(57)【要約】  本発明は、ドリフト補償のための、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための方法、ドリフト補償のための計算ユニット（３）を備えた電荷増幅器（１）、およびこの電荷増幅器（１）を含む測定システムに関する。その際に特に、計算された第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、第２のクランク角ポジションで検出された第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求め、求められた偏差を、電荷増幅器（１）の出力電圧信号においてドリフト補償電流の生成により補償し、このドリフト補償電流を電荷増幅器（１）の電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これによりドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、偏差を補償する。
2021501849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリフト補償のための、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための方法であって、前記方法は以下のステップを含む、すなわち、
シリンダ内にかつ／またはシリンダに配置された圧電式圧力検出器により生成された電荷量を、実質的にリアルタイムで計算する計算ユニット（３）を含む電荷増幅器（１）において、出力電圧信号に変換するステップと、
第１のクランク角値および第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第１のクランク角ポジションで検出するステップと、
第２のクランク角値および第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、前記第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第２のクランク角ポジションで検出するステップと、
検出された前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、検出された前記第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間の圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１を計算するステップと、
検出された前記第１のクランク角値を用いて、前記第１のクランク角ポジションにおける第１のシリンダ容積Ｖ１を計算するステップと、
検出された前記第２のクランク角値を用いて、前記第２のクランク角ポジションにおける第２のシリンダ容積Ｖ２を計算するステップと、
以下の規則すなわち
【数１】
2021501849.tif 000009
に従い第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１は、計算された前記圧力差、Ｖ２は、前記第２のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、Ｖ１は、前記第１のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、さらにｋａｐｐａは、ポリトロープ指数であるステップと、
計算された前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、前記第２のクランク角ポジションで検出された前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップと、
求められた前記偏差を、前記電荷増幅器（１）の前記出力電圧信号においてドリフト補償電流の生成により補償し、前記ドリフト補償電流を前記電荷増幅器（１）の電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これによりドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、前記偏差を補償するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
さらなる以下のステップを含む、すなわち、
第３のクランク角値および第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、前記第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第３のクランク角ポジションで検出するステップ、および／または、複数のさらなる第１のクランク角値および複数のさらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、前記第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における複数のさらなる第１のクランク角ポジションで検出するステップと、
第４のクランク角値および第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、前記第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第４のクランク角ポジションで検出するステップ、および／または、複数のさらなる第２のクランク角値および複数のさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、前記第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における複数のさらなる第２のクランク角ポジションで検出するステップと、
検出された前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、検出された前記第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間のさらなる圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３を計算するステップ、および／または、それぞれ検出された前記さらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、それぞれ検出された前記さらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間のさらなる圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍを計算するステップと、
検出された前記第３のクランク角値を用いて、前記第３のクランク角ポジションにおける第３のシリンダ容積Ｖ３を計算するステップ、および／または、個々の前記さらなる第１のクランク角値を用いて、複数のさらなる第１のクランク角ポジションにおける複数のさらなる第１のシリンダ容積Ｖｍを計算するステップと、
検出された前記第４のクランク角値を用いて、前記第４のクランク角ポジションにおける第４のシリンダ容積Ｖ４を計算するステップ、および／または、個々の前記さらなる第２のクランク角値を用いて、複数のさらなる第２のクランク角ポジションにおける複数のさらなる第２のシリンダ容積Ｖｎを計算するステップと、
以下の規則すなわち
【数２】
2021501849.tif 000010
に従い第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３は、計算された前記さらなる圧力差、Ｖ３は、前記第３のクランク角ポジションにおける前記シリンダ容積、Ｖ４は、前記第４のクランク角ポジションにおける前記シリンダ容積、さらにｋａｐｐａは、ポリトロープ指数であるステップ、および／または、以下の規則すなわち
【数３】
2021501849.tif 000011
に従いそれぞれさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍは、計算された前記さらなる圧力差、Ｖｍは、それぞれ前記さらなる第１のクランク角ポジションにおける前記シリンダ容積、Ｖｎは、それぞれ前記さらなる第２のクランク角ポジションにおける前記シリンダ容積、さらにｋａｐｐａは、ポリトロープ指数であるステップと、
計算された前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、前記第４のクランク角ポジションで検出された前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップ、および／または、それぞれ計算された前記さらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、それぞれ前記さらなる第２のクランク角ポジションで検出されたそれぞれ前記さらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップと、
求められた１つの前記偏差または求められた複数の前記偏差を特に、誤差の二乗和を最小化する方法の適用によって、かつ／または、線形平均または二乗平均によって、平均化するステップと、
平均化された前記偏差を、前記電荷増幅器（１）の前記出力電圧信号においてドリフト補償電流の生成により補償し、前記ドリフト補償電流を前記電荷増幅器（１）の前記電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これによりドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、前記偏差を補償するステップと、
を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍの計算を、つまりは前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／または前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／またはそれぞれ前記さらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴの計算を、１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値を用いて行い、
１つのフィルタリングされた前記燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた前記燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒおよび／またはρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒを、アナログまたはデジタルのローパスフィルタ、特にＦＩＲフィルタ、による圧力曲線のフィルタリングによって形成および／または生成する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍの計算を、つまりは前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／または前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／またはそれぞれ前記さらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴの計算を、１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値を用いて行い、
１つの平均化された前記燃焼室圧力値または複数の平均化された前記燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌおよび／またはρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌを、複数の燃焼室圧力値の平均化により行い、ただし前記平均化に用いられる複数の前記燃焼室圧力値は、１つの検出された前記燃焼室圧力値または複数の検出された前記燃焼室圧力値から、特に−５度〜＋５度のクランク角で偏差している、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１のクランク角値および前記第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出し、
かつ／または前記第２のクランク角値および前記第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出し、
かつ／または前記第３のクランク角値および前記第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出し、
かつ／または前記第４のクランク角値および前記第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出し、
かつ／または個々の前記さらなる第１のクランク角値および個々の前記さらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出し、
かつ／または個々の前記第２のクランク角値および個々の前記第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記クランク角値をクランク角検出器装置により、特にクランク角センサにより検出する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記方法は以下のさらなるステップを含む、すなわち、
センサおよび／またはシリンダの温度変化および前記温度変化に付随する余分なセンサドリフトを、特にエネルギー値を求めて前記エネルギー値をモデル関数に代入することにより求めるステップと、
求められた前記温度変化を、前記電荷増幅器（１）の前記出力電圧信号において、求められた前記温度変化を考慮する修正されたドリフト補償電流の生成により補償し、前記修正されたドリフト補償電流を前記電荷増幅器（１）の前記電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これにより修正されたドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、前記偏差を補償する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記温度変化を求めるステップは以下のステップを含む、すなわち、
第１の動作サイクルのエネルギー値Ｅｘと、さらなる動作サイクルのエネルギー値Ｅｙと、の間のエネルギー値差ΔＥｙ−ｘを用いて温度特性値を計算し、ただし前記温度特性値により、前記シリンダ内の温度変化、さらに場合によって前記センサの温度変化も推定することができ、あるいは前記温度特性値は、前記シリンダ内の温度変化に相応し、かつ／または場合によって前記センサの温度変化にも相応するステップを含む、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１の動作サイクルの前記エネルギー値Ｅｘを計算するステップは以下のステップを含む、すなわち、
前記シリンダに取り込まれる燃料混合物の燃焼が始まる前の第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内でのクランク角ポジションにおいて、特に前記シリンダに燃料混合物が噴射される前のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘを検出し、ただし前記クランク角ポジションは特に、前記第１のクランク角ポジションに相応するステップと、
前記動作サイクル内のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを検出し、ただし前記燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘの前記クランク角ポジションは特に、前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘの前記クランク角ポジションの位置に対し鏡像的に前記上死点後にあるステップと、
検出された前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘと、検出された前記燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘと、の間の圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘを計算するステップと、
求められた前記圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘを用いて前記エネルギー値Ｅｘを求め、ただし求められた前記エネルギー値Ｅｘにより、燃焼によって放出された前記動作サイクルのエネルギー量を推定することができ、または求められた前記エネルギー値Ｅｘは、前記動作サイクルの前記放出されたエネルギー量に相応するステップと、
を含む、
請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記さらなる動作サイクルの前記エネルギー値Ｅｙを計算するステップは以下のステップを含む、すなわち、
前記シリンダに取り込まれる燃料混合物の燃焼が始まる前のさらなる動作サイクルの圧縮フェーズ内でのクランク角ポジションにおいて、特に前記シリンダに燃料混合物が噴射される前のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙを検出し、ただし前記クランク角ポジションは特に、前記第１のクランク角ポジションに相応するステップと、
前記さらなる動作サイクル内のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙを検出し、ただし前記燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙの前記クランク角ポジションは特に、前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙの前記クランク角ポジションの位置に対し鏡像的に前記上死点後にあるステップと、
検出された前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙと、検出された前記燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙと、の間の圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｙを計算するステップと、
求められた前記圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｉを用いて前記エネルギー値Ｅｙを求め、ただし求められた前記エネルギー値Ｅｙにより、燃焼によって放出された前記さらなる動作サイクルのエネルギー量を推定することができ、または求められた前記エネルギー値Ｅｙは、前記さらなる動作サイクルの前記放出されたエネルギー量に相応するステップと、
を含む、
請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記圧力差つまりは前記エネルギー値の計算を、１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値を用いて行い、
１つのフィルタリングされた前記燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρＮＡＣＨ，ｘ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρＶＯＲ，ｙ，Ｆｉｌｔｅｒおよび／またはρＮＡＣＨ，ｙ，Ｆｉｌｔｅｒを、アナログまたはデジタルのローパスフィルタ、特にＦＩＲフィルタ、による圧力曲線のフィルタリングによって形成および／または生成する、
請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘおよび／またはΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｙつまりは前記エネルギー値の計算を、１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値を用いて行い、
１つの平均化された前記燃焼室圧力値または複数の平均化された前記燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρＮＡＣＨ，ｘ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρＶＯＲ，ｙ，Ｍｉｔｔｅｌおよび／またはρＮＡＣＨ，ｙ，Ｍｉｔｔｅｌを、複数の燃焼室圧力値の平均化により行い、ただし前記平均化に用いられる複数の前記燃焼室圧力値は、１つの検出された前記燃焼室圧力値または複数の検出された前記燃焼室圧力値から、特に−５度〜＋５度のクランク角で偏差している、
請求項７から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
求められた前記エネルギー値を、同様の燃焼を伴う動作サイクルを識別するために使用し、
前記同様の動作サイクルの識別により、圧力検出器、ケーブルおよび／または電荷増幅器（１）から成る測定構造の固有ドリフトを求めて、エンジンが停止しているときでも前記固有ドリフトとは逆のドリフト補償電流を生成し、それによって前記電荷増幅器（１）の出力信号（８）がドリフトして逸脱するのを阻止する、
請求項７から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
ドリフト補償のための、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための、計算ユニット（３）を備えた電荷増幅器（１）であって、
前記電荷増幅器（１）は、圧力検出器により生成された電荷量を出力電圧信号に変換するように構成されており、
前記圧力検出器のための接続端子、特に圧電式圧力センサのための接続端子と、
場合によって、クランク角検出器装置のための接続端子、特にクランク角センサのための接続端子と、
を含む電荷増幅器（１）において、
前記計算ユニット（３）は、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする、
電荷増幅器（１）。
【請求項１５】
前記計算ユニット（３）は、実質的にリアルタイム対応の計算ユニット（３）であり、
前記計算ユニット（３）は、前記電荷増幅器（１）の一部分である、
請求項１４記載の電荷増幅器（１）。
【請求項１６】
前記電荷増幅器（１）および／または前記計算ユニット（３）は、アナログ／デジタル変換器（２）に接続されており、または接続可能であり、
前記アナログ／デジタル変換器（２）は、前記圧力値を捕捉する、
請求項１４または１５記載の電荷増幅器（１）。
【請求項１７】
前記電荷増幅器（１）および／または前記計算ユニット（３）は、デジタル／アナログ変換器（５）に接続されており、または接続可能であり、
前記デジタル／アナログ変換器（５）は、制御電圧を生成し、前記制御電圧を介して必要とされるドリフト補償電流を生成する、
請求項１４から１６までのいずれか１項記載の電荷増幅器（１）。
【請求項１８】
請求項１４から１７までのいずれか１項記載の電荷増幅器（１）を含む測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリフト補償のための、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための、独立請求項の上位概念に記載の方法に関する。さらに本発明は、ドリフト補償のための計算ユニットを備えた電荷増幅器および電荷増幅器を含む測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃焼室圧力を正確に測定するために、公知のように、圧電センサが電荷増幅器と共に使用される。これらのセンサは、たしかにそれらの精度の点で優れてはいるけれども、これらのセンサは圧力変化だけしか捕捉できず、絶対圧力を捕捉できない、という欠点を有する。圧力が加わったときにセンサにより生成される電荷量は電荷増幅器によって、もっと簡単に引き続き処理可能な電圧信号に変換される。しかしながら、実際の測定構造すなわちセンサ＋ケーブル＋電荷増幅器が理想的には絶縁されていないことに起因して、電荷増幅器において電荷量が変換される前に既に僅かな電荷量が、絶縁部を通って絶えず流れ出る。このことが原因となって、電荷増幅器の出力信号のゼロ点ドリフトが発生し、このゼロ点ドリフトは、それ相応のドリフト補償制御回路を用いることによってしか対処できず、その目的は、信号ゼロ点が徐々に飽和状態へと進み、それにより電荷信号をさらに捕捉することができなくなってしまうのを回避するためである。同様に、たとえば内燃機関の負荷変動時などにセンサの熱的状態が変化することによって、余分な電荷量の発生が引き起こされ、このことによってやはり出力信号の信号ゼロ点がシフトされる。
【０００３】
冒頭で述べたように、ドリフト補償は、圧電式燃焼室圧力センサのための電荷増幅器の設計において、重要な挑戦を意味する。従来技術から、ドリフト補償のための２つの方法が公知である。
【０００４】
ａ．いわゆる「連続的ドリフト補償」は、「持続的ドリフト補償」としても知られている。この場合、基本的に、ローパスフィルタを介してフィルタリングされた信号が、ドリフト補償制御回路の制御偏差として利用され、これに基づき相応の補償電流が生成され、この補償電流が反転された形態で電荷増幅器の入力電流に加算される。このようにすることで、電荷増幅器の出力信号の平均値が値ゼロに向かって次第に落ち着いていくようになる。ローパスフィルタの時定数を介して、制御の攻撃力すなわち「ロング」対「ショート」を設定することができる。この方法における欠点は、ローパスフィルタはエンジンの回転数に応じてそれぞれ異なるように作用し、比較的遅い回転数のときには特に、信号そのものに対し弱めるように作用を及ぼすことである。
【０００５】
ｂ．いわゆる「周期的ドリフト補償」が、特に欧州特許出願公開第０３２５９０３号明細書に記載されている。相応の装置を介して、内燃機関の動作サイクル中の特定のクランクシャフトポジションつまりはピストンポジションを規定するトリガ信号が、電荷増幅器回路に供給される。好ましくはこのポジションは、圧力が燃焼によっても影響を及ぼされていない吸気フェーズ内に位置する。このトリガポジションを、クランク角発生器から導出することができ、または圧力曲線自体から、たとえば相応に追従制御される閾値によって、形成することができる。この場合、ドリフト補償制御装置は、トリガポジションのところで電荷増幅器の出力信号経過から値を取り出し、その際、欧州特許出願公開第０３２５９０３号明細書によれば、これをサンプル＆ホールド回路によって行うことができる。次いでこの値は、ドリフト補償制御回路のための制御偏差として用いられ、すなわちこの値から対応する反転された補償電流が得られ、この補償電流が持続的ドリフト方法の場合のように、電荷増幅器の入力側へ加算的に供給される。この値は動作サイクルごとに１回しか変化しないので、かくして１回の動作サイクルにわたり一定の電流が補償としてそこに加算される。このようにすれば、最初の方法の場合のように回転数に依存して信号の振幅に影響が及ぼされるのが排除される。
【０００６】
しかしながら両方のドリフト補償形式は、以下で説明するように、精密な測定のためにはやはり重大な欠点を有する。
【０００７】
冒頭で述べように、実際の電荷増幅器のゼロ点は、構造の絶縁が理想的ではないことに起因してドリフトの影響を受け、徐々に飽和状態へとドリフトするのを回避するために、これを補償しなければならない。しかも、圧電センサの温度レベルが変化したときに、余分なドリフトが発生する可能性がある。なぜならば、その際にたとえばセンサの圧力ダイヤフラムが伸長または収縮するからであり、それに伴い余分な正または負の電荷量がセンサ出力側に生じるからである。このような不所望なゼロ点変化を、実際のゼロ点変化と区別しなければならない。後者は特に、ターボ過給器による過給圧を動作点に依存して変化させることによって実現される。さらに、オットー機関においてスロットルバルブ位置が急速に変化することによって、絶対圧力レベルつまりは電荷増幅器出力信号のゼロ点位置の著しくダイナミックな変化が引き起こされる可能性がある。この場合、理想的ではない絶縁および熱的変化に起因する変化は補償されるべきであるのに対し、圧力レベルの実際の変化が正されて補償されてはならない。とはいうものの、上述のドリフト補償回路は、ゼロ点変化に対する様々な原因を区別することはできず、それゆえ実際の圧力変化もゼロに収まるように制御してしまう。
【０００８】
たしかに、データ捕捉および評価システムのソフトウェアであって電荷増幅器の出力信号を引き続き処理するいわゆる指示システム（ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）には、熱力学的方法を用いて、または吸気管内のセンサに関連づけて、絶対圧力レベルを求めるためのロジックも必ず設けられている。しかしながら、ドリフト補償回路により実際の圧力変化が収まるように誤って制御されてしまうことによって、シリンダ圧力曲線にある程度の勾配が引き起こされる。その理由は、まさに一定の補正電流を供給した結果として、ランプ状の出力信号変化がもたらされるからである。シリンダ圧力曲線のこのような歪みは、たしかに以降の評価において計算上では取り除くことができるかもしれないが、リアルタイムで素早く評価するために、たとえば次に続く燃焼サイクルの制御に対しパラメータを求めるために、さらには電荷変動解析など高精度のその後の評価のために、このような歪みは極めて不都合なものである。よって、このような作用を回避するのが有用となるであろう。
【０００９】
オーストリア国特許発明第３９６６３４号明細書には、電荷増幅器の出力レベルを補正するための方法が記載されており、この方法は、電荷増幅器の出力信号を補正電圧によって補正することに基づくものである。この補正電圧は、絶対圧力レベルが既知である特定のクランク角ポジションにおいて、電荷増幅器信号の目下の値がその圧力レベルと比較される、というようにして求められる。差分により補正電圧がもたらされ、この補正電圧を用いて出力信号が補正される。ただし負荷が加えられていないディーゼルエンジンの場合にしか絶対圧力レベルは既知ではないので（これは吸気フェーズにおいてほぼ周囲圧力に相応する）、他のエンジン形式の場合には、吸気管内で入口弁の近くに取り付けられるさらなるセンサによって、既知の圧力を導出しなければならない。これにより、必要とされるコストが著しく高まる。しかもこの方法は、動作サイクルごとに１回整合される補正電圧によって、出力信号の跳躍的な変化つまりは非物理的な変化が引き起こされる、という大きな欠点を有する。たしかに、オーストリア国特許発明第３９６６３４号明細書も提案しているように、急激な変化ではなく、ランプ状の緩慢な変化を考慮することはできるけれども、それにもかかわらず実際のものには対応してない平坦にならされた電圧変化が生じてしまう。出力電圧のかかる補正に左右されることなく、どのようなケースであってもドリフト補償が必要とされる。それというのも、さもないと電荷増幅器の出力信号が徐々に飽和状態へとドリフトし、それに伴って出力側におけるレベル補正ももはや意味をなさなくなってしまうからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を克服することにある。本発明の課題は特に、電荷増幅器の出力信号が燃焼室の絶対圧力にほぼ相応するようにこの出力信号が調整され、かつたとえば吸気管圧力センサなどのような余分な圧力センサを必要としない、ドリフト補償方法を提供することにある。さらに本発明の課題は特に、出力信号が絶対圧力に関連づけられた適正な出力電圧レベルを有し、かつ出力電圧の補正における従来技術の前述の欠点を克服する、シリンダ圧力測定用の電荷増幅器を提供することにある。
【００１１】
特にこの電荷増幅器は、既述のオーストリア国特許発明第３９６６３４号明細書とは異なり、余分な圧力センサおよび予め既知の圧力値を必要としないのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による課題は特に、独立請求項の特徴によって解決される。
【００１３】
特に本発明は、ドリフト補償のための方法、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための方法に関し、この方法は以下のステップを含む。すなわち、
・シリンダ内にかつ／またはシリンダに配置された圧電式圧力検出器により生成された電荷量を、実質的にリアルタイムで計算する計算ユニットを含む電荷増幅器において、出力電圧信号に変換するステップと、
・第１のクランク角値および第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第１のクランク角ポジションで検出するステップと、
・第２のクランク角値および第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第２のクランク角ポジションで検出するステップと、
・検出された第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、検出された第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間の圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１を計算するステップと、
・検出された第１のクランク角値を用いて、第１のクランク角ポジションにおける第１のシリンダ容積Ｖ１を計算するステップと、
・検出された第２のクランク角値を用いて、第２のクランク角ポジションにおける第２のシリンダ容積Ｖ２を計算するステップと、
・以下の規則すなわち
【数１】
2021501849.tif 000003
に従い第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１は計算された圧力差、Ｖ２は第２のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、Ｖ１は第１のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、さらにｋａｐｐａはポリトロープ指数であるステップと、
・計算された第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、第２のクランク角ポジションで検出された第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップと、
・求められた偏差を、電荷増幅器の出力電圧信号においてドリフト補償電流の生成により補償し、このドリフト補償電流を電荷増幅器の電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これによりドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、偏差を補償するステップ。
【００１４】
場合によって考えられるのは、電荷増幅器は、圧力検出器により生成された電荷量を電圧信号に変換するように構成されている、ということである。
【００１５】
場合によって考えられるのは、圧力検出器により生成された電荷量が、実質的にリアルタイムで計算する計算ユニットを含む電荷増幅器において、出力電圧信号に変換され、この場合、電荷量は特に圧力検出器の圧力印加により生成される、ということである。
【００１６】
場合によって考えられるのは、この方法はさらなる以下のステップを含む、ということであり、すなわち、
・第３のクランク角値および第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第３のクランク角ポジションで検出するステップ、および／または複数のさらなる第１のクランク角値および複数のさらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における複数のさらなる第１のクランク角ポジションで検出するステップと、
・第４のクランク角値および第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における第４のクランク角ポジションで検出するステップ、および／または複数のさらなる第２のクランク角値および複数のさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内における複数のさらなる第２のクランク角ポジションで検出するステップと、
・検出された第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、検出された第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間のさらなる圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３を計算するステップ、および／またはそれぞれ検出されたさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、それぞれ検出されたさらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の間のさらなる圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍを計算するステップと、
・検出された第３のクランク角値を用いて、第３のクランク角ポジションにおける第３のシリンダ容積Ｖ３を計算するステップ、および／または個々のさらなる第１のクランク角値を用いて、複数のさらなる第１のクランク角ポジションにおける複数のさらなる第１のシリンダ容積Ｖｍを計算するステップと、
・検出された第４のクランク角値を用いて、第４のクランク角ポジションにおける第４のシリンダ容積Ｖ４を計算するステップ、および／または個々のさらなる第２のクランク角値を用いて、複数のさらなる第２のクランク角ポジションにおける複数のさらなる第２のシリンダ容積Ｖｎを計算するステップと、
・以下の規則すなわち
【数２】
2021501849.tif 000004
に従い第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３は計算されたさらなる圧力差、Ｖ３は第３のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、Ｖ４は第４のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、さらにｋａｐｐａはポリトロープ指数であるステップ、および／または以下の規則すなわち
【数３】
2021501849.tif 000005
に従いそれぞれさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴを計算し、ただしΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍは計算されたさらなる圧力差、Ｖｍはそれぞれさらなる第１のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、Ｖｎはそれぞれさらなる第２のクランク角ポジションにおけるシリンダ容積、さらにｋａｐｐａはポリトロープ指数であるステップと、
・計算された第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、第４のクランク角ポジションで検出された第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップ、および／またはそれぞれ計算されたさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴと、それぞれさらなる第２のクランク角ポジションで検出されたそれぞれさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮと、の偏差を求めるステップと、
・求められた１つの偏差または求められた複数の偏差を特に、誤差の二乗和を最小化する方法の適用によって、かつ／または線形平均または二乗平均によって、平均化するステップと、
・平均化された偏差を、電荷増幅器の出力電圧信号においてドリフト補償電流の生成により補償し、このドリフト補償電流を電荷増幅器の電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これによりドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、偏差を補償するステップ。
【００１７】
場合によって考えられるのは、求められた１つの偏差または求められた複数の偏差を平均化するために、最小二乗適合法が用いられる、ということである。
【００１８】
場合によって考えられるのは、圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍの計算を、つまりは第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／または第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／またはそれぞれさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴの計算を、１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値を用いて行う、ということ、および１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒおよび／またはρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｆｉｌｔｅｒを、アナログまたはデジタルのローパスフィルタ、特にＦＩＲフィルタ、による圧力曲線のフィルタリングによって形成および／または生成する、ということである。
【００１９】
場合によって考えられるのは、圧力差ΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，２−１および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，４−３および／またはΔρＢＥＲＥＣＨＮＥＴ，ｎ−ｍの計算を、つまりは第２の燃焼室圧力値ρ２，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／または第４の燃焼室圧力値ρ４，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴおよび／またはそれぞれさらなる第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＢＥＲＥＣＨＮＥＴの計算を、１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値を用いて行う、ということ、および１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌおよび／またはρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮ，Ｍｉｔｔｅｌを、複数の燃焼室圧力値の平均化により行い、ただし平均化に用いられる複数の燃焼室圧力値は、１つの検出された燃焼室圧力値または複数の検出された燃焼室圧力値から、特に−５度〜＋５度のクランク角で偏差している、ということである。
【００２０】
場合によって考えられるのは、第１のクランク角値および第１の燃焼室圧力値ρ１，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出する、かつ／または第２のクランク角値および第２の燃焼室圧力値ρ２，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出する、かつ／または第３のクランク角値および第３の燃焼室圧力値ρ３，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出する、かつ／または第４のクランク角値および第４の燃焼室圧力値ρ４，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出する、かつ／または個々のさらなる第１のクランク角値および個々のさらなる第１の燃焼室圧力値ρｍ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出する、かつ／または個々の第２のクランク角値および個々の第２の燃焼室圧力値ρｎ，ＡＵＦＧＥＮＯＭＭＥＮを、上死点前４０°〜７０°の範囲内で、特に上死点前５０°で検出する、ということである。
【００２１】
場合によってこのことにより、様々な値を、特に燃焼室圧力値を、実際の燃焼室圧力値が計算された燃焼室圧力値にほぼ相応する領域で検出することができる。場合によってこの領域では、たとえば弁の閉鎖などによって最小の妨害作用しか発生せず、場合によって熱伝導損失がまだ小さく、したがって物理法則が十分に有効であると見なしてよい。
【００２２】
場合によって考えられるのは、クランク角値をクランク角検出器装置により、特にクランク角センサにより検出する、ということである。
【００２３】
場合によって考えられるのは、この方法が以下のさらなるステップを含む、ということであり、すなわち、センサおよび／またはシリンダの温度変化およびこの温度変化に付随する余分なセンサドリフトを、特にエネルギー値を求めてこのエネルギー値をモデル関数に代入することにより求めるステップと、求められた温度変化を、電荷増幅器の出力電圧信号において、求められた温度変化を考慮する修正されたドリフト補償電流の生成により補償し、この修正されたドリフト補償電流を電荷増幅器の電荷／電圧変換器段の入力側に加算的または減算的に供給し、これにより修正されたドリフト補償された燃焼室圧力信号を生成して、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、偏差を補償するステップと、を含む、ということである。
【００２４】
場合によって考えられるのは、修正されたドリフト補償電流を生成して、計算された圧力レベルと測定された圧力レベルとの偏差を補償できるだけでなく、温度変化によって予期される余分な偏差も、先を見越すようにして補償することができる、ということである。
【００２５】
場合によって考えられるのは、この方法は温度変化を求めるために以下のステップを含む、ということであり、すなわち、第１の動作サイクルのエネルギー値Ｅｘと、さらなる動作サイクルのエネルギー値Ｅｙと、の間のエネルギー値差ΔＥｙ−ｘを用いて温度特性値を計算し、ただし温度特性値により、シリンダ内の温度変化、さらに場合によってセンサの温度変化も推定することができ、あるいは温度特性値は、シリンダ内の温度変化に相応し、かつ／または場合によってセンサの温度変化にも相応するステップを含む、ということである。
【００２６】
場合によって考えられるのは、この方法は、第１の動作サイクルのエネルギー値Ｅｘを計算するために、以下のステップを含む、ということであり、すなわち、シリンダに取り込まれる燃料混合物の燃焼が始まる前の第１の動作サイクルの圧縮フェーズ内でのクランク角ポジションにおいて、特にシリンダに燃料混合物が噴射される前のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘを検出し、ただしこのクランク角ポジションは特に、第１のクランク角ポジションに相応するステップと、動作サイクル内のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを検出し、ただし燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘのクランク角ポジションは特に、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘのクランク角ポジションの位置に対し鏡像的に上死点後にあるステップと、検出された燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘと、検出された燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘと、の間の圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘを計算するステップと、求められた圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘを用いてエネルギー値Ｅｘを求め、ただし求められたエネルギー値Ｅｘにより、燃焼によって放出された動作サイクルのエネルギー量を推定することができ、または求められたエネルギー値Ｅｘは、動作サイクルの放出されたエネルギー量に相応するステップと、を含む、ということである。
【００２７】
場合によって考えられるのは、燃料混合物の燃焼が実質的に終了した後、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを第１の動作サイクル内のクランク角ポジションで検出する、ということである。
【００２８】
場合によって考えられるのは、この方法は、さらなる動作サイクルのエネルギー値Ｅｙを計算するために、以下のステップを含む、ということであり、すなわち、シリンダに取り込まれる燃料混合物の燃焼が始まる前のさらなる動作サイクルの圧縮フェーズ内でのクランク角ポジションにおいて、特にシリンダに燃料混合物が噴射される前のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙを検出し、ただしこのクランク角ポジションは特に、第１のクランク角ポジションに相応するステップと、さらなる動作サイクル内のクランク角ポジションにおいて、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙを検出し、ただし燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙのクランク角ポジションは特に、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙのクランク角ポジションの位置に対し鏡像的に上死点後にあるステップと、検出された燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙと、検出された燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙと、の間の圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｙを計算するステップと、求められた圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｉを用いてエネルギー値Ｅｙを求め、ただし求められたエネルギー値Ｅｙにより、燃焼によって放出されたさらなる動作サイクルのエネルギー量を推定することができ、または求められたエネルギー値Ｅｙは、さらなる動作サイクルの放出されたエネルギー量に相応するステップと、を含む、ということである。
【００２９】
場合によって考えられるのは、燃料混合物の燃焼が実質的に終了した後、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙをさらなる動作サイクル内のクランク角ポジションで検出する、ということである。
【００３０】
場合によって考えられるのは、圧力差つまりはエネルギー値の計算を、１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値を用いて行う、ということ、および１つのフィルタリングされた燃焼室圧力値または複数のフィルタリングされた燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρＮＡＣＨ，ｘ，Ｆｉｌｔｅｒ，ρＶＯＲ，ｙ，Ｆｉｌｔｅｒおよび／またはρＮＡＣＨ，ｙ，Ｆｉｌｔｅｒを、アナログまたはデジタルのローパスフィルタ、特にＦＩＲフィルタ、による圧力曲線のフィルタリングによって形成および／または生成する、ということである。
【００３１】
場合によって考えられるのは、圧力差ΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｘおよび／またはΔρＥＮＥＲＧＩＥ，ｙつまりはエネルギー値の計算を、１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値を用いて行う、ということ、および１つの平均化された燃焼室圧力値または複数の平均化された燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρＮＡＣＨ，ｘ，Ｍｉｔｔｅｌ，ρＶＯＲ，ｙ，Ｍｉｔｔｅｌおよび／またはρＮＡＣＨ，ｙ，Ｍｉｔｔｅｌを、複数の燃焼室圧力値の平均化により行い、ただし平均化に用いられる複数の燃焼室圧力値は、１つの検出された燃焼室圧力値または複数の検出された燃焼室圧力値から、特に−５度〜＋５度のクランク角で偏差している、ということである。
【００３２】
場合によって考えられるのは、求められたエネルギー値を、同様の燃焼を伴う動作サイクルを識別するために使用する、ということ、および同様の動作サイクルの識別により、圧力検出器、ケーブルおよび／または電荷増幅器から成る測定構造の固有ドリフトを求めて、エンジンが停止しているときでも固有ドリフトとは逆のドリフト補償電流を生成し、それによって電荷増幅器の出力信号がドリフトして逸脱するのを阻止する、ということである。
【００３３】
特に本発明は、ドリフト補償のための、特に内燃機関において検出される燃焼室圧力信号のゼロ点ドリフトを補償するための、計算ユニットを備えた電荷増幅器に関し、この電荷増幅器は、圧力検出器により生成された電荷量を出力電圧信号に変換するように構成されており、圧力検出器のための接続端子、特に圧電式圧力センサのための接続端子と、場合によってクランク角検出器装置のための接続端子、特にクランク角センサのための接続端子とを含む。
【００３４】
場合によって考えられるのは、電荷増幅器には、クランク角検出器装置、特にクランク角センサ、の信号だけが供給される、ということである。場合によって考えられるのは、電荷増幅器は、クランク角検出器装置のための接続端子、特にクランク角センサのための接続端子を有していない、ということである。
【００３５】
場合によって考えられるのは、計算ユニットが本発明によるドリフト補償方法を実施するように構成されている、ということである。
【００３６】
場合によって考えられるのは、計算ユニットは、実質的にリアルタイム対応の計算ユニットであり、計算ユニットは電荷増幅器の一部分である、ということである。
【００３７】
場合によって考えられるのは、電荷増幅器および／または計算ユニットは、アナログ／デジタル変換器に接続されており、または接続可能であり、このアナログ／デジタル変換器は圧力値を捕捉する、ということである。
【００３８】
場合によって考えられるのは、電荷増幅器および／または計算ユニットは、デジタル／アナログ変換器に接続されており、または接続可能であり、デジタル／アナログ変換器は制御電圧を生成し、この制御電圧を介して必要とされるドリフト補償電流を生成する、ということである。
【００３９】
特に本発明は、本発明による電荷増幅器を含む測定システムに関する。
【００４０】
場合によって本発明は、内燃機関における圧電式燃焼室圧力センサのための電荷増幅器に関する。この場合、電荷増幅器の出力信号は同時に燃焼室の絶対圧力にも相応し、この目的で電荷信号に加えて、少なくとも２つのクランク角ポジションに関するリアルタイムによる情報だけが供給されるが、他のセンサのさらなる信号、またはたとえば吸気フェーズにおいて他の手法で求められたまたは推定された絶対圧力値に関するさらなる情報は、供給されない。
【００４１】
場合によって考えられるのは、クランク角位置を捕捉するユニットから電荷増幅器に、内燃機関の圧縮フェーズにおける少なくとも２つのクランク角ポジションに対するトリガ信号を伝達する、ということ、および電荷増幅器に接続されたリアルタイム計算ユニットにおいて、これらの時点に捕捉された相対圧力値から、両方のトリガ時点のうち少なくとも一方における絶対圧力レベルが、熱力学的手法で求められ、対応するトリガ時点においてこのようにして求められた絶対レベルからの電荷増幅器の出力信号の偏差が、電荷増幅器のドリフト補償制御回路に対する制御量として用いられ、これにより電荷増幅器の出力電圧が絶対レベルに合わせて調整される、ということである。
【００４２】
場合によって考えられるのは、アナログ／デジタル変換器を介して圧力値の捕捉を行い、デジタル／アナログ変換器により制御電圧の生成を行い、これらの変換器は、ＦＰＧＡの一部とすることもできるリアルタイム対応のプロセッサユニットに接続されている、ということである。
【００４３】
場合によって考えられるのは、少なくとも１つのさらなるトリガ信号が燃焼終了時に供給され、それにより燃焼時に放出されたエネルギーの推定を行い、先行の動作サイクルにおいて放出されたエネルギーとの比較から、シリンダ圧力センサの温度レベルの変化に対する推定を行い、その結果から、格納されているモデル関数を介して、予期されるいっそう大きいドリフトを推定し、それに応じてドリフト補償電流を既にこの時点で先を見越して整合する、ということである。
【００４４】
場合によって考えられるのは、エンジンにおいて同じエネルギー放出を伴う相前後するサイクルから、圧電式圧力検出器とケーブルと電荷増幅器とから成る測定構造の固有ドリフトを求め、エンジン停止時に相応のドリフト補償電流を印加し、その結果、固有ドリフトが相殺されて、ストップ・スタートフェーズを経てからの走行動作中の実際の過渡的な測定においても、絶対的に正しい圧力レベルが生じるようになる。
【００４５】
本発明の課題を解決するために特に、絶対圧力レベルの熱力学的特定を、ドリフト補償制御回路と関連づけることができる。
【００４６】
この目的で、電荷増幅器の構造内に含まれているリアルタイム対応の計算ユニットに、内燃機関の圧縮フェーズにおける少なくとも２つのクランク角ポジションに対するトリガ信号を供給することができる。場合によって計算ユニットはこの位置で信号値を取り出すことができ、センサ感度および電荷増幅器の伝達係数から予め既知の総合スケーリング係数たとえばｋＰａ／Ｖを用いて、この信号値を相対圧力値に変換することができる。
【００４７】
理想的なガスの場合、断熱状態方程式から、
【数４】
2021501849.tif 000006
となり、
ただし、ρは絶対圧力、Ｖは容積、さらにｎはポリトロープ指数を表し、２つのクランク角ポジション１および２における値に対し式
【数５】
2021501849.tif 000007
が得られる。この式から変形により式
【数６】
2021501849.tif 000008
が得られる。
【００４８】
この方程式が意味するのは、第２のクランク角ポジションに対する絶対圧力を、圧力値の共通のオフセットには依存しない第２のポジションにおける圧力と第１のポジションにおける圧力との圧力差から、さらに燃焼経過には依存しない係数を用いて、特定することができる、ということである。この係数は、両方のポジションにおける個々のシリンダ容積ならびにいわゆるポリトロープ指数から得られる。特定のエンジンについてシリンダ容積は既知であると見なすことができる。その理由は、シリンダ容積を、シリンダの排気量、圧縮比およびクランク駆動部のプッシュロッド比から、クランク角に依存して計算することができるからである。場合によって、上死点［ＯＴ］前９０°〜１２０°におけるクランク角、特に約１００°におけるクランク角を、第１のポジションと見なすことができ、上死点［ＯＴ］前４０°〜７０°におけるクランク角、特に約５０°におけるクランク角を、第２のポジションと見なすことができる。その理由は、この領域においては、実際の状態が理想的な断熱方程式にほぼ相応するからである。
【００４９】
当然ながら、２つのクランク角ポジションについてだけでなくそれよりも多くのクランク角ポジションについても計算を行うことができ、その際、信号妨害を抑圧するために様々な数学的方法も使用することができ、たとえば誤差の二乗和を最小化する公知の方法［Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ Ｆｉｔ］または簡単な平均化方法も使用することができる。
【００５０】
場合によって考えられるのは、この方法を、電荷増幅器と結合されたリアルタイム計算ユニットにおいて実施し、実際に特定のクランク角において発生し圧力に合わせてスケーリングされた電荷増幅器の相対出力信号を、熱力学的計算により求められた対応する絶対圧力の値と比較し、さらに比較の結果から得られた圧力差を、ドリフト補償制御回路に対する制御偏差として使用して、これによりゼロに合わせて制御する、ということである。
【００５１】
したがって所定のクランク角ポジションにおける電荷増幅器の出力信号の値は、従来技術とは異なり、ゼロに合わせて制御されるのではなく、好ましくは、絶対圧力のほぼ物理的に正しい値に合わせて制御される。かくして電荷増幅器は、そのまま維持すべき物理的な圧力変化と、制御により取り除くべき妨害を及ぼすドリフト現象とを区別することができる。
【００５２】
場合によって、制御回路の目標値が絶えず熱力学的計算に応じて整合され、それにより求められた補償電流を動作サイクル全体にわたり一定に維持することができるので、ドリフトに起因する偏差を、次の動作サイクル全体にわたり継続するランプの形態で補償することができる。このようにすることで、実際の圧力変化が収まるように誤って制御されてしまうことに起因する出力信号経過の不所望な勾配を回避することができる。しかしながら、ドリフト現象に起因する出力信号経過の勾配も同様にランプ状に、つまりは最適な手法で補償することができ、従来技術のように全体的な強い移行を回避することができる。場合によって従来技術とは異なり、周囲圧力の把握も余分な圧力センサも必要とされない。
【００５３】
本発明の１つの実施形態において、少なくとも第１および第２のクランク角ポジションにおいて相対圧力値を求めるために、アナログ／デジタル変換器が用いられ、このアナログ／デジタル変換器は、リアルタイム計算ユニットに接続されており、少なくとも第１および第２のポジションにおいて、処理ユニットによりクランク角発生器信号から相応に導出されたトリガ信号を受け取る。
【００５４】
この実施形態の場合、ドリフト補償電流の生成は、リアルタイム計算ユニットにより制御されるデジタル／アナログ変換器を介して行われ、その出力電圧から、それ相応の大きさの前置抵抗を介して補償電流が生成され、この電流が電荷増幅器の反転信号入力側へ供給される。
【００５５】
既述のとおり、特に、電荷増幅器の出力信号のドリフト発生を引き起こす２つの原因が存在する。一方ではこれは、センサおよびケーブルを含む電荷増幅器回路自体であって、この回路によっていわゆる固有ドリフトが引き起こされる。他方では、圧電センサの加熱または冷却もドリフトを引き起こす可能性があり、その際にこのいわゆる負荷変動ドリフトは、内燃機関のいくつかの動作サイクルにわたり急激に温度が変化したときに、かなり強く顕著になる可能性がある。
【００５６】
このため特に有利になり得るのは、この方法の拡張された実施形態において、目前に迫っている負荷変動を予測し、その作用を実際の運用において完全に阻むために、先を見越してドリフト補償電流を高めるように調整することである。場合によってこれを、リアルタイム計算ユニットに格納されたモデル関数によって、およびリアルタイム計算ユニットにおいて実施される負荷特定によって、うまく行うことができる。
【００５７】
公知の方法により負荷を正確に特定することができるけれども、本発明の目的のためには近似的な特定であっても十分である。有利にはこの目的で、燃焼終了時の第３のクランク角ポジションにおいて、リアルタイム計算ユニットにさらなるトリガを供給することができる。場合によって、これは圧縮フェーズの第１のポジションと同じポジションであり、ただし上死点［ＯＴ］の前ではなく後である。場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘを、上死点前の第１の動作サイクル内の第１のクランク角ポジションにおいて検出し、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを、上死点後の第１の動作サイクル内の第２のクランク角ポジションにおいて検出する、ということである。場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出し、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを、上死点後９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点後１００°で検出する、ということである。場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｘおよび燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｘを、上死点の前および後の同じクランク角度において検出し、これによってこれらの燃焼室圧力値は特に鏡像的に、あるいは特に１つの軸または上死点を中心に鏡像的に配置されている、ということである。
【００５８】
場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙを、上死点前のさらなる動作サイクル内の第１のクランク角ポジションにおいて検出し、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙを、上死点後のさらなる動作サイクル内の第２のクランク角ポジションにおいて検出する、ということである。場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙを、上死点前９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点前１００°で検出し、燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙを、上死点後９０°〜１２０°の範囲内で、特に上死点後１００°で検出する、ということである。場合によって考えられるのは、燃焼室圧力値ρＶＯＲ，ｙおよび燃焼室圧力値ρＮＡＣＨ，ｙを、上死点の前および後の同じクランク角度において検出し、これによってこれらの燃焼室圧力値は特に鏡像的に、あるいは特に１つの軸または上死点を中心に鏡像的に配置されている、ということである。
【００５９】
この位置においても圧力値を取り出すことによって、第１のポジションにおける圧力に対する圧力差を求めることができ、これによって燃焼時に放出されるエネルギー量を大雑把に推定することができる。このエネルギー量を先行の動作サイクルのときのエネルギー量と比較することによって、シリンダ内の温度レベルの変化を、つまりはセンサの温度レベルの変化も、推定することができ、リアルタイム計算ユニットに格納されているモデル関数を介して、予期されるドリフト上昇を推定することができる。これに応じてリアルタイム計算ユニットは、それが判明した第３の時点で既に、それ相応に高められたドリフト補償電流を生成することができ、したがってセンサ信号のドリフト上昇を原因発生とほぼ同時に防止することができる。その後、残留している差分を、後続の動作サイクルの第１および第２のポジションのときの実際の絶対レベルを求め、整合された補償電流を生成することによって、補償することができる。
【００６０】
このようにして、冷間始動過程またはエンジンが冷えているときの急激な回転数上昇すなわちチップインにおいて特に著しく発生するような、１つの動作サイクル内のドリフト現象も制圧することができる。
【００６１】
この方法の前述の特性に基づき、さらなる有利な形態を実現することができる。絶対圧力レベルの特定により、センサは、実際の物理的な圧力変化と、圧電式圧力センサ、接続ケーブルおよび電荷増幅器から成る測定構造の固有ドリフトに起因する見せかけの圧力変化とを区別することができる。動作サイクルごとに放出されるエネルギーの上述の推定により、計算ユニットは、同様の燃焼を伴う相前後して続く動作サイクルを識別することができる。かかる動作サイクルが続くならば、場合によってドリフト制御のために、固有ドリフトのみを補償するために必要とされる補償電流だけが残ることになる。このときにこの電流の大きさを、計算ユニットによりメモリに格納することができる。
【００６２】
測定動作中にエンジンが停止したならば、さらなるクランク角トリガを供給することはできない。今日一般的な電荷増幅器の構造は、このケースでは連続的なドリフト補償に切り替わる。これに対し本明細書で提案する構造は、システムの固有ドリフトを前述のように識別することによって、いったんエンジンが停止した後も絶対的に正しい出力レベルが維持されるような補償電流を調達することができる。場合によって、以下のような大きな利点がもたらされる。すなわち、まさにアイドリングストップ機能を備えた車両の場合には市街運転中に絶えず発生するような、ストップ−スタートフェーズ中のシリンダ圧力の特性も、適正に解析することができ、これによってかかるシステムを設計するために重要な情報が実現され、このことは特にハイブリッド駆動の場合にも極めて重要であり、この場合には、電気モータによる迅速な再始動を可能にするために内燃機関が停止時に特定のポジションに回転させられる。
【００６３】
本発明のさらなる特徴は、請求項、実施例の説明ならびに図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施形態を図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
別途記載がなければ、参照符号は以下の構成要素に対応する。すなわち、電荷増幅器１、アナログ／デジタル変換器２、計算ユニット３、トリガ信号４、デジタル／アナログ変換器５、前置抵抗６、入力信号７および出力信号８。
【００６６】
この図の場合、電荷増幅器段、特に電荷増幅器１の構造は、図式的に描かれている。出力信号８は、アナログ／デジタル変換器２を介してデジタル化され、この値は計算ユニット３へ供給される。このユニットは、熱力学的なゼロ点補正のために必要とされる規定されたクランク角において、クランク角処理ユニットからトリガ信号４を受け取る。これらの角度は基準時点を成すものである。別の選択肢として、上述の処理ユニットを計算ユニットに統合することもできる。計算ユニットは、圧力に合わせてスケーリングされた電荷増幅器の出力信号８を、２つの基準時点のうち一方の基準時点で熱力学的なゼロ点算出から計算された正しい圧力値と比較し、両方の圧力値の差（＝圧力偏差）に応じて、デジタル／アナログ変換器５を介して相応の出力信号８を生成する。この出力信号８は、高抵抗の前置抵抗６を介して相応のドリフト補償電流に変換され、その目的は、圧力偏差を以降のシーケンスにおいてゼロに向かうように補償することである。ドリフト補償電流は、この実施形態の場合、電荷増幅器１の電荷／電圧変換器段の入力側に、いわゆる入力信号７に対し加算的または減算的に、供給され、これによってドリフト補償された燃焼室圧力信号が生成され、その結果として、特に１つまたは複数の動作サイクルの目下の持続時間に相応する、あるいは規定されたまたは規定可能な時間に相応する所定の時定数を伴って、偏差が補償されるようになる。
【００６７】
本発明は、請求項の特徴によって規定されており、具体的に示された実施例に限定されるのではなく、あらゆる電荷増幅器および／または測定システムを含むものであり、これらの電荷増幅器および／または測定システムは、それ自体を含むかまたは本発明による方法を実施するのに適した部分またはそのように構成された部分を含む。
【図１】
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【国際調査報告】
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