SU1665252A1 - Method for detecting detonation in internal combustion engine with spark ignition - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и служит дл  обнаружени  детонации в двигател х внутреннего сгорани  (ДВС) с искровым зажиганием. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности идентификации детонации в ДВС. Способ определени  детонации в ДВС заключаетс  в том, что с помощью датчика регистрируют колебани , например, стенок камеры сгорани  по меньшей мере в одном частном диапазоне, соответствующем частоте колебаний при детонации, осуществл ют фильтрацию этих колебаний, формируют огибающую этого сигнала, а затем сравнивают ее с эталонным сигналом, определенным в том же частотном диапазоне, и на основе оценки подоби  формы сравниваемых кривых делают вывод о наличии или отсутствии детонации в двигателе. В качестве эталонного используют сигнал в виде огибающей, полученный путем осреднени  серии огибающих сигналов датчика, определенных при работе двигател  на детонационном режиме. Поскольку детонаци  в камере сгорани  двигател , воспринимаема  датчиком колебаний, наиболее полно характеризуетс  формой огибающей процесса изменени  колебаний, а не амплитудой отдельных составл ющих, предлагаемый способ обеспечивает повышение достоверности идентификации детонации. 4 ил.The invention relates to a measurement technique and serves to detect detonation in internal combustion engines (ICE) with spark ignition. The aim of the invention is to increase the reliability of the identification of detonation in ICE. The method for determining detonation in an internal combustion engine consists in using the sensor to detect oscillations of, for example, the walls of the combustion chamber in at least one particular range corresponding to the frequency of oscillations during detonation, filter these oscillations, form the envelope of this signal, and then compare it with a reference signal defined in the same frequency range, and based on an estimate of the shape of the compared curves, it is concluded that there is a detonation in the engine. As a reference, a signal in the form of an envelope obtained by averaging a series of envelopes of the sensor signals determined when the engine is operating in detonation mode is used. Since the detonation in the engine combustion chamber, perceived by the vibration sensor, is most fully characterized by the shape of the envelope of the process of oscillation change, and not by the amplitude of the individual components, the proposed method provides an increase in the reliability of the identification of detonation. 4 il.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к испытани м двигателей внутреннего сгорани  (ДВС), и служит дл  вы влени  детонации в ДВС с искровым замыканием.The invention relates to a measurement technique, in particular to tests of internal combustion engines (ICE), and serves to detect detonation in ICE with spark circuit.

Цель изобретени  - повышение достоверности идентификации детонации ДВС.The purpose of the invention is to increase the reliability of identification of detonation of the internal combustion engine.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства , позвол ющего реализовать предлагаемый способ; на фиг.2 - алгоритм работы устройства; на фиг.З - характерные формы вибросигналов, иллюстрирующие формирование огибающих вибросигналов; на фиг.4 - формирование эталонного сигнала.Fig. 1 shows a block diagram of a device enabling the proposed method to be implemented; figure 2 - the algorithm of the device; on fig.Z - characteristic forms of vibrosignals, illustrating the formation of the envelope of vibrosignals; figure 4 - formation of the reference signal.

Способ заключаетс  в том что при работе двигател  регистрируют колебани , например стенок камеры сгорани , осуществл ют фильтрацию этих колебаний, по меньшей мере в одном частотном диапазоне , соответствующем частоте колебаний при детонации, формируют огибающую этого сигнала а затем сравнивают ее с формой эталонного сигнала, предварительно определенного в том же частотном диапазоне путем осреднени  серии огибающих сигналов датчика, полученных при работе двигател  на детонационном режиме Сравнение сигналов осуществл ют по подобию формThe method consists in that, during engine operation, oscillations, such as walls of a combustion chamber, are recorded, these oscillations are filtered, at least in one frequency range corresponding to the oscillation frequency during detonation, they form the envelope of this signal and then compare it with the shape of the reference signal, previously determined in the same frequency range by averaging a series of envelopes of the sensor signals obtained when the engine is operating in detonation mode forms

ОABOUT

о ел ю елabout ate you ate

юYu

указанных огибающих и на основе сравнени  делают вывод о наличии или отсутствии детонации в двигателе.these envelopes and on the basis of comparison make a conclusion about the presence or absence of detonation in the engine.

Способ может быть реализован устройством , содержащим датчик 1 детонации, Например пьезоэлектрический акселеро- дл  регистрации колебаний стенок камеры сгорани , подключенный по меньшей мере через один полосовой фильтр 2 к блоку 3 формировани  огибающей, включающему в себ  пиковый детектор и низкочастотный фильтр, датчик 4 положени  коленчатого вала и микропроцессорный счетно-аналитический блок, состо щий из аналого-цифрового преобразовател  5 (АЦП), арифметически-логического устройства б (АЛУ), посто нного запоминающего уртройства 7 (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства 8 (ОЗУ), таймера 9, а тЬкже входного 10 и выходного 11 интерфейсов . Взаимосв занна  работа этих устройств осуществл етс  с помощью коммутатора 12.The method can be implemented with a device containing a detonation sensor 1, for example, a piezoelectric accelerometer for detecting oscillations of the walls of the combustion chamber connected via at least one band-pass filter 2 to the envelope shaping unit 3, which includes a peak detector and a low-pass filter, the crank position sensor 4 shaft and microprocessor-analytical unit consisting of analog-digital converter 5 (ADC), arithmetic-logical unit b (ALU), permanent memory device 7 (P Memory), random access memory 8 (RAM), timer 9, and also input 10 and output 11 interfaces. The interconnected operation of these devices is carried out by means of a switch 12.

Способ осуществл ют следующим об- р азом.The method is carried out as follows.

Возникающие при работе двигател  колебани  стенок камеры сгорани  регистрируют датчиком 1 (крива  13, фиг.З). Посредством полосового фильтра 2 осуществл ют фильтрацию этого сигнала в одном из час- диапазонов, наиболее характерных дл  детонационного сгорани  Затем с по- блока 3 формировани  огибающей выдел ют огибающую этого сигнала (крива  14, фиг.З). В момент возможного возникновени  детонации, определ емый с помощью датчика 4 положени  коленчатого вЬла, из ПЗУ 7 микропроцессорного устройства считываетс  эталонный сигнал, соответствующий усредненному значению процесса изменени  величины колебаний характеризующий форму огибающей при наличии детонации .The oscillations of the walls of the combustion chamber arising during the operation of the engine are recorded by sensor 1 (curve 13, FIG. 3). By means of a bandpass filter 2, this signal is filtered in one of the frequency ranges most characteristic of detonation combustion. Then, the envelope of this signal is selected from curve envelope shaping unit 3 (curve 14, FIG. 3). At the time of possible detonation, determined by the crankshaft position sensor 4, from the microprocessor device ROM 7 a reference signal is read that corresponds to the averaged value of the process of changing the oscillation magnitude characterizing the shape of the envelope in the presence of detonation.

Данный эталонный сигнал предварительно получают следующим образом. Двигатель, работающий на заведомо детонационном режиме, исследуетс  описанным выше способом: возникающие при детонации в камере сгорани  ДВС затухающие колебани  давлени  газа в частотном диапазоне 5- 20 кГц воспринимаютс  датчиком 1, выдел ютс  полосовым фильтром 2 и обрабатываютс  блоком 3, формирующим огибающую 15 сигнала. Из полученной при этом серии огибающих 16с помощью математической обработки определ етс  среднеарифметическа  функци  огибающей 17 (фиг.4). Преобразованна  АЦП 5, она записываетс  в ПЗУ 7 и  вл етс  эта- лонным сигналом, характеризующимThis reference signal is pre-obtained as follows. The engine operating in a known detonation mode is investigated in the manner described above: gas damping pressure oscillations arising from detonation in the combustion chamber in the frequency range 5-20 kHz are sensed by sensor 1, separated by band-pass filter 2 and processed by block 3 forming the envelope 15 of the signal. From the series of envelopes 16 thus obtained, the average arithmetic function of the envelope 17 is determined using mathematical processing (Fig. 4). The converted ADC 5 is written to ROM 7 and is the reference signal characterizing

среднестатистический процесс протекани  колебаний, регистрируемых датчиком при детонации в данном частотном диапазоне (фиг.З).the average statistical process of oscillations recorded by the sensor during detonation in a given frequency range (FIG. 3).

Идентификаци  детонационных цикловIdentification of detonation cycles

производитс  путем сравнени  формы огибающей сигнала, полученного с датчика, с эталонной формой огибающей, хран щейс  в ПЗУ Это сравнение осуществл ет АЛУ 6,produced by comparing the shape of the envelope of the signal received from the sensor with the reference shape of the envelope stored in ROM. This comparison is carried out by ALU 6,

которое определ ет параметры, характеризующие степень подоби  формы сравниваемых кривых и интенсивность протекани  процесса детонации. Так, еслиwhich determines the parameters characterizing the degree of similarity of the shape of the compared curves and the intensity of the detonation process. So if

F(t) - уровень огибающей обработанного сигнала датчика;F (t) is the envelope level of the processed sensor signal;

H(t) - эталонный сигнал, хран щийс  в ПЗУ;H (t) is the reference signal stored in the ROM;

F(t)H(t) - коэффициент пропорциональности; F (t) H (t) - proportionality coefficient;

F(t)dt - посто нна  составл юща ; F (t) dt is a constant component;

L - длина анализируемого участка, то относительное отклонение формы огибающей от эталонной кривой Е0тн определ етс  из соотношени L is the length of the analyzed area, then the relative deviation of the shape of the envelope from the reference curve Е0тн is determined from the ratio

30thirty

dtdt

которое с учетом условий / Н ft) О иwhich, subject to the conditions / N ft) O and

QQ

J H(t)J dt 1, после соответствующих преобразований принимает видJ H (t) J dt 1, after the corresponding transformations takes the form

vmt)2dt vmt) 2dt

к1k1

K2LK2L

1one

Если определенна  таким образом величина Еотн не превышает некоторого выбранного по критерию минимально допустимого отклонени  формы значени  Е0тн, например 0,5, то цикл классифицируетс  как детонационный и выходное устройство микропроцессорного блока выдает сигнал о наличии детонации, который может быть использовано дл  корректировки управлени  углом опережени  зажигани If the Eotn value determined in this way does not exceed a certain minimum deviation of the shape of E0tn, for example, 0.5, then the cycle is classified as detonation and the output device of the microprocessor unit generates a detonation signal, which can be used to adjust the ignition advance angle

Надежность идентификации детонации можно повысить, если анализировать сигнал датчика детонации на нескольких частотных диапазонах, характерных дл  детонационного сгорани . Дл  этого система оборудуетс  дополнительно полосовыми фильтрами и устройствами выделени  огибающей сигнала в этих частотных диапазонах . В АЛУ кажда  полученна  огибающа  сравниваетс  с соответствующей ей эталонной. Выходной управл ющий сигнал о наличии детонации формируетс  лишьThe reliability of knock identification can be improved by analyzing the signal of the knock sensor over several frequency ranges characteristic of detonation combustion. For this, the system is additionally equipped with bandpass filters and devices for selecting the signal envelope in these frequency ranges. In the ALU, each resulting envelope is compared with its corresponding reference. The output control signal for the presence of detonation is formed only

при положительном решении о наличии детонации во всех измерительных каналах одновременно .with a positive decision about the presence of detonation in all measuring channels simultaneously.

Таким образом, согласно предлагаемому способу, решение о наличии детонации принимаетс  на основании сравнени  формы огибающей сигнала с эталонной формой, характерной дл  наличи  детонации, котора  наиболее полно характеризуетс  не амплитудой отдельных составл ющих, воспринимаемых датчиком колебаний, а формой огибающей процесса изменени  этих колебаний. Сигналы, восприн тые датчиком от различных источников фонового шума недетонационного характера, даже при равных амплитудных значени х с эталонным сигналом, вследствие отличи  формы огибающей не будут идентифицированы как детонационные. Улучшенна  помехозащищенность способствует повышению чувствительности и, следовательно, повышает достоверность идентификации детонации .Thus, according to the proposed method, the decision on the presence of detonation is made on the basis of a comparison of the shape of the signal envelope with the reference form characteristic of the presence of detonation, which is most fully characterized not by the amplitude of the individual components perceived by the vibration sensor, but by the shape of the envelope of the process of changing these vibrations. Signals perceived by the sensor from various sources of background noise of a non-detonation nature, even at equal amplitude values with the reference signal, due to the difference in the shape of the envelope will not be identified as detonation. Improved noise immunity contributes to an increase in sensitivity and, consequently, increases the reliability of knock identification.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ вы влени  детонации в двигателе внутреннего сгорани  с искровым зажиганием , заключающийс  в том, что приDETAILED DESCRIPTION A method for detecting a detonation in a spark ignition internal combustion engine, comprising: работе двигател  с помощью датчика регистрируют колебани  стенок камеры сгорани , осуществл ют фильтрацию этих колебаний, по меньшей мере в одном частотном диапазоне, соответствующем частоте колебаний при детонации, формируют огибающую этого сигнала, а затем сравнивают ее с формой эталонного сигнала, пред- варительно определенного в том же частотном диапазоне, и на основе сравнени  делают вывод о наличии или отсутствии детонации в двигателе, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  достоверности идентификации детонации, в качестве эталонного используют сигнал в виде огибающей , полученный путем осреднени  серии огибающих сигналов датчика, определенных при работе двигател  на детонационном режиме , а сравнение сигналов осуществл ют по подобию форм указанных огибающих.engine operation using the sensor register the oscillations of the walls of the combustion chamber, filter these oscillations in at least one frequency range corresponding to the frequency of detonation, form the envelope of this signal, and then compare it with the shape of the reference signal preliminarily determined the same frequency range, and on the basis of comparison, they conclude about the presence or absence of detonation in the engine, characterized in that, in order to increase the reliability of the identification of detonation, as the reference signal is used in the form of an envelope, obtained by averaging a series of sensor signal envelopes, determined when the engine is operating in detonation mode, and the signals are compared in a way similar to those of the envelopes. JJ 7272 Запуск таймера Start timer №о Иет тмера №o Hat tmera ДаYes ВВод уробн  сигнала с АЦПInput urobn signal with ADC II Ввод из ПЗУ уровн  эта- лонной огибающейInput from ROM level envelope Ъне$Bn $ фидающеи).Вгп sfeeds) .Wgp s Да .Yes . Расчет коэффициент, nodtfi Фиг.1Calculation coefficient, nodtfi Figure 1 Фиг.33