DE10145649B4

DE10145649B4 - Method for evaluating and controlling combustion processes in diesel engines with regard to soot turnover

Info

Publication number: DE10145649B4
Application number: DE10145649.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Diezemann
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10145649A1

Abstract

Verfahren zur Bewertung von Verbrennungsvorgängen bei Dieselmotoren hinsichtlich des Rußumsatzes am Ende eines Verbrennungsvorganges, bei welchem Verbrennungsstrahlung mittels eines optischen Sensors im Brennraum (2) aufgenommen wird und der Verlauf eines Signals der Strahlungsintensität mindestens zweier ausgewählter Spektralbereiche, der bei der Verbrennung emittierten Strahlung (Q) analysiert wird, wobei, aus der Verbrennungsstrahlung gefilterte Spektralbereiche von Ruß- und OH-Strahlung (QRuß, QOH) ausgewertet werden, indem die Kurvenverläufe des Intensitätssignals von Ruß- und OH-Strahlung (QRuß, QOH) miteinander verglichen werden, indem: – die Signale von Ruß- und OH-Strahlung (QRuß, QOH) normiert werden, – das Integral (I_intnorm_Ruß, I_intnorm_OH) der normierten Signale von Ruß- und OH-Strahlung (QRuß, QOH) über jeweils einen Verbrennungsvorgang gebildet wird, – die so erhaltenen Integralwerte (I_intnorm_Ruß, I_intnorm_OH) der normierten Signale von Ruß- und OH-Strahlung (QRuß, QOH) voneinander subtrahiert werden und anhand dieser Differenz (D) der Rußumsatz am Ende der Verbrennung bewertet wird, wobei kleine Werte dieser Differenz (D) kennzeichnend für geringen Rußumsatz sind.Method for evaluating combustion processes in diesel engines with regard to the soot conversion at the end of a combustion process, in which combustion radiation is recorded by means of an optical sensor in the combustion chamber (2) and the course of a signal of the radiation intensity of at least two selected spectral regions of the radiation emitted during combustion (Q) is analyzed, wherein, from the combustion radiation filtered spectral ranges of soot and OH radiation (QFuß, QOH) are evaluated by the curves of the intensity signal of soot and OH radiation (QRuß, QOH) are compared with each other by: - Signals of soot and OH radiation (QRuß, QOH) are normalized, - the integral (I_intnorm_Ruß, I_intnorm_OH) of the normalized signals of soot and OH radiation (QRuß, QOH) is formed via a respective combustion process, - the thus obtained Integral values (I_intnorm_circle, I_intnorm_OH) of the normalized signals of soot and OH-radiation (QRoil, QOH) are subtracted from each other and from this difference (D) the soot conversion is evaluated at the end of the combustion, small values of this difference (D) being indicative of low soot turnover.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung und Steuerung von Verbrennungsvorgängen bei Dieselmotoren hinsichtlich des Rußumsatzes am Ende der aktiven Verbrennung eines Verbrennungsvorganges.The invention relates to a method for evaluating and controlling combustion processes in diesel engines with regard to the soot conversion at the end of the active combustion of a combustion process.

Der Rußausstoß eines Dieselmotors entsteht hauptsächlich bei Verbrennungsvorgängen unter extremem Luftmangel. Es entstehen während der Verbrennung kohlenstoffreiche Makromoleküle, die sich anschließend zu Rußpartikeln zusammenballen. Die so gebildeten Rußpartikel sind unerwünschter Schadstoffausstoß und Hauptkomponente der vom Dieselmotor ausgestoßenen Partikelmasse. Im Hinblick auf immer strengere Anforderungen des Gesetzgebers sowie auf die Entwicklung von Motoren mit geringem Partikelausstoß ist es wünschenswert, die Rußbildung am Dieselmotor zu erkennen bzw. weitergehend durch geeignete Maßnahmen auf ein Minimum zu begrenzen. Maßnahmen dafür sind nachfolgende Partikelfilter, die bei der Verbrennung anfallende Rußpartikel abfiltern. Es ist jedoch wünschenswert, bereits die bei der Verbrennung entstehende Rußmasse auf ein Minimum zu begrenzen. Dazu muss die Verbrennung bezüglich der Rußmasse, die am Ende des aktiven Verbrennungsprozesse vorliegt, bewertet werden, um onlinefähig auf veränderte Bedingungen reagieren zu können. Dies ist sowohl für die Applikation der Einspritzkenngrößen von Dieselmotoren am Prüfstand, als auch im Fahrbetrieb wichtig, um z. B. Fehlerzustände erkennen zu können.The soot emissions of a diesel engine arise mainly during combustion processes under extreme lack of air. During combustion, carbon-rich macromolecules are formed, which subsequently aggregate into soot particles. The resulting soot particles are undesirable pollutant emissions and major component of the particulate matter ejected from the diesel engine. In view of ever stricter requirements of the legislature and the development of engines with low particulate emissions, it is desirable to recognize the soot formation on the diesel engine or to further minimize by appropriate measures to a minimum. Measures for this are the following particle filters that filter off soot particles that accumulate during combustion. However, it is desirable to minimize the soot mass produced during combustion to a minimum. For this purpose, the combustion must be evaluated in terms of the soot mass, which is present at the end of the active combustion process, in order to be able to react online to changing conditions. This is important both for the application of the injection parameters of diesel engines on the test bench, as well as driving to z. B. to recognize error conditions.

Vorbekannt ist aus der Schrift US 5,113,828 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei für die Steuerung verwendete Parameter der Verbrennung aus direkt im Brennraum gemessenen, optischen Messgrößen gewonnen werden. Lichterscheinungen der Verbrennung werden von einem in den Brennraum mündenden Sensor aufgenommen und mittels eines Lichtleiters zu einem Photodetektor übertragen. Die Spektralanteile infraroten Lichtes, Emissionen der H₂O-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 850–1000 nm, werden zur Beurteilung des Verbrennungsvorganges genutzt. Aus dem Verlauf des Lichtintensitätssignals werden Parameter zur Beurteilung der Verbrennung gebildet. Die Signale werden zur Erkennung klopfender Verbrennung und zur Erkennung des Startwertes der Verbrennung genutzt. Unvollständige Verbrennung kann anhand einer späten Lage des Minimalwertes der Ableitung der Lichtintensität in Bezug zum Kurbelwinkel erkannt werden. Das Verfahren nutzt die Intensität der H₂O-Strahlung zur Beurteilung des Brennverfahrens.Previously known from the Scriptures US 5,113,828 A a method and a device for controlling an internal combustion engine, wherein combustion parameters used for the control are obtained from optical measured variables measured directly in the combustion chamber. Light phenomena of combustion are absorbed by a sensor opening into the combustion chamber and transmitted by means of a light guide to a photodetector. The spectral components of infrared light, emissions of H ₂ O radiation with a wavelength between 850-1000 nm, are used to assess the combustion process. From the course of the light intensity signal, parameters for assessing the combustion are formed. The signals are used to detect knocking combustion and to detect the starting value of the combustion. Incomplete combustion can be detected by a late position of the minimum value of the derivative of the light intensity with respect to the crank angle. The method uses the intensity of H ₂ O radiation to assess the combustion process.

Vorbekannt ist aus der Schrift EP 0 632 864 A1 eine Einrichtung zur Erfassung von Motorparametern zur λ- und Klopfregelung an Verbrennungskraftmaschinen bzw. zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern, vorzugsweise bei Ottomotoren. Mittels eines optischen Aufnehmers werden Lichterscheinungen der Verbrennung im Brennraum detektiert und über einen Photodetektor in elektrische Signale gewandelt. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt aus den Maximalwerten des Absolutwertes oder des Integralwertes Parameter der Verbrennung. Genutzt werden Spektralbereiche des Verbrennungslichtes im Bereich ultravioletten und roten Lichtes. Durch die Nutzung von Maximalwerten ist ein Kalibrieren der Messkette erforderlich. Bei diesem Verfahren werden die Messwerte breitbandig aus Spektralbereich zwischen 180 nm <= λ <= 660 nm gewonnen.Previously known from the Scriptures EP 0 632 864 A1 a device for detecting engine parameters for λ and knock control on internal combustion engines or for detecting misfires, preferably in gasoline engines. By means of an optical pickup light phenomena of the combustion are detected in the combustion chamber and converted via a photodetector into electrical signals. An evaluation device determines parameters of the combustion from the maximum values of the absolute value or the integral value. Spectral ranges of the combustion light in the range of ultraviolet and red light are used. By using maximum values, it is necessary to calibrate the electrode. In this method, the measured values are obtained in the broadband range from the spectral range between 180 nm <= λ <= 660 nm.

Vorbekannt ist aus der DE 196 32 607 A1 eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Stöchiometrieverhältnisses von Kohlenwasserstoffen. Es wird die Intensität der bei der Verbrennung entstehenden CH-Molekülfragmente bei 431,5 nm und der bei der Verbrennung entstehenden, ausschließlich C-Atome enthaltenden, Molekülfragmente bei 516 nm gemessen und aus diesem Verhältnis der CH- und der C₂ Strahlung auf das Stöchiometrieverhältnis bei der Verbrennung geschlossen. Die Einrichtung sieht weiterhin eine Korrektur der Intensitäten mittels eines dritten Messwertes vor, der die Intensität der Untergrundstrahlung, beispielsweise hervorgerufen durch thermische Strahlung, bewertet.Previously known from the DE 196 32 607 A1 a measuring device for determining the stoichiometric ratio of hydrocarbons. The intensity of the CH molecule fragments formed during combustion is measured at 431.5 nm and the molecular fragments produced at combustion, exclusively containing C atoms, at 516 nm and from this ratio of the CH and C ₂ radiation to the stoichiometric ratio closed during combustion. The device furthermore provides for a correction of the intensities by means of a third measured value, which evaluates the intensity of the background radiation, for example caused by thermal radiation.

Im SAE Paper „Cycle Resolved Emission Spectroscopy for IC Engines” No. 972917, S. 145–156 von C. Antoni und N. Peters ist ein Verfahren zur Analyse von Verbrennungsvorgängen beschrieben, welches Verbrennungslicht in den für OH- und Rußstrahlung typischen Wellenlängen aufzeichnet. Es wird ein Zusammenhang der Reaktionskinetik zwischen der Rußoxidation und dem Auftreten der OH-Radikale beschrieben. Die beschriebene Auswertung lässt nur qualitative Aussagen zur Volumenkonzentration zu. Es wird beschrieben, die Änderungsraten der Signale auszuwerten, um das Reduktionspotenzial hinsichtlich der Rußemissionen aufzuzeigen. Die Angabe eines quantitativen Bestimmungsmaßes, welches zur Auswertung des Verbrennungslichtes genutzt werden kann und die entstehende Rußmenge quantitativ bestimmbar macht, erfolgt nicht.In the SAE Paper "Cycle Resolved Emission Spectroscopy for IC Engines" no. 972917, pp. 145-156 by C. Antoni and N. Peters describes a method for the analysis of combustion processes which records combustion light in the wavelengths typical for OH and soot radiation. It describes a relationship between the reaction kinetics between the soot oxidation and the occurrence of OH radicals. The evaluation described allows only qualitative statements about the volume concentration. It is described to evaluate the rates of change of the signals to show the reduction potential in terms of soot emissions. The statement of a quantitative determination measure, which can be used to evaluate the combustion light and makes the amount of soot quantitatively determinable, does not occur.

Die US 5,076,237 A beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Rußemissionen, bei welchem Verbrennungslicht im Bereich der Rußstrahlung aufgenommen und insbesondere hinsichtlich der Lage zum Kurbelwinkel ausgewertet wird. Beginn und Ende des Auftretens von Verbrennungslicht im Bereich der Rußstrahlung werden beispielsweise für die Optimierung des Einspritzzeitpunktes genutzt. Ein quantitatives Maß für die Rußemissionen, welches Spektralbereiche außerhalb des Spektrums der Rußstrahlung nutzt, ist nicht beschrieben.The US 5,076,237 A describes a device and a method for determining soot emissions, in which combustion light is absorbed in the region of the soot radiation and evaluated in particular with regard to the position to the crank angle. The beginning and end of the occurrence of combustion light in the area of the soot radiation are used, for example, for the optimization of the injection time. A quantitative measure of the soot emissions, which spectral ranges outside the Spectrum of soot radiation uses is not described.

DE 698 21 390 T2 beschreibt eine Vorrichtung, welche mittels einer Impedanzmessung eine Bestimmung des Rußgehaltes im Abgas vornimmt. Einer Auswertung von Verbrennungslicht erfolgt hier nicht. DE 698 21 390 T2 describes a device which makes a determination of the carbon black content in the exhaust gas by means of an impedance measurement. An evaluation of combustion light does not take place here.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das auf Basis des im Verbrennungsraum aufgenommenen Verbrennungslichtes eine Bewertung der dieselmotorischen Verbrennung hinsichtlich des Grades der Rußoxidation bzw. der Rußbildung am Ende der aktiven Verbrennung eines Verbrennungsvorganges erlaubt.The object of the invention is to provide a method which, on the basis of the combustion light received in the combustion chamber, permits an evaluation of the diesel engine combustion with regard to the degree of soot oxidation or soot formation at the end of the active combustion of a combustion process.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.This object is achieved in the method according to the preamble of claim 1 according to the invention by the characterizing features of the main claim.

Erfindungsgemäß werden aus der Verbrennungsstrahlung, die während der Verbrennung im Brennraum eines Dieselmotors emittiert wird, Spektralbereiche der Ruß- und OH-Strahlung ausgefiltert, wobei diese nach ihrem Spitzenwert normiert und über einen Verbrennungsvorgang aufintegriert werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden die so gebildeten Integralwerte voneinander subtrahiert, und es wird die Differenz bewertet. Diese stellt ein Maß für den Rußumsatz während der Verbrennung dar. Mittels der Integralbildung des normierten Intensitätssignals der Ruß- und OH-Strahlung wird auf einfache Weise der Kurvenverlauf der Intensitätssignale von Ruß- und OH-Strahlung verglichen. Ein annähernd gleicher Verlauf kennzeichnet einen guten Rußumsatz und damit einen geringen Rußausstoß.According to the invention, spectral regions of the soot and OH radiation are filtered out of the combustion radiation which is emitted during the combustion in the combustion chamber of a diesel engine, these being normalized according to their peak value and integrated via a combustion process. Advantageously according to the invention, the integral values thus formed are subtracted from each other, and the difference is evaluated. This represents a measure of the soot conversion during combustion. By means of the integral formation of the normalized intensity signal of the soot and OH radiation, the curve of the intensity signals of soot and OH radiation is compared in a simple manner. An approximately equal course characterizes a good soot conversion and thus a low soot emission.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird das Verfahren für zylinderindividuell einspitzende Motoren angewandt, in dem für jeden Zylinder der den Rußumsatz kennzeichnende erfindungsgemäße Parameter ermittelt wird. Dieser gestattet den Vergleich der Verbrennungsvorgänge zwischen den Zylindern und erlaubt damit die Anpassung der Einspritzparameter sowie eine Fehlererkennung auf Basis des Vergleichs.According to the invention, the method is advantageously used for cylinder-individual tapering motors, in which the parameter according to the invention characterizing the soot turnover is determined for each cylinder. This allows the comparison of the combustion processes between the cylinders and thus allows the adjustment of the injection parameters and an error detection based on the comparison.

Hierbei zeigt:Hereby shows:

1 eine Prinzipdarstellung der Messvorrichtung, 1 a schematic diagram of the measuring device,

2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend Anspruch 1 in einem Blockschaltbild, 2 a flow chart of the method according to claim 1 in a block diagram,

3 das Verhalten des erfindungsgemäß gebildeten Parameters bei unterschiedlichen Förderdauern der Einspritzelemente einzelner Zylinder in einem Diagramm, 3 the behavior of the parameter formed according to the invention at different delivery times of the injection elements of individual cylinders in a diagram,

4 das Verhalten des erfindungsgemäß gebildeten Parameters bei unterschiedlichen Förderdauern der Einspritzelemente einzelner Zylinder in einem Diagramm. 4 the behavior of the parameter formed according to the invention at different delivery times of the injection elements of individual cylinders in a diagram.

In 1 ist der prinzipielle Messaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Einer Messsonde 1, die aus dem Brennraum 2 einer Verbrennungskraftmaschine 3 Strahlung aufnimmt, ist ein Lichtleiter 4 angeschlossen, der über eine optische Filtereinheit 5, die zwei optische Filter 51, 52 enthält, die Strahlung zu mindestens einer Photodetektoreinheit 6 leitet. Die Brennraumsonde 1 kann dabei eine, wie im Ausführungsbeispiel gezeigte, übliche Brennraumsonde 1 oder ein in eine Glühkerze 9 integrierter Messaufnehmer – nicht dargestellt – sein. Der Photodetektoreneinheit 6 angeschlossen ist eine Auswerteeinheit 7, welche Parameter zur Beurteilung des Rußumsatzes aus der von der Photodetektoreinheit 6 in elektrische Signale gewandelten Verbrennungsstrahlung bildet. Eine detaillierte Beschreibung erfolgt anhand der 2. Die in der Auswerteeinheit 7 gebildeten Parameter können sowohl zur Applikation der Einspritzkenngrößen, z. B. der durch Fertigungstoleranzen unterschiedlichen Einspritzelemente hervorgerufenen Abweichungen der Einspritzdauer, am Prüfstand, als auch eingebunden in die Motorsteuerung des Fahrzeuges, z. B. zur Fehlerüberwachung, verwendet werden. Die Auswerteeinheit 7 ist dazu an ein Motorsteuergerät 8 angeschlossen oder in dieses integriert.In 1 the basic measurement setup for carrying out the method according to the invention is shown. A measuring probe 1 coming from the combustion chamber 2 an internal combustion engine 3 Absorbs radiation is a light guide 4 connected via an optical filter unit 5 that have two optical filters 51 . 52 contains the radiation to at least one photodetector unit 6 passes. The combustion chamber probe 1 can be a, as shown in the embodiment, the usual combustion chamber probe 1 or one in a glow plug 9 integrated sensor - not shown - his. The photodetector unit 6 An evaluation unit is connected 7 , which parameters for assessing the soot conversion from that of the photodetector unit 6 forms combustion radiation converted into electrical signals. A detailed description will be made on the basis of 2 , The in the evaluation unit 7 formed parameters can both for application of the injection parameters, eg. As caused by manufacturing tolerances different injection elements deviations in the injection duration, on the test bench, as well as integrated into the engine control of the vehicle, z. B. for error monitoring. The evaluation unit 7 is to an engine control unit 8th connected or integrated into this.

In 2 ist eine mögliche Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend dem Patentanspruch 1 in einem Blockschaltbild dargestellt. Der Verfahrensablauf wird nachfolgend anhand der 2 beschrieben. Die im Brennraum emittierte Verbrennungsstrahlung wird durch eine Brennraumsonde 1 aufgenommen und ein über diese in einen Lichtleiter eingekoppelter Lichtstrom Q wird zu einer optischen Filtereinheit 5 geleitet. Diese enthält mindestens zwei optische Filter 51 und 52, welche als Bandpass wirken, wodurch spektrale Anteile der Verbrennungsstrahlung bei einer spezifischen Wellenlänge ausgewertet werden. Aus dem von der Messsonde 1 eingekoppelten Lichtstrom Q werden zwei Spektralbereiche Q_OH und Q_Ruß über die optische Filter 51, 52 herausgefiltert. Ein optisches Gitter 51 filtert dabei einen Spektralanteil der OH-Strahlung – Wellenlänge λ = 310 nm Q_OH. Die OH-Strahlung ist zwischen 305 nm <= λ <= 315 nm detektierbar, wobei innerhalb dieses Spektralbereiches emittierte Strahlung zur erfindungsgemäßen Auswertung genutzt werden kann. An einem zweiten optischen Filter 52 wird Strahlung der Wellenlänge λ = 660 nm Q_Ruß ausgefiltert, die überwiegend von der Rußstrahlung stammt. Die Rußstrahlung ist ihrer Natur nach eine Festkörperstrahlung, die kontinuierlich über weite Spektralbereiche detektierbar ist. Der im Ausführungsbeispiel verwendete Spektralbereich von λ = 660 nm hat sich in der Praxis als günstig erwiesen. Die durch die Filter 51, 52 gelangte Strahlung aus dem OH- bzw. Rußstrahlungsspektrum wird in einer Photodetektoreinheit 6 von jeweils einem Photodetektor 61, 62 in elektrische, zur Strahlungsintensität äquivalente Signale I_OH; I_Ruß gewandelt, die einer Auswerteeinheit 7 angeschlossen sind. In der Auswerteeinheit 7 wird für jeweils einen Verbrennungsablauf das Signal in einer Recheneinheit 71, 72 auf dessen Spitzenwert normiert und jeweils das Integral der normierten Signale I_int_{norm_OH}, I_int_{norm_Ruß} über einen Verbrennungsablauf gebildet. In einer weiteren Recheneinheit 73 wird die Differenz D der Integralwerte I_int_{norm_OH}, I_int_{norm_Ruß} der normierten Intensitätssignale gebildet. Kleine Werte dieser Differenz D sind kennzeichnend für geringe Rußbildung. Der erfindungsgemäß gebildete Parameter D kann zur Einstellung optimaler Einspritzkenngrößen benutzt werden. Dies kann sowohl für die Applikation des Einspritzkennfeldes am Prüfstand als auch innerhalb einer geschlossenen Regelschleife beim Ablauf der Algorithmen im Motorsteuergerät des im Fahrzeug betriebenen Motors erfolgen. Die Einstellung der Einspritzkenngrößen muss dabei so erfolgen, dass die Differenz D der normierten Integralwerte gegen 0 geht. Bei annähernd gleichem Verlauf der Spektren von Ruß- und OH-Strahlung entsteht demzufolge eine geringere Rußmenge. Die physikalische Begründung dafür ist die Abhängigkeit des Rußumsatzes (Rußoxidation) von den vorhandenen OH-Radikalen während der Verbrennung, da diese die Oxidation fördern.In 2 is a possible implementation of the method according to the invention according to claim 1 shown in a block diagram. The procedure is described below with reference to 2 described. The combustion radiation emitted in the combustion chamber is passed through a combustion chamber probe 1 taken and a coupled via this in a light guide luminous flux Q is an optical filter unit 5 directed. This contains at least two optical filters 51 and 52 , which act as a bandpass, whereby spectral components of the combustion radiation are evaluated at a specific wavelength. From the from the probe 1 coupled luminous flux Q are two spectral ranges Q _OH and Q _soot via the optical filters 51 . 52 filtered out. An optical grid 51 filters a spectral component of the OH radiation - wavelength λ = 310 nm Q _OH . The OH radiation can be detected between 305 nm <= λ <= 315 nm, wherein radiation emitted within this spectral range can be used for the evaluation according to the invention. At a second optical filter 52 Radiation of wavelength λ = 660 nm Q _{soot is} filtered out, which is predominantly from the Soot radiation comes. The soot radiation is by nature a solid state radiation which is continuously detectable over wide spectral ranges. The spectral range of λ = 660 nm used in the exemplary embodiment has proven to be favorable in practice. The through the filters 51 . 52 Radiation received from the OH or Rußstrahlung spectrum is in a photodetector unit 6 each of a photodetector 61 . 62 in electrical, equivalent to the radiation intensity signals I _OH ; I converted _soot , which is an evaluation unit 7 are connected. In the evaluation unit 7 is the signal in a computing unit for each combustion process 71 . 72 normalized to its peak value and formed in each case the integral of the normalized signals I_int _{norm_OH} , I_int _{norm_Ruß} via a combustion process. In another arithmetic unit 73 the difference D of the integral values I_int _{norm_OH} , I_int _{norm_Ruß of} the normalized intensity _{signals is} formed. Small values of this difference D are characteristic of low soot formation. The parameter D formed according to the invention can be used to set optimum injection parameters. This can be done both for the application of the injection map on the test bench and within a closed loop during the execution of the algorithms in the engine control unit of the vehicle-powered engine. The injection parameters must be set so that the difference D of the normalized integral values approaches 0. With approximately the same course of the spectra of soot and OH radiation thus results in a smaller amount of soot. The physical reason for this is the dependence of the soot conversion (soot oxidation) on the existing OH radicals during combustion, since these promote oxidation.

Die dargestellten Verfahren können als Programmabläufe einer Softwarelösung ausgeführt in einem Computer ablaufen oder in Hardwareschaltungen umgesetzt werden.The illustrated methods can be executed as program sequences of a software solution executed in a computer or implemented in hardware circuits.

In 3 ist der Einfluss des Absenkens der Förderdauer für einen Zylinder (Zylinder 2) im Vergleich zu den anderen 3 Zylindern (1, 3 u. 4) dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei zylinderselektiv eingesetzt, d. h. jeder der Zylinder trägt eine entsprechende Brennraumoptik, und es wird für jeden Zylinder einzeln das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, an dessen Ende die Differenz D der normierten Integralwerte, auch als ZSRA (Zylinderselektive Rußstrahlunsanalyse) bezeichnet, für jeden Zylinder zur Verfügung steht. In der 3 wird die Förderdauer des Einspritzelementes am Zylinder 2 prozentual zum Ausgangswert erniedrigt (siehe untere Abszisse). Die Förderdauer der Zylinder 1, 3 und 4 wird gegenüber ihrem Ausgangswert erhöht (prozentuale Abweichung siehe obere Abszisse). Es ist ein deutliches Auseinanderlaufen der ZSRA-Werte für die einzelnen Zylinder erkennbar. Der ZSRA-Wert ist damit zur Erkennung von Abweichungen der Förderdauer der einzelnen Einspritzelemente geeignet. Es ist unter Auswertung des ZSRA Wertes möglich, die Förderdauer der Einzelelemente untereinander zu vergleichen.In 3 the influence of decreasing the delivery time for one cylinder (cylinder 2) compared to the other 3 cylinders (1, 3 and 4) is shown. The method according to the invention is used in a cylinder-selective manner, ie each cylinder carries a corresponding combustion chamber optics, and the method according to the invention is carried out individually for each cylinder, at the end of which the difference D of the normalized integral values, also referred to as ZSRA (cylinder-selective soot emission analysis), for each Cylinder is available. In the 3 the delivery time of the injection element on the cylinder 2 is reduced in percentage to the initial value (see lower abscissa). The delivery time of cylinders 1, 3 and 4 is increased compared to their initial value (percentage deviation see upper abscissa). There is a clear divergence between the ZSRA values for the individual cylinders. The ZSRA value is therefore suitable for detecting deviations in the delivery time of the individual injection elements. By evaluating the ZSRA value, it is possible to compare the delivery time of the individual elements with each other.

In nachfolgender 4 ist das Verhalten des ZSRA-Wertes anhand eines simulierten Defektes des Einspritzelementes am Zylinder 4 dargestellt. Im Vergleich zum Normalbetrieb (unteres Diagramm) mit nur geringen Differenzen zwischen den einzelnen ZSRA-Werten ist ein starkes Ansteigen des Wertes für den Zylinder 4 im oberen Diagramm zu erkennen. Das Verfahren ist damit in der Lage, Fehler der Einspritzelemente, wie „Düsennadelklemmer” oder „verkokte Düsenlöcher”, zu erkennen. Das Verfahren kann damit innerhalb der On-Bord-Diagnose eines Fahrzeuges eingesetzt werden.In the following 4 the behavior of the ZSRA value is shown on the basis of a simulated defect of the injection element on the cylinder 4. Compared to normal operation (lower diagram) with only small differences between the individual ZSRA values, a strong increase of the value for cylinder 4 in the upper diagram can be seen. The method is thus able to detect defects in the injection elements, such as "nozzle needle clamp" or "coked nozzle holes". The method can thus be used within the on-board diagnosis of a vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennraumsondeCombustion chamber probe
22: Brennraumcombustion chamber
33: Dieselmotordiesel engine
44: Lichtleiteroptical fiber
55: optische Filtereinheitoptical filter unit
5151: optischer Filteroptical filter
5252: optischer Filteroptical filter
66: PhotodetektoreneinheitPhotodetectors unit
6161: Photodetektorphotodetector
6262: Photodetektorphotodetector
77: Auswerteeinheitevaluation
7171: Recheneinheit zur Normierung und IntegrationComputing unit for standardization and integration
7272: Recheneinheit zur Normierung und IntegrationComputing unit for standardization and integration
7373: Recheneinheit Subtraktion I_int_{orm_Ruß} – I_int_{norm_OH} Computing unit Subtraction I_int _{orm_Russ} - I_int _{norm_OH}
88th: MotorsteuergerätEngine control unit
99: Glühkerzeglow plug
1010: BrennraumsondeCombustion chamber probe
1111: Kurbelwellengebercrankshaft sensor
DD: Differenzdifference
QQ: Lichtstrom (Anteil der im Brennraum aufgenommenen und in den Lichtleiter eingekoppelten Verbrennungsstrahlung)Luminous flux (proportion of combustion radiation absorbed in the combustion chamber and coupled into the light guide)
Q_Ruß Q _soot: Lichtstrom bei λ = 660 nm (ausgewählter Spektralbereich der Rußstrahlung)Luminous flux at λ = 660 nm (selected spectral range of soot radiation)
^QOH ^Q OH: Lichtstrom bei λ = 310 nm (OH-Strahlung)Luminous flux at λ = 310 nm (OH radiation)
^IRuß ^I soot: Elektrisch gewandeltes Intensitätssignal des Lichtstroms bei λ = 660 nmElectrically converted intensity signal of the luminous flux at λ = 660 nm
I_OH I _oh: Elektrisch gewandeltes Intensitätssignal des Lichtstroms bei λ = 310 nmElectrically converted intensity signal of the luminous flux at λ = 310 nm
I_int_{norm_Ruß} I_int _{norm_russ}: Normierter und über einen Verbrennungsvorgang integrierter Wert von I_Ruß über einem VerbrennungszyklusNormalized and combustion integrated value of I _soot over a combustion cycle
I_int_{norm_OH} I_int _{norm_OH}: Normierter und über einen Verbrennungsvorgang integrierter Wert von I_OH über einem VerbrennungszyklusNormalized and combustion integrated value of I _OH over a combustion cycle

Claims

Method for evaluating combustion processes in diesel engines with regard to the soot conversion at the end of a combustion process, in which combustion radiation is detected by means of an optical sensor in the combustion chamber ( 2 ) and the course of a signal of the radiation intensity of at least two selected spectral ranges, the radiation emitted during the combustion (Q) is analyzed, wherein, evaluated from the combustion radiation spectral ranges of soot and OH radiation (Q _soot , Q _OH ) are evaluated in that the curves of the intensity signal of soot and OH radiation (Q _soot , Q _OH ) are compared with each other by: - the signals of soot and OH radiation (Q _soot , Q _OH ) are normalized, - the integral ( I_int _{norm_Ruß} , I_int _{norm_OH} ) of the normalized signals of soot and OH radiation (Q _soot , Q _OH ) is formed in each case a combustion process, - the integral values (I_int _{norm_Ruß} , I_int _{norm_OH} ) thus obtained of the normalized signals of soot and OH Radiation (Q _soot , Q _OH ) are subtracted from each other and from this difference (D) of the soot conversion at the end of the combustion is evaluated, with small values of this difference (D) k are characteristic of low soot turnover.

A method according to claim 1, characterized in that the method is carried out for cylinders-specific injection engines for each cylinder during the active combustion and the values of the difference (D) thus obtained are compared with each other.

A method according to claim 2, characterized in that due to the obtained by the method cylinder specific values of the difference (D) existing due to manufacturing tolerances differences of the injection elements and the resulting deviations of the injection quantities detected and compensated by adjusting the drive signal for the respective injection elements.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method for fault detection of the injection system is used by the determined by the method values of the difference (D) is monitored during combustion to a defined limit and monitors the exceeding or falling below this limit becomes.

A method according to claim 2, characterized in that the method is used for error detection of the injection system by comparing the determined for the respective cylinder by means of the method values of the difference (D) between the cylinders and an error is detected when an allowable deviation is exceeded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is implemented in the control unit of a vehicle engine and run the algorithms for error detection and / or adjustment of the injection signals in the normal driving operation of the engine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is used on the test bench and with the aid of the values of the difference (D) formed by the method, the application of parameters of the engine control takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optimization of the injection parameters by means of the values of the difference (D) formed by the method takes place so that the injection parameters are controlled so that the difference (D) assumes the smallest possible values and / or tends to zero.