CN107870060A - 用于内燃机的爆震识别的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出用于内燃机的爆震识别的方法和设备，其将爆震传感器的信号进行傅里叶变换、根据频率加权并且求和，以生成第一爆震信号(101)。在此，由大量第一爆震信号(101)确定所述大量第一爆震信号的重心，并且在此从该第一爆震信号减去第一偏移值(51)，以形成第二爆震信号(102)，其中，该第一偏移值(51)由大量第一爆震信号(101)的重心求取，并且其中，将具有低于零的值的第二爆震信号(102)置于零值。然后将进一步处理的第二爆震信号(102)分析利用成爆震的或者非爆震的。

Description

用于内燃机的爆震识别的方法和设备
技术领域
本发明从根据独立权利要求的类型的方法和设备出发。
背景技术
从DE 10 2013 221 993 Al已知一种用于识别内燃机爆震的方法，在其中将爆震传感器的信号进行傅里叶变换、根据频率加权然后求和，以生成爆震信号。然后借助该爆震信号进行识别，是存在或者不存在爆震燃烧。
发明内容
相对地，根据独立权利要求的类型的、根据本发明的方法或者根据本发明的设备具有下述优点：实现在爆震和非爆震燃烧之间的改善区分。对于爆震识别重要的是，处理信号背景，因为爆震信号总是与背景噪声比较地被分析利用。现在根据本发明提出，求取大量燃烧的爆震信号的重心位置，并且将其用于求取背景。对此，减去偏移信号，该偏移信号从大量爆震信号的重心得到，并且在此将处于零以下的值置于零处。由此实现，具有非常小的背景噪声的爆震信号也为背景噪声作出一定贡献，由此实现识别的改善：信号是爆震信号或者非爆震信号。
其它优点和改善由从属权利要求的特征得到。通过与一个因数相乘实现，不同气缸的爆震信号能够相对于不同转速和负载状态进行比较。由此，实现用于区分爆震和非爆震燃烧的统一阈值。为了判断一个爆震信号是应分析利用成爆震的或者非爆震的，能够进行与爆震信号的移动平均值(gleitender Mittelwert)的比较。替代地也可行的是，爆震信号与固定比较值作比较，该固定比较值必要时针对每个气缸个性化地根据负载和转速来确定。第一偏移值能够划分成预控制值和适应值，其中，该预控制值在应用内燃机期间已经被求取，并且该适应值在内燃机持续运行期间被求取。第二偏移值同样能够作为预控制值和适应值求取。通过使用预控制值已经确保根据本发明的方法的足够的基本数据，借助该方法已经实现好的爆震识别。为了也在爆震识别中考虑到在不同内燃机之间的波动或者内燃机的老化，于是还能够设置这种值的适应步骤，所述适应步骤在持续运行期间包括对不同内燃机或者内燃机的老化的匹配。在此，用于处理爆震信号的所有参数能够依赖于转速、负载和相应的气缸，即依赖于气缸个性化。由此实现与内燃机的不同运行状态或者内燃机的不同气缸的优化匹配。通过爆震信号与另一因数附加相乘能够再次实现爆震信号的分布的匹配，从而再次改善在爆震和非爆震燃烧之间的区分。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中详细地解释。其示出：
图1用于爆震识别的方法的总览，
图2图1的方法步骤4的细节，
图3具有附加处理步骤的替代方法，和
图4至8通过各个处理步骤形成的数据改变。
具体实施方式
在图1中示意地示出根据本发明的用于爆震识别的方法。爆震传感器1在此形成测量信号，该测量信号然后被传递到模拟信号准备步骤2上，用于进一步处理。这样的爆震传感器1涉及通常的振动或者噪音传感器，其与内燃机连接。由于在内燃机的燃烧室内形成的燃烧在内燃机中生成声波，所述声波被爆震传感器1作为相应信号接收。当在此在内燃机中发生爆震燃烧时，则该爆震的振动信号区别于非爆震燃烧的爆震信号。由此通过分析利用所述信号能够确定，在内燃机中是发生爆震的或者非爆震的燃烧。爆震传感器1的信号首先被模拟地准备。对此，信号被强化、过滤并且模拟地/数字地转变。由此，准备的数字信号作为输出值从模拟的准备步骤2传递到傅里叶变换步骤3。
在处理模块3中实现信号的傅里叶变换并且接着对傅里叶变换进行加权。通过该加权实现，不考虑下述频率，在该频率中出现特别强的干扰，而着重考虑对于爆震而言重要的频率。由此生成下述信号，所述信号特别好地适合于作出进行或者没进行爆震燃烧的结论。被傅里叶变换的并且被加权的信号然后被求和，以获得爆震信号。
所述第一爆震信号还仅仅由信号强度的振幅值组成，该信号强度是由各个燃烧生成的噪声或者振动的度量。仅仅借助该信号然后就能够决定是否存在爆震燃烧。在此问题是，为了决定是有或者没有爆震燃烧，该信号必须与比较值比较。然而因为内燃机的噪声级或者振动级在运行期间强烈地变化，爆震信号或者爆震信号与之作比较(用于决定是存在或者不存在爆震燃烧)的信号必需计算变化的背景噪声。由处理模块3生成的第一爆震信号由此在进一步的处理步骤4中进行信号准备，在该信号准备中考虑背景级别的变化。这样准备的爆震信号然后传递到决定模块5上，在该决定模块中进行最终决定：是有或者没有爆震燃烧。
在图2中示出信号准备步骤4的细节。信号准备模块4获取第一爆震信号101作为输入信号，该爆震信号由模拟地准备的、并且接着被傅里叶变换的、加权并且求和的爆震传感器信号构成。第一爆震信号101被输入加法模块12。在加法模块12中给第一爆震信号101加上由处理步骤22提供的值。在方法步骤22中求取第一偏移值51，该第一偏移值被传递到加法模块12上。该偏移值在此具有负的符号，由此实际上是减法。
现在借助图4解释第一偏移值的求取。在图4中，在图表中向右是在内燃机运行中被大量测量的在内燃机的燃烧室中实际出现的峰值压力p和第一爆震信号101(即处理模块3的输出信号)的关系。如可见的那样，形成测量点40的云团，所述测量点与比较线41隔开间距。当观察所有测量点时，则在相对小的峰值压力p和相对小的第一爆震信号101的情况下得到重心42。即使一组测量点完全地远地位于重心42的上方，但大部分数量的测量结果还是位于重心42附近。测量值40的所述云团包含绝大部分的非爆震燃烧和仅仅非常少的爆震燃烧，由此重心42位于相应低的峰值压力p和相应低的第一爆震信号101中。在所述重心中的第一爆震信号101的强度给出关于背景噪声强度的信息、即也在非爆震燃烧的情况下出现的噪声强度的信息。现在这样测量偏移值51：通过从第一爆震信号101减去偏移值51使重心42移到对于第一爆震信号101为零的值处。由此，通过这些措施将重心42的背景噪声降低到零。由于实际的测量值的一部分也具有第一爆震信号101的值(所述值要比在重心42中的第一爆震信号101的强度更小)，由此在实际运行中也形成被这样地处理的爆震信号的负值。因为负的爆震信号没有意义，所以这种值被直接置于零。
由此，通过这种减法步骤由模块12构成第二爆震信号102，该第二爆震信号然后被进一步处理。
偏移信号51由预控制值和适应值构成。该预控制值在此依赖于转速n、负载L和相关的气缸Zy，并且在应用内燃机的情况下被求取。该预控制值固定地储存在储存器内，并且根据转速/负载和气缸而用于构成第一偏移值51。附加地，在偏移形成模块22中还持续地处理所有到达的第一爆震信号101，以便在内燃机连续运行期间确定所有出现的第一爆震信号101的重心。这简单地由此实现：为了形成第一爆震信号101的重心的平均值而从所有燃烧过程引出第一爆震信号101。在此也能够又设置，这种形成根据转速、负载并且对于每个气缸个性化地进行。然后加上第一偏移值51的预控制值和适应值，以形成偏移值51。
由加法模块12生成的第二爆震信号102被输入到乘法模块13，在该乘法模块中，第二爆震信号102的所有值与一个因数52(由因数形成模块23提供该因数)相乘。通过这种乘法使第二爆震信号102的强度分布压缩或者膨胀。因为又根据转速/负载和相关的气缸选出第二因数52，通过这种措施能够实现，在不同气缸之间的第二爆震信号102的值变得可比较。此外，由此也能够实现，能够比较在不同转速或者不同负载的情况下的值。由此，通过在模块13中的乘法构成第三爆震信号103，该第三爆震信号是另一加法模块14的输入值。
在加法模块14中，对此加上另一偏移信号53，该偏移信号已经由偏移生成模块24形成。偏移形成模块24这样生成第二偏移信号53：大量第三爆震信号103的重心向一定强度移动。由此涉及添加人工背景噪声。这种背景噪声的一部分又作为预控制值依赖于转速/负载和相关气缸，在应用期间被求取。
另一部分又构造成适应值，其中，两个不同的适应方式是可行的。一方面能够使用下述适应值，该适应值已经从第一爆震信号101的重心求取而导出。该信号从偏移生成模块22提供给偏移生成模块24。但替代地，偏移生成模块24能够使用下述重心，该重心从第三爆震信号103得到。然后会指出第三爆震信号103的重心，该重心是否实际上在强度中位于零或者在其上少许。由此，通过加上第二偏移值53将人工背景噪声加到第三爆震信号103上，以便由此生成第四爆震信号104。因为在减法步骤12中，在零以下的爆震信号的所有强度已经被置于固定值零上，因此加上第二偏移值53相应于添加人工背景噪声。因此由此出发，太轻的燃烧仅仅是测量值偶然的波动，由此通过固定值、即人工背景噪声来代替这样太轻的燃烧更有意义。
这样形成的第四爆震信号104然后最终在方法步骤5中被考虑用于分析利用是爆震燃烧或者非爆震燃烧。为此简单地将第四爆震信号的强度与一个比较值作比较。该比较值能够在应用内燃机期间求取并且根据转速/负载和相应的气缸预存在相应的储存器中。通过多个匹配步骤能够这样使求取的第四爆震信号104的分布这样适配，使得能够作出好的决定，是爆震燃烧或者非爆震燃烧。替代地，也能够持续地使用大量第四爆震信号104用于形成移动平均值。在当前求取的爆震信号104明显超过所述移动平均值时，就实现爆震燃烧的识别，其中，阈值(即从何时起燃烧就被分析利用为爆震)也又气缸个性化地依赖于转速和负载。
在图3中还说明了替代方法，在该替代方法中，除了信号准备步骤4的处理步骤外，还进行另一乘法步骤和由此信号的另一干涉。变换模块3的输出信号，即被傅里叶变换的、频率加权的和求和的信号在另一乘法模块11中与由因数求取模块21提供的因数相乘。该另一乘法模块11的输出信号于是是第一爆震信号101，该第一爆震信号被输入用于信号准备4的进一步处理。另一因数由模块21又根据转速、负载和相关的气缸提供。相应因数的求取又在应用内燃机的情况下进行。由此，通过这种另一乘法步骤能够在信号准备模块4中实现在进一步处理之前进行爆震信号的另外的压缩和膨胀。由此，为了生成第四爆震信号104而匹配所述信号准备的情况下，存在另一自由线(Freiheitsdraht)。
在下面的图4至8中将信号的各个处理步骤图像地示出。根据本发明的方法在这些图中在与应用的关联中(即方法与内燃机的各个类型的匹配)示出。在应用时，除了爆震传感器的自身信号外，还有另一信号、即气缸压力信号p和在那里尤其在燃烧时出现的峰值压力，用于提供爆震信号的分析。
在图4中是对于大量燃烧的第一爆震信号101相对于峰值压力p的关系。如能够从图4直接获知的那样，这样测量的相对于压力的爆震信号形成测量点40的接近线性的云团，所述测量点在一定分散范围内，围绕比较线41地布置。也重要的是，大量测量点位于具有小的第一爆震信号101和压力p的范围内，也就是主要涉及非爆震燃烧，在非爆震燃烧中，不但第一爆震信号101、而且出现的峰值压力p是小的。当观察所有描画的测量点40的重心42时，则也清楚的是，重心42位于具有小的第一爆震信号101的值和小的峰值压力p的区域内。
在应用阶段中，即在确定的内燃机类型的爆震识别的基础值被确定的阶段中，除了第一爆震信号101还提供峰值压力p。那么在内燃机的连续运行中不再设置峰值压力p的求取，由此于是仅仅提供第一爆震信号101。应用的意义和目的是已经能够实现爆震识别与内燃机的好地匹配，由此在连续运行中仅仅还必须适应、也就是了解在相同类型的不同内燃机之间的制造波动或者在时间上的改变(老化)。
在下文中，测量值在图5-8中仅仅还通过所述测量值的比较线41和重心42来指出。通过各个处理步骤获得的比较线41和重心42作为连续比较线41和被填充的重心42示出，而先前的重心42作为空的圆示出，并且先前的比较线41作为虚线示出。
图5中示出可选的乘法步骤11的效果，如其相对于图3说明的那样。通过乘法步骤11使比较线41的斜率和重心42的位置匹配，其中，在图5的例子中，提高所述斜率并且向上移动所述重心。但该步骤是可选的并且仅仅提供匹配测量值的另外的可能性。由此能够尤其补偿在相应的气缸之间的不同。
然后在图6中示出加法步骤12的效果。从信号101出发，或者图4中或者图5中实现减去第一偏移值51，该第一偏移值在图6中通过箭头示出。如可见的那样，由此重心42被移到零点处，并且所有在该移动后位于零以下的值被置于零值处。在此重要的是，第一偏移值51具有预控制份额和适应份额。该预控制份额在应用期间、即在数据分析利用期间(如它在图6中被示出的那样)生成。但第一爆震信号101的重心42的位置被处理模块22持续地监控，并且如果在连续运行中该重心出现移动，则生成用于确定第一偏移51的相应的适应值。然后两个值在内燃机的连续运行中被用于生成第一偏移值51。
在图7中示出另一乘法步骤13的效果。如可见的那样，通过该乘法步骤仅仅影响比较线41的斜率，而重心42不受影响地保持在零值处。
然后在图8中示出通过加法步骤14影响数据，在该加法步骤中加上了第二偏移53。通过这种措施将重心42调整到由第二偏移53预给定的基础值处。同样，将比较线41平行地向爆震信号104的更高值移动。第二偏移值53又具有预控制值和适应值。该预控制值又在内燃机应用期间求取。第二偏移值53的适应值在内燃机连续运行期间或者通过分析利用第一爆震信号101或者通过分析利用第三爆震信号103来求取。在此，目标是将第四爆震信号104的重心42调整到有意义的基础值上。
此外，在图8中加入阈值PK和第四爆震信号104K的值，并且通过相应的虚线加入在图表中。高于PK值的峰值压力p应被评价成爆震燃烧。因为这种峰值压力p在连续运行期间不被测量，则选出第四爆震信号104K的相应值，其中，当第四爆震信号104超过阈值104K时，燃烧被评价成爆震。由此，在图8中示出的特性曲线被划分成四个象限I、II、III和IV。
当爆震信号104出现在区域I中时，则不涉及爆震燃烧，并且因此没有问题。当第四爆震信号位于区域IV中，则涉及爆震燃烧，并且需要介入措施以降低爆震。当位于区域II中的爆震信号104出现，则涉及爆震运行，但其未被识别。由此，无论如何必须避免该区域，因为这会导致内燃机的损害。当第四爆震信号位于区域III内时，则燃烧被分级成爆震并且进行降低爆震的措施，所述措施通常使内燃机的效率变差。
阈值104K(从该阈值起燃烧被评价为爆震)总是这样地选择，使得在实际运行中没有测量值能够位于象限II内。在该象限II中的燃烧无论如何必须避免，因为这导致内燃机的损害。但已经证明的是，在阈值104K的这样设计的情况下，在传统爆震识别中总是一再出现在第三象限III中的燃烧过程，从而使内燃机的效率整体地变差。通过根据本发明的、用于处理爆震传感器的信号的方法，已经使测量值相对于比较线41的两侧的分散降低，从而改善了爆震识别。与传统的爆震控制比较，尤其能够使在区域III中的结果的数量明显减少。这尤其在于，通过减去背景噪声和加上人工背景噪声而明显地减少了明确不是爆震燃烧的影响。通过这种措施明显地降低了爆震信号围绕补偿线41的分散，从而尤其在弱爆震燃烧的区域(区域III)内实现明显的改善。由此，明显更少的燃烧过程被评价成爆震，虽然在此出现的峰值压力还不导致内燃机的损害。由此能够改善内燃机的效率。

Claims (9)

1.用于内燃机的爆震识别的方法，在所述方法中，对爆震传感器的信号进行傅里叶变换、根据频率加权和求和，以生成第一爆震信号(101)，其特征在于，由大量第一爆震信号(101)确定所述大量第一爆震信号的重心(42)，从所述第一爆震信号减去第一偏移值(51)以形成第二爆震信号(102)，其中，所述第一偏移值(51)由所述大量第一爆震信号(101)的重心(42)求取，其中，将具有低于零的值的第二爆震信号(102)置于零值处，并且将进一步处理的第二爆震信号(102)分析利用成爆震的或者非爆震的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二爆震信号(102)乘以一个因数(52)以形成第三爆震信号(103)，给该第三爆震信号(103)加上第二偏移值(53)以形成第四爆震信号(104)，其中，所述第二偏移值(53)由所述大量第一爆震信号(101)的重心(42)求取，或者由大量第三爆震信号(103)确定所述大量第三爆震信号(103)的重心，并且由所述大量第三爆震信号(103)的重心求取所述第二偏移值(53)，并且将所述第四爆震信号(104)分析利用成爆震的或者非爆震的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述第四爆震信号(104)与第四爆震信号(104)的移动平均值比较，以将所述第四爆震信号(104)分析利用成爆震的或者非爆震的。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述第四爆震信号(104)与一个比较值作比较，以将所述第四爆震信号(104)分析利用成爆震的或者非爆震的。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一偏移值(51)具有预控制值和适应值，其中，所述预控制值在应用内燃机的情况下求取，并且所述适应值在内燃机持续运转的情况下求取。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二偏移值(53)具有预控制值和适应值，其中，所述预控制值在应用内燃机的情况下求取，并且所述适应值在内燃机持续运转的情况下求取。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一偏移值和/或所述第二偏移值(51、53)依赖于所述内燃机的转速、负载和相应的气缸。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了由所述第一爆震信号(101)形成所述第二爆震信号(102)，附加地在减去所述第一偏移值之前进行所述第一爆震信号与另一因数相乘，其中，所述另一因数依赖于所述内燃机的转速、负载和相应的气缸。
9.用于内燃机的爆震识别的设备，所述设备对爆震传感器的信号进行傅里叶变换、根据频率加权和求和，以生成第一爆震信号(101)，其特征在于，所述设备由大量第一爆震信号(101)确定所述大量第一爆震信号的重心(42)，并且在此从所述第一爆震信号减去第一偏移值(51)，以形成第二爆震信号(102)，其中，所述第一偏移值(51)由所述大量第一爆震信号(101)的重心(42)求取，其中，将具有低于零的值的第二爆震信号(102)置于零值处，并且将进一步处理的第二爆震信号(102)分析利用成爆震的或者非爆震的。
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