Verfahren zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors. Bei dem Verfahren wird eine Folge von Leitfähigkeitswerten während eines zeitlich begrenzten Verbrennungsvorgangs bestimmt, die auf dem Anteil positiv geladener Teilchen im Verbrennungsgas basiert. Die Folge von Leitfähigkeitswerten wird anschließend zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs ausgewertet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, wobei bei dem Verfahren eine Folge von Leitfähigkeitswerten während eines zeitlich begrenzten Verbrennungsvorgangs bestimmt und die Folge von Leitfähigkeitswerten zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs ausgewertet wird.

[0002] Es ist bekannt, mit Hilfe des sogenannten Ionenstrom-Meßverfahrens den Verbrennungsablauf während der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu überwachen. Hierzu wird in dem Verfahrensraum, in dem die Verbrennung der fossilen Brennstoffe stattfindet, eine Meßeinrichtung angeordnet, an der während eines üblicherweise zeitlich begrenzten Verbrennungsvorgangs eine positive elektrische Spannung angelegt wird. Durch die Verbrennung entstehen im Verbrennungsgas, d.h. in dem Gemisch aus verbranntem und unverbranntem Brennstoff, negativ geladene Teilchen und positiv geladene Teilchen. Mit Hilfe der Meßeinrichtung können die im Verbrennungsgas enthaltenen negativ geladenen Teilchen, wie Elektronen und negativ geladene Moleküle, erfaßt und auf diese Weise die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases bestimmt werden. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Folge Leitfähigkeitswerte über einen vorgegebenen Zeitraum erfaßt, die anschließend zur Beurteilung des Ablaufes des überwachten Verbrennungsvorgangs ausgewertet wird. Dieses bekannte Verfahren eignet sich unter anderem zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge in Heizanlagen, Gasboilern oder auch Verbrennungsmotoren.

[0003] Insbesondere bei Benzinmotoren und bei Dieselmotoren wird dieses bekannte Verfahren eingesetzt, um den Ablauf der einzelnen Verbrennungsvorgänge im Zylinder des Verbrennungsmotors zu überwachen und gegebenenfalls durch geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise durch die Veränderung des Einspritzzeitpunktes, der eingespritzten Kraftstoffmenge oder des Einspritzverlaufes, die weiteren Verbrennungsvorgänge gezielt zu beeinflussen. Des weiteren wird das bekannte Verfahren dazu verwendet, die während der Verbrennungsvorgänge entstehenden Temperaturen in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten, bei dem die verstärkte Bildung von unerwünschten Abgaskomponenten wie Stickoxiden (NO_x) nicht auftritt, deren Bildung aus Umweltschutzgründen vermieden werden soll. So wird insbesondere bei Verbrennungsmotoren beobachtet, daß ab einer Temperatur von etwa 2000 K während der Verbrennungsvorgänge im Zylinder verstärkt Stickoxide entstehen. Nach Erfassen der verstärkten Bildung von unerwünschten Abgaskomponenten kann mit Hilfe der zuvor beschriebenen Maßnahmen die Temperatur im Zylinder reduziert werden.

[0004] Insbesondere bei der Verwendung des bekannten Meßverfahren zur Überwachung von Verbrennungsvorgängen besteht das Problem, daß die durch die übermäßige Bildung von Stickoxiden freiwerdenden Elektronen, die aufgrund ihrer geringen Masse auch aus entfernteren Bereichen zur Meßeinrichtung wandern, die erfaßten Leitfähigkeitswerte des Verbrennungsgases verfälschen, so daß das Meßsignal gestört und somit eine exakte Überwachung der Verbrennungsvorgänge verhindert ist.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe anzugeben, das eine verglichen mit den bekannten Verfahren bessere Auswertgenauigkeit zeigt.

[0006] Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch, daß die Folge von Leitfähigkeitswerten auf dem Anteil positiv geladener Teilchen im Verbrennungsgas basiert.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur der Anteil an positiv geladenen Teilchen im Verbrennungsgas während des Verbrennungsvorgangs erfaßt. Wie Versuchsreihen gezeigt haben, ändert sich der Anteil an positiv geladenen Teilchen entsprechend dem tatsächlichen Verlauf des Verbrennungsvorgangs, während im Vergleich dazu sich der Anteil an negativ geladenen Teilchen, der bei herkömmlichen Meßverfahren ermittelt wird, in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur ab einer Verbrennungstemperatur von etwa 2000 K überproportional zunimmt. Die Folge von Leitfähigkeitswerten, die auf dem Anteil positiv geladener Teilchen im Verbrennungsgas basiert, zeigt also nicht den bei hohen Verbrennungstemperaturen durch die schlagartig zusätzlich im Verbrennungsgas entstehenden Stickstoff- und Sauerstoffionen verfälschten Leitfähigkeitsverlauf während des Verbrennungsvorgangs. Vielmehr zeigt die Folge von Leitfähigkeitswerten einen Leitfähigkeitsverlauf, bei dem das Signal verglichen mit den bekannten Verfahren vergleichsweise unverfälscht dargestellt werden kann, da Störeinflüsse, die durch eine überproportionale Zunahme bestimmter Ionen im Verbrennungsgas entstehen, nicht erfaßt werden. Dies hat zur Folge, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Folge von Leitfähigkeitswerten zumindest annähernd den tatsächlichen Verlauf des Verbrennungsvorgangs unmittelbar widerspiegelt. Folglich kann aus der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Folge von Leitfähigkeitswerten der Verbrennungsvorgang mit hoher Genauigkeit ausgewertet werden.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.

[0009] So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, die Folge von ermittelten Leitfähigkeitswerten mit einer Folge gespeicherter Referenzwerte zu vergleichen, die einen theoretischen Verlauf der Leitfähigkeitsänderung während eines optimalen Verbrennungsvorgangs definieren, dessen Randbedingungen, wie beispielsweise die Einspritzdauer, der Einspritzzeitpunkt oder der Einspritzverlauf, den Randbedingungen des überwachten Verbrennungsvorgangs entsprechen. Um eine möglichst genaue Auswertung zu ermöglichen, werden jeweils Werte der beiden Folgen miteinander verglichen, die bei zumindest annähernd identischen Zeitpunkten bei den miteinander zu vergleichenden Verbrennungsvorgängen auftreten. Wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, werden Werte miteinander verglichen, die bei identischen Kurbelwellenwinkeln auftreten. Bei Abweichungen der Folge gemessener Leitfähigkeitswerte von der Folge gespeicherter Referenzwerte können in Abhängigkeit von der Art der Abweichung verschiedene Rückschlüsse auf den Verlauf der Verbrennung gezogen werden, so daß die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge entsprechend beeinflußt werden können.

[0010] Übersteigt beispielsweise zumindest ein Teil der Leitfähigkeitswerte die Referenzwerte, bedeutet dies, daß bei dem überwachten Verbrennungsvorgang eine unzureichende Abgasrückführung erfolgt ist, mit der die Verbrennungstemperatur während des Verbrennungsvorgangs beeinflußt werden soll.

[0011] Ist dagegen die Folge von Leitfähigkeitswerten bezüglich der Folge gespeicherter Referenzwerte in Richtung des Endes des Verbrennungsvorgangs verschoben, ist dies als Hinweis auf einen Sauerstoffmangel während des überwachten Verbrennungsvorgangs zu werten.

[0012] Zur besseren Auswertung wird ferner vorgeschlagen, aus der Folge von Leitfähigkeitswerten einen auf den zeitlichen Ablauf des Verbrennungsvorgangs bezogenen Signalverlauf darzustellen. Anhand dieses Signalverlaufes ist es möglich, den Verbrennungsvorgang noch genauer auszuwerten.

[0013] So kann beispielsweise aus dem Verlauf der Signalflanken des Signals ermittelt werden, wie die Verbrennung im Verbrennungsraum abgelaufen ist. So läßt sich aus einem steilen Anstieg der Signalflanke auf eine schlagartige Verbrennung rückschließen, während eine sanft ansteigende Signalflanke den Beginn einer kontinuierlich zunehmenden Verbrennung zeigt. Des weiteren läßt sich aus dem Signalverlauf die Zündung, die Dauer und das Ende der Verbrennung des Brennstoffs unmittelbar bestimmen, so daß beispielsweise auch die Wirkung einer Voreinspritzung während des Verbrennungsvorgangs aus dem Signalverlauf eindeutig hervorgeht.

[0014] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus der Folge von Leitfähigkeitswerten die während des überwachten Verbrennungsvorgangs freigesetzte Wärme ermittelt. Die auf diese Weise ermittelte Wärmefreisetzung kann beispielsweise zur Regelung der Verbrennung mit einer vorgegebenen Wärmefreisetzung verglichen werden. Des weiteren läßt sich aus der Folge von Leitfähigkeitswerten der Verlauf der Wärmefreisetzung bestimmen, so daß beispielsweise Temperaturspitzen während des Verbrennungsvorgangs erkannt werden können, die zur Vermeidung der Bildung von Stickoxiden beim nachfolgenden Verbrennungsvorgang von der Temperatur her verringert werden können.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt, wobei die Verbrennungsvorgänge in jedem Zylinder überwacht werden. Auf diese Weise ist eine verglichen mit herkömmlichen Verfahren genauere Regelung der Kraftstoffzufuhr und der Leistungsabgabe jedes einzelnen Zylinders möglich.

[0016] So wird bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Verbrennungsmotor vorgeschlagen, aufeinanderfolgend für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten zu erstellen, die anschließend miteinander verglichen werden. Bei Abweichungen zwischen den Folgen von Leitfähigkeitswerten der einzelnen Zylinder werden die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern derart aufeinander abgestimmt, daß die Zylinder bei einer weiteren Überprüfung der Verbrennungsvorgänge zumindest annähernd identische Folgen von Leitfähigkeitswerten zeigen. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, die Verbrennungsvorgänge zwischen den einzelnen Zylindern so aufeinander abzustimmen, daß der Verbrennungsmotor besonders ruhig läuft.

[0017] Zur Maximierung der Leistung des Verbrennungsmotors, beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgeschlagen, aufeinanderfolgend für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten zu erstellen, die jeweils mit einer Folge gespeicherter Referenzwerte verglichen wird, die einen theoretischen Verbrennungsvorgang definieren, bei dem der jeweilige Zylinder maximale Leistung erbringt. Bei Abweichung der Folge von Leitfähigkeitswerten des betreffenden Zylinders von der Folge gespeicherter Referenzwerte werden die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge entsprechend einer Leistungsmaximierung des betreffenden Zylinders nachgeregelt.

[0018] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1

ein Diagramm, in dem eine im Zylinder eines Verbrennungsmotors aufgenommene Leitfähigkeits-Meßsignalkurve sowie eine Wärmefreisetzungskurve gezeigt sind, wobei beide Kurven auf den Kurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors bezogen sind, und

Fig. 2

ein Diagramm, in dem die im Zylinder aufgenommene Leitfähigkeits-Meßsignalkurve gemeinsam mit einer Umsatzratenkurve für Kohlenwasserstoffe gezeigt ist, wobei auch hier beide Kurven auf den Kurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors bezogen sind.

[0019] Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Dieselmotor eingesetzt. Zum Messen der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungsgases wird eine Glühkerze des jeweiligen Zylinders des Dieselmotors verwendet. Die Glühkerze des jeweiligen Zylinders ist mit einem Referenzwiderstand in Reihe geschaltet und mit der Innenwand des Zylinders leitend verbunden. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Verbrennungsgases im jeweiligen Zylinder auf Grundlage der im Verbrennungsgas enthaltenen positiv geladenen Teilchen wird an die Glühkerze während eines Teils des Verdichtungshubes und eines Teils des Arbeitshubes eine negative Spannung angelegt. Durch die während des Verbrennungsprozesses entstehenden positiv geladenen Teilchen ändert sich die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases zwischen der Glühkerze und der Innenwand des Zylinders, wodurch sich die am Referenzwiderstand abfallende Spannung ändert, die gemessen und zur Auswertung verstärkt wird. Die verschiedenen Spannungswerte werden als Folge von Leitfähigkeitswerten in einem Speicher abgespeichert. Als Beispiel ist in den Figuren 1 und 2 eine Meßsignalkurve 10 dargestellt, die die Änderung der Leitfähigkeitswerte bezogen auf den Kurbenwellenwinkel zeigt, wobei die Leitfähigkeitswerte auf dem Anteil an positiv geladenen Teilchen im Verbrennungsgas basieren.

[0020] Nachfolgend wird unter Bezugnahmen auf die Fig. 1 und 2 der Verlauf der Meßsignalkurve 10 näher erläutert. Zu Beginn des Überwachungszeitraumes bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 40° vor dem oberen Totpunkt OT des Kolbens zeigt die Meßsignalkurven 10 einen Wert von etwa 0,4 Volt. Ab einem Kurbelwellenwinkel von etwa 20° vor dem oberen Totpunkt OT des Kolbens beginnt die Motorsteuerung des Dieselmotors mit einer Voreinspritzung, bei der eine geringe Menge Dieselkraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, um das Innere des Zylinders vor der eigentlichen Haupteinspritzung zu erwärmen. Dies zeigt sich in der Meßkurve 10 durch die kleinen Signalschwankungen 12 im Signalverlauf.

[0021] Ab einem Kurbelwellenwinkel von etwa 14° vor dem oberen Totpunkt OT entzündet sich der im Zylinder befindliche Kraftstoff, wodurch die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases zunimmt, wie der Meßsignalkurve 10 durch die erste Signalspitze 14 zu entnehmen ist. Die Signalspitze 14 der Meßsignalkurve 10 flacht nach einem plötzlichen Anstieg mit sehr steiler Flanke kontinuierlich wieder ab, bis sie bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 5° vor dem oberen Totpunkt OT etwa wieder 0,4 Volt zeigt. Etwa während dieses Zeitpunktes wird die eigentliche Haupteinspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder vorgenommen. Durch die Voreinspritzung wurde, wie zuvor bereits erläutert, der Innenraum des Zylinders vorgewärmt, so daß der während der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff zumindest teilweise verdampft und sich gleichmäßig im Innenraum des Zylinders verteilt. Bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa -2° nach dem oberen Totpunkt OT des Kolbens entzündet sich der Kraftstoff im Inneren des Zylinders, wodurch sich die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases erneut verändert, wie die zweite Signalspitze 16 in der Meßsignalkurve 10 zeigt, die ihr Maximum bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa -7° bezogen auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens besitzt.

[0022] Die negative Meßsignalkurve 10 steigt dabei auf einen Wert von etwa 2,6 Volt, wie durch die zweite Signalspitze 16 gezeigt wird. Anschließend fällt die Meßsignalkurve 10 unter Bildung einer dritten Signalspitze 18 mit einem Wert von etwa 1,6 Volt bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa -15° bezogen auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens sanft ab, bis sie bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa -40° bezogen auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens gleichfalls zumindest annähernd 0,4 Volt erreicht.

[0023] Des weiteren ist in Fig. 1 der Verlauf der Wärmeabgabe als Wärmefreisetzungskurve 20 für denselben Verbrennungsvorgang, für den die Meßsignalkurve 10 aufgetragen wurde, gezeigt. Die Wärmefreisetzungskurve 20 beginnt zunächst mit einem Niveau von etwa 0 Joule pro Sekunde und zeigt gleichfalls bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 14° vor dem oberen Totpunkt OT eine erste Signalspitze 22, die bei etwa 1,1 Joule pro Sekunde ihr Maximum aufweist. Die Lage der ersten Signalspitze 22 der Wärmefreisetzungskurve 20 entspricht exakt der Lage der ersten Signalspitze 14 der Meßsignalkurve 10. Die Wärmefreisetzungskurve 20 fällt in gleicher Weise wie die Meßsignalkurve 10 auf ein Minimum von 0 Joule pro Sekunde ab und steigt dann unter Bildung einer zweiten Signalspitze 24 bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa -2° nach dem oberen Totpunkt OT des Kolbens unter Bildung einer zweiten Signalspitze 24 auf einen maximalen Wert von etwa 1,7 Joule pro Sekunde. Nach der zweiten Signalspitze 24 fällt die Wärmefreisetzungskurve 20 sanft ab, wobei der Verlauf der Wärmefreisetzungskurve 20 an den Verlauf der Meßsignalkurve 10 nach deren dritter Signalspitze 18 angenähert ist.

[0024] Wie dem Diagramm aus Fig. 1 zu entnehmen ist, zeigt die Wärmefreisetzungskurve 20 einen Verlauf, bei dem die entstehenden Signalspitzen 22 und 24 bezogen auf den Kurbelwellenwinkel die gleiche Lage zeigen, wie die erste Signalspitze 14 und das Paar Signalspitzen 16 und 18 der Meßsignalkurve 10.

[0025] In Fig. 2 ist ein Diagramm gezeigt, in dem gemeinsam mit der Meßsignalkurve 10 eine Umsatzratenkurve 26 dargestellt ist, in der die Umsatzrate von Kohlenwasserstoffen bezogen auf den Kurbelwellenwinkel während des beobachteten Verbrennungsvorgangs gezeigt ist. Die Umsatzratenkurve 26 zeigt bei Beginn der Verbrennung der während der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge einen ersten Anstieg 28 auf eine Umsatzrate von etwa 10% , der unter Bildung sinusförmiger Signalschwankungen 30 mit geringer Steigung bis zu einer Umsatzrate von etwa 15% beim oberen Totpunkt OT des Kolbens ausläuft. Sobald die durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge zu zünden beginnt, steigt die Umsatzratenkurve 26 unter Bildung eines zweiten Anstieges 32 stark an, der in einen sanften Auslauf 34 übergeht, bis die Umsatzratenkurve 26 bei einem Kurbelwellenwinkel von -60° nach dem oberen Totpunkt einen etwa waagerechten Verlauf zeigt.

[0026] Bei unmittelbarem Vergleich der Meßsignalkurve 10 mit der Umsatzratenkurve 26 zeigt sich, daß bezogen auf die während des gesamten Verbrennungsvorgangs eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge während der Verbrennung der voreingespritzten Kraftstoffmenge die Umsatzrate bei der Bildung der Kohlenwasserstoffe bei etwa 10 % liegt. Die Lage des ersten Anstiegs 28 und der Signalschwankungen 30 entspricht dabei der Lage der ersten Signalspitze 14 der Meßsignalkurve 10, die nach Erreichen ihres Maximums gleichmäßig ausläuft. Mit anderen Worten verbrennt während des Zündens der voreingespritzten Kraftstoffmenge der Kraftstoff zunächst plötzlich, während die Verbrennung des Kraftstoffes nach Erreichen des in der Meßsignalkurve 10 gezeigten Maximums der ersten Signalspitze 14 gleichmäßig abnimmt. Dies zeigt sich auch in der Umsatzratenkurve 26, bei der bei Beginn der Verbrennung der voreingespritzten Kraftstoffmenge die Umsatzrate zunächst stark ansteigt, und dann unter Bildung der sanft ansteigenden Signalschwankungen 30 nur mehr geringfügig zunimmt.

[0027] Sobald die während der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge zu verbrennen beginnt, zeigt die Umsatzratenkurve 26 den zweiten Anstieg 32, der schließlich unter Bildung eines sanften Auslaufes 34 zumindest annähernd horizontal verläuft. Auch hier ist eindeutig der Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Meßsignalkurve 10 und dem Verlauf der Umsatzratenkurve 26 erkennbar. Sobald die Verbrennung beginnt, wie in der Meßsignalkurve 10 durch die zweite Signalspitze 16 dargestellt, nimmt auch schlagartig der Anteil an umgesetzten Kohlenwasserstoffen zu. Sobald die Meßsignalkurve 10 ihr Maximum erreicht hat, fällt Sie wieder gleichmäßig ab, wodurch sich auch die abnehmende Steigung im zweiten Anstieg 32 der Umsatzratenkurve 26 erklären läßt. Mit abnehmender Menge an noch zu verbrennendem Kraftstoff nimmt gleichzeitig die Menge an umgesetztem Kohlenwasserstoff zu, wie die Umsatzratenkurve 26 mit ihrem sanften Auslauf 34 dokumentiert.

[0028] Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß aus dem Verlauf der Meßsignalkurve 10, der auf dem Anteil an positiv geladenen Teilchen im Verbrennungsgas basiert, unmittelbar auf den Verlauf sowohl der Wärmefreisetzungskurve 20 als auch auf den Verlauf der Umsatzratenkurve 26 rückgeschlossen werden kann. Folglich kann mit der Meßsignalkurve 10 der beobachtete Verbrennungsvorgang relativ eindeutig beschrieben werden, wodurch sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten zur Auswertung der Meßsignalkurve 10 ergeben, wie nachfolgend erläutert wird.

[0029] So wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Folge von Leitfähigkeitswerten, die die Meßsignalkurve 10 bilden, mit einer Folge von Referenzwerten verglichen, die einen theoretischen Verlauf der Leitfähigkeitsänderung während eines optimalen Verbrennungsvorgangs zeigen und die entsprechend den Randbedingungen des überwachten Verbrennungsvorgangs, wie beispielsweise der Einspritzdauer, dem Einspritzzeitpunkt oder dem Einspritzverlauf, ausgewählt wurden. Während des Vergleiches der beiden Folgen werden jeweils Werte miteinander verglichen, die bei zumindest annähernd identischen Kurbelwellenwinkeln auftreten. Dadurch läßt sich eine Abweichung des tatsächlichen Verbrennungsvorgangs von dem theoretisch optimalen Verbrennungsvorgang ermitteln, so daß bei einem nachfolgenden Verbrennungsvorgang die Einspritzung entsprechend geändert werden kann.

[0030] Des weiteren kann aus der ermittelten Meßsignalkurve 10 die Fehlfunktion einzelner Komponenten des Verbrennungsmotors ermittelt werden. Übersteigt zumindest ein Teil der Leitfähigkeitswerte die Referenzwerte, läßt sich auf eine unzureichende Abgasrückführung schließen, die beispielsweise durch eine Fehlfunktion des Abgasrückführventils oder eine Verstopfung der Abzweigung, an der das Abgas aus der Abgasanlage abgeführt wird, verursacht ist. Ist die Folge von Leitfähigkeitswerten bzw. die Meßsignalkurve 10 bezüglich der aus der Folge gespeicherter Referenzwerte gebildeten Referenzkurve in Richtung des Endes des Verbrennungsvorgangs verschoben, bedeutet dies, daß während des überwachten Verbrennungsvorgangs zu wenig Sauerstoff im Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten war. Hieraus läßt sich beispielsweise eine Fehlfunktion oder auch eine Undichtigkeit des Turboladers ableiten.

[0031] Liegen die gemessenen Leitfähigkeitswerte vorzugsweise um den selben Betrag größtenteils unter den entsprechenden Referenzwerten, bedeutet dies, daß die eingespritzte Menge an Kraftstoff nicht der gewünschten Menge an Kraftstoff entspricht, die von der Motorregelung zuvor bestimmt worden ist. Hieraus läßt sich eine Fehlfunktion des Einspritzventils bzw. eine reduzierte Leistung der Pumpe diagnostizieren.

[0032] Durch Analyse des Signalverlaufes der Meßsignalkurve 10 lassen sich ferner auf den Verlauf der Verbrennung Rückschlüsse ziehen. Zeigt der Signalverlauf eine sehr steil ansteigende Signalflanke, bedeutet dies, daß der Kraftstoff sehr schnell, also schlagartig verbrannt ist, so daß sich auch die Leitfähigkeitswerte im Verbrennungsgas entsprechend schnell geändert haben. Zeigt die Signalflanke dagegen einen sanften Anstieg, bedeutet dies, daß die Verbrennung kontinuierlich mit gleicher Umsatzrate bzw. allenfalls zunehmender Umsatzrate erfolgt ist.

[0033] Des weiteren läßt sich aus dem Signalverlauf der Meßsignalkurve 10 genau ablesen, zu welchem Zeitpunkt, d.h. zu welchem Kurbelwellenwinkel, sich der Kraftstoff entzündet hat, wie lange der Verbrennungsvorgang dauerte, und wann das Ende der Verbrennung aufgetreten ist. Durch diese exakten Informationen, die aus der Meßsignalkurve 10 entnommen werden können, kann die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder entsprechend den gewünschten Motorleistungen geregelt werden.

[0034] Um einen möglichst ruhigen Betrieb des Dieselmotors zu erreichen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten erstellt, die anschließend miteinander verglichen werden. Bei Abweichungen zwischen den Folgen von Leitfähigkeitswerten der einzelnen Zylinder werden die nachfolgenden Einspritz- und Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern derart aufeinander abgestimmt, daß die Zylinder bei einer erneuten Überprüfung der Verbrennungsvorgänge zumindest annähernd identische Folgen von Leitfähigkeitswerten zeigen.

[0035] Damit der Dieselmotor mit maximaler Leistung betrieben werden kann, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten erstellt, die jeweils mit einer Folge gespeicherter Referenzwerte verglichen wird, die einen theoretischen Verbrennungsvorgang definieren, bei dem der jeweilige Zylinder maximale Leistung erbringt. Sobald die gemessenen Leitfähigkeitswerte von den gespeicherten Referenzwerten abweichen, wird entsprechend der Einspritzzeitpunkt, die Menge einzuspritzenden Kraftstoffes, die Einspritzdauer und auch der Einspritzverlauf so reguliert, bis die Leitfähigkeitswerte nachfolgender Verbrennungsvorgänge zumindest annähernd an die Folge gespeicherter Referenzwerte herangeführt ist. Auf diese Weise läßt sich die Leistung jedes Zylinders maximieren, so daß auch bei unterschiedlich leistungsstarken Zylindern des Dieselmotors jeder Zylinder maximale Leistung erbringt.

[0036] Das zuvor beschriebene Verfahren läßt sich gleichfalls bei Verbrennungsmotoren einsetzen, die mit Benzin betrieben werden. Bei Benzinmotoren besteht zusätzlich die Möglichkeit, durch Einstellen des Zündzeitpunktes, bei dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder durch die Zündkerze bzw. die Zündkerzen gezündet wird, gezielt zu verändern.

Bezugszeichenliste

[0037] 

10

positive Meßsignalkurve

12

Signalschwankungen der Meßsignalkurve

14

erste Signalspitze der Meßsignalkurve

16

zweite Signalspitze der Meßsignalkurve

18

dritte Signalspitze der Meßsignalkurve

20

Wärmefreisetzungskurve

22

erste Signalspitze der Wärmefreisetzungskurve

24

zweite Signalspitze der Wärmefreisetzungskurve

26

Umsatzratenkurve

28

erster Anstieg der Umsatzratenkurve

30

Signalschwankungen der Umsatzratenkurve

32

zweiter Anstieg der Umsatzratenkurve

34

sanfter Auslauf der Umsatzratenkurve

Ansprüche

1. Verfahren zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, wobei bei dem Verfahren eine Folge von Leitfähigkeitswerten während eines zeitlich begrenzten Verbrennungsvorgangs bestimmt und die Folge von Leitfähigkeitswerten zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Folge von Leitfähigkeitswerten auf dem Anteil positiv geladener Teilchen im Verbrennungsgas basiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Folge von Leitfähigkeitswerten mit einer Folge gespeicherter Referenzwerte verglichen wird, die einen theoretischen Verlauf der Leitfähigkeitsänderung während eines optimierten Verbrennungsvorgangs definieren, dessen Randbedingungen den Randbedingungen des überwachten Verbrennungsvorgangs entsprechen, und daß jeweils Werte der beiden Folgen miteinander verglichen werden, die bei zumindest annähernd identischen Zeitpunkten bei den miteinander zu vergleichenden Verbrennungsvorgängen auftreten.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß, wenn zumindest ein Teil der Leitfähigkeitswerte die Referenzwerte betragsmäßig übersteigt, bei dem überwachten Verbrennungsvorgang eine unzureichende Abgasrückführung erfolgt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß, wenn die Folge von Leitfähgkeitswerten bezüglich der Folge gespeicherter Referenzwerte in Richtung des Endes des Verbrennungsvorgangs verschoben ist, während des überwachten Verbrennungsvorgangs zuwenig Sauerstoff im Luft-Brennstoff-Gemisch enthalten war.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Feststellung eines Sauerstoffmangels während des überwachten Verbrennungsvorgangs, der durch den Einsatz einer zusätzlichen Luftansaugvorrichtung, insbesondere eines Turboladers, unterstützt worden ist, eine Fehlfunktion der Luftansaugvorrichtung diagnostiziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß, wenn zumindest ein großer Prozentsatz der Leitfähigkeitswerte, der vorzugsweise in einem Bereich von wenigstens 75% lag, um zumindest annähernd denselben Betrag von den entsprechenden Referenzwerten abweicht, der Brennstoff während des überwachten Verbrennungsvorgangs mit einer reduzierten Pumpleistung in den Brennraum eingespritzt wurde.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Folge von Leitfähigkeitswerten ein auf den zeitlichen Ablauf des Verbrennungsvorgangs bezogener Signalverlauf dargestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs der Verlauf von Signalflanken des Signalverlaufs ausgewertet wird, wobei eine steil ansteigende Signalflanke den Ablauf einer schlagartigen Verbrennung anzeigt, während eine sanft ansteigende Signalflanke den Beginn einer kontinuierlich zunehmenden Verbrennung definiert.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs aus dem Signalverlauf die Zündung, die Dauer und das Ende der Verbrennung des Brennstoffes bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs aus dem Signalverlauf die Wirkung der Voreinspritzung bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Signalverlauf die Umsatzrate der Kohlenwasserstoffe unmittelbar bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Betrag des jeweiligen Leitfähigkeitswertes die Temperatur ermittelt wird, die während des Zeitpunktes des überwachten Verbrennungsvorgangs auftrat, als der Leitfähigkeitswert erfaßt wurde.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Folge von Leitfähigkeitswerten die Wärmefreisetzung während des überwachten Verbrennungsvorgangs unmittelbar ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird, wobei die Verbrennungsvorgänge in jedem Zylinder überwachtet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß aufeinanderfolgend für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten erstellt wird, die anschließend miteinander verglichen werden, und daß bei Abweichungen zwischen den Folgen von Leitfähigkeitswerten der einzelnen Zylinder die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern derart aufeinander abgestimmt werden, daß die Zylinder bei einer Überprüfung der Verbrennungsvorgänge zumindest annähernd identische Folgen von Leitfähigkeitswerten zeigen.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß aufeinanderfolgend für jeden Zylinder eine Folge von Leitfähigkeitswerten erstellt wird, die jeweils mit einer Folge gespeicherter Referenzwerte verglichen wird, die einen theoretischen Verbrennungsvorgang definieren, bei dem der jeweilige Zylinder maximale Leistung erbringt, und daß bei Abweichungen der Folge von Leitfähigkeitswerten des betreffenden Zylinders von der Folge gespeicherter Referenzwerte die nachfolgenden Verbrennungsvorgänge entsprechend einer Leistungsmaximierung des betreffenden Zylinders geregelt werden.

Zeichnung