DE19841539A1 - Arrangement to measure knocking in internal combustion engine; has knocking sensor assigned to each cylinder and band-pass filter to filter signal - Google Patents

Arrangement to measure knocking in internal combustion engine; has knocking sensor assigned to each cylinder and band-pass filter to filter signal

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Abstract

The arrangement has a knocking sensor (2) assigned to each cylinder. The sensor signal is delivered to an integrator (6) after a controllable amplifier (3), a band-pass filter (4) and a rectifier. The integrator is connected to the vehicle's control unit computer (7) in a fixed or controllable area of the cylinder outlet. Each integration result of knocking is connected to the vehicle control unit, to alter the drive parameters. The filter has a fixed or adjustable center frequency. The filter has a quality factor of two and a side-band damping greater than 100dB/decade, preferably 160 dB/decade.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen klopfender Verbrennung in Zylindern von Verbrennungsmotoren unter Anwendung eines Schwingungen auf­ nehmenden Klopfsensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to an arrangement for detecting knocking combustion in Cylinders of internal combustion engines using a vibration taking knock sensor according to the preamble of claim.

Vorbekannt ist eine gattungsgemäße Anordnung zur Klopfregelung aus der DE-Schrift - VDI-Berichte Nr. 515, 1984, Seite 51 bis 54, in der sie im Zusammen­ wirken mit einer elektronischen Kennfeldzündung beschrieben ist. Von einem Schwingungen aufnehmenden Klopfsensor am Motor werden die in einem regelbaren oder festen Bereich eines jeweiligen Verbrennungsablaufes eines Zylinders erfaßten Signale einem regelbaren Verstärker eingangsseitig zugeführt. Die verstärkten Signale des oder der Klopfsensoren werden unter Zwischenschalten eines Filters und eines Gleichrichters einem Integrator angeschlossen. Das Integra­ tionsergebnis einer klopfenden Verbrennung ist einem Regelkreis eines Motor­ steuergerätes angeschlossen und löst in diesem Änderungen von Betriebspara­ metern zum Abstellen des Klopfens für den jeweiligen Zylinder oder die Zylinder aus. Diese seit vielen Jahren vorbekannte und angewandte Anordnung zum Erfassen klopfender Verbrennung in Zylindern weist den Nachteil auf, daß Klopfsignale nicht sicher aus dem Spektrum noch anderer bei der Verbrennung bzw. dem Motorbetrieb auftretenden Schwingungen, den Hintergrundgeräuschen des Motors, selektiert wer­ den können. Selbst die Anwendung einer wählbaren Mittenfrequenz- und Bandbreiteneinstellung konnten diesen Nachteil nicht vollständig beheben.A generic arrangement for knock control from the DE document - VDI reports No. 515, 1984, pages 51 to 54, in which they together act with an electronic map ignition is described. A knock sensor on the engine that absorbs vibrations detects the in a controllable or fixed range of a particular combustion process Cylinder signals are fed to a controllable amplifier on the input side. The amplified signals of the knock sensor or sensors are switched between a filter and a rectifier connected to an integrator. The integra The result of knocking combustion is a control loop of an engine control unit connected and resolves changes in operating parameters meters to stop knocking for each cylinder or cylinders. This arrangement for detection, which has been known and used for many years knocking combustion in cylinders has the disadvantage that knock signals are not Certainly from the spectrum of other combustion or engine operation occurring vibrations, the background noise of the engine, who selected that can. Even using a selectable center frequency and bandwidth setting could not completely remedy this disadvantage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gattungsgemäßen Anordnungen die spezifischen Klopfsignale aus dem Spektrum anderer von der Verbrennung bzw. den mechanischen Vorgängen im Motor ausgelösten Schwingungen sicher zu selektie­ ren.The invention has for its object, the generic arrangements specific knock signals from the spectrum of others from combustion or mechanical processes in the motor to safely select vibrations ren.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche beschriebene Kennung des jeweils die Signale der Klopfsensoren selek­ tierenden Filters vor deren Integration erreicht. According to the invention this object was achieved by the in the characterizing part of Claims described identifier of each of the signals of the knock sensors selek filter before it is integrated.  

Mittels einer hohen Flankensteilheit des Filters werden in der Anordnung Signale benachbarter Frequenzen außerhalb des um die Mittenfrequenz ungedämpften Be­ reiches wirksam unterdrückt und Signale von klopfenden Verbrennungen sicherer erfaßt.By means of a high slope of the filter, signals are in the arrangement of adjacent frequencies outside the Be undamped around the center frequency rich suppresses effectively and signals of knocking burns more safely detected.

Dies ist besonders bei Anwendung nur eines Klopfsensors für alle Zylinder eines Verbrennungsmotors von Bedeutung, weil die Übertragung der Klopfschwingungen und Schwingungen von mechanischen Vorgängen der einzelnen Zylinder zum Klopf­ sensor unterschiedlich ist.This is especially true when using only one knock sensor for all cylinders Internal combustion engine important because of the transmission of knocking vibrations and vibrations of mechanical processes of the individual cylinders to the knock sensor is different.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with the aid of a drawing described.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Anordnung, Fig. 1 is a schematic diagram of the arrangement,

Fig. 2 eine Durchlaßcharakteristik eines vorbekannten und eines erfindungsgemäß bemessenen Filters zusammen mit dem Signalverlauf jeweils am Ausgang der Filter, Fig. 2 shows a transmission characteristic of a prior art and a filter according to the invention dimensioned together with the waveform at the output of each filter,

Fig. 3 Vergleiche des Signalverlaufes am Ausgang eines vorbe­ kannten und eines erfindungsgemäß bemessenen Filters von unterschiedlichen Zylindern bei klopfender und normaler Verbrennung. Fig. 3 comparisons of the signal curve at the output of a vorbe known and an inventive dimensioned filter of different cylinders with knocking and normal combustion.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild der Anordnung zum Erfassen klopfender Verbren­ nung 1 dargestellt. Einem schwingungsaufnehmenden Klopfsensor 2 ist jeweils ein in bekannter Weise geregelter Verstärker 3 nachgeschaltet, dabei kann der Klopf­ sensor 2 jeweils einem oder mehreren Zylindern zugeordnet sein.In Fig. 1, the basic circuit diagram of the arrangement for detecting knocking combustion 1 is shown. A vibration-absorbing knock sensor 2 is followed by an amplifier 3 , which is regulated in a known manner, and the knock sensor 2 can be assigned to one or more cylinders.

Die am Ausgang des Verstärkers 3 verstärkten Signale eines oder mehrerer alter­ nativ nacheinander angeschalteter Klopfsensoren 1 sind über einen Filter 4 und einen Gleichrichter 5 einem Integrator 6 angeschlossen. Vom Rechner 7 des Mo­ torsteuergerätes 8 wird in einem Winkelbereich der Kurbelwelle - Meßfenster - je­ weiligen Verbrennungsablauf in einem Zylinder Z1 bis Z4 durch ein Signal MF jeweils der Integrator 6 wirksam geschaltet. The signals amplified at the output of the amplifier 3 of one or more alternative knock sensors 1 which are alternately connected one after the other are connected to an integrator 6 via a filter 4 and a rectifier 5 . From the computer 7 of the motor control unit 8 , the integrator 6 is activated in an angular range of the crankshaft - measurement window - depending on the combustion process in a cylinder Z 1 to Z 4 by a signal MF.

Das jeweilige Signal des IK oder In - siehe Fig. 2b oder 2d - aus dem Bereich des vom Signal MF bestimmenden Meßfensters liegt dem Rechner 7 des Regel- und Steuersystem im Motorsteuergerät 8 an. Nur bei klopfender Verbrennung löst dieses Änderungen von Betriebsparametern zum Abstellen des Klopfens für den jeweilig zugehörigen Zylinder aus. Bekannte Filter 4 weisen eine Durchlaßcharakteristik ge­ mäß Kurve B in Fig. 2 auf. Die dadurch bedingten Integrationsergebnisse von nor­ maler und klopfender Verbrennung sind in Fig. 2a erkennbar.The respective signal of the I K or I n - see FIG. 2b or 2d - from the area of the measurement window determining the signal MF is applied to the computer 7 of the regulating and control system in the engine control unit 8 . Only with knocking combustion does this trigger changes in operating parameters to stop knocking for the respective associated cylinder. Known filters 4 have a pass characteristic according to curve B in FIG. 2. The resulting integration results of normal and knocking combustion can be seen in Fig. 2a.

Die erfindungsgemäße Bemessung - siehe Fig. 2, Kurve E - des dem Integrator (6) vorgeschalteten Bandpaß-Filters (4) mit mindestens einer Güte 2 und eine Flanken­ dämpfung von über 100 dB/Dekade, vorzugsweise jedoch 160 dB/Dekade hat fol­ gende Wirkungen:
The inventive dimensioning - see Fig. 2, curve E - the integrator ( 6 ) upstream bandpass filter ( 4 ) with at least a quality 2 and an edge attenuation of over 100 dB / decade, but preferably 160 dB / decade has the fol lowing Effects:

  • - Es wird überwiegend das Frequenzband der Klopfschwingungen FK, ent­ sprechend dem die Mittenfrequenz des Filters 4 eingestellt ist, für das Integra­ tionsergebnis wirksam - siehe Fig. 2c;- It is mainly the frequency band of the knocking vibrations F K , accordingly the center frequency of the filter 4 is set, effective for the integration result - see Fig. 2c;
  • - Schwingungsvorgängen anderer Art Fm - siehe Fig. 2a - mit hoher Amplitude und dem dem Frequenzband der Klopfschwingungen benachbarten Frequen­ zen werden unterdrückt und damit für die Integrationsergebnisse Fik, Fin wenig wirksam.- vibration operations of other type F m - see Fig. 2a - zen high amplitude and the frequency band of the knocking vibration adjacent Frequen be suppressed and therefore effective for the integration results ik F, F in a small amount.

Diese Auswirkungen sind in Gegenüberstellung von den Diagrammen Fig. 2a und 2c einerseits in dem Unterschied der Integrationsflächen FiK; Fin und andererseits dem Verhältnis der Integrationsergebnisse Fig. 2b und 2d von jeweils klopfender und normaler Verbrennung IK; In erkennbar.These effects are compared to the diagrams in FIGS. 2a and 2c, on the one hand, in the difference between the integration areas Fi K ; Fi n and on the other hand the ratio of the integration results FIGS. 2b and 2d of knocking and normal combustion I K ; I n recognizable.

Gegenüber üblicher Bemessung des Filters 4 wird durch die erfindungsgemäßen Ausführungen das Verhältnis der Integrationsergebnisse IK; In von jeweils klopfender und normaler Verbrennung erhöht, siehe Fig. 2d.Compared to the usual dimensioning of the filter 4 , the ratio of the integration results I K ; I n of knocking and normal combustion increased, see Fig. 2d.

Liegen Schwingungsvorgänge anderer Art Fm mit hoher Amplitude, jedoch deutlich oberhalb des Frequenzbandes der Klopfschwingungen FK vor, kann anstelle eines Bandpaß-Filters ein Tiefpaß-Filter eingesetzt werden. Wesentlich ist wiederum, daß es eine Flankensteilheit von mindestens 100 dB/Dekade aufweist, um solche die Klopferkennung störenden Schwingungen wirksam zu unterdrücken.If there are other types of vibration processes F m with a high amplitude, but clearly above the frequency band of the knocking vibrations F K , a low-pass filter can be used instead of a band-pass filter. It is again essential that it has a slope of at least 100 dB / decade in order to effectively suppress such vibrations that disturb knock detection.

In Fig. 3 sind die Signalverläufe am Ausgang eines vorbekannten Bandpaß-Filters - Kurve a - und eines erfindungsgemäß bemessenen Tiefpaß-Filters 4 - Kurve b - von unterschiedlichen Zylindern Z1 bis Z4 für die jeweilige Referenzspannung URp im Betriebsdrehzahlbereich eines Motors dargestellt.In Fig. 3, the signal waveforms at the output of a prior art bandpass filter - curve a - and an inventively sized low-pass filter 4 - curve b - of different cylinders Z 1 to Z 4 for the respective reference voltage U R p in the operating speed range of a motor shown .

Erkennbar ist eine weitgehende Nivellierung der Referenzspannung URp aller Zylin­ der Z1 bis Z4 trotz unterschiedlich vorhandener bzw. zum Klopfsensor 2 übertragener Schwingungen von mechanischen Vorgängen in den einzelnen Zylindern Z1 bis Z4. In diesem Ergebnis zeigt sich die besondere Bedeutung der erfindungsgemäßen Filterbemessung, es werden die bei der Verbrennung bzw. dem Motorbetrieb auftretenden Schwingungen in den Zylindern Z1 bis Z4 unterschiedlich am Klopf­ sensor 2 erfaßten Hintergrundgeräusche eliminiert. Damit ist es möglich, Klopfschwingungen von allen Zylindern Z1 bis Z4 sicherer zu erfassen, d. h. für alle Zylinder des Motors wird das Verhältnis der Integrationser­ gebnisse IK; In von jeweils klopfender und normaler Verbrennung gleichermaßen höher ausfallen, als bei der vorbekannten Filterbemessung. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet somit einen wirtschaftlichen Motorbetrieb in der Nähe der Klopf­ grenze mit höherer Sicherheit für alle Zylinder einzustellen.An extensive leveling of the reference voltage U R p of all the cylinders of the Z 1 to Z 4 can be seen in spite of differently existing or transmitted to the knock sensor 2 vibrations of mechanical processes in the individual cylinders Z 1 to Z 4 . This result shows the particular importance of the filter design according to the invention, the vibrations occurring in the combustion or the engine operation in the cylinders Z 1 to Z 4 differently detected on the knock sensor 2 background noise. This makes it possible to detect knocking vibrations from all cylinders Z 1 to Z 4 more reliably, ie the ratio of the integration results I K for all cylinders of the engine; I n of knocking and normal combustion are equally higher than in the previously known filter design. The solution according to the invention thus allows economical engine operation in the vicinity of the knock limit to be set with greater certainty for all cylinders.

Claims (2)

1. Anordnung zum Erfassen klopfender Verbrennung in Zylindern von Verbren­ nungsmotoren, die vorzugsweise Bestandteil eines Motorsteuergerätes ist und folgenden Aufbau aufweist:
  • - ein oder mehrere schwingungsaufnehmende Klopfsensoren, sind jeweils einem oder mehreren Zylindern zugeordnet,
  • - von einem dem Klopfsensor nachgeschalteten regelbaren Verstärker sind die Signale des oder der Klopfsensoren unter Zwischenschalten eines Filters und eines Gleichrichters einem Integrator angeschlossen,
  • - in einem regelbaren oder festen Bereich eines jeweiligen Verbrennungsablau­ fes eines Zylinders ist der Integrator mittels eines Signales aus dem Rechner des Motorsteuergerätes wirksam geschaltet,
  • - das Filter weist eine feste oder einstellbare Mittenfrequenz auf,
  • - das jeweilige Integrationsergebnis einer klopfenden Verbrennung ist einem Re­ gelkreis eines Motorsteuergerätes angeschlossen und löst in diesem Änderun­ gen von Betriebsparametern zum Abstellen des Klopfens für den jeweiligen Zy­ linder aus,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Integrator (6) vorgeschaltete Bandpaß-Filter (4) mindestens eine Gü­ te 2 und eine Flankendämpfung von über 100 dB/Dekade, vorzugsweise 160 dB/Dekade aufweist.1. Arrangement for detecting knocking combustion in cylinders of combustion engines, which is preferably part of an engine control unit and has the following structure:
  • one or more vibration-sensing knock sensors are each assigned to one or more cylinders,
  • the signals of the knock sensor or sensors are connected to an integrator with the interposition of a filter and a rectifier from a controllable amplifier connected downstream of the knock sensor,
  • the integrator is activated by means of a signal from the computer of the engine control unit in a controllable or fixed area of a respective combustion ablation of a cylinder,
  • the filter has a fixed or adjustable center frequency,
  • - The respective integration result of a knocking combustion is connected to a control circuit of an engine control unit and triggers in this change in operating parameters for switching off the knocking for the respective cylinder,
characterized by
that the integrator ( 6 ) upstream bandpass filter ( 4 ) has at least one Gü te 2 and an edge attenuation of over 100 dB / decade, preferably 160 dB / decade. 2. Anordnung zum Erfassen klopfender Verbrennung in Zylindern von Verbren­ nungsmotoren, die vorzugsweise Bestandteil eines Motorsteuergerätes ist und folgenden Aufbau aufweist:
  • - ein oder mehrere schwingungsaufnehmende Klopfsensoren, sind jeweils einem oder mehreren Zylindern zugeordnet,
  • - von einem dem Klopfsensor nachgeschalteten regelbaren Verstärker sind die Signale des oder der Klopfsensoren unter Zwischenschalten eines Filters und eines Gleichrichters einem Integrator angeschlossen,
  • - in einem regelbaren oder festen Bereich eines jeweiligen Verbrennungsablau­ fes eines Zylinders ist der Integrator mittels eines Signales aus dem Rechner des Motorsteuergerätes wirksam geschaltet,
  • - das Filter weist eine feste oder einstellbare Mittenfrequenz auf
  • - das jeweilige Integrationsergebnis einer klopfenden Verbrennung ist einem Re­ gelkreis eines Motorsteuergerätes angeschlossen und löst in diesem Änderun­ gen von Betriebsparametern zum Abstellen des Klopfens für den jeweiligen Zy­ linder aus,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Integrator (6) vorgeschaltete Filter (4) ein Tiefpaßfilter mit einer Flan­ kendämpfung von über 100 dB/Dekade, vorzugsweise 160 dB/Dekade, ist.2. Arrangement for detecting knocking combustion in cylinders of combustion engines, which is preferably part of an engine control unit and has the following structure:
  • one or more vibration-sensing knock sensors are each assigned to one or more cylinders,
  • the signals of the knock sensor (s) are connected to an integrator with the interposition of a filter and a rectifier, from a controllable amplifier connected downstream of the knock sensor,
  • the integrator is activated by means of a signal from the computer of the engine control unit in a controllable or fixed area of a respective combustion ablation of a cylinder,
  • - The filter has a fixed or adjustable center frequency
  • - The respective integration result of a knocking combustion is connected to a control circuit of an engine control unit and triggers in this change in operating parameters for switching off the knocking for the respective cylinder,
characterized,
that the integrator ( 6 ) upstream filter ( 4 ) is a low-pass filter with a flange attenuation of over 100 dB / decade, preferably 160 dB / decade.
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