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EP1583944A1 - Method and device for identifying knocking - Google Patents

Method and device for identifying knocking

Info

Publication number
EP1583944A1
EP1583944A1 EP03773494A EP03773494A EP1583944A1 EP 1583944 A1 EP1583944 A1 EP 1583944A1 EP 03773494 A EP03773494 A EP 03773494A EP 03773494 A EP03773494 A EP 03773494A EP 1583944 A1 EP1583944 A1 EP 1583944A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
knocking
windows
knock
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03773494A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Juergen Sauler
Carsten Kluth
Heiko Ridderbusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1583944A1 publication Critical patent/EP1583944A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor

Definitions

  • DE 4027354 already discloses a method and a device for knock detection in which a measurement signal from a knock sensor is examined in a measurement window during a combustion process in a cylinder of an internal combustion engine. The investigation is carried out to determine whether the combustion was knocking or not.
  • Knocking combustion in the cylinder of an internal combustion engine denotes an uncontrolled combustion process, in particular a combustion process in which there is no controlled ignition of the combustion mixture by an ignition spark, but self-ignition. With such knocking combustion, impermissibly high pressures or temperatures occur in individual parts of the combustion chamber and there is a risk of damage to the internal combustion engine. Sense and purpose of a
  • the internal combustion engine is therefore to be operated in an operating range in which knocking burns are avoided.
  • operation as close as possible to this area of knocking combustion is desirable since the combustion process is particularly economical and clean there.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for knock detection with the feature of the independent claims have the compared to the advantage that the accuracy of knock detection is improved. In particular, this enables individual events that occur during the combustion process not to be incorrectly evaluated as a knock signal. This is particularly advantageous in the case of direct-injection gasoline engines, since valves and the like are actuated there during the combustion process, and as a result disturbing noises are generated which impair knock detection.
  • the method according to the invention is also particularly advantageous if the cylinder of the brake engine is operated with a piston which has a high center of gravity (top-heavy piston). In the case of pistons of this type, a tilting movement occurs in the area of the top dead center, which likewise leads to disturbing noises.
  • a particularly safe decision regarding the existence of knocking or non-knocking combustion can be made if 3 windows are examined, of which the combustion must be recognized as knocking in at least 2 windows.
  • the temporal width of the windows can be fixed or can be variable. In the variable configuration, it is particularly advantageous to provide a speed dependency in order to take into account the larger changes in combustion at high speeds. Furthermore, gaps between the windows can also be provided, in particular if an interference signal occurs at a location that is predictable in time.
  • FIG. 1 shows the course of a measurement signal
  • Figure 2 schematically shows a device for knock detection.
  • knock sensors are designed, for example, as structure-borne noise sensors, i.e. as acceleration sensors that are attached to the engine block.
  • the pressure peaks in the combustion chambers generate sound waves in the engine block, which are detected by these acceleration sensors.
  • Knock sensors are also known which derive a pressure signal directly from the combustion chamber.
  • FIG. 1 shows a signal from a knock sensor, for example one
  • FIG. 1 shows the intensity of the measurement signal over time.
  • the knock signal presents itself as an irregular oscillation, with its intensity decreasing with increasing time.
  • a knocking signal is shown in FIG. 1, ie the intensity fluctuations are relatively high. With a non-knocking signal, the intensity fluctuations would be significantly smaller.
  • time windows 11, 12, 13 are entered in FIG. 1, each of which represents a measurement window in itself.
  • the knock signal is examined to determine whether knocking combustion is involved or not.
  • the signal curve shown in FIG. 1 represents the knock signal of an individual combustion process.
  • a predetermined time measurement window is usually specified.
  • the measurement windows 11, 12, 13 shown are usually considered together to form an overall signal. This overall signal is used to judge whether the combustion was knocking or not.
  • the length of this total area is usually dimensioned as long as it makes sense
  • Knock signal is detectable. According to the invention, it is now proposed to further subdivide the useful measuring range, in particular into several windows 11, 12, 13. Within each of these individual windows 11, 12, 13, it is then determined separately whether knocking combustion has occurred or not. By comparing the results found in this way, an end result is then formed which contains a statement as to whether knocking combustion has occurred or not. If, as in FIG. 1, three windows 11, 12, 13 are provided for the measurement, it is advantageous to determine a knocking event only if knocking combustion has been detected in at least 2 of the 3 windows 11, 12, 13. Knock detection can be improved in this way. In particular, individual strong
  • Signals that only appear in one of the windows 11, 12, 13 are rejected as implausible.
  • Such individual signals can occur in that additional events take place in the internal combustion engine.
  • Such an event can be, for example, the closing of an injection valve in a direct injection internal combustion engine.
  • tilting movements can occur in the case of top-heavy pistons near the top dead center, which can also lead to a single strong impulse of the knock signal during the combustion signal.
  • Such a single event only has an effect at a single point in time during the course of the combustion, ie a corresponding signal only occurs in a single window.
  • the intensity however, these signals can be very high, so that a knock signal would be erroneously concluded when looking at all three windows.
  • FIG. 2 shows an example of a device for processing knock signals.
  • the device for processing knock signals 1 has several inputs, to each of which the signals from several knock sensors 2 are fed.
  • This plurality of knock sensors 2 may be structure-borne noise sensors, for example, which are designed as piezoelectric acceleration sensors.
  • the knock sensors 2 are assigned to different cylinders and attached to the engine block at locations where they can receive the signals of the cylinders in question.
  • An arrangement as in FIG. 2 with two knock sensors 2 is, for example, well suited for the measurement of knock signals on a four-cylinder engine. Since the burns do not take place at the same time but one after the other, the signals of the individual knock sensors can be processed one after the other by the device for knock detection 1. For this purpose, the signals from the knock sensors 2
  • Knock detection device 1 supplied. By means of a multiplexer 3, these signals present at the inputs are correspondingly tapped from the inputs assigned to the different knock sensors 2.
  • An amplification stage 4 is arranged after the multiplexer 3, in which the knock signals are amplified.
  • a filter 5 is arranged downstream of the amplification stage 4. The filter 5 is designed as a bandpass filter, since knock signals only occur in a certain frequency range.
  • the output signal of the filter 5 is fed to a rectifier 6, in which the signals are rectified. This rectifier is required because the knock signals can have both signs and only the absolute intensity is of interest.
  • Downstream of the rectifier 6 is an integrator 7, in which the rectified signals are integrated over a predetermined period of time. The signal integrated in this way is a measure of the knock intensity and is output by the device for knock detection. In another unit, for example on the control unit, which is not shown here, this integrated value for the knock intensity is then compared with a reference value.
  • the integration in the integrator 7 usually takes place over the entire period, ie for each combustion process the entire period in which knock signals can occur is considered.
  • the integrator 7 is now controlled such that instead of an integrated signal over the entire period 3 different signals in succession, each of which corresponds to an integration in the windows 11, 12 and 13. These are then compared individually with reference values and the comparison with the reference value determines whether or not there is a knocking combustion process in the window 11, 12, 13 in question.
  • the reference values with which the integrated signals for the individual windows 11, 12, 13 are compared can be designed differently and in particular differ in their level. 3 signals are thus generated, each of which represents a measure of the knock intensity and which are evaluated in each case to determine whether knocking is present or not.
  • Knock signal in one of the windows 11, 12, 13, are reliably recognized as signal components that are not based on knocking. It is typical for knocking burns that knocking is detected in all 3 windows.
  • Periods are defined. These periods can be fixed, i.e. the signal is integrated for predetermined periods 11, 12, 13. This has the advantage that it is particularly simple.
  • the time length of these windows 11, 12, 13 can, however, also be of variable design, in particular it is also possible to design the time length of these measurement windows as a function of the speed. This would be especially true for higher
  • the windows 11, 12, 13 can not as periods, but as
  • Crankshaft angles can be defined. This means that in FIG. 1 axis A would not be a time axis but a crankshaft angle axis. In this case, however, it would not be necessary to shorten the windows as a function of an increasing speed, since this is already taken into account as areas of the crankshaft by the definition of the windows 11, 12, 13.
  • the temporal length of the windows 11, 12, 13 is shown the same size. If it is necessary and sensible, the temporal lengths of these measurement windows can also be designed differently. In particular, the window 13, which is long after the start of combustion, in which the signal intensities already exist has dropped significantly, could be longer to achieve a larger measurement signal.
  • Engine control unit the internal combustion engine is operated in an area where knocking is not actually expected. In such a case, it could then be concluded that this is a signal that has no cause in the knock. Further measurements could then be used to determine where this signal always occurs and the measurement windows 11, 12, 13 could be placed in such a way that measurements are not carried out at the times when the faulty signal always occurs. Gaps in the measuring range could also be provided, i.e. for example, a time range is provided between window 11 and 12 in which no attempt is made to measure a knock signal. This measure can be used to suppress regularly occurring noise, such as opening or closing an injection valve, for the purpose of determining knocking in the internal combustion engine.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and device for identifying knocking. To this end, a measurement signal of a knock sensor (2) is evaluated during a combustion inside a cylinder of an internal combustion engine in order to determine whether the combustion involves knocking or not. The measurement signal is subdivided into a number of windows (11, 12, 13), and each window (11, 12, 13) is examined in order to determine whether the combustion involved knocking or not. In order to make a definitive assessment of whether the combustion involved knocking or not, the results of the windows (11, 12, 13) are compared to one another.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur KlopferkennungKnock detection method and apparatus
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Aus der DE 4027354 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klopferkennung bekannt, bei dem in einem Messfenster während eines Verbrennungsvorgangs in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine ein Messsignal eines Klopfsensors untersucht wird. Die Untersuchung erfolgt dahingehend, ob die Verbrennung klopfend erfolgte oder nicht. Unter einer klopfenden Verbrennung im Zylinder einer Brennkraftmaschine wird ein unkontrollierter Verbrennungsprozess bezeichnet, insbesondere ein Verbrennungsprozess, bei dem es nicht zu einer kontrollierten Entzündung des Verbrennungsgemisches durch einen Zündfunken, sondern zu einer Selbstentzündung kommt. Bei einer solchen klopfenden Verbrennung treten in einzelnen Teilen des Brennraums unzulässig hohe Drücke oder Temperaturen auf und es besteht die Gefahr einer Beschädigung der Brennkraftmaschine. Sinn und Zweck einesThe invention is based on a method or a device according to the category of the independent claims. DE 4027354 already discloses a method and a device for knock detection in which a measurement signal from a knock sensor is examined in a measurement window during a combustion process in a cylinder of an internal combustion engine. The investigation is carried out to determine whether the combustion was knocking or not. Knocking combustion in the cylinder of an internal combustion engine denotes an uncontrolled combustion process, in particular a combustion process in which there is no controlled ignition of the combustion mixture by an ignition spark, but self-ignition. With such knocking combustion, impermissibly high pressures or temperatures occur in individual parts of the combustion chamber and there is a risk of damage to the internal combustion engine. Sense and purpose of a
Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zur Klopferkennung ist daher die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich zu betreiben, in dem klopfende Verbrennungen vermieden werden. Auf der anderen Seite ist ein Betrieb möglichst nahe an diesem Bereich der klopfenden Verbrennung wünschenswert, da dort der Brennprozess besonders ökonomisch und sauber erfolgt.Method or a device for knock detection, the internal combustion engine is therefore to be operated in an operating range in which knocking burns are avoided. On the other hand, operation as close as possible to this area of knocking combustion is desirable since the combustion process is particularly economical and clean there.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfmdungsgemäße Vorrichtung zur Klopferkennung mit dem Merkmal der unabhängigen Patentansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass die Genauigkeit der Klopferkennung verbessert wird. Insbesondere wird so ermöglicht, dass einzelne Ereignisse, die während des Verbrennungsvorgangs auftreten, nicht fälschlicherweise als Klopfsignal gewertet werden. Besonders vorteilhaft ist dies bei direkt einspritzenden Benzinmotoren, da dort während des Verbrennungsprozesses Ventile und dergleichen betätigt werden und dadurch Störgeräusche erzeugt werden, die die Klopferkennung verschlechtern. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch, wenn der Zylinder der Bremikraftmaschine mit einem Kolben betrieben wird, der einen hohen Schwerpunkt aufweist (kopflastiger Kolben). Bei derartigen Kolben kommt es im Bereich des oberen Todpunktes zu einer Kippbewegung, die ebenfalls zu Störgeräuschen fuhrt.The method according to the invention and the device according to the invention for knock detection with the feature of the independent claims have the compared to the advantage that the accuracy of knock detection is improved. In particular, this enables individual events that occur during the combustion process not to be incorrectly evaluated as a knock signal. This is particularly advantageous in the case of direct-injection gasoline engines, since valves and the like are actuated there during the combustion process, and as a result disturbing noises are generated which impair knock detection. The method according to the invention is also particularly advantageous if the cylinder of the brake engine is operated with a piston which has a high center of gravity (top-heavy piston). In the case of pistons of this type, a tilting movement occurs in the area of the top dead center, which likewise leads to disturbing noises.
Weiterbildungen und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Eine besonders sichere Entscheidung über das Vorliegen einer klopfenden oder nicht klopfenden Verbrennung kann gefällt werden, wenn 3 Fenster untersucht werden, von denen bei mindestens 2 Fenster die Verbrennung als klopfend erkannt werden müssen. Die zeitliche Breite der Fenster kann dabei fest vorgegeben werden oder aber variabel ausgelegt sein. Bei der variablen Auslegung ist es besonders vorteilhaft, eine Drehzahlabhängigkeit vorzusehen, um den größeren Veränderungen der Verbrennung bei hohen Drehzahlen Rechnung zu tragen. Weiterhin können auch Lücken zwischen den Fenstern vorgesehen werden, insbesondere wenn an einer zeitlich vorhersehbaren Stelle ein Störsignal auftritt.Further developments and improvements result from the features of the dependent claims. A particularly safe decision regarding the existence of knocking or non-knocking combustion can be made if 3 windows are examined, of which the combustion must be recognized as knocking in at least 2 windows. The temporal width of the windows can be fixed or can be variable. In the variable configuration, it is particularly advantageous to provide a speed dependency in order to take into account the larger changes in combustion at high speeds. Furthermore, gaps between the windows can also be provided, in particular if an interference signal occurs at a location that is predictable in time.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 den Verlauf eines Messsignals,FIG. 1 shows the course of a measurement signal,
Figur 2 schematisch eine Vorrichtung zur Klopferkennung.Figure 2 schematically shows a device for knock detection.
Beschreibung In Brennräumen von Verbrennungsmotoren können anormale Verbrennungsvorgänge auftreten, die als Klopfen bezeichnet werden. Dieses Klopfen resultiert aus einer Selbstentzündung des brennbaren Gemischs, welches noch nicht von der Flammenfront, die sich von der Zündkerze ausbreitet, erfasst sind. Bei einem derartigen Klopfen kommt es in einzelnen Stellen des Brennraums zu starkem Druck oder Temperaturspitzen, die eine Beschädigung des Zylinders oder Kolbens verursachen können. Die Häufigkeit derartiger klopfender Verbrennungen hängt vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab. Trotz der Neigung zu klopfender Verbrennung ist ein Betrieb in diesem Bereich wünschenswert, da dort die Verbrennung besonders wirkungsvoll und schadstoffarm erfolgt. Das Klopfereignis stellt sich als Druckschwingungen im Zylinder dar, die im weiteren Verlauf des Brennprozesses abklingen. Klopfen tritt somit nicht nur zu einem einzelnen definierten Zeitpunkt auf, sondern stellt sich als eine Schwingung dar, die in einem Zeitraum beobachtbar ist. Die Beobachtung erfolgt durch Klopfsensoren, die ein Signal, welches sich von den Druckschwankungen im Zylinder ableitet, nachweisen.description Abnormal combustion processes, known as knocking, can occur in combustion chambers of internal combustion engines. This knocking results from self-ignition of the combustible mixture, which has not yet been detected by the flame front that is spreading from the spark plug. Knocking of this type results in strong pressure or temperature peaks in individual points of the combustion chamber, which can damage the cylinder or piston. The frequency of such knocking burns depends on the operating state of the internal combustion engine. In spite of the tendency to knock combustion, operation in this area is desirable since the combustion takes place there particularly effectively and with low pollutants. The knock event is represented by pressure fluctuations in the cylinder, which subside in the further course of the combustion process. Knocking therefore not only occurs at a single defined point in time, but also presents itself as a vibration that can be observed over a period of time. The monitoring is carried out by knock sensors, which detect a signal that is derived from the pressure fluctuations in the cylinder.
Übliche Klopfsensoren sind beispielsweise als Körperschallsensoren ausgebildet, d.h. als Beschleunigungssensoren, die am Motorblock befestigt sind. Durch die Druckspitzen in den Brennräumen werden Schallwellen im Motorblock erzeugt, die von diesen Beschleunigungssensoren nachgewiesen werden. Weiterhin sind auch Klopfsensoren bekannt, die unmittelbar ein Drucksignal aus dem Verbrennungsraum ableiten.Common knock sensors are designed, for example, as structure-borne noise sensors, i.e. as acceleration sensors that are attached to the engine block. The pressure peaks in the combustion chambers generate sound waves in the engine block, which are detected by these acceleration sensors. Knock sensors are also known which derive a pressure signal directly from the combustion chamber.
Insbesondere bei Körperschallsensoren können auch andere Ereignisse zu einem Signal fuhren. Dazu sind alle Ereignisse geeignet die ein Körperschallsignal im Motorblock erzeugen, wie beispielsweise Schalten von Ventilen oder dergleichen.In the case of structure-borne noise sensors in particular, other events can also lead to a signal. All events that generate a structure-borne sound signal in the engine block, such as switching valves or the like, are suitable for this.
In der Figur 1 wird exemplarisch ein Signal eines Klopfsensors, beispielsweise eines1 shows a signal from a knock sensor, for example one
Beschleunigungssensors oder Drucksensors gezeigt. Die Intensität dieses Signals ist auf der Achse B abgetragen. Auf der Achse A ist der zeitliche Verlauf aufgetragen. In der Figur 1 ist auf der Achse A die Zeit aufgetragen. Alternativ könnte hier auch der Kurbelwellenwinkel aufgetragen sein. In dem Diagramm nach Figur 1 wird somit die Intensität des Messsignals im zeitlichen Verlauf dargestellt. Wie in der Figur 1 zu erkennen ist, stellt sich das Klopfsignal als eine unregelmäßige Schwingung dar, wobei es im zunehmenden zeitlichen Verlauf an Intensität abnimmt. In der Figur 1 ist ein klopfendes Signal dargestellt, d.h. die Intensitätsschwankungen sind relativ hoch. Bei einem nicht klopfenden Signal wären die Intensitätsschwankungen deutlich geringer.Accelerometer or pressure sensor shown. The intensity of this signal is plotted on axis B. The time course is plotted on axis A. The time is plotted on axis A in FIG. Alternatively, the crankshaft angle could also be plotted here. The diagram of FIG. 1 thus shows the intensity of the measurement signal over time. As can be seen in FIG. 1, the knock signal presents itself as an irregular oscillation, with its intensity decreasing with increasing time. A knocking signal is shown in FIG. 1, ie the intensity fluctuations are relatively high. With a non-knocking signal, the intensity fluctuations would be significantly smaller.
Weiterhin sind in der Figur 1 mehrere zeitliche Fenster 11, 12, 13 eingetragen, die jeweils für sich ein Messfenster darstellen. In jedem dieser Messfenster wird das Klopfsignal dahingehend untersucht, ob es sich um eine klopfende Verbrennung handelt oder nicht. Der in der Figur 1 dargestellte Signalverlauf stellt das Klopfsignal eines einzelnen Verbrennungsprozesses dar. Für die Untersuchung, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht, wird üblicherweise ein vorgegebenes zeitliches Messfenster vorgegeben. Um das Signal so stark wie möglich werden zu lassen, ist dabei ein möglichst langer Messbereich von Interesse, d.h. üblicherweise werden die gezeigten Messfenster 11, 12, 13 gemeinsam betrachtet, um ein Gesamtsignal zu bilden. Anhand dieses Gesamtsignals wird danach beurteilt, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht. Die Länge dieses Gesamtbereichs wird üblicherweise so lang bemessen, wie noch sinnvollerweise einFurthermore, several time windows 11, 12, 13 are entered in FIG. 1, each of which represents a measurement window in itself. In each of these measurement windows, the knock signal is examined to determine whether knocking combustion is involved or not. The signal curve shown in FIG. 1 represents the knock signal of an individual combustion process. For the investigation of whether the combustion was knocking or not, a predetermined time measurement window is usually specified. To make the signal as strong as possible, the longest possible measuring range is of interest, i.e. The measurement windows 11, 12, 13 shown are usually considered together to form an overall signal. This overall signal is used to judge whether the combustion was knocking or not. The length of this total area is usually dimensioned as long as it makes sense
Klopfsignal nachweisbar ist. Erfϊndungsgemäß wird nun vorgeschlagen, den sinnvollen Messbereich weiter zu unterteilen, insbesondere in mehre Fenster 11, 12, 13. Innerhalb jedes dieser einzelnen Fenster 11, 12, 13 wird dann separat bestimmt, ob es zu einer klopfenden Verbrennung gekommen ist oder nicht. Durch einen Vergleich der so gefundenen Ergebnisse wird dann ein Endergebnis gebildet, welche eines Aussage dahingehend enthält, ob es zu einer klopfenden Verbrennung gekommen ist oder nicht. Wenn wie in der Figur 1 drei Fenster 11, 12, 13 für die Messung vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, ein Klopfereignis nur dann festzustellen, wenn in wenigstens 2 der 3 Fenster 11, 12, 13 eine klopfende Verbrennung festgestellt wurde. Durch diese Vorgehensweise kann so die Klopferkennung verbessert werden. Insbesondere können einzelne starkeKnock signal is detectable. According to the invention, it is now proposed to further subdivide the useful measuring range, in particular into several windows 11, 12, 13. Within each of these individual windows 11, 12, 13, it is then determined separately whether knocking combustion has occurred or not. By comparing the results found in this way, an end result is then formed which contains a statement as to whether knocking combustion has occurred or not. If, as in FIG. 1, three windows 11, 12, 13 are provided for the measurement, it is advantageous to determine a knocking event only if knocking combustion has been detected in at least 2 of the 3 windows 11, 12, 13. Knock detection can be improved in this way. In particular, individual strong
Signale, die nur in einem der Fenster 11, 12, 13 auftreten, als unplausibel verworfen werden. Wie in der Beschreibung des Standes der Technik erwähnt, können derartige einzelne Signale dadurch auftreten, dass zusätzliche Ereignisse in der Brennkraftmaschine erfolgen. Ein derartiges Ereignis kann beispielsweise das Schließen eines Einspritzventils bei einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine sein. Weiterhin können bei kopflastigen Kolben in der Nähe des oberen Todpunktes Kippbewegungen erfolgen, die ebenfalls während des Verbrennungssignals zu einem einzelnen starken Impuls des Klopfsignals führen können. Ein derartiges einzelnes Ereignis wirkt sich aber nur zu einem einzelnen Zeitpunkt während des Verbrennungsverlaufs aus, d.h. es kommt auch nur in einem einzelnen Fenster zu einem entsprechenden Signal. Die Intensität dieser Signale kann jedoch sehr hoch sein, so dass bei einer Gesamtbetrachtung über alle drei Fenster hinweg fälschlicherweise auf ein Klopfsignal geschlossen würde.Signals that only appear in one of the windows 11, 12, 13 are rejected as implausible. As mentioned in the description of the prior art, such individual signals can occur in that additional events take place in the internal combustion engine. Such an event can be, for example, the closing of an injection valve in a direct injection internal combustion engine. Furthermore, tilting movements can occur in the case of top-heavy pistons near the top dead center, which can also lead to a single strong impulse of the knock signal during the combustion signal. Such a single event only has an effect at a single point in time during the course of the combustion, ie a corresponding signal only occurs in a single window. The intensity however, these signals can be very high, so that a knock signal would be erroneously concluded when looking at all three windows.
In der Figur 2 wird exemplarisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Klopfsignalen gezeigt. Die Vorrichtung zur Verarbeitung von Klopfsignalen 1 hat mehrere Eingänge, denen jeweils die Signale von mehreren Klopfsensoren 2 zugeführt werden. Bei dieser Mehrzahl von Klopfsensoren 2 kann es sich beispielsweise um Körperschallsensoren handeln, die beispielsweise als piezoelektrische Beschleunigungssensoren ausgeführt sind. Die Klopfsensoren 2 sind unterschiedlichen Zylindern zugeordnet und am Motorblock an Stellen befestigt, an denen sie die Signale der betreffenden Zylinder gut empfangen können. Eine Anordnung wie in Figur 2 mit zwei Klopfsensoren 2 ist beispielsweise gut für die Messung von Klopfsignalen an einem Vierzylindermotor geeignet. Da die Verbrennungen nicht zeitgleich sondern nacheinander erfolgen, können die Signale der einzelnen Klopfsensoren nacheinander von der Vorrichtung zur Klopferkennung 1 verarbeitet werden. Dazu werden die Signale der Klopfsensoren 2 derFIG. 2 shows an example of a device for processing knock signals. The device for processing knock signals 1 has several inputs, to each of which the signals from several knock sensors 2 are fed. This plurality of knock sensors 2 may be structure-borne noise sensors, for example, which are designed as piezoelectric acceleration sensors. The knock sensors 2 are assigned to different cylinders and attached to the engine block at locations where they can receive the signals of the cylinders in question. An arrangement as in FIG. 2 with two knock sensors 2 is, for example, well suited for the measurement of knock signals on a four-cylinder engine. Since the burns do not take place at the same time but one after the other, the signals of the individual knock sensors can be processed one after the other by the device for knock detection 1. For this purpose, the signals from the knock sensors 2
Vorrichtung zur Klopferkennung 1 zugeführt. Durch einen Multiplexer 3 werden diese an den Eingängen anliegenden Signale entsprechend von den Eingängen, die den unterschiedlichen Klopfsensoren 2 zugeordnet sind, abgegriffen. Nach dem Multiplexer 3 ist eine Verstärkungsstufe 4 angeordnet, in der eine Verstärkung der Klopfsignale erfolgt. Der Verstärkungsstufe 4 nachgeordnet ist ein Filter 5. Der Filter 5 ist als Bandpassfilter ausgebildet, da Klopfsignale nur in einem bestimmten Frequenzbereich auftreten. Das Ausgangssignal des Filters 5 wird einem Gleichrichter 6 zugeführt, in dem eine Gleichrichtung der Signale erfolgt. Dieser Gleichrichter ist erforderlich, da die Klopfsignale beide Vorzeichen aufweisen können und nur die absolute Intensität von Interesse ist. Dem Gleichrichter 6 nachgeordnet ist ein Integrator 7, in dem die gleichgerichteten Signale über einen vorgegebenen Zeitraum aufintegriert werden. Das so aufϊntegrierte Signal ist ein Maß für die Klopfintensität und wird von der Vorrichtung zur Klopferkennung ausgegeben. In einer anderen Einheit beispielsweise am Steuergerät, welches hier nicht dargestellt ist, wird dann dieser aufintegrierter Wert für die Klopfintensität mit einem Referenzwert verglichen.Knock detection device 1 supplied. By means of a multiplexer 3, these signals present at the inputs are correspondingly tapped from the inputs assigned to the different knock sensors 2. An amplification stage 4 is arranged after the multiplexer 3, in which the knock signals are amplified. A filter 5 is arranged downstream of the amplification stage 4. The filter 5 is designed as a bandpass filter, since knock signals only occur in a certain frequency range. The output signal of the filter 5 is fed to a rectifier 6, in which the signals are rectified. This rectifier is required because the knock signals can have both signs and only the absolute intensity is of interest. Downstream of the rectifier 6 is an integrator 7, in which the rectified signals are integrated over a predetermined period of time. The signal integrated in this way is a measure of the knock intensity and is output by the device for knock detection. In another unit, for example on the control unit, which is not shown here, this integrated value for the knock intensity is then compared with a reference value.
Üblicherweise erfolgt die Aufϊntegration in dem Integrator 7 über den gesamte Zeitraum, d.h. für jeden Verbrennungsprozess wird der gesamte Zeitraum betrachtet, in dem Klopfsignale auftreten können. Erfindungsgemäß wird nun der Integrator 7 so angesteuert, dass statt eines aufϊntegrierten Signals über den gesamten Zeitraum nacheinander 3 unterschiedliche Signale, die jeweils eine Aufintegration in den Fenstern 11, 12 und 13 entspricht ausgegeben werden. Diese werden dann jeweils für sich mit Referenzwerten verglichen und es wird durch den Vergleich mit dem Referenzwert festgestellt, ob ein klopfender Verbrennungsprozess in dem betreffenden Fenster 11,12,13 vorliegt oder nicht. Die Referenzwerte, mit denen die aufintegrierten Signale für die einzelnen Fenster 11, 12, 13 verglichen werden, können dabei unterschiedlich ausgestaltet sein und sich insbesondere in ihrer Höhe unterscheiden. Es werden somit 3 Signale erzeugt, die jeweils für sich ein Maß für die Klopfintensität darstellen und die jeweils dahingehend ausgewertet werden, ob Klopfen vorliegt oder nicht. Durch diese Vorgehensweise können insbesondere einzelne Ereignisse, die nur zu einer Erhöhung desThe integration in the integrator 7 usually takes place over the entire period, ie for each combustion process the entire period in which knock signals can occur is considered. According to the invention, the integrator 7 is now controlled such that instead of an integrated signal over the entire period 3 different signals in succession, each of which corresponds to an integration in the windows 11, 12 and 13. These are then compared individually with reference values and the comparison with the reference value determines whether or not there is a knocking combustion process in the window 11, 12, 13 in question. The reference values with which the integrated signals for the individual windows 11, 12, 13 are compared can be designed differently and in particular differ in their level. 3 signals are thus generated, each of which represents a measure of the knock intensity and which are evaluated in each case to determine whether knocking is present or not. Through this procedure, in particular individual events that only increase the
Klopfsignals in einem der Fenster 11, 12, 13 fuhren, zuverlässig als Signalanteile erkannt werden, die nicht auf Klopfen beruhen. Typisch für klopfende Verbrennungen ist, dass in - allen 3 Fenstern ein Klopfen festgestellt wird.Knock signal in one of the windows 11, 12, 13, are reliably recognized as signal components that are not based on knocking. It is typical for knocking burns that knocking is detected in all 3 windows.
In der Beschreibung zu Figur 1 wurde davon ausgegangen, dass die Fenster 11, 12, 13 alsIn the description of Figure 1 it was assumed that the windows 11, 12, 13 as
Zeiträume definiert sind. Diese Zeiträume können fest vorgegebenen sein, d.h. es wird für jeweils vorgegebene Zeiträume 11, 12, 13 das Signal aufintegriert. Dies hat den Vorteil, dass es besonders einfach ist. Die zeitliche Länge dieser Fenster 11, 12, 13 können jedoch auch variabel ausgestaltet sein, insbesondere ist es auch möglich, die zeitliche Länge dieser Messfenster drehzahlabhängig auszubilden. Dabei würde insbesondere bei höherenPeriods are defined. These periods can be fixed, i.e. the signal is integrated for predetermined periods 11, 12, 13. This has the advantage that it is particularly simple. The time length of these windows 11, 12, 13 can, however, also be of variable design, in particular it is also possible to design the time length of these measurement windows as a function of the speed. This would be especially true for higher
Drehzahlen die zeitliche Länge jedes dieser Fenster 11, 12, 13 kürzer ausgelegt, da aufgrund der schnelleren Bewegung des Kolbens auch die Verbrennungsprozesse schneller ablaufen.Speeds, the time length of each of these windows 11, 12, 13 is designed to be shorter, since the combustion processes run faster because of the faster movement of the piston.
Weiterhin können die Fenster 11, 12, 13 nicht als Zeiträume, sondern alsFurthermore, the windows 11, 12, 13 can not as periods, but as
Kurbelwellenwinkel definiert werden. Dies bedeutet, dass in der Figur 1 die Achse A keine Zeitachse sondern eine Kurbelwellenwinkelachse wäre. In diesem Fall wäre es allerdings nicht erforderlich, eine Verkürzung der Fenster in Abhängigkeit von einer steigenden Drehzahl vorzusehen, da diese durch die Definition der Fenster 11, 12, 13 jeweils als Bereiche der Kurbelwelle bereits berücksichtigt ist.Crankshaft angles can be defined. This means that in FIG. 1 axis A would not be a time axis but a crankshaft angle axis. In this case, however, it would not be necessary to shorten the windows as a function of an increasing speed, since this is already taken into account as areas of the crankshaft by the definition of the windows 11, 12, 13.
In der Figur 1 ist die zeitliche Länge der Fenster 11, 12, 13 jeweils gleich groß dargestellt. Sofern es erforderlich und sinnvoll ist, können die zeitlichen Längen dieser Messfenster auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere das zeitlich weit nach dem Verbrennungsbeginn liegende Fenster 13, bei dem die Signalintensitäten bereits deutlich abgesunken ist, könnte zur Erzielung eines größeren Messsignals länger ausgebildet sein.In Figure 1, the temporal length of the windows 11, 12, 13 is shown the same size. If it is necessary and sensible, the temporal lengths of these measurement windows can also be designed differently. In particular, the window 13, which is long after the start of combustion, in which the signal intensities already exist has dropped significantly, could be longer to achieve a larger measurement signal.
Weiterhin könnte festgestellt werden, dass in einem der Fenster 11, 12, 13 immer ein Klopfereignis festgestellt wird. Besonders gravierend ist dies, wenn von demFurthermore, it could be determined that a knocking event is always detected in one of the windows 11, 12, 13. This is particularly serious if of that
Motorsteuergerät die Brennkraftmaschine in einem Bereich betrieben wird, in dem eigentlich kein Klopfen zu erwarten ist. In so einem Fall könnte dann darauf geschlossen werden, dass es sich hier um ein Signal handelt, welches keine Ursache im Klopfen hat. Durch weitere Messungen könnte dann bestimmt werden, wo dieses Signal immer auftritt und es könnten die Messfenster 11, 12, 13 so gelegt werden, dass nicht zu den Zeiten gemessen wird, in denen immer das fehlerhafte Signal auftritt. Es könnten sozusagen auch Lücken im Messbereich vorgesehen werden, d.h. beispielsweise zwischen dem Fenster 11 und 12 wird ein Zeitbereich vorgesehen, in dem nicht versucht wird, ein Klopfsignal zu messen. Durch diese Maßnahme können regelmäßig auftretende Störgeräusche wie beispielsweise das Öffnen oder Schließen eines Einspritzventils für den Zweck der Bestimmung eines Klopfens in der Brennkraftmaschine ausgeblendet werden. Engine control unit the internal combustion engine is operated in an area where knocking is not actually expected. In such a case, it could then be concluded that this is a signal that has no cause in the knock. Further measurements could then be used to determine where this signal always occurs and the measurement windows 11, 12, 13 could be placed in such a way that measurements are not carried out at the times when the faulty signal always occurs. Gaps in the measuring range could also be provided, i.e. for example, a time range is provided between window 11 and 12 in which no attempt is made to measure a knock signal. This measure can be used to suppress regularly occurring noise, such as opening or closing an injection valve, for the purpose of determining knocking in the internal combustion engine.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Klopferkennung, bei dem bei einer Verbrennung in einem Zylinder einer Breniileaftmaschine ein Messsignal eines Klopfsensors (2) dahingehend ausgewertet wird, ob die Verbrennung klopfend erfolgt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal in mehrere zeitliche Fenster (11, 12, 13) unterteilt wird, dass für jedes Fenster (11, 12, 13) untersucht wird, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht und dass das Ergebnis der mehreren Fenster (11, 12, 13) für die endgültige Beurteilung, ob die Verbrennung klopfend erfolgte oder nicht, miteinander verglichen werden.1. A method for knock detection, in which a combustion signal in a cylinder of a Brenileaft machine evaluates a measurement signal from a knock sensor (2) to determine whether the combustion is knocking or not, characterized in that the measurement signal is divided into several time windows (11, 12, 13), that for each window (11, 12, 13) it is examined whether the combustion was knocking or not and that the result of the plurality of windows (11, 12, 13) for the final assessment of whether the combustion was knocking or not, can be compared.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung endgültig als klopfend beurteilt wird, wenn in einer Mehrzahl der mehreren Fenster (11, 12, 13) eine klopfende Verbrennung erkannt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the combustion is finally judged to be knocking if a knocking combustion is detected in a plurality of the plurality of windows (11, 12, 13).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 33. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least 3
Messfenster (11, 12, 13) vorgesehen sind und dass die Verbrennung endgültig als klopfend beurteilt wird, wenn in mindestens zwei der Fenster (11, 12, 13) eine klopfende Verbrennung erkannt wird.Measuring windows (11, 12, 13) are provided and that the combustion is finally judged to be knocking if knocking combustion is detected in at least two of the windows (11, 12, 13).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Fenster (11, 12, 13) fest vorgegeben wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the length of the window (11, 12, 13) is fixed.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Fenster in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert wird. 5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the length of the window is changed depending on the speed of the internal combustion engine.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (11, 12, 13) als Zeitbereich oder Winkelbereich definiert sind.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the windows (11, 12, 13) are defined as a time range or angular range.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fenstern (11, 12, 13) Lücken vorgesehen sind, und dass in den Lücken keine Untersuchung erfolgt, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that gaps are provided between the windows (11, 12, 13) and that no examination is carried out in the gaps whether the combustion was knocking or not.
8. Vorrichtung zur Klopferkennung, bei der bei einer Verbrennung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine ein Messsignal eines Klopfsensors (2) dahingehend ausgewertet wird, ob die Verbrennung klopfend erfolgt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal in mehrere zeitliche Fenster (11, 12, 13) unterteilt wird, dass für jedes Fenster (11, 12, 13) untersucht wird, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht und dass das Ergebnis der mehreren Fenster (11, 12, 13) für die endgültige Beurteilung, ob die Verbrennung klopfend erfolgte oder nicht, miteinander verglichen werden.8. A device for knock detection, in which, in the event of a combustion in a cylinder of an internal combustion engine, a measurement signal from a knock sensor (2) is evaluated as to whether the combustion is knocking or not, characterized in that the measurement signal is divided into several time windows (11, 12, 13), that for each window (11, 12, 13) it is examined whether the combustion was knocking or not and that the result of the plurality of windows (11, 12, 13) for the final assessment of whether the combustion was knocking or not, can be compared.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung endgültig als klopfend beurteilt wird, wenn in einer Mehrzahl der mehreren Fenster (11, 12, 13) eine klopfende Verbrennung erkannt wird.9. The device according to claim 8, characterized in that the combustion is finally judged as knocking when a knocking combustion is detected in a plurality of the plurality of windows (11, 12, 13).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 3 Messfenster (11, 12, 13) vorgesehen sind und dass die Verbrennung endgültig als klopfend beurteilt wird, wenn in mindestens zwei der Fenster (11, 12, 13) eine klopfende Verbrennung erkannt wird.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that at least 3 measuring windows (11, 12, 13) are provided and that the combustion is finally judged as knocking if at least two of the windows (11, 12, 13) knocking Combustion is detected.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Fenster (11, 12, 13) fest vorgegeben wird.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the windows (11, 12, 13) is fixed.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der12. The device according to claim 8 to 10, characterized in that the length of the
Fenster in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert wird.Window is changed depending on the speed of the internal combustion engine.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (11, 12, 13) als Zeitbereich oder Winkelbereich definiert sind. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the windows (11, 12, 13) are defined as a time range or angular range.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fenstern (11, 12, 13) Lücken vorgesehen sind, und dass in den Lücken keine Untersuchung erfolgt, ob die Verbrennung klopfend war oder nicht. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that gaps are provided between the windows (11, 12, 13) and that no examination is carried out in the gaps whether the combustion was knocking or not.
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