 fest, dass der Verbrennungsprozess beendet ist. Die Steuereinheit 13 registriert den maximalen Messwert a_max während des aktuellen Verbrennungsprozesses. In Kenntnis des maximalen Messwerts a_max berechnet die Steuereinheit 13 den Referenzwert a_ref, welcher beispielsweise 30% des maximalen Messwerts a_max beträgt. Danach bestimmt die Steuereinheit 13 den Zeitpunkt t₁, zu welchem ein erster Messwert a₁ während des Verbrennungsprozesses den Referenzwert a_ref erreicht hat. Der Zeitpunkt t₁ wird als derjenige Zeitpunkt geschätzt, zu welchem der aktuelle Verbrennungsprozess beginnt.
Ein zweiter Sensor 14 ist an einem geeigneten Platz an dem Verbrennungsmotor 13 angebracht. Der zweite Sensor 14 ist derart ausgebildet, dass er die Position der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 erfasst. Dadurch gibt der Sensor 14 ein Signal an die Steuereinheit 13 ab, welches mit der Position der Kurbelwelle 6 zusammenhängt. Die Steuereinheit 13 überprüft, in welcher Position sich die Kurbelwelle 6 zu dem geschätzten Zeitpunkt t₁ befand. Der Zeitpunkt der Einspritzung t₀ des Kraftstoffs oder Kraftstoffgemisches in dem Verbrennungsraum 3 tritt mit einer Zeitdifferenz bezüglich des Zeitpunkts t₁ des Beginns des Verbrennungsprozesses ein. Die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Einspritzung t₀ und dem geschätzten Zeitpunkt t₁ kann für ein und denselben Verbrennungsmotor bei verschiedenen Gelegenheiten schwanken. Die Zeitdifferenz kann von der Qualität des Kraftstoffs, der Temperatur der Luft und des Kraftstoffs, der Luftfeuchtigkeit und der Menge an rückströmenden Abgasen abhängen. Die Steuereinheit 13 kann hier den geschätzten Zeitpunkt t₁ für den Verbrennungsprozess mit dem Zeitpunkt vergleichen, zu welchem die Kurbelwelle 6 sich in der optimalen Position für den Verbrennungsprozess befand. Wenn eine zeitliche Abweichung auftritt, stellt die Steuereinheit 13 den Zeitpunkt der Einspritzung t₀ des Kraftstoffs durch das Einspritzelement 5 in dem folgenden Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsraum 3 mit einem Wert ein, welcher dieser zeitlichen Abweichung entspricht. Alternativ kann eine derartige Einstellung des Zeitpunkts t₀ für die Einspritzung des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemisches auf einem Durchschnitt einer Mehrzahl derartiger zeitlicher Abweichungen vorangehender Verbrennungsprozesse basieren. Die Steuereinheit 13 ist auch mit einer Anzeigeeinheit 15 verbunden. Die Anzeigeeinheit 15 ist derart ausgebildet, dass sie beispielsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs mögliche Fehlfunktionen des Verbrennungsmotors 1 in Verbindung mit einem fehlerhaften Beginn der Verbrennung anzeigt. Das Anzeigeelement 15 kann auch anzeigen, wenn es nicht länger möglich ist, einen fehlerhaften Beginn der Verbrennung zu kompensieren, und es kann darüber informieren, wann der Verbrennungsmotor 1 einen Service durchlaufen sollte.
4 zeigt ein Flussdiagram für ein Verfahren zur Schätzung des Zeitpunkts t₁ des Beginns eines Verbrennungsprozesses für einen Zylinder 2 eines Verbrennungsmotors 1. Ein entsprechendes Verfahren läuft gleichzeitig in den anderen Zylindern 2 ab. Zu Beginn umfasst das Verfahren einen Anfangsschritt 16 zum Vorsehen wenigstens eines in Berührung mit dem Motorblock des Verbrennungsmotors 1 stehenden Beschleunigungsmessers 7. Der Ort des Beschleunigungsmessers 7 ist wichtig, um Messwerte zu erhalten, welche eine genaue Schätzung des Zeitpunkts t₁ ermöglichen, zu welchem ein Verbrennungsprozess beginnt. Folglich sollten die Beschleunigungsmesser nicht in einem Bereich des Motorblocks positioniert werden, welcher störenden Vibrationen von naheliegenden beweglichen mechanischen Teilen ausgesetzt ist. Der Beschleunigungsmesser 7 gibt ein Analogsignal aus, welches mit dem Wert der Vibrationen in dem Bereich der Anbringung an dem Motorblock zusammenhängt.
Im Schritt 17 wird das Analogsignal empfangen und durchläuft einen Bearbeitungsprozess, welcher zu digitalen Ausgangsmesswerten führt. Der Bearbeitungsprozess umfasst anfangs eine Tiefpass-Filterung des Analogsignals. Hohe Frequenzen oberhalb eines Grenzwerts werden herausgefiltert. Danach wird das Analogsignal in digitale Signalwerte umgewandelt. Das Analogsignal wird mit geeigneten Zeitintervallen in digitale Signalwerte unterteilt. Die sich ergebenen digitalen Signalwerte werden dann innerhalb eines Frequenzbereichs, der die üblichen bei Verbrennungsprozessen der aktuellen Art von Verbrennungsmotoren 1 auftretenden, Vibrationsfrequenzen umfasst, mit einem Bandpass gefiltert. Höhere und niedrigere Frequenzen, welche hauptsächlich Störungen umfassen, werden somit herausgefiltert. Schließlich werden die erhaltenen digitalen Signalwerte auf digitale Messwerte abgestimmt, welche der Form eines Graphen folgen. Dadurch werden gelegentliche Schwankungen der Messwerte vermieden.
Im Schritt 18 werden die während eines Verbrennungsprozesses erhaltenen Messwerte a empfangen und registriert. Der maximale Messwert a_max, welcher der größte Messwert ist, der während des gegenwärtigen Verbrennungsprozesses erhalten wurde, wird registriert. Ein Referenzwert a_ref wird als 30% von a_max berechnet. Der Zeitpunkt t₁ für einen ersten Messwert a₁, welcher den Referenzwert a_ref erreicht, nachdem wenigstens ein vorangegangener Messwert unterhalb des Referenzwerts a_ref lag, wird als der Zeitpunkt des Beginns des Verbrennungsprozesses geschätzt.
Im Schritt 19 werden eine Informationen über die Position der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 1 erhalten. Dann wird überprüft, ob sich die Kurbelwelle 9 in einer optimalen Position zu dem geschätzten Zeitpunkt t₁ des Beginns des Verbrennungsprozesses befand. Wenn dabei eine Abweichung vorlag, wird der Zeitpunkt t₀ der Einspritzung des Einspritzelements 5 für die folgenden Verbrennungsprozesse in dem Verbrennungsraum 3 eingestellt.
Danach wird der Prozess in Schritt 17 mit der Aufnahme eines neuen Analogsignals bezüglich des folgenden Verbrennungsprozess wiederholt.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann frei innerhalb des Rahmens der Ansprüche verändert werden. Die Anordnung und das Verfahren sind auf Verbrennungsmotoren unabhängig von der Zylinderzahl anwendbar. Die Anordnung und das Verfahren sind im wesentlichen auf alle Motorarten anwendbar, in welchen ein Verbrennungsprozess stattfindet und in welchen ein während eines Verbrennungsprozesses erfassbares Verbrennungsgeräusch erhalten wird. Folglich ist die Erfindung beispielsweise auf Motoren anwendbar, welche mit Selbstzündung eines homogen Kraftstoffgemisches arbeiten, sogenannten HCCL-Motoren, bei welchen das Problem der Bestimmung des Zeitpunkts des Beginns des Verbrennungsprozesses gleichermaßen gegeben ist, wie bei einem herkömmlichen Dieselmotor.

Claims

Anordnung zum Schätzen des Zeitpunkts des Beginns eines Verbrennungsprozesses eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) wenigstens ein Einspritzelement (5) aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es dem Verbrennungsprozess einen Kraftstoff oder ein Kraftstoffgemisch zuführt, und wenigstens einen Verbrennungsraum (3) aufweist, in welchem ein gegenwärtiger Verbrennungsprozess stattfindet, wobei die Anordnung wenigstens einen ersten Sensor (7) umfasst, der derart ausgebildet ist, dass er wenigstens einen Parameter erfasst, der mit dem während der Verbrennungsprozesse erzeugten Geräusch zusammenhängt, und ein mit dem Wert des Parameters zusammenhängendes Signal ausgibt, ein Signalverarbeitungsmittel (8–11) umfasst, welches derart ausgebildet ist, dass es das Signal in Messwerte (a) umwandelt, und eine Steuereinheit (13) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie den Zeitpunkt, zu welchem ein Verbrennungsprozess beginnt, auf den Zeitpunkt (t₁) eines ersten Messwertes (a₁) schätzt, welcher einen Referenzwert (a_ref) erreicht, nachdem wenigstens ein vorangegangener Messwert (a) unterhalb des Referenzwerts (a_ref) lag, wobei der erste Sensor (7) derart ausgebildet ist, dass er ein Analogsignal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmittel (8–11) einen analogen Tiefpassfilter (8), einen Analog-Digital-Wandler (9), welcher derart ausgebildet ist, dass er das Analogsignal in digitale Signalwerte umwandelt, sowie einen digitalen Bandpassfilter (10) umfasst, und dass der Referenzwert (a_ref) derart gewählt ist, dass er 20–40% des maximalen Messwerts (a_max) beträgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Messwert (a_max) der größte Messwert ist, welcher während eines aktuellen Verbrennungsprozesses empfangen wurde.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter mit den Vibrationen zusammenhängt, welche in einem Motorblock des Verbrennungsmotors (1) auftreten.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor einen Beschleunigungsmesser (7) umfasst, welcher in mechanischem Kontakt mit dem Motorblock steht.
Anordnung nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmittel eine Einheit (11) umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass sie erhaltene digitale Signalwerte auf Messwerte (a) einstellt, die einem Graph (12) folgen, wobei die Spitzenwerte dieser Signale miteinander verbunden werden, so dass man einen kontinuierlichen Graphen (12) erhält.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor eine Kurbelwelle (6) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie durch die Verbrennungsprozesse angetrieben wird, und wobei die Steuereinheit (13) derart ausgebildet ist, dass sie Informationen von einem zweiten Sensor (14) bezüglich der Stellung der Kurbelwelle (6) erhält, wobei die Steuereinheit (13) derart ausgebildet ist, dass sie überprüft, ob sich die Kurbelwelle (6) zu dem geschätzten Zeitpunkt (t₁) des Beginns des Verbrennungsprozesses in einer optimalen Position dafür befindet, und den Zeitpunkt der Einspritzung (t₀) des Einspritzelements (5) bei Bedarf einstellt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzelement (5) derart ausgebildet ist, dass es den Kraftstoff oder das Kraftstoffgemisch in den Verbrennungsraum (3) einspritzt, und dass der Verbrennungsmotor (11) mit Selbstzündung arbeitet.
Verfahren zum Schätzen des Zeitpunkts des Beginns eines Verbrennungsprozesses eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) wenigstens ein Einspritzelement (5) umfasst, welches derart ausgebildet ist, dass es dem Verbrennungsprozess Kraftstoff oder Kraftstoffgemisch zuführt, und einen Verbrennungsraum (3) umfasst, in welchem gegenwärtige Verbrennungsprozesse stattfinden, wobei wenigstens ein Parameter von wenigstens einem ersten Sensor (7) erfasst wird, welcher mit dem während der Verbrennungsprozesse erzeugten Geräusch zusammenhängt, und ein mit dem Wert des Parameters zusammenhängendes Signal ausgegeben wird, wobei das Signal in Messwerte (a) umgewandelt wird und der Zeitpunkt, zu welchem ein gegenwärtiger Verbrennungsprozess beginnt, auf denjenigen Zeitpunkt (t₁) eines ersten Messwerts (a₁) geschätzt wird, welcher einen Referenzwert (a_ref) überschreitet, nachdem wenigstens ein vorangegangener Messwert (a) unterhalb des Referenzwerts (a_ref) lag, wobei der Sensor (7) ein Analogsignal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mit einem Tiefpass (8) gefiltert wird, wobei das Analogsignal in digitale Signalwerte umgewandelt wird und die digitalen Signalwerte mit einem Bandpass (10) gefiltert werden, und dass der Referenzwert (a_ref) derart bestimmt wird, dass er 20–40% des maximalen Messwerts (a_max) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Messwert (a_max) derart bestimmt wird, dass er der größte Messwert ist, welcher während eines aktuellen Verbrennungsprozesses erhalten wurde.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter mit Vibrationen zusammenhängt, welche in einem Motorblock des Verbrennungsmotors (1) auftreten.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (7) in mechanischem Kontakt mit dem Motorblock gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen digitalen Signalwerte derart eingestellt werden, dass sie einem Graphen folgen, wobei die Spitzenwerte dieser Signale miteinander verbunden werden, so dass man einen kontinuierlichen Graphen (12) erhält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 12, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Kurbelwelle (6) umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass sie durch die Verbrennungsprozesse angetrieben wird, wobei Informationen über die Position der Kurbelwelle (6) erhalten werden und die Position der Kurbelwelle (6) zu dem geschätzten Zeitpunkt (t₁) des Beginns des Verbrennungsprozesses überprüft wird und dass dann, wenn die Kurbelwelle (6) sich zu dem Zeitpunkt (t₁) nicht in einer optimalen Position dafür befindet, der Zeitpunkt der Einspritzung (t₀) des Einspritzelements (5) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff oder das Kraftstoffgemisch in den Verbrennungsraum (3) eingespritzt wird, wo dieser zum Zünden durch die Kompression in dem Verbrennungsraum (3) ausgebildet ist.