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DE102004004160B4 - Method for determining the exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine - Google Patents

Method for determining the exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine Download PDF

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DE102004004160B4
DE102004004160B4 DE102004004160A DE102004004160A DE102004004160B4 DE 102004004160 B4 DE102004004160 B4 DE 102004004160B4 DE 102004004160 A DE102004004160 A DE 102004004160A DE 102004004160 A DE102004004160 A DE 102004004160A DE 102004004160 B4 DE102004004160 B4 DE 102004004160B4
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrezirkulationsrate im Brennraum (2) eines Verbrennungsmotors (1), bei dem ein während der Verbrennungsdauer (t) eines Verbrennungsvorgangs im Brennraum (2) infolge eines Prüfimpulses (P) erzeugtes Ionisationssignal (IS) erfasst wird,
dadurch gekennzeichnet,
– dass bei einer Abgasrezirkulation ein Maximalwert (Um) eines aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) des Ionisationssignals (IS) detektiert wird,
– dass ein Mittelwert (MSm, MSh) des aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) bestimmt wird,
– dass ein Verhältnis zwischen dem Mittelwert (MSm, MSh) und dem Maximalwert (Um) des aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) als Maß für die Abgasrezirkulationsrate herangezogen wird, und
– wobei der Mittelwert (MSm, MSh) so lange gebildet wird, bis ein Referenzwert (UR) eines den gleichen Maximalwert (Um) aufweisenden Referenzverlaufes (IR) ohne Abgasrezirkulation gleich Null ist.Method for determining an exhaust gas recirculation rate in the combustion chamber (2) of an internal combustion engine (1), in which an ionization signal (I S ) generated during the combustion period (t) of a combustion process in the combustion chamber (2) as a result of a test pulse (P) is detected,
characterized,
During exhaust gas recirculation, a maximum value (U m ) of a current ionization profile (I Sm , I Sh ) of the ionization signal (I S ) is detected,
- that an average value (M Sm , M Sh ) of the current ionization curve (I Sm , I Sh ) is determined,
- That a ratio between the average value (M Sm , M Sh ) and the maximum value (U m ) of the current ionization curve (I Sm , I Sh ) is used as a measure of the exhaust gas recirculation rate, and
- Wherein the mean value (M Sm , M Sh ) is formed until a reference value (U R ) of the same maximum value (U m ) having reference curve (I R ) is zero without exhaust gas recirculation.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasrezirkulationsrate im Brennraum eines Verbrennungsmotors, bei dem ein während der Verbrennungsdauer eines Verbrennungsvorgangs im Brennraum infolge eines Prüfimpulses erzeugtes Ionisationssignal erfasst wird.The invention relates to a method for determining the exhaust gas recirculation rate in the combustion chamber of an internal combustion engine, in which an ionization signal generated during the combustion period of a combustion process in the combustion chamber as a result of a test pulse is detected.

Insbesondere bei direkt einspritzenden Ottomotoren ist die Wirkung einer externen oder internen Abgasrezirkulation auf die Senkung der Stickoxid-Emissionen bekannt. Diese Senkung der NOx-Emission beruht auf einer Absenkung der Verbrennungstemperatur, die durch die hohe spezifische Wärmekapazität von Kohlendioxid- und Wasseranteilen im Verbrennungsabgas hervorgerufen wird. So kann bei einer Abgasrückführrate von 16% die Stickoxid-Emission auf eine NOx-Konzentration < 250 ppm reduziert werden. Die interne Abgasrezirkulation wird beispielsweise durch eine Ventilüberschneidung der Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors einer Brennkraftmaschine motorintern aufgebaut, wobei das Abgas benachbarten Brennräumen entstammt. Demgegenüber wird die externe Abgasrezirkulation mit einem Abgasrezirkulationsventil realisiert.In particular, in direct-injection gasoline engines, the effect of external or internal exhaust gas recirculation on the reduction of nitrogen oxide emissions is known. This reduction in NO x emission is due to a lowering of the combustion temperature, which is caused by the high specific heat capacity of carbon dioxide and water components in the combustion exhaust gas. Thus, with an exhaust gas recirculation rate of 16%, the nitrogen oxide emission can be reduced to a NO x concentration <250 ppm. The internal exhaust gas recirculation is built up inside the engine, for example by a valve overlap of the intake and exhaust valves of an internal combustion engine of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas comes from adjacent combustion chambers. In contrast, the external exhaust gas recirculation is realized with an exhaust gas recirculation valve.

Mittels eines beispielsweise aus der DE 196 14 388 C1 bekannten Verfahrens zur Regelung des Verbrennungsvorgangs eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbrennungsmotor anhand eines während einer Verbrennungsphase oder eines Verbrennungsvorgangs erfassten Ionisationssignals sind Aussagen über charakteristische Verbrennungsgrößen möglich. Hierzu gehört insbesondere das Verhältnis von Luft zu Brenn- oder Kraftstoff (A/F) bzw. die Luftzahl Lambda (λ).By means of an example from the DE 196 14 388 C1 known method for controlling the combustion process of an air-fuel mixture in an internal combustion engine based on a detected during a combustion phase or a combustion process ionization signal statements about characteristic combustion variables are possible. This includes in particular the ratio of air to fuel or fuel (A / F) or the air ratio lambda (λ).

Bei diesem Verfahren wird während des Verbrennungsvorgangs zeitlich versetzt zu dem die Verbrennung einleitenden Zündimpuls ein elektrischer Prüf- oder Spannungsimpuls an die Zündkerze des jeweiligen Brennraumes des Verbrennungsmotors gelegt. Während der Dauer des Prüfimpulses wird dessen Beeinflussung durch das jeweilige Luft-Kraftstoff-Gemisch des entsprechenden Verbrennungsraumes als elektrische Messgröße erfasst und ein daraus abgeleitetes Ionisationssignal ausgewertet. Der Verlauf des Ionisationssignals in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Kurbelwinkel kann mathematisch, beispielsweise durch Ermittlung des Kurvenintegrals, des Maximums oder bestimmter Kurvenanstiege, ausgewertet werden.In this method, an electrical test or voltage pulse is applied to the spark plug of the respective combustion chamber of the internal combustion engine at a time offset to the ignition pulse initiating the combustion. During the duration of the test pulse whose influence is detected by the respective air-fuel mixture of the corresponding combustion chamber as an electrical parameter and evaluated from a derived ionization signal. The course of the ionization signal as a function of time or the crank angle can be evaluated mathematically, for example by determining the curve integral, the maximum or certain curve slopes.

Aus der DE 199 12 895 A1 geht ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasrückführungssystems hervor. Hierzu wird der aktuelle Verlauf des Ionisationssignals mit Referenzwerten verglichen. Diese Referenzwerte werden bei verschiedenen Restgasmengen erhalten. Der aktuelle Verlauf des Ionisationssignals und dessen Maximalwert wird mit einem Referenzverlauf ohne Abgasrezirkulation verglichen.From the DE 199 12 895 A1 shows a method for monitoring an exhaust gas recirculation system. For this purpose, the current course of the ionization signal is compared with reference values. These reference values are obtained for different amounts of residual gas. The current course of the ionization signal and its maximum value is compared with a reference curve without exhaust gas recirculation.

Die DE 199 16 204 C1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasrezirkulationsrate im Brennraum eines Verbrennungsmotors, bei dem ein Ionisationssignal erfasst wird, das während der Verbrennungsdauer eines Verbrennungsvorgangs im Brennraum infolge eines Prüfimpulses erzeugt wird. Dabei wird der Mittelwert des Ionisationsverlaufs bestimmt und dieser Mittelwert als Maß für die Abgasrezirkulationsrate herangezogen.The DE 199 16 204 C1 describes a method for determining the exhaust gas recirculation rate in the combustion chamber of an internal combustion engine, in which an ionization signal is detected, which is generated during the combustion period of a combustion process in the combustion chamber as a result of a test pulse. In this case, the mean value of the ionization curve is determined and this mean value is used as a measure of the exhaust gas recirculation rate.

Erkanntermaßen tritt bei der Abgasrezirkulation (AGR) mit steigender Rezirkulationsrate eine zunehmende Verschleppung der Verbrennung, d. h. eine Verschiebung des Ionisationsverlaufes in Richtung größerer Kurbelwellenwinkel und damit einer späteren Verbrennung auf. Diese wirkt sich bei einer einen bestimmten Wert überschreitenden Abgasrezirkulationsrate ungünstig auf das Zündverhalten und die Brenngeschwindigkeit aus. Außerdem sind zunehmend Schwankungen des maximalen Verbrennungsdrucks beobachtet worden, die die Motorleistung der Brennkraftmaschine und deren Effizienz reduzieren.As is known, with exhaust gas recirculation (EGR), as the recirculation rate increases, there is an increasing carry-over of combustion, i. H. a shift of the ionization in the direction of larger crankshaft angle and thus a subsequent combustion. This has an unfavorable effect on the ignition behavior and the burning speed when the exhaust gas recirculation rate exceeds a specific value. In addition, variations in the maximum combustion pressure have been increasingly observed which reduce the engine power of the engine and its efficiency.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Abgasrezirkulationsrate eines Verbrennungsmotors oder einer Brennkraftmaschine anzugeben. Insbesondere soll die Bestimmung der rezirkulierenden Rate des Abgases zylinderselektiv im Verhältnis zur Frischgasmenge, d. h. zur Menge des zugeführten Luft-Brenn- oder Kraftstoffgemisches ermöglicht werden.The invention is therefore based on the object of specifying a particularly suitable method for determining the exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine or an internal combustion engine. In particular, the determination of the recirculating rate of the exhaust gas cylinder selectively in relation to the amount of fresh gas, d. H. be made possible to the amount of supplied air-fuel or fuel mixture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu werden bei vorhandener Abgasrezirkulation der aktuelle Verlauf des Ionisationssignals und dessen Maximalwert detektiert. Durch diesen Maximalwert wird ein den Verlauf eines Ionisationssignals ohne Abgasrezirkulation repräsentierender oder abbildender Referenzverlauf gelegt. Aus dem Grad der Abweichung des aktuellen Verlaufs des Ionisationssignals vom Referenzverlauf kann die Rate der Abgasrezirkulation bestimmt werden. Mit anderen Worten: Der Grad der Abweichung des aktuellen Verlaufs vom Referenzverlauf wird als Maß für die Abgasrezirkulationsrate herangezogen.This object is achieved by the features of claim 1. For this purpose, the actual course of the ionization signal and its maximum value are detected in existing exhaust gas recirculation. This maximum value is used to set a reference curve representing the course of an ionization signal without exhaust gas recirculation. From the degree of deviation of the current course of the ionization signal from the reference curve, the rate of exhaust gas recirculation can be determined. In other words, the degree of deviation of the actual course from the reference curve is used as a measure of the exhaust gas recirculation rate.

In zweckmäßiger Weiterbildung werden ab dem Zeitpunkt des Überschreitens eines Referenzwertes des Referenzverlaufs durch den zu diesem Zeitpunkt aktuellen Ionisationswert die Flächeninhalte der Verlaufskurven ermittelt und deren Verhältnis gebildet. Dazu werden vorteilhafterweise während vorgebbarer Zeitintervalle innerhalb der Verbrennungsdauer die Differenz einzelner Flächenanteile der Verlaufskurven ermittelt und die Flächenanteile summiert. Dabei wird zweckmäßigerweise aus den innerhalb der vorgebbaren Zeitintervalle über die Verbrennungsdauer ermittelten und aufsummierten Flächendifferenzen der Verlaufskurven der Flächeninhalt zwischen den Verlaufskurven ermittelt. Die Aufsummierung der Flächeninhalte erfolgt zweckmäßigerweise solange, bis der Referenzwert des Referenzverlaufes gleich Null ist.In an expedient development, from the point in time at which a reference value of the reference curve is exceeded by the ionization value current at that time, the area contents of the course curves are determined and their ratio is formed. These are advantageously during predeterminable time intervals within the Combustion determined the difference of individual surface portions of the trajectories and sums the area shares. In this case, it is expedient to determine the surface area between the course curves from the surface differences of the course curves determined and accumulated over the combustion time within the predefinable time intervals. The summation of the area is expediently carried out until the reference value of the reference curve is equal to zero.

Unter Berücksichtigung der Erkenntnis, dass der Verlauf des Ionisationssignals mit höher werdender Abgasrezirkulationsrate zunehmend vom Ionisationssignal ohne Abgasrezirkulation abweicht, kann bereits aus der Größe der Abweichung des Flächeninhalts gegenüber dem unter dem Ionisationssignal ohne Abgasrezirkulation gebildeten Flächeninhalt auf die Rate der Abgasrezirkulation geschlossen werden. Daher wird in einfacher Weise während der Verbrennungsdauer der Flächeninhalt zwischen dem Verlauf des aktuellen Ionisationssignals und dem Referenzverlauf bestimmt. Aus dem Verhältnis zwischen diesem Flächeninhalt und dem Flächeninhalt des ein Ionisationssignal ohne Abgasrezirkulation repräsentierenden Referenzverlaufs wird dann auf die Höhe der Abgasrezirkulation zumindest quantitativ geschlossen, d. h. ob es sich beispielsweise um eine hohe, eine mittlere oder eine niedrige Abgasrezirkulationsrate handelt.Taking into account the knowledge that the course of the ionization signal with increasing exhaust gas recirculation rate increasingly deviates from the ionization signal without exhaust gas recirculation, the rate of exhaust gas recirculation can already be deduced from the size of the deviation of the surface area from the surface area formed under the ionization signal without exhaust gas recirculation. Therefore, the area between the course of the current ionization signal and the reference curve is determined in a simple manner during the combustion period. From the relationship between this surface area and the surface area of the reference curve representing an ionization signal without exhaust gas recirculation is then closed at least quantitatively on the amount of exhaust gas recirculation, d. H. whether it is, for example, a high, medium or low exhaust gas recirculation rate.

Alternativ wird ab dem Zeitpunkt des Maximalwertes des aktuellen Ionisationssignals der Mittelwert des Ionisationsverlaufes bestimmt. Aus dem Verhältnis zwischen diesem Mittelwert und dem Maximalwert des Ionisationsverlaufs kann dann in einfacher Art und Weise die Rate der Abgasrezirkulation wiederum zumindest quantitativ bestimmt werden. Dieses Verhältnis wird dann als Maß für die Abgasrezirkulationsrate herangezogen. Um hierbei ein geeignetes Zeitfenster oder Zeitintervall für die Mittelwertbildung festzulegen, wird zweckmäßigerweise der Mittelwert solange gebildet, bis der Referenzwert des oder eines den gleichen Maximalwert aufweisenden Referenzverlaufs des Ionisationssignals ohne Abgasrezirkulation gleich Null ist.Alternatively, the mean value of the ionization curve is determined from the time of the maximum value of the current ionization signal. From the ratio between this mean value and the maximum value of the ionization curve, the rate of exhaust gas recirculation can then be determined at least quantitatively again in a simple manner. This ratio is then used as a measure of the exhaust gas recirculation rate. In order to determine a suitable time window or time interval for averaging, the mean value is expediently formed until the reference value of the reference curve of the ionization signal having the same maximum value and without exhaust gas recirculation is equal to zero.

Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 schematisch ein Schaltbild zur Erzeugung und Auswertung eines Ionisationssignals, 1 schematically a circuit diagram for the generation and evaluation of an ionization signal,

2 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf des Ionisationssignals infolge eines Prüf- oder Spannungsimpulses während eines den Arbeitstakt eines Verbrennungsmotors charakterisierenden Verbrennungsvorgangs, 2 in a voltage-time diagram, the course of the ionization signal as a result of a test or voltage pulse during a combustion process characterizing the working cycle of an internal combustion engine,

3 in einem Diagramm gemäß 1 unterschiedliche Kurvenverläufe von Ionisationssignalen bei verschieden hohen Abgasrezirkulationsraten, und 3 in a diagram according to 1 different curves of ionization signals at different levels of exhaust gas recirculation rates, and

4 in einem Diagramm gemäß 2 einen aktuellen Ionisationsverlauf und einen zugehörigen Referenzverlauf. 4 in a diagram according to 2 a current ionization curve and an associated reference curve.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Gemäß 1 weist ein Verbrennungsmotor 1 mindestens einen nachfolgend als Brennraum 2 bezeichneten Zylinder mit darin beweglichem Kolben 3 und mit einer Zündkerze 4 auf. Eine Zündspuleneinheit 5 mit einer Primärwicklung 5a und einer Sekundärwicklung 5b wird primärseitig von einem Unterbrecherkontakt 6 geschaltet. Während einer nachfolgend als Verbrennungsvorgang bezeichneten Verbrennungsphase wird an der Zündkerze 4 zunächst von der Zündspuleneinheit 5 ein Zündimpuls Z und diesem gegenüber zeitverzögert von einem Impulsgenerator 7 ein Prüf- oder Spannungsimpuls P erzeugt.According to 1 has an internal combustion engine 1 at least one below as a combustion chamber 2 designated cylinder with therein movable piston 3 and with a spark plug 4 on. An ignition coil unit 5 with a primary winding 5a and a secondary winding 5b is on the primary side of a breaker contact 6 connected. During a combustion phase referred to hereinafter as the combustion process, the spark plug is fired 4 first of the ignition coil unit 5 an ignition pulse Z and this time-delayed by a pulse generator 7 generates a test or voltage pulse P.

2 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Zündimpuls Z und den zeitlich diesem nachfolgenden, vorzugsweise rechteckförmigen, strichliniert dargestellten Spannungsimpuls P. Während die Zündspannung des Zündimpulses Z zum Zeitpunkt t0 etwa 15 kV beträgt, liegt die Amplitude U0 des rechteckförmigen Spannungsimpulses P zwischen 100 V und 1000 V. Diese Spannung oder Spannungsamplitude U0 wird mittels des Impulsgenerators 7 vor einem Messwiderstand Rm während einer Impulsdauer t2 – t1 = Δt auf einem konstanten Wert von vorzugsweise U0 = 600 V gehalten. 2 shows in a voltage-time diagram, the ignition pulse Z and the temporal this subsequent, preferably rectangular, dashed lines shown voltage pulse P. While the ignition voltage of the ignition Z at time t 0 is about 15 kV, the amplitude U 0 of the rectangular voltage pulse P is between 100 V and 1000 V. This voltage or voltage amplitude U 0 is determined by means of the pulse generator 7 held in front of a measuring resistor R m during a pulse duration t 2 - t 1 = .DELTA.t to a constant value of preferably U 0 = 600 V.

Der dem Impulsgenerator 7 nachgeschaltete Messwiderstand Rm ist über eine Messleitung 8 an eine Kontaktstelle 9 mit einer zur Zündkerze 4 führenden Zündleitung 10 geführt. Infolge der während der Verbrennung der Brenngase im Brennraum 2 auftretenden Ionisation fließt über den Messwiderstand Rm ein Ionisationsstrom Im, der nach dem Ohm'schen Gesetz zu einem entsprechenden Spannungsabfall am Messwiderstand Rm führt (Um = Rm·Im). Die in Stromflussrichtung hinter dem Messwiderstand Rm abgreifbare Messspannung Um, deren in 2 gezeigter Verlauf nachfolgend als Ionisationssignals Is bezeichnet wird, ist proportional zum Ionisationsstrom Im. Der sich abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches (A/F) im Brennraum 2 über die Dauer des Spannungsimpulses P im Zeitintervall Δt ergebende zeitabhängige Verlauf der Messspannung Um wird über den Messwiderstand Rm in einer Auswerteschaltung 11 erfasst. Gleichzeitig ist der zwischen dem Impulsgenerator 7 und dem Messwiderstand Rm abgegriffene rechteckförmige Spannungsimpuls P ebenfalls an die Auswerteschaltung 11 geführt.The pulse generator 7 downstream measuring resistor R m is via a measuring line 8th to a contact point 9 with one to the spark plug 4 leading ignition cable 10 guided. As a result of during the combustion of the combustion gases in the combustion chamber 2 occurring ionization flows through the measuring resistor R m an ionization current I m , which leads according to Ohm's law to a corresponding voltage drop across the measuring resistor R m (U m = R m · I m ). The measuring voltage U m , which can be tapped behind the measuring resistor R m in the current flow direction, whose in 2 is shown below as ionization signal I s , is proportional to the ionization current I m . Depends on the particular composition of the air-fuel mixture (A / F) in the combustion chamber 2 over the duration of the voltage pulse P in the time interval .DELTA.t resulting time-dependent course of the measuring voltage U m is via the measuring resistor R m in an evaluation circuit 11 detected. At the same time that is between the pulse generator 7 and the measuring resistor R m tapped rectangular voltage pulse P also to the evaluation circuit 11 guided.

Zur Erfassung des Zündzeitpunkts t0 ist der Impulsgenerator 7 über eine Signalleitung 12 an den Unterbrecherkontakt 6 oder an die Zündspuleneinheit 5 geführt. Zur Entkopplung der Sekundärwicklung 5b der Zündspuleneinheit 5 vom Spannungsimpuls P sind in die die Sekundärwicklung 5b mit der Zündkerze 4 verbindende Zündleitung 10 im Ausführungsbeispiel zwei spannungsabhängige Widerstände Rs geschaltet. Dadurch ist gewährleistet, dass einerseits der Zündimpuls Z an die Zündkerze 4 und andererseits der Prüfimpuls P zeitlich nach dem Zündimpuls Z zur Zündkerze 4 gelangt. Die Auswerteschaltung 11 erhält zudem einen elektrischen Sollwert SL. Dieser entspricht einem für den Motorbetrieb gewünschten Lambda-Sollwert mit λ = 0,8 bis λ = 1,3, beispielsweise λ = 1.For detecting the ignition timing t 0 is the pulse generator 7 via a signal line 12 to the breaker contact 6 or to the ignition coil unit 5 guided. For decoupling the secondary winding 5b the ignition coil unit 5 from the voltage pulse P are in the secondary winding 5b with the spark plug 4 connecting ignition cable 10 in the embodiment, two voltage-dependent resistors R s connected. This ensures that on the one hand the ignition pulse Z to the spark plug 4 and on the other hand, the test pulse P in time after the ignition pulse Z to the spark plug 4 arrives. The evaluation circuit 11 also receives an electrical setpoint S L. This corresponds to a lambda desired value for the engine operation with λ = 0.8 to λ = 1.3, for example λ = 1.

Die Spannungshöhe oder -amplitude U0 des Spannungsimpulses P ist an den strichliniert angedeuteten elektrischen Widerstand RI der innerhalb des Brennraums 2 gebildeten Ionisationsstrecke angepasst. Dabei ist die Spannungsamplitude U0 des Spannungsimpulses P derart gewählt, dass in allen Motor- oder Betriebszuständen eine Messung des Ionisationsstroms Im bzw. der Ionisationsspannung Um und damit des Ionisationssignals IS im linearen Bereich des sich aus der Strom-Spannungs-Abhängigkeit ergebenden Funktionsverlaufs erfolgt.The voltage level or amplitude U 0 of the voltage pulse P is at the dashed line indicated electrical resistance R I within the combustion chamber 2 adjusted Ionisationsstrecke formed. In this case, the voltage amplitude U 0 of the voltage pulse P is selected such that in all engine or operating states, a measurement of the ionization current I m and the ionization voltage U m and thus the ionization I s in the linear region resulting from the current-voltage dependence Function course takes place.

Der sich durch diese Ionisationsmessung ergebende zeitliche Verlauf des Ionisationssignals IS ist in 2 für einen Lambda-Wert von λ ≅ 1 gezeigt. Der zugehörige Ionisationsstrom Im ergibt sich dann gemäß der Beziehung Im = Um·L, wobei L der dem reziproken elektrischen Widerstand RI entsprechende Leitwert des ionisierten Brenngases ist (L = RI –1).The time profile of the ionization signal I S resulting from this ionization measurement is in 2 for a lambda value of λ ≅ 1 shown. The associated ionization current I m then results according to the relationship I m = U m * L, where L is the conductance of the ionized fuel gas corresponding to the reciprocal electrical resistance R I (L = R I -1 ).

Bei einer aktuellen Ionisationsmessung während des Zeitintervalls Δt ergibt sich dieser funktionale Zusammenhang aus dem von der Auswerteschaltung 11 erfassten zeitlichen Verlauf des am Messwiderstand Rm bewirkten Spannungsabfall infolge des über die Ionisationsstrecke fließenden Ionisationsstroms Im. Die Ionisationsstrecke ist dabei durch die Reihenschaltung aus dem Messwiderstand Rm und der Zündkerze 4 sowie dem elektrischen Widerstand RI des im Brennraum 2 ionisierten Brennstoffs gebildet. An diese Ionisationsstrecke ist der Spannungsimpuls P gelegt.With a current ionization measurement during the time interval Δt, this functional relationship results from that of the evaluation circuit 11 recorded temporal course of the voltage drop caused by the measuring resistor R m due to the ionization current I m flowing through the ionization path. The ionization path is through the series connection of the measuring resistor R m and the spark plug 4 and the electrical resistance R I in the combustion chamber 2 ionized fuel formed. The voltage pulse P is applied to this ionization path.

Die Auswerteschaltung oder -einrichtung 11 vergleicht den jeweiligen Ist-Wert des Ionisationsssignals IS mit dem voreingestellten elektrischen Sollwert SL und berechnet für den folgenden Zündvorgang eine Anzahl von Stellgrößen S1...n. Beispielsweise wird eine Stellgröße S1 für eine die Zufuhr von Luft A in den Brennraum 2 einstellende Drosselklappe 13, eine Stellgröße S2 für ein die Zufuhr von Brennstoff F in den Brennraum 2 einstellendes Einspritzsystem 14 und/oder eine weitere Stellgröße S3 ermittelt, die über eine Signalleitung 15 zur Verstellung des Zündzeitpunkts an den Unterbrecherkontakt 6 geführt ist. Mittels eines Zündverteilers 16 werden die Zündimpulse Z und die Spannungsimpulse P zeitlich nacheinander an weitere vorhandene Brennräume 2 des Verbrennungsmotors 1 gelegt.The evaluation circuit or device 11 compares the respective actual value of the ionization signal I S with the preset electrical desired value S L and calculates a number of manipulated variables S 1... n for the following ignition process. For example, a manipulated variable S 1 for a supply of air A in the combustion chamber 2 adjusting throttle 13 , a manipulated variable S 2 for a supply of fuel F in the combustion chamber 2 adjusting injection system 14 and / or a further manipulated variable S 3 determined, which via a signal line 15 for adjusting the ignition timing to the breaker contact 6 is guided. By means of an ignition distributor 16 the ignition pulses Z and the voltage pulses P are successively in time to another existing combustion chambers 2 of the internal combustion engine 1 placed.

3 veranschaulicht die Abhängigkeit des Verlaufs des Ionisationssignals IS vom Vorhandensein einer Abgasrezirkulation (AGR). Dabei repräsentiert der zeitliche Verlauf des Ionisationssignals IS einen ungestörten Verbrennungszyklus ohne Abgasrezirkulation. Das Ionisationssignal ISm repräsentiert den zeitlichen Verlauf bei einer mittleren Abgasrezirkulationsrate, während das Ionisationssignal ISh den typischen Verlauf bei einer hohen Abgasrezirkulationrate darstellt. Erkennbar ist, dass sich mit steigender Abgasrezirkulation der zeitliche Verlauf der Ionisationssignale IS dergestalt verändert, dass am Ende eines Verbrennungszyklus, d. h. zum Zeitpunkt te nach Ablauf der Verbrennungsdauer eine mit steigender Abgasrückführungsrate zunehmende Restionisation meßbar ist, die auch schwanken kann. Die gestrichelten Linien in 3 stellen Mittelwerte MS = MR, MSm und MSh der typischen Ionisationsverläufe IS, ISm bzw. ISh dar. 3 illustrates the dependence of the course of the ionization signal I S on the presence of exhaust gas recirculation (EGR). In this case, the time profile of the ionization signal I S represents an undisturbed combustion cycle without exhaust gas recirculation. The ionization signal I Sm represents the time course at a mean exhaust gas recirculation rate, while the ionization signal I Sh represents the typical curve at a high exhaust gas recirculation rate. It can be seen that with increasing exhaust gas recirculation, the time profile of the ionization signals I S changed such that at the end of a combustion cycle, ie at time t e after the expiration of the combustion time an increasing with increasing exhaust gas recirculation rate residual ionization is measurable, which can also vary. The dashed lines in 3 represent mean values M S = M R , M Sm and M Sh of the typical ionization curves I S , I Sm and I Sh , respectively.

Zur Bestimmung der Abgasrezirkulationsrate im jeweils betrachteten Brennraum 2 ist in 4 beispielhaft der eine vergleichsweise hohe Abgasrezirkulation repräsentierende Verlauf des Ionisationssignals ISh herangezogen. Dieses Ionisationssignal ISh ist der aktuelle Verlauf der zunächst während der Verbrennung zyklisch gemessenen Ionisation über die Verbrennungsdauer t. Anschließend wird der Maximalwert Um der Ionisation bzw. des Ionisationssignals ISh detektiert. Durch diesen Maximalwert Um wird eine Referenzkurve IR gelegt, deren Verlauf dem zweckmäßigerweise idealisierten Ionisationssignal IS ohne Abgasrezirkulation entspricht oder diesem angenähert ist.To determine the exhaust gas recirculation rate in each considered combustion chamber 2 is in 4 by way of example, the curve of the ionization signal I Sh representing a comparatively high exhaust gas recirculation is used. This ionization signal I Sh is the current profile of the ionization measured cyclically during combustion over the combustion time t. Subsequently, the maximum value U m of the ionization or of the ionization signal I Sh is detected. By this maximum value U m , a reference curve I R is laid, the course of which corresponds to the expediently idealized ionization signal I S without exhaust gas recirculation or is approximated.

Ab dem Zeitpunkt t1, ab dem der nachfolgend aktuell gemessene Ionisationswert Ua des Ionisationssignals ISh größer ist als der Referenzwert UR des Referenzverlaufs IR, wird der Flächeninhalt b im Zeitintervall dt = tn – tn-1 durch Bildung der Differenz zwischen dem Flächeninhalt oder Flächenanteil unter dem Kurvenverlauf des Ionisationssignals ISh und dem Flächeninhalt bzw. Flächenanteil unter der Kurve des Referenzverlaufs IR ermittelt. Dabei gilt als Voraussetzung oder Einschränkung, dass der Wert Ua des Ionisationssignals ISh größer ist als der Wert UR des Referenzverlaufs IR zu demselben Zeitpunkt tn(Ua(tn) > UR(tn)).From the time t 1 , from which the subsequently measured ionization value U a of the ionization signal I Sh is greater than the reference value U R of the reference curve I R , the surface area b in the time interval dt = t n - t n-1 by forming the difference between the area or area fraction under the curve of the ionization I Sh and the surface area or area fraction under the curve of the reference curve I R determined. It is a prerequisite or restriction that the value U a of the ionization I Sh is greater than the value U R of the reference curve I R at the same time t n (U a (t n )> U R (t n )).

Die auf diese Weise ermittelten Flächenanteile b innerhalb folgender Zeitintervalle dt = tn+1 – tn werden zum Flächeninhalt B zwischen dem Kurvenverlauf des gemessenen Ionisationssignals ISh und dem Referenzverlauf IR aufsummiert. Anschließend werden der Flächeninhalt A unter der Referenzkurve oder dem Reverenzverlauf IR und der ermittelte Flächeninhalt B zwischen dem Verlauf des gemessenen Ionisationssignals ISh und dem Reverenzverlauf IR zueinander ins Verhältnis gesetzt. Mit steigender Abgasrezirkulationsrate erhöht oder vergrößert sich der Flächeninhalt oder Flächenanteil B im Vergleich zum Flächeninhalt bzw. Flächenanteil A. Das Verhältnis der Flächeninhalte oder -anteile A/B ist somit ein Maß für die Abgasrezirkulationsrate in diesem Brennraum 2.The surface portions b determined in this way within the following time intervals dt = t n + 1 -t n are summed up to the surface area B between the curve of the measured ionization signal I Sh and the reference curve I R. Subsequently, the area A under the reference curve or the Reverenzverlauf I R and the determined surface area B between the course of the measured ionization signal I Sh and the Reverenzverlauf I R are set in relation to each other. As the exhaust gas recirculation rate increases, the surface area or area ratio B increases or increases in comparison to the surface area or area ratio A. The ratio of area contents or proportions A / B is thus a measure of the exhaust gas recirculation rate in this combustion chamber 2 ,

Der Anstieg des Flächenanteils B mit steigender Abgasrezirkulationsrate wird deutlich bei Betrachtung der unterschiedlichen Verläufe des Ionisationssignals ISm bei mittlerer Abgasrezirkulation im Vergleich zum Ionisationssignal ISh einer hohen Abgasrezirkulation. Erkennbar ist hierbei, dass der Flächeninhalt zwischen dem Verlauf des Ionisationssignals IS ohne Abgasrezirkulation und dem Verlauf des Ionisationssignals ISm kleiner ist als der Flächeninhalt zwischen dem Verlauf des Ionisationssignals IS und dem Verlauf des Ionisationssignals ISh mit hoher Abgasrezirkulation.The increase of the area fraction B with increasing exhaust gas recirculation rate becomes clear when considering the different courses of the ionization signal I Sm with average exhaust gas recirculation compared to the ionization signal I Sh of a high exhaust gas recirculation. It can be seen here that the surface area between the profile of the ionization signal I S without exhaust gas recirculation and the course of the ionization signal I Sm is smaller than the area between the course of the ionization I s and the course of the ionization I Sh with high exhaust gas recirculation.

Der Vergleich der Kurvenverläufe des aktuell gemessenen Ionisationssignals ISh oder ISm mit dem Referenzverlauf IR unter Berücksichtigung des jeweils gleichen Maximalwertes Um erfolgt zweckmäßigerweise in der Auswerteschaltung oder Auswerteeinrichtung 11. Diese weist hierzu vorzugsweise einen entsprechenden Prozessor oder μ-Controller auf, der die beschriebenen Kurvenvergleiche, Auswertungen und Berechnungen nach einem entsprechenden Algorithmus ausführt.The comparison of the curves of the currently measured ionization signal I Sh or I Sm with the reference curve I R taking into account the respective same maximum value U m is expediently carried out in the evaluation circuit or evaluation device 11 , For this purpose, this preferably has a corresponding processor or μ-controller, which executes the described curve comparisons, evaluations and calculations according to a corresponding algorithm.

Um den hierfür erforderlichen Rechen- und Speicheraufwand zu verringern, kann auch ein alternatives Verfahren durchgeführt werden. Hierzu wird zunächst wiederum der aktuelle Verlauf des Ionisationssignals ISh oder ISm bei einer Abgasrezirkulation gemessen. Auch wird wiederum der Maximalwert. Um dieses Signals ISh bzw. ISm ermittelt. Zudem wird der Zeitpunkt tm dieses Maximalwertes Um erfasst. Ab diesem Zeitpunkt tm wird der Mittelwert MSh bzw. MSm ermittelt.In order to reduce the computational and memory costs required for this, an alternative method can also be carried out. For this purpose, the actual course of the ionization signal I Sh or I Sm is again measured in an exhaust gas recirculation. Also, again, the maximum value. U m of this signal I Sh or I Sm determined. In addition, the time t m of this maximum value U m is detected. From this point in time t m , the mean value M Sh or M Sm is determined.

Wie aus 3 ersichtlich ist, verschiebt sich dieser Mittelwert MS, MSm, MSh mit zunehmender Abgasrezirkulationsrate hin zu höheren Werten. So ist der Mittelwert MS des Ionisationssignals IS ohne Abgasrezirkulation – oder auch der Mittelwert MR eines entsprechenden Referenzsignals IR – kleiner als der Mittelwert MSm einer mittleren Abgasrezirkulationsrate. Dieser Mittelwert MSm ist wiederum kleiner als der Mittelwert MSh eines aktuell gemessenen Ionisationssignals ISh bei vergleichsweiser hoher Abgasrezirkulation. Das Verhältnis MSm/Um oder MSh/Um dieses Mittelwertes MSm bzw. MSh zum jeweiligen Maximalwert Um ist wiederum ein Maß für die Abgasrezirkulationsrate.How out 3 As can be seen, this mean value M S , M Sm , M Sh shifts towards higher values with increasing exhaust gas recirculation rate. Thus, the mean value M S of the ionization signal I S without exhaust gas recirculation - or the mean value M R of a corresponding reference signal I R - is smaller than the mean value M Sm of a mean exhaust gas recirculation rate. This mean value M Sm is in turn smaller than the mean value M Sh of a currently measured ionization signal I Sh at comparatively high exhaust gas recirculation. The ratio M Sm / U m or M Sh / U m of this mean value M Sm or M Sh to the respective maximum value U m is in turn a measure of the exhaust gas recirculation rate.

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrezirkulationsrate im Brennraum (2) eines Verbrennungsmotors (1), bei dem ein während der Verbrennungsdauer (t) eines Verbrennungsvorgangs im Brennraum (2) infolge eines Prüfimpulses (P) erzeugtes Ionisationssignal (IS) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einer Abgasrezirkulation ein Maximalwert (Um) eines aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) des Ionisationssignals (IS) detektiert wird, – dass ein Mittelwert (MSm, MSh) des aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) bestimmt wird, – dass ein Verhältnis zwischen dem Mittelwert (MSm, MSh) und dem Maximalwert (Um) des aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) als Maß für die Abgasrezirkulationsrate herangezogen wird, und – wobei der Mittelwert (MSm, MSh) so lange gebildet wird, bis ein Referenzwert (UR) eines den gleichen Maximalwert (Um) aufweisenden Referenzverlaufes (IR) ohne Abgasrezirkulation gleich Null ist.Method for determining an exhaust gas recirculation rate in the combustion chamber ( 2 ) of an internal combustion engine ( 1 ), in which a during the combustion time (t) of a combustion process in the combustion chamber ( 2 ) As a result of a test pulse (P) generated ionisation signal (I S) is detected, characterized in that - at a flue gas recirculation, a maximum value (U m) of a current Ionisationsverlaufs (I Sm, I Sh) of the ionisation signal (I S) is detected, - an average value (M Sm , M Sh ) of the current ionization curve (I Sm , I Sh ) is determined, - a ratio between the mean value (M Sm , M Sh ) and the maximum value (U m ) of the current ionization curve (I Sm , I Sh ) is used as a measure of the exhaust gas recirculation rate, and - wherein the mean value (M Sm , M Sh ) is formed until a reference value (U R ) of the same maximum value (U m ) having reference curve (I R ) without exhaust gas recirculation is zero. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert (MSm, MSh) des aktuellen Ionisationsverlaufs (ISm, ISh) ab einem Zeitpunkt (tm) des Maximalwertes (Um) bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that the mean value (M Sm , M Sh ) of the current ionization curve (I Sm , I Sh ) is determined from a time point (t m ) of the maximum value (U m ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Zündspannung über wenigstens einen spannungsabhängigen Widerstand Rs an eine Zündkerze 4 gelangt.Method according to one of claims 1 or 2, wherein an ignition voltage via at least one voltage-dependent resistor R s to a spark plug 4 arrives.
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