DE19544613C2

DE19544613C2 - Verfahren zur dynamischen Korrektur des oberen Totpunktes während der Auswertung des Zylinderinnendruckverlaufes von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE19544613C2
Application number: DE1995144613
Authority: DE
Inventors: Karsten Wehner
Original assignee: En Umwelt Beratung E V I
Current assignee: ENERGIE-UMWELT-BERATUNG E.V. -INSTITUT-, 18119 ROS
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: DE19544613A1

Description

Gegenstand der Erfindung:

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur dynamischen Korrektur des oberen Totpunktes (OT) von Verbrennungsmotoren aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus.

Stand der Technik

Die Messung des Zylinderinnendruckes erfolgt bei modernen elektronischen Indiziersystemen in Abhängigkeit vom Kurbelwinkelsignal, um eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Druckwertes zum Kurbelwinkel zu erreichen. Dabei wird in den meisten Fällen das OT-Signal statisch auf den OT des Zylinders 1 eingestellt. Die genaue Zuordnung der Druckwerte zum Kurbelwinkel ist für weitere Berechnungen aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus zwingend notwendig. Dieser Sachverhalt wird ersichtlich aus: Dr. Zeides, Otto Christian; Der Einfluß von Meßfehlern auf die Genauigkeit der Leistungsbestimmung bei der Zylinderdruckmessung; Vortrag STG Jahreshauptversammlung 11/95.

In EP 0399069 A1 wird mit Hilfe eines Referenzsensors und eines mathematischen Berechnungsalgorithmus die Empfindlichkeit eines permanent eingesetzten Drucksensors zur Messung des Zylinderinnendruckes in einem bestimmten Winkelintervall bestimmt. Eine Korrektur der Druck-Volumenzuordnung aufgrund der Torsion der Kurbelwelle erfolgt nicht.

In DE 43 26 949 A1 wird über die Messung des Druckes in der Kompressionsphase der aktuelle Lastzustand ermittelt, welcher dann als Eingangsgröße für das Motormanagement -System genutzt wird. Auch hier erfolgt keine Korrektur der Druck-Volumenzuordnung. In WO 89/03983 wird die Kompressionsphase vor dem oberen Totpunkt gemessen und an der OT-Linie gespiegelt, ohne diese zu korrigieren. Genutzt wird dieses Verfahren zur Bestimmung des Verbrennungsverlaufes (Vibe-Brennfunktion) und zur Korrektur des Zündzeitpunktes.

Die Bestimmung des oberen Totpunktes (OT) aus dem Zylinderinnendruckverlauf heraus erfolgt derzeit bei spätzündenden Motoren durch die Bestimmung des ersten Maximum. Bei vor OT zündenden Motoren erfolgt die OT-Korrektur durch Aufnehmen der Schleppkurve und der Bestimmung des Maximum. Ein Problem stellen dabei die gemessenen Zylinderinnendruckwerte dar, welche immer leicht fehlerbehaftet sind, was bei der Digitalisierung noch verstärkt wird. Durch Mittelwertbildung über mehrere Zyklen wird versucht, den Fehler in der OT-Suche klein zu halten. Die gefundenen OT- Korrekturwerte werden dann für alle Lastpunkte zur OT-Korrektur eingesetzt. Eine visuelle Nachkorrektur wird in einzelnen Fällen durchgeführt.

Die OT-Korrektur jedes einzelnen Meßzyklus in Abhängigkeit vom Lastpunkt und der Drehschwingung erfolgt derzeit in keinem System.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, welches auf Basis des Vergleiches eines theoretischen Modells des Kompressionsdruckverlaufes mit dem gemessenen Zylinderinnendruckverlauf bei jeder Messung, jedem Zyklus und in jedem Lastpunkt den dynamischen OT-Korrekturwinkel bestimmen kann und somit den Zylinderinnendruckverlauf eindeutig dem entsprechenden Kurbelwinkel zuordnet.

Lösungsweg

Voraussetzung für das Verfahren ist ein Zylinderinnendruckverlauf ohne überlagerte Störungen. Dies kann auch über einen Glättungsalgorithmus erreicht werden. Mit Hilfe der aus dem realen Prozeß gemessenen, geglätteten aber fehlerbehafteten Zuordnungen von Druck und Kurbelwinkel wird über ein theoretisches Modell die Kompressionsdruckkurve gebildet. Der Vergleich der beiden Kurvenverläufe (Kompressions- und Zylinderinnendruckkurve) erfolgt im Bereich der Kompression, also vor dem Beginn der Verbrennung. Aufgrund der fehlerbehafteten Eingangswerte werden der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der gemessene Zylinderinnendruckverlauf voneinander abweichen (Abb. 1). In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Abweichung kann nun eine Verschiebung des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes um n Grad Kurbelwinkel (n kann variabel sein) vorgenommen werden.

Durch eine permanente Wiederholung der Modellierung des Kompressionsdruckverlaufes auf Basis der korrigierten Zylinderinnendruckwerte und des Vergleiches beider Kurven nähern sich iterativ der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der korrigierte Zylinderinnendruckverlauf einander an (Abb. 2). Ist die Abweichung beider Verläufe voneinander klein genug, kann der Iterationsprozeß abgebrochen werden. Nun kann der gefundene OT des theoretischen Prozesses in den Zylinderinnendruckverlauf übernommen werden.

Ausführungsbeispiel

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Abb. 1 zeigt das versetzte Diagramm des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes eines 2-Takt Großdieselmotors zu sehen, bei welchem noch keine OT-Korrektur vorgenommen wurde. Mit abgebildet ist der aus diesem gemessenen Verlauf über das Modell erzeugte fehlerbehaftete theoretische Kompressionsdruckverlauf.

Abb. 2 zeigt beide Kurven nach 24 Iterationsschritten. Der Kompressionsdruckverlauf liegt nun innerhalb des eingestellten Konvergenzbandes des Zylinderinnendruckverlaufes.

Abb. 3 zeigt das Ergebnis an einem vor OT zündenden mittelschnellaufenden 4-Takt Motor nach 32 Iterationsschritten.

Der Kompressionsdruckverlauf des idealen Prozesses läßt sich über den Zusammenhang:

darstellen. Der Druck p₁ gehört dabei zum Volumen V₁, welches beim Kurbelwinkel α₁ den Brennraum bildet, gleiches gilt für den Druck p₂ bei dem Volumen V₂ und dem Winkel α₂. Der Exponent χ dagegen ist eine variable, von verschiedenen Kennwerten abhängige Größe, welche sich nach:

ermitteln läßt. Der Wert V_t stellt dabei das Totvolumen dar, welches sich bei OT- Stellung des Kolbens zwischen Kolben und Zylinderkopf bildet.

Legt man den realen Prozeß zu Grunde, so sind neben dem Exponenten χ auch die Winkelzuordnungen α₁ und α₂ zu den Drücken p₁ und p₂ unbekannt, da sie um den OT- Korrekturwinkel verschoben sind. Weiterhin sind die Zylinderinnendruckwerte fehlerbehaftet, sie können nicht als Eingangsgrößen für ein Modell genutzt werden..

Im ersten Schritt müssen daher die Meßwerte einen Glättungsalgorithmus durchlaufen. Mit Hilfe der aus dem realen Prozeß gemessenen, geglätteten aber fehlerbehafteten Zuordnungen von p und α wird ein fehlerbehafteter Exponent χ' nach Formel 2 gebildet. Mit Hilfe der Formel 1 und einem gesetzten Anfangswert (z. B. Ladeluftdruck) kann nun der theoretische Kompressionsdruckverlauf ermittelt und mit dem gemessenen Verlauf verglichen werden. Der Vergleich der beiden Kurvenverläufe erfolgt im Bereich der Kompression, also vor dem Beginn der Verbrennung. Aufgrund des fehlerbehafteten Exponenten χ' werden der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der gemessene Zylinderinnendruckverlauf voneinander abweichen (Abb. 1). In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Abweichung kann nun eine Verschiebung des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes um n Grad Kurbelwinkel (n kann variabel sein) vorgenommen werden.

Durch eine permanente Wiederholung des oben dargelegten Verfahrens nähern sich iterativ der theoretische Kompressionsdruckverlauf und der korrigierte Zylinderinnendruckverlauf einander an (Abb. 2). Ist die Abweichung beider Verläufe voneinander klein genug, kann der Iterationsprozeß abgebrochen werden. Nun kann der gefundene OT des theoretischen Prozesses in den Zylinderinnendruckverlauf übernommen werden.

Claims

1. Verfahren zur dynamischen Korrektur des oberen Totpunktes während der Auswertung des Zylinderinnendruckverlaufes von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß basierend auf dem gemessenen Zylinderinnendruckverlauf über ein theoretisches Modell der Kompressionsdruckverlauf ermittelt, dieser mit dem gemessenen Zylinderinnendruckverlauf verglichen und auf Basis der Abweichung der Zylinderinnendruckverlauf um einen Kurbelwinkelwert verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Vorgang iterativ so lange wiederholt wird, bis der über ein theoretisches Modell ermittelte Kompressionsdruckverlauf innerhalb des festzulegenden Konvergenzbandes des gemessenen Zylinderinnendruckverlaufes liegt oder den jeweiligen Genauigkeitsansprüchen genügt.