WO2006094517A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des verbrennungsablaufs in einem verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung des verbrennungsablaufs in einem verbrennungsmotor

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WO2006094517A1
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and a correspondingly configured device for controlling the combustion process in an internal combustion engine, in particular for controlling the combustion process by means of an ion current measurement.
  • combustion in a combustion chamber or cylinder is known to be measured in order to act on at least one parameter for controlling the combustion process as a function of a corresponding measurement signal.
  • Conventional engine controls have essentially the task of regulating the three basic parameters of filling, injection and ignition.
  • For monitoring or measuring the combustion it is known to record a cylinder pressure signal or an ion current signal in the respective combustion chamber and to evaluate this.
  • light-sensitive measuring sensors can also be used.
  • the ion current signal received in a combustion chamber can be used to determine the pressure in the combustion chamber (cylinder pressure) and the local ⁇ and thus the combustion process in the internal combustion engine to monitor.
  • the local ⁇ provides information about the air / fuel ratio at a particular local point in the respective combustion chamber.
  • a method for knock control in an internal combustion engine wherein an ion current signal is received in a combustion chamber of the internal combustion engine, from which a characteristic frequency component is filtered, which is representative of a knocking condition.
  • the intensity of the filtered-out frequency component is dependent on the strength of the knocking state, whereby a knocking condition can be determined when the intensity of the filtered-out frequency component exceeds a predetermined threshold value.
  • one or more parameters such as spark timing, fuel quantity or boost pressure, may be acted upon to eliminate the knock condition.
  • the ion current signal received in the combustion chamber is integrated during a measurement window and averaged over several combustion cycles of the combustion chamber to generate from the integrated and averaged signal a control signal for controlling the previously described parameters and thus for controlling the combustion process during a later combustion cycle.
  • Previously known systems for motor vehicle applications can thus determine and adapt the optimum firing angle of a combustion chamber only via a statistical evaluation of the ion current signal over a plurality of combustion cycles, which, however, is costly in particular in internal combustion engines with a relatively large number of combustion chambers or cylinders, since between the individual combustion chambers In general, a strong dispersion between the operating conditions, such as filling or temperature, may occur.
  • the averaged evaluation of the ion current signal requires a corresponding computing power of the motor control unit provided for this purpose in a motor vehicle and moreover presupposes a quasi-stationary operation of the internal combustion engine, which, however, is not given in practice.
  • the present invention is therefore based on the object, a method and a
  • a combustion cycle-selective control of the combustion process in a combustion chamber of an internal combustion engine i. carrying out an ion current measurement with subsequent evaluation of the ion current signal thus obtained becomes combustion cycle-individual for each individual
  • Combustion cycle performed in the respective combustion chamber of the internal combustion engine, so that, depending on the detected and evaluated during a combustion cycle ion current signal on the combustion in the immediately following
  • Combustion cycle of the same combustion chamber can be acted upon, i. an averaging over several combustion cycles does not take place.
  • the filling, injection and / or ignition - preferably depending on the respective engine operating point - can be adjusted ,
  • a combustion cycle is carried out for individual control of the ignition angle in the combustion chamber of the internal combustion engine on the basis of a crank angle-based combustion peak pressure position determined by the ion current evaluation.
  • the combustion cycle individual control is combustion chamber selective, i. individually for each individual combustion chamber or cylinder of the internal combustion engine.
  • the present invention thus makes it possible for the engine control unit of the respective motor vehicle provided for combustion control to always set an optimum ignition angle (both with and without) within the currently available boundary conditions
  • the evaluation of the ion current signal can preferably take place in relatively small crankshaft angle steps, the crankshaft angle increment used in this case in particular being less than 1 ° CA, preferably less than or equal to 0.75 ° CA.
  • the present invention is preferably suitable for cylinder-selective control of the combustion process in internal combustion engines with a relatively large number of cylinders, for example twelve cylinders, the present invention preferably being able to be used to control the combustion process in gasoline engines, without, however, being limited to this preferred field of application.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a device according to the invention for cylinder-selective control of the combustion process in an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows an exemplary construction of an ion current measuring and evaluation arrangement for one of the combustion chambers or cylinders of the device shown in FIG. 1, and FIG.
  • FIG. 3 shows an example course for explaining the evaluation of an ion current signal recorded with an arrangement according to FIG. 2, wherein the ion current signal is shown in FIG. 3 together with a combustion chamber pressure signal occurring in the same combustion chamber.
  • an internal combustion engine 1 for example, a gasoline engine, shown with a plurality of cylinders and combustion chambers 9, wherein in Fig. 1 by way of example six such combustion chambers are shown.
  • the internal combustion engine 1 is associated with an engine control unit 7, which is provided as a control means for controlling parameters of the internal combustion engine 1 in order to regulate the combustion process in the individual combustion chambers 9.
  • the engine control unit 7 evaluates external and internal measured variables of the internal combustion engine 1 in order to be able to act on the combustion processes in the individual combustion chambers 9 in a suitable manner after evaluation of these measured variables.
  • Fig. 1 an internal combustion engine 1, for example, a gasoline engine, shown with a plurality of cylinders and combustion chambers 9, wherein in Fig. 1 by way of example six such combustion chambers are shown.
  • the internal combustion engine 1 is associated with an engine control unit 7, which is provided as a control means for controlling parameters of the internal combustion engine 1 in order to regulate the combustion process in the individual combustion chambers 9.
  • the engine control unit 7 evaluates external and
  • the control of the combustion sequence for each combustion chamber 9 is done individually, preferably by the engine control unit 7 measured variables of each Combustion chamber 9 are evaluated to generate for each combustion chamber 9 at least one control signal for at least one parameter, which affects the combustion process in the respective combustion chamber 9.
  • sensor means are provided in each combustion chamber 9 of the internal combustion engine for detecting an ion current occurring in the respective combustion chamber during a combustion cycle.
  • the measuring device 7 thus evaluates, as one of the previously described measured variables, the ion current occurring in the individual combustion chambers 9 in order to suitably adjust the parameters which influence the combustion process in the respective combustion chamber 9 in a suitable manner, these parameters in the broadest sense can affect the filling, injection and / or ignition for the respective combustion chamber 9.
  • the engine control unit 7 for each combustion chamber 9 set a suitable ignition timing in the form of a related to the crankshaft position ignition angle or a suitable injection timing for the respective air / fuel mixture.
  • FIG. 2 shows a possible construction of an ion current measuring arrangement, as can be used for each of the combustion chambers 9 of the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1.
  • a located in the respective combustion chamber 1 piston 8 is coupled to a crankshaft 2 of the internal combustion engine.
  • the crankshaft 2 and the piston 8 reach exactly twice the so-called top dead center OT and bottom dead center UT within one operating cycle, which corresponds to two complete revolutions of the crankshaft 2.
  • the rotational angles ⁇ of the crankshaft 2 are indicated in degrees crank angle (° CA).
  • At least one ion current sensor is arranged in the region of the cylinder head or the cylinder head gasket, wherein the ion current occurring in the combustion chamber 9 during a combustion cycle is detected via at least one cathode 3 and anode 4 and supplied to an ion current evaluation unit 6.
  • the spark plug associated with the combustion chamber can be used as the ion current sensor.
  • the use of a glow plug or the arrangement of corresponding sensors in the cylinder head or in the cylinder head gasket is possible.
  • the ion current evaluation unit 6 evaluates the detected ion current and closes it depending on the instantaneous combustion state in the combustion chamber 9. Depending on the evaluation result of the ion current evaluation unit 6 generates the
  • Engine control unit 7 a control signal to the combustion process during a 2, the control of an injection valve 5 of the internal combustion engine 1 in order to influence the respective combustion chamber 9 supplied air / fuel mixture composition accordingly, and the control of the combustion chamber 9 associated spark plug 10 for igniting in the Combustion chamber 9 located air / fuel mixture in order to influence the ignition timing and the ignition duration accordingly, is shown.
  • the ion current evaluation unit 6 is shown separately from the engine control unit 7 only for clarification in FIG. 2. As a rule, the functionality of the ion current evaluation unit 6 is integrated into the engine control unit 7.
  • an ion current signal is detected and evaluated by the engine control unit 7 or the ion current evaluation unit 6 during a combustion cycle of the respective combustion chamber 9, the ion current signal being dependent on the crankshaft angle ⁇ , i. depending on the position of the crankshaft 2, is received.
  • the ion current signal recorded during a combustion cycle thus corresponds to a curve over the crankshaft angle ⁇ .
  • the maximum of this curve corresponds to the maximum of the occurring during this combustion cycle in the combustion chamber 9 thermal ionization, which generally coincides with the combustion chamber pressure maximum in the same combustion chamber 9 (relative to the crankshaft position or the crankshaft angle).
  • FIG. 3 the profile of the amplitude of an ion current signal during a combustion cycle in a combustion chamber of an internal combustion engine is plotted as an example as a function of the crankshaft position or the crankshaft angles (curve a).
  • curve b the corresponding curve of the combustion chamber pressure in the same combustion chamber of the internal combustion engine in dependence on the crankshaft angle is plotted (curve b).
  • the crankshaft positions of the maxima of the two curves are close to each other.
  • the combustion control described above is carried out in particular combustion cycle individually, i. each individual combustion cycle is evaluated to obtain a control signal for the immediately succeeding combustion cycle.
  • this evaluation and control takes place individual combustion chamber, i. for each combustion chamber 9 of the internal combustion engine 1 separately.
  • the combustion evaluation described above is carried out in the form of an ion current evaluation for the combustion chamber No. 4 of the internal combustion engine 1, wherein the evaluation is completed by the next combustion cycle in the combustion chamber No. 4 and thus for the next combustion process or Combustion cycle in the combustion chamber no. 4 of the internal combustion engine 1 can be considered.
  • the procedure described above requires a correspondingly rapid and rapid evaluation of the ion current signals of the individual combustion chambers 9 of the internal combustion engine 1, for which purpose a correspondingly high crankshaft angle resolution is used in the evaluation of each individual curve a of an ion current signal (see FIG.
  • the ion current sensors and the ion current evaluation unit 6 and the engine control unit 7 are preferably designed such that they can work with increments of less than 1 ° CA, preferably less than or equal to 0.75 ° CA.
  • the combustion control preferably takes place not only individual combustion cycle, but also individual combustion chamber, since the internal combustion engine with respect to its filling and temperatures scatters relatively strong between the individual combustion chambers 9, so depending on the operating conditions for each combustion chamber 9 different optimal ignition times can result.
  • the internal combustion engine with respect to its filling and temperatures scatters relatively strong between the individual combustion chambers 9, so depending on the operating conditions for each combustion chamber 9 different optimal ignition times can result.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor mittels lonenstrommessung vorgeschlagen, wobei für jeden Verbrennungszyklus eines Brennraums (9) des Verbrennungsmotors (1) eine Auswertung des während dieses Verbrennungszyklus auftretenden lonenstromsignals vorgenommen wird, um allein auf Basis des während dieses Verbrennungszyklus ausgewerteten lonenstromsignals mindestens ein Steuersignal zur Regelung des Verbrennungsablaufs, beispielsweise durch Einstellung des Zündwinkels, während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus desselben Brennraums (9) zu erzeugen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem
Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine entsprechend ausgestaltete Vorrichtung zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor, insbesondere zur Regelung des Verbrennungsablaufs mit Hilfe einer lonenstrommessung.
Bei Brennkraftmaschinen, wie insbesondere Otto- oder Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge, wird bekannterweise die Verbrennung in einem Brennraum bzw. Zylinder gemessen, um in Abhängigkeit von einem entsprechenden Messsignal auf zumindest einen Parameter zur Regelung des Verbrennungsablaufs einzuwirken. Herkömmliche Motorsteuerungen haben dabei im Wesentlichen die Aufgabe, die drei grundlegenden Parameter Füllung, Einspritzung und Zündung zu regeln. Zur Überwachung bzw. Messung der Verbrennung ist es bekannt, in dem jeweiligen Brennraum ein Zylinderdrucksignal oder ein lonenstromsignal aufzunehmen und dieses auszuwerten. Alternativ können auch lichtsensitive Messsensoren Verwendung finden.
Im Verlauf der letzten Jahre ist die Bedeutung der lonenstrommessung gestiegen, da Studien gezeigt haben, dass das in einem Brennraum aufgenommene lonenstromsignal genutzt werden kann, um den Druck in dem Brennraum (Zylinderdruck) und das lokale λ zu bestimmen und somit den Verbrennungsablauf in dem Verbrennungsmotor zu überwachen. Das lokale λ gibt Auskunft über das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an einem bestimmten lokalen Punkt in dem jeweiligen Brennraum.
In der DE 196 05 801 A1 ist ein lonenstrom-Messsystem für einen Brennraum eines Ottomotors beschrieben, wobei die für den Brennraum vorgesehene Zündkerze zugleich als lonenstrom-Messsensor verwendet wird. Das auf diese Weise aufgenommene lonenstromsignal kann genutzt werden, um das so genannte Klopfen des entsprechenden
Motors zu detektieren und über eine geeignete Steuerung des Zündzeitpunkts eine entsprechende Klopfregelung aufzubauen. Darüber hinaus wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, das lonenstromsignal zur Erkennung von Zündaussetzern oder zur
Erkennung der Nockenwellenstellung zu verwenden. Auch aus der Druckschrift DE 196 81 269 A1 ist ein Verfahren zur Klopfregelung in einem Verbrennungsmotor beschrieben, wobei ein lonenstromsignal in einem Brennraum des Verbrennungsmotors aufgenommen wird, aus dem ein charakteristischer Frequenzanteil ausgefiltert wird, der repräsentativ für einen Klopfzustand ist. Die Intensität des ausgefilterten Frequenzanteils ist abhängig von der Stärke des Klopfzustandes, wodurch ein Klopfzustand festgestellt werden kann, wenn die Intensität des ausgefilterten Frequenzanteils einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Bei Feststellung des Klopfzustands kann auf einzelne oder mehrere Parameter, wie beispielsweise Zündzeitpunkt, Kraftstoffmenge oder Ladedruck, eingewirkt werden, um den Klopfzustand zu beseitigen. Das in dem Brennraum aufgenommene lonenstromsignal wird während eines Messfensters aufintegriert und über mehrere Verbrennungszyklen des Brennraums gemittelt, um aus dem integrierten und gemittelten Signal ein Steuersignal zur Regelung der zuvor beschriebenen Parameter und somit zur Regelung des Verbrennungsablaufs während eines späteren Verbrennungszyklus zu erzeugen.
Aus dem Stand der Technik ist somit bereits zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor bekannt, über mehrere Verbrennungszyklen eines Brennraums ein entsprechendes lonenstromsignal aufzunehmen und zu mittein, um aus dem gemittelten Signal ein Steuersignal für mindestens einen Parameter des Brennraums, wie beispielsweise den Zündzeitpunkt oder den Zündwinkel, zu generieren, so dass auf diese Weise auf einen nachfolgenden Verbrennungsablauf in dem Brennraum eingewirkt werden kann. Bisher bekannte Systeme für Kraftfahrzeuganwendungen können somit den optimalen Zündwinkel eines Brennraums nur über eine statistische Auswertung des lonenstromsignals über mehrere Verbrennungszyklen ermitteln und adaptieren, was wie jedoch insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit einer relativ großen Anzahl von Brennräumen bzw. Zylindern aufwändig ist, da zwischen den einzelnen Brennräumen in der Regel eine starke Streuung zwischen den Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Füllung oder Temperatur, auftreten kann. Zudem erfordert die gemittelte Auswertung des lonenstromsignals eine entsprechende Rechenleistung des hierfür in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Motorsteuergeräts und setzt darüber hinaus einen quasi stationären Betrieb des Verbrennungsmotors voraus, was jedoch in der Praxis nicht gegeben ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, womit die zuvor beschriebenen Probleme beseitigt werden können und insbesondere mittels lonenstrommessung auf einfache Art und Weise eine präzise Regelung des Verbrennungsablaufs in den einzelnen Brennräumen eines Verbrennungsmotors möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird eine verbrennungszyklusselektive Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, d.h. eine Durchführung einer lonenstrommessung mit nachfolgender Auswertung des somit erhaltenen lonenstromsignals wird verbrennungszyklusindividuell für jeden einzelnen
Verbrennungszyklus in dem jeweiligen Brennraum des Verbrennungsmotors durchgeführt, so dass in Abhängigkeit von dem während eines Verbrennungszyklus erfassten und ausgewerteten lonenstromsignals auf die Verbrennung in dem unmittelbar nachfolgenden
Verbrennungszyklus desselben Brennraums eingewirkt werden kann, d.h. eine Mittelung über mehrere Verbrennungszyklen findet nicht statt.
Zur Regelung des Verbrennungsablaufs in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus kann auf mindestens einen Parameter in Abhängigkeit von dem ausgewerteten lonenstromsignal des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus eingewirkt werden, wobei als Parameter die Füllung, die Einspritzung und/oder die Zündung - vorzugsweise abhängig von dem jeweiligen Motorbetriebspunkt - eingestellt werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Verbrennungszyklusindividuelle Regelung des Zündwinkels im Brennraum des Verbrennungsmotors gestützt auf eine durch die lonenstromauswertung ermittelte kurbelwinkelbasierte Verbrennungsspitzendrucklage.
Ebenso erfolgt vorzugsweise die Verbrennungszyklusindividuelle Regelung brennraumselektiv, d.h. individuell für jeden einzelnen Brennraum bzw. Zylinder des Verbrennungsmotors.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit dem zur Verbrennungsregelung vorgesehenen Motorsteuergerät des jeweiligen Kraftfahrzeugs, innerhalb der augenblicklich vorliegenden Randbedingungen stets einen optimalen Zündwinkel (sowohl mit als auch ohne
Klopfregelung) zu ermitteln, wobei aufgrund der Tatsache, dass auf eine Mittelung über - A -
mehrere Verbrennungszyklen verzichtet werden kann, eine deutlich schnellere Wirksamkeit der Regelung bei reduzierter Rechenleistung möglich ist, so dass sich die erfindungsgemäße Regelung insbesondere auch für einen transienten Motorbetrieb eignet. Die Auswertung des lonenstromsignals kann dabei vorzugsweise in relativ kleinen Kurbelwellenwinkelschritten erfolgen, wobei das dabei zur Anwendung kommende Kurbelwellenwinkel-Inkrement insbesondere kleiner als 1 ° KW, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,75° KW, sein kann.
Die vorliegende Erfindung eignet sich bevorzugt zur zylinderselektiven Regelung des Verbrennungsablaufs in Verbrennungsmotoren mit einer relativ großen Anzahl von Zylindern, beispielsweise zwölf Zylinder, wobei die vorliegende Erfindung vorzugsweise zur Regelung des Verbrennungsablaufs in Ottomotoren eingesetzt werden kann, ohne jedoch auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt zu sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zylinderselektiven Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor,
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer lonenstrommess- und Auswertungsanordnung für einen der Brennräume bzw. Zylinder der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, und
Fig. 3 zeigt einen beispielhaften Verlauf zur Erläuterung der Auswertung eines mit einer Anordnung gemäß Fig. 2 aufgenommenen lonenstromsignals, wobei das lonenstromsignal in Fig. 3 zusammen mit einem in demselben Brennraum auftretenden Brennraumdrucksignal dargestellt ist.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 , beispielsweise ein Ottomotor, mit einer Vielzahl von Zylindern bzw. Brennräumen 9 dargestellt, wobei in Fig. 1 beispielhaft sechs derartige Brennräume gezeigt sind. Dem Verbrennungsmotor 1 ist ein Motorsteuergerät 7 zugeordnet, welches als Steuermittel zur Regelung von Parametern des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen ist, um den Verbrennungsablauf in den einzelnen Brennräumen 9 zu regeln. Hierzu wertet das Motorsteuergerät 7 externe und interne Messgrößen des Verbrennungsmotors 1 aus, um nach Auswertung dieser Messgrößen auf geeignete Art und Weise auf die Verbrennungsabläufe in den einzelnen Brennräumen 9 einwirken zu können. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erfolgt die Regelung des Verbrennungsablaufs für jeden Brennraum 9 individuell, wobei von dem Motorsteuergerät 7 vorzugsweise Messgrößen jedes einzelnen Brennraums 9 ausgewertet werden, um für jeden einzelnen Brennraum 9 mindestens ein Steuersignal für mindestens einen Parameter, welcher den Verbrennungsablauf in dem jeweiligen Brennraum 9 beeinflusst, zu erzeugen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass in jedem Brennraum 9 des Verbrennungsmotors 1 Sensormittel zum Erfassen eines in dem jeweiligen Brennraum während eines Verbrennungszyklus auftretenden lonenstroms vorgesehen sind. Das Messgerät 7 wertet somit als eine der zuvor beschriebenen Messgrößen den in den einzelnen Brennräumen 9 auftretenden lonenstrom aus, um davon abhängig die Parameter, welche den Verbrennungsablauf in dem jeweiligen Brennraum 9 beeinflussen, auf geeignete Art und Weise einzustellen, wobei diese Parameter im weitesten Sinne die Füllung, Einspritzung und/oder Zündung für den jeweiligen Brennraum 9 betreffen können. Insbesondere kann auf diese Weise das Motorsteuergerät 7 für jeden einzelnen Brennraum 9 einen geeigneten Zündzeitpunkt in Form eines auf die Kurbelwellenstellung bezogenen Zündwinkels oder einen geeigneten Einspritzzeitpunkt für das jeweilige Luft/Kraftstoff-Gemisch einstellen.
In Fig. 2 ist ein möglicher Aufbau einer lonenstrom-Messanordnung dargestellt, wie sie für jeden der in Fig. 1 dargestellten Brennräume 9 des Verbrennungsmotors 1 zum Einsatz kommen kann. Ein in dem jeweiligen Brennraum 1 befindlicher Kolben 8 ist mit einer Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors gekoppelt. Wird beispielsweise angenommen, dass der Verbrennungsmotor mit vier Takten arbeitet, so erreicht die Kurbelwelle 2 und der Kolben 8 innerhalb eines Arbeitszyklus genau zweimal den so genannten oberen Totpunkt OT und den unteren Totpunkt UT, was zwei vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle 2 entspricht. In der Kraftfahrzeugtechnik werden die Drehwinkel φ der Kurbelwelle 2 in Grad Kurbelwinkel (° KW) angegeben.
Im Bereich des Zylinderkopfs oder der Zylinderkopfdichtung ist mindestens ein lonenstromsensor angeordnet, wobei über mindestens eine Kathode 3 und Anode 4 der im Brennraum 9 während eines Verbrennungszyklus auftretende lonenstrom erfasst und einer lonenstrom-Auswertungseinheit 6 zugeführt wird. Als lonenstromsensor kann insbesondere die dem Brennraum zugeordnete Zündkerze verwendet werden. Ebenso ist die Verwendung einer Glühstiftkerze oder die Anordnung entsprechender Sensoren im Zylinderkopf oder in der Zylinderkopfdichtung möglich.
Die lonenstrom-Auswertungseinheit 6 wertet den erfassten lonenstrom aus und schließt davon abhängig auf den augenblicklichen Verbrennungszustand im Brennraum 9. Abhängig von dem Auswertungsergebnis der lonenstrom-Auswertungseinheit 6 erzeugt das
Motorsteuergerät 7 ein Steuersignal, um auf den Verbrennungsvorgang während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus einzuwirken, wobei in Fig. 2 beispielhaft die Ansteuerung eines Einspritzventils 5 des Verbrennungsmotors 1 , um die dem jeweiligen Brennraum 9 zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemischzusammensetzung entsprechend zu beeinflussen, und die Ansteuerung einer dem Brennraum 9 zugeordneten Zündkerze 10 zum Entzünden des in dem Brennraum 9 befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches, um den Zündzeitpunkt und die Zünddauer entsprechend zu beeinflussen, dargestellt ist.
Die lonenstrom-Auswertungseinheit 6 ist lediglich zur Verdeutlichung in Fig. 2 separat von dem Motorsteuergerät 7 dargestellt. In der Regel ist die Funktionalität der lonenstrom- Auswertungseinheit 6 in das Motorsteuergerät 7 integriert.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird von dem Motorsteuergerät 7 bzw. der lonenstrom- Auswertungseinheit 6 ein lonenstromsignal während eines Verbrennungszyklus des jeweiligen Brennraums 9 erfasst und ausgewertet, wobei das lonenstromsignal in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel φ, d.h. in Abhängigkeit von der Position der Kurbelwelle 2, aufgenommen wird. Das während eines Verbrennungszyklus aufgenommene lonenstromsignal entspricht somit einer Kurve über den Kurbelwellenwinkel φ. Das Maximum dieser Kurve entspricht dem Maximum der während dieses Verbrennungszyklus in dem Brennraum 9 auftretenden thermischen Ionisation, welches in der Regel mit dem Brennraumdruckmaximum in demselben Brennraum 9 (bezogen auf die Kurbelwellenposition bzw. den Kurbelwellenwinkel) zusammenfällt.
Dieser Zusammenhang kann ausgenutzt werden, um durch Auswertung des lonenstromsignals auf den Verbrennungsablaufs in dem jeweiligen Brennraum zu schließen und entsprechend auf die zuvor erwähnten Parameter, welche den Verbrennungsablauf beeinflussen, einzuwirken, um während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus den Verbrennungsablauf zu optimieren.
Dies soll nachfolgend kurz anhand von Fig. 3 erläutert werden.
In Fig. 3 ist beispielhaft der Verlauf der Amplitude eines lonenstromsignals während eines Verbrennungszyklus in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Kurbelwellenposition bzw. den Kurbelwellenwinkeln aufgetragen (Kurve a). Ebenso ist in Fig. 3 der entsprechende Verlauf des Brennraumdrucks in demselben Brennraum des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen (Kurve b). Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegen die Kurbelwellenpositionen der Maxima der beiden Kurven nahe beieinander. Wird nun im Zuge einer Auswertung des lonenstromsignals von dem Motorsteuergerät 7 festgestellt, dass die Kurbelwellenposition des Maximums des lonenstromsignals außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs von der Kurbelwellenposition des Maximums des Brennraumdrucksignals liegt, greift das Steuergerät
7 auf die zuvor erwähnten Parameter, welche den Verbrennungsablauf in dem Brennraum beeinflussen, ein, um beispielsweise den Zündzeitpunkt entsprechend anzupassen und eine möglichst gute Annäherung der Kurbelwellenpositionen der Maxima der beiden Kurven in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus zu erzielen. Hierzu kann insbesondere von dem Motorsteuergerät 7 der Zündwinkel des jeweiligen Brennraums 9, d.h. der Zündzeitpunkt bezogen auf die Kurbelwellenposition bzw. den Kurbelwellenwinkel, angepasst werden.
Die zuvor beschriebene Verbrennungsregelung wird dabei insbesondere verbrennungszyklusindividuell durchgeführt, d.h. jeder einzelne Verbrennungszyklus wird ausgewertet, um ein Steuersignal für den unmittelbar nachfolgenden Verbrennungszyklus zu gewinnen. Zudem erfolgt diese Auswertung und Regelung brennraumindividuell, d.h. für jeden einzelnen Brennraum 9 des Verbrennungsmotors 1 separat. Dies bedeutet, dass beispielsweise die zuvor beschriebene Verbrennungsauswertung in Form einer lonenstrom- Auswertung für den Brennraum Nr. 4 des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt wird, wobei die Auswertung bis zum nächsten Verbrennungszyklus im Brennraum Nr. 4 bereits abgeschlossen ist und somit für den nächsten Verbrennungsvorgang bzw. Verbrennungszyklus in dem Brennraum Nr. 4 des Verbrennungsmotors 1 berücksichtigt werden kann.
Die zuvor beschriebene Vorgehensweise erfordert eine entsprechend rasche und schnelle Auswertung der lonenstromsignale der einzelnen Brennräume 9 des Verbrennungsmotors 1 , wobei hierzu eine entsprechend hohe Kurbelwellenwinkel-Auflösung bei der Auswertung jeder einzelnen Kurve a eines lonenstromsignals (vgl. Fig. 3) zur Anwendung kommt. Die lonenstromsensoren sowie die lonenstrom-Auswertungseinheit 6 und das Motorsteuergerät 7 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie mit Inkrementen kleiner 1 ° KW, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,75° KW arbeiten können.
Wie bereits zuvor beschrieben worden ist, erfolgt die Verbrennungsregelung vorzugsweise nicht nur verbrennungszyklusindividuell, sondern auch brennraumindividuell, da der Verbrennungsmotor hinsichtlich seiner Füllung und Temperaturen relativ stark zwischen den einzelnen Brennräumen 9 streut, so dass sich abhängig von den Betriebsbedingungen für jeden Brennraum 9 unterschiedlich optimale Zündzeitpunkte ergeben können. Insbesondere ist zu beachten, dass bei einer relativ hohen Füllung ein späterer Zündzeitpunkt anzustreben ist, um ein Klopfen des Verbrennungsmotors zu vermeiden, während bei einer geringeren Füllung ein früherer Zündzeitpunkt eingestellt werden kann. Durch eine brennraumindividuelle Verbrennungsregelung kann gewährleistet werden, dass für jeden einzelnen Brennraum 9 des lrL_FigJ_JLgezeigte.n_y_erbr-ennungsmotors_ 1 -beispielsweise_ein_ jeweils optimaler Zündwinkel abhängig von den augenblicklichen Betriebsbedingungen ermittelt und eingestellt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Verbrennungsmotor
2 Kurbelwelle
3 Kathode
4 Anode
5 Einspritzventil 6 lonenstrom-Auswertungseinheit
7 Motorsteuergerät
8 Kolben
9 Brennraum
10 Zündkerze OT oberer Totpunkt der Kurbelwelle
UT unterer Totpunkt der Kurbelwelle φ Kurbelwellenwinkel a lonenstrom-Kurve b Brennraumdruck-Kurve

Claims

PATE N TA N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor, umfassend die Schritte
(a) Durchführung einer lonenstrommessung in mindestens einem Brennraum (9) des Verbrennungsmotors (1) während eines Verbrennungszyklus in dem Brennraum (9), um ein entsprechendes lonenstromsignal (a) zu erhalten, (b) Auswerten des durch die lonenstrommessung erhaltenen lonenstromsignals (a), und
(c) Erzeugung mindestens eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ausgewerteten lonenstromsignal (a) zur Regelung des Verbrennungsablaufs in dem Brennraum (9) des Verbrennungsmotors (1 ) während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lonenstrommessung und die Auswertung des dadurch erhaltenen lonenstromsignals (a) jeweils für jeden einzelnen Verbrennungszyklus des Brennraums (9) des Verbrennungsmotors durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) das Steuersignal zur Regelung des Verbrennungsablaufs in dem Brennraum (9) für denjenigen Verbrennungszyklus erzeugt wird, welcher dem Verbrennungszyklus, für den in den Schritten (a) und (c) bezüglich desselben
Brennraums (9) die lonenstrommessung und die Auswertung des dabei erhaltenen lonenstromsignals (a) durchgeführt worden ist, unmittelbar folgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuersignal im Schritt (c) auf Grundlage der im Schritt (b) durchgeführten Auswertung des lonenstromsignals (a) ohne Mittelung über mehrere Verbrennungszyklen des Brennraums (9) erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Regelung eines Zündzeitpunkts für den nachfolgenden Verbrennungszyklus verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Regelung eines Zündwinkels für den nachfolgenden Verbrennungszyklus verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) das mindestens eine Steuersignal zur Regelung des Verbrennungsablaufs in dem Brennraum (9) während des nachfolgenden Verbrennungszyklus derart erzeugt wird, dass dadurch ein Maximum eines auf einen Kurbelwellenwinkel (φ) des Verbrennungsmotors (1 ) bezogenen Brennraumdrucksignals (b) an ein Maximum des auf den Kurbelwellenwinkel (φ) bezogenen lonenstromsignals
(a) angenähert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Regelung des Verbrennungsablaufs für jeden einzelnen
Brennraum (9) des Verbrennungsmotors (1) individuell durchgeführt wird.
9. Vorrichtung zur Regelung des Verbrennungsablaufs in einem Verbrennungsmotor, mit lonenstrom-Sensormitteln (3, 4) zum Erfassen eines während eines Verbrennungszyklus in mindestens einem Brennraum (9) des Verbrennungsmotors (1 ) auftretenden lonenstroms, um ein entsprechendes lonenstromsignal (a) zu erhalten, und mit Steuermitteln (6, 7) zur Auswertung des erhaltenen lonenstromsignals (a) und zur
Erzeugung mindestens eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem lonenstromsignal
(a) zur Regelung des Verbrennungsablaufs in dem Brennraum (9) während eines nachfolgenden Verbrennungszyklus.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 ausgestaltet ist.
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