CN104533616A - 用于内燃机的爆震识别的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的爆震识别的方法，其中基于在所述内燃机(1)中测量的或者计算的压力信号将当前燃烧的压力峰值(Peak)与爆震识别阈值(kek_P)比较并且在当前燃烧的压力峰值(Peak)超过所述爆震识别阈值(kek_P)时识别所述内燃机(1)的爆震，其中所述爆震识别阈值(kek_P)取决于通过所述燃烧压力和/或工作点表征的内燃机特性。在不仅能够在内燃机的稳定运行中而且在动态运行中实现爆震识别阈值的可靠匹配的方法中，由没有识别爆震的压力峰值(Peak)构成平均值(Peak_Mean)，将如此构成的平均值(Peak_Mean)与第一识别阈值(P_can)相加，由此构成所述爆震识别阈值(kek_P)。

Description

用于内燃机的爆震识别的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的爆震识别的方法，在所述方法中基于在内燃机中测量的或者计算的压力信号将当前燃烧的压力峰值与爆震识别阈值进行比较，在当前燃烧的压力峰值超过爆震识别阈值时，识别内燃机的爆震，其中所述爆震识别阈值取决于通过燃烧压力和/或工作点表征的内燃机特性，本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置。
现有技术
由Michael Fischer等所著的《Klopfregelung für Ottomotoren II，Trendsfür Serienentwickler》(Expert出版社，2006年，第239页起)已知了一种基于压力的爆震识别。在此，爆震识别通过单个气缸的、经带通滤波的压力信号与一个识别阈值的比较实现，所述识别阈值根据工作点向上并且向下限界。如果当前的经滤波的峰值压力超过自适应地由经滤波的峰值压力的平均值的多倍求取的阈值，则判定内燃机的爆震。
根据所述方法计算的爆震识别阈值在稳定运行中具有强动态性，这可能导致错误判断。与此相比，在内燃机的动态运行中，爆震识别阈值的追踪非常迟缓，这造成低的爆震识别阈值并且因此导致爆震识别的频繁的误触发。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于，说明一种用于内燃机的爆震识别的方法，本发明不仅能够在内燃机的稳定运行中而且能够在动态运行中实现可靠的爆震识别。
根据本发明，所述任务通过以下解决：由没有识别爆震时的压力峰值构成平均值，将如此构成的平均值加上第一识别阈值，由此构成爆震识别阈值。通过设置第一识别阈值，不仅在内燃机的稳定运行中而且在动态运行中保证更敏感且更稳健的爆震识别。通过峰值压力的平均值与第一识别阈值的组合实现尤其在内燃机的稳定运行中的爆震识别的改善，因此降低爆震识别阈值的动态性。根据峰值压力持续匹配由此得到的真实的爆震识别阈值。可以放弃用于调节爆震识别阈值的算法的针对内燃机特定类型的特定应用。因此，除控制设备中的使用以外，所提出的方法尤其对于试验台自动化(Prüfstandsautomatisierung)或者控制设备的基本参数(Grundbedatung)重要。
有利地，通过滑动平均值构成来确定平均值，其方式是，加权当前的压力峰值、加权先前的平均值并且将两个值相加。由此，不仅在内燃机的稳定运行中而且在动态运行中保证可靠的爆震识别。
特别地，由第二识别阈值限界爆震识别阈值的最大值，其中将第一识别阈值设置在第二识别阈值下方。通过第二识别阈值将爆震识别阈值限界到物理最大值上。
在一种构型中，通过滤波当前的气缸压力来确定压力峰值。由此抑制压力峰值的失真。
在一种变型方案中，将压力峰值的平均值与加权因数相乘，所述加权因数取决于内燃机的转速和/或爆震识别的结果。由于加权因数的使用，可以以无限存储器(Endlosspeicher)工作，其中连续将压力峰值的在先前的测量循环中得到的值与当前的压力峰值进行比较。加权因数与内燃机的转速的相关性允许固体声识别时的内燃机的部件特定的构型的考虑。在此，爆震识别的结果理解为：在先前的测量循环中是否探测到了爆震事件。
在另一种实施方式中，第一识别阈值和/或第二识别阈值取决于内燃机的转速。因此，所述方法在没有附加应用的情况下可用于不同设计构型的、具有不同功率的内燃机。
有利地，第一识别阈值相应于第二识别阈值的一个百分比份额。由此保证，不仅使第一识别阈值而且使第二识别阈值与所观察的内燃机相协调。
本发明的一种扩展方案涉及一种用于内燃机的爆震识别的装置，其中将当前的、在内燃机中测量的压力峰值与爆震识别阈值进行比较，并且在当前燃烧的压力峰值超过爆震识别阈值时，识别内燃机的爆震。在不仅在内燃机的稳定运行中而且在动态运行中保证可靠的爆震识别的装置中存在以下模块：所述模块由没有识别爆震时的压力峰值构成平均值并且将如此构成的平均值加上第一识别阈值，由此构成爆震识别阈值。
有利地，所述模块包括爆震识别单元，所述爆震识别单元从安装在内燃机的燃烧室中的压力传感器接收当前的压力信号，由所述压力信号确定经滤波的峰值压力，对所述经滤波的峰值压力求平均并且将平均值加到第一识别阈值上。因此，能够简单通过软件应用在控制设备中实施根据本发明的方法。
本发明允许多种实施方式。以下应根据在附图中示出的示图详细阐述其中的一种。
附图说明
附图示出：
图1：用于检测内燃机中的爆震信号的装置；
图2：根据图1的内燃机的气缸的原理图；
图3：爆震识别阈值的根据本发明的变化的实施例；
图4：用于确定经滤波的峰值压力的平均值的实施例；
图5：用于根据本发明的方法确定爆震识别阈值的实施例；
图6：在内燃机的稳定运行中的根据本发明的爆震识别；
图7：在内燃机的动态运行中的根据本发明的爆震识别。
以相同的参考标记表征相同的特征。
具体实施方式
图1示出用于检测并且分析处理内燃机1中的燃烧的装置。在本示例中，内燃机1具有四个气缸2、3、4、5，它们没有进一步示出的活塞分别通过连杆6、7、8、9与曲轴10连接并且它们根据由燃烧引起的压力变化进行驱动，所述活塞在气缸2、3、4、5中运动。气缸2、3、4、5与进气管11连接，所述进气管通过节气门12相对于空气吸入管13封闭。用于喷入燃料的喷嘴14伸到每一个气缸2、3、4、5中，由此形成燃料空气混合物。此外，每一个气缸2、3、4、5具有用于新鲜空气的进气阀15和用于在燃烧过程期间产生的废气的排气阀16，如其在图2中仅仅针对气缸2示例性示出的那样。如结合图2示出的那样，在每一个气缸2、3、4、5的燃烧室22中设置有一个压力传感器17，所述压力传感器探测内燃机1的压力变化，所述压力变化由内燃机1中的燃烧引起。压力传感器17的信号传递给控制设备18，所述控制设备也与位于曲轴10对面的曲轴传感器19连接，其中所述控制设备18给曲轴传感器19的信号分配燃烧，所述信号代表曲轴角。在此，所述控制设备18包括与存储器21连接的微处理器20。同时也能够由控制设备18从由曲轴角传感器19求取的曲轴角求取内燃机1的转速。
在内燃机1中，所供给的燃料空气混合物的燃烧使车辆进入行驶运行中或者保持行驶运行。在此，通过火花塞的点火火花引起燃料空气混合物的燃烧。点火火花形成火焰锋，所述火焰锋在内燃机1的整个燃烧室22中扩散，而存在的燃料空气混合物在燃烧期间转换为动能。在爆震燃烧时，燃烧的一部分突然进行并且在内燃机1的燃烧室中引起猛烈的压力增大，所述压力增大产生压力波，所述压力波扩散并且到达限界燃烧室的壁，在那里高频振荡转换为固体声。作为振荡的度量，由控制设备18分析处理并且在控制内燃机1时在爆震调节期间考虑通过每一个气缸2、3、4、5中的压力传感器17测量的燃烧室压力，以防止马达损坏。在此，内燃机1效率最优地始终运行在爆震极限处。借助爆震调节来避免由总是反复爆震燃烧引起内燃机1的损坏。
为了调节自适应的爆震识别阈值kek_P，微处理器20作为爆震识别单元工作。所述爆震识别单元包括程序，根据所述程序在控制设备18中适配爆震识别阈值kek_P。在气缸2、3、4、5的燃烧阶段中，由压力传感器17检测燃烧室22中的当前的压力信号P_act。如在图3中示出的那样，由此计算出的经滤波的压力峰值Peak位于下方的识别阈值P_can和上方的识别阈值P_must之间。
以下详细阐述用于调节爆震识别阈值kek_P的程序。如在图4中示出的那样，首先由所测量并且之后经滤波的压力峰值Peak_act确定平均值Peak_Mean。在步骤100中查询是否识别到了内燃机1的爆震。如果发生所述爆震，则在步骤110中设置平均值Peak_Mean_new：
Peak_Mean_new＝f1(Peak_Mean_old，Peak_act)
如果在步骤100中没有识别到爆震，则在步骤120中确定新的平均值Peak_Mean_new。
Peak_Mean_new＝f2(Peak_Mean_old，Peak_act)
在一个示例中，在识别到爆震时如下计算平均值Peak_Mean_new：
Peak_Mean_new＝((n-1)/n)·Peak_Mean_old+(1/n)·Peak_act
如果没有识别到爆震，则由以下确定平均值Peak_Mean_new：
Peak_Mean_new＝Peak_Mean_old
在随后的段落中求取爆震识别阈值kek_P。在此，如在图5中示出的那样，在步骤200中计算下方的识别阈值P_can。在此，下方的识别阈值P_can是内燃机1的当前速度的函数，所述函数优选通过内燃机1的转速来确定。随后是步骤210，其中确定上方的识别阈值P_must。所述上方的识别阈值P_must也是内燃机1的当前速度的函数。
在随后的步骤220中检查，在步骤200中确定的下方的识别阈值P_can与结合图4确定的平均值Peak_Mean_new之和是否大于上方的识别阈值P_must。如果是这种情形，则将上方的识别阈值P_must确定为爆震识别阈值kek_P(步骤230)。如果下方的识别阈值P_can与平均值Peak_Mean_new之和小于上方的识别阈值P_must，则在步骤240中将下方的识别阈值P_can与平均值Peak_Mean_new之和确定为爆震识别阈值kek_P。
在图6和7中示例性地说明了借助自适应的爆震识别阈值kek_P的基于压力的爆震识别的两个结果。在图6中示出在内燃机1的稳定运行中的爆震识别，其中示出关于时间t的各个峰值压力值Peak。追踪的爆震识别阈值kek_P位于下方的识别阈值P_can和上方的识别阈值P_must之间。
在图7中示出在内燃机1的动态运行中的所追踪的爆震识别阈值kek_P的调节，在此同样示出关于时间t的压力峰值Peak。位于下方的识别阈值P_can和上方的识别阈值P_must之间的所追踪的爆震识别阈值kek_P在其变化中匹配上方的和下方的识别阈值P_can和P_must，在此所述上方的和下方的识别阈值P_must和P_can根据内燃机1的转速的变化而变化，因此爆震识别阈值kek_P也变化。
由于经滤波的压力峰值Peak的平均值Peak_Mean_new增大了下方的识别阈值P_can，所以不仅在内燃机1的稳定运行中而且在动态运行中保证更敏感且更稳健的爆震识别。在此，上方的识别阈值P_must表示爆震识别阈值kek_P的上限，因此当压力峰值Peak在上方的识别阈值P_must以上时，总是将燃烧评估为“爆震的”。因为P_can表示爆震识别阈值kek_P的下方的识别阈值，所以不会将位于所述下方的识别阈值P_can以下的压力峰值Peak评估为“爆震”。位于下方的识别阈值P_can和上方的识别阈值P_must之间的压力峰值Peak根据滑动平均值Peak_Mean或者评估为爆震或者不评估为爆震。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的爆震识别的方法，其中，基于在所述内燃机(1)中测量的或者计算的压力信号将当前燃烧的压力峰值(Peak)与爆震识别阈值(kek_P)比较并且在当前燃烧的压力峰值(Peak)超过所述爆震识别阈值(kek_P)时识别所述内燃机(1)的爆震，其中，所述爆震识别阈值(kek_P)取决于通过所述燃烧压力和/或工作点表征的内燃机特性，其特征在于，由没有识别爆震时的压力峰值(Peak)构成平均值(Peak_Mean)，将如此构成的平均值(Peak_Mean)加上第一识别阈值(P_can)，由此构成所述爆震识别阈值(kek_P)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过滑动平均值构成实现平均值(Peak_Mean)，其方式是，加权当前的压力峰值(Peak)，加权先前的平均值(Peak_Mean)，将所述两个值相加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由第二识别阈值(P_must)限界所述爆震识别阈值(kek_P)的最大值，其中，所述第一识别阈值(P_can)设置在所述第二识别阈值(P_must)以下。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过滤波当前的气缸压力(P_act)来确定所述压力峰值(Peak)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述压力峰值(Peak)的平均值(Peak_Mean)与加权因数相乘，所述加权因数取决于所述内燃机(1)的转速和/或所述爆震识别的结果。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一识别阈值(P_can)和/或所述第二识别阈值(P_must)取决于所述内燃机(1)的转速。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一识别阈值(P_can)相应于所述第二识别阈值(P_must)的一个百分比份额。
8.一种用于内燃机的爆震识别的装置，其中，将当前的、在所述内燃机(1)中测量的压力峰值(Peak)与爆震识别阈值(kek_P)比较，在所述当前燃烧的压力峰值(Peak)超过所述爆震识别阈值(kek_P)时识别所述内燃机(1)的爆震，其特征在于，存在模块(18，20，21)，所述模块由没有识别爆震时的压力峰值(Peak)构成平均值(Peak_Mean)以及将如此构成的平均值(Peak_Mean)加上第一识别阈值(P_can)，由此构成所述爆震识别阈值(kek_P)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模块包括爆震识别单元(20)，所述爆震识别单元从设置在所述内燃机(1)的燃烧室中的压力传感器(17)接收当前的压力信号(P_act)、由所述压力信号确定经滤波的压力峰值(Peak)、对所述压力峰值滑动地求平均并且将所述压力峰值(Peak)的平均值(Peak_Mean)加到所述第一识别阈值(P_can)上。
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