DE102010012332A1 - Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches und transparentes Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei die zur Bewertung von Verbrennungen herangezogenen Signalgrößen einen möglichst realitätsnahen Bezug zu dem physikalisch beschreibbaren Effekt einer klopfenden Verbrennung haben und die Aktivierung von das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine beeinflussenden Nebenaggregaten berücksichtigt werden kann. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei eine das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthaltende Betriebsgröße der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei eine Bewertung der Betriebsgröße in Bezug auf die in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile erfolgt, wobei in Abhängigkeit der in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile Merkmalswerte zur Beschreibung klopfender Verbrennungen gebildet werden, wobei den Merkmalswerten mittels eines funktionalen Zusammenhanges zwischen Druckscheitelwerten und Merkmalswerten Druckscheitelwerte zugeordnet werden, wobei die Druckscheitelwerte in Abhängigkeit der Frequenzanteile derart gewichtet werden, dass ein gewichteter Druckscheitelwert bereitsteht, wobei der gewichtete Druckscheitelwert einem Schwellenwert gegenüber gestellt wird, wobei bei Überschreiten des Schwellenwertes eine klopfende Verbrennung erkannt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
• Zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine ist es vorbekannt, eine Betriebsgröße der Verbrennungskraftmaschine zu erfassen, die zumindest zum Teil das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthält, wobei eine Bewertung dieser Betriebsgröße in Bezug auf die in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile erfolgt, wobei in Abhängigkeit der in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile Merkmalswerte zur Beschreibung klopfender Verbrennungen gebildet werden, wobei die Merkmalswerte Schwellenwerten gegenübergestellt werden, wobei bei Überschreiten der Schwellenwerte eine Verbrennung als klopfende Verbrennung betrachtet wird. Beispielsweise ist es aus der DE3911554A1 vorbekannt, zur Bewertung des Signals eines Klopfsensors in Bezug auf die in diesem Signal enthaltenen Frequenzanteile mehrere parallel geschaltete Bandpassfilter zu verwenden, wobei beispielsweise der größte oder energiereichste Signalanteil der Bandpässe zur Bestimmung herangezogen wird, ob eine klopfende Verbrennung vorliegt oder nicht, wobei weiterhin eine Gewichtung der Signalanteile der verschiedenen Filterbänder erfolgen kann, indem für die einzelnen Filterbänder unterschiedliche Schwellenwerte eingeführt werden, wobei, wenn ein Signalanteil den jeweiligen Schwellenwert überschreitet, eine klopfende Verbrennung vorliegt.
• Dabei ist es von Nachteil, dass die zur Bewertung von Verbrennungen herangezogenen Signalgrößen rein elektrische Größen sind, also beispielsweise die Signalanteile der Filterbänder den zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung darstellen und die genannten Schwellenwerte ebenfalls in derartigen hilfsweise verwendeten elektrischen Einheiten repräsentiert werden, so dass insbesondere während des Entwicklungsprozesses einer Verbrennungskraftmaschine eine unnötige Abstraktionsleistung seitens der bearbeitenden Person erforderlich ist, also kein einfacher, transparenter und systematischer Entwicklungsprozess vorliegt. Mit anderen Worten fehlt den zur Bewertung von Verbrennungen herangezogenen Signalgrößen ein Bezug zu dem physikalisch beschreibbaren Effekt der klopfenden Verbrennung, der insbesondere einer Überlagerung von Druckwellen im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine entspricht. Außerdem ist es von Nachteil, dass gemäß diesem Stand der Technik die Aktivierung eines das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine beeinflussenden Nebenaggregates nicht gezielt berücksichtigt werden kann. Das Zu- bzw. Abschalten eines Nebenaggregates stellt einen dynamischen Vorgang dar, der während der Übergangsphase ein spezielles störendes Spektrum in den gemessenen Signalen am Verbrennungsmotor hervorrufen kann. Da diese Signalanteile unter Umständen in einer stationär durchgeführten Bedatung der Klopferkennungsfunktion nicht berücksichtigt werden können, sind mögliche Fehlerkennungen von klopfenden Verbrennungen die Folge.
• Aufgabe
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches und transparentes Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei die zur Bewertung von Verbrennungen herangezogenen Signalgrößen einen möglichst realitätsnahen Bezug zu dem physikalisch beschreibbaren Effekt einer klopfenden Verbrennung haben sollen, wobei gleichzeitig eine hohe Sicherheit der Klopferkennung im statistischen Sinne gewährleistet ist und wobei die Aktivierung von das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine beeinflussenden Nebenaggregaten berücksichtigt werden kann.
• Lösung
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei eine das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthaltende Betriebsgröße der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei eine Bewertung der Betriebsgröße in Bezug auf die in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile erfolgt, wobei in Abhängigkeit der in der Betriebsgröße enthaltenen Frequenzanteile Merkmalswerte zur Beschreibung klopfen der Verbrennungen gebildet werden, wobei den Merkmalswerten mittels eines funktionalen Zusammenhanges zwischen Druckscheitelwerten und Merkmalswerten Druckscheitelwerte zugeordnet werden, wobei die Druckscheitelwerte in Abhängigkeit der Frequenzanteile derart gewichtet werden, dass ein gewichteter Druckscheitelwert bereitsteht, wobei der gewichtete Druckscheitelwert einem Schwellenwert gegenüber gestellt wird, wobei bei Überschreiten des Schwellenwertes eine klopfende Verbrennung erkannt wird. Dadurch, dass den Merkmalswerten zur Beschreibung klopfender Verbrennungen Druckscheitelwerte zugeordnet werden, wird erfindungsgemäß vorteilhaft der gewünschte realitätsnahe Bezug zu dem Effekt einer klopfenden Verbrennung hergestellt, so dass ein transparenter und systematischer Entwicklungsprozess möglich ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Hierbei zeigen
• 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2: eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Wie allgemein bekannt, verfügt eine nicht weiter dargestellte Verbrennungskraftmaschine über Mittel zur Erfassung von Betriebsgrößen, die für deren Steuerung und Regelung von Bedeutung sind. Beispielsweise wird die Drehzahl (nkw) der Kurbelwelle mittels eines induktiven Sensors und die das Frequenzspektrum enthaltende Betriebsgröße (uks) mittels eines piezoelektrischen Sensors erfasst, der an dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Signale dieser Sensoren werden, wie weiterhin allgemein bekannt, einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung zugeführt, die zumindest Mittel zur festen und flüchtigen Speicherung von Daten sowie einen Mikrokontroller umfasst. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt mittels der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eine Bewertung der Betriebsgröße (uks) in Bezug auf die in der Betriebsgröße (uks) enthaltenen Frequenzen (f1...fn). Bevorzugt erfolgt diese Bewertung durch eine Spektralanalyse der Betriebsgröße (uks), zum Beispiel mittels einer Diskreten Fourier-Transformation, so dass Amplituden (A1...An) verschiedener Frequenzen (f1...fn), die in dem Signal der Betriebsgröße (uks) enthalten sind, bestimmt werden können. Treten klopfende Verbrennungen auf, enthalten die Amplituden (A1...An) Informationen über die klopfenden Verbrennungen. Zum Einen liegt durch die Lage der Amplituden (A1...An) die Information vor, welche Grundfrequenz (f1) die klopfende Verbrennung hat und welche Moden (fn) zu dieser Grundfrequenz (f1) vorliegen. Beispielsweise beträgt die Grundfrequenz (f1) 7 kHz. Je nach individueller Ausprägung der zu Grunde liegenden Verbrennungskraftmaschine betragen die zur Grundfrequenz (f1) zugehörigen und verwertbaren Moden (fn) etwa 12 und 21 kHz. Zum Anderen liegen Informationen vor, welchen Energieinhalt beziehungsweise welche Stärke die klopfende Verbrennung hat, was sich im einfachsten Fall in dem Betrag der jeweiligen Amplitude (A1...An) zeigt, wobei in Abhängigkeit der Amplituden (A1...An) der jeweiligen Frequenzen (f1...fn) Merkmalswerte (iks1...iksn) zur Beschreibung der klopfenden Verbrennungen gebildet werden können. Insbesondere können Merkmalswerte (iks1...iksn) als Elemente eines Vektorraumes betrachtet und in der Form als Matrix

  

  dargestellt werden. Gemäß dem Stand der Technik können die Merkmalswerte (iks1...iksn) natürlich auch durch eine Filterung der Betriebsgröße (uks) mittels Bandpassfiltern mit verschiedenen Bandmittenfrequenzen (fm1...fmn) erfolgen, so dass gefilterte Betriebsgrößen (uksf1...uksfn) bereitstehen und die Bildung der Merkmalswerte (iks1...iksn) in Abhängigkeit der gefilterten Betriebsgrößen (uksf1...uksfn) durch eine Gleichrichtung und eine anschließende Integration der gefilterten Betriebsgrößen (uksf1...uksfn) erfolgt.
• Um nun erfindungsgemäß einen einfachen und transparenten Verfahrensansatz zur Erkennung klopfender Verbrennungen zu schaffen, sowie einen möglichst realitätsnahen Bezug zu dem physikalisch beschreibbaren Effekt klopfender Verbrennungen herzustellen, wird vorgegangen, wie anhand 1 beschrieben. Erfindungsgemäß werden dabei einer Multiplikationsstelle (M) entsprechend dem Pfeil (1) die Merkmalswerte (iks1...iksn) zur Beschreibung klopfender Verbrennungen zugeführt. Der Pfeil (1) ist fettgedruckt, was darauf hinweisen soll, dass es sich um Elemente eines Vektorraumes handelt, welche als Matrix

  

  dargestellt werden können. Gemäß dem Ergebnis der Spektralanalyse können beispielsweise drei Frequenzanteile (f1...f3) für die Bildung der Merkmalswerte (iks1...iks3) herangezogen werden, beziehungsweise kann der Betrag der Amplituden (A1...A3), die bei den drei Frequenzen (f1...f3) auftreten, in Merkmalswerte (iks1...iks3) umgerechnet werden. Mit anderen Worten wird der Amplitude (A1) bei der Frequenz (f1) der Merkmalswert (iks1) zugeordnet, der Amplitude (A2) bei der Frequenz (f2) der Merkmalswert (iks2) zugeordnet und der Amplitude (A3) bei der Frequenz (f3) der Merkmalswert (iks3) zugeordnet. Außerdem werden der Multiplikationsstelle (M) entsprechend dem Pfeil (2) Anstiegswerte (m1...mn) zugeführt, die ebenfalls als vektorielle Größe aufgefasst und als Matrix

  

  dargestellt werden können. An der Multiplikationsstelle (M) werden demnach Produkte der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) gebildet. Die Anstiegswerte (m1...mn) werden dem Kennfeld (KF_m) entnommen. Das Kennfeld (KF_m) beschreibt die Anstiegswerte (m1...mn) von Regressionsgeraden (R1...Rn) in Abhängigkeit der Drehzahl (nkw) der Verbrennungskraftmaschine, den Frequenzanteilen (f1...fn) und dem jeweils betrachteten Zylinder (z1...zn) einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern. Mit anderen Worten liegen für den Fall, dass eine Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder (z1...zn) aufweist, eine der Anzahl der Zylinder (z1...zn) entsprechende Anzahl an Kennfeldern (KF_m) vor, so dass der von dem jeweiligen Frequenzanteil (f1...fn) und der Drehzahl (nkw) abhängige Anstieg (m1...mn) einer Regressionsgeraden (R1...Rn) für jeden einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine und jeden Frequenzanteil (f1...fn) bereit steht. Mit noch anderen Worten liegt für jeden Frequenzanteil (f1...fn), also beispielsweise für den Fall, dass eine klopfende Verbrennung auftritt und dass die Spektralanalyse ergibt, dass Amplituden bei 7, 12 und 21 kHz vorliegen, welche die klopfende Verbrennung charakterisieren, für jeden der Frequenzanteile (f1 = 7 kHz), (f2 = 12 kHz) und (f3 = 21 kHz), ein bestimmter drehzahl- und zylinderabhängiger Anstieg (m1...m3) einer Regressionsgeraden (R1...R3) vor. Den Produkten der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) werden gemäß 1 im weiteren Verlauf an der Summationsstelle (N) Offsetwerte (n1...nn) hinzuaddiert. Die Offsetwerte (n1...nn) werden einem Kennfeld (KF_n) entnommen. Das Kennfeld (KF_n) beschreibt die Offsetwerte (n1...nn) der Regressionsgeraden (R1...Rn) in Abhängigkeit der Drehzahl (nkw) und in Abhängigkeit von dem jeweils betrachteten Zylinder (z1...zn) einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern (z1...zn), das heisst, es liegt eine der Anzahl der Zylinder (z1...zn) entsprechende Anzahl an Kennfeldern (KF_n) vor. Durch die Multiplikation der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) und die nachfolgende Addition der Offsetwerte (n1...nn) werden die Regressionsgeraden (R1...R3) beschrieben beziehungsweise liegt nunmehr ein funktionaler Zusammenhang zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) vor und es kann rekursiv aus den Merkmalswerten (iks1...iksn) in Abhängigkeit der Drehzahl (nkw), des jeweils betrachteten Zylinders (z1...zn) und der Frequenzanteile (f1...fn) auf Werte (ps1...psn) für den Druckscheitelwert geschlossen werden. Da die betrachteten Größen als Elemente eines Vektorraumes betrachtet werden können, ist es möglich, die beschriebene Multiplikation und Addition in Form von Matrizen

  

  zu formulieren. Die Druckscheitelwerte (ps1...psn) stellen dabei erfindungsgemäß einen realitätsnahen Bezug zu dem Effekt einer klopfenden Verbrennung her. Dieser realitätsnahe Bezug ergibt sich dadurch, dass ein funktionaler Zusammenhang über die Regressionsgeraden (R1...Rn) zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und den Merkmalswerten (iks1...iksn) im Rahmen des Entwicklungsprozesses der Verbrennungskraftmaschine experimentell ermittelt wird. Angenommen die Verbren nungskraftmaschine umfasst lediglich einen Zylinder, so erfolgt eine Bewertung des einzigen Zylinderdrucksignals (uzyl) dieser Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf den in dem Zylinderdrucksignal (uzyl) enthaltenen und hinsichtlich klopfender Verbrennungen möglichst aussagekräftigen Frequenzanteil (fzyl) beispielsweise durch eine Filterung des Zylinderdrucksignals (uzyl) mittels eines Hochpassfilters. Auf diese Weise steht ein gefiltertes Zylinderdrucksignal (uzylf) bereit, das möglichst aussagekräftige Informationen hinsichtlich des Klopfens beinhaltet. Im weiteren Verlauf erfolgt eine Bestimmung eines Referenz-Druckscheitelwertes (psr) zur Beschreibung klopfender Verbrennungen durch eine Gleichrichtung und Maximalwertauswahl des gefilterten Zylinderdrucksignals (uzylf). Eine Bildung des funktionalen Zusammenhangs zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) erfolgt nun unter Heranziehung des Referenz-Druckscheitelwertes (psr). Insbesondere wird ausgehend von dem Referenz-Druckscheitelwert (psr) eine Zuordnung von Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) vorgenommen, wobei Regressionsgeraden (R1...Rn) in Abhängigkeit von möglichen Bandmittenfrequenzen (fm1...fmn) der jeweils in Frage kommenden Bandpassfilter gebildet werden, wobei Anstiegswerte (m1...mn) und Offsetwerte (n1...nn) der Regressionsgeraden (R1...Rn) ermittelt werden und einer weiteren Bearbeitung bereitstehen.
• Gemäß 1 werden weiterhin an der Multiplikationsstelle (O) die Druckscheitelwerte (ps1...psn) und Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) miteinander in Beziehung gesetzt. Die Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) werden einem Kennfeld (KF_fw) entnommen. Das Kennfeld (KF_fw) beschreibt die Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) in Abhängigkeit der Drehzahl (nkw) der Verbrennungskraftmaschine, der Frequenzen (f1...fn) und dem jeweils betrachteten Zylinder (z1...zn) einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern. Dadurch kann einfach und nachvollziehbar eine flexible Anpassung der Druckscheitelwerte (ps1...psn) erfolgen, die herangezogen werden, um zu entscheiden, ob eine klopfende Verbrennung vorliegt oder nicht, wie im weiteren Verlauf beschrieben. Mit anderen Worten ist es mittels der Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) möglich, gezielt Druckscheitelwerte (ps1...psn) zu bewerten, also beispielsweise einen oder mehrere Druckscheitelwerte (ps1...psn) höher oder niedriger zu bewerten als andere Druckscheitelwerte (ps1...psn). Da die betrachteten Größen auch wieder als Elemente eines Vektorraumes betrachtet werden kön nen, ist es möglich, die beschriebene weitere Multiplikation wieder in Form von Matrizen

  

  zu formulieren. Wobei ein Skalarprodukt (pss) des Vektors mit den Druckscheitelwerten (ps1...psn) und des Vektors mit den Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn)

  

  pss = ps1·fw1 + ps2·fw2... + psn·fwngebildet wird, wobei, wie in 1 gezeigt, der Pfeil (3) nicht fettgedruckt ist, was im Vergleich zu den Pfeilen (1) und (2) darauf hinweisen soll, dass es sich bei dem Skalarprodukt (pss) nicht um einen Vektor handelt. Eine solche Wichtung hat erfindungsgemäß die im folgenden beschriebenen Vorteile. Idealerweise sollten die Druckscheitelwerte (ps1...psn) alle einen gleichen Wert aufweisen, was in der Realität nicht der Fall ist, da die Übertragung der durch Klopfen angeregten Frequenzen (f1...fn) über die Struktur des Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine sowie die Erfassung als Betriebsgröße (uks) mittels eines piezoelektrischen Sensors nicht vollständig und nicht ohne Störungen erfolgt. So kann in bestimmten Drehzahlbereichen der Verbrennungskraftmaschine diese Übertragung in dem einen Frequenzbereich (f1) sicherer reproduzierbar erfolgen als in dem anderen Frequenzbereich (f2), da bestimmte mechanische Frequenzen vorliegen, welche die hinsichtlich klopfender Verbrennungen betrachteten Frequenzen (f1...fn) überlappen. Das heisst, die Amplituden (A1...An) enthalten neben Informationen über mechanisch angeregte Frequenzen der Verbrennungskraftmaschine Informationen über Frequenzen, welche klopfende Verbrennungen charakterisieren beziehungsweise durch klopfende Verbrennungen angeregt sind. Im Idealfall weichen also die infolge mechanischer Anregung bedingten Frequenzen von den Frequenzen (f1...fn) ab, die durch klopfende Verbrennungen angeregt sind, so dass für den Fall, dass keine klopfenden Verbrennungen auftreten, das Ergebnis der Spektralanalyse lediglich die Amplituden der mechanischen Frequenzen zeigt. Für den Fall, dass klopfende Verbrennungen auftreten, zeigt das Ergebnis der Spektralanalyse neben den Amplituden der mechanischen Frequenzen auch die Amplituden (A1...An) der klopfenden Verbrennungen. Im Realfall überlagern sich jedoch die mechanisch angeregten Frequenzen, so dass die Beträge der Amplituden (A1...An) nur zum Teil verwertbare Informationen über klopfende Verbrennungen beinhalten. Außerdem ist es durch die Wichtung der Druckscheitelwerte (ps1...psn) vorteilhaft möglich, ein beispielsweise in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine zu- und abschaltendes Nebenaggregat hinsichtlich der Erkennung klopfender Verbrennungen gezielt zu berücksichtigen. Schaltet ein derartiges Nebenaggregat beispielsweise oberhalb einer bestimmten Drehzahl zu, kann eine mechanische Anregung der Gehäusestruktur der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Dabei kann die Frequenz der mechanischen Schwingung mindestens eine zur Bestimmung klopfender Verbrennungen herangezogene Frequenz (f1...fn) überlagern. Für diesen Fall ist es mittels der Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) sehr einfach und überschaubar möglich gezielt bestimmte Frequenzen (f1...fn), die sonst zur Bestimmung, ob klopfende Verbrennungen vorliegen oder nicht, herangezogen werden, gedämpft werden, beziehungsweise können gezielt eine oder mehrere Frequenzen (f1...fn) verstärkt werden, hinsichtlich ihres Einflusses auf die Bestimmung klopfender Verbrennungen.
• Zurück zu 1, wird weiterhin das Skalarprodukt (pss) durch die Summe der Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) geteilt, um einen zur Entscheidung, ob eine klopfende Verbrennung vorliegt oder nicht, heranzuziehenden Druckscheitelwert (psv)

  

  zu bilden, wobei der Druckscheitelwert (psv) gemäß der Vergleichstelle (V) einem Druckscheitelwert (psg) gegenübergestellt wird, wobei, wenn der Druckscheitelwert (psv) den Druckscheitelwert (psg) überschreitet, eine klopfende Verbrennung vor liegt. Der Druckscheitelwert (psg) ist bevorzugt als Kennlinie (SW) in Abhängigkeit der Drehzahl (nkw) beschrieben.
• Das gesamte beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt in Form eines Programmcodes in dem nichtflüchtigen Speicher der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine gespeichert und wird in Verbindung mit dem Mikrokontroller ausgeführt.
• Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen auf Grundlage der Offsetwerte (n1...nn) erfolgen. Grundgedanke dabei ist, dass ohne klopfende Verbrennungen im Wesentlichen nur Störgeräusche vorliegen und dass diese Störgeräusche durch adaptierte Offsetwerte (n1...nn) dargestellt werden können. Damit kann die Erkennung klopfender Verbrennungen an ein sich änderndes Grundgeräusch der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein steigendes Grundgeräusch, bedingt durch Alterungseffekte, angepasst werden. Mit anderen Worten ist davon auszugehen, dass mit steigendem Grundgeräusch der Verbrennungskraftmaschine die Werte (ps1...psn) für die Druckscheitel, die erfindungsgemäß in Abhängigkeit der Merkmalswerte (iks1...iksn), der Anstiegswerte (m1...mn), der Offsetwerte (n1...nn) und über Regressionsgeraden (R1...R3), die einen funktionalen Zusammenhang zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) beschreiben, gebildet werden, bei nicht klopfenden Verbrennungen zunehmend größer 0 werden. Da die Offsetwerte (n1...nn), wie die Merkmalswerte (iks1...iksn), frequenzabhängig geführt werden, können so auch Störgeräusche, die nur einzelne Frequenzbänder (f1...fn) betreffen, selektiv behandelt werden. In einer möglichen Ausführung werden zur Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen die Produkte der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) gemäß 2 vor der Summationsstelle (N) abgegriffen und einer weiteren Verarbeitung zur Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen in Abhängigkeit der Frequenzanteile (f1...fn) in Block (ADP) bereitgestellt. Um bei der Adaption der Offsetwerte (n1...nn) ein „Taubwerden” der Erkennung klopfender Verbrennung zu verhindern, wird vorgeschlagen, über statistische Betrachtungen Arbeitsspiele von der Adaption der Offsetwerte (n1...nn) auszuschließen, bei denen eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie klopfende Verbrennungen aufweisen. Erfindungsgemäß erfolgt dazu zunächst eine Adaption der Mittelwerte (x neu(f1...fn)) der Produkte (x_(f1...fn)) der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) für die Frequenzanteile (f1...fn) mittels des Zusammenhanges: x neu(f1...fn) = (1 – β)·x alt(f1...fn) + β·xaktuell(f1...fn),wobei (x alt(f1...fn)) dem jeweils vorgehend berechneten adaptierten Mittelwert der Produkte der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) für die Frequenzanteile (f1...fn) entspricht und (x_{aktuell(f1...fn)}) dem jeweils aktuellen Produkt der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) für die Frequenzanteile (f1...fn) entspricht sowie (β) ein Lernfaktor ist. Parallel dazu erfolgt eine Adaption der empirischen Standardabweichung (δ_neu(f1...fn)) der Produkte (x_(f1...fn)) der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) für die Frequenzanteile (f1...fn) mittels des Zusammenhanges:

  

  wobei (α) ein Lernfaktor und (δ_alt(f1...fn)) die jeweils vorgehend berechnete adaptierte empirische Standardabweichung ist. Überschreitet das jeweilige aktuelle Produkt (x_{aktuell(f1...fn)}) der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit den Anstiegswerten (m1...mn) für die Frequenzanteile (f1...fn) einen bestimmten Grenzwert xaktuell(f1...fn) ≥ x alt(f1...fn) + c·δalt(f1...fn),dann wird dieses Arbeitsspiel als Arbeitsspiel eingestuft, das möglicherweise eine klopfende Verbrennung aufweist und es erfolgt keine Aktualisierung von (x neu(f1...fn)) und (δ_neu(f1...fn)) beziehungsweise keine Weiterverarbeitung dieser Größe im Zusammenhang mit der Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen. Erfindungsgemäß repräsentieren die Mittelwerte (x neu(f1...fn)) somit den jeweils adaptierten Offset (n1...nn) für einen bestimmten Zylinder (z1...zn) der Verbrennungskraftmaschine auf einem bestimmten Frequenzband (f1...fn) in einem bestimmten Arbeitspunkt. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit von den Mittelwerten (x neu(f1...fn)) und/oder der empirischen Standardabweichung (δ_neu(f1...fn)) eine Adaption der Offsets (n1...nn) erfolgen, beispielsweise indem den Mittelwerten (x neu(f1...fn)) und/oder der empirischen Standardabweichung (δ_neu(f1...fn)) Differenzoffsetwerte zugeordnet werden, welche dann insbesondere als „Abweichung” mit den ursprünglich im Rahmen des Entwicklungsprozesses der Verbrennungskraftmaschine experimentell ermittelten Offsetwerten (n1...nn) aus dem Kennfeld (KF_n) verrechnet und gegebenenfalls begrenzt werden, so dass gemäß 2 an der Summationsstelle (N) adaptierte Offsetwerte (n1'...nn') bereitstehen. Die adaptierten Mittelwerte (x neu(f1...fn)) und/oder die adaptierte empirische Standardabweichung (δ_neu(f1...fn)) werden bevorzugt zylinderindividuell in frequenz- und betriebspunktabhängigen Kennfeldern gespeichert. Diese Kennfelder können zum Beispiel in dem nichtflüchtigen Speicher der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine abgelegt werden. Alternativ kann das vorstehend beschriebene Verfahren zur Adaption der Offsetwerte (n1...nn) auch auf den letztendlich bestimmten Druckscheitelwert (psv) angewendet werden, wobei der Vorteil der frequenzabhängigen Bestimmung und Berücksichtigung des störenden Geräuschniveaus verloren geht, dafür aber sehr viel Speicherplatz für die vorstehend genannten adaptierten Werte gespart werden kann. Insbesondere können bei der Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen auf Grundlage des Druckscheitelwertes (psv) ebenfalls basierend auf statistischen Betrachtungen Arbeitsspiele von der Adaption ausgeschlossen werden, bei denen eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie klopfende Verbrennungen aufweisen. Gemäß 2 wird dazu der Druckscheitelwert (psv), nachdem das Skalarprodukt (pss) durch die Summe der Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) in Block (U) geteilt wurde, abgegriffen und einer weiteren Verarbeitung zur Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen in Block (ADP') bereitgestellt. Erfindungsgemäß erfolgt dazu zunächst eine Adaption des Mittelwertes (y neu) des Druckscheitelwertes (psv) mittels des Zusammenhanges: y neu = (1 – β)·y alt + β·yaktuell,wobei (y alt) dem jeweils vorgehend berechneten adaptierten Mittelwert des Druckscheitelwertes (psv) entspricht und (y_aktuell) dem jeweils aktuellen Druckscheitelwert (psv) entspricht sowie (β) ein Lernfaktor ist. Parallel dazu erfolgt eine Adaption der empirischen Standardabweichung (δ_neu) des Druckscheitelwertes (psv) mittels des Zusammenhanges:

  

  wobei (α) ein Lernfaktor und (δ_alt) die jeweils vorgehend berechnete adaptierte empirische Standardabweichung ist. Überschreitet der jeweils aktuelle Druckscheitelwert einen bestimmten Grenzwert yaktuell ≥ y alt + c·δalt,dann wird dieses Arbeitsspiel als Arbeitsspiel eingestuft, das möglicherweise eine klopfende Verbrennung aufweist und es erfolgt keine Aktualisierung von (y neu) und (δ_neu) beziehungsweise keine Weiterverarbeitung dieser Größe im Zusammenhang mit der Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen. Erfindungsgemäß repräsentiert der Mittelwert (y neu) somit den jeweils adaptierten Druckscheitelwert (psv') für einen bestimmten Zylinder (z1...zn) der Verbrennungskraftmaschine in einem bestimmten Arbeitspunkt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 3911554 A1 [0002]

Claims (10)

1. Verfahren zur Erkennung klopfender Verbrennungen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei eine das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthaltende Betriebsgröße (uks) der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei eine Bewertung der Betriebsgröße (uks) in Bezug auf die in der Betriebsgröße (uks) enthaltenen Frequenzanteile (f1...fn) erfolgt, wobei in Abhängigkeit der in der Betriebsgröße (uks) enthaltenen Frequenzanteile (fn) Merkmalswerte (iks1...iksn) zur Beschreibung klopfender Verbrennungen gebildet werden, wobei den Merkmalswerten (iks1...iksn) mittels eines funktionalen Zusammenhanges zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) Druckscheitelwerte (ps1...psn) zugeordnet werden, wobei die Druckscheitelwerte (ps1...psn) in Abhängigkeit der Frequenzanteile (f1...fn) derart gewichtet werden, dass ein gewichteter Druckscheitelwert (pss) bereitsteht, wobei der gewichtete Druckscheitelwert (pss) einem Schwellenwert (psg) gegenüber gestellt wird, wobei bei Überschreiten des Schwellenwertes (psg) eine klopfende Verbrennung erkannt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthaltende Betriebsgröße (uks) der Körperschall, der Zylinderdruck, ein Ionenstrom, ein optisches Verbrennungssignal oder die Verformungsgröße eines Bauteils der Verbrennungskraftmaschine ist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die das Frequenzspektrum der Verbrennungskraftmaschine enthaltende Betriebsgröße (uks) das elektrische Signal eines Körperschallsensors, eines oder mehrerer Zylinderdrucksensoren (uzyl1...uzyln), einer Ionenstrommessschaltung oder eines Verformungssensors ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Bewertung der Betriebsgröße (uks) in Bezug auf die in der Betriebsgröße (uks) enthaltenen Frequenzanteile (f1...fn) dadurch erfolgt, dass eine Filterung der Betriebsgröße (uks) mittels Bandpassfiltern mit verschiedenen Bandmittenfrequenzen (fm1...fmn) erfolgt, so dass gefilterte Betriebsgrößen (uksf1...uksfn) bereitstehen, wobei die Bildung der Merkmalswerte (iks1...iksn) zur Beschreibung klopfender Verbrennungen in Abhängigkeit der gefil terten Betriebsgrößen (uksf1...uksfn) durch eine Gleichrichtung und eine anschließende Integration der gefilterten Betriebsgrößen (uksf1...uksn) erfolgt.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Bewertung der Betriebsgröße (uks) in Bezug auf die in der Betriebsgröße (uks) enthaltenen Frequenzanteile (f1...fn) dadurch erfolgt, dass eine Spektralanalyse der Betriebsgröße (uks) erfolgt, so dass die Amplituden (A1...An) der jeweiligen Frequenzanteile (f1...fn) bereitstehen, wobei die Bildung der Merkmalswerte (iks1...iksn) zur Beschreibung klopfender Verbrennungen in Abhängigkeit der Amplituden (A1...An) der jeweiligen Frequenzanteile (f1...fn) erfolgt.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei die Zuordnung von Druckscheitelwerten (ps1...psn) zu Merkmalswerten (iks1...iksn) dadurch mittels eines funktionalen Zusammenhangs zwischen Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) erfolgt, dass Produkte der Merkmalswerte (iks1...iksn) mit Anstiegswerten (m1...mn) von Regressionsgeraden (R1...Rn) gebildet werden, wobei Summen aus diesen Produkten und Offsetwerten (n1...nn) der Regressionsgeraden (R1...Rn) gebildet werden, so dass Druckscheitelwerte (ps1...psn) bereitstehen, wobei die Regressionsgeraden (R1...Rn) den funktionalen Zusammenhang zwischen experimentell ermittelten Druckscheitelwerten (ps1...psn) und Merkmalswerten (iks1...iksn) beschreiben, wobei die Anstiegswerte (m1...mn) und die Offsetwerte (n1...nn) der Regressionsgeraden (R1...Rn) von den Frequenzanteilen (f1...fn), der Drehzahl (nkw) der Verbrennungskraftmaschine und einem jeweils betrachteten Zylinder (z) einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern abhängig sind.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 6, wobei die Gewichtung der Druckscheitelwerte (ps1...psn) dadurch in Abhängigkeit der Frequenzanteile (f1...fn) erfolgt, dass ein Skalarprodukt (pss) der Druckscheitelwerte (ps1...psn) mit Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) gebildet wird, wobei anschließend ein Quotient aus dem Skalarprodukt (pss) und der Summe der verwendeten Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) gebildet wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die Gewichtungsfaktoren (fw1...fwn) von den Frequenzanteilen (f1...fn), der Drehzahl (nkw) der Verbrennungskraftmaschine und dem jeweils betrachteten Zylinder (z) einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern abhängig sind.
9. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 8, wobei eine Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen auf Grundlage der Offsetwerte (n1...nn) oder auf Grundlage des Druckscheitelwertes (psv) erfolgt.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei bei der Adaption der Erkennung klopfender Verbrennungen auf Grundlage statistischer Betrachtungen Arbeitsspiele von der Adaption ausgeschlossen werden, bei denen eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie klopfende Verbrennungen aufweisen.