AT527010A1

AT527010A1 - Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT527010A1
Application number: ATA50173/2023A
Authority: AT
Inventors: SCHEIDL Stefan; Gande Dipl -Ing Marie-Sophie; Kunimura Yasuyuki
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2024-09-15
Also published as: AT527010B1; DE102024106731A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität ei- ner Verbrennung in einer zyklisch arbeitenden Brennkraftmaschine mit einer Kurbel- welle, umfassend die Schritte: a) Messen eines Rohsignals (12, 16) des Zylinderdrucks in einem Brennraum der Brennkraftmaschine über einen Messzeitraum, der mehrere aufeinander fol- gende Brennzyklen umfasst; b) Berechnen des indizierten Mitteldrucks (14, 18) aus dem Rohsignal (12, 16) für jeden der Brennzyklen; c) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des indizierten Mitteldrucks (20) aus den in Schritt b) berechneten indizierten Mitteldrücken (14, 18); d) Berechnen eines Hochpass-gefilterten Signals (24) aus dem in Schritt c) ermit- telten zeitlichen Verlauf des indizierten Mitteldrucks (20), wobei alle unterhalb einer Grenzfrequenz liegenden Anteile des zeitlichen Verlauf des indizierten Mitteldrucks (20) gedämpft werden; e) Berechnen eines Werts eines Stabilitätsparameters (S) als ein Streuungsmaß des Hochpass-gefilterten Signals (24), insbesondere als eine Standardabwei- chung des Hochpassgefilterten Signals (24); f) Prüfen, ob der Wert des Stabilitätsparameters (S) einen zuvor festgelegten Schwellwert (SW) überschreitet; und g) Bewerten der Brennstabilität aus dem Ergebnis der in Schritt f) vorgenommenen Prüfung.

Description

Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität einer Srennkrafimaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität einer Verbrennung In einer Zyklisch arbeitenden Brennkrafimaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens,

Die vorliegende Erfindung beruht auf Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität el-

ner Verbrennung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine,

Es ist bekannt, dass die Brennstabilität einer Verbrennung, unabhängig vom Kraftstoff bewertet werden kann, indem die Standardabweichung des indizierten Mitteldrucks (IMEP) über eine definierte Anzahl an Verbrennungszyklen berechnet wird. Hierbei werden 2 oder mehr VerbrennungszZyklen miteinander verglichen und die Streubreite des Mitteldrucks berechnet. Die Anzahl der zu vergleichenden Zyklen definieren das Vergleichsfenster, Eine solche Berechnung liefert in einem eingeschwungen, stationären Betriebszustand sinnvolle Ergebnisse, In anderen bekannten Verfahren werden statt des IMEP auch andere Betriebsparameter des Verbren-

nungsmotars zur Bewertung der Brennstabilität herangezogen.

Beispielsweise offenbart Dokument EP 1348856 A1 ein Verfahren zur Berechnung der Stabilität einer Verbrennung auf Grundlage von detektierten Abweichungen der Rotationsfrequenz der Kurbelwelle von einer mittleren Abweichung.

Dokument US2007/0021903 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Verbrennungsstabilität einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Bestimmen der absoluten Abweichung e des angezeigten mittleren effektiven Drucks in Bezug auf ihren Sollwert, oder alternativ Bestimmen der relativen Änderung Ae dieser Abweichung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbrennungszyklen k, k+1 und Vergleichen der ermittelten Abweichung e oder der Änderung As mit einem vorbestimmten, vom Motorbeitriebspunkt abhängigen Schweilwert, um zu entscheiden, ob die Verbrennung stabil ist oder nicht.

Nachtellhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass diese während sich veränderdem Betriebszuständen nicht anwendbar sind. Sobald sich ein Betriebszustand ändert, ändert sich auch der zu bewertende Mitteldruck, was eine Abweichung Zu den vorherigen Zyklen bedeutet, und samt zu einer erhöhten Standardabweichung

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über das gewählte Vergleichsfenster führt. Die Änderung hat jedoch ihre Ursache in der Änderung des Betriebszustands und nicht in einer schlechteren Brennstabilität.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher Weise ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Brennstabilität einer Verbrennung auch über sich än-

dernde Betriebszustände bewertet werden kann.

Die voranstehende Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst, durch ein Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität mit den Merkmalen des Anspruchs 1, geMmäß einem zweiten Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkrafimaschine gemäß Anspruch 9 und gemäß einem dritten Aspekt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug ge-

nommen wird beziehungsweise werden kann.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung soll ein Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität einer Verbrennung in einer zZyklisch arbeitenden Brennkrafimaschine mit einer Kurbelwelle ermöglichen, die Brennstabilität auch bei sich verändernden Betriebszuständen zu bestimmen, Ein solches Verfahren zeichnet sich durch die fol-

genden Schritte aus:

a) Messen eines Rohsignals des Zylinderdrucks in einem Brennraum der Brennkrafimaschine über einen Messzeitraum, der mehrere aufeinander folgende Brenn-

Zyklen umfasst;

ob) Berechnen des indizierten Mitteldrucks aus dem Rohsignal für jeden der Brenn-

Zyklen;

co) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des indizierten Mitteldrucks aus den in Schritt b) berechneten indizierten Mitteldrücken;

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a) Berechnen eines Hochpass-gefilterten Signals aus dem in Schritt c) abgeleiteten Rohsignal, wobei alle unterhalb einer Grenzirequenz liegenden Werte des Rohsig-

nals gedämpft werden;

e) Berechnen eines Werts eines Stabilitätsparameters als ein Streuungsmaß des Hochpass-gefilterten Signals (24), insbesandere als eine Standardabweichung des

Hochpass-gefilterten Signals

f Prüfen, ob der Wert des Stabiltätsparameters die Standardabweichung des Hoch-

pass-gefilterten Signals einen festgelegten Schweilwert überschreitet; und

g) Bewerten der Brennstabilität aus dem Ergebnis der in Schritt f} vorgenommenen

Prüfung.

Der Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens legt darin, dass die Brennstabilität allein aus einer Auswertung von hochfrequenten Anteilen des indizierten Mitteldrucks ermittelt werden kann, wobei überraschenderweise durch dieses Verfahren eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Brennstabilität sowohl in statischen Betriebszuständen als auch in dynamischen Übergängen zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen erfolgen kann, ohne dass ein direkter Vergleich von zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommenen Rohsignalen des Zylinderdrucks durchgeführt werden muss. Hierdurch lassen sich Brennkrafimaschinen effizienter betreiben, Ursachen für instabile Verbrennungsprozesse Identifizieren, Schädigungen an der Brennkrafimaschine reduzieren und die Steuerung und/oder Regelung der Brennkrafimaschine anpassen.

Bei einer Verbrennung in einem Brennkrafimaschine wird chemische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt, indem in einem Hubkolbenmotor in einem Brennraum eines Zylinders ein zündfähiges Gemisch aus Kraftstoff und Luft (oder einem anderen Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch) verbrannt wird, wobei die Wärmeausdehnung des Heikgases zur Verrichtung mechanischer Arbeit genutzt wird. Die Brennstabilität ist die Stabilität eines Brennparameters über mehrere Arbeitszyklen oder eine Abweichung eines Brennparameters von einem erwarteten Wert, Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für Brennkraftimaschinen mit nur einem Zylinder und Kreiskolbenmotoren gesignet. Der Bean des Zylinderdrucks ist für Hubkol-

benmaotoren als der im Brennraum des Zylinders bestehender Druck zu verstehen,

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bei allgemeinen Brennkraftmaschinen ist hiermit ein in einem Brennraum hermschender Druck zu verstehen, womit auch Brennkraftimaschinen ohne klassische Zylinder

wie beispielsweise Kreiskolbenmotoren umfasst sein sollen.

Das Rohsignals des Zylinderdrucks kann mit einem Drucksensor im Brennraum der Brennkrafimaschine gemessen werden. Zur Bestimmung des Rohsignals wird der Zylinderdruck beispielsweise mit einem piezoelektrischen HochtemperaturDrucksensor gemessen, der im Zylinderkopf eingebaut ist. Alternativ können auch Messzündkerzen mit einem integriertem Hochtemperatur-Drucksensor angewendet werden, welche anstelle einer Standardzündkerze genutzt werden können. Beim Dieselmotor kann die Messung auch über spezielle Glühkerzenadapter erfolgen. Die Messung des Rohsignals kann bereits eine Skalierung des Drucksignals und eine Indizierung, also eine Zuordnung Rohsignals zu einem Zeitpunkt und/oder einem

Kurbeiwellenwinkel umfassen.

Der indizierte Mitteldruck bezeichnet den Mittelwert des im Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdrucks über einen Brennzyklus, Der Mittelwert kann als Integral des Zylinderdrucks über den Brennzyklus geteilt durch die Anzahl

der im Brennzyklus aufgenommenen Messwerte berechnet werden.

Der Brennraum ist der in einer Srennkrafimaschine während der Zündung gasgefüllte Raum, in dem die Verbrennung stattfindet. In der einfachsten Ausführung der Brennkraftmaschine als Zweitakt-Hubkolbenmotor wird der Brennraum vom Zylinderdecke! mit Zündkerze, dem Kolben mit den Kolbenringen, und zu einem geringen Teil vom

Zylinder umgrenzt. Beim üblichen Viertaktmotor kommen dessen Ventile im Zylinder-

kopf hinzu.

Der Messzeitraum ist der gesamte Zeitraum über den das Rohsignal des Zylinder-

drucks gemessen wird,

Ein Hochpass ist ein Filter, der Frequenzen oberhalb ihrer Grenzfrequenz annähemd ungeschwächt passieren lassen und tiefere Frequenzen dämpfen und/oder nicht passieren lassen. Ein Hochpass-gefiltertes Signal des Rohsignals enthält daher ins-

besondere Frequenzen oberhalb der Grenzirequenz.

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Das Hochpass-gefilterte Signal erstreckt sich grundsätzlich weiterhin über den gesamten Messzeitraum.

Als Streuungsmaß wird ein statistisches Streuungsmaß verstanden, also eine Maßzahl, die die Streubreite von Werten einer Stichprobe ader einer Häufigkeitsverteilung um einen Lageparameter herum bezeichnet, Das Streuungsmaß ist Insbesondere eine Standardabweichung, kann aber beispielsweise auch die Summe der Abwei-

chungsquadrate oder eine Varianz sein.

Die Standardabweichung ist die mittlere quadratische Abweichung des Hochpassgefilterten indizierten Mitteldrucks von seinem Erwartungswert.

Der Schweilwert ist ein Wert, der insbesondere so festgelegt wird, dass erwartet wird, dass sine Standardabweichung des Hochpass-gefilterten zeitlichen Verlauf des

indizierten Mitteldrucks diesen bei einer stabilen Verbrennung nicht überschreitet.

Ein Bewerten der Brennstabilität in Schritt g) kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass die Brennstabilität als instabil bewertet wird, wenn die Prüfung in Schritt f} zu einem positiven Ergebnis, also dem Ergebnis, dass der Schweilwert überschritten ist, gekommen ist, und andernfalls die Brennstabilität als stabil bewertet wird, wenn die Prüfung in Schritt f) zu einem negativen Ergebnis, also dem Ergebnis, dass der Schweilwert nicht überschritten Ist, gekommen ist. Die Größe des Schweilwerts ist dabei von unterschiedlichen Faktoren abhängig. Für Fahrzeuge kann es hinsichtlich einer vorgegebenen Brennstabilität regionale oder nationale Vorgaben geben, die einzuhalten sind. Ferner können zur Höhe des Schweilwerts bei Fahrzeugen auch persänliche Präferenzen des Fahrkomforts herangezogen werden. Unterschiedliche Hersteller von Fahrzeugen arbeiten ebenfalls mit unterschiedlichen Werten. Der Schweilwert kann sich daher für unterschiedliche Fahrzeuge stark unterscheiden und

beispielsweise zwischen 0,1 bar und 1 bar legen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verfahren nach Anspruch 1 in jedem

der Brennräume der Brennkraftmaschine durchgeführt wird,

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren während

einem Transientenübergang durchgeführt wird.

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Ein Transientenübergang ist jeglicher nichtstationäre Zustand der Brennkraftmaschlne und kann insbesondere ein Übergang zwischen zwei Betriebspunkten der Brennkraftmaschine sein. Ein solcher Übergang findet während eines dynamischen Ereignisses statt, also beispielsweise, wenn eine Betriebsounkt-Rampe gefahren wird

oder sich der Betriebszustand auf Grund von äußeren Einflüssen verändert.

Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn in Schritt f) zusätzlich ein Prüfen, um welchen Wert der Stabilitätsparameter den festgelegten Schweilwert überschreitet,

umfassi.

Hierdurch kann eine genauere Bewertung der Brennstabilität vorgenommen werden. Alternativ kann für die genauere Bewertung der Brennstabilität auch ein erster Schweilwert und ein zweiter Schweihwert festgelegt werden, anhand derer das Hoch-

pass-gefilterte Signal geprüft wird,

Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Messzeitraum wenigstens 10 Brennzyklen, vorzugsweise wenigstens 20 Brennzyklen der Brennkrafimaschine um-

fasst,

Werden wenigstens 10 Brennzyklen, insbesondere wenigstens 20 Brennzyklen der Brennkraftimaschine vom Messzeitraum umfasst, ist eine verlässlichere Bewertung der Brennstabilität möglich.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Schritt umfasst: ho) Anpassen einer Steuerung und/oder Regelung der Brennkrafimaschine auf Grundlage der Bewertung der Brennstabilität.

Ein solcher Schritt des Anpassens kann grundsätzlich sowohl bei der Konfiguration der Brennkraftmaschine als auch im laufenden Betrieb vorgenommen werden. Insbesondere im laufenden Betrieb kann eine solche Anpassung vorzugsweise aufomatisiert vorgenommen werden. Durch die Anpassung kann eine saubere und stabilere Verbrennung erzielt werden. Mit diesem Schritt ist das Verfahren nicht nur zur Bewertung einer Brennstabilität geeignet, sondern dient insbesondere auch zur Steue-

rung und/oder Regelung der Brennkrafimaschine.

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn der Brennzyklus einen Zeitraum umfasst, In dem sich der Kurbeiwellenwinkel um 720° ändert.

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Ein Kurbeiwellenwinkel von 720° entspricht einem Arbeitszyklus eines 4-Takt-Moitors. Hierdurch lässt sich ebenfalls eine verlässlichere Bewertung der Brennstabilität errei-

chen.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn eine Grenzfrequenz des Hochpasses zwischen 2 Hz

und 15 Hz, insbesondere zwischen 5 Hz und 10 Hz hegt.

Es kann weitere Vorteile mit sich bringen, wenn eine Grenzfrequenz des Hachpasses

in Abhängigkeit des Betriebszustands festgelegt ist.

Verschiedene Betriebszustände können die Brennstabilität auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Dabei sind die hochfrequenten Anteile des indizierten Mitteldrucks ein zuverlässiger Indikator zur Bewertung der Brennstabilität grundsätzlich unabhängig vom Betriebszustand. In Ausnahmefällen kann es jedoch auch vorkommen, dass das Verfahren auch vom Betriebszustand der Brennkraftimaschine abhängig ist. Um sine genauere Bewertung der Brennstabilität zu erreichen kann daher die Grenzfrequenz des Hochpasses an den Betriebszustand angepasst werden. Das Verfahren kann damit für verschiedene Betriebszustände mit unterschiedlichen Grenzfreguen-

zen durchgeführt werden.

Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn die Brennkraftmaschine mehrere Brennräume aufweist und die Schritte a) bis g) in jedem der Brennräume separat

durchgeführt werden.

Hierdurch kann in manchen Fällen der Aufwand zur Ermittlung der Ursache einer geringeren Brennstabilität reduziert werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verfahren an einem Motorprüfstand

durchgeführt wird.

Mit der Durchführung des Verfahrens am Motorprüfstand ergeben sich insbesondere Kostenvorteile, da aufwändige Messtechnik zur Messung des indizierten Mitteldrucks lediglich bei der Entwicklung und Testung der Brennkrafimaschine verwendet werden muss und die Ergebnisse der Bewertung der Brennstabilität anschließend in die Steuerung der Brennkraftmaschine eingehen können. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren im regulären Betrieb einer Brennkrafimaschine durchzuführen. Dies ist insbesondere von Vorteil bei Großmotoren oder Motoren mit besonderen Leistungs-

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anforderungen wie beispielsweise bei im Rennsport genutzten Motoren. Die Anwendung des Verfahrens im regulären Betrieb einer Brennkrafimaschine hat Vorteile für die Leistungsfähigkeit, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Brennkraftmaschine, da das Ergebnis der Bewertung der Brennstabilität während des Betriebs kaontinulerlich für die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine genutzt werden

kann.

Gemäß einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Zyklisch arbeitenden Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen, umfassend gie Schritte:

Betreiben der Brennkrafimaschine:

Bewerten der Brennstabilität mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8;

und Steuern oder Regeln der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Brennstabilität,

Gemäß einem dritten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: eine Druckmessvorrichtung zur Messung des Rohsignals des Zylinderdrucks im Brennraum der Brennkrafimaschine, und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des gemessenen Rohsignals entsprechend der Schritte b) bis g) von Anspruch 1.

Die Vorrichtung kann insbesondere eine Brennkrafimaschine und/oder einen Motorprüfstand umfassen. Mit der Vorrichtung wird einem Benutzer ermöglicht, die Brennstabilität einer Verbrennung in einer zyklisch arbeitenden Brennkrafimaschine Zu Dewerten und diese Bewertung zu nutzen, um die Brennstabilität der Brennkraftma-

schine am Prüfstand oder im regulären Befrieb zu verbessern.

Die Druckmessvorrichtung kann insbesondere einen piezoelektrischen Hochtemperatur-Drucksensor umfassen. Der piezoelektrische Hochtemperatur-Drucksensor kann vorzugsweise seinen plezoelektrischen Kristall aus Gallium-Orthophosphat

(GaPOQ4) umfassen.

Die Auswerteeinrichtung umfasst üblicherweise einen Ladungsverstärker und ein

Messwertkabel mit hoher Impedanz, um das relativ geringe Ladungssignal des Sen-

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sors zum Ladungsverstärker weiterzuleiten sowie eine mit dem Ladungsverstärker in signaltechnischer Verbindung stehende Auswerteeinheit. Ferner umfasst die ÄAuswer-

teeinrichtung vorzugsweise eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Ergebnisses.

In besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Begriff „umfassen“ auch

„bestehen aus“ bedeuten.

Weitere Vorteile, Merkmale ung Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Auftragung von exemplarischen Messungen eines Zylinderdrucks, einem daraus berechneten indizierten Mitteldruck und einen Hochpass-gefilterten indizierten Mitteldrucks gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfah-

rens, und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Bewertung der Brennstabilität gemäß einer besonde-

ren Ausführung der Erfindung.

Figur 1 zeigt schematisch eine Auftragung 10 von exemplarischen Messungen des Zylinderdrucks, einem daraus berechneten indizierten Mitteldruck und einen Hachpass-gefilterten indizierten Mitteldrucks, jeweils während eines Tip-n-Mandvers. Ein erstes Rohsignal 12 des Zylinderdrucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine, hier explizit eines Hubkolbenmotors hat den in Fig. 1 a) gezeigten Verlauf, Der Zylinderdruck steigt über den Brennzyklus zunächst an und fällt anschließend wieder ab. Ein erster indizierter Mitteldruck 14 ist als Mittelwert dieses Zylinderdrucks ebenfalls

eingezeichnet.

Bei einem Tip-In-Mandver, bei dem eine erhöhte Leistungsanforderung an den Motor gesendet wird, sorat die Motorsteuerung jedenfalls am Prüfstand) dafür, dass der Zylinderdruck erhöht wird. Ein an das erste Rohsignal 12 anschließendes zweites Rohsignal 16 eines zweiten Brennzyklus verläuft steiler und weist mit einen höheren

Maximaldruck, sowie einen höheren zweiten indizierter Mitteldruck 18 auf.

Werden die in Fig. 1a} gezeigten und weitere Mitteldrücke der Brennzyklen eines Zvlinders über das gesamte Tip-In-Manöver aufgetragen ergibt sich der in Fig. 15) dar-

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gestellte zeitliche Verlauf des indizierten Mitteldrucks 20. Das gestufte Verhalten des Messverlaufs 20 während des gesamten Tip-In-Manövers folgt aus der Mittelhwertbildung, die jeweils einen Datenpunkt pro Brennzyklus liefert. Die Datenpunkte sollten bei hoher Brennstabilität grundsätzlich einem idealen Verlauf 22 des Tip-n-Mandvers folgen. Im gezeigten Beispiel weicht der zeitliche Verlauf das indizierten Mitteldrucks 20 jedoch vom idealen Verlauf 22 an einem ersten Datenpunkt P1 und einem zweiten Datenpunkt P2 deutlich nach unten ab. Ursache hierfür ist eine reduzierte Brenn-

stabilität in den zu den Datenpunkten P1 und P2 zugehörigen Brennzyklen.

Aus dem in Fig. 1b) dargestellten zeitlichen Verlauf folgt in einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Berechnen eines Hochpass-gefilterten Signals 24 aus dem zeitlichen Verlauf des indizierten Mitteldrucks, Ein solches Hochpass-gefiltertes Signal 24 ist in Fig. 16) dargestellt. An Datenpunkten, an denen sich der indizierte Mitteldruck ändert, steigt das Filtersignal jeweils kurz um einen geringen Wert an. Dies kann dadurch umgangen werden, dass In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Messzeiten mit den Zykluszeiten synchronisiert sind, im Allgemeinen ist eine solche Synchronisierung jedoch nicht gegeben und diese kurzen Anstiege vorhanden. An den Datenpunkten P1 und P2, an denen deutliche Abweichungen vom idealen Verlauf vorliegen, steigt das Hochpass-gefilterte Signal 24 dautlich an.

Wird nun im darauffolgenden Schritt die Standardabweichung des Hochpassgefilterten Signals 24 berechnet, fällt das Ergebnis der Berechnung deutlich größer aus, als wenn diese Abweichungen nicht vorhanden wären. Ein zuvor festgelegter Schweilwert ist so gewählt, dass ein unerwünschtes instabiles Brennverhalten oberhalb dieses Schweiblwerts hegt und als unproblematisch bewertete Schwankunger: der Brennstabiltät unterhalb dieses Schweilwerts liegen. Ein solcher Schweilwert kann für einen Hubkolbenmotor mit maximalem Zylinderdruck von 20 bar beispielsweise zwischen 0,1 bar bis 1 bar legen. Ein anschliekendes Prüfen, ob die Standardabweichung des Hochpass-gefilterten Signals 24 einen zuvor festgelegten Schweilwert überschreitet, wird dazu genutzt, zu bewerten, ob die Brennstabilität als stabil oder instabil bewertet wird.

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Aus diesem Ergebnis der Prüfung kann somit eine Bewertung der Brennstabilität vorgenommen werden, wobei je nach zuvor festgelegtem Schweilwert herauskom-

men könnte, dass die Verbrennung instabil ist.

Dadurch, dass In dem Verfahren der Mitteldruck für jeden Brennraum einzeln gemessen und ausgewertet wird, kann auch ein einzelner Zylinder als Ursache für die

instabile Verbrennung identifiziert werden.

Figur 2 zeigt ein Ablaufciagramm für ein Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität

gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung.

Das Verfahren beginnt in einem ersten Schritt 51, in dem ein Rohsignal des Zylinderadrucks In einem Brennraum der Brennkrafimaschine über einen Messzeitraum gemessen wird. Der Messzeitraum umfasst mehrere hintereinander liegende Brenn-

Zyklen.

In einem zweiten Schritt S2 wird für jeden der Brennzyklen der indizierte Mitteldruck aus dem Rohsignal berechnet,

In einem dritten Schritt S3 wird ein zeitlicher Verlaufs das indizierten Mitteldrucks aus

den im zweiten Schritt 52 berechneten indizierten Mitteldrücken ermittelt.

In einem vierten Schritt S4 wird ein Hochpass-gefiltertes Signal, aus dem in Schritt S3 ermittelten, zeitlichen Verlauf den indizierten Mitteldrucks berechnet. Bei der Berechnung des Hochpass-gefilterten Signals aus dem zeitlichen Verlauf den indizierten Mitteldrucks werden alle unterhalb einer Grenzfrequenz liegenden Anteile des zeitlichen Verlauf den indizierten Mitteldrucks gedämpft.

In einem fünften Schritt S5 wird ein Wert eines Stabilitätsparameters S als ein Streuungsmaß des Hochpass-gefilterten Signals 24 berechnet. Das Streuungsmaß wird über alle Einzeliwerte des Hochpass-gefilterten Signals in einem Berechnungszeitraum gebildet, Das Streuungsmaß wird genutzt, damit nicht sofort auf Einzelevents in nur einem Brennzyklus reagiert wird, sondern eine statistische Mittelung über mehrere Werte stattfindet. Hierdurch wird verhindert, dass Verbrennung als instabil bewertet wird, wenn nur ein einzelner Wert ungewöhnlich stark abweicht. Insbesondere

kann das Streuungsmaß eine Standardabweichung sein oder umfassen. Alternativ

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sind beispielsweise auch Streuungsmaße wie eine Varianz, eine mittlere absolute Abweichung, oder ein Quantiisabstand verwendbar,

In einem sechsten Schritt wird ein Prüfen durchgeführt, ob der Stabilitätsparameter S einen zuvor festgelegten Schweilwert überschreitet.

SchlieRlich wird in einem siehten Schritt S7 ain Bewerten der Brennstabiiität aus dem

Ergebnis der in dem sechsten Schritt S6 durchgeführten Prüfung durchgeführt,

Das Bewerten kann insbesondere derart vorgenommen werden, dass im Fall, dass der Wert des Stabilitätsparameters 3, also insbesondere die Standardabweichung des Hochpass-gefiterten Signals, kleiner oder gleich dem festgelegten Schweihlwert ist, die Verbrennung als stabil bewertet wird und im Fall, dass der Wert des Stabilitätsparameters größer als der zuvor festgelegte Schweilwert ist, die Verbrennung als

instabil bewertet wird.

Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

13 Bezugszeichenliste 10 Auftragung 12 erstes Rohsignal 14 erster indizierter Mitteldruck 16 zweites Rohsignal 18 zweiter indizierter Mitteldruck 20 zeitlicher Verlauf des indizierten Mitteldrucks 22 idealer Verlauf 24 Hochpass-gefiltertes Signal P 14 erster Datenpunkt P2 zweiter Datenpunkt Ss Stabilitätsparameter SW Schweihlwert 51 erster Schritt 82 zweiter Schritt S3 dritter Schritt S4 vierter Schritt S5 fünfter Schritt 56 sechster Schritt S?7 siebter Schritt

Claims

14 Patentansprüche

1. Verfahren zur Bewertung der Brennstabilität einer Verbrennung in einer Zykisch arbeitenden Brennkrafimaschine mit einer Kurbelwelle, umfassend die

Schritte:

a} Messen eines Rohsignals (12, 16) des Zylinderdrucks in einem Brennraum der Brennkrafimaschine über einen Messzeitraum, der mehrere

aufeinander folgende Brennzyklen umfasst;

5} Berechnen des indizierten Mitteldrucks (14, 15) aus dem Rohsignal (12,

16) für jeden der Brennzyklen;

©) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des indizierten Mitteldrucks (20) aus den in Schritt b) berechneten indizierten Mitteldrücken (14, 18}

dd} Berechnen eines Hochpass-gefilterten Signals (24) aus dem in Schritt c) ermittelten zeitlichen Verlauf des indizierten Mitteldrucks (20), wobei alle unterhalb einer Grenzfrequenz liegenden Anteile des zeitlichen Ver-

laufs des indizierten Mitteldrucks (20) gedämpft werden;

8} Berechnen eines Werts eines Stabilitätsparameters (S} als ein Streuungsmaß des Hochpass-gefilterten Signals (24), insbesondere als eine

Standardabweichung des Hochpass-gefilterten Signals (24);

1) Prüfen, ob der Wert des Stabilitätsparameters (8) einen festgelegten Schweilwert (SW) überschreitet; und

9} Bewerten der Brennstabilität aus dem Ergebnis der in Schritt f) vorge-

nommenNen Prüfung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren während einem Transien-

tenübergang durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt f} zusätzlich ein Prüfen, um welchen Wert der Wert des Stabilitätsparameters (S)

den festgelegten Schweiblwert (SW) überschreitet, umfasst,

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messzeitraum wenigstens 10 Brennzyklen, vorzugsweise wenigstens 20 Brennzyklen der Brennkrafimaschine umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzfrequenz des Hochpasses zwischen 2 Hz und 156 Hz, insbesondere zwischen 5 Hz und 10 Hz legt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzfre-

quenz des Hochpasses in Abhängigkeit des Betriebszustands festgelegt ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobel die Brennkraftmaschine mehrere Brennräume aufweist und die Schritte a) bis g) in jedem

der Brennräume separat durchgeführt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren

an einem Motoarprüfstand durchgeführt wird.

9. Verfahren zum Betreiben einer zyklisch arbeitenden Brennkrafimaschine mit

mehreren Brennräumen, umfassend die Schritte: Betreiben der Brennkraftmaschine:

Bewerten der Brennstabilität mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und

Steuern oder Regeln der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Brennstabilität.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehen-

den Ansprüche, umfassend:

eine Druckmessvorrichtung zur Messung des Rohsignals (12, 16) des Zylin-

derdrucks im Brennraum der Brennkrafimaschine; und

eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des gemessenen Rohsignals (12, 16) entsprechend der Schritte b) bis g) von Anspruch 1.