-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klopferkennung bei einem Verbrennungsmotor, in welchem ein Brennstoffluftgemisch von einer Koronaentladung entzündet wird. Ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der
DE 10 2009 013 877 A1 sowie aus der
DE 10 2009 055 851 A1 bekannt bekannt.
-
Die
JP 2011-064162 A beschreibt ein Verfahren zum Detektieren von Fehlzündungen eines Verbrennungsmotors. Bei diesem Verfahren wird die Sekundärspannung einer Zündkerze, die eine Zündung mittels einer Bogenentladung erzeugt, überwacht und ausgewertet. Wenn die Sekundärspannung nach dem Zünden der Bogenentladung einen vorgegebenen Spannungsbereich verlässt, wird auf das Auftreten einer Fehlzündung geschlossen
-
Zündeinrichtungen, mit denen ein Brennstoffluftgemisch durch eine Koronaentladung gezündet wird, enthalten einen elektrischen Schwingkreis, in welchem eine elektrisch gegenüber Brennraumwänden isolierte Zündelektrode zusammen mit den Brennraumwänden eine Kapazität darstellt. Durch Erregen des Schwingkreises kann an der Zündelektrode eine Koronaentladung erzeugt werden, die dann das in dem Brennraum enthaltene Brennstoffluftgemisch zündet. Eine solche Koronazündeinrichtung ist beispielsweise in der
WO 2010/011838 beschrieben. Der Inhalt des Brennraums ist das Dielektrikum der von der Zündelektrode und den Brennraumwänden gebildeten Kapazität. Elektrische Größen des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung sind deshalb in besonderem Maße geeignet, um Informationen über den Brennraum und eine darin ablaufende Kraftstoffverbrennung zu erhalten.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie eine klopfende Verbrennung erkannt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird überprüft, ob der Verlauf einer elektrischen Größe des Schwingkreises nach Beginn der Kraftstoffverbrennung ein lokales Extremum aufweist. Im Rahmen der Erfindung wurde nämlich erkannt, dass ein lokales Extremum nach Beginn der Kraftstoffverbrennung eine klopfende Verbrennung anzeigt. Das Extremum ist je nachdem, welche elektrische Größe betrachtet wird, ein Maximum oder ein Minimum.
-
Die elektrische Größe des Schwingkreises kann beispielsweise die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, die Impedanz des Schwingkreises oder die Phasenlage zwischen Strom und Spannung sein. Die Resonanzfrequenz kann insbesondere bei frequenzgeregelten Schwingkreisen als elektrische Größe in einem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden, beispielsweise bei Phasenregelkreisen. Bei frequenzgesteuerten Schwingkreisen ist die Phasenlage zwischen Strom und Spannung besonders gut geeignet.
-
Ob der Verlauf einer elektrischen Größe des Schwingkreises nach Beginn der Kraftstoffverbrennung ein lokales Extremum enthält, lässt sich beispielsweise feststellen, indem ein fortlaufend gemessenes Messsignal der elektrischen Größe einer Filterung, beispielsweise einer Hochpassfilterung, unterzogen und das gefilterte Signal auf das Vorliegen eines Extrem ums überprüft wird. Eine klopfende Verbrennung führt nämlich zu Schwingungen des Brennrauminhalts im akustischen Frequenzbereich. Diese Schwingungen finden sich dann auch in dem Verlauf elektrischer Größen des Schwingkreises. Eine klopfende Verbrennung hat deshalb zur Folge, dass sich der Verlauf der elektrischen Größe des Schwingkreises mit einer Frequenz von mehr als einem Kilohertz, insbesondere von mehr als drei Kilohertz, beispielsweise von mehr als vier Kilohertz ändert. Indem ein entsprechender Schwellenwert für eine Hochpassfilterung verwendet wird, kann deshalb das Messsignal der elektrischen Größe des Schwingkreises aufbereitet werden. Wenn sich nach einer solchen Filterung ein Extremum der elektrischen Größe des Schwingkreises zeigt, deutet dies auf eine klopfende Verbrennung hin.
-
Die Hochpassfilterung kann beispielsweise mit einem Bandpassfilter durchgeführt werden. Frequenzen von mehr als 30 kHz, oft sogar von mehr als 20 kHz, braucht man für das Erkennen einer klopfenden Verbrennung in der Regel nicht zu berücksichtigen. Es kann deshalb beispielsweise ein Bandpassfilter verwendet werden, dessen untere Schwelle bei 4 kHz oder weniger liegt. Die obere Schwelle eines Bandpassfilters kann beispielsweise irgendwo im Bereich von 20 kHz bis 30 kHz liegen.
-
Um das Ausmaß des Klopfens zu quantifizieren, kann das nach Filterung gefundene Extremum ausgewertet werden, beispielsweise die Differenz zwischen dem Wert des Extremums und dem Wert der elektrischen Größe, einige Zeit vor oder nach dem Extremum. Als Kenngröße des Klopfverhaltens kann beispielsweise auch ein Integral des Messsignals der elektrischen Größe in einem vorgegebenen Bereich um den nach Filterung gefundenen Extremwert berechnet werden. Die Breite dieses Bereichs kann absolut als Kurbelwellenwinkel vorgegeben werden, kann aber beispielsweise auch durch eine vorgegebene Anzahl von Millisekunden oder durch die Breite eines mit dem Extremum verbunden Peaks bestimmt werden. Beispielsweise können die Grenzen des Bereichs, über dem das Integral berechnet wird, dahingehend definiert werden, dass die Größe dort um einen vorgegebenen Faktor von dem Wert des Extremums abweicht, z. B. um 50%.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Überprüfung, ob der Verlauf der elektrischen Größe nach Beginn der Kraftstoffverbrennung ein Extremum aufweist, besteht darin, zu ermitteln, ob der Verlauf der elektrischen Größe ab dem Entstehen der Koronaentladung mehr als zwei lokale Extrema aufweist. Im Rahmen der Erfindung wurde nämlich erkannt, dass ein weiteres lokales Extremum, insbesondere nach Beginn der Verbrennung auf eine klopfende Verbrennung hinweist. Eine abnormale, das Klopfen auslösende Entflammung der Klopfzentrum (Detonation) ist in elektrischen Größen besonders deutlich sichtbar.
-
Beim Entstehen einer Koronaentladung kommt es zunächst zu einem Anstieg der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Als Folge der Ausbildung der Koronaentladung sinkt die Resonanzfrequenz dann ab, da Vorreaktionen ablaufen und die Ionisation des Brennstoffluftgemisches zunimmt. Sobald das Brennstoffluftgemisch zündet, steigt die Resonanzfrequenz an. In einem Arbeitszyklus eines Zylinders eines Verbrennungsmotors wird also selbst bei einer regulär ablaufenden Zündung zunächst ein Maximum der Resonanzfrequenz des Schwingkreises und anschließend ein Minimum der Resonanzfrequenz des Zündkreises festgestellt. Dementsprechend zeigt der Verlauf der Impedanz des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung zunächst ein Minimum und bei Zündbeginn ein Maximum.
-
In der Regel wird die Koronaentladung in jedem Arbeitszyklus des Motors erneut gezündet. Es ist aber auch möglich, die Koranentladung während des gesamten Zyklus brennen zu lassen, also nur beim Starten des Motors zu zünden.
-
Bei einer ideal ablaufenden Kraftstoffverbrennung setzt sich der Anstieg der Resonanzfrequenz bis zum Ende der Koronaentladung monoton fort. Bei einer klopfenden Verbrennung wird dieser Anstieg dieser Resonanzfrequenz durch eine explosionsartige Teilverbrennung, die zu einem Abfall der Frequenz führt, unterbrochen. Eine klopfende Verbrennung zeigt sich somit darin, dass der Verlauf der elektrischen Größe nach Beginn der Verbrennung zusätzlich ein drittes und auch ein viertes lokales Extremum aufweist.
-
Der Beginn der Kraftstoffverbrennung kann an einem Extremum im Verlauf der elektrischen Größe, beispielsweise der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, der Impedanz des Schwingkreises oder der Phasenlage zwischen Strom und Spannung, erkannt werden. Der Beginn der Verbrennung ist nämlich mit einem Extremum verbunden.
-
Bei sehr langsamer Zündung, z. B. bei Teillast oder späten Zündzeitpunkten, kann es vorkommen, dass vor Beginn der Verbrennung zusätzliche Extrema auftreten, die für das Erkennen einer klopfenden Verbrennung aber unbeachtlich sind. Bei verzögerter Zündung ist auch kein Klopfen zu erwarten. Das mit dem Beginn der Verbrennung verbundene Extremum ist im Vergleich zu eventuell vorhandenen zusätzlichen Extrema in der Regel wesentlich stärker ausgeprägt und kann schon deshalb leicht von zusätzlichen Extrema, die bei verzögerter Zündung als Folge einer Kompression des Brennrauminhalts auftreten können unterschieden werden. Wenn das Extremum ein Maximum ist, beispielsweise der Impedanz, hat das zum Verbrennungsbeginn gehörende Maximum also einen größeren Wert als ein eventuell vorher auftretendes Maximum. Wenn das Extremum ein Minimum ist, beispielsweise der Resonanzfrequenz, hat das zum Verbrennungsbeginn gehörende Minimum also einen kleineren Wert als ein eventuell vorher auftretendes Minimum.
-
Zusätzlich zeichnet das mit dem Beginn der Verbrennung verbundene Extremum in der Regel auch dadurch aus, dass ihm ein ausgeprägtes Extremum der ersten Ableitung vorausgeht. Typischer Weise geht dem mit dem Beginn der Verbrennung verbundenen Extremum ein globales Extremum der ersten Ableitung voraus. Alternativ oder zusätzlich kann deshalb auch durch Auswertung der ersten Ableitung das Extremum identifiziert werden, das zum Beginn der Verbrennung gehört.
-
Um das Ausmaß der klopfenden Verbrennung zu quantisieren, kann als Kenngröße des Klopfverhaltens eine Differenz zwischen einem dritten und vierten lokalen Extremum, bzw. die Differenz zwischen zwei Extrema nach Beginn der Verbrennung berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann als Kenngröße des Klopfverhaltens das Maximum oder das Minimum der ersten zeitlichen Ableitung zwischen dem dritten und dem vierten Extremum, bzw. zwischen zwei Extrema, die nach Beginn der Verbrennung auftreten, berechnet werden. Bevorzugt werden an so berechneten Kenngrößen des Klopfens anschließend Korrekturen vorgenommen, die vom Betriebspunkt des Motors abhängen.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 drei schematische Verläufe der Resonanzfrequenz des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung;
-
2 drei schematische Verläufe der Impedanz des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung;
-
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Klopferkennung; und
-
4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Klopferkennung.
-
1a zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf der Resonanzfrequenz f des elektrischen Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung bei optimaler Verbrennung. Ersichtlich ändert sich die Resonanzfrequenz f mit der Zeit t und damit auch mit dem Kurbelwellenwinkel erheblich. Dargestellt ist der Verlauf beginnend bei einem Kurbelwellenwinkel, der bei etwa 15° vor dem oberen Totpunkt bis 15° nach dem oberen Totpunkt liegt, bis zu einem Kurbelwellenwinkel von etwa 40° bis 50° nach dem oberen Totpunkt. Je nach Motorbetrieb können Zündzeitpunkt und Brenndauer der Koronaentladung leicht unterschiedlich sein. In der schematischen Darstellung der Figuren ist die Abszisse deshalb nicht mit Einheiten versehen.
-
In dem Bereich A der 1a geht das Einschwingen des Schwingkreises vor dem Entstehen einer Koronaentladung mit einem Anstieg der Resonanzfrequenz einher. Der Bereich A kann als Einregelphase bezeichnet werden. In einem darauf folgenden Bereich B sinkt die Resonanzfrequenz dann ab. Der Abfall der Resonanzfrequenz in dem Bereich B ist in 1a stark vereinfacht dargestellt. Tatsächlich ist der Abfall nicht in dem gesamten Bereich B linear. Bei einer genaueren Betrachtung lässt sich der Bereich B in mehrere Teilbereiche unterteilen, in denen die Frequenz unterschiedlich rasch abfällt. In dem Bereich B kommt es als Folge der Ausbildung der Koronaentladung zu einer zunehmenden Ionisation des Brennstoffluftgemisches, Vorreaktionen und am Ende des Bereichs B schließlich zum Beginn der Kraftstoffverbrennung. In dem Bereich C läuft dann die eigentliche Kraftstoffverbrennung ab. Zu Beginn entfernt sich ein Flammenkern von der Zündspitze und die Verbrennungsfront breitet sich dann durch die ganze Brennkammer aus, weshalb der direkte Einfluss auf den Schwingkreis abnimmt und die Frequenz trotz weiterer Verbrennung ansteigt. Der Bereich C zeichnet sich durch einen monotonen Anstieg der Frequenz des Schwingkreises aus.
-
Die 2a zeigt entsprechend, wie sich die Impedanz Z des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung bei einer ideal ablaufenden Kraftstoffverbrennung mit der Zeit t ändert. Ein Vergleich der 1a und 2a zeigt, dass einem Maximum der Resonanzfrequenz f ein Minimum der Impedanz Z und einem Minimum der Resonanzfrequenz einem Maximum der Impedanz entspricht.
-
1b zeigt schematisch, wie sich die Resonanzfrequenz f des elektrischen Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung bei einer abnormalen Verbrennung mit der Zeit t ändert. Die Bereiche A und B unterscheiden sich allenfalls unwesentlich von den Bereichen A und B bei einer idealen Verbrennung, für die der Verlauf der Resonanzfrequenz in 1a skizziert ist. Nach dem lokalen Minimum der Resonanzfrequenz tritt in einem Bereich C1 zunächst ein Anstieg der Resonanzfrequenz auf. Daran anschließend stagniert die Resonanzfrequenz in einem Bereich D. Erst am Ende des Bereichs D kommt es zu einem weiteren Anstieg der Resonanzfrequenz. 2b zeigt dementsprechend die Entwicklung der Impedanz bei einer solchen Verbrennung. Nach dem Maximum der Impedanz kommt es zunächst zu einem Abfall während des Bereichs C1. Daran anschließend stagniert die Impedanz in dem Bereich D.
-
2b zeigt entsprechend, wie sich die Impedanz Z des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung bei einer solchen abnormalen Verbrennung mit der Zeit t ändert.
-
1c zeigt schematisch den Verlauf der Resonanzfrequenz f eines elektrischen Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung bei klopfender Verbrennung. In den Bereichen A, B und C1 zeigt sich im Wesentlichen derselbe Verlauf wie bei 1b. Im Anschluss an die bei C1 beginnende Verbrennung kommt es dann zu einem vorübergehenden Absinken der Frequenz in dem Bereich D. Dieses vorübergehende Absinken der Frequenz nach Beginn der Verbrennung ist charakteristisch für eine klopfende Verbrennung.
-
Der Verlauf der Resonanzfrequenz f in 1c hat somit vier lokale Extrema. In entsprechender Weise zeigt der in 2c dargestellte Verlauf der Impedanz Z des elektrischen Schwingkreises der Koronazündeinrichtung bei klopfender Verbrennung ebenfalls vier lokale Extrema. Die ersten beiden Extrema am Ende der Bereiche A und B treten auch bei einer optimalen Verbrennung auf. Der vorübergehende Anstieg der Impedanz Z in dem Bereich D und die damit verbundene Ausbildung von zwei weiteren Extrema nach Beginn der Verbrennung, hier also eines dritten und vierten Extremums, ist für eine klopfende Verbrennung charakteristisch.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Klopferkennung bei einem Verbrennungsmotor in dessen Brennkammer ein Brennstoffluftgemisch durch eine Koronaentladung gezündet wird.
-
Zu Beginn des Verfahrens wird in einem Schritt 1 zunächst Start und Ende eines relevanten Zeitintervalls, in dem dann nach dem Auftreten einer klopfenden Verbrennung gesucht wird, festgelegt. Beispielsweise kann aus einem Spannungssignal, ein Stromsignal und/oder einer sonstigen elektrischen Größe der Beginn der Koronaentladung und auch das Ende der Kraftstoffverbrennung ermittelt werden. Möglich ist es auch, dass Start und Ende des zu untersuchenden Zeitintervalls von einem Motorsteuergerät vorgegeben werden.
-
Als Schritt 2 kann eine Aufbereitung von Rohdaten durchgeführt werden, beispielsweise können durch Interpolation Zwischenwerte von Messwerten einer elektrischen Größe des Schwingkreises der Koronazündeinrichtung ermittelt werden. In dem Schritt 2 kann ein Messsignal einer Filterung unterzogen werden, beispielsweise mit einem Tiefpass. Je nachdem, ob Spannungs- und/oder Stromsignale als RMS-Werte (root mean square) oder als Rohdaten übertragen werden, sind unterschiedliche Schwellenwerte für eine Tiefpassfilterung zweckmäßig. Bei einer Übertragung von RMS-Werten kann beispielsweise eine Schwellenfrequenz von einem Kilohertz bis 500 Kilohertz zweckmäßig sein. Bei einer Übertragung von hochfrequenten Rohdaten kann eine Tiefpassfilterung mit einer Schwellenfrequenz beispielsweise im Bereich von 1 Megahertz bis 20 Megahertz vorteilhaft sein. Kenngrößen des Schwingkreises wie beispielsweise die Resonanzfrequenz oder dessen Impedanz können in dem Schritt 2 beispielsweise aus Spannungs- und Stromrohdaten über Nullpunktfindung oder durch Transformationen berechnet werden. Möglich ist es aber auch, dass derartige Kenngrößen des Schwingkreises bereits zu Beginn es Verfahrens vorliegen.
-
In einem Schritt 3 kann ein Rechenbereich für das Verfahren festgelegt werden. Der Beginn dieses Bereichs ist beispielsweise die Zeit, zu welcher der Verlauf der elektrischen Größe, beispielsweise Resonanzfrequenz, Impedanz oder Phasenlage zwischen Strom und Spannung, ein erstes Extremum hat. Als Ende dieses Bereichs kann die Abschaltung der Koronaentladung oder ein vorgegebener Kurbelwellenwinkel verwendet werden, beispielsweise ein Kurbelwellenwinkel im Bereich von 40° bis 50° nach dem oberen Totpunkt.
-
In einem darauf folgendem Schritt 4 können die Messwerte nochmals oder erstmals gefiltert werden, beispielsweise mit einem Tiefpassfilter. Geeignet sind insbesondere Tiefpassfilterungen mit Schwellenwerten im Bereich von einem Kilohertz bis 500 Kilohertz oder mehr. Mit einer solchen Filterung können Störimpulse herausgefiltert werden, die sonst fälschlicher Weise als Extrema interpretiert werden könnten.
-
In einem Schritt 5 wird ein erster Extremwert der elektrischen Größe ermittelt. Wenn es sich bei der elektrischen Größe um die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Koronazündeinrichtung handelt, ist dieser erste Extremwert ein Maximum. Wenn es sich bei der untersuchten elektrischen Größe um die Impedanz des Schwingkreises der elektrischen Zündeinrichtung handelt, ist dieser erste Extremwert ein Minimum. Der erste Extremwert tritt in den 1 und 2 zwischen den Bereichen A und B auf.
-
In einem darauffolgenden Schritt 6 wird ein zweiter Extremwert gesucht. Das zweite Extremum tritt in dem Verlauf der elektrischen Größe nach dem ersten Extremum auf und markiert den Begin der Verbrennung. Wenn das erste Extremum ein Maximum ist, handelt es sich bei dem zweiten Extremum um ein Minimum. Wenn das erste Extremum ein Minimum ist, handelt es sich bei dem zweiten Extremum um ein Maximum. Das zweite Extremum ist in den schematischen Darstellungen der 1 und 2 zwischen den Bereichen B und C.
-
Bei einem verzögerten Beginn der Verbrennung kann der Fall auftreten, dass in dem Bereich B ein weiteres Extremum liegt. Genauer gesagt enthält der Bereich B dann sowohl ein Maximum als auch ein Minimum, die durch Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches bedingt sein können. Falls ein weiteres Extremum auftritt, ist dieses im Regelfall weniger stark ausgeprägt als das zum Beginn der Verbrennung gehörende Extremum. Es kann deshalb durch einen einfachen Größenvergleich erkannt werden. Zudem geht einem eventuell vorhandenen weiteren Extremum auch ein weniger ausgeprägtes, d. h. betragsmäßig kleineres, Extremum der ersten Ableitung voraus als dem Extremum, das durch den Beginn der Verbrennung bedingt ist. Das zum Beginn der Verbrennung gehörende Extremum kann deshalb auch durch Auswertung der ersten zeitlichen Ableitung identifiziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das zum Beginn der Verbrennung gehörende Extremum auch unter Berücksichtigung des zu ihm gehörenden Kurbelwellenwinkels identifiziert werden.
-
Falls eine klopfende Verbrennung vorliegt und somit nach Beginn der Verbrennung zwei weitere Extrema, also ein weiteres Maximum und ein weiteres Minimum, im Verlauf der elektrischen Größe auftreten, sind diese häufig weniger stark ausgeprägt als das erste und das zweite Extremum. Diese beiden weiteren Extrema treten in der Regel, aber nicht zwangsläufig, als drittes und viertes Extremum auf.
-
Um ein eventuell vorhandenes Extremum nach Beginn der Verbrennung mit größerer Zuverlässigkeit identifizieren zu können, ist es sehr vorteilhaft, eine aus der elektrischen Größe berechnete Hilfsgröße zu verwenden. Diese Hilfsgröße kann die erste zeitliche Ableitung oder auch die Differenz zu einem Referenzverlauf sein. In einem Schritt 7 des dargestellten Ausführungsbeispiels wird eine solche Hilfsgröße berechnet. Diese ist in Schritt 7 als zweite Hauptgröße bezeichnet. Der Wert der zweiten Hauptgröße, also beispielsweise der Wert der ersten zeitlichen Ableitung, braucht an sich nur für einen Bereich des Signalverlaufs der Größe berechnet werden, der auf das den Beginn der Verbrennung markierende Extremum folgt.
-
In einem Schritt 8 wird untersucht, ob sich im Verlauf der zweiten Hauptgröße, also beispielweise der ersten zeitlichen Ableitung, eine Nullstelle befindet. Eine Nullstelle der ersten zeitlichen Ableitung ist nämlich eine notwendige Bedingung für das Vorliegen eines Extremums. Wird im Schritt 8 keine Nullstelle gefunden, kann davon ausgegangen werden, dass keine klopfende Verbrennung vorliegt. In diesem Fall werden in einem Schritt 8.1 die beiden Parameter K1 und K2 jeweils auf 0 gesetzt. K1 und K2 sind Kenngrößen für das Klopfverhalten. Ein Wert 0 dieser Kenngrößen zeigt an, dass keine klopfende Verbrennung vorliegt. Je größer der Wert der Kenngrößen K1 und K2 ist, desto intensiver ist das Klopfen.
-
Wenn im Schritt 8 eine Nullstelle im Verlauf der zweiten Hauptgröße gefunden wurde, wird in einem Schritt 8.2.1 überprüft, ob diese Nullstelle mit einem dritten Extremum verbunden ist, beispielsweise ob auf diese Nullstelle ein Extremum folgt. Wenn das Extremum am Ende des beobachteten Verlaufs liegt, wird es verworfen und in einem Schritt 8.2.1.1 die Suche nach einem Extremum wiederholt, wobei dann vor der Nullstelle gesucht wird.
-
Anschließend wird im Schritt 8.2.2.2 bzw. dem Schritt 8.2.2.1.2 ein weiteres Extremum, typischer Weise ist dies das vierte Extremum, gesucht.
-
Zur Überprüfung der gefundenen Ergebnisse wird in einem Schritt 8.2.3 ein Extremum der zweiten Hauptgröße, also beispielsweise ein Extremum der ersten zeitlichen Ableitung gesucht. Dieses Extremum der zweiten Hauptgröße wird bevorzugt zwischen der Nullstelle der zweiten Hauptgröße und dem übernächsten darauffolgenden Extremum gesucht. Dabei sollte jeweils ein lokales Extremum der Ableitung zwischen benachbarten Extrema gefunden werden. Ist dies nicht der Fall, wurde das Extremum, das auf das den Beginn der Verbrennung markierende Extremum folgt, möglicherweise falsch identifiziert und wird deshalb nochmals überprüft, z. B. in einem Schritt 8.2.4.1.
-
In einem Schritt 8.2.5 werden dann Parameter K1 und K2 berechnet, um das Klopfen zu quantifizieren. Beispielsweise kann dem Parameter K1 ein Wert zugeordnet werden, der einem Maximal- oder Minimalwert der ersten zeitlichen Ableitung nach dem Beginn der Verbrennung entspricht. Dem Parameter K2 kann beispielsweise als Differenz der beiden nach Beginn der Verbrennung gefundenen Extremwerte berechnet werden, also als Differenz zwischen einem nach Beginn der Verbrennung auftretenden Maximum und Minimums. Bei dem Verlauf der 1c und 2c wäre dies die Differenz zwischen dem dritten und dem vierten Extremum.
-
Die Klopfparameter K1 und K2 können danach unter Berücksichtigung von Motorbetriebsparametern angepasst oder korrigiert werden. Beispielsweise können an Klopfparameter Korrekturen vorgenommen, die vom Betriebspunkt des Motors abhängen. Derartige Korrekturen können insbesondere mit einem Kennfeld vorgenommen werden.
-
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Verfahrens zur Klopferkennung. Dieses Verfahren kann alternativ zu oder in Kombination mit dem vorstehend an 3 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
-
Der Schritt 1 des in 4 dargestellten Verfahrens kann identisch mit dem Schritt 1 des Verfahrens von 3 ausgeführt werden. Anhand eines Messsignals, das den Zustand der Zündeinrichtung wiedergibt, beispielsweise eines Spannungs- und/oder Stromsignals können Beginn und Ende des Zündvorgangs festgestellt und so der zu untersuchende Zeit- oder Kurbelwellenwinkelbereich ermittelt werden.
-
Der Schritt 2 des Verfahrens von 4 kann ebenfalls identisch mit dem Schritt 2 des Verfahrens von 3 ausgeführt werden.
-
In einem Schritt 3 wird eine Hochpass- oder eine Bandpassfilterung durchgeführt. Mit dieser Filterung sollen Änderungen der beobachteten elektrischen Größe, die mit Frequenzen im akustischen Bereich erfolgen und für klopfende Verbrennung charakteristisch sind, als Nutzsignalanteil herausgefiltert werden. Vorteilhaft ist beispielsweise eine Filterung, die einen Bereich von 4 kHz bis 20 kHz durchlässt.
-
In einem Schritt 4 wird dann nach einem Extremum gesucht. Falls ein Extremum gefunden wird, wird im Schritt 5 ein Integral in einem vorgegebenen Bereich um das Extremum berechnet. Die Integralgrenzen können beispielsweise durch Addition bzw. Subtraktion einer vorgegebenen Konstante zu dem Kurbelwellenwinkel, bei dem das Extremum auftritt, berechnet werden. Als Klopfparameter können dann beispielsweise der Wert des Intergrals oder der Wert des Extremums verwendet werden. In einem Schritt 6 können so berechnete Klopfparamter ebenso wie die mit dem Verfahren nach 3 berechneten Klopfparameter K1 und K2 in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Motors korrigiert werden.
