EP1034416B2 - Verfahren zur auswertung des brennraumdruckverlaufs - Google Patents

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EP1034416B2
EP1034416B2 EP98958153A EP98958153A EP1034416B2 EP 1034416 B2 EP1034416 B2 EP 1034416B2 EP 98958153 A EP98958153 A EP 98958153A EP 98958153 A EP98958153 A EP 98958153A EP 1034416 B2 EP1034416 B2 EP 1034416B2
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EP
European Patent Office
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pressure
crankshaft
combustion chamber
chamber pressure
combustion
Prior art date
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EP98958153A
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English (en)
French (fr)
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EP1034416A2 (de
EP1034416B1 (de
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Klaus Walter
Holger Bellmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1034416B1 publication Critical patent/EP1034416B1/de
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    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating the combustion chamber pressure in an internal combustion engine.
  • each cylinder of the internal combustion engine is assigned a combustion chamber pressure sensor.
  • a crankshaft sensor is used which provides an output signal representative of the crankshaft position. Both signals are evaluated together in the control unit of the internal combustion engine.
  • a camshaft sensor is no longer needed, since the synchronization of crankshaft and camshaft position, in particular after the start of the combination of the combustion chamber pressure curve and the crankshaft sensor signal is possible.
  • a method in which the combustion chamber pressure curve is evaluated as a function of the crankshaft position, for cylinder detection and for generating required for the ignition signals is known.
  • the cylinder recognition and the detection in which crankshaft revolution of a combustion cycle is the internal combustion engine is carried out in the known method, for example by the pressure increase in a particular cylinder is evaluated and distinguished between pressure increase in the compression stroke and pressure increase when combustion. Since these values are different, it is possible to determine in which crankshaft revolution the internal combustion engine is located. Based on this knowledge, control signals for the internal combustion engine can be generated.
  • the inventive method with the features of the main claim has the advantage that an accurate analysis of the combustion chamber pressure curve is performed so that the valve timing can be determined with respect to the crankshaft position. For this purpose, characteristic events are evaluated from which clearly defined valve timing can be recognized. For the valve timing outlet opens, outlet closes, inlet opens, inlet closes, there are characteristic pressure curves, which are extracted from the combustion chamber pressure curve. According to the invention, the volume or the crankshaft angle is detected to determine the valve timing "intake closes", in which the compression pressure is equal to the ambient pressure.
  • FIG. 1 shows a per se known device for detecting the pressure curve in the cylinders of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 a shows relevant parts of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a characteristic combustion chamber pressure profile over the crankshaft angle.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an evaluation method according to the invention, and FIGS. 4, 5 and 6 show different relationships between combustion chamber pressure, combustion chamber volume and crankshaft angle.
  • FIG. 1 the most essential components of a device for detecting the combustion chamber pressure in each cylinder of an internal combustion engine are shown.
  • cylinder pressure sensors 14, 15, 16 and 17 are arranged in the cylinders 10, 11, 12 and 13 of a four-cylinder internal combustion engine, which determine the pressure profiles P1, P2, P3 and P4.
  • a crankshaft sensor 18 is present, which emits a characteristic of the crankshaft position ⁇ output signal S1.
  • Both the output signals of the cylinder pressure sensors 14, 15, 16 and 17 and the output signal of the crankshaft sensor 18 are supplied to the control unit 19 of the internal combustion engine, which processes these signals.
  • Inputs 20 can be used to supply the control unit with further signals (for example a temperature T, a load L, etc.) which can also be further processed in the control unit.
  • the control unit 19 comprises a multiplexer 21, via which either the output signal of the cylinder pressure sensors are fed to an analog / digital converter 22.
  • the switching of the multiplexer 21 takes place crankshaft angle-dependent and is triggered by appropriate controls by the control unit 19.
  • the actual evaluation of the signals takes place in a microprocessor 23 of the control unit 19, which can output control signals S2 and S3 to various components of the internal combustion engine, for example ignition or injection signals, via an output unit 23a as a function of the determined variables.
  • the signal processing takes place, on the basis of which the valve timing can be concluded, or by means of which the valve timing can be determined.
  • FIG. 3 shows an evaluation scheme in which the pressure from the sensor signal is calculated in each case in step SCH1.
  • step SCH2 the crankshaft angle ⁇ is read in, so that the reference P ( ⁇ ) is present in step SCH3.
  • step SCH4 the pressure profile is evaluated, possibly taking into account stored data and in step SCH5 is closed to the relevant valve control unit.
  • the cylinder of an internal combustion engine for example the cylinder 10 (FIG. 1 a), is supplied with the air mixture by opening the inlet valve 24.
  • the fuel is injected from the injection valve 25 in front of the inlet valve 24 into the intake manifold 26 and ignited via the spark plug 27.
  • the gas generated in the cylinder can be omitted.
  • the control of the intake valve and the exhaust valve takes place in a known manner by means of the camshaft or the camshaft, not shown.
  • the camshaft or the camshafts are driven by the crankshaft in a known manner.
  • the position of the camshaft or of the camshafts with respect to the crankshaft can be varied by the control unit 19 as a function of the rotational speed by means of corresponding activation signals S3.
  • the control unit 19 By the inventive detection of the valve timing in dependence on the crankshaft angle, the assignment between the camshaft position and crankshaft position can be determined.
  • the curve of the combustion chamber pressure P1 of the cylinder 10 is plotted against the crankshaft angle ⁇ .
  • the cylinder pressure reaches two maximum values which are one working cycle or 720 ° CA apart.
  • the maximum of the combustion chamber pressure is higher in the region in which combustion takes place than in the region in which only compression occurs.
  • a combustion takes place in the example of Figure 2 in the phase Ve. In phase Ko, only compression occurs.
  • the combustion chamber pressure curve shown schematically in FIG. 2 is evaluated according to the invention according to various criteria in order to conclude from it events which are characteristic for the camshaft position with respect to the crankshaft position and thus for the valve seat control times. Such an event may be, for example, the crankshaft position at which the intake valve closes.
  • Other valve timing is the timing of the outlet opens. Inlet opens, outlet closes. For each valve timing there are characteristic or characteristic features in the pressure curve, the evaluation of which will be described in more detail below.
  • the expansion line of the combustion chamber pressure curve can be evaluated.
  • the operations in the cylinder are a thermodynamically closed system, so that the processes can be calculated according to thermodynamic laws.
  • a pressure drop occurs that is similar to polytropic expansion. Characteristic of this is that the amount of the pressure gradient decreases with increasing volume.
  • the evaluation of the pressure gradient can thus be used for the completed outlet opening. If the pressure gradient has a behavior which is characterized by a decreasing decrease and a sudden increase in the magnitude of the pressure gradient, it can be concluded that the outlet has been opened.
  • the evaluation can be done by, for example, a change of sign in the second derivative of the pressure is checked by volume. If such a sign change occurs in the second derivative of the pressure after the crank angle, it can be concluded that an outlet has taken place.
  • Fig. 4 which shows the relationship between pressure P and volume V between the top dead center OT and the bottom dead center UT, the point A1 would designate the exhaust port made.
  • the second derivative of the pressure is by volume d 2 P dv has a sign change. This also applies to the context d 2 P d.alpha 2 ,
  • the volume or crank angle is detected at which the compression line passes through a known, fixed level. In the simplest case, this will Comparison level gained from the pressure curve during the pushing out.
  • the position of the point of intersection A2 between the compression pressure curve and the pressure curve during the pushing out in the crank angle pattern or in the course of the volume can be seen in FIG.
  • a target value for the position of the point A2 depending on the load and speed can be applied depending on the engine.
  • the deviation of the actual value of the point A2 from the setpoint is used.
  • the recording of the engine-specific data can be done before commissioning, for example, in a test bed.
  • the data thus obtained are stored in memories, for example, of the control unit, which can access this data at any time.
  • combustion chamber pressure curve is not limited to the pressure-volume relationship, but it is also an evaluation based on the pressure-crank angle relationship possible.
  • evaluating the position of the points A3 and A4 of Figure 6 can draw appropriate conclusions.
  • the combustion chamber pressure P is plotted against the crankshaft angle ⁇ .
  • the load change OT points LWOT, an ignition TDC point ZOT, bottom dead centers UT and angles .alpha.3, .beta.3 and .alpha.4, .beta.4 are entered, the angles .alpha.3 or .alpha.4 respectively being the distance between the bottom dead center UT and the point A3 or A4 defined, the angle ⁇ 3 the distance between A3 and ZOT and the angle ⁇ 4 defines the distance between A4 and LWOT.
  • the evaluation of the combustion chamber pressure curve during the expulsion of the combustion gases located in the cylinder can also be carried out by comparison with the ambient pressure.
  • the volume or the crankshaft angle is detected, in which the compression pressure is equal to the ambient pressure.
  • the point A3 is defined as the intersection of the compression pressure curve with the ambient pressure.
  • an evaluation of the combustion chamber pressure curve can also be based on a fixed pressure value. In this case, however, special diagnostic strategies are required, which prevents a misdiagnosis due to a strong change in the ambient pressure, for example in a high-altitude drive. If such high-altitude travel is detected by the control unit, for example in conjunction with other evaluations for regulating the internal combustion engine, detection of valve control times can be prevented at least temporarily.
  • valve timing changed for example, by corresponding change in the camshaft positions
  • this also leads to a change in the combustion chamber pressure profile during the compression phase, during the combustion phase and during the expansion phase.
  • the valve timing changed so that the residual gas content of the cylinder charge changes in a characteristic manner.
  • a higher residual gas content which may be caused for example by late closing of the exhaust valve or early opening of the intake valve, in each case based on the crankshaft angle, increases both the absolute pressure and the pressure gradient during the compression phase assuming the same fresh air mass supply. If the same ignition point is assumed, combustion will start late, with the corresponding effects on combustion and expansion characteristics.
  • engine-specific characteristic values or characteristic maps are stored in memories of the control unit, these characteristics or characteristic diagrams can be used at any time.
  • a comparison with the measured cylinder pressure curve results in knowledge of the engine-specific relationships, for example, with determined mathematical relationships, a inferring, which are the valve timing.
  • characteristic values can be adapted. From the adapted characteristics can also be inferred to the current valve timing.
  • the scattering of the variables characterizing the combustion increases from cycle to cycle in spark-ignited engines with increasing residual gas content, can be a further evaluation option for the combustion pressure curve. This makes it possible to draw conclusions about the valve timing from the scattering of the characteristic values via engine-specifically determined characteristic maps or characteristic curves, engine-specific mathematical relationships or characteristic values adapted during engine operation.
  • a combination of the above-mentioned evaluation options is possible at any time. Furthermore, it is possible, both in the evaluation of the pressure gradients and in the evaluation of the maximum pressure, the position of the maximum pressure and generally in the evaluation of individual pressure gradients, first an averaging, for example over several Carry out engine cycles and to investigate the average values of the combustion chamber pressure curve to variables characterizing certain valve timing. In each case engine specific determined and stored as a map or characteristic relationships or mathematical relationships are again considered.
  • valve timing integral In order to detect at least one of the valve timing "outlet opens”, “outlet closes”, “inlet closes” or “inlet opens”, a defined combustion chamber pressure integral or a differential combustion chamber pressure integral can also first be formed, the integration limits being suitable and in particular being set as follows, that valve timing typical phases are summarized.
  • valve timing Another possibility for detecting the valve timing is to derive characteristic quantities for certain valve timing from the occurrence of oscillations in the combustion chamber pressure curve as a result of knocking combustion or from the necessity of countermeasures for avoiding knocking combustion, which in turn are taken due to pressure oscillations in the combustion chamber pressure curve. Again, an additional averaging can be performed.
  • the invention can be used in internal combustion engines with any number of cylinders, the number of cylinder pressure sensors, for example, the number of cylinders or half the number corresponds. In a simplified version, at least one sensor can be used. Knock sensors can also be used as sensors or any combustion sequence sensors from whose output signal characteristics can be obtained for valve timing.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine.
    • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, den Verlauf des Brennraumdrucks in den Zylindern einer Brennkraftmaschine mit Hilfe geeigneter Sensoren zu ermitteln und aus diesem Verlauf Betriebszustände der Brennkraftmaschine zu erkennen und Ansteuersignale zur Steuerung der Brennkraftmaschine zu gewinnen. Dabei ist üblicherweise jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Brennraumdrucksensor zugeordnet. Zusätzlich wird ein Kurbelwellensensor eingesetzt, der ein Ausgangssignal liefert, das repräsentativ ist für die Kurbelwellenstellung. Beide Signale werden gemeinsam im Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgewertet. Ein Nockenwellensensor wird dabei nicht mehr benötigt, da die Synchronisation von Kurbel- und Nockenwellenstellung insbesonders nach dem Start aus der Verknüpfung des Brennraumdruckverlaufs und des Kurbelwellensensorsignals möglich ist. Ein Verfahren, bei dem der Brennraumdruckverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung ausgewertet wird, zur Zylindererkennung und zur Erzeugung von für die Zündung erforderlichen Signalen ist bekannt. Die Zylindererkennung und die Erkennung, in welcher Kurbelwellenumdrehung eines Verbrennungszyklusses sich die Brennkraftmaschine befindet, wird bei dem bekannten Verfahren durchgeführt, indem beispielsweise der Druckanstieg in einem bestimmten Zylinder ausgewertet wird und unterschieden wird, zwischen Druckanstieg im Kompressionshub und Druckanstieg bei erfolgter Verbrennung. Da diese Werte unterschiedlich sind, läßt sich feststellen, in welcher Kurbelwellenumdrehung sich die Brennkraftmaschine befindet. Ausgehend von dieser Erkenntnis können Steuersignale für die Brennkraftmaschine erzeugt werden.
  • Bei dem bekannten Verfahren wird eine Auswertung des Brennraumdruckverlaufs zur Erkennung der Ventilsteuerzeiten, also zur Erkennung, ob das Auslaßventil sich öffnet, ob das Auslaßventil schließt, ob das Einlaßventil öffnet oder ob das Einlaßventil sich schließt, nicht durchgeführt.
  • In der US-A-4633707 ist eine Ermittlung der Zeitpunkte 'Einlass schliesst' und 'Auslass öffnet' über eine Druckmessung im Kalt antrieb der Brennkraftmaschine angedeutet.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine genaue Analyse des Brennraumdruckverlaufs durchgeführt wird, so daß die Ventilsteuerzeiten in Bezug auf die Kurbelwellenstellung ermittelbar sind. Dazu werden kennzeichnende Ereignisse ausgewertet, aus denen eindeutig bestimmte Ventilsteuerzeiten erkannt werden können. Für die Ventilsteuerzeiten Auslaß öffnet, Auslaß schließt, Einlaß öffnet, Einlaß schließt, ergeben sich charakteristische Druckverläufe, die aus dem Brennraumdruckverlauf extrahiert werden. Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung der Ventilsteuerzeit "Einslass schließt" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert, bei dem Kompressionsdruck gleich dem Umgebungsdruckt ist.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Figur 1 eine an sich schon bekannte Einrichtung zur Erfassung des Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine. In Figur 1a sind relevante Teile der Brennkraftmaschine dargestellt. Figur 2 zeigt einen charakteristischen Brennraumdruckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel. In Figur 3 ist ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens dargestellt und die Figuren 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Zusammenhänge zwischen Brennraumdruck, Brennraumvolumen und Kurbelwellenwinkel.
  • In Figur 1 sind die wesentlichsten Bestandteile einer Einrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei sind in den Zylindern 10, 11, 12 und 13 einer Vierzylinderbrennkraftmaschine jeweils Zylinderdrucksensoren 14, 15, 16 und 17 angeordnet, die die Druckverläufe P1, P2, P3 und P4 ermitteln. Zusätzlich ist ein Kurbelwellensensor 18 vorhanden, der ein für die Kurbelwellenstellung α charakteristisches Ausgangssignal S1 abgibt.
  • Sowohl die Ausgangssignale 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 weitere Signale (z.B. eine Temperatur T, eine Last L usw.)zugeführt werden, die im Steuergerät ebenfalls weiterverarbeitet werden können.
  • Das Steuergerät 19 umfaßt einen Multiplexer 21, über den wahlweise das Ausgangssignal der Zylinderdrucksensoren zu einem Analog/Digitalwandler 22 geführt werden. Die Umschaltung des Multiplexers 21 erfolgt kurbelwellenwinkelabhängig und wird durch entsprechende Ansteuerungen vom Steuergerät 19 ausgelöst. Die eigentliche Auswertung der Signale 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, beispielsweise Zünd-/ oder Einspritzsignale abgeben kann.
  • Im Mikroprozessor 23 des Steuergerätes 19 erfolgt die Signalverarbeitung, anhand derer auf die Ventilsteuerzeiten geschlossen werden kann, bzw. anhand derer die Ventilsteuerzeiten ermittelt werden.
  • In Figur 3 ist ein Auswerteschema dargestellt, bei dem jeweils im Schritt SCH1 der Druck aus dem Sensorsignal berechnet wird. Im Schritt SCH2 wird der Kurbelwellenwinkel α eingelesen, sodaß im Schritt SCH3 der Bezug P(α) vorliegt. Im Schritt SCH4 wird der Druckverlauf ausgewertet, eventuell unter Berücksichtigung abgespeicherter Daten und im Schritt SCH5 wird auf die betreffende Ventilsteuereinheit geschlossen.
  • Dem Zylinder einer Brennkraftmaschine, beispielsweise dem Zylinder 10 (Fig. 1a) wird das Kraftstoff Luftgemisch durch Öffnen des Einlaßventils 24 zugeführt. Dabei wird bekanntermaßen der Kraftstoff vom Einspritzventil 25 vor das Einlaßventil 24 in das Saugrohr 26 eingespritzt und über die Zündkerze 27 gezündet. Über ein Auslaßventil 28 kann das im Zylinder erzeugte Gas ausgelassen werden. Die Ansteuerung des Einlaßventils und des Auslaßventils erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe der nicht dargestellten Nockenwelle bzw. der Nockenwellen. Die Nockenwelle bzw. die Nockenwellen werden von der Kurbelwelle in bekannter Weise angetrieben. Die Lage der Nockenwelle bzw. der Nockenwellen bezogen auf die Kurbelwelle kann durch entsprechende Ansteuersignale S3 vom Steuergerät 19 drehzahlabhängig verändert werden. Durch die erfindungsgemäße Erfassung der Ventilsteuerzeiten in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel kann die Zuordnung zwischen Nockenwellenlage und Kurbelwellenlage bestimmt werden.
  • In Figur 2 ist der Verlauf des Brennraumdruckes P1 des Zylinders 10 über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen. Der Zylinderdruck erreicht zwei Maximalwerte, die ein Arbeitsspiel oder 720°KW auseinander liegen. Das Maximum des Brennraumdrucks ist in dem Bereich, in dem eine Verbrennung stattfindet, höher als in dem Bereich, in dem ausschließlich eine Kompression auftritt. Eine Verbrennung findet im Beispiel nach Figur 2 in der Phase Ve statt. In der Phase Ko tritt lediglich eine Kompression auf.
  • Der in Figur 2 schematisch dargestellte Brennraumdruckverlauf wird erfindungsgemäß nach verschiedenen Kriterien ausgewertet, um daraus auf Ereignisse zu schließen, die kennzeichnend für die Nockenwellenlage in Bezug auf die Kurbelwellenlage und damit für die Ventilsitzsteuerzeiten sind. Ein solches Ereignis kann beispielsweise die Kurbelwellenlage, bei der das Einlaßventil schließt, sein. Andere Ventilsteuerzeiten sind die Steuerzeiten Auslaß öffnet. Einlaß öffnet, Auslaß schließt. Für jede Ventilsteuerzeit gibt es im Druckverlauf charakteristische bzw. kennzeichnende Merkmale, deren Auswertung im folgenden näher beschrieben wird.
  • Zur Detektierung der Ventilsteuerzeit "Auslaß öffnet" kann die Expansionslinie des Brennraumdruckverlaufs ausgewertet werden. Solange das Auslaßventil geschlossen ist, handelt es sich bei den Vorgängen im Zylinder um ein thermodynamisch geschlossenes System, so daß die Vorgänge nach thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten berechnet werden können. Bei zunehmendem Volumen tritt eine Druckabnahme auf, die sich ähnlich einer polytropen Expansion einstellt. Charakteristisch dafür ist, daß der Betrag des Druckgradienten mit zunehmendem Volumen abnimmt. Wird das Auslaßventil geöffnet, so strömt bedingt durch den gegenüber der Umgebung noch erhöhten Druck Gas aus dem Zylinder aus.
  • Dadurch nimmt der Betrag des Druckgradienten zu. Als Kennzeichen bzw. charakteristisches Verhalten des Druckverlaufs kann somit die Auswertung des Druckgradienten für die erfolgte Auslaßöffnung herangezogen werden. Weist der Druckgradient ein Verhalten auf, das sich auszeichnet durch eine geringerwerdende Abnahme und eine plötzliche Vergrößerung des Betrages des Druckgradienten, kann auf die erfolgte Auslaßöffnung geschlossen werden. Mathematisch kann die Auswertung erfolgen, indem beispielsweise ein Vorzeichenwechsel in der zweiten Ableitung des Drucks nach dem Volumen abgeprüft wird. Tritt ein solcher Vorzeichenwechsel in der zweiten Ableitung des Drucks nach dem Kurbelwinkel auf, kann auf eine erfolgte Auslaßöffnung geschlossen werden. In Figur 4, die den Zusammenhang zwischen Druck P und Volumen V zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT wiedergibt, würde der Punkt A1 die erfolgte Auslaßöffnung bezeichnen. An dieser Stelle gilt, daß die zweite Ableitung des Drucks nach dem Volumen d 2 P dν
    Figure imgb0001
     einen Vorzeichenwechsel aufweist. Dies gilt auch für den Zusammenhang d 2 P dα 2
    Figure imgb0002
    .
  • Zur Detektierung der Ventilsteuerzeit "Einlaß schließt" wird das Volumen bzw. der Kurbelwinkel detektiert, an dem die Kompressionslinie ein bekanntes, festes Niveau durchläuft. Im einfachsten Fall wird dieses Vergleichsniveau aus dem Druckverlauf während des Ausschiebens gewonnen. Die Lage des Schnittpunkts A2 zwischen Kompressionsdruckverlauf und Druckverlauf während des Ausschiebens im Kurbelwinkelmuster bzw. im Volumenverlauf läßt sich Figur 5 entnehmen. Sie ist zwar kein direktes Maß für die Ventilsteuerzeit "Einlaß schließt" , verschiebt sich jedoch bei einer Änderung des Schließens des Einlaßventils. Somit kann ein Sollwert für die Lage des Punktes A2 in Abhängigkeit von Last und Drehzahl motorabhängig appliziert werden. Zur Diagnose wird dann die Abweichung des Istwertes des Punktes A2 vom Sollwert herangezogen. Die Aufnahme der motorspezifischen Daten kann vor einer Inbetriebnahme beispielsweise in einem Prüfstand erfolgen. Die dabei gewonnen Daten werden in Speichern beispielsweise des Steuergerätes abgelegt, das jederzeit auf diese Daten zurückgreifen kann.
  • Die Auswertung des Brennraumdruckverlaufs ist nicht nur auf den Druck-Volumen-Zusammenhang beschränkt, sondern es ist auch eine Auswertung anhand des Druck-Kurbelwinkel-Zusammenhangs möglich. Durch Auswertung der Lage der Punkte A3 und A4 nach Figur 6 lassen sich entsprechende Rückschlüsse ziehen. In Figur 6 ist im übrigen der Brennraumdruck P über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen. Zusätzlich sind die Lastwechsel OT-Punkte LWOT, ein Zünd-OT-Punkt ZOT, untere Totpunkte UT sowie Winkeln α3, β3 sowie α4, β4 eingetragen, wobei der Winkel α3 bzw. α4 jeweils den Abstand zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem Punkt A3 bzw. A4 definiert, der Winkel β3 den Abstand zwischen A3 und ZOT und der Winkel β4 den Abstand zwischen A4 und LWOT definiert. Wenn der Druck an der Stelle A3 gleich dem Druck an der Stelle A4 ist, gilt für die Winkel α3=α4 und β3=β4.
  • Falls eine Auswertung des Brennraumdruckverlaufs während des Ausschiebens der im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase nicht möglich ist, beispielsweise wenn der Brennraumdrucksensor infolge der hohen Verbrennungstemperatur durch thermoschockbedingte Kurzzeitdrift nur ungenaue Signale liefert, kann die Auswertung des Brennraumdruckverlaufs auch ersatzweise durch Vergleich mit dem Umgebungsdruck durchgeführt werden. Zur Erkennung der Ventilsteuerzeit "Einlaßventil schließt Einlaßventil" wird das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert, bei dem der Kompressionsdruck gleich dem Umgebungsdruck ist. In diesem Fall wird der Punkt A3 als Schnittpunkt des Kompressionsdruckverlaufs mit dem Umgebungsdruck definiert. Damit wird jedoch eine Nullniveaukorrektur des Druckverlaufs notwendig, dies erhöht den Rechenaufwand und kann unter Umständen zu Fehlmessungen führen.
  • Falls Meßwerte des Umgebungsdrucks nicht zur Verfügung stehen oder falls es keinen Schnittpunkt zwischen dem Umgebungsdruck und der Kompressionslinie gibt, beispielsweise ist dies bei aufgeladenen Motoren der Fall, kann eine Auswertung des Brennraumdruckverlaufs auch noch anhand eines Druckfestwertes erfolgen. In diesem Fall sind jedoch spezielle Diagnosestrategien erforderlich, die eine Fehldiagnose bedingt durch eine starke Änderung des Umgebungsdrucks, beispielsweise bei einer Höhenfahrt verhindert. Falls vom Steuergerät eine solche Höhenfahrt, beispielsweise im Zusammenhang mit anderen Auswertungen zur Regelung der Brennkraftmaschine erkannt wird, kann eine Erkennung von Ventilsteuerzeiten zumindest zeitweise unterbunden werden.
  • Werden Ventilsteuerzeiten verändert, beispielsweise durch entsprechende Veränderung der Nockenwellenstellungen, führt dies auch zu einer Änderung des Brennraumdruckverlaufs während der Kompressionsphase, während der Verbrennungsphase und während der Expansionsphase. Beispielsweise werden durch Veränderung der Nockenwellenstellung die Ventilsteuerzeiten so verändert, daß sich der Restgasgehalt der Zylinderladung in charakteristische Weise ändert. Ein höherer Restgasgehalt, der beispielsweise durch spätes Schließen des Auslaßventils oder frühes Öffnen des Einlaßventils, jeweils bezogen auf den Kurbelwellenwinkel, bedingt sein kann, erhöht sowohl den Absolutdruck als auch den Druckgradienten während der Kompressionsphase bei angenommener gleicher Frischluftmassenzufuhr. Bei angenommenem gleichen Zündzeitpunkt wird die Verbrennung verspätet beginnen, mit den entsprechenden Auswirkungen auf die die Verbrennung und die Expansion beschreibenden Kennwerte. Sind verschiedene motorspezifische Kennwerte bzw. Kennfelder in Speichern des Steuergerätes abgelegt, kann jederzeit auf diese Kennwerte bzw. Kennfelder zurückgegriffen werden. Ein Vergleich mit dem gemessenen Zylinderdruckverlauf ergibt bei Kenntnis der motorspezifisch vorhandenen Zusammenhänge, beispielsweise auch mit ermittelten mathematischen Zusammenhängen, ein Rückschließen, welche der Ventilsteuerzeiten vorliegen. Während des Motorbetriebs können Kennwerte adaptiert werden. Aus den adaptierten Kennwerten läßt sich ebenfalls auf die aktuellen Ventilsteuerzeiten rückschließen. Auch die Streuung der die Verbrennung kennzeichnenden Größen von Zyklus zu Zyklus bei fremdgezündeten Motoren mit steigendem Restgasgehalt zunimmt, läßt sich eine weitere Auswertemöglichkeit für den Verbrennungsdruckverlauf darstellen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, aus der Streuung der Kennwerte über motorspezifisch ermittelte Kennfelder bzw. Kennlinien, motorspezifisch ermittelte mathematische Zusammenhänge oder während des Motorbetriebs adaptierte Kennwerte auf die Ventilsteuerzeiten rückzuschließen.
  • Eine Kombination der vorstehend erwähnten Auswertemöglichkeiten ist jederzeit möglich. Weiterhin ist es möglich, sowohl bei der Auswertung der Druckgradienten als auch bei der Auswertung des Druckmaximums, der Lage des Druckmaximums sowie generell bei der Auswertung einzelner Druckverläufe zunächst eine Mittelwertbildung, beispielsweise über mehrere Motorzyklen durchzuführen und die Mittelwerte des Brennraumdruckverlaufs auf bestimmte Ventilsteuerzeiten kennzeichnende Größen zu untersuchen. Dabei sind wiederum jeweils motorspezifisch ermittelte und als Kennfeld oder Kennlinie abgelegte Zusammenhänge oder mathematische Zusammenhänge zu berücksichtigen. Zur Detektierung wenigstens einer der Ventilsteuerzeiten "Auslaß öffnet" , "Auslaß schließt" , "Einlaß schließt" oder "Einlaß öffnet" kann auch zunächst ein definiertes Brennraumdruckintegral oder ein Differenzbrennraumdruckintegral gebildet werden, wobei die Integrationsgrenzen geeignet zu wählen sind und insbesonders so gelegt werden, daß ventilsteuerzeittypische Phasen zusammengefaßt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Detektierung der Ventilsteuerzeiten besteht darin, aus dem Auftreten von Schwingungen im Brennraumdruckverlauf in Folge klopfender Verbrennung oder aus der Notwendigkeit von Gegenmaßnahmen zur Vermeidung klopfender Verbrennung, welche wiederum aufgrund von Druckschwingungen im Brennraumdruckverlauf ergriffen werden, kennzeichnende Größen für bestimmte Ventilsteuerzeiten abzuleiten. Dabei kann wiederum eine zusätzliche Mittelwertbildung durchgeführt werden.
  • Die Erfindung läßt sich bei Brennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl einsetzen, wobei die zahl der Zylinderdrucksensoren beispielsweise der Zahl der Zylinder oder der halben Zahl entspricht. In einer vereinfachten Version kann wenigstens ein Sensor eingesetzt werden. Als Sensoren können auch Klopfsensoren eingesetzt werden bzw. beliebige Verbrennungsablaufsensoren, aus deren Ausgangssignal für Ventilsteuerzeiten charakteristische Merkmale gewonnen werden können.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Auswertung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderdrucksensor der den Zylinderdruck misst und einem Kurbelwellenwinkelsensor, der ein für die Kurbelwellenstellung repräsentatives Signal abgibt und einer, wenigstens einen Mikroprozessor umfassenden Auswerteeinrichtung, der die Signale der Sensoren zugeführt werden, wobei der Mikroprozessor aus dem Brennraumdruckverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellenwinkelstellung auf das Auftreten wenigstens einer der Ventilsteuerzeiten "Auslass öffnet", "Auslass schließt", "Einlass öffnet", "Einlass schließt", in Bezug auf die Kurbelwellenwinkelstellung schließt, wobei die Messungen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen und dabei auftretende Brennraumdruckverläufe oder Ereignisse, die vom Brennraumdruckverlauf abhängen und die Ventilsteuerzeiten kennzeichnen, ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Ventilsteuerzeit "Einlass schließt" das Volumen bzw. der Kurbelwellenwinkel detektiert wird, bei dem Kompressionsdruck gleich dem Umgebungsdruck ist.
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