DE3111135C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, mit Hilfe von optischen Gebern, optische Brennraumsignale zu erfassen und zu verwerten (MTZ 40 (1979), Seite 242). Dabei wird als Meßkriterium das Vorhandensein oder Nicht­ vorhandensein von Licht im Brennraum mit Schwellwert­ detektoren erfaßt.

Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe eines optischen Gebers den Zündzeitpunkt bei Brennkraft­ maschinen zu steuern (DE-OS 25 20 325). Der optische Geber ist bei der bekannten Einrichtung z. B. ein Fototransistor, dem ein Schwellwertschalter nachgeschaltet ist, welcher einen Spannungsanstieg am Geberausgang erfaßt. Dieser Spannungsanstieg ist ein Maß für das Einsetzen der zweiten Verbrennungsphase im Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die zweite Verbrennungsphase folgt einer ersten Phase, in der das Gemisch gezündet wird, in der jedoch kein nennenswerter Druckanstieg und keine nennenswerte Lichtemission auftritt. In der zweiten Phase tritt dagegen neben einem ausgeprägten Druckanstieg und Temperaturanstieg auch eine Lichtemission auf. Es ist weiterhin bekannt, den mit geeigneten Drucksensoren erfaßten Druckverlauf zu steuer- bzw. Regelzwecken auszuwerten.

Die heute bekannten Regel- und Steuersysteme von Brennkraftmaschinen basieren im wesentlichen darauf, Betriebsparameter der Brennkraftmaschine indirekt mit geeigneten Gebern zu erfassen, wie etwa Drehzahl-, Drosselklappenwinkel, Dreh­ zahlschwankung bzw. die Rauhigkeit des Motorlaufs oder die Abgaszusammenset­ zung. Im Hinblick auf die Genauigkeit, das Zeitverhalten bei Übergangsvorgän­ gen und den heute erforderlichen Aufwand an Sensoren zur Erfassung dieser Brennkraftmaschinenparameter ist es sehr vorteilhaft, möglichst unmittelbar die sich auf die Verbrennung auswirkenden Parameter im Brennraum der Brenn­ kraftmaschine zu erfassen. Eine bekannte Art ist die Erfassung des Brennraum­ drucks, der je nach Zündzeitpunkt ein ausgeprägtes Maximum im Bereich des oberen Totpunktes aufweist, wobei angestrebt wird, daß das Maximum nach dem oberen Totpunkt liegt. Aus der US-PS 41 90 027 ist es z. B. bekannt, den Druck im Brennraum in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dieses zu differenzie­ ren, um das Maximum des Verlaufs des Drucksignals zu bestimmen. Der wesent­ liche Nachteil der unmittelbaren Messung des Brennraumdruckes mit Hilfe von Druckgebern ist es, daß die bekannten Geber keine ausreichende Standfestigkeit aufweisen, im Meßbereich sehr begrenzt sind und daß das Drucksignal durch vielfältige Störeinflüsse beeinflußt wird. Unabhängig davon liegt der Vorteil dieser Messung grundsätzlich darin, daß man aus dem Druckdiagramm den Lastzu­ stand und das Drehmoment errechnen kann, daß man die Gleichförmigkeit des Verbrennungsablaufs ermitteln kann, daß aus dem Druckdiagramm Klopfschwingun­ gen erfassbar sind und die Position des Maximums zum oberen Totpunkt ermittel­ bar ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver­ fahren zum Regeln der Verbrennung einer Brennkraftmaschine mittels Licht­ messung dadurch zu verbessern, daß sich Änderungen in den Lichtsignalen nicht in einer Verschlechterung der Regelung auswirken.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan­ spruchs hat den Vorteil, daß es auf die Helligkeit des auftretenden Licht­ signals nicht ankommt, sondern daß die erzielten Steuersignale im wesentlichen unabhängig von Langzeiteinflüssen und von wechselnden Formen des Verbrennungs­ ablaufs sind. Durch die erfindungsgemäße Steuergrößenbildung wird insbesondere vermieden, daß Störimpulse, die bereits vor dem eigentlichen Druckanstieg bzw. vor dem Anstieg der emittierten Lichtintensität auftreten, zu falschen Steuer­ größen führen. Durch die Verwendung des Wendepunktes bzw. des Anstiegspunktes des Lichtintensitätssignales im Brennraum während der Verbrennung erzielt man eine Steuergröße, die in sehr geringem Maße störanfällig ist und die im Gegen­ satz zu den sonst üblichen elektromechanischen oder mechanischen Gebern über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine gleichbleibende Empfindlichkeit der Signalerfassung bietet. Als weiterer Vorteil ist anzu­ sehen, daß unterschiedliche Verbrennungsabläufe mit unterschiedlichen Licht­ intensitäten bzw. Verschmutzungen der Meßsonde bzw. des Meßsenders nicht zu Fehlmessungen führen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiter in vorteil­ hafter Weise auch beim Mischkraftstoffbetrieb, z. B. mit einem Benzin-Metha­ nol-Gemisch ohne Schwierigkeiten anwendbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Eine besonders einfache und billig zu realisierende Zünd- bzw. Gemischaufbereitungsanlage ergibt sich nach dem Verfahren, bei dem während mehrerer, aufeinanderfolgender Zyklen geprüft wird, ob ein charakteristischer Punkt der Lichtsignalkurve, nämlich der Entflammungspunkt oder Maximalwert, vor oder nach einem festgelegten Soll-Kurbelwellenwinkel auftritt. In einem Fall werden in ein Schieberegister 1- und im anderen Fall 0-Signale einge­ speichert. Der Inhalt des Schieberegisters wird laufend aufsummiert und mit einem Soll-Summenwert verglichen, der der Summe einer gleichen Anzahl von 0- und 1-Signalen entspricht. Bei Unter- bzw. Überschreiten dieses Soll-Summenwerts wird z. B. der Zündzeitpunkt in die eine oder in die andere Richtung verändert. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Anlage kommt mit einem sehr einfachen und billigen Geber aus, der lediglich bei dieser festge­ legten Winkelstellung jeweils einen Impuls abgeben muß. Eine Realisierung durch einen Mikrorechner ist leicht möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm des Lichtintensi­ tätssignals aufgetragen über dem Kurbelwellenwinkel, Fig. 2 ein Diagramm des Druckverlaufs im Brennraum über den Kurbelwellenwinkel, Fig. 3 das Block­ schaltbild für verschiedene Auswertungsarten des Lichtintensitätsverlaufs über den Kurbelwellenwinkel, Fig. 4 die weitere Darstellung von Auswertungsarten des differenzierten Lichtintensitätssignals für Regel- und Steuerfunktionen bei Brennkraftmaschinen, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Regel­ schaltung und Fig. 6 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die heute bekannten Regel- und Steuersysteme von Brenn­ kraftmaschinen basieren im wesentlichen darauf, Be­ triebsparameter der Brennkraftmaschine indirekt mit ge­ eigneten Gebern zu erfassen, wie etwa Drehzahl, Drossel­ klappenwinkel, Drehzahlschwankungen bzw. die Rauhigkeit des Motorlaufs oder die Abgaszusammensetzung. Im Hin­ blick auf die Genauigkeit, das Zeitverhalten bei Über­ gangsvorgängen und den heute erforderlichen Aufwand an Sensoren zur Erfassung dieser Brennkraftmaschinenpara­ meter ist es sehr vorteilhaft, möglichst unmittelbar die sich auf die Verbrennung auswirkenden Parameter im Brenn­ raum der Brennkraftmaschine zu erfassen. Eine bekannte Art ist die Erfassung des Brennraumdrucks, der wie Fig. 2 zeigt - je nach Zündzeitpunkt ein ausgeprägtes Maximum im Bereich des oberen Totpunktes aufweist, wobei ange­ strebt wird, daß das Maximum nach dem oberen Totpunkt liegt. Der wesentliche Nachteil der unmittelbaren Messung des Brennraumdruckes mit Hilfe von Druckgebern ist es, daß die bekannten Geber keine ausreichende Standfestig­ keit aufweisen, im Meßbereich sehr begrenzt sind und daß das Drucksignal durch vielfältige Störeinflüsse beein­ flußt wird. Unabhängig davon liegt der Vorteil dieser Messung grundsätzlich darin, daß man aus dem Druckdia­ gramm den Lastzustand und das Drehmoment errechnen kann, daß man die Gleichförmigkeit des Verbreunungsablaufes ermitteln kann, daß aus dem Druckdiagramm Klopfschwin­ gungen erfaßbar sind und die Position des Maximums zum oberen Totpunkt ermittelbar ist.

In Fig. 1 ist die dem Brennraum entnommene Lichtemission dargestellt, wobei die Lichtintensität über dem Kurbelwellen­ winkel α aufgetragen ist. Bei Vergleich mit dem Brennraum­ druckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel α erkennt man eine sehr große Ähnlichkeit beider Kurven miteinander mit der Ausnahme, daß der Kurvenverlauf der Lichtintensität über den Kurbelwellenwinkel eine wesentlich größere Kontinuität aufweist. Wesentlich ist auch der klar erkennbare Anstieg der Lichtemission nach der Entflammung und die starke Ausprägung von bei klopfender Verbrennung auftretenden Schwingungen K bei Erreichen des Lichtintensitätsmaximums.

Die Erfassung des Lichtsignals im Brennraum erfolgt mit Hilfe von optischen Sensoren, wobei in der Brennraum­ wand z. B. ein lichtdurchlässiges Fenster vorgesehen ist, dem ein optoelektrischer Wandler nachgeschaltet ist. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Von der Brennraumwand 1 ist lediglich ein Teilstück dargestellt, das ein lichtdurchlässiges Fenster 2 enthält. Auf der Außenseite des Fensters ist, wie die Blockschaltbilddarstellung zeigt, ein optoelektrischer Wandler 3 nachgeschaltet, der z. B. ein Fototransistor sein kann. Dieser gibt ein elektrisches Steuersignal ab, das sich mit der Intensität der Lichtemission eines Brennraums ändert. Dem Wandler 3 ist eine Anpassungsschaltung 5 nachgeschaltet, durch die das vom Wandler abgegebene Steuersignal verstärkt und in eine der Lichtintensität proportionale Spannung S _i umgewandelt wird. Der Spannungsverlauf dieser Spannung ist beispielhaft in Fig. 1 über den Kurbelwellenwinkel dargestellt.

Als weiterer Geber ist mit der Brennkraftmaschine ein Kurbelwellenwinkelgeber 6 bekannter Bauart verbunden, an dessen Ausgang eine Impulsfolge auftritt mit Impulsen, deren Abstände äquidistante Winkelstellungen angeben. Der Ausgang des Kurbelwellenwinkelgebers 6 ist mit einem Integrator 8 verbunden, durch den die Impulsfolge in eine winkelproportionale Spannung umgewandelt wird. Ein solcher Integrator kann andererseits auch ein Zähler sein, der ein dem Kurbelwellenwinkel entsprechendes Digitalwort abgibt. Der Zähler bzw. der Integrator 8 wird dabei bei einer Bezugs­ kurbelwellenwinkelposition gesetzt.

Da das vom Verbrennungsvorgang abgegebene Signal gewissen Schwankungen unterworfen ist und da andererseits auch die Lichtdurchlässigkeit des Fensters 2 bzw. die Charakteristik des optoelektrischen Wandlers alterungsabhängig ist, wird das Steuersignal S _i erfindungsgemäß in eine bezogene Größe umgewandelt, von der Steuersignale für eine Regeleinrichtung abgeleitet werden. In sehr einfacher Weise läßt sich das Steuersignal S _i durch eine Differenziereinrichtung 9 differenzieren und in einer nachgeschalteten Regelschaltung 11 unter Hinzuziehung des Ausgangssignals des Integrators 8 und des Kurbelwellenwinkel­ gebers 6 auswerten. Auswertmöglichkeiten dieser Art sind in dem Blockschaltbild in Fig. 4 näher dargestellt. Mit diesem Signal lassen sich insbesondere vorteilhaft charakteristische Punkte wie Wendepunkte der Lichtintensitätskurve, das Maximum der Lichtintensitätskurve und der Anstiegspunkt der Lichtintensi­ tätskurve erfassen. Wie Fig. 1 entnehmbar ist, ist das Differential der Lichtintensität bis zum Einsetzen der Entflammung praktisch 0. Durch Vergleichen des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung 9 mit einem Schwellwert läßt sich somit in sehr einfacher Weise der Entflammungspunkt ermitteln, wobei die winkelproportionale Ausgangsspannung des Integrators 8 den zugehörigen Winkel angibt. In üblicher Weise wird dann durch Soll-Ist-Wertvergleich z. B. der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine geregelt.

Aus dem Steuersignal S _i ist andererseits auch das Integral über der Zeit durch eine Integriereinrichtung 12 oder das Integral über den Kurbelwellenwinkel durch eine Integriereinrichtung 14 meßbar. Zur Erfassung des Integrals über dem Kurbelwellenwinkel wird dazu der Integriereinrichtung das Ausgangssignal des Kurbelwellenwinkelgebers 6 zugeführt. Durch eine Anpassungs­ schaltung ist natürlich auch das Integral des Lichtintensitäts­ signals bezogen auf das Brennraumvolumen erfaßbar. Die durch diese Integriereinrichtung erhaltenen Steuersignale sind Ausdruck des Brennraumzustands nach Druck und Temperatur.

Anders ausgedrückt geben die Integralwerte den mittleren Gaszustand in der Verbrennungsphase an, was mit dem mittleren Brennraumdruck vergleichbar ist.

Vorteilhaft läßt sich der Brennraumzustand mit Hilfe einer bekannten Optimierungseinrichtung optimieren im Sinne einer maximalen Leistung unter Verwendung des Integrals der Licht­ intensität.

Es ist bekannt, aus den Schwankungen des mittleren Brennraum­ drucks ein Signal für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine zu ermitteln, wenn diese in den Bereich der Laufgrenze gerät. In gleicher Weise ergeben die Ausgänge der Integriereinrichtungen 12 oder 14 sehr saubere Signale, mit denen in gleicher bekannter Weise ein Laufruhe- bzw. Laufunruhesignal erzeugt werden kann und damit z. B. die Gemischzusammensetzung beeinflußt werden kann. Dies erfolgt entweder durch Steuerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder durch Steuerung von zusätzlichen Abgasrückführmengen oder des Zündzeitpunkts.

Das integrierte Lichtintensitätssignal kann weiterhin als Bezugsgröße für das erfaßte Lichtsignal verwendet werden sowie der davon abgeleiteten Größen.

Eine weitere Möglichkeit der Auswertung des Steuersignals S _i ist die Ermittlung des Lichtintensitätsmaximums mit Hilfe eines Maximalwertdetektors 15. Dieser ist nur in dem Kurbel­ wellenwinkelbereich, in dem das Maximum der Lichtintensität zu erwarten ist, wirksam. Zu diesem Zweck wird der Detektor über ein Fensterfunktionsglied 17 angesteuert, das vom Ausgang des Integrators 8 gesteuert wird. Dieses Funktionsglied er­ möglicht ein Arbeiten des Maximalwertdetektors 15 nur in einem ausgewählten Winkelbereich. Das Erkennungssignal für das Vorliegen eines Maximalwerts wird in der Regelschaltung mit dem dazugehörigen Kurbelwellenwinkel verarbeitet. Mit der Lage des Maximums kann in ähnlicher Weise wie zuvor mit der Lage des Anstiegs der Lichtintensität der Zündzeitpunkt in bekannter Weise geregelt werden. Als bezogenes Signal ist das Ausgangs­ signal des Maximalwertdetektors 15 gleichermaßen unabhängig von der Absolutgröße der Lichtintensität an dieser Stelle.

Die Auswertung des Steuersignals S _i kann mit einer oder mehreren der oben beschriebenen Auswerteeinrichtungen erfolgen. Insgesamt läßt sich mit mehreren der auf diese Weise gewonnenen Steuersignalen der Ist-Zustand des Motors analysieren.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild speziell mit Auswertemöglich­ keiten des differenzierten Lichtsignals prinzipmäßig darge­ stellt. Wie in Fig. 3 beschrieben, ist auch hier in einer Brennraumwand 1 ein Fenster 2 vorgesehen, dem ein optoelektrischer Wandler 3 nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des opto­ elektrischen Wandlers 3 wird durch eine Anpassungsschaltung 5 zu dem Steuersignal S _i verarbeitet, das dem Verlauf der Lichtintensität entspricht. Wie in Fig. 3 bereits beschrieben, wird das Steuersignal S _i einer Differenziereinrichtung 9 zugeführt, in der das Signal d S _i/dt oder nach dem KW d S _i/d α differenziert wird. Weiterhin ist ebenfalls der Kurbelwellenwinkelgeber 6 vorgesehen, dem der Integrator 8 nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang eine der Winkelstellung proportionale Spannung anliegt. Vom Ausgangssignal des Integrators 8 wird weiterhin ein erstes Fensterfunktionsglied 1 8 und/oder ein zweites Fensterfunktionsglied 19 und/oder ein drittes Fensterfunktionsglied 20 gesteuert. Das erste Fensterfunktions­ glied 18 gibt ein Einschaltsignal an einen Maximalwertdetektor 22 ab, so daß dieser nur während eines ausgewählten Kurbelwellen­ winkelbereichs arbeitsfähig ist. Am Eingang des Maximalwert­ detektors 22 liegt das Steuersignal dS _i/dt oder dS _i/dα vom Ausgang der Differenziereinrichtung 9 an. Mit der Ermittlung des Maximalwertes innerhalb des ausgesuchten Kurbelwellenwinkel­ bereichs wird aus dem differenzierten Signal der Wendepunkt der Kurve in Fig. 1 ermittelt. Liegt die Wendepunktbedingung vor, so gibt der Maximalwertdetektor ein Einschaltsignal an eine erste Signalwerthaltevorrichtung 24 und/oder eine zweite Signalwerthaltevorrichtung 25 und/oder eine dritte Signalwerthaltevorrichtung 26 ab. Mit diesen Signalwerthalte­ vorrichtungen (Sample and Hold) können momentane Werte gespeichert und einer nachgeschalteten Regeleinrichtung zugeführt werden. Je nach Ausgestaltung der Regelung sind ein oder mehrere der genannten Signalwerthaltevorrichtungen 24 bis 26 mit dem Ausgang der Differenziereinrichtung 9 verbunden und halten den Steuerwert dS _i/dt bzw. dS _i/dα im Wendepunkt fest. Dieser Steuerwert stellt die Steigung der Kurve der Lichtintensität dar und ist ein Maß für die Verbrennungsgeschwindigkeit im Brenn- raum. Dieser Steuerwert kann einer Steuereinrichtung 28 zugeführt werden, die über ein Abgasrückführventil 29, das in einer Abgasrückführleitung 30 angeordnet ist, die rückge­ führte Abgasmenge steuert.

Es gibt Brennverfahren, die eine hohe Ladungsturbulenz auf­ weisen und bei denen die Verbrennung zu schnell erfolgen kann, so daß es zu Klopferscheinungen kommen kann. Andererseits ergeben sich hohe Drücke und hohe Spitzentemperaturen. Die Verbrennungsgeschwindigkeit kann nun mit der oben beschriebenen Einrichtung erfindungsgemäß reduziert werden, derart, daß bei sehr hoher Verbrennungsgeschwindigkeit eine größere Menge Abgas rückgeführt wird und bei abnehmender Verbrennungsgeschwindig­ keit weniger Abgas rückgeführt wird.

Mit Hilfe der zweiten Signalwerthaltevorrichtung 2 5, deren Eingang mit dem Ausgang der Anpassungsschaltung 5 verbunden ist, kann der Momentanwert der Lichtintensität im Wendepunkt W der Lichtintensitätskurve gemäß Fig. 1 festgehalten werden. Durch die dritte Signalwerthaltevorrichtung 26 wird weiterhin der Kurbelwellenwinkel festgehalten, an dem der Wendepunkt der Lichtintensitätskurve auftritt. Mit diesem Steuerwert kann in bekannter Weise in einer nachgeschalteten Steuerschaltung 32 der Zündzeitpunkt bei der Brennkraftmaschine verändert werden. Weiterhin kann auch in an sich bekannter Weise ein Signal für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine aus der Größe der Signal­ werte für die Winkellage oder die momentane Lichtintensität am Wendepunkt ermittelt werden, indem die Signalwerte am Wendepunkt bei auf­ einanderfolgenden Arbeitstakten miteinander verglichen werden und daraus die Schwankungen des Signalwerts bezogen auf den Signalmittelwert am Wendepunkt ermittelt werden. In einer solchen Laufruheregelschaltung 33 wird ein Sollwert für die maximale Schwankungsbreite des Signalwerts am Wendepunkt bereit­ gestellt und aus dem Vergleich des Ist-Werts mit dem Soll- Wert ein Steuersignal gebildet, das einen Bestandteil des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine, wie Kraftstoff, Luft oder Abgas, entsprechend korrigiert.

Aus den drei Werten der ersten, zweiten und dritten Signal- Werthaltevorrichtung läßt sich ferner auch in einer entsprechend ausgebauten Steuerschaltung 34, die z. B. eine Rechenschaltung sein kann, ein dem Anstiegspunkt E der Lichtintensitätskurve über den Kurbelwellenwinkel entsprechender Punkt E′ ermitteln. Mit diesem Steuerwert bezogen auf die Kurbelwellen­ winkelstellung kann nun ebenfalls der Zündzeitpunkt gesteuert werden. Dies hat gegenüber dem zu Fig. 3 beschriebenen Verfahren den Vorteil, daß ein Fehlereinfluß durch die Wahl des Schwell­ wertes für den Lichtintensitätswert vermieden wird. Nachdem zu Fig. 3 beschriebenen Verfahren ist es notwendig, wenn der Entflammungspunkt genau erfaßt werden soll, daß der Schwellwert möglichst unmittelbar über der Null-Intensität vor dem Entflam­ mungspunkt E liegt. Je nachdem wie steil die Lichtintensität ansteigt, ergibt sich ein unterschiedlicher zugeordneter Kurbel­ wellenwinkel. Weiterhin können auch Störpegel zu einem falschen Steuerwert führen.

Der Einfluß von Störgrößen kann jedoch durch die weiterhin in Fig. 4 gezeigte Erfassung des Anstiegspunkts reduziert werden. Zu diesem Zweck ist das zweite Fensterfunktionsglied 19 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einen Schwellwertschalter 36 in Arbeitsbereitschaft über einen ausgewählten Kurbelwellen­ winkelbereich bringt. Der Eingang des Schwellwertschalters 36 ist mit dem Ausgang der Differenziereinrichtung 9 verbunden, während der Ausgang des Schwellwertschalters 36 eine vierte Signalwert­ haltevorrichtung 37 steuert. Diese ist eingangsseitig wiederum mit dem Integrator 8 verbunden und gibt ein Steuersignal ab, das den Winkelbereich, in dem der Anstiegspunkt E auftritt, entspricht. Damit ist sichergestellt, daß nur der Lichtwert in diesem Bereich ausgewertet wird und z. B. Lichtwerte, die auf den Zündfunken direkt zurückgehen, nicht erfaßt werden. Zwischen dem eigentlichen Zündzeitpunkt und dem Entflammungspunkt liegt bekanntlicherweise die Phase des Zündverzugs, bei der noch keine Lichtemission zu messen ist. Mit dem von der vierten Signalwerthaltevorrichtung 3 7 abgegebenen Steuer­ wert läßt sich nun in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Steuerschaltung 32′ der Zündzeitpunkt regeln oder in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Laufruheregel­ schaltung 33 die Gemischzusammensetzung des in den Brenn­ räumen der Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Betriebsgemisches beeinflussen.

Weiterhin kann das von der Differenziereinrichtung 9 abgegebene Steuersignal dS _i /dt bzw. dS _i /d α einem Filter 39 zugeführt werden, der die Hochfrequenzanteile des Steuersignals durchläßt. Das am Ausgang dieses Hochpaßfilters anstehende Signal wird nach evtl. Gleichrichtung einer Schwellwerteinrichtung 4 0 zugeführt, die durch das dritte Fensterfunktionsglied 20 in Betriebsbereitschaft gesetzt wird. Die Schwellwertein­ richtung ist dabei im Bereich des Maximums der Lichtintensi­ tätskurve wirksam. Mit der Schwellwerteinrichtung wird eine Mindeststärke einer die Lichtintensitätskurve überlagernden Schwingung K, die auf eine klopfende Verbrennung der Brennkraftmaschine zurückzuführen ist, erfaßt und einer nachge­ schalteten Steuereinrichtung 41 zugeführt, durch die klopfver­ hindernde Maßnahmen durchgeführt werden können. Diese Maßnahmen sind z. B. die Verstellung des Zündzeitpunktes, die Änderung der Gemischzusammensetzung, das Senken des Ladedrucks, die Erhöhung der Abgasrückführrate und andere bekannte Maßnahmen. In Fig. 2 ist gestrichelt die Schwingung der Lichtintensität eingezeichnet, die sich bei klopfender Verbrennung ergibt. Es hat sich gezeigt, daß diese "Klopfschwingungen" mit wesentlich größerer Intensität auftreten als das beim Druckdiagramm des Brennraumdruckes feststellbar ist. Deshalb ist die Erfassung der Lichtemission in besonders vorteilhafter Weise dazu geeignet, eine klopfende Verbrennung frühzeitig zu erkennen und durch einen geeigneten Regeleingriff zu vermeiden.

Die beschriebenen Einrichtungen lassen sich sowohl bei fremd­ gezündeten Brennkraftmaschinen als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwirklichen. Der Zündzeitpunkt bei den letztgenannten Brennkraftmaschinen wird in bekannter Weise durch den Einspritzzeitpunkt von Kraftstoff in den Brennraum bestimmt. Man kann also bei beiden Brennverfahren von einem Zündzeitpunkt sprechen, wobei bei dem einen der auslösende Anlaß die Abgabe der Zündspannung ist und bei dem anderen der auslösende Anlaß der Beginn der Kraftstoff-Einspritzung ist.

In dem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbei­ spiel werden die Lichtsignale in allen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine erfaßt und - bei einer 4-Zylinder-Brennkraft­ maschine - vier optoelektronischen Wandlern 3, 50 bis 52 zugeführt. Deren Ausgangssignale sind einer Auswerteschal­ tung zugeführt, die - wie bereits beschrieben - eine Differenziereinrichtung 9 mit einer eingebauten Schwell­ werterkennung oder ein Maximalwertdetektor 15 sein kann. Wesentlich ist dabei, daß ein charakteristischer Punkt des Lichtsignalverlaufs erfaßt wird. Im darge­ stellten Fall der Entflammungspunkt (oder der Maximalwert). Der Ausgang ist über ein UND-Gatter 5 3 dem D-Eingang eines D-Flipflops 5 4 zugeführt. Eine mit der Kurbelwelle oder Nockenwelle gekoppelte Geberanordnung 55 besteht aus einem Winkelmarken 56 bis 59 aufweisenden rotierenden Teil 60, wobei die Winkelmarken 56 bis 59 durch einen Sensor 61 abgetastet werden. Dieser Sensor kann z. B. ein Hall-Sensor, ein induktiver oder ein optischer Sensor sein. Im Ausfüh­ rungsbeispiel ist das rotierende Teil 60 mit der Nocken­ welle einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine verbunden. Die Winkelmarken 56 bis 59 umfassen einen Winkel β zwischen einer Soll-Kurbelwellenwinkelstellung S, die mit dem charakteristischen Punkt des Lichtverlaufs übereinstimmen soll, und dem oberen Totpunkt OT.

Der Sensor 61 ist mit einem weiteren, invertierenden Ein­ gang des UND-Gatters 53, mit dem Takteingang C der Flipflops 54 sowie mit einem Eingang eines Inverters 62 verbunden, dessen Ausgang den Schiebetakteingang 63 eines Schiebe­ registers 64 steuert. Der Ausgang des Flipflops 54 liefert einem weiteren Eingang 65 den einzuspeichernden Wert. Das Schieberegister weist acht Speicherplätze auf, die mit einem Addierer 66 verbunden sind. Der Ausgang des Addie­ rers 66 liefert den Istwert an einen Summenpunkt 67, wobei der Soll-Summenwert durch einen Sollwertgeber 68 vorge­ geben ist. Der Ausgang des Summenpunkts 67 ist über einen z. B. als P-Regler ausgebildeten Regler 69 der Steuer­ schaltung 32 zur Veränderung des Zündzeitpunkts zugeführt. Eine solche Steuerschaltung, die den Zündzeitpunkt schritt­ weise in die eine oder in die andere Richtung in Abhängig­ keit eines Eingangssignals verändern kann, ist z. B. aus der DE-OS 27 40 044 bekannt.

Die Wirkungsweise des in Fig. 5 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 6 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Es ist der Fall dargestellt, daß der Entflammungspunkt E als charakteristischer Punkt des Lichtsignalverlaufs U 3 in der Differenziereinrichtung 9 ausgewertet wird. Es wird dabei ausgangsseitig ein Signal U 9 erzeugt, dessen An­ stiegsflanke mit dem charakteristischen Punkt E überein­ stimmt. In Abhängigkeit der Winkelmarken 56 bis 59 liefert die Geberanordnung 55 eine Signalfolge U 55. Durch die in Fig. 5 dargestellte Regeleinrichtung soll der Zündzeit­ punkt so geregelt werden, daß der Entflammungspunkt, also die Einstiegsflanke des Signals U 9 mit der Soll-Kurbel­ wellenwinkelstellung S übereinstimmt. Im ersten darge­ stellten Fall ist der Entflammungspunkt zu spät, im zwei­ ten Fall zu früh. Dies äußert sich dadurch, daß im ersten Fall durch gleichzeitiges Auftreten eines Signals U 9 und eines invertierenden Signals U 55 ein Ausgangssignal U 53 des UND-Gatters 53 erzeugt wird, durch das bei gleichzeitigem Auftreten der Anstiegsflanke eines Taktsignals U 55 das Flipflop 54 gesetzt wird. Mit der folgenden Anstiegs­ flanke eines Signals U 55 wird das Flipflop 54 rückge­ setzt, sofern nicht erneut ein Signal U 53 erzeugt wurde. Bei zu frühem Entflammungspunkt (zweiter dargestellter Fall) trifft dies nicht zu (kein Signal U 53). Jeweils mit der Anstiegsflanke des invertierten Gebersignals U 62 wird abgefragt, ob das Flipflop 54 gesetzt ist, also ob der Entflammungspunkt zu spät lag. Das zu diesem Zeitpunkt am Ausgang des Flipflops 54 anliegende 1-Sig­ nal wird in das Schieberegister 64 übernommen. Liegt der Entflammungspunkt zu früh, so wird entsprechend ein 0-Signal übernommen. Geregelt wird auf einen Mittelwert, d. h. wenn jeveils vier Speicherplätze des acht Speicher­ plätze enthaltenden Schieberregisters 64 mit 0-Signalen (zu früher Entflammungspunkt) und vier Speicherplätze mit 1-Signalen (zu später Entflammungspunkt) belegt sind, dann liegt im Mittel der richtige Zündzeitpunkt vor und es erfolgt keine Nachregelung. Die Summe aller Speicher­ inhalte ist in diesem Fall die Zahl vier, die im Summen­ punkt mit der Zahl vier des Sollwertgebers 68 verglichen wird. Bei Über- bzw. Unterschreitung dieser Zahl vier durch die Summe der Werte im Schieberregister 64 erfolgt eine entsprechende Nachregelung des Zündzeitpunkts.

Das durch die beschriebene Anordnung dargestellte Ver­ fahren eignet sich sowohl zur analogen, wie auch zur digitalen Regelung, vorzugsweise durch einen Mikropro­ zessor. Anstelle einer elektronischen Nachverstellung des Zündzeitpunkts kann dies auch z. B. über ein Stell­ glied erfolgen, das auf den Zündverteiler einwirkt.

Anstelle eines einzigen Schieberregisters 64 für die gesamte Brennkraftmaschine, kann auch jedem Zylinder ein eigenes Schieberegister zugeordnet werden, so daß auch eine Überwachung des Motorzustandes dadurch erfolgen­ kann, daß die Inhalte der Schieberegister miteinander verglichen werden. Bei zu großer Abweichung kann dann eine entsprechende Warnung erfolgen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Regeln der Verbrennung von dosierten, den Brennräumen einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Betriebsstoffen unter Verwendung von im Brennraum entstehenden Lichtsignalen als Steuergröße, wobei der zeitliche Ver­ lauf der Lichtintensität über den Verbrennungsablauf erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zeitlichen Verlauf der Lichtintensität im Brenn­ raum entsprechende Lichtintensitätssignal (U 3) differenziert wird, daß aus dem differenzierten Signal durch eine Auswerteschaltung (9) ein Wendepunkt oder ein Anstiegspunkt (E) des Lichtintensitätssignals abgeleitet wird, daß die dem jeweiligen Wendepunkt oder Anstiegspunkt entsprechende Kurbelwellenwinkel­ stellung erfaßt wird und daß daraus abgeleitet eine bezogene Steuergröße gebildet wird, durch die eine Regeleinrichtung (11) der Brennkraftmaschine zum Regeln der Verbrennung der zuzuführenden Betriebsstoffe angesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Wendepunkt entsprechende Kurbelwellenwinkelstellung als Ist-Wert ermittelt wird, mit einem Kurbelwellenwinkelsollwert verglichen wird und entsprechend der Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert der Zündzeitpunkt korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wendepunkt die dort vorhandenen signalwerte Kurbelwellenwinkellage oder Lichtintensität in aufeinanderfolgenden Arbeitstakten in wenigstens einem der Zylinder der Brennkraftmaschine erfaßt werden und aus der Schwankungsbreite der Signalwerte an dem Wendepunkt ein entsprechender Istwert als Steuergröße gebildet wird, der mit einem Soll-Wert der zulässigen Schwankungsbreite verglichen wird, wobei je nach Überschreiten oder Unterschreiten des Soll-Werts der Anteil eines der Betriebsstoffe des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine aus Kraftstoff, Luft und/oder Abgas oder der Zündzeitpunkt korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierte Lichtintensitätssignal mit Hilfe einer Schwellwerteinrichtung mit einem einem Anstiegspunkt entsprechenden Mindestwert verglichen wird und im Überschrei­ tungspunkt ein der Kurbelwellenwinkelstellung entsprechendes Steuersignal (U 9) als Ist-Wert gebildet wird, das dieser Ist-Wert mit einem Kurbelwellenwin­ kel-Sollwert verglichen wird und daß entsprechend der Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert der Anteil eines der Betriebsstoffe des Betriebsge­ misches der Brennkraftmaschine und/oder der Zündzeitpunkt verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierte Lichtintensitätssignal mit Hilfe eines Schwellwertschalters mit einem Mindest­ wert verglichen wird, daß der Wert des Lichtintensitätssignals am Überschrei­ tungspunkt des Schwellwertschalters in aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Brennkraftmaschine gespeichert wird und daß aus der auf einen Mittelwert bezogenen Schwankung der in aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Brennkraft­ maschine ermittelten Werte ein Istwert als Steuergröße gebildet wird, der mit einem Soll-Wert der zulässigen Schwankungsbreite verglichen wird, wobei je nach Über- oder Unterschreiten des Sollwerts der Anteil eines der Betriebs­ stoffe des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine und/oder der Zündzeitpunkt verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierte Lichtintensitätssignal mit Hilfe eines Schwellwertschalters mit einem Mindest­ wert verglichen wird und ein der Kurbelwellenwinkelstellung am Überschrei­ tungspunkt des Schwellwertschalters entsprechender Signalwert in aufeinander­ folgenden Arbeitstakten der Brennkraftmaschine gespeichert wird und daß aus der auf einen Mittelwert bezogenen Schwankung der gespeicherten Signalwerte ein Istwert als Steuergröße gebildet wird, der mit einem Soll-Wert der zuläs­ sigen Schwankungsbreite verglichen wird, wobei je nach Über- oder Unterschrei­ ten des Sollwertes der Anteil eines der Betriebsstoffe des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine und/oder der Zündzeitpunkt verändert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus dem differenzierten Signal abgeleiteten Wendepunkt der Momentanwert des Licht­ intensitätssignals und/oder des differenzierten Signals als ein für die Verbrennungsgeschwindigkeit repräsentatives Signal als Steuergröße für die Dosierung von Abgasrückführmengen verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem differen­ zierten Signal ein eine bestimmte Frequenz überschreitender Signalanteil aus­ gefiltert wird und mit Hilfe einer Schwellwerteinrichtung (40) die Amplitude des ausgefilterten Signalanteils mit einem Mindestwert verglichen wird, bei dessen Überschreiten eine Steuereinrichtung (41) angesteuert wird, durch die Betriebsgrößen zur Verhinderung einer klopfenden Verbrennung gesteuert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Kurbelwellenwinkelstellungssignal bezogen auf den Zylinder, dessen Lichtintensität im Brennraum erfaßt wird, wenigstens ein Fensterfunk­ tionsglied (18, 19, 20) gesteuert wird, durch das über einen ausgewählten Kurbelwellenwinkelbereich ab einem Bezugskurbelwellenwinkel ein Steuersignal abgebbar ist, durch das die Auswerteeinrichtung (22, 24) für das differenzier­ te Lichtintensitätssignal funktionsbereit steuerbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Wende- oder Anstiegspunkt erzeugtes Signal mit einem an einer Soll-Kurbelwellenwinkel­ stellung erzeugten Signal bezüglich der zeitlichen Reihenfolge während mehrerer Zyklen verglichen wird, daß in Abhängigkeit der ermittelten Reihen­ folge jeweils einer zweier unterschiedlicher Werte gespeichert wird, daß die Summe der gespeicherten Werte als Istwert mit einem Soll-Summenwert verglichen wird und daß in Abhängigkeit von der Abweichung der Anteil eines der Betriebs­ stoffe des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine und/oder der Zündzeitpunkt verändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Summen­ wert der Summe einer jeweils gleichen Anzahl der unterschiedlichen gespeicher­ ten Werte entspricht.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung während mehrerer Zyklen in einem Schieberegister (64) erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherung von Werten zu wenigstens zwei Zylindern getrennt erfolgt, wobei durch Vergleich der gespeicherten Werte eine unzulässige Abweichung festgestellt wird.