DE19916205C1

DE19916205C1 - Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungskenngröße einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19916205C1
Application number: DE1999116205
Authority: DE
Inventors: Werner Knapp; Martin Hart; Hartung Wilstermann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-04-10
Filing date: 1999-04-10
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungskenngröße einer Brennkraftmaschine, bei dem ein mittels einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordneten Ionenstromsonde über ein jeweiliges Arbeitsspiel hinweg ein Ionenstromsignalverlauf gemessen wird und zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße die Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs herangezogen wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird zur Lagebestimmung des Maximums ein korrespondierender Spitzenwert der gemessenen Ionenstromkurve festgestellt, die Lagen derjenigen beiden Flankenpunkte der Flanken dieses Spitzenwertes ermittelt, deren Amplitude gleich einem vorgebbaren Bruchteil der Spitzenwertamplitude ist, und als Lage des Maximums ein Mittelwert der beiden Flankenpunktlagen herangezogen. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Lambdawertbestimmung in Kraftfahrzeugmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Ver brennungskenngröße einer Brennkraftmaschine durch Auswertung ei nes mittels einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine an geordneten Ionenstromsonde über ein jeweiliges Arbeitsspiel hin weg gemessenen Ionenstromsignalverlaufs, bei dem zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße die Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs herangezogen wird.

Aus der DE 196 47 161 A1 ist ein derartiges Verfahren zum Steu ern des Zündzeitpunktes und der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung bekannt, bei dem mit tels einer Ionenstrommeßvorrichtung im Brennraum der Brennkraft maschine ein Ionenstromsignal gemessen wird. Aus Lage und Ampli tude von lokalen Maxima dieses Ionenstromsignals wird eine Re gelgröße gebildet, um den Betrieb der Brennkraftmaschine mittels geeigneter Steuerparameter zu steuern, wie etwa mittels der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ festlegenden Kraftstoffeinspritzmen ge.

In der DE 196 80 104 T1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der in jedem einzelnen Zylinder das momentane Luft/Kraft stoff-Verhältnis λ bestimmt wird. Dazu wird eine Zündkerze als Ionenstromsonde eingesetzt und der λ-Wert in einer Analyse der Ionenstromkurve aus der Steigung der Flanke des ersten Ionen strommaximums bestimmt.

Die EP 0 801 226 A2 beschreibt das Messen eines Ionenstromsi gnals mit einem an eine Zündkerze angelegten Prüfimpuls, um dar aus durch Integration eines Meßsignalimpulses eine Regelgröße zu gewinnen, die zur Steuerung der Zusammensetzung eines Luft- Kraftstoffgemisches und zur Steuerung eines Zündzeitpunktes her angezogen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungskenngröße einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem die Lage eines lokalen Maximums selbst in einem relativ stark verrauschten Ionenstrommeßsignal möglichst zuverlässig er mittelt werden kann, um daraus auf die Verbrennungskenngröße zu schließen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, bei dem zur Lagebestimmung des Maximums ein korrespondierender Spitzenwert der gemessenen Ionenstromkurve festgestellt, die La gen derjenigen beiden Flankenpunkte der Flanken dieses Spitzen wertes, deren Amplitude gleich einem vorgebbaren Bruchteil der Spitzenwertamplitude ist, ermittelt werden und als Lage des Ma ximums ein Mittelwert der beiden Flankenpunktlagen herangezogen wird. Auf diese Weise wird auch für verrauschte Ionenstromsigna le mit relativ geringem Aufwand eine recht zuverlässige Bestim mung der für die gesuchte Verbrennungskenngröße relevanten Lage des lokalen Maximums ermöglicht.

Eine weiter verbesserte Genauigkeit läßt sich in Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 dadurch erzielen, daß zur Bestim mung der Verbrennungskenngröße ein gleitender Mittelwert über mehrere, aus aufeinanderfolgenden Ionenstrommeßkurven durch Spitzenwert-Flankenpunktlagemittelung gewonnene Maximumlagen herangezogen wird.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen typischen Verlauf eines mittels einer Ionenstrom sonde im Brennraum einer Brennkraftmaschine gemessenen Ionenstromsignales,

Fig. 2 eine Darstellung der Varianz von unterschiedlich durchge führten Lagebestimmungen von Maxima in Ionenstromsignal verläufen der Art von Fig. 1.

Zur Durchführung der nachfolgend im einzelnen beschriebenen Vorgehensweise zur Bestimmung der Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs ist jede herkömmliche Ionenstrom meßeinrichtung geeignet, welche die zeitaufgelöste Messung des Ionenstromverlaufs über ein jeweiliges Arbeitsspiel der Brenn kraftmaschine hinweg erlaubt. Als Ionenstrommeßsonde kann ins besondere wie üblich eine Zündkerze dienen. Es ist lediglich eine für das vorliegende Verfahren geeignete Ionenstrom-Aus werteeinheit zu verwenden, deren Realisierung sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung der von ihr vorzu nehmenden Auswertefunktionalitäten ohne weiteres ergibt.

In Fig. 1 ist mittels einer Kurve 1 ein typischer, mit einer als Ionenstromsonde verwendeten Zündkerze gemessener Ionen stromverlauf als Funktion eines Kurbelwellenwinkels ϕ darge stellt. Weil die Zündkerze primär zur Zündung des Gemisches im Brennraum eingesetzt wird, ist das Ionenstromsignal zwischen einem Einsatzpunkt 2 und einem Endzeitpunkt 3 bei der in der Fig. 1 dargestellten Kurve 1 ausgeblendet. Nach Ende des Zünd vorgangs bilden sich über ein Arbeitsspiel hinweg bei der Io nenstromkurve 1 zwei lokale Maxima 4, 5 heraus, wobei der Kur venverlauf im Detail von der Zusammensetzung des zu verbrennen den Gemisches abhängt.

Aus dem Verlauf der Ionenstromkurve 1 über ein Arbeitsspiel hinweg können Verbrennungskenngrößen ermittelt werden. Dabei ist häufig die Lage eines lokalen Maximums der Ionenstromkurve von Bedeutung. Beispielsweise wird oft aus der Lage und eventu ell auch der Amplitude des ersten Ionenstrommaximums 4 auf den Lambdawert des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine geschlossen. Schwierigkeiten kann hierbei die ausreichend genaue Bestimmung der Maximumlage aus einem in der Praxis oftmals verrauschten Ionenstrommeßsignal bereiten. Dem wird vorliegend mit folgender Vorgehensweise begegnet.

In einem ersten Auswerteschritt wird die Höhe eines zugehörigen Spitzenwertes 6 in der Struktur des Meßsignals im für das be treffende lokale Maximum maßgeblichen Kurbelwinkelbereich be stimmt, wie in Fig. 1 am Beispiel des ersten Maximums 4 veran schaulicht. In einem darauf folgenden zweiten Auswerteschritt werden ausgehend von dem absoluten Spitzenwert 6 entlang der beiden Flanken der Struktur des Maximums 4 zwei Flankenpunkte 7, 8 bestimmt, deren Amplitude jeweils einem vorgebbaren Bruch teil B, z. B. der Hälfte, der Amplitude H des Spitzenwertes 6 beträgt. Die zu diesen beiden Flankenpunkten 7, 8 gehörenden Kurbelwellenwinkelwerte ϕ₁, ϕ₂ werden dann in einem dritten Schritt ermittelt. Daraufhin wird in einem vierten Schritt als Lage des ersten Maximums 4 der Ionenstromkurve 1 ein Mittelwert ϕ_m, z. B. der arithmetische Mittelwert ϕ_m = (ϕ₁ + ϕ₂) . ½, aus den zu den beiden Flankenpunkten 7 und 8 gehörenden Kurbelwellenwin keln ϕ₁, ϕ₂ festgelegt. Die so definierte Maximumlage ϕ_m wird im allgemeinen etwas von der Lage cps des Spitzenwertes 6 abweichen und ist nicht so starken Schwankungen unterworfen.

Fig. 2 zeigt einen Vergleich einer Bestimmung des Lambdawertes λ eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum einerseits aus einem Ionenstromsignalverlauf, dem die oben erläuterte Mit telwertbildung aus der Lage von Flankenpunkten 7 und 8 gemäß Fig. 1 zugrundeliegt, und andererseits aus einem Ionenstromsi gnalverlauf, bei dem als Lage des ersten Maximums im Ionen stromverlauf der zum absoluten Spitzenwert 6 aus Fig. 1 gehö rende Kurbelwellenwinkel ϕ_s angenommen wird.

Die Fig. 2 ist in Abschnitte 20, 21, 22 unterteilt, in denen jeweils die in einer großen Zahl von Versuchen ermittelte Vari anz der Lage des aus Ionenstromsignalverläufen bestimmten er sten Maximums über dem Lambdawert λ in Histogrammdarstellung aufgetragen ist. Der Abschnitt 20 betrifft dabei eine Bestim mung des Lambdawertes λ, die lediglich auf einer einzelnen Io nenstromkurve basiert, während für die Histogramme im Abschnitt 21 ein gleitender Mittelwert über drei und für die Histogramme im Abschnitt 22 ein gleitender Mittelwert über zehn Ionenstrom kurven gebildet wurde.

Die mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten Histogramme entspre chen dabei der erfindungsgemäßen Bestimmung des Lambdawertes λ, der eine Mittelwertbildung aus der Lage von Flankenpunkten 7 und 8 aus Fig. 1 zugrundeliegt. Mit dem Bezugszeichen 24 sind die Histogramme bezeichnet, die auf einer Bestimmung des Lambdawertes λ beruhen, bei der in herkömmlicher Weise direkt die Lage des Spitzenwertes herangezogen wurde.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, läßt sich durch die erfindungsgemä ße Vorgehensweise die Varianz, d. h. die Schwankungsbreite, der Bestimmung der Maximumlage gegenüber dem herkömmlichen Verfah ren deutlich reduzieren, was folglich die Genauigkeit für die Bestimmung der daraus abgeleiteten Verbrennungskenngröße ver bessert. Eine weitere Verbesserung wird durch gleitende Mitte lung über mehrere nacheinander bestimmte Maximumlagen erzielt.

Es versteht sich, daß in der Weise, wie oben für die Lage des ersten Maximums beschrieben, auch die Lagen von weiteren loka len Maxima einer Ionenstromkurve bestimmbar sind. Auch sei be merkt, daß eine Bestimmung der Lage des Maximums nicht nur in eine Berechnung des Lambdawertes eines Luft-Kraftstoff-Ge misches Eingang finden kann, sondern ebenso zur Bestimmung an derer Verbrennungskenngrößen, z. B. des Abgasanteiles in einem zu verbrennenden Gemisch im Fall eines Abgasrückführsystems, herangezogen werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungskenngröße einer Brennkraftmaschine durch Auswertung eines mittels einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordneten Ionenstromsonde über ein jeweiliges Arbeitsspiel hinweg gemessenen Ionenstromsignalverlaufs, bei dem

- zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße die Lage eines lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs herangezogen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- zur Lagebestimmung des Maximums (4) ein korrespondierender Spitzenwert (6) des gemessenen Ionenstromsignalverlaufs (1) festgestellt, die Lagen (ϕ₁, ϕ₂) derjenigen beiden Flanken punkte (7, 8) der Flanken des Spitzenwertes (6), deren Amplitude gleich einem vorgebbaren Bruchteil (B) der Amplitude (H) des Spitzenwertes (6) ist, ermittelt werden und als Lage des lokalen Maximums (4) ein Mittelwert (ϕ_m) der beiden Flankenpunktlagen (ϕ₁, ϕ₂) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Verbrennungskenngröße ein gleitender Mittel wert von nacheinander als jeweiliger Mittelwert zweier Spitzen wert-Flankenpunktlagen ermittelten Lagen eines lokalen Maximums herangezogen wird.