DE19749814A1 - Method to measure pressure in internal combustion chamber as function of crankshaft angle - Google Patents

Method to measure pressure in internal combustion chamber as function of crankshaft angle

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Abstract

The method involves using cylinder pressure sensors (14-17), which are fitted in an internal combustion engine's cylinders (10-13), and which transmit output potentials (U1-U4). A crankshaft sensor (18) transmits an output signal (S1) for the crankshaft angle ( alpha ). A control device (19) in the engine picks up and processes these signals using a microprocessor (23). The pressure change is formed from three successive measurements. The pressure change is transmitted in a first area from a measured change, in a second area from a course calculated by taking thermodynamic data into account and in a third area by reflecting the first two measurements.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Brennraumdruckverlaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel bei einer Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Brennraumdrucksensor bzw. Zylinderdrucksensor und einen Kurbelwellenwinkelsensor aufweist, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a method for determination of the combustion chamber pressure curve depending on Crankshaft angle in an internal combustion engine, the at least one combustion chamber pressure sensor or Cylinder pressure sensor and a crankshaft angle sensor has, according to the genus of the main claim.

Es ist bekannt, in Zylindern von Brennkraftmaschinen, Brennraumdrucksensoren einzusetzen und deren Ausgangssignale zur Ermittlung von Größen, die den Verbrennungsvorgang im Zylinder der Brennkraftmaschine beschreiben, zu gewinnen. Dabei ist es beispielsweise bekannt, das sogenannte Differenzdruckintegral zu ermitteln. Dieses Differenzdruckintegral ist ermittelbar, wenn eine Differenz gebildet wird zwischen dem im gefeuerten Betrieb gemessenen Brennraumdruckverlauf und dem Druckverlauf im geschleppten Betrieb der Brennkraftmaschine, also ohne Verbrennung und diese Differenz aufintegriert wird. Dieses Differenzdruckintegral ist eine sehr wesentliche Größe, da sich mit Hilfe seiner Größe erkennen läßt, wie die Verbrennung abgelaufen ist und ob überhaupt eine Verbrennung stattgefunden hat oder ob ein Verbrennungsaussetzer aufgetreten ist. Über die Schwerpunktlage des Differenzdruckintegrals oder seine 50%-Lage läßt sich eine Verbrennungslageregelung durchführen, da diese beiden Größen gut miteinander korrelieren.It is known in cylinders of internal combustion engines, Use combustion chamber pressure sensors and their output signals to determine quantities that the combustion process in Describe cylinders of the internal combustion engine to win. It is known, for example, the so-called Determine differential pressure integral. This Differential pressure integral can be determined if there is a difference is formed between that measured in fired mode Combustion chamber pressure curve and the pressure curve in the towed Operation of the internal combustion engine, ie without combustion and this difference is integrated. This Differential pressure integral is a very important quantity because  can be recognized with the help of its size, like that Combustion has expired and whether there is any combustion at all has occurred or whether there has been a misfire occured. About the focus of the Differential pressure integral or its 50% position can be a Carry out combustion position control as these are two sizes correlate well with each other.

Das Problem bei der exakten Berechnung des Differenzdruckintegrals besteht darin, daß bei normalem Betrieb, also bei gefeuertem Betrieb, bei dem Verbrennungen stattfinden sollen, der tatsächliche Druckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel im Brennraum zwar gemessen werden kann, der geschleppte Verlauf jedoch nicht vorliegt und nach irgendwelchen Kriterien ermittelt werden muß. Für die Ermittlung des geschleppten Brennraumdruckverlaufs gibt es bereits einige Vorschläge. So wird beispielsweise in der Druckschrift WO 89/03 983 ein Verfahren beschrieben, bei dem der im geschleppten Betrieb, also ohne Verbrennung zu erwartende Druckverlauf berechnet wird, indem der gemessene Druckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel oberhalb eines Kurbelwellenwinkels, der dem oberen Totpunkt OT entspricht, an einer durch den Kurbelwellenwinkel α = OT verlaufenden Achse gespiegelt wird. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Kurvenverlauf zur Achse durch den oberen Totpunkt OT. Durch Vergleich des gespiegelten Druckverlaufs mit dem tatsächlich gemessenen Druckverlauf und Integration der Differenz läßt sich das Differenzdruckintegral, das als Maß für die aufgetretene Verbrennung verwendet wird, ermitteln.The problem with the exact calculation of the Differential pressure integral is that with normal Operation, that is, with fired operation, with the burns should take place, the actual pressure curve over the Crankshaft angle in the combustion chamber can be measured, however, the dragged course does not exist and continues any criteria must be determined. For the There is determination of the dragged combustion chamber pressure curve already some suggestions. For example, in the Document WO 89/03 983 describes a method in which that in towed operation, i.e. without combustion expected pressure curve is calculated by the measured Pressure curve over the crankshaft angle above one Crankshaft angle, which corresponds to the top dead center TDC, on one running through the crankshaft angle α = TDC Axis is mirrored. This results in a symmetrical one Curve to the axis through top dead center OT. By Comparison of the mirrored pressure curve with that actually measured pressure curve and integration of the difference the differential pressure integral, which is a measure of the combustion that has occurred is determined.

Bei der Festlegung des Druckverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel im geschleppten Betrieb nach der vorstehend beschriebenen Methode können Fehlmessungen auftreten, wenn der Zündzeitpunkt "früh" liegt. Bei einem solchen frühen Zündzeitpunkt, bei dem eine Entflammung im Zylinder bereits bei der OT-Lage oder gegebenenfalls schon vorher auftritt, handelt es sich bei dem durch Spiegelung am OT gebildeten Druckverlauf nicht mehr um den Brennraumdruckverlauf für geschleppten Betrieb, da bereits Drucksteigerungen, die vom Verbrennungsvorgang selbst erzeugt werden, den Druckverlauf beeinflussen.When determining the pressure curve over the Crankshaft angle in towed operation after the  The method described above can result in incorrect measurements occur when the ignition timing is "early". At a such an early ignition point at which a flame in the Cylinder already at the TDC position or, if necessary, already occurs before, it is the by mirroring on Pressure curve no longer formed around the OT Combustion chamber pressure curve for towed operation, as already Pressure increases from the combustion process itself generated, affect the pressure curve.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs bzw. des Zylinderdruckverlaufs in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderdrucksensor und einem Kurbelwellenwinkelsensor hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Brennraumdruckverlauf ermittelbar ist, der mit Sicherheit durch Verbrennungsvorgänge verfälscht ist und somit den im geschleppten Betrieb zu erwartenden Brennraumdruckverlauf wiedergibt. Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Brennraumdruckverlauf aus wenigstens drei aufeinander folgenden Teilverläufen zusammengesetzt wird, wobei in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich ein gemessener Druckverlauf verwendet wird, in einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich ein unter Berücksichtigung thermodynamischer Gegebenheiten berechneter Brennraumdruckverlauf und in einem dritten Kurbelwellenwinkelbereich ein durch Spiegelung der beiden ersten Teilbereiche erhaltener Brennraumdruckverlauf verwendet wird. The method according to the invention for determining a Combustion chamber pressure curve or the cylinder pressure curve in Dependence on the crankshaft angle of an internal combustion engine with at least one cylinder pressure sensor and one In contrast, crankshaft angle sensor has the advantage that a combustion chamber pressure curve can be determined, which with Security is falsified by combustion processes and thus the one to be expected in towed operation Combustion chamber pressure curve reproduces. This is achieved Advantage by using a method according to the preamble of Claim 1 the combustion chamber pressure curve from at least three successive partial courses is put together, being in a first crankshaft angle range measured pressure curve is used in a second Crankshaft angle range taking into account thermodynamic conditions Combustion chamber pressure curve and in a third Crankshaft angle range by mirroring the two first partial areas obtained combustion chamber pressure curve is used.  

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das sogenannte Differenzdruckintegral, das aus der Differenz zwischen gemessenem Brennraumdruckverlauf und erfindungsgemäß bestimmten Brennraumdruckverlauf und Integration der Differenzen erhalten wird, besonders exakt bestimmt werden kann. Damit läßt sich auch eine besonders genaue Regelung der Brennkraftmaschine durchführen, beispielsweise eine Regelung der Verbrennungslage über den Schwerpunkt oder die 50%-Lage des Differenzdruckintegrals.Further advantages of the invention are shown in the Measures specified in subclaims achieved. It is particularly advantageous that the so-called Differential pressure integral, which is the difference between measured combustion chamber pressure curve and according to the invention certain combustion chamber pressure curve and integration of the Differences obtained, can be determined particularly precisely can. This allows a particularly precise control perform the internal combustion engine, for example Regulation of the combustion situation via the center of gravity or the 50% position of the differential pressure integral.

Durch Berücksichtigung meßbarer Besonderheiten des Brennraumdruckverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel lassen sich vorteilhafte Anpassungen bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufes im geschleppten Betrieb erzielen. Insbesondere können in vorteilhafter Weise die motorischen Verluste, die bei den meisten Motoren bzw. Brennkraftmaschinen nicht vermeidbar sind, genau kompensiert werden, wenn der gesamte berechnete Brennraumdruckverlauf um wenige Grad KW nach "spät" verschoben wird. Dabei wird eine Verschiebung des berechneten Brennraumdruckverlaufs beispielsweise um 3 Grad Kurbelwellenwinkel in Richtung größerer Kurbelwellenwinkel durchgeführt.By taking measurable peculiarities of the Leave the combustion chamber pressure curve above the crankshaft angle advantageous adjustments when determining the Achieve combustion chamber pressure curve in towed operation. In particular, the motor Losses with most engines or Internal combustion engines are unavoidable, exactly compensated for when the total calculated combustion chamber pressure curve is around a few degrees KW is moved to "late". Doing so Displacement of the calculated combustion chamber pressure curve for example by 3 degrees crankshaft angle in the direction larger crankshaft angle performed.

Um Nullpunktfehler der Brennraumdrucksensoren auszuschließen, kann in vorteilhafter Weise ein Referenzpunkt gewählt werden, bei dem der Brennraumdruck ungefähr bekannt ist, dies ist beispielsweise der Ladungswechsel-OT, bei dem bei Saugmotoren etwa Umgebungsdruck herrschen muß. Unter Voraussetzung einer linearen Sensorcharakteristik kann dann die Referenzspannung von der Sensorspannung in der Hochdruckphase abgezogen werden und so in vorteilhafter Weise ein Referenzdruck, der etwa dem Umgebungsdruck entspricht, zum berechneten Brennraumdruckverlauf hinzuaddiert werden. Anhand einer Plausibilitätsuntersuchung für den Referenzpunkt lassen sich Fehlmessungen in vorteilhafter Weise erkennen.At zero point errors of the combustion chamber pressure sensors exclude can advantageously Reference point can be selected at which the combustion chamber pressure is approximately known, for example Charge change TDC, in the case of naturally aspirated engines Ambient pressure must prevail. Assuming one  The linear sensor characteristic can then be the reference voltage subtracted from the sensor voltage in the high pressure phase be and so advantageously a reference pressure that corresponds approximately to the ambient pressure for the calculated Combustion chamber pressure curve can be added. Using one Plausibility check for the reference point can be Detect incorrect measurements in an advantageous manner.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine an sich schon bekannte Einrichtung zur Erfassung des Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine. Fig. 2 zeigt den Verlauf des gemessenen Brennraumdrucks über dem Kurbelwellenwinkel sowie den erfindungsgemäß ermittelten Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb. In Fig. 3 ist ein gemessener und ein berechneter Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb über dem Kurbelwellenwinkel dargestellt und Fig. 4 zeigt einen berechneten Druckverlauf und einen gespiegelten über dem Kurbelwellenwinkel. Fig. 5 zeigt eine Fehlerbetrachtung bei Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung des Druckverlaufs im geschleppten Betrieb.The invention is illustrated in the drawing and is explained in more detail in the following description. In particular, FIG. 1 shows an already known per se, means for detecting the pressure variation in the cylinders of an internal combustion engine. Fig. 2 shows the profile of the measured combustion chamber pressure over the crankshaft angle and the determined according to the invention the combustion chamber pressure profile in towed operation. In Fig. 3 a measured and a calculated combustion chamber pressure variation in lag mode is shown above the crankshaft angle, and Fig. 4 shows a calculated pressure variation and a mirrored about the crankshaft angle. Fig. 5 shows an error analysis when using a conventional method and the method for calculation of the pressure variation in lag mode.

Beschreibungdescription

In Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine dargestellt, für die das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Bei einer solchen Vorrichtung sind in den Zylindern 10, 11, 12 und 13 der Brennkraftmaschine jeweils Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 angeordnet, die im wesentlichen druckproportionale Ausgangsspannungen U1, U2, U3 und U4 abgeben. Weiterhin ist ein Kurbelwellensensor 18 vorhanden, der ein für den Kurbelwellenwinkel α charakteristisches Ausgangssignal S1 abgibt.In Fig. 1, the invention essential components of an internal combustion engine are shown, for the method of the invention for determining a combustion-chamber pressure profile as a function of the crankshaft angle of the internal combustion engine can be performed. In such a device, cylinder pressure sensors 14 , 15 , 16 and 17 are arranged in the cylinders 10 , 11 , 12 and 13 of the internal combustion engine, which output pressure voltages U1, U2, U3 and U4 which are essentially proportional to the pressure. Furthermore, there is a crankshaft sensor 18 which emits an output signal S1 which is characteristic of the crankshaft angle α.

Sowohl die Ausgangsspannungen der Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 als auch das Ausgangssignal des Kurbelwellensensors 18 werden dem Steuergerät 19 der Brennkraftmaschine zugeführt, das diese Signale verarbeitet. Über Eingänge 20 können dem Steuergerät 19 weitere Signale, beispielsweise eine Temperatur T, eine Last L usw. zugeführt werden, die im Steuergerät 19 ebenfalls weiter verarbeitet werden können.Both the output voltages of the cylinder pressure sensors 14 , 15 , 16 and 17 and the output signal of the crankshaft sensor 18 are fed to the control unit 19 of the internal combustion engine, which processes these signals. Further signals, for example a temperature T, a load L etc., can be supplied to the control device 19 via inputs 20 , which signals can also be processed further in the control device 19 .

Das Steuergerät 19 umfaßt einen Mehrkanal-Ana­ log-/Digitalwandler 22, dem die Ausgangsspannungen der Zylinderdrucksensoren zugeführt werden. Die eigentliche Signalauswertung erfolgt in einem Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19, der über eine Ausgabeeinheit 23a in Abhängigkeit von den ermittelten Größen Steuersignale S2 und S3 an verschiedene Komponenten der Brennkraftmaschine abgibt und beispielsweise werden Zünd- und/oder Einspritzimpulse vom Steuergerät in Abhängigkeit vom Brennraumdruckverlauf abgegeben. Der Mikroprozessor 23 umfaßt im übrigen neben der zentralen Prozessoreinheit in üblicher Weise Speicher u. ä.The control unit 19 comprises a multi-channel ana log / digital converter 22 , to which the output voltages of the cylinder pressure sensors are supplied. The actual signal processing is done in a microprocessor 23 of the control unit 19 to write on an output unit 23 a function of the determined variables control signals S2 and S3 to various components of the internal combustion engine and, for example, be the ignition and / or injection pulses from the control unit in dependence output from the combustion chamber pressure profile . The microprocessor 23 includes besides the central processor unit in the usual way memory u. Ä.

Im Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19 erfolgt die eigentliche Signalverarbeitung sowie die Berechnungen, die erforderlich sind, um den gesamten Druckverlauf über ein Arbeitsspiel des Zylinders zu erhalten. Dazu wird zunächst das druckproportionale elektrische Spannungssignal, beispielsweise U1 mit dem Kurbelwellenwinkel α synchronisiert. Danach liegen dem Mikroprozessor 23 kurbelwellenwinkelbezogene Druckwerte P1 (α) vor, die für die erforderlichen Berechnungen zur Verfügung stehen.In the microprocessor 23 of the control unit 19 , the actual signal processing and the calculations that are required to obtain the entire pressure curve over a working cycle of the cylinder are carried out. For this purpose, the pressure-proportional electrical voltage signal, for example U1, is first synchronized with the crankshaft angle α. Thereafter, the microprocessor 23 has crankshaft angle-related pressure values P1 (α) which are available for the necessary calculations.

Zum Erhalt des tatsächlichen Brennraumdruckverlaufs im normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgt die Signalauswertung in einem Bereich von -360°KW bis 360°KW, oder je nach Anwendung kleiner. Der Signalverlauf, der real erhalten wird, ist in der oberen Kurve der Fig. 2 dargestellt. Das zu ermittelnde Differenzdruckintegral I läßt sich nur berechnen, wenn auch der Druckverlauf im geschleppten Betrieb exakt bekannt ist. Wie dieser Brennraumdruckverlauf aus drei Teilverläufen im geschleppten Betrieb ermittelt wird, wird im folgenden näher erläutert. In einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich, der sich beispielsweise von -360°KW bis -30°KW erstreckt, also 30°KW vor dem oberen Totpunkt endet, wird der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb so festgelegt, daß er dem gemessenen Brennraumdruckverlauf entspricht. In diesem Bereich, der mit B1 bezeichnet ist treten mit Sicherheit bei korrekten Verbrennungsumständen keine Verbrennungsvorgänge auf, so daß der real gemessene Druckverlauf auch identisch dem Druckverlauf im geschleppten Betrieb entspricht. In einem weiteren Bereich, der mit B2 bezeichnet ist und sich an den Bereich B1 anschließt und bis zum oberen Totpunkt OT reicht, wird der Druckverlauf im geschleppten Betrieb anhand der zu erwartenden thermodynamischen Verhältnisse im Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt. Es wird dabei der Verdichtungs- bzw. Kompressionsdruck bis zum oberen Totpunkt OT mit Hilfe der Polytropengleichung berechnet. Da in diesem Bereich B2 bereits Verbrennungen beginnen können, würde eine Auswertung des gemessenen Brennraumdruckverlaufs bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb zu Fehlern führen und wird daher nicht durchgeführt. Aus dem in den Bereichen B1 und B2 ermittelten Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb wird im folgenden der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb im Bereich B3 ermittelt, der sich vom oberen Totpunkt OT bis zum Kurbelwellenwinkel 360°KW erstreckt. Dieser Druckverlauf sollte für einen idealen Motor spiegelbildlich zum Druckverlauf zwischen -360°KW und OT sein. Es wird daher im Bereich B3 ein Druckverlauf angenommen, der einer Spiegelung des Druckverlaufs zwischen -360°KW und OT entspricht. Die Druckkurve wird daher an einer Linie, die durch OT läuft, gespiegelt. Als Formel läßt sich die Vorgehensweise wie folgt darstellen:
To obtain the actual combustion chamber pressure curve in the normal operating state of the internal combustion engine, the signal evaluation takes place in a range from -360 ° KW to 360 ° KW, or smaller depending on the application. The signal curve that is actually obtained is shown in the upper curve in FIG. 2. The differential pressure integral I to be determined can only be calculated if the pressure curve in towed operation is exactly known. How this combustion chamber pressure curve is determined from three partial curves in towed operation is explained in more detail below. In a first crankshaft angle range, which extends, for example, from -360 ° KW to -30 ° KW, i.e. ends 30 ° KW before top dead center, the combustion chamber pressure curve is determined in towed operation so that it corresponds to the measured combustion chamber pressure curve. In this area, which is denoted by B1, there are certainly no combustion processes when the combustion conditions are correct, so that the pressure curve actually measured also corresponds identically to the pressure curve in towed operation. In a further area, which is denoted by B2 and adjoins area B1 and extends to top dead center TDC, the pressure curve in towed operation is determined on the basis of the thermodynamic conditions to be expected in the cylinder of the internal combustion engine. The compression or compression pressure up to top dead center OT is calculated using the polytropic equation. Since burns can already begin in this area B2, an evaluation of the measured combustion chamber pressure curve would lead to errors when determining the combustion chamber pressure curve in towed operation and is therefore not carried out. From the combustion chamber pressure curve in towed operation determined in areas B1 and B2, the combustion chamber pressure curve in towed operation in area B3 is determined below, which extends from top dead center TDC to crankshaft angle 360 ° KW. For an ideal engine, this pressure curve should be a mirror image of the pressure curve between -360 ° KW and TDC. A pressure curve is therefore assumed in area B3, which corresponds to a reflection of the pressure curve between -360 ° KW and TDC. The pressure curve is therefore mirrored on a line that runs through TDC. The procedure can be represented as a formula as follows:

P(i) = p(k).(v(k)/v(i))n P (i) = p (k). (V (k) / v (i)) n

In dieser Gleichung bedeuten die einzelnen Größen: p(i):
Druck zwischen dem letzten gemessenen Druckwert und OT
p(k): Letzter gemessener Verdichtungsdruckwert
v(k): Zylindervolumen, ab dem der Verdichtungsdruck berechnet wird
v(i): Zylindervolumen zum Berechnungszeitpunkt
n: Polytropenexponent, der beispielsweise experimentell ermittelt wird In this equation, the individual quantities mean: p (i):
Pressure between the last measured pressure value and TDC
p (k): Last measured compression pressure value
v (k): cylinder volume from which the compression pressure is calculated
v (i): cylinder volume at the time of calculation
n: polytropic exponent, which is determined experimentally, for example

Der Ausdruck (v(k)/v(i))n kann zur Verringerung der Rechenzeit in Speichermitteln des Mikroprozessors 23 des Steuergerätes 19 tabellarisch abgelegt werden. Mit diesen Voraussetzungen läßt sich der Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb laufend ermitteln. Wird er vom gemessenen Brennraumdruckverlauf abgezogen und die Differenz aufintegriert, wird das Differenzdruckintegral I, das in Fig. 2 als schraffierte Fläche dargestellt ist, erhalten. Die Subtraktion sowie die Integration der Differenzwerte wird ebenfalls im Mikroprozessor 23 durchgeführt. Das Differenzdruckintegral steht dem Mikroprozessor 23 dann für weitere Berechnungen bzw. Auswertungen und Regelschritte zur Verfügung. Beispielsweise wird in bekannter Weise der Flächenschwerpunkt des Integrals I bestimmt oder die 50%- Lage des Differenzdruckintegrals, wobei anhand dieser Größen weitere Regelvorgänge durchgeführt werden können.The expression (v (k) / v (i)) n can be stored in a table in order to reduce the computing time in memory means of the microprocessor 23 of the control device 19 . With these prerequisites, the combustion chamber pressure curve can be continuously determined in towed operation. If it is subtracted from the measured combustion chamber pressure curve and the difference is integrated, the differential pressure integral I, which is shown in FIG. 2 as a hatched area, is obtained. The subtraction and the integration of the difference values is also carried out in the microprocessor 23 . The differential pressure integral is then available to the microprocessor 23 for further calculations or evaluations and control steps. For example, the center of gravity of the integral I or the 50% position of the differential pressure integral is determined in a known manner, it being possible to use these variables to carry out further control processes.

Bei der Auswertung und dem Vergleich zwischen gemessenem Druckverlauf, gerechneten Druckverlauf und gespiegeltem Druckverlauf hat sich gezeigt, daß gegebenenfalls weitere Anpassungen bei der Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb erfolgen sollten. Es wurde dabei bei der Auswertung erkannt, daß die motorischen Verluste besser berücksichtigt werden, wenn der gesamte berechnete Druckverlauf um wenige Grad KW nach "spät" verschoben wird, also wenn der gesamte berechnete Druckverlauf um wenige Grad KW zu höheren Kurbelwellenwinkelwerten verschoben wird. Dabei wurde nur die Zuordnung von p(i) = f(i) verschoben in: p(i-1) = f(i). Da die Rechenschritte 3°KW betragen, beträgt auch die Verschiebung 3°KW. Mit einer solchen Verschiebung läßt sich die ermittelte Kurve für den Brennraumdruckverlauf in geschlepptem Betrieb sehr gut an einen realen Verlauf unter Berücksichtigung der nicht zu vermeidenden motorischen Verluste anpassen.When evaluating and comparing measured Pressure curve, calculated pressure curve and mirrored Pressure history has shown that, if necessary, more Adjustments when determining the combustion chamber pressure curve in the towed operation should take place. It was at the evaluation recognized that the motor losses better be taken into account when calculating the total Pressure curve is shifted by a few degrees KW to "late", so if the entire calculated pressure curve by a few degrees KW is shifted to higher crankshaft angle values. Only the assignment of p (i) = f (i) was shifted to: p (i-1) = f (i). Since the calculation steps are 3 ° KW, is also the 3 ° KW shift. With such a shift the curve for the combustion chamber pressure curve can be determined in towed operation very well to a real course  taking into account the unavoidable motor Adjust losses.

Zur Ausschaltung des Nullpunktfehlers (Drift) des Zylinderdrucksensors bzw. der Zylinderdrucksensoren kann eine Korrektur anhand eines Referenzpunktes durchgeführt werden. Als Referenzpunkt kann dabei ein Kurbelwellenwinkel gewählt werden, bei dem der Druck ungefähr bekannt ist. Dies ist beispielsweise im Ladungswechsel-OT der Fall. Im Ladungswechsel-OT entspricht der Brennraumdruck bzw. Zylinderdruck bei Saugmotoren etwa dem Umgebungsdruck. Bei linearer Sensorcharakteristik wird die Referenzspannung von der Sensorspannung in der Hochdruckphase abgezogen und der Referenzdruck (ein ungefährer Umgebungsdruck) dazuaddiert. Für diese Korrektur der Nullpunktdrift gilt somit:
To switch off the zero point error (drift) of the cylinder pressure sensor or the cylinder pressure sensors, a correction can be carried out using a reference point. A crankshaft angle at which the pressure is approximately known can be selected as the reference point. This is the case, for example, in the charge change TDC. In the gas exchange TDC, the combustion chamber pressure or cylinder pressure in naturally aspirated engines corresponds approximately to the ambient pressure. In the case of linear sensor characteristics, the reference voltage is subtracted from the sensor voltage in the high pressure phase and the reference pressure (an approximate ambient pressure) is added. The following applies to this correction of the zero point drift:

p(j) = p0 + m.(u(j) - u0)p (j) = p0 + m. (u (j) - u0)

Dabei bedeuten im einzelnen:
p(j): Gemessener Druck
p0: Ungefährer Umgebungsdruck
u0: Spannung des Drucksensors im Ladungswechsel-OT
u(j): Spannung des Drucksensors
m: Steigung der Sensorkennlinie bei linearem Zusammenhang zwischen Druck und SpannungThe individual means:
p (j): measured pressure
p0: Approximate ambient pressure
u0: Voltage of the pressure sensor in the charge exchange TDC
u (j): voltage of the pressure sensor
m: slope of the sensor characteristic with a linear relationship between pressure and voltage

Durch den vorstehend wiedergegebenen Zusammenhang läßt sich somit ein Referenzpunkt für die Berechnung gewinnen, der sehr wichtig ist. Damit eine Fehlmessung nicht die gesamte Berechnung zerstört, muß der Referenzpunkt entweder stark gefiltert werden oder er muß auf Plausibilität überprüft werden und beispielsweise mit einem erwarteten Druckwert verglichen werden, wodurch bei zu starker Abweichung auf einen Fehler geschlossen werden kann.The context shown above allows thus gain a reference point for the calculation, the is very important. So that an incorrect measurement does not affect the whole Calculation destroyed, the reference point must either be strong filtered or it must be checked for plausibility and with an expected pressure value, for example  can be compared, which results in an excessive deviation an error can be concluded.

Bei guter Anpassung der einzelnen Parameter, u. a. auch des Polytropenexponenten n läßt sich der Druckverlauf der geschleppten Brennkraftmaschine sehr gut nachbilden. Fig. 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen einem im geschleppten Betrieb gemessenen Druckverlauf PG1 und einem berechneten Druckverlauf PB1. Speziell bei sehr frühen Zündwinkeln wird eine sehr gute Übereinstimmung erhalten, da Einflüsse durch vorzeitige Verbrennungen keine Auswirkungen auf den berechneten Druckverlauf haben.With a good adjustment of the individual parameters, including the polytropic exponent n, the pressure curve of the towed internal combustion engine can be simulated very well. Fig. 3 shows a relationship between a measured pressure curve in lag mode PG1 and a calculated pressure variation PB1. A very good match is obtained, especially at very early ignition angles, since the effects of premature combustion have no effect on the calculated pressure curve.

Wie die Fig. 4, in der ein berechneter Druckverlauf PB2 und ein an OT gespiegelter Druckverlauf PG2 dargestellt sind, zeigt, ist die Übereinstimmung zwischen dem berechneten und den gespiegelten Druckverlauf nicht optimal, da speziell bei sehr frühen Zündwinkeln ein Teil des "Verdichtungsdruckes" schon von der Verbrennung hervorgerufen wird. Dadurch wird das berechnete Differenzdruckintegral zu klein und auch die Schwerpunktlage ist nicht korrekt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das Differenzdruckintegral besonders genau zu ermitteln, damit wird auch die Genauigkeit aller darauf basierender Verfahren erhöht. Dies gilt für die Aussetzererkennung und die Momentenberechnung, die anhand des Differenzdruckintegrals in bekannter Weise durchgeführt werden. Speziell bei der Ermittlung der Schwerpunktlage des Differenzdruckintegrals zur Verbrennungslageregelung wird der Fehler bei herkömmlichen Verfahren bei sehr frühen Zündwinkeln so groß, daß die Schwerpunktlage nicht mehr streng monoton vom Zündwinkel abhängig ist. Damit ist keine Regelung mehr möglich. In Fig. 5 ist der Zusammenhang zwischen Verbrennungslage VBL in Grad KW nach dem oberen Totpunkt und Zündzeitpunkt ZZP in Grad KW vor dem oberen Totpunkt bei konstanter Drehzahl für ein herkömmliches Verfahren (Valt) und das erfindungsgemäße Verfahren (Vneu) dargestellt.As shown in FIG. 4, in which a calculated pressure curve PB2 and a pressure curve PG2 reflected at OT are shown, the correspondence between the calculated and the mirrored pressure curve is not optimal, since a part of the "compression pressure" already exists, especially at very early ignition angles is caused by the combustion. As a result, the calculated differential pressure integral becomes too small and the center of gravity is also incorrect. The method according to the invention makes it possible to determine the differential pressure integral particularly precisely, and the accuracy of all methods based thereon is also increased. This applies to misfire detection and torque calculation, which are carried out in a known manner using the differential pressure integral. Especially when determining the center of gravity of the differential pressure integral for combustion position control, the error in conventional methods at very early ignition angles is so great that the center of gravity is no longer strictly monotonously dependent on the ignition angle. This means that regulation is no longer possible. In Fig. 5, the relationship between combustion position VBL in degrees CA after top dead center and the ignition timing ZZP in degrees CA before top dead center at a constant speed for a conventional method (Valt) and methods (Vnew) according to the invention is shown.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufes in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in wenigstens einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Brennraumdrucksensor bzw. Zylinderdrucksensor, der ein druckabhängiges Signal liefert, das zu einem von einem Kurbelwellenwinkelsensor gelieferten Signal in Bezug gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf aus wenigstens drei aufeinanderfolgenden Teilverläufen gebildet wird, wobei er in einem ersten Bereich aus einem gemessenen Verlauf, in einem zweiten Bereich aus einem unter Berücksichtigung thermodynamischer Gegebenheiten berechneten Verlauf und in einem dritten Bereich durch Spiegelung der beiden ersten Teilverläufe ermittelt wird.1. A method for determining a combustion chamber pressure curve as a function of the crankshaft angle in at least one cylinder of an internal combustion engine, with at least one combustion chamber pressure sensor or cylinder pressure sensor, which delivers a pressure-dependent signal which is related to a signal supplied by a crankshaft angle sensor, characterized in that the Pressure curve is formed from at least three consecutive partial curves, it being determined in a first area from a measured curve, in a second area from a curve calculated taking thermodynamic conditions into account and in a third area by mirroring the two first partial curves. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Teilverlaufs im zweiten Bereich mit Hilfe der Polytropengleichung erfolgt, wobei der Polytropenexponent n brennkraftmaschinenspezifisch experimentell ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the partial course in the second area with the help the polytropic equation takes place, the Polytropic exponent n specific to internal combustion engines is determined experimentally. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Brennraumdruckverlaufs im geschleppten Betrieb nach folgender Gleichung erfolgt:
p(i) = a.p(k).(v(k)/v(i))**n + b
mit:
p(i): Druck zwischen dem letzten gemessenen Druckwert und OT
p(k): letzter gemessener "Verdichtungsdruckwert"
v(k): Zylindervolumen, ab dem der Verdichtungsdruck gerechnet wird
v(i): Zylindervolumen zum Berechnungszeitpunkt
n: Polytropenexponent (z. B. experimentell ermittelt)
a, b: Anpassungsfaktoren zur Feinabstimmung3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the combustion chamber pressure curve in towed operation is carried out according to the following equation:
p (i) = ap (k). (v (k) / v (i)) ** n + b
With:
p (i): pressure between the last measured pressure value and TDC
p (k): last measured "compression pressure value"
v (k): cylinder volume from which the compression pressure is calculated
v (i): cylinder volume at the time of calculation
n: polytropic exponent (e.g. determined experimentally)
a, b: adjustment factors for fine-tuning 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdruck (v(k)/v(i))n in einem Speicher des Mikroprozessors abgelegt ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the expression (v (k) / v (i)) n is stored in a memory of the microprocessor. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte berechnete Druckverlauf um einige Grad KW zu größeren KW-Werten hin verschoben wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the total calculated Pressure curve by a few degrees KW towards larger KW values is moved. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunktfehler des Brennraumdrucksensors bzw. der Brennraumdrucksensoren ermittelt und kompensiert wird, indem der Zusammenhang zwischen Sensorausgangsspannung und Druck in einer Kurbelwellenstellung, in der der Druck bekannt ist und im wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht, berücksichtigt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the zero point error of the Combustion chamber pressure sensor or the combustion chamber pressure sensors is determined and compensated for by the relationship between sensor output voltage and pressure in one Crankshaft position in which the pressure is known and in corresponds essentially to the ambient pressure becomes. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunktfehlerkompensation unter Berücksichtigung der folgenden Zusammenhänge erfolgt:
p(j) = p0 + m.(u(j) - u0)
mit:
p(j): gemessener Druck
p0: ungefährer Umgebungsdruck
u0: Spannung des Drucksensors im Ladungswechsel-OT
u(j): Spannung des Drucksensors
m: Steigung der Sensorkennlinie7. The method according to claim 6, characterized in that the zero point error compensation takes into account the following relationships:
p (j) = p0 + m. (u (j) - u0)
With:
p (j): measured pressure
p0: approximate ambient pressure
u0: Voltage of the pressure sensor in the charge exchange TDC
u (j): voltage of the pressure sensor
m: slope of the sensor characteristic 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt auf Plausibilität überprüft wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the reference point is checked for plausibility. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckintegral gebildet wird, indem vom gemessenen Brennraumdruckverlauf der berechnete Brennraumdruckverlauf im geschleppten Betrieb abgezogen wird und die Differenzwerte aufsummiert oder aufintegriert werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the differential pressure integral is formed by the measured combustion chamber pressure curve the calculated combustion chamber pressure curve in towed operation is subtracted and the difference values are added up or be integrated. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt oder die 50%-Lage des Differenzdruckintegrals ermittelt werden und diese Lagen in Verbindung mit einer Verbrennungslageregelung als Istwert verwendet werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the focus or the 50% position of the Differential pressure integrals are determined and these positions in Connection with a combustion position control as actual value be used. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckintegral in Verbindung mit einer Aussetzererkennung und/oder Momentenberechnung ausgewertet wird.11. The method according to claim 9 or 10, characterized characterized in that the differential pressure integral in connection with misfire detection and / or torque calculation is evaluated.
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