DE2939580C2

DE2939580C2 -

Info

Publication number: DE2939580C2
Application number: DE2939580A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen De Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1979-09-29
Publication date: 1990-09-20
Also published as: FR2466634A1; JPH0240866B2; DE2939580A1; GB2060062B; FR2466634B1; US4417556A; GB2060062A; JPS5654962A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die JP-Patentauslegungsschrift 49-17 973 ist ein solches Verfahren bekannt. Dort wird zur Ermitt lung der dem Brennraumspitzendruck entsprechenden Lage des Höchst punktes des Ionenstromverlaufes das von der Ionenstromsonde abge gebene Signal über eine Niedrigwerte sperrende Durchlaßeinrichtung, die der Elimination eines durch die Zündung hervorgerufenen Ioni sationsspitzenwertes dienen soll, einer Auswerteschaltung zugeführt, die bei Auftreten eines höheren als den genannten Niedrigwert diesen höheren Wert speichert. Der dabei auftretende Spannungssprung wird differenziert zur Erzeugung eines Spannungsimpulses, der die Lage des Höchswertes des Ionenstromverlaufes kennzeichnen soll. Mit Hilfe der Auswerteschaltung wird somit ein Teil des Ionenstromver laufes auf einen vorgegebenen Höchstwert mit Hilfe einer Schwell werterfassungseinrichtung abgefragt. Dabei kann aber die Lage des tatsächlichen Höchstwertes nicht immer optimal erfaßt werden, da die Amplituden der Werte des Ionenstromes von verschiedenen Bedingungen abhängen und bei manchen Verbrennungsverhältnissen, insbesondere bei der Verbrennung sehr magerer Kraftstoff-Luftgemische kein aus geprägtes Ionenstrommaximum auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so zu verbessern, daß ein dem Brennraumspitzendruck etwa entsprechender Wert des Ionenstromes sicher bei verschiedenen Verbrennungs verhältnissen erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm des Ionenverlaufs aufgetragen über den Drehwinkel α der Kurbelwelle,

Fig. 2 den Brennraumdruckverlauf über den Kurbelwinkel,

Fig. 3 die Kurve der ersten Abteilung dI/d α des Ionenstroms,

Fig. 4 einen zweiten Verlauf des Ionen stroms über den Kurbelwinkel α bei einer zweiten Art des Verbrennungsablaufes,

Fig. 5 der für den Fall von Fig. 4 gleichzeitig gemessene Druckverlauf im Brennraum über den Kurbelwinkel a,

Fig. 6 den Kurvenlauf der ersten Ab leitung des Ionenstroms dI/d α,

Fig. 7 die zweite Ab leitung des Ionenstromverlaufes gemäß Fig. 4 d ² I/d α und

Fig. 8 ein Blockschaltbild für die Auswertung des Ionenstroms zur Regelung des Zündzeitpunktes.

Fig. 1 zeigt schematisch den Ionenstromverlauf über den Kurbelwinkel α bei einer üblichen Verbrennung eines vergleichsweisen fetten Kraft stoff/Luftgemisches, gemessen an einer als Ionenstromsonde dienenden Zündkerze. Dabei ist das erste, vor dem oberen Totpunkt (OT) liegende Maximum M 1 des Ionenstroms die Folge einer intensiven Verbrennung unmittelbar vor der Entflammung des Kraftstoff/Luft-Gemischs an der Zündkerze. Das zweite Maximum M ₂ bei einem diesem Maximum entspre chenden Kurbelwinkel α _max rührt, wie erwähnt, aus dem starken Temperaturanstieg im Bereich des Brennraum- Spitzen-Drucks her. Das in Fig. 2 wiedergegebene gleich zeitig vom Spitzendruck aufgenommene Diagramm zeigt, daß das Ionenstrommaximum M ₂ beim gleichen Winkel α _max liegt, wie der Brennraum-Spitzen-Druck P _max. Die durchge zogene Kurve 1 in Fig. 2 stellt den Druckverlauf im Brenn raum über den Kurbelwinkel α für den Fall dar, daß eine Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Die Kurve 2 in Fig. 2 stellt den Druckverlauf dar, der sich allein aus der Kompression durch den Hubkolben er gibt.

Obwohl zwei Maxima der Ionenstromkurve vorhanden sind, lassen sich diese insofern trennen, als das erste Maximum im Bereich von Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt, also zum Zünd zeitpunkt, auftritt. Es wird also der Meßbereich nach dem oberen Totpunkt bei Winkelgraden 0° <α < 90° gewählt, um die Lage des zweiten Maximums M ₂ zu ermitteln.

Für den Fall, daß ein sehr mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch zur Verbrennung kommt, kann es vorkommen, daß vor allem im unteren Drehmomentbereich kein ausgeprägtes zweites Maximum im mathematischen Sinne auftritt und statt dessen nur eine sattelartige Abflachung des Verlaufs des Ionenstroms I (α) auftritt. Dieser Verlauf ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 5 ist der dazugehörige Verlauf des Brennraum-Spitzen-Drucks wiedergegeben, der auch hier keine ausgeprägte Spitze zeigt. Für die Ermittlung des Brennraum-Spitzen-Drucks mit Hilfe eines Drucksensors würde es hier schwierig sein, die Druck spitze zu ermitteln, da diese Kurve in der Regel durch Druckschwingungen noch überlagert ist.

Fig. 8 stellt schematisch die Auswertung des Ionenstrom signals zu einem Steuersignal für die Zeitzündpunktver stellung dar. Als Ersatz für die Brennkraftmaschine ist ein Kolben 5 eines Zylinders wiedergegeben, der einen Hauptbrennraum 6 in den Zylinder einschließt. In der Brenn raumwand ist eine Ionenstromsonde oder eine modifizierte, zur Zündung dienende Zündkerze 7 vorgesehen. Der in üb licher Weise von dem Ionenstrom 7 gewonnene proportionale Strom wird in einem Stromspannungswandler 8 in eine Steuer spannung umgewandelt, die in einem Schaltungsteil 9 in Bezug zum Kurbelwinkel α gebracht wird. Im Schaltungs teil 10 wird nun aus dem vom Ionenstrom gewonnenen Signal U(α) die erste oder die zweite Ableitung von a, du/d α bzw. d ² u/d α gebildet. Statt des Stromes kann also auch eine entsprechende Spannung, die sich in der Auswerte schaltung besser verarbeiten läßt, treten. In bekannter Weise treten, sofern Maxima der Grundfunktion vorliegen, bei der Kurve der ersten Ableitung 0-Durchgänge auf. Man sieht aus Fig. 3, daß der Plus zu Minus-Null-Durchgang der Lage des zweiten Maximums M ₂ entspricht. Dieser Null- Durchgang wird im Schaltungsteil 11 erfaßt und der dazu gehörige Kurbelwinkel α _max ermittelt.

Im Falle der Figurenfolge 4-7, die einen Verbrennungs ablauf mit nichtausgeprägtem zweiten Maximum entspricht, sieht man, daß gemäß Fig. 6 die erste Ableitung keine Null- Durchgänge im Bereich der Kurbelwinkel 0° < α < 90° hat. In diesem Fall muß das erste Maximum der ersten Ableitung im Bereich von Kurbelwinkel 0° < α < 90° nach OT gesucht werden, was mit Hilfe der zweiten Ableitung des Ionenstroms nach α erfolgt.

Aus Fig. 7 sieht man, daß diesem Maximum der ersten Ab leitung der Plus zu Minus Null-Durchgang der Kurve d ² I/d a bzw. d ² U/d α entspricht. Zur sicheren Erfassung des ersten Maximums der ersten Ableitung kann entweder der zweite Null-Durchgang nach OT der zweiten Ableitung oder wie ge sagt, der erste Plus zu Minus-Null-Durchgang ermittelt werden. Das Maximum M 3 der ersten Ableitung gemäß Fig. 6 weist jedoch einen kleinen Fehler auf, es liegt nicht exakt auf dem Punkt M 2′, der dem P _max′ von Fig. 5 entspricht, sondern etwas davor bei M 2′, wie die Kurve I (α) ihren Wendepunkt hat. In Anbetracht der Fluktuationen der Lage des Brennraum-Spitzen-Drucks ist dieser Fehler jedoch ver nachlässigbar.

Um die Zuordnung des Ionenstromsignals I (a) bzw. u (α) zum Kurbelwinkel α zu erhalten, wird dem Schaltungsteil 9 ein beim Durchgang der Kurbelwelle durch den oberen Totpunkt erzeugtes Signal zugeführt. Die Kurbelwelle 12 weist dazu Signalmarken 14 auf, deren Durchgang durch OT zum Beispiel mit einem Induktivgeber 15 ermittelt wird. Mit einem Signalformer 16, der dem Induktivgeber 15 nachge schaltet ist, wird ein Schaltsignal erzeugt, das dem Schaltungsteil 9 zugeführt wird. Mit dem Schaltsignal kann eine Zeit- oder Winkelmeßeinrichtung gestartet werden, die von dem Schaltungsteil 11 im Zeitpunkt des Auftretens des Ionenstrommaximums abgefragt wird. Dieser Winkelwert wird dann als Ist-Signal einer Vergleichseinrichtung 18 zugeführt, die weiterhin von einem Sollwertgeber 19 einen Sollwert erhält. Entsprechend der Abweichung des Ist-Signals vom Sollwert wird ein Integrator 20 angesteuert, dessen Ausgangssignal einer Verstelleinrichtung 21 für den Zünd winkel zugeführt wird. Als Zeit- oder Winkelmeßeinrichtung kann eine der üblichen bekannten Einrichtung verwendet wer den, z. B. ein Integrator oder ein Zähler. Gezählt werden kann z. B. auch die Zahl der am Induktivgeber 15 vorbei laufenden Winkelinkremente.

Da im Falle des Vorhandenseins eines ausgeprägten zweiten Maximums M ₂ des Ionenstroms die Lage dieses Maximums in idealer Weise die Lage des Brennraumspitzendrucks angibt, kann der Schaltungsteil zur Ermittlung von α _max so ausge staltet sein, daß zunächst die erste Ableitung daraufhin geprüft wird, ob Null-Durchgänge vorhanden sind und erst bei fehlenden Null-Durchgängen die Lage des zweiten Null- Durchgangs der zweiten Ableitung ermittelt wird.

Bei der Sollwertbildung ist es möglich, die Lage des Spitzen- Drucks, falls erforderlich, zu beeinflussen. Obwohl wie eingangs ausgeführt, der Winkelabstand des Spitzendrucks von OT über den gesamten Betriebsbereich gleich sein kann, ist es unter gewissen Umständen erforderlich, zum Beispiel zu Drehmomentserhöhung bei besonderen Betriebsbedingungen diesen Winkelabstand zu ändern. Dies kann durch einen ent sprechend augestalteten Sollwertgeber erfolgen. Weiterhin kann im Fall einer reinen Zeitmeßeinrichtung für die Er mittlung von α _max hier der Drehzahleinfluß auch den ermittelten α _max-Wert kompensiert werden. Der Sollwert kann in diesem Falle drehzahlabhängig geändert werden. Der genannte Integrator 20 wird in vorteilhafter Weise als elektronischer Integrator ausgebildet, er kann aber auch ein Stellglied mit integrierenden Eigenschaften sein, das gleichzeitig als Verstärker wirkt.

In ergänzender Ausgestaltung wird das Signal a _max weiterhin dazu benutzt, über eine Laufruhereglung die Gemischzusammensetzung zu regeln. Bei dem Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 8 wird ergänzend im Schaltungsteil 22 aus den aufeinanderfolgenden Werten von α _max ein Steuersignal erzeugt, das der Laufunruhe der Brennkraft maschine entspricht. In einer Vergleichseinrichtung 23 wird dieses Signal mit einem Sollwert verglichen, und ein daraus resultierendes Signal auf den Integrator 24 ge geben, dessen Ausgangssignal eine Kraftstoff-Luft-Ver stelleinrichtung 25 bzw. eine Abgasrückführsteuerein richtung steuert.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit Erfassung der Lage des Brennraum-Spitzen-Druckes in bezug auf einen Ist-Abstand dieser Lage vom oberen Totpunkt (OT) durch Erfassen eines nach dem oberen Totpunkt innerhalb eines Meßbereiches von 0° < α < 90° Kurbelwinkel auftretenden Ionenstromverlaufes, den eine im Brennraum angeordnete Ionenstromsonde abgibt, ermitteln der Lage eines den Brennraum-Spitzen-Druck kennzeichnenden Punktes im Ionenstromverlauf durch Differentation und Vergleich des Ist-Abstandes dieses Punktes von OT mit einem Sollwert und Korrektur des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Abweichung des Ist-Abstandes vom Sollwert, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Differentation die erste und die zweite Ableitung des Ionenstromverlaufes gebildet werden, und die Lage des den Brennraum-Spitzen-Druck kenn zeichnenden Punktes durch Aufsuchen des ersten Plus-Minus-Null-Durchgangs der ersten Ableitung ermittelt wird und bei fehlendem Null-Durchgang der ersten Ableitung des Ionenstromverlaufes der erste Plus-Minus-Null-Durchgang der zweiten Ableitung des Ionenstromverlaufes ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Kurbel winkels (α _max), bei dem das Druckmaximum auf tritt, im oberen Totpunkt eine über den Meßbereich von 0° < α < 90° Kurbelwinkel laufende Zeit- oder Winkelmeß einrichtung gestartet wird und der beim Erreichen des ersten Plus-Minus-Durchgangs der ersten bzw. zweiten Ableitung des Ionenstromverlaufs ermittelte Winkelwert als Ist-Wert einer Vergleichseinrichtung zugeführt wird und entsprechend der Abweichung des Ist-Werts vom Sollwert der Zündzeitpunkt verstellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit von wenigstes einem Betriebs parameter, der sich auf die Entflammung des Betriebsgemisches auswirkt (Zündverzug) einstellbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert in Abhängigkeit von wenigstens einem die Information über die momentane Drehzahl der Brennkraft maschine enthaltenen Parameter änderbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Schwankungen des Ist-Werts α _max zusätzlich mit einem Sollwert der maximal zulässigen Schwankungsbreite der Lage der aufeinander während des Arbeitstakts auftretenden Brennraum-Spitzen-Drücke ver glichen werden und entsprechend dem Vergleichsergebnis eine Änderung des Anteils wenigstens eines der Betriebs gemischanteile (Luft, Kraftstoff, oder Inertgas bzw. Abgas) durchgeführt wird.