SE517008C2

SE517008C2 - Arrangement and method for estimating the timing of starting a combustion process of an internal combustion engine

Info

Publication number: SE517008C2
Application number: SE0003396A
Authority: SE
Inventors: Mats Jaergenstedt; Mikael Nordin; Magnus Pettersson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-02
Also published as: DE10196662B3; SE0003396D0; AU2001288203A1; DE10196662T1; SE0003396L; WO2002025237A1

Abstract

The present invention relates to an arrangement and a method for the estimation of a point of time of the start of a combustion process of an internal combustion engine (1). The arrangement comprises a first sensor (7), which senses at least a parameter related to the sound generated during the combustion process, signal treatment means (8-11), which transforms said signal to measurement values a, and a control unit (13), which is arranged to compare measurement values a with a reference value (aref). The point of time of the start of an actual combustion process is estimated to the point of time (t1) of a first measurement value (a1) which reaches the reference value (aref) after that at least a previous measurement value a has been below the reference value (aref). Advantageously, the control unit (13) is also arranged to control the combustion processes of the internal combustion engine (1) with knowledge about the estimated point of time (t1) and to adjust the point of time of the injection (t0) of the injection member (5) of a fuel or a fuel mixture at need.

Description

517 008 punkten för insprutningen vilket gör att man måste förlita sig på dyr elektronisk insprutningsutrustning för att åstadkomma in- sprutning vid en väsentligen korrekt tidpunkt. Själva förbrän- ningsprocessen startar dock med en viss fördröjning i förhållan- de till tidpunkten för insprutningen. Storleken hos denna fördröj- ning beror bl.a. på bränslets kvalitet, temperaturen hos luft och bränsle, luftfuktighet och halten av återledda avgaser. Även om man således mäter tidpunkten för bränsleinsprutningen i för- bränningsutrymmet kan tidpunkten för starten av förbrännings- processen inte exakt bestämmas. l den svenska patentansökningen 9804014-0 utnyttjas ljudav- kännande sensorer för att avkänna en parameter som är relate- rad till det förbränningsljud som uppkommer vid förbrännings- processerna under drift av en förbränningsmotor. Härigenom kan det för motorn karakteristiska förbränningsljudet identifieras och den tidpunkt när förbränningsprocessen sker bestämmas. I denna patentansökan definieras dock inte en exakt tidpunkt för starten av förbränningsprocessen. 517 008 the point of injection, which means that one must rely on expensive electronic injection equipment to effect injection at a substantially correct time. However, the combustion process itself starts with a certain delay in relation to the time of injection. The magnitude of this delay depends, among other things, on on the quality of the fuel, the temperature of air and fuel, humidity and the content of returned exhaust gases. Thus, even if the time of fuel injection in the combustion chamber is measured, the time for the start of the combustion process cannot be determined exactly. In Swedish patent application 9804014-0, sound sensing sensors are used to sense a parameter that is related to the combustion sound that arises during the combustion processes during operation of an internal combustion engine. In this way, the combustion sound characteristic of the engine can be identified and the time when the combustion process takes place is determined. However, this patent application does not define an exact time for the start of the combustion process.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett ar- rangemang och ett förfarande som på ett okomplicerat sätt till- handahåller en väsentligen exakt uppskattning av den tidpunkt vid vilken en förbränningsprocess startar i ett förbränningsut- rymme hos en förbränningsmotor. Ett annat syfte är att med kännedom om denna tidpunkt styra förbränningsprocesserna hos förbränningsmotorn.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide an arrangement and method which in an uncomplicated manner provides a substantially accurate estimate of the time at which a combustion process starts in an combustion chamber of an internal combustion engine. Another object is to control the combustion processes of the internal combustion engine with knowledge of this time.

Det först angivna syftet uppnås med den inledningsvis nämnda arrangemanget och förfarandet som kännetecknas av vad som anges i patentkravens 1 och 12 kännetecknande delar. När en förbränningsprocess sker i ett förbränningsutrymme hos en för- bränningsmotor åstadkoms ett förbränningsljud. Sensorn avkän- ner en parameter som är relaterad till förbränningsljudets värde. u n | n ø u | ø no 517 008 Sensorns avgivna signaler innefattar dock störningar som beror på ljud eller vibrationer som härrör från andra källor. Av den anledningen är det lämpligt att ett mätvärde först bör uppnå en bestämt nivå i form av ett referensvärde så att man med säker- het kan konstaterar att en förbränningsprocess verkligen har startat. Därmed minimeras risken för felaktiga uppskattningar av starten för en förbränningsprocess. Eftersom de mottagna mät- värdena erhåller stigande värden i samband med start av en förbränningsprocess, uppskattas tidpunkten för start av förbrän- ningsprocessen som det första mätvärdet som uppnår referens- värdet efter att åtminstone ett föregående mätvärde understigit referensvärdet.The first stated object is achieved with the initially mentioned arrangement and the method which is characterized by what is stated in the characterizing parts of claims 1 and 12. When a combustion process takes place in a combustion chamber of an internal combustion engine, a combustion sound is produced. The sensor detects a parameter that is related to the value of the combustion sound. u n | n ø u | ø no 517 008 However, the signals emitted by the sensor include disturbances due to sound or vibrations emanating from other sources. For this reason, it is appropriate that a measured value should first reach a certain level in the form of a reference value so that it can be established with certainty that a combustion process has really started. This minimizes the risk of incorrect estimates of the start of a combustion process. Since the received measured values receive rising values in connection with the start of a combustion process, the time for starting the combustion process is estimated as the first measured value that reaches the reference value after at least one previous measured value has fallen below the reference value.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är referens- värdet inrättat att utgöra 20-40% av ett maximalt mätvärde hos en förbränningsprocess. För att erhålla en motsvarande tidpunkt för start av en förbränningsprocess i olika förbränningsutrymmen är det lämpligt att relatera referensvärdet till ett maximalt mät- värde för det respektive förbränningsutrymmet. Med fördel utgör därför det största mottagna mätvärdet under den aktuella för- bränningsprocessen det maximalt mätvärdet. Tidpunkten för start av den aktuella förbränningsprocessen kan därför först uppskattas när förbränningsprocessen är avslutad. Alternativt kan referensvärdet vara ett maximalt mätvärde från en föregå- ende förbränningsprocess eller ett medelvärde av ett flertal fö- regående förbränningsprocessers maximala mätvärden för det ifrågavarande förbränningsutrymmet.According to a preferred embodiment of the invention, the reference value is arranged to constitute 20-40% of a maximum measured value of a combustion process. In order to obtain a corresponding time for starting a combustion process in different combustion chambers, it is appropriate to relate the reference value to a maximum measured value for the respective combustion chamber. Advantageously, therefore, the largest measured value received during the current combustion process is the maximum measured value. The time for starting the current combustion process can therefore only be estimated when the combustion process is completed. Alternatively, the reference value may be a maximum measured value from a previous combustion process or an average value of several maximum combustion processes of a number of previous combustion processes for the combustion space in question.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar nämnda parameter de vibrationer som uppstår i ett motor- block hos förbränningsmotorn. Det ljud som alstras under för- bränningsprocessen skapar vibrationer i förbränningsmotorns motorblock. Dessa vibrationer kan mätas med en eller flera ac- celerometrar som appliceras på lämpliga ställen direkt på mo- torblocket eller på detaljer som är i mekanisk kontakt med mo- torblocket. Accelerometrarnas placering är mycket viktig för att o | | ø ~ I a II 517 008 erhålla relevanta mätvärden. De bör ha en placering så att vib- rationer som härrör från förbränningsprocesserna avkänns så tydligt som möjligt samtidigt som vibrationer från störningskällor i möjligaste mån undviks.According to another preferred embodiment of the invention, said parameter comprises the vibrations which occur in an engine block of the internal combustion engine. The sound generated during the combustion process creates vibrations in the engine block of the internal combustion engine. These vibrations can be measured with one or more accelerometers that are applied in suitable places directly on the engine block or on parts that are in mechanical contact with the engine block. The position of the accelerometers is very important to o | | ø ~ I a II 517 008 obtain relevant measurement values. They should be positioned so that vibrations arising from the combustion processes are sensed as clearly as possible while avoiding vibrations from sources of interference as far as possible.

Enligt en annan föredragen utföringsform är nämnda sensor in- rättad att avge en analog signal och att nämnda signalbehand- lande medel innefattar ett analogt lågpassfilter. De flesta senso- rer såsom accelerometrar avger en utgående analog signal.According to another preferred embodiment, said sensor is arranged to emit an analog signal and that said signal processing means comprises an analog low-pass filter. Most sensors such as accelerometers emit an output analog signal.

Làgpassfiltret används för att filtrera bort högfrekventa signal- värden som annars kan ge upphov till problem när signalen om- vandlas till digital form. Med fördel innefattar nämnda signalbe- handlande medel därför en analog-digitalomvandlare som om- vandlar den analoga signalen till digitala signalvärden. De digi- tala värdena bör representera relativt korta tidsintervall då en alltför grov intervallindelning begränsar noggrannheten hos upp- skattningen av tidpunkten för förbränningsprocessens start. Med fördel innefattar nämnda signalbehandlande medel även ett di- gitalt bandpassfilter. De ljud och vibrationer som alstras under en förbränningsprocess uppstår väsentligen inom ett bestämt frekvensområde. Det är därför lämpligt att filtrera bort frekven- ser som ligger utanför detta frekvensområde. Man erhåller där- med digitala signalvärden med ett reducerat innehåll av stör- ningar. Nämnda signalbehandlande medel kan även innefatta en enhet som är inrättad att justera de erhållna digitala signalvär- den sà att de uppvisar en kurvform. Därmed erhålls mätvärden som följer en kurva. Mätvärdena uppvisar således inga momen- tana fluktuationer, vilket annars kan försvåra uppskattningen av starten av förbränningsprocessen. De signalbehandlande med- len kan helt eller delvis utgöra separata enheter. Alternativt kan de innefattas i styrenhetens mjukvara.The low-pass filter is used to filter out high-frequency signal values that can otherwise give rise to problems when the signal is converted to digital form. Advantageously, said signal processing means therefore comprises an analog-to-digital converter which converts the analog signal to digital signal values. The digital values should represent relatively short time intervals as an overly rough interval division limits the accuracy of the estimate of the time of the start of the combustion process. Advantageously, said signal processing means also comprises a digital bandpass filter. The sounds and vibrations generated during a combustion process occur essentially within a certain frequency range. It is therefore advisable to filter out frequencies that are outside this frequency range. This gives digital signal values with a reduced content of interference. Said signal processing means may also comprise a unit which is arranged to adjust the obtained digital signal values so that they have a curve shape. This gives measured values that follow a curve. The measured values thus show no momentary fluctuations, which can otherwise make it difficult to estimate the start of the combustion process. The signal processing means may in whole or in part constitute separate units. Alternatively, they can be included in the controller software.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den tillämpbar på förbränningsmotorer med en vevaxel som är in- rättad att drivas medelst nämnda förbränningsprocesser och varvid styrenheten är inrättad mottaga information från en andra n o v a | o I » oo 517 008 sensor avseende vevaxels position. Styrenheten är inrättad att kontrollera om vevaxeln befinner sig i en härför optimal position vid den uppskattade tidpunkten för start av förbränningsproces- sen och vid behov korrigera den tidpunkt då insprutningsorganet tillför bränslet eller bränsleblandningen. Om den uppskattade tidpunkten för starten av förbränningsprocessen uppvisar en tidsavvikelse från tidpunkten när vevaxeln befinner sig i en här- för optimal position, kan tidpunkten för tillförseln av bränslet el- ler bränsleblandningen vid den kommande förbränningsproces- sen flyttas fram en tidsperiod motsvarande nämnda avvikelse.According to another preferred embodiment of the invention, it is applicable to internal combustion engines with a crankshaft which is arranged to be driven by means of said combustion processes and wherein the control unit is arranged to receive information from a second n o v a | o I »oo 517 008 sensor regarding crankshaft position. The control unit is arranged to check whether the crankshaft is in an optimal position for this at the estimated time for starting the combustion process and, if necessary, to correct the time when the injector supplies the fuel or fuel mixture. If the estimated time for the start of the combustion process shows a time deviation from the time when the crankshaft is in an optimal position for this, the time for the supply of the fuel or fuel mixture in the coming combustion process can be moved forward a time period corresponding to said deviation.

Härigenom är det möjligt att åstadkomma en korrigering av tid- punkten för tillförseln av bränslet eller bränsleblandningen mel- lan två på varandra följande förbränningsprocesser i ett förbrän- ningsutrymme. Alternativt kan man vänta med att korrigera tid- punkten för tillförseln av bränslet eller bränsleblandningen tills ett flertal på varandra följande förbränningsprocesser uppvisar en förbränningsstart med en tidsavvikelse från tidpunkten när vevaxeln befinner sig i en optimal position. Tidpunkten för tillför- seln av bränsle eller bränsleblandningen kan här justeras med ett medelvärde av dessa tidsavvikelser.This makes it possible to achieve a correction of the time of supply of the fuel or fuel mixture between two successive combustion processes in a combustion chamber. Alternatively, one can wait to correct the timing of the supply of the fuel or fuel mixture until a plurality of successive combustion processes exhibit a combustion start with a time deviation from the time when the crankshaft is in an optimal position. The time of supply of fuel or the fuel mixture can here be adjusted by an average of these time deviations.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är insprutningsorganet inrättat att spruta in bränslet eller bränsle- blandningen i förbränningsutrymmet och att förbränningsmotorn arbetar med kompressionständning. insprutningsorganet är här med fördel en s.k. enhetsinsprutare och förbränningsmotorn en dieselmotor.According to a preferred embodiment of the present invention, the injection means is arranged to inject the fuel or fuel mixture into the combustion chamber and that the combustion engine operates with compression ignition. the injection means is here advantageously a so-called unit injector and the internal combustion engine a diesel engine.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA l det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar schematiskt ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning, 517 008 Fig 2 visar, ett exempel, på en signal erhållen från en ac- celerometer som är anordnad på en förbränningsmo- tor med sex cylindrar, Fig 3 visar, ett exempel, på mätvärden erhållna efter sig- nalbehandling och .BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, as an example, a preferred embodiment of the invention is described with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 schematically shows an arrangement according to the present invention, Fig. from an accelerometer arranged on an internal combustion engine with six cylinders, Fig. 3 shows, for example, measured values obtained after signal processing and.

Fig 4 visar ett flödesschema över ett förfarande enligt före- liggande uppfinning.Fig. 4 shows a flow chart of a method according to the present invention.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖ- RlNGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar schematiskt ett arrangemang för att uppskatta den tidpunkt t1 vid vilken en förbränningsprocess hos en förbrän- ningsmotor 1 startar och för att styra förbränningsprocessen medelst kännedom om denna tidpunkt t1. Förbränningsmotorn 1 är här exemplifierad som en dieselmotor med sex cylindrar av vilka tre markerats i figuren med streckade linjer. Var och en av cylindrarna 2 innefattar på konventionellt sätt ett förbränningsut- rymme 3 som nedåt begränsas av en i cylindern 2 anordnad rör- lig kolv 4. Ett insprutningsorgan 5 är inrättat att intermittent spruta in bränsle eller en bränsleblandning i form av bränsle och luft i var och en av förbränningsutrymmena 3 så att momentana förbrånningsprocesser erhålls. Kolvarnas 4 härigenom uppkom- mande rörelser är inrättade att driva en vevaxel 6 hos förbrän- ningsmotorn 1. Förbränningsmotorn 1 kan, exempelvis, utgöras av en direktinsprutande dieselmotor som således arbetar med kompressionständning av bränsle. Motorn kan utnyttjas som drivmotor i tyngre fordon såsom en lastbil eller buss.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION Fig. 1 schematically shows an arrangement for estimating the time t1 at which a combustion process of an internal combustion engine 1 starts and for controlling the combustion process by this time. The internal combustion engine 1 is exemplified here as a diesel engine with six cylinders, three of which are marked in the figure with dashed lines. Each of the cylinders 2 comprises in a conventional manner a combustion space 3 which is limited downwards by a movable piston 4 arranged in the cylinder 2. An injection means 5 is arranged to intermittently inject fuel or a fuel mixture in the form of fuel and air into each of the combustion chambers 3 so that instantaneous combustion processes are obtained. The resulting movements of the pistons 4 are arranged to drive a crankshaft 6 of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 can, for example, consist of a direct-injection diesel engine which thus operates with compression ignition of fuel. The engine can be used as a drive engine in heavier vehicles such as a truck or bus.

Arrangemanget innefattar åtminstone en sensor i form av en ac- celerometer 7 som är placerad på ett lämpligt ställe på ett mo- torblock hos förbränningsmotorn 1. Accelerometern 7 kan an- ordnas direkt mot motorblocket eller på en detalj, såsom exem- pelvis en lämplig bult, som är i direkt kontakt med motorblocket.The arrangement comprises at least one sensor in the form of an accelerometer 7 which is placed in a suitable place on an engine block of the internal combustion engine 1. The accelerometer 7 can be arranged directly against the engine block or on a part, such as for example a suitable bolt , which is in direct contact with the engine block.

Accelerometern 7 är inrättad att avkänna de vibrationer som 517 008 uppstår i motorblocket vilka alstras av det ljud som uppstår un- der förbränningsprocesserna i förbränningsutrymmena 3. Acce- lerometern 7 är inrättad att avge en analog signal som står i re- lation till vibrationernas värde. I motorblocket fortpiantas även vibrationer av annat ursprung. Sådana vibrationer leder till att den utgående signalen innehåller störningar. Denna signal är därför vanligtvis inte möjlig att använda obehandlad för att med en god noggrannhet uppskatta när en förbränningsprocess startar i ett förbränningsutrymme 3. I Fig 2 visas ett exempel på en signal som erhålls från en accelerometer 7 som är applicerad på den sexcylindriga förbränningsmotorn 1. l figuren har de er- hållna signalområdena för respektive cylinder markerats. Ord- ningsföljd beror på cylindrarnas tändfölj. Man kan observera att signalens styrka ökar markant när en förbränningsprocess äger rum i en cylinder. Signalens styrka varierar dock markant mellan de olika cylindrarna. Accelerometern 7 är här placerad mellan cylinder 5 och 6, varför de starkaste signalerna erhålls från des- sa cylindrar.The accelerometer 7 is arranged to sense the vibrations which occur in the engine block which are generated by the sound which arises during the combustion processes in the combustion chambers 3. The accelerometer 7 is arranged to emit an analogous signal which is related to the value of the vibrations. Vibrations of other origins are also propagated in the engine block. Such vibrations cause the output signal to contain interference. This signal is therefore usually not possible to use untreated to estimate with good accuracy when a combustion process starts in a combustion chamber 3. Fig. 2 shows an example of a signal obtained from an accelerometer 7 applied to the six-cylinder internal combustion engine 1. In the figure, the signal areas obtained for each cylinder have been marked. Sequence depends on the ignition sequence of the cylinders. It can be observed that the strength of the signal increases markedly when a combustion process takes place in a cylinder. However, the strength of the signal varies markedly between the different cylinders. The accelerometer 7 is here placed between cylinders 5 and 6, so the strongest signals are obtained from these cylinders.

För att man med god noggrannhet kunna uppskatta starten av förbränningsprocesserna måste den från accelerometern 7 er- hållna signalen behandlas med signalbehandlande medel.In order to be able to estimate with good accuracy the start of the combustion processes, the signal obtained from the accelerometer 7 must be treated with signal processing means.

Nämnda signalbehandlande medel innefattar inledningsvis ett analogt lågpass filter 8. Lågpassfiltret 8 filtrerar bort de frekven- ser hos den analoga signalen som ligger över en för lågpassfilt- ret 8 specifik gränsfrekvens. Den lågpassfiltrerade signalen leds sedan till en analog-digitalomvandlare 9 som är inrättad att om- vandla den analoga signalen till digitala signalvärden. Härvid indelas den analoga signalen i ett lämpligt antal digitala signal- värden per tidsenhet. De digitala signalvärdena leds därefter genom ett digitalt bandpassfilter 10. Det digitala bandpassfiltret släpper endast igenom de frekvenser hos de digitala signal- värdena som befinner sig inom ett visst frekvensområde. Vibra- tionerna som uppstår i motorblocket under förbränningsproces- serna uppstår huvudsakligen inom detta frekvensområde. Ex- empelvis så kan bandpassfiltret släppa igenom signaler inom 517 ÛÛ8 o ; ø ø s u an frekvensområdet 20-30 kHz och således filtrera bort frekvenser under 20 kHz och över 30 kHz. De bortfiltrerade frekvenserna härrör väsentligen från oönskade vibrationskällor. Slutligen be- handlas signalvärdena i en enhet 11 som är inrättad att justera de erhållna digitala signalvärden så att de uppvisar en samman- hängande kurvform. Exempelvis så kan signalernas toppvärden bindas samman så att en sammanhängande kurva 12 erhålls, vilket visas i Fig 3. De digitala signalvärden som inte överens- stämmer med kurvan justeras så att mätvärden a erhålls som följer kurvan 12. Sådana mätvärden a är användbara för att med stor noggrannhet uppskatta den verkliga tidpunkten t1 för starten av en förbränningsprocess. De signalbehandlande medlen 8-11 kan helt eller delvis utgöra separata enheter men de kan också innefattas i en styrenhets 13 mjukvara.Said signal processing means initially comprises an analogue low-pass filter 8. The low-pass filter 8 filters out the frequencies of the analog signal which are above a limit frequency specific to the low-pass filter 8. The low-pass filtered signal is then passed to an analog-to-digital converter 9 which is arranged to convert the analog signal to digital signal values. In this case, the analog signal is divided into a suitable number of digital signal values per unit time. The digital signal values are then passed through a digital bandpass filter 10. The digital bandpass filter only transmits the frequencies of the digital signal values that are within a certain frequency range. The vibrations that occur in the engine block during the combustion processes occur mainly within this frequency range. For example, the bandpass filter can transmit signals within 517 ÛÛ8 o; ø ø s u an frequency range of 20-30 kHz and thus filter out frequencies below 20 kHz and above 30 kHz. The filtered-out frequencies are essentially derived from unwanted sources of vibration. Finally, the signal values are processed in a unit 11 which is arranged to adjust the obtained digital signal values so that they have a coherent waveform. For example, the peak values of the signals can be linked together so that a coherent curve 12 is obtained, as shown in Fig. 3. The digital signal values which do not correspond to the curve are adjusted so that measurement values a are obtained which follow the curve 12. Such measurement values a are useful for great accuracy estimate the actual time t1 for the start of a combustion process. The signal processing means 8-11 may in whole or in part constitute separate units, but they may also be included in the software of a control unit 13.

En sådan styrenhet 13 är inrättad att jämföra de erhållna mät- värdena a med ett referensvärde am. Referensvärdet aæf är in- rättat att utgöra 20-40% av ett maximalt mätvärde am, hos den aktuella förbränningsprocessen. Tidpunkten vid vilken en för- bränningsprocess startar uppskattas till tidpunkten t1 för ett för- sta mätvärde a1 som uppnår referensvärdet aref under en följd av stigande mätvärden. Härvid bör åtminstone ett mätvärde a som föregår mätvärdet a1 understiga referensvärdet am Storleken på de erhållna mätvärdena a från de olika förbränningsprocesserna i förbränningsutrymmena 3 kan variera beroende, exempelvis, på accelerometerns 7 avstånd till de olika förbränningsutrymme- na. En annan orsak kan vara att olika accelerometrar 7 ger olika starka signalvärden. Genom att relatera ett sådant referensvär- de aæf till en procentuell del av ett maximalt mätvärde am, för den aktuella förbränningsprocessen kan en jämförbar tidpunkt för start av förbränningsprocesser i olika förbränningsutrymmen erhållas. Det maximala mätvärdet amax är det största mätvärdet som mottas under en aktuell förbränningsprocess. Användandet av ett referensvärde aæf har även den fördelen att risken för en felaktig indikering av starten av en förbränningsprocess orsakad av vibrationer från en störningskälla väsentligen elimineras. Ef- 517 008 ter förbränningsprocessens slut när erhållna mätvärden a åter sjunker under referensvärdet aref noterar styrenheten 13 att för- bränningsprocessen är avslutad. Styrenheten 13 registrerar det maximala mätvärdet amax under den aktuella förbränningspro- cessen. Med kännedom om det maximala mätvärdet amax beräk- nar styrenheten 13 referensvärdet am som utgör, exempelvis, % av det maximala mätvärdet amax. Därefter bestämmer styr- enheten 13 tidpunkten t1 när ett första mätvärde a1 under för- bränningsprocessen uppnådde referensvärdet aæf. Tidpunkten t1 uppskattas som den tidpunkt vid vilken den aktuella förbrän- ningsprocessen startade.Such a control unit 13 is arranged to compare the obtained measured values a with a reference value am. The reference value aæf is designed to constitute 20-40% of a maximum measured value am, in the current combustion process. The time at which a combustion process starts is estimated at the time t1 for a first measured value a1 which reaches the reference value aref during a sequence of rising measured values. In this case, at least one measured value a which precedes the measured value a1 should be less than the reference value am The size of the measured values a obtained from the different combustion processes in the combustion chambers 3 can vary depending, for example, on the distance of the accelerometer 7 to the different combustion chambers. Another reason may be that different accelerometers 7 give different strong signal values. By relating such a reference value aæf to a percentage of a maximum measured value am, for the actual combustion process, a comparable time for starting combustion processes in different combustion chambers can be obtained. The maximum measured value amax is the largest measured value received during a current combustion process. The use of a reference value aæf also has the advantage that the risk of an incorrect indication of the start of a combustion process caused by vibrations from a disturbance source is substantially eliminated. After the end of the combustion process, when the measured values a obtained again fall below the reference value, the control unit 13 notes that the combustion process is completed. The control unit 13 registers the maximum measured value amax during the current combustion process. With knowledge of the maximum measured value amax, the control unit 13 calculates the reference value am which constitutes, for example,% of the maximum measured value amax. Thereafter, the control unit 13 determines the time t1 when a first measured value a1 during the combustion process reached the reference value aæf. The time t1 is estimated as the time at which the actual combustion process started.

En andra sensor 14 är applicerad på förbränningsmotorn 1 på ett lämpligt ställe. Den andra sensorn 14 är inrättad att avkänna vevaxelns 6 position hos förbränningsmotorn 1. Sensorn 14 av- ger därvid till styrenheten 13 en signal som är relaterad till vev- axelns 6 position. Styrenheten 13 kontrollerar i vilken position vevaxeln 6 befann vid den uppskattade tidpunkten t1. lnsprut- ningstidpunkten to för bränslet eller bränsleblandningen i för- bränningsutrymmet 3 inträffar med en tidsskillnad i förhållande till tidpunkten t1 för starten av förbränningsprocessen. Tidsskill- naden mellan insprutningstidpunkten to och den uppskattade tid- punkten t1 kan variera vid olika tillfällen för en och samma för- bränningsmotor. Tidsskillnaden kan bero på bränslets kvalitet, temperatur hos luft och bränsle, luftfuktighet och halten av återledda gaser. Styrenheten 13 kan här jämföra den uppskatta- de tidpunkten to för förbränningsprocessen med tidpunkten när vevaxeln 6 befann sig i den för förbränningsprocessen optimala positionen. Om en tidsavvikelse här föreligger korrigerar styren- heten 13 insprutningsorganets 5 insprutningstidpunkt to för bränslet i den efterföljande förbränningsprocessen i nämnda förbränningsutrymme 3 med ett värde motsvarande denna tids- avvikelse. Alternativt kan en sådan korrigering av tidpunkten to för insprutning av bränslet eller bränsleblandningen baseras på ett medelvärde av ett flertal sådana tidsavvikelser hos föregå- ende förbränningsprocesser. Styrenheten 13 är även förbunden n | | n o n | nu 517 008 med en indikeringsenhet 15. lndikeringsenheten 15 är inrättad att indikera för, exempelvis, en förare av ett fordon om tänkbara fel på förbränningsmotorn 1 i samband med en felaktig förbrän- ningsstart. lndikeringsorganet 15 kan även indikera när det inte längre är möjligt att kompensera för en felaktig förbränningsstart och informera om när förbränningsmotorn 1 bör genomgå en service. l Fig 4 visas ett flödesschema för ett förfarande för att uppskatta tidpunkten t1 för starten av en förbränningsprocess för en cylin- der 2 hos förbränningsmotorn 1. Ett motsvarande förfarande sker samtidigt i de övriga cylindrarna 2. Förfarandet innefattar inledningsvis att, vid ett inledande steg 16, applicera åtminstone en accelerometer 7 i kontakt med motorblocket hos förbrän- ningsmotorn 1. Accelerometerns 7 placering är viktig för att er- hålla mätvärden som medger en noggrann uppskattning av tid- punkten t1 när en förbränningsprocess startar. Accelerometrarna 7 bör således inte placeras i ett område på motorblocket som utsätts för störande vibrationer från närliggande rörliga meka- niska delar. Accelerometrarna 7 avger en analog signal som är relaterad till vibrationernas värde i applikationsområdet på mo- torblocket.A second sensor 14 is applied to the internal combustion engine 1 in a suitable place. The second sensor 14 is arranged to sense the position of the crankshaft 6 of the internal combustion engine 1. The sensor 14 then emits to the control unit 13 a signal which is related to the position of the crankshaft 6. The control unit 13 checks in which position the crankshaft 6 was at the estimated time t1. The injection time to for the fuel or fuel mixture in the combustion chamber 3 occurs with a time difference with respect to the time t1 for the start of the combustion process. The time difference between the injection time to1 and the estimated time t1 can vary at different times for one and the same internal combustion engine. The time difference can be due to the quality of the fuel, temperature of air and fuel, humidity and the content of returned gases. The control unit 13 can here compare the estimated time to for the combustion process with the time when the crankshaft 6 was in the optimal position for the combustion process. If a time deviation is present here, the control unit 13 corrects the injection time 5 of the injection means 5 for the fuel in the subsequent combustion process in said combustion space 3 by a value corresponding to this time deviation. Alternatively, such a correction of the time to injection of the fuel or fuel mixture may be based on an average of a plurality of such time deviations of previous combustion processes. The control unit 13 is also connected n | | n o n | now 517 008 with an indicating unit 15. the indicating unit 15 is arranged to indicate to, for example, a driver of a vehicle about possible faults on the internal combustion engine 1 in connection with an incorrect combustion start. The indicating means 15 can also indicate when it is no longer possible to compensate for an incorrect combustion start and inform when the internal combustion engine 1 should be serviced. Fig. 4 shows a flow chart of a method for estimating the time t1 for the start of a combustion process for a cylinder 2 of the internal combustion engine 1. A corresponding method takes place simultaneously in the other cylinders 2. The method initially comprises that, in an initial step 16 , apply at least one accelerometer 7 in contact with the engine block of the internal combustion engine 1. The location of the accelerometer 7 is important to obtain measured values which allow an accurate estimate of the time t1 when a combustion process starts. The accelerometers 7 should therefore not be placed in an area of the engine block that is exposed to disturbing vibrations from nearby moving mechanical parts. The accelerometers 7 emit an analog signal which is related to the value of the vibrations in the application area on the engine block.

Vid steget 17 mottas den analoga signalen och genomgår en behandlingsprocess som ger utgående digitala mätvärden. Be- handlingsprocessen innefattar inledningsvis en lågpassfiltrering av den analoga signalen. Höga frekvenser över ett gränsvärde filtreras bort. Därefter omvandla den analoga signalen till digi- tala signalvärden. Den analoga signalen indelas med lämpliga tidsintervall i digitala signalvärden. De uppkomna digitala sig- nalvärdena bandpassfiltreras sedan inom ett frekvensomràde. som innefattar de vanligast förekommande vibrationsfrekvenser- na som hårrör från förbränningsprocesser hos den aktuella ty- pen av förbränningsmotor 1. Högre och lägre frekvenser, som huvudsakligen innehåller störningar, filtreras således bort. Slut- ligen justeras de erhållna digitala signalvärden till digitala mät- n u - - | ~ o u o» 517 008 | . ; ø u . o. 11 värden som följer en kurvform. Därmed undviks tillfälliga fluktu- ationer av mätvärdena.At step 17, the analog signal is received and undergoes a processing process that provides outgoing digital measurement values. The processing process initially involves a low-pass filtering of the analog signal. High frequencies above a limit value are filtered out. Then convert the analog signal to digital signal values. The analog signal is divided at appropriate time intervals into digital signal values. The resulting digital signal values are then bandpass filtered within a frequency range. which includes the most common vibration frequencies such as capillaries from combustion processes of the current type of internal combustion engine 1. Higher and lower frequencies, which mainly contain interference, are thus filtered out. Finally, the obtained digital signal values are adjusted to digital measurements u - - | ~ o u o »517 008 | . ; ø u. o. 11 values that follow a curve shape. This avoids temporary fluctuations in the measured values.

Vid steget 18, mottas och registreras de mätvärden a som er- hålles under en förbränningsprocess. Det maximala mätvärdet amax som är det största mätvärdet som mottagits under en den aktuella förbränningsprocess noteras. Ett referensvärde aæf be- räknas som 30 % av amax. Tidpunkten t1 för ett första mätvärde a, som uppnår referensvärdet amf efter att åtminstone ett före- gående mätvärde a understigit referensvärdet aref uppskattas som tidpunkten för starten av förbränningsprocessen.At step 18, the measured values a obtained during a combustion process are received and registered. The maximum measured value amax, which is the largest measured value received during the current combustion process, is noted. A reference value aæf is calculated as 30% of amax. The time t1 for a first measured value a, which reaches the reference value amf after at least one previous measured value a has fallen below the reference value aref is estimated as the time for the start of the combustion process.

Vid steget 19, mottas information om vevaxels 9 position hos förbränningsmotorn 1. Sedan kontrolleras om vevaxeln 9 befann sig i en optimal position vid den uppskattade tidpunkten t1 för start av förbränningsprocessen. Om en avvikelse här föreligger korrigeras insprutningsorganets 5 insprutningstidpunkt to för den följande förbränningsprocessen i förbränningsutrymmet 3.At step 19, information is received about the position of the crankshaft 9 of the internal combustion engine 1. Then it is checked whether the crankshaft 9 was in an optimal position at the estimated time t1 for starting the combustion process. If there is a deviation here, the injection time to be injected 5 is corrected for the following combustion process in the combustion chamber 3.

Därefter upprepas processen, vid steget 17, med mottagning av en ny analog signal avseende den följande förbränningsproces- sen.Thereafter, the process is repeated, at step 17, with the receipt of a new analog signal regarding the following combustion process.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den beskrivna utfö- ringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.The invention is in no way limited to the described embodiment but can be varied freely within the scope of the claims.

Arrangemanget och förfarandet är tillämpbart på förbrännings- motorer oavsett antalet cylindrar. Arrangemanget och förfaran- det är tillämpbart på väsentligen alla typer av motorer där en förbränningsprocess äger rum och där ett detekterbart förbrän- ningsljud erhålls under förbränningsprocessen. Sålunda är upp- finningen tillämpbar på exempelvis motorer som arbetar med kompressionständning av en homogen bränsleblandning s.k.The arrangement and procedure are applicable to internal combustion engines regardless of the number of cylinders. The arrangement and procedure are applicable to essentially all types of engines where a combustion process takes place and where a detectable combustion sound is obtained during the combustion process. Thus, the invention is applicable to, for example, engines which work with compression ignition of a homogeneous fuel mixture so-called

HCCI motorer där problemet med att bestämma tidpunkten för förbränningsprocessens start föreligger på samma sätt som hos en konventionell dieselmotor.HCCI engines where the problem of determining the timing of the start of the combustion process exists in the same way as with a conventional diesel engine.

Claims

10 15 20 25 30 35 517 008 12 Patent claims

An arrangement for estimating the time of start of a combustion process of an internal combustion engine (1), the internal combustion engine (1) comprising at least one injection means (5) arranged to supply a fuel or a mixture of fuels to the combustion process and at least one combustion space (3) in which instantaneous combustion processes take place, the arrangement comprising at least a first sensor (7) arranged to sense at least one parameter related to the sound generated during the combustion processes and emit a signal which is related to the value of the parameter, signal processing means (8-11) which are arranged to convert said signal into measured values (a) and a control unit (13) which is arranged to estimate the time at which a combustion process starts to the time (t1 ) for a first measured value (a1) which reaches a reference value (am) after at least one previous measured value (a) has fallen below the reference value (aæf), characterized in that the reference value (aæf) is set to be 20-40% of a maximum measured value (amax) obtained for the specific combustion space.

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the maximum measured value (amax) is the largest measured value received during a current combustion process.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that said parameter is related to the vibrations which occur in an engine block of the internal combustion engine (1).

Arrangement according to claim 3, characterized in that the first sensor comprises an accelerometer (7) which is arranged in mechanical contact with the engine block.

Arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the first sensor (7) is arranged to emit an analog signal in annulus 517 008 13 and that said signal processing means comprises an analog low-pass filter (8). .

Arrangement according to claim 5, characterized in that said signal processing means comprises an analog-to-digital converter (9) which is arranged to convert the analog signal into digital signal values.

Arrangement according to claim 6, characterized in that said signal processing means comprises a digital bandpass filter (10).

Arrangement according to claim 7, characterized in that said signal processing means comprises a unit (11) which is arranged to adjust the obtained digital signal values to measured values (a) which follow a curve (12).

An arrangement according to any one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine comprises a crankshaft (6) arranged to be driven by said combustion processes, and wherein the control unit (13) is arranged to receive information from a second sensor (14) regarding position of the crankshaft (6), characterized in that the control unit (13) is arranged to check whether the crankshaft (6) is in a position optimal for this at the estimated time (t1) for starting the combustion process and, if necessary, correcting the injection means ( 5) injection time (two).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the injection means (5) is arranged to inject the fuel or fuel mixture into the combustion chamber (3) and that the internal combustion engine (1) operates with compression ignition.

A method for estimating the time of start of an combustion process of an internal combustion engine (1), wherein the internal combustion engine (1) comprises at least one injection means (5) arranged to supply a fuel or a fuel mixture to the combustion process and an combustion chamber. (3) in which instantaneous combustion processes take place, that at least one parameter is sensed which is related to the sound generated during the combustion processes and a signal is emitted which is related to the value of the parameter, that said signal is converted to measured values (a) and that the time at which a current combustion process starts is estimated to the time (t1) of a first measured value (a1) which exceeds a reference value (aæf) after at least one previous measured value (a) has fallen below the reference value - it (aæf), characterized in that the reference value (aæf) is set to be 20-40% of a maximum measured value (amax) obtained for the specific combustion space.

Method according to Claim 11, characterized in that the maximum measured value (amax) is determined to be the largest measured value received during a current combustion process.

Method according to one of the preceding claims 11 and 12, characterized in that said parameter is related to the vibrations which occur in an engine block of the internal combustion engine (1).

Method according to claim 13, characterized in that a first sensor (7) is applied in mechanical contact with the engine block.

Method according to one of the preceding claims 11-14, characterized in that the sensor (7) emits an analog signal and that said signal is low-pass filtered.

Method according to Claim 15, characterized in that the analog signal is converted into digital signal values.

Method according to Claim 16, characterized in that the digital signal values are bandpass filtered.

Method according to Claim 17, characterized in that the digital signal values obtained are adjusted so that they follow a waveform. 10 n »evo u 517 903 .. 15

A method according to any one of the preceding claims 11-18, wherein the internal combustion engine (1) comprises a crankshaft (6) arranged to be driven by said combustion processes, vessels; marked by receiving information about the position of the crankshaft (6) and checking the position of the crankshaft (6) at the estimated time (t1) for starting the combustion process and if the crankshaft (6) is not in an optimal position at time (t1), the injection means is corrected (5) injection time (two). Method according to one of the preceding claims 11 to 19, characterized in that the fuel or fuel mixture is injected into the combustion chamber (3) where it is arranged to be ignited by the compression in the combustion chamber (3).