DE1648613A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Verbrennungsqualitaet eines Brennstoffs - Google Patents

Description

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DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT 1648613 MDNCHEN HAMBURG TELEFON: 395314 2000 HAMBURG 50, 5· 5. 67 TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

UJ 13 000/67 9/ΙΪ10

IKlobil Oil Corporation
Neu» York, N.Y. (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Verbrennungsqualität eines Brennstoffs.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Brenn« oder Kraftstoffen und insbesondere zur Untersuchung v/on IKIotorbrennstoffen zur Bestimmung ihrer Verbrennungsqualität.

Motorbrennstoffe, insbesondere Benzine, uierden nach der Oktanzahl bewertet und eingestuft; Der Ulert der Oktanzahl steht in umgekehrtem Verhältnis zu der Neigung des Benzins, bei der Verbrennung zu detonieren bzui. zu klopfen. Nach einer allgemein anerkannten Prüfmethode der American Society for Testing Materials (ASTIfl)· luird die Oktanzahl eines Benzins durch eine Untersuchung in einem Standardmotor» der bei vorgeschriebenen Prüfbedingungen gehalten wird, bestimmt·

Bei dem mit dem zu prüfenden Benzin betriebenen Motor

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ujird das Verdichtungsverhältnis durch von Hand erfolgende Einstellung eines verstellbaren Zylinderkopfes verändert, bis eine Standardklopfintensität erreicht ist., was durch visuelle Beobachtung eines Klopfmessgeräts bestimmt uiird. Das Klopfmessgerät ist mit einem in dem fflotorzyiinder angeordneten Abtastgerät (pickup) verbunden, welches Signale erzeugt, die für die Stärke der Detonation bzui. des Klopfens

W in dem Zylinder kennzeichnend sind. Die Signale von dem Abtastgerät, die allgemein unregelmäßig sind, werden integriert, um ein verhältnismä'Big stabiles Signal zum Anlegen an das Klopfmessgerät zu erzeugen. Nach der Zuführung des Prüfbenzins zu dem Motor werden Vergleichsbenzine bekannter Oktanzahl zum Betrieb des Motors unter den gleichen Bedingungen und bei dem gleichen Verdichtungsverhältnis verwendet und ihre Klopfintensität^J festgestellt an dem Klopfmessgerät, werden notiert» Die Oktanzahl des Prüfbenzins

fc wird dann durch Interpolation bestimmt, wozu zwei Vergleichsbenzine herangezogen werden, deren KlopfIntensitäten die des Prüfbenzins einklammern.

Obwohl die vorstehend erläuterte Pröfraethode seit langem verbreitete Verwendung gefunden hat, läßt sis vieles zu wünschen übrig. Einmal ist die Genauigkeit der Prüfung gering, insbesondere deshalb, weil Bin genaues Signal, das die Detonationsintensität bziu» Klopfintensität wirklich genau ujidergibt, nicht erzeugt suird und die Ablesung das Kiopfmessgeräts visuellen Bsobashtungsfehlern

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unterliegt. Weiterhin ist die Prüfmethode zeitraubend, da sie normalerweise eine Anzahl won Untersuchungen des Prüfbrennstoffs und verschiedener Bezugsbrennstoffe erfordert, bevor die zu prüfende Probe tatsächlich von den Bezugsbrennstoffen eingeklammert, d.h. umgeben ist.

Aufgrund der schlechten Prüfgenauigkeit ist es - zur Einhaltung einer festgelegten und geforderten Oktanzahl eines Benzins — allgemeine Übung in den Raffinerien, zu dem unwirtschaftlichen und kostspieligen Ausweg Zuflucht zu nehmen, die flii schbedingunyen so festzulegen, daß ein Benzin mit einer Oktanzahl erzeugt wird, die um ein Drittel bis ein ne Oktanzahl höher liegt als die geforderte. Da weiterhin die Standard-Prüfmethode zeitraubend ist, folgt hieraus zwangsläufig} daß verhältnismäßig grosse Mengen an Brennstoff zur Durchführung einer Untersuchung benötigt werden. Hieraus folgt wiederum, daß es zur Untersuchung von Benzin, das in kleinen experimentellen Anlagen erzeugt worden ist, z.B. Reformier- und katalytischen Krackanlagen von Laboratoriumsmaßstab, notwendig sein kann, eine Versuchsanlage über einen solangen Zeitraum, wie beispielsweise eine Woche, zu betreiben, um überhaupt genug Benzin zur Durchführung eines einzigen Tests zu erhalten. Dies kann eine kostspielige Verzögerung der Entwicklung und Ausarbeitung von ProQekten nach sich ziehen, lifeiterhin geben die Ergebnisse der Untersuchung nur den Durchschnittswert wider, nicht aber die augenblickliche Güte des von der Versuchsanlage

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erzeugten Benzins.

^ie Erfindung schafft ein Verfahren zur Feststellung der l/erbrennungsqualität eines Prüf brennstoff s, bei dem der Brennstoff zum Betrieb eines Prüfmotors mit einem sich ständig wiederholenden Arbeitskreislauf benutzt wird; bei dem Verfahren u/ird während jedes Arbeitskreislaufs ein Verbrennungsprozeßsignal erzeugt, das für den Verbrennungsvorgang des Brennstoffs in dem fflotor während des Arbeitskreislaufs kennzeichnend ist, das Verbrennungsprozeßsignal jedes Arbeitskreislaufs wird als gesondertes Signal gespeichert, und in Ansprechen auf die gespeicherten Prozeßsignale wird ein Signal erzeugt, das für die Verb^ennungsqualität des Brennstoffs kennzeichnend ist.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zur Feststellung der Verbrennungsqualität eines Prüfbrennstoffs, bei der der Brennstoff zum Betrieb eines Prüfmotors mit ψ einem sich wiederholenden Arbeitskreislaufs benutzt wird und die eine Einrichtung zur Erzeugung eines Verbrennungsprozeßsignals während jedes Arbeitskreislaufs, das für den "erbrennungsvorgang des Brennstoffs in dem HfIotor während des Kreislaufe kennzeichnend ist, eine Einrichtung zur Speicherung des Verbrennungsprozeßsignals eines jeden Arbeitskreislaufs in Form eines gesonderten Signals und eine Einrichtung zur Erzeugung eines für die Verbrennungsqualität des Prüfbrennstoffs kennzeichnenden Signals , in Ansprechen auf die gespeicherten Verbrennungsprozeßsignale,

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umfaßt.

Bei der erfindungsgemäßen Prüfung eines Motorbrennstoffs werden genauere Ergebnisse erzielt, als sie nach bekannten Prüfmethoden erzielbar uiaren, und die menge des zur Durchführung der Prüfung benötigten Brennstoffs uiird wesentlich verringert. Bei der Untersuchung eines Benzins wird der Brennstoff dem Prüfmotor in Form eines verbrennbaren Gemischs zugeführt und es wird sin Kreis zur Feststellung des Klopfens mit hoher Genauigkeit verwendet, um Signale zu erzeugen, die für das Klopfverhalten das Gemische kennzeichnend sind. Einhergehend damit uiird eine Betriebsbedingung des fflotors verändert, z.B. das Brennstoff/Luft-Verhältnis des verbrennbaren Gemische, während alle anderen Bedingun-

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gen des IiIotors konstant gehalten werden. Typischeruieise erfolgt die Veränderung des Brennstoff/Luft-Uerhältnissee so, daß das Klopfen eine ITlaximalintensität durchläuft. Das mährend eines jeden fflotorkreislaufs erzeugte Klopfsignal wird festgestellt und gespeichert und die gespeicherten Signale werden zu einem Ausgangssignal verarbeitet, das für die maximale Klopfintensität das Benzins kennzeichnend ist.

Beispielsweise kann ein laufender Mittelwert (running average) der Signal·, die für das Klopfen in jedem fflotorkreislauf kennzeichnend sind, berechnet werden; der Maximalwert des mittels kann dann als Kennwert für die Waximalintsnsität des Klopfens des Benzins genommen werden· Anderer-

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seits kann auch die Methode der Kurvenanpassung auf die in Abhängigkeit von der Zeit zusammengestellten gespeicherten Signale angewendet werden» um die Kurve zu ermitteln, die die aufgezeichneten liierte am besten annähert. Der Maximalwert der gewählten Kurve wird dann als Kennwert für die maximale Klopfintensität des Prüfbrennstoffs genommen.

Diese Maßnahmen werden für eine Anzahl van Bezugsbrennstoffen bekannter Oktanzahlen wiederholt. Die Oktanzahl des Prüfbenzins wird durch Interpolation aus den mit den Bezugsbrennstoffen erhaltenen Uferten berechnet.

^üie Erfindung gibt weiterhin eine Vorrichtung zur vollständigen Durchführung aller vorstehend beschriebenen Berechnengen und zur automatischen Bestimmung der maximalen' Klopfintensität von jedem der Prüf- und Bezugsbrennstoffe und der Oktanzahl des Prüfbrennstoffs an.

Da-das Klopfsignal für jeden IBotorkreislauf festge-" stellt und gespeichert und dann verarbeitet uiird, sind die Prüfergebnisse viel genauer als bei dem Standardprüfverfahren, bei dem das Signal nur durch Integration roh geglättet und dann an ein Klopfmessgerät angelegt wird, das visuell beobachtet und beurteilt werden muß· Weiterhin gestattet die statistische Analyse der gespeicherten Klopfsignale die

Durchführung eines Tests mit nur einer verhältnismäßig kleinen Menge dee Prüfbrennstoffs· Insbesondere sind, da eine genau· ÜJidergabe des Klopfens während jedes fflotorkreislaufs erreicht wird. Signale für nur eine verhältnismäßig

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kleine Anzahl an Wotorkreisläufen nötig, um genügend zu verarbeitende Informationen für eine genaue Bestimmung der maximalen Klopfintensität des Prüfbrennstoffs zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine Vergaseranordnung vorgesehen, die die Untersuchung einer Mehrzahl von Brennstoffen unter Verwendung nur verhältnismäßig geringer Mengen des Brennstoffs gestattet. Die Brennstoffe befinden sich in getrennten Gefäßen geringer Größe, die mit einem Ausuiahlventil oder Umschaltventil verbunden sind, das selektiv jeweils eines der Gefäße mit einer ffleßdüse verbindet, ^ie Düse steuert die Wenge des hindurchfließenden Benzins und ist mit der Einlaßleitung des Prüfmotors verbunden, um diesem ein verbrennbares Brennstoff/Luft-Gemisch zuzuführen. Das Ventil ist so ausgebildet und angeordnet, daß es rasch von einem Brennstoffgefäß auf ein andes umschaltet.

Bei der praktischen durchführung wird der Motor zunächst mit einem Aufuiärmbrennstoff betrieben, um festgelegte Betriebsbedingungen, z.B. bezüglich Temperatur und Geschwindigkeit bzuj. Drehzahl aufrechtzuerhalten. Uienn ein Test durchgeführt werden soll, uiird das Umschaltventil von dem Aufwärmbrennstoff auf den Brennstoff in einem der Gefäße umgeschaltet· Der Brennstoff fließt aus dem kleinen Vorratsgefäß ab, so daß sich das Flüssigkeitsniveau ändert; hierdurch ändert sich das Brennstoff/Luft-»Verhältnis des dem motor zugeführten verbrennbaren Geraischs. Die Änderung des Brennstoff/Luft-Werhältnisses wird so gewählt, daß die

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maximale Klopfintensität in dem Motor zu einer Zeit mährend des Abflusses des Brennstoffs aus dem Gefäß herbeigeführt luird. Das Gefäß, das zur Abgabe einer Brennstoff menge an den fftotor über einen die maximale Klopfintensität durchlau- · fenden Bereich der Brennstoff/LuftwVerhältnisse ausgelegt ist, miSd als "Fallspiegelv/ergaser¹¹ bezeichnet·

Nachdem die Flüssigkeit aus dem Gefäß abgelaufen ist, uiird das Umschaltventil auf ein anderes Gefäß, das dann ausläuft, geschaltet. Dies uiird mit allen Gefäßen u/iederholt. Danach uuird der Motor auf den Aufu/ärmbcennstoff zurückgeschaltet. Da der Umschaltvorgang des Ventils rasch erfolgt, wird dem Motor ständig Brennstoff zugeführt und es tritt auch nicht ein einziger Motorkreislauf ohne Verbrennung ein, so daß eine Abkühlung der Verbrennungskammer vermieden iuird_e Infolge der Verwendung eines Umschaltventils, das zu einer - einzigen Meßdüse führt, anstelle der Mehrzahl von Düsen, jede für einen anderen Brennstoff, iuie das bei dem Standard- ASTM-Test vorgesehen ist, kann die Kapazität der Brennstoffzuführeinrichtung stark verkleinert werden. Hierdurch wird eine bedeutsame Verringerung der Brennstoffmenge, die zur Füllung aller Brennstoffleitungen und Kammern erforderlich ist, und demgemäß eine weitgehende Verringerung der Brennstoffmenge, die in einem Gefäß zur Durchführung eines Tests benötigt uiird, erreicht.

In den Gefäßen können sich eine Mehrzahl von Bezugs» brennstoffen bekannter Oktanzahlen und eine Mehrzahl von

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Prüfbrennstoffen, deren Oktanzahlen bestimmt werden sollen, befinden. Die Bezugsbrennstoffe liefern genügend Werte, um den Motor zu eichen und die Oktanzahlen der Prüfbrennstoffe zu bestimmen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung weiter erläutert,

^ig. 1 zeigt ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

^ig. 2 ist ein typisches Kuvendiagramm (waveform dia_r gramm) der maximalen Klopfintensität, aufgetragen gegen die Oktanzahl, für sechs Brennstoffe, zur Bildung eineE Eichkurve für einen Prüfmotor«

Fig. 3 ist ein typisches Kurvendiagramm der Klopfintensität, aufgetragen gegen die Zeit, für drei repräsentative Benzine, die nacheinander einem Prüfmotor zugeführt wurden, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis bei jedem Benzin geändert wurde.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Vergaser, Brennstoffauswahl und -zuführung und Signalerzeugungseinrichtung genäß der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Blockschema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Feststellung der maximalen Klopfintensität eines Brennstoffs in einem Motor aus während eines jeden Wlotorkreislaufs ermittelten Klopfuierten unter Verwendung einer Einrichtung mit Berechnung eines laufenden Mittelwerte.

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^ie Figuren 6 bis 11 zeigen Blockdiagramme einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Bestimmung der maximalen Klopfintensität eines Brennstoffs in einem Motor aus mährend eines jeden Motorkreislaufs ermittelten Detonationsiuerten unter Anwendung einer Berechnung mit kleinsten Quadraten (least squares computation).
_ Fig_e 12 zeigt ein Blockschema einer Einrichtung gemäß

der Erfindung zur Bestimmung der Oktanzahlen einer mehrzahl von Prüfbrennstoffen aus Werten der Prüfbrennstoffe und eines Bezugsbrennstoffs.

Die Figuren 13 und 14 zeigen Blockschemata einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Oktanzahlen einer Wehrzahl von Prüfbrennstoffen aus Werten dieser Brennstoffe und einer Mehrzahl von Bezugsbrennstoffen.

Fig. 15 zeigt ein Blockschema einer Einrichtung zur Bestimmung der Steigung der EichkuXre eines Prüfmotors aus W Werten, die von einer Mehrzahl von Bezugsbrennstoffen erhalten uiurden.

Allgemeine Beschreibung

Gemäß Fig. 1 iuird einem Prüfmotor 20, etwa dem Standard-ASTffl-CFR-fllotor, wie er gebräuchlicheru/eise zur Bestimmung der Oktanzahlen von Benzinen verwendet tuird, von einem Umschalt- oder Austuahlventil 22 Brennstoff zugeführt. Das Umschaltventil ist wiederum mit einer mehrzahl von Brennstoffquellen 24-iu, 24-1, 24-2 ... 24-z, von denen jede einen anderen Brennstoff enthält, verbunden, Beispiels-

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uieise kann es sich bei dem Brennstoff in der Zuflußquelle 24ω um einen Aufuiärmbrennstof f handeln, der dazubenutzt iuird, den Motor 20 auf geeignete Betriebsbedingungen zu bringen und auf diesen zu halten, z»B. auf eine festgelegte Iflotardrehzahl und Temperatur bei einem festgelegten Verdichtungsverhältnis in dem Motor. Die Brennstoffe 1, 2 ... ζ in den Brennstoffquellen 24-1, 24-2 ... 24-z können eine Anzahl von Bezugsbrennstoffen bekannter Oktanzahlen und eine Anzahl von Prüfbrennstoffen, deren Oktanzahlen bestimmt werden sollen, umfassen. Das Umschaltventil 22 uiird durch eine UmschaltventilwBetätigungseinrichtung 26 unter der Steuerung eines KreislaufZeitgebers 28 angetrieben, so daß die Brennstoffquellen selektiv mit dem Prüfmotor verbunden werden. Normalerweise ujird das Ventil 22 so betätigt, daß die Brennstoffe 1, 2 ... ζ aufeinanderfolgend dem Prüfmotor zugeführt werden, nachdem der Motor mit dem Aufuiärmbrennetoff aus der Quelle 24~ui auf seine festgelegten Betriebsbedingungen gebracht worden ist.

U/ährend der Zuführung eines jeden der Brennstoffe 1, 2 ... ζ zu dem Motor 20 uiird eine Betriebsbedingung des Motors z,B, das Brennstoff/Luft-Verhältnis des dem Motor zugeführten verbrennbaren Gemische, durch eine Steuereinrichtung 29 geändert, während die anderen Betriebsbedingungen , z.B. die Drehzahl und das Verdichtungsverhältnis, unverändert bleiben. Typischeruieise verändert die Steuereinrichtung das Brennstoff/Luft-Verhältnis für jeden der Brennstoffe 1,2 ...

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ζ so, daß das Klppfen des verbrennbaren Gemischs die maximale Klopfintensität durchläuft«

Die Figur 3 zeigt , anhand eines Kurvendiagramms die typische Änderung der Klopfintensität mit der Zeit , u/ie sie durch die Steuereinrichtung 29 herbeigeführt ujird, für drei dem Motor 20 nacheinander zugeführte Brennstoffe_e Das Klopfen bei jedem fflotorkreislauf ist durch einen entsprechenden Punkt in dem Kurvendiagramm der Figur 3 angezeigt. Jede der den Einzelpunkten angepaßten ausgezogenen Linien in der Figur kennzeichnet eine mittlere Klopfintensität. Her erste Brennstoff hat eine Oktanzahl von 99 und die maximale Klopf intensität streut um den Wert 2 auf der in der Figur dargestellten Skale der Klopfintensitäte Es ist ersichtlich, daß die Intensität zunächst auf einen Spitzenwert ansteigt und dann abnimmt. Dies uiird durch die Steuereinrichtung 29 erreicht, und ziuar durch Änderung des Brennstoffi/Luft-Verhältnisses des verbrennbaren Gemischs von einem verhältnismäßig reichen Gemisch auf ein verhältnismäßig armes Gemisch unter Durchlaufen des Verhältnisses, das der maximalen Klopfintensität entspricht.

Der zweite Brennstoff, der dem Motor zugeführt wird, hat eine Oktanzahl von 96 und die maximale Klopfintensität streut, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, roh um den UJert 4,5. Der dritte Brennstoff, der dem Motor zugeführt wird, hat eine Oktanzahl von 95 und die maximale Klopfintensität streut, roh, um den Wert 5,5,

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Gemäß Fig. 1 wird das Klopfen in dem Prüfmotor 20 durch ein Klopfanzeigegerät 30, das nach den Angaben in dem USA-Patent 3 23Θ 765, insbesondere Figuren 2, 3 und 4, ausgebildet sein kann, festgestellt. Das Klopfanzeigegerät 3D erzeugt genaue Signale, die für das Klopfen des l/erbrennbaren Gemische in dem Prüfmotor mährend jedes Motorkreislaufs kennzeichnend sind. DiBse Signale können für die Stärke des Klopfens oder für den Zeitunterschied zwischen dem Eintreten des Klopfens und einer vorherbestimmten Bezugszeit in jedem fflotorkreislauf kennzeichnend sein. Bei der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Signale von dem Klopfanzeigegerät 30 für die Intensität des Klopfens kennzeichnend sind; dies ist aber nur als Beispeil aufzufassen.

Die Signale von dem Klopfanzeigegerät 30 werden einem Datenverarbeitungsgerät 32 zugeführt, das außerdem Signale von dem Kreislaufzeitgeber 28 empfängt. Das Datenverarbeitungsgerät 32 analysiert die Signale von dem Klopfanzeigegerät 30 für jeden der Brennstoffe 1, 2 ... z« Zuerst u/ird die maximale Klopfintensität eines jeden der dem Motor zugeführten Brennstoff bestimmt. Danach werden die Oktanzahlen der Prüfbrennstoffe aus den Informationen der maximalen Klopfintensität sowie aus Informationen über die bekannten Oktanzahlen der unter den Brennstoffen 1, 2 ... ζ befindlichen Bezugsbrannstoffe berechnet. Die Figur 2 zeigt ein typisches Kurvendiagramm der

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maximalen Klopfintensität, aufgetragen gegen die Oktanzahl, für die dem Prüfmotor 20 zugeführten Bezugsbrennstoffe bekannter Oktanzahl. Die Punkte in dem Diagramm bedeuten die tatsächlichen liierte der maximalen Klopf intensität, bestimmt durch das Datenverarbeitungsgerät 32, und diese sind gegen die bekannten Oktanzahlen der Bezugsbrennstoffe aufgetragen. °ie ausgezogene Linie in dem Diagramm kennzeichnet ein aus den Werten berechnetes mittel. Diese Kurve ist als Eichkurve für den Motor bekannt und luird mittels des Datenuerarbeitungsgeräts 32 berechnet. Für jeden der Prüfbrennstoffe unbekannter Oktanzahl uiird die Oktanzahl durch Heranziehung der Kurve und Ermittlung des Punkts auf der Kurve, der der für den Brennstoff ermittelten maximalen Klopfintensität entspricht, bestimmt.

Vergasung und Brennstoffausmahl und -zuführung

Die Figur 4 zeigt eine Vergaser- und Brennstoffauswahl- und -Zuführungseinrichtung für den Prüfmotor 20, die das Brennstoffumschaltventil 22 sowie die ülotorzusfcandsregeleinrichtung 29 der Figur 1 umfaßt. Es sind zmei Gefäße 34a und 34b dargestellt, von denen jedes entweder einen Bezugsbrennstoff bekannter Oktanzahl oder einen Prüfbrsnnstoff, dessen Oktanzahl bestimmt ujerden soll, enthält» In dieser Ιί/eise kann irgendeine gewünschte Anzahl an Gefäßen zur Anwendung kommen, von ύ&πβη eines mit einen» größeren Vorrat an Aufwärmbrennstoff verbunden sein kann.

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Die Gefäße 34a und 34b sind oben offen oder in anderer Weise so ausgebildet, daß der Innenraum in kommunizierender Verbindung mit der Atmosphäre steht, so daß ein darin befindliches föedium leicht vom Boden abgezogen werden kann. Die Gefäße 34a und 34b sind weiterhin normalerweise von geringer Größe, z.B. mit einem Fassungvermögen von 10 -mw, so daß sie mit kleinen Proben des Brennstoffs gefüllt sind, und sie sind mit Gehäusen 36a bau), 36b verbunden. Die Gehäuse, z.B. das Gehäuse 36a, weisen ein mit Außengewinde versehenes Ende 38a und ein mit Innengewinde versehenes Ende 40a auf. Dies gestattet den Zusammenschluß eines derartigen Gehäuses mit zaei benachbarten Gehäusen, so wie das Gehäuse 36b mit den Gehäusen 36a und 36c vereinigt ist.

Die Gehäuse 36a und 36b weisen Kanäle 42a bzw, 42b auf, in denen ein Rohr 44 angeordnet ist_e Das Rohr hat eine Öffnung 46, so daß Brennstoff, der sich in der die Öffnung umgebenden Kammer befindet, in das Rohr fließen kann₀ Zur Verhinderung eines Äussickeris von Benzin aus den Kammern sind^ichtungsringe 48a, 48b und 48c vorgesehen.

Das Rohr 44 ist mit einer Zahnstange 50 verbunden, die von einem Zahnrad 52 angetrieben wird; letzteres wird durch einen Servomotor 54 betätigt. In dieser Weise wird das Rohr 44 von dem Servomotor so angetrieben, daß die Öffnung 46 in dem ^Hahr jeweils in einer der Kammern, 42a bzw. 42b liegt.

Das eine Ende des Rohrs 44 ist offen und mit einem

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biegsamen Rohr 56 verbunden, das an ein Venturirohr 58 ange-. schlossen ist» Das Venturirohr luird von einem Gehäuse 60 mit einem Brennstoffkanal 62 und einem Venturikanal oder -düse 66 gebildete Eine Bemessungsdüse 64 befindet sich in dem Brennstoffkanal 62, um den durch den Kanal 62 und in den Hals des Venturikanals 66 fließenden Brennstoff zuzumessen. Luft, die in der durch den Pfeil in Figur 4 angedeuteten Richtung fließt, strömt durch den Venturikanal 66 und zieht Benzin aus dem Brennstoffkanal 62 in den Venturikanal 66, uio das Benzin mit der Luft zu einem brennbaren Gemisch vermischt lüird, das dann der Einlaßleitung (nicht dargestellt) des Prüfmotors 20 zugeführt u/ird.

In der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Rohrs 44 lüird dem Venturirohr 58 Benzin aus dem Gefäß 34b zugeführt· Beim Abfluss von Brennstoff aus dem Gefäß 34b nimmt der Druck des Benzins am Venturirohr 58 ab. Hierdurch iuird das ψ Brennstoff/«Luft-Verhältnis des in dem Venturikanal 66 gebildeten brennbaren Gemischs verändert» Durch geeignete Wahl der Höhe des Gefäßes über dem Höhenniveau des Venturikanals 66 kann die Änderung so gemacht werden, daß sie das Verhältnis, bei dem eine maximale Klopfintensität in dem Prüfmotor herbeigeführt u/ird, einschließt.

Die geringe Größe der Gefäße 34 und der zugeordneten Durchflußleitungen sowie die Antuendung einer einzigen Be- -

messungsdüse 64 ermöglichen eine beträchtliche Verringerung des Volumens der Brennstoffzuführeinrichtung. Hierdurch

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wird eine entsprechende Verringerung der Brennstaffmenge, di£ zum Füllen aller Teile der Einrichtung für die Durchführung eines Tests erforderlich ist, erreicht, so daß kleine Mengen an Brennstoff für die D_urcnführung der Untersuchung ausreichen. Dabei kann weiterhin das Rohr 44 angrenzend an die Öffnung 46 durch eine Trennwand 67 geschlossen sein, so daß das Benzin das Rohr nicht weiter als notwendig zu füllen braucht. Dann ist nur der Abschnitt des Rohrs zwischen der Öffnung 46 und dem biegsamen Rohr 56 mit Benzin gefüllt.

Der Servomotor 54, der das Zahnrad 52 zur Einstellung des Rohrs 44 antreibt, wird durch Signale gesteuert, die von einem Verstärker 68 kommen, dessen einer Ei_ng_ang mit dem beweglichen Kontakt 70 eines Potentiometers 72 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 70 ist mit der Zahnstange 50 verbunden und seine Stellung wird durch die Stellung der Zahnstange bestimmt. Der andere Eingang des Verstärkers ist mit einem bewaglichen Kontakt 74 eines Schrittschalters 76 verbunden. Das Potentiometer 72 und der Schrittschalter 76 sind beide an eine Batterie 78 angeschlossen.

Der Schrittschalterkontakt 74 wird von einer Schrittschalterbetätigungseinrichtung 80 verstellt, die periodisch durch Impulse P_ft, die an eine Eingangsklemme 82 angelegt werden, mit Energie versorgt ujird. In Ansprechen auf einen Eingangsimpuls P„ bewegt die Schrittschalterbetätigungsein« richtung den Schrittschalterkontakt 74, so daß die Spannung an dem Kontakt, die an den Verstärker 68 angelegt wird, ge·»,

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ändert mirdo Jeder Unterschied zwischen dieser Spannung und der am Potentiometerkontakt 70 herrschenden Spannung erzeugt ein Signal von dem Verstärker, das den Servomotor 54 mit Energie versorgt, so daß die Stellung der Zahnstange 50 geändert u/ird, bis die an den Kontakten 70 und 74 herrschenden Spannungen gleich sind· Durch geeignete Eichung des Potentiometers 72 und des Schrittschalters 76 wird sichergestellt, daß die verschiedenen Stellungen des Schrittschalters den Stellungen der Rohröffnung 46 in den verschiedenen Kammern 42 entsprechen.

Datenverarbeitung

Nachstehend werden verschiedene Einrichtungen zur Berechnung der maximalen Klopfintensität für jeden der dem Prüfmotor 20 zugeführten Brennstoffe, sowie zur Berechnung der Oktanzahlen der Prüfbrennstoffe aus den Hlaximalintensitäten der Prüfbrennstoffe und von Bezugsbrennstoffen bekannter Oktanzahlen erläutert.
Bezuqssiqnale

In den nachstehend beschriebenen Datenverarbeitungseinrichtungen werden Signale benutzt, die für die bekannten Oktanzahlen der dem Prüfraotor 20 zugeführten Bezugsbrennstoffe kennzeichnend sind. Derartige Signale können durch einen beweglichen Kontakt 84 erzeugt werden, der von der ^r.;. Schrittschalterbetätigungseinrichtung 80 angetrieben wird und selektiv mit einem von fünf Potentiometern 86 - 1, 86 - 2, 86 - 3, 86 - 4 und 86-5 verbunden ist«

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^uie vorstehend genannte Anzahl an Potentiometern dient nur zur Erläuterung. Die Potentiometer werden durch eine Batterie 88 gespeist und erzeugen unterschiedliche Potentiale je nach ihren Einstellungen. Infolge der Verbindung zwischen der Schrittschalterbetätigungseinrichtung 80 und dem Kontakt 84 wird letzterer somit in Übereinstimmung mit dem

zur Zuführung zum Prüfmotor gewählten Brennstoff eingestellt und das von dem zugehörigen Potentiometer erzeugte Signal kann kennzeichnend für die Oktanzahl dieses Brennstoffs, wenn es sich um einen Bezugsbrennstoff handelt, gemacht werden. Dieses Signal erscheint an der Ausgangsklemme 90.
Zeitimpulse (Timing Pulses)

In den nachstehend erläuterten Datenverarbeitungseinrichtungen werden vier Zeitimpulse, P_fl P„, P„, Ρ~, benutzt. Bei dem Impuls P. handelt es sich um einen periodischen Impuls, der von dem cyklischen Zeitgeber 28 gemäß Fig. 1 erzeugt wird, um den Brennstoff, der dem Prüfmotor 20 zugeführt wird,zu ändern. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, wird der Impuls P„ an die Schrittschalterbetätigungseinrichtung 80 angelegt, um dies zu erreichen. Die Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen P_ft verstreicht, sollte ungefähr gleich der Zeit sein, die der Brennstoff in einem der Gefäße 34 braucht, um aus dem Gefäß abzufließen. Dann kann, bei der Untersuchung einer Mehrzahl von Brennstoffep, der Brennstoff annähernd vollständdig aus dem Ge-

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faß abfließen, bevor die Rohröffnung 46 auf ein anderes £efäß geschaltet u/ird. Dabei sollte der Motor immer mit Brennstoff gespeist u/erden, um eine Abkühlung der Verbrennungskammer zu v/ermeiden.

Der Impuls P₀ u/ird «während des Zeitraums erzeugt, zu dem einer oder mehrere Bezugsbrennstoffe dem Prüfmotor 20 zugeführt werden. Der Impuls P_r wird während der Zeit er-

zeugt, zu der einer oder mehrere Prüfbrennstoffe dem Prüfmotor zugeführt werden. Der Impuls P_n wird am Ende einer vollständigen Testfolge von Bezugs- und Prüfbrennstoffen erzeugt.

Die Impulse P₀, Pp und P^ können durch eine Einrichtung, ujie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, die einen durch die Schrittschaltsrbetätigungseinrichtung 80 angetriebenen Schalterkontakt 92 umfasst, erzeugt werden. Der Kontakt uiird von der Batterie 88 gespeist und legt Energie an eines

ψ der Segmente 94,96 und 98 an, je nach der Stellung des Kontakts, '-'urch geeignete Wahl der Längen der Kontakte 94, und 98 können die Ausgangsimpulse P_R, P„ und P~ entsprechend der Stellung des Schalterkontakts 92 und demgemäß der Art des dem Motor zugeführten Brennstoffs erzeugt werden. Gemäß Fig. 4, die jedoch nur erläuternden Charakter hat, wird bei Verbindung des Kontakts 92 mit. der Klemme 94 der Impuls Pn erzeugt. Wenn der Kontakt 92 mit der Klemme 96 verbunden ist, wird der Impuls P erzeugt. Schließlich wird am Cnde der Folge, wenn der Kontakt 92 mit der Klemme 98 in Ver-

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bindung steht, der Impuls P^ erzeugt.

Bestimmung der maximalen Klopfintensität

Für jeden der dem Motor 20 zugeführten Brennstoffe nehmen die von dem Klopfanzeigegerät 30 gemäß Fig. 1 erzeugten Signale, aufgetragen in Abhängigkeit von der Zeit, die Gestalt einer Kurve oder UJelle an, z.B. eine der drei Kurven gemäß Fig. 3. Da die Einzelpunkte in dem Diagramm, die für die Klopfintensität bei jedem Motorkreislauf kennzeichnend sind, nicht genau eine glatte Kurve bilden, ist es notwendig, die Kurve zu ermitteln, die die Einzelpunkte am besten annähert, und dann den Punkt der Kurve auszuwählen, der der maximalen Klopfintensität entspricht. Nach den folgenden Erläuterungen kann dies.erfingungsgemäß nach zwei Berechnungsmethoden erfolgen, jedoch können auch andere methoden im Rahmen der Erfindung angewendet werden« Diese beiden als Beispiele herangezogenenen Methoden sind a) Berechnung eines laufenden Mittelwerts und Feststellung seines Maximalwerts, sowie b) Anpassung einer Kurve an die experimentellen liierte nach der Methode der kleinsten Quadrate und Bestimmung des Maximalwerts der Kurve. Diese beiden fflethc den werden nachstehend getrennt behandelt. Laufender Mittelwert - Berechnungsgrundlage

Der laufende Mittelwert einer Mehrzahl von Punkten, aufgetragen in Abhängigkeit von der Zeit, ist definiert als der Mittelwert einer vorherbestimmten Anzahl an vorausgehenden Punkten, berechnet für alle Punkte. Dies kann mathama-

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tisch durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden:

hierin ist d. der UJert des i-ten Punkts, h ist die Zahl der Punkte, aus denen der Mittelwert errechnet wird, und D ist der laufende Mittelwert, berechnet am i-ten Punkt.

Beispielsweise wird gemäß Fig. 3 ein laufender Mittelwert für die Punkte, die für den Brennstoff mit der Oktanzahl 99 aufgetragen sind, in der nachstehenden UJeise berechnet:
Es sei angenommen, daß die Anzahl der zu mittelnden Punkte

(h) 5 betrage. Dann werden für jeden Punkt (d ) die Klopf-

intensität dieses Punkts und die Intensitäten der vier vorausgehenden Punkte zusammengezählt und durch 5 geteilt, um den läufenden Mittelwert für diesen Punkt zu berechnen. ψ Der laufende Mittelwert wird gegen die Zeit aufgetragen, wobei sich die in dem Diagramm dargestellte Kurve (d ) ergibt.

Laufender Mittelwert - Rechenschaltung

Die Schaltung gemäß Fig. 5 berechnet den laufenden Mittelwert des von dem Klopfanzeigegerät 30 gemäß Fig. 1 erzeugten Klopfsignals und bestimmt den Maximalwert des laufenden Iflittelwerti entsprechend dem Maximalwert beispielsweise der Kurve d in Fig. 3 für den Brennstoff mit einer Oktanzahl von 99«

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BAD

Gemäß Fig. 5 u/erden Signale von dem Klopf anzeigegerät 30 an eine Eingangsklemme 100 eines Speicherregisterc 102 angelegt. Das Speicherregister kann ähnlich einem \]ar~ schieberegister mit 1, 2 ... h Stufen ausgebildet sein, wobei jede Ljtufe durch einen zugeordneten Leiter 104-1, 104-2 ... 104-h mit einer Addiereinrichtung 106 verbunden ist. wie Addiereinrichtung 106 ist mit einem Spitzenanzeiger 108 verbunden, der ein Ausgangssignal an einer Ausgangski enime 110 erzeugt.

Die Signale von dem Klopf anzeigegerät 30, die für die Klopf intensität mährend jedes iiiotorkreislauf s kennzeichnend sind, uierden in dem Speicherregister 102 gespeichert. Da dad Register nur h Stufen enthält, werden zu jeder Zeit nur die letzten h Signale gespeichert. Dies bedeutet, daß - luenn die Registerstufen vollständig mit Signalen gefüllt sind ~ bei Empfang eines neuen Signals die in dem Register gespeicherten Signale von einer Stufe zu einer anderen Stufe verschoben uierden, so daß das dem Register zugeführte neue Signal darin gespeichert iuird und das älteste gespeicherte Signal aus dem Register herausgeht.

Die Signale der Leiter 104-1, 104-2 .._c 104-h sind, bei Addition in der Addiereinrichtung 106, demgemäß iur die in Klammern stehende Summe der vorstehenden Gleichung (l } kennzeichnend. Dor Spitzenanzeigar IGB stallt den Sp.it.reri-

1 0 9 8 1 ß / 0 U 6 3 BAD OBIGIHAL

- - 24 -

oder Maximalwert des Signals von der Addiereinrichtung 106 fest, das demgemäß für den Maximalwert des laufenden Mittelwerts gemäß Gleichung (l) kennzeichnend ist. Dieser entspricht beispielsweise dem Maximalwert der Kurve d in Fig. 3. Dabei sei darauf hingewiesen, daß - da der Divisor h in der Gleichung (l) konstant ist - in dem Kreis der Fig. 5 keine Vorkehrung für eine Division getroffen ist, weil das an der Klemme 110 erscheinende Ausgangssignal für eine richtige Eichung entsprechend aufgetragen werden kann, um diese Teilung widerzugeben.

Das Speicherregister 102 und der Spitzenanzeiger werden beide durch Impulse P„ von dem Stromkreis gemäß Fig. 4, die über eine Verzögerungseinrichtung 112 zugeführt werden, zurückgestellt. UJie vorstehend erläutert, treten diese Impulse periodisch auf, um den Prüfmotor 20 von einem Brennstoff auf einen anderen zu schalten. Demgemäß werden jedes- ψ mal, wenn ein neuer Brennstoff dem Motor zugeführt wird, das Speicherregister 102 und der Spitzenanzeiger 108 zurückgestellt und für eine weitere Berechnung fertig gemacht. Näherunqsverfahren der kleinsten Quadrate - Berechnunqsqrundlage

Wie vorstehend erläutert, besteht eine andere Berechnungsmethode zur Ermittlung der Kurve, die die von dem Klopfanzeigegerät 30 erzeugten Klopfsignale, aufgetragen in Abhängigkeit von der Zeit, am besten annähert, in der Näherungsmethode der kleinsten Quadrate. Hierbei wird eine

109816/0463

solche Kurve ermittelt, daß der quadrierte Ulert der Differenz zwischen jedem experimentell bestimmten Punkt und dem entsprechenden Punkt auf der Kurve, summiert für alle Punkte, einen Geringstiuert annimmt. Mathematisch ausgedrückt uiird eine Kurve ermittelt, für die die Summe

d_c - d_a) I (2)

einen Geringstiuert annimmt. In dem Ausdruckt (2) und bezüglich der Kurven der Fig. 3 bedeuten d die Klopfinten sität, die von dem Klopf anzeigegerät 30 für einen Arbeitskreislauf des Motors festgestellt wurde, d die Klopfintensität, ermittelt aus der ausgezogenen Kurve, die die experimentellen Uferte annähert, j die Anzahl der von den experimentellen Werten gebildeten Einzelpunkte und i den i-ten Punkt«

Ee sei angenommen, daß eine Perabel die experimentellen liierte gemäß Fig· 3 am besten annähert« Die Gleichung einer Parabel ist gegeben durch

d * qt² + tt *e ' (3),

wobei d_ der vorstehenden Definition des Ausdruckes (2) genügt, t die Zeit bedeutet und q, r und β Konstanten sind.

Sei der Näherungsmethode der kleinsten Quadrate wer·* den dann die Werte von q, r und s der Gleichung (3) so gewählt, da3 die in dem Ausdruck (2) angegebene Summe einen Geringstwert annimmt. Um die Werte von q, r und s zu bestimmen, die den Ausdruck (2) auf einen Geringsturert brin-

109816/0463

BAD ORfG)NAL

gen und die Parabel definieren, die die experimentellen liierte am besten annähert, ist es zweckmäßig, die Gleichung

(3) durch Auflösen von

- 2
. d_c - d α Q(t - t ) ♦ R(t - t) + S (3a)

nach d umzuschreiben und die Potenzkoeffizienten von t mit den entsprechenden Koeffizienten der Gleichung (3) gleichzusetzen. Die in dieser lileise umgeschriebene Gleichung (3) hat dann die Form

2 - 2

d_c = Qt + (R-2Qt)t + (d+Qt -Rt+S) (4);

dabei sind:

a>i (5)

t κ - j JL *1

Q (7)

r * R-2Qt Ci)

s « ύ * Qt - Ht ♦ S (9>,

Bezüglich der in Fi/g. 3 dergeetellten Kurve ist t göeäß Ausdruck (5) die eittlere Zeit für all· experimentell bestimmten Punkte, wobei die Zeit eines jeden Punkts t_Q ist. In de» Ausdruck (6) ist d der Mittelwert aller experimentell bestimmten Klopf Intensitäten d_a# *>ie Ausdrücke (7), (β) und (9) setzen die Faktoren Q, R und S der Gleichung (4) mit den Faktoren q, r und s der Gleichung (3) in Beziehung.

töÖ816/(U6S

BAD ÖRIöiNAL.

Um den Maximalwert der Parabel der Gleichung (4) zu ermitteln, u/ird die Gleichung nach der Zeit differenziert und die Ableitung gleich Null gesetzt, ^ies ergibt die nachstehende Gleichung:

O = 2Qt +R- 2Qt (10).

Der U/ert von t am Wlaximalpunkt, d.h. t , ergibt sich aus der nachstehenden Gleichung, die durch Auflösen der Gleichung (lQ) nach t erhalten wird:

t = 2qt - R
^m ~~2Q (11).

Setzt man den Uert von t aus der Gleichung (H) in die Gleichung (4) ein und löst nach d auf» so wird die maximale Klopfintensität d durch die nachstehende Gleichung gegeben:

— 2

^dcm = ^d - h *^S

Es lässt sich zeigen, daß die Koeffizienten Q, R und S der Gleichung (12), die bei Anwendung in Gleichung (4) den Ausdruck (2) auf einen Geringstuiert bringen, folgendermaßen lauten: . J (^.(t^) \

Q = ^ ^α

[B V^i J -jr₍t_a-t).

iz (d -d) (t -t)i
^R = 1=1 _ (14)

109816/0463
BAD ORIGINAL

S =

sr. tii-H)i

Sr

(15).

- j sr

Näherunqsmethode der kleinsten Quadrate - Rechenschaltung Die in den Fig« 6 - 11 dargestellten Schaltungen bewirken die in den vorstehenden Gleichungen (12) - (15) angegebenen Berechnungen zur Bestimmung des Maximalwerts der Parabel, die die Punkte, welche die festgestellten Klopfintensitäten des dem.Prüfmotor 20 zugeführten Brennstoffs widergeben, am besten annähert.

Gemäß Fig, 6 werden Signale von dem Klopfanzeigegerät 30 der Fig. 1 einem Impulsformer 114 zugeführt, der die Impulse auf eine gleichmäßige Größe bringt und sie einem Zähler 116 zuleitet. Der Zähler 116 wird durch die Impulse P_n des Stromkreises der Fig, 4 zurückgestellt, und zwar nach einer geringen Verzögerung, die durch eine Verzögerungseinrichtung 118 bewirkt wird. Demgemäß wird der Zähler jeweils kurz nach Zuführung eines neuen Brennstoffs zu dem Prüfmotor 20 zurückgestellt.

Der Zähler 116 zählt die Impulse von dem Impulsformer 114 und erzeugt ein Ausgangssignal, das einer Ausgangsklemme 120 zugeführt wird und für die gezählten Impulse kennzeichnend ist. Am Ende der Untersuchung eines Brennstoffs, bei der der Prüfmotor 20 j Arbeitskreisläufe durchlaufen hat, hat der Zähler j Klopfimpulse gezählt und das Signal

109816/0463

BADORfOfNAi;

an der Klemme 120 ist Für diese Zahl kennzeichnend .

Der Zähler 116 ist weiterhin mit einem Speicherregister 122 verbunden, das 1, 2 ... j Stufen aufweist, um die einzelnen Signale von dem Zähler zu speichern. Die Signale in den Stufen des Registers sind jedes kennzeichnend für die Koordinate längs der Zeitachse der Figur 3, z«B. für den entsprechenden Punkt d . der die Klopfintensität in

diesem Arbeitskreislauf des Klotors wiedergibt. Da die ASTM-Prüfmethode eine konstante Iflotordrehzahl vorschreibt, sind die Punkte d_g bezüglich der Zeit alle gleich uieit voneinander entfernt und die relativen Zeiten der Impulse können durch Zählen der Klopfimpulse in dem Zähler 116 bestimmt werden.

Eis ist jedoch ersichtlich, daß nicht unbedingt die Zeit der Koordinate sein muß, gegen die die Klopfintensität aufgetragen iuird, uiie das in der Figur 3 der Fall ist. Erforderlich ist nur eine Anzeige der relativen Folge der Klopfimpulse, so daß ein Kurvendiagramm wie das der Fi-

gur 3 entwickelt werden kann. Mit anderen Worten braucht also die waagerechte Achse in dem Diagramm nicht die Zeit zu sein, sondern kann die Folge des Motorkreislaufs wiedergeben. Der Wähler 116 erzeugt, wie vorstehend erläutert, ein Ausgangssignal, das für diese Folge kennzeichnend ist. Die Stufen 1, 2 ... j des Registers sind über Leiter 124-1, 12472 ... 124-j mit einer Addiereinrichtung 126 verbunden, in der die Signale in den Registerstufen summiert

1Ö9816/CK63 ·

BAD ORKP^κ*;:. ■-:.,

u/erden. Das Ausgangssignal von der Addiereinrichtung 126 u/ird an eine Dividiereinrichtung 128 angelegt, die auch ein Signal von dem Zähler 116 empfängt, das für den Faktor j kennzeichnend ist_e Das Ausgangssignal aus der Dividiereinrichtung 12B ist somit für ΐ gemäß Gleichung (5) kennzeichnend, d.he die mittlere Zeit aller experimentell bestimmten

P Punkte d , ωie sie in Figur 3 aufgetragen sind.

Der Ausgang aus der Dividiersinrichtung 128 wird an Subtrahiereinrichtung 130-1, 130-2 ... 130-j angelegt, die auch Signale von den Leitern 124-1, 124-2 ... 124-j empfangen. Die Subtrahiereinrichtungen sind mit Ausgangsklemmen 132-1, 132-2 ... 132-j verbunden und erzeugen Aus— gangssignale, die für die Zeit jedes experimentell bestimmten Detonationssignals abzüglich der Zeit I sind» Gemäß Figur 7 sind die Ausgangsklemmen 132-1, 132-2...

k 132-j mit Quadriereinrichtungen 134-1, 134-2 ... 134-j verbunden» Ausgangssignale von den Quadriereinrichtungen 134 erscheinen an Ausgangsklemmen 136-1, 136-2 ... 136-j und diese stellen die Quadrate der an den Ausgangsklemmen 132 der Figur 6 erscheinenden Signale dar. Die Signale von den Quadriereinrichtungen 134 werden auch zu einer Addiereinrichtung 138 geleitet, deren Ausgangssignal an einer Ausgangsklemme 140 erscheint und für den nachstehenden Ausdruck kennzeichnend ist:

ΣΖ (t_a-t)i . . (16)

108816/0463

BAD OFHQINAL

Das Signal von der Addiereinrichtung 138 uiird weiterhin an einer Quadriereinrichtung 142 angelegt, um an einer Klemme 144 ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für das Quadrat des Signals an der Ausgangsklemme 140 kennzeichnend ist· Dieses Signal entspricht dem nachstehenden Ausdruck:

S N

2 ²

(17)

Die Quadriereinrichtungen 134-1, 134-2 ... 134-j sind mit Quadriereinrichtungen 146-1, 146-2 ... bzw» 146-j verbunden, die die zugeführten Si'gnale quadrieren und die quadrierten Signale einer Addiereinrichtung 148 zuleiten. Das Ausgangssignal von der Addiereinrichtung 148 wird einer Ausgangsklemme 15G zugeführt, an der ein Ausgangssignal erscheint, das* für den nachstehenden Ausdruck kennzeichnend ist:

V^ (t_a-t) J . (18)

Es ist ersichtlich, daß - wenn j in den vorstehenden Gleichungen (2) bis (18) konstant ist - der Ausdruck E in der vorstehenden Gleichung (5) konstant ist und alle von den Kreisen der Figuren 6 und 7 entwickelten Signale ebenfalls konstant sind» Dies bedeutet, daß die Kreise der Figuren 6 und 7 durch Signalerzeuger ersetzt werden können, die konstante Signale erzeugen. Solche Signalerzeuger können beispielsweise aus geeigneten Spannungsquellen bestehen.

109816/046 3

GemäG Figur 8 werden Signale von dem Klopfanzeigegerät 30 der Figur 1 einer Eingangsklemme 152 zugeführt, die mit einem Speicherregister 154 verbunden ist. Das Register meist Stufen 1, 2 ... j auf, die die Signale von dem Klopf-Anzeigegerät 30 speichern, welche für die Klopfintensität mährend jedes Arbeitskreislaufs bei der Prüfung eines gegebenen Brennstoffs kennzeichnend sind» Das Register 154 wird durch die Impulse P_ft, die einer Klemme 156 und dann über eine Verzögerungseinrichtung 158 dem Register zugeführt werden, zurückgestellt. - In dieser Uieise wird das Register kurz nach Zuführung eines neuen Brennstoffs zu dem Prüfmotor zu« rückgestellt.

Die Stufen 1, 2 ... j des Registers 154 sind durch Leiter 160-1, 160-2 ... 160-j mit einer Addiereinrichtung 162 verbunden, die ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Summe aller festgestellten KlopfIntensitäten kennzeichnend ψ ist. Dieses Signal wird einer Dividiereinrichtung 164 zugeführt, die ausserdem ein Signal von der Klemme 120 der Figur 6, das für den Faktor j kennzeichnend ist, empfängt. Das Ausgangssignal aus der Dividiereiririchtung 164 wird direkt einer Ausgangsklemme 166 zugeführt und es ist kennzeichnend für 3 in dem vorstehenden Ausdruck (6), d.h. den Mittelwert der KlopfIntensitäten.

Das Ausgangssignal von der Dividiereinrichtung 164 wird weiterhin an Subtrahiereinrichtungen 168-1, 168-2 ... 168-j angelegt, die auch Signale von dem Speicherregister

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BAD ORiGtNAL

154 über die Leiter 160-1, 160-2 ... 160-j empfangen» Ausgangssignale der Subtrahiereinrichtungen 168 erscheinen an Ausgangsklemmen 170-1, 170-2 ... 170-j, sie kennzeich« nen für jeden, der in einer der Kurven der Figur 3 aufgetragenen Punkte die Differenz zwischen der Klopfintensität dieses Punkts und der mittleren Klopfintensität 3 für alle Punkte.

Gemäß Figur 9A sind die Ausgangsklemmen 170-1, 170~2, ... 170-j der Schaltung gemäß Figur 8 mit Multipliziereinrichtungen 172-1, 172-2 ... 172-j verbunden. Die Multipliziereinrichtungen 172 empfangen weiterhin ^ignale von den Ausgangsklemmen 132-1, 132-2 ... 132-j aus der Schaltung gemäß Figur 6. ®ie Signale von den fflultipliiiereinrichtungen 172 werden einer Addiereinrichtung 174 zugeführt, die an einer Ausgangsklemme 176 ein Ausgangssignal erzeugt, das für den Ausdruck

kennzeichnend ist.

Es ist ersichtlich, daß das an der A_USgangsklemme 176 erzeugte Signal für den Zähler der vorstehenden Gleichung (14) kennzeichnend ist.

Gemäß Figur 9B sind die Ausgangsklemmen 170-1, 170-2 ... 170-j der Schaltung gemäß Figur 8 mit IKlultipliaiereinrichtung lSO-1, 180-2 ...l§0-j verbunden«- ^Die Wultiplizier-

⁸P
einrichtung⁷180 empfangen weiterhin Signale von den Aus-

109816/0463

BAD ORIGINAL,«.λ. . ,

1648513

gangsklemmen 136-1, 136-2 ..„ 136-j der Schaltung gemäß
Figur 7. Die Ausgangssignale der Itiultpliziereinrichtungen 180 werden einer Addiereinrichtung 182 zugeführt, die an einer Ausgangsklemme 184 ein Sig_nai erzeugt, das für den Ausdruck

(d -3).(t -E) ? (20)

aiai ^Λ '

kennzeichnend ist.

Es ist ersichtlich, daß das Signal an der Ausgangsklemme 184 für den Ausdruck in der rechten Klammer des
Zählers in der vorstehenden Gleichung (15) kennzeichnend ist.

Die Schaltung gemäß Figur 10 benutzt die von den
Kreisen der figuren 6, 7, 9A und 9B erzeugten Signale zur Erzeugung von Auegangssignalen, die für Q, R und S gemäß den vorstehenden Gleichungen (13),(14) und (15) kennzeichnen: sind.

Gemäß Figur 10 wird das Signal von der Ausgangsklemme 150 im Kreis der Figur 7 an eine IRultipliziereinrichtuhg 186 angelegt, die u/eiterhin ein Signal von der Ausgangsklemme 120 des Kreises der Figur 6 empfängt. Das Ausgangssig nal der Iflultipliaiereinrichtung 186 u»ird einer Subtrahiereinrichtung 188 zugeführt, die weiterhin ein Eingangssignal von der Ausgangsklemme 144 des Kreises der Figur 7
empfängt. Das Signal von der Subtrahiereinrichtung 188 u/ird an eine Dividiereinrichtung 190 angelegt, die ein Eingangs-»·

109816/0463 j ^r --

BAD ORIGINAL

signal won einer ßluiipliziereinrichtung 192 empfängt, ^ie Multipliziereinrichtung 192 erhält ihre Eingangssignale von den Klemmen 120 und 184 der Schaltungen gemäß den Figuren 6 bziu. 9B. Das Ausgangssignal der Dividiereinrichtung 190 mird einer Ausgangsklemme 194 zugeführt und ist für -Q gemäß der vorstehenden Gleichung \13) kennzeichnendo

Das Signal von der Subtrahiereinrichtung 188 uiird weiterhin einer anderen Dividiereinrichtung 196 zugeführt, die ein Eingangssignal von einer multipliziereinriehtung empfängt. Die fllultipliziereinrichtung 198 empfängt Eingängssignale von den Klemmen 184 und 140 der Kreise gemäß den Figuren 9B und 7· Das Ausgangssignal der Dividiereinrichtung 196 wird einer Ausgangsklemme 200 zugeführt und ist für die Größe ^C gemäß der vorstehenden Gleichung (15) kennzeichnend.

Die Signale von den Ausgangsklemmen 140 und 176 der Schaltungen der Figuren 7 bzui. 9A werden an eine Dividiereinrichtung 202 angelegt, die ein an einer Ausgangsklemme 204 erscheinendes Ausgangssignal erzeugt, das für R in der vorstehenden Gleichung (14) kennzeichnend ist.

Die Schaltung der Figur 11 kombiniert die Ausgangssignale von den Kreisen der Figuren 8 und 10 zur Durchführung der Berechnungen der vorstehenden Gleichung (12) und somit zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das für die ι maximale Klopfintensität des dem Prüfmotor zugeführten Brennstoffs kennzeichnend ist.

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BAD ORIGINAL

1 BASS 13

Gemäß Figur 11 ist die ^usgangsklemme 194 der Schaltung der Figur 10 mit einer fflultipliziereinrichtung 206 verbunden, die ein weiteres Signal von einem Bezugssignalerzeuger 208 empfängt. Der Bezugssignalerzeuger 208 kann eine Spannungsquelle, ζ·Β. eine Batterie, umfassen, um ein Signal zu erzeugen, das für den Iflultiplikationsfaktor 4 kennzeichnend ist. Das ^usgangssignal der IKlultipliziereinrichtung 206 ist somit für -4Q kennzeichnend und dieses Signal wird einer Dividiereinrichtung 210 zugeführt« Die Dividiereinrichtung 210 erhält ein weiteres Eingangssignal von einer Quadriereinrichtung 212, die wiederum Signale von der Ausgangsklemme 204 des Kreises der Figur 10, die für R kennzeichnend sind, erhält. Das Signal von der Quadrierein-

richtung 212 ist für R kennzeichnend und demgemäß ist das Signal von der Div/idiereinrichtung 210 für den Ausdruck

4Q

- R² (21)

kennzeichnend.

Das Signal von der Dividiereinrichtung 210 wird an eine Addiereinrichtung 214 angelegt, die auch Eingangssignale von den Klemmen 166 und 200 der Kreise der Figuren 8 bzw. 10 empfängt. Das Ausgangssignal der Addiereinrichtung 214 wird durch ein Tor 216 zu einer Ausgangsklemme 218 geleitet. Das Tor wird durch Impulse P,., die an eine Klemme 220 angelegt werden, gesteuert· Das Tor wird jedes IYlal dann mit Energie versorgt, so daß es ein Signal von der Addiereinrichtung 214 zu der Ausgangsklemme 218 durchläßt, wenn

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BAD ORIQiNAt

ein neuer Brennstoff dem Prüfmotor zugeführt uiird. In diesem Falle ist das Ausgangssignal für den Ausdruck in der vorstehenden Gleichung (12) für den vorausgehend dem Prüfmotor zugeführten Brennstoff kennzeichnend. Das Ausgangssignal an der Klemme 21Θ ist a,lso für die maximale Klopfintensität eines jeden der dem Prüfmotor zugeführten Brennstoffe kennzeichnend.

Bestimmung der Oktanzahl des Prüfbrennstoffs

Aus der maximalen Klopfintensität, bestimmt für jeden der Bezugs- und Prüfbrennstoffe mittels der Schaltung gemäß Figur 5 odeE der Schaltungen gemäß den Figuren 6 - 11, und aus den bekannten Oktanzahlen der Bszugsbrennstoffβ kann die Oktanzahl eines jeden Prüfbrennstoffβ bestimmt werden. Die Bestimmung erfolgt unter Antuendung einer Eichkurv/e, ettua jener, utie sie in der Figur 2 dargestellt ist.

Die Gleichung der Eichkurve ist gegeben durch d a aN + b (22),

in der d die maximale Klopfintensität bedeutet. N die cm

Oktanzahl ist und a und b Konstanten sind, wobei a die Steigung der Eichkurve und b den Schnittpunkt der Kurve mit der Achse der maximalen Klopfintensität bedeuten.

Die Gleichung (22) ist in der Form geschrieben, bei der die Oktanzahl N die unabhängige Veränderliche und die maximale Klopfintensitat d die abhängige Veränderliche bilden» Wenngleich die Oktanzahl bestimmt iuird, so daß diese normalerweise als abhängige Veränderliche dargestellt

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BADORiGtfNAtr *

würde, ist die maximale Klopfintensität als abhängige Veränderliche gewählt, um den Einfluß von Meßfehlern dieser Veränderlichen so klein wie möglich zu machen. Bezüglich einer Erläuterung dieser statistischen Näherung sei auf die Veröffentlichung von Davies, "Statistical methods in Research and Production", Seiten 168-170 (dritte Auflage) hingewiesen, ^ Die auftretenden Berechnungen werden vereinfacht, wenn die Gleichung (22) in der nachstehenden Form geschrieben wird:

^dcm - ^{aN +}^³cm-^aÄ> <²³> "'·

hierin sind:

m
a = 1 J~ (d ). (24)

^cm m fei ^{cm x}

IT - 1 f~ N- (25)

UTi «1 ^λ

b * ^a _cm-^aR (^2ß) ·

™ Bezüglich Figur 2 ist m die Anzahl der Bezugsbrennstoffe, 3 gemäß Gleichung (24) ist die mittlere maximale Klopfintensität aller Bezugsbrennstoffe und H ist die mittlere Oktanzahl aller Bezugsbrennstoffe.

Eine Auflösung der vorstehenden Gleichung (23) nach N ergibt die nachstehende Gleichung:

N » ^dcm ~ ³cm + FJ (27).

a .

Die Gleichung (27) kann in zwei Fällen benutzt wer-

109816/0463

den, nämlich dann, wenn nur ein Bezugsbrennstoff bei der Eichung des Motors verwendet wird, und dann, luenn eine Rlehrzahl won Bezugsbrennstoffen verwendet werden. Diese beiden Fälle sind nachstehend getrennt behandelt.

Bestimmung der Oktanzahl — ein Bezugsbrennstoff

Bei nur einem Bezugsbrennstoff ist m«1 und die Gleichung (24) beschränkt sich auf die maximale Klopfintensität dieses Brennstoffs, während die Gleichung (25) auf die bekannte Oktanzahl dieses Brennstoffs zurückgeht. t>ie Gleichung (27) kann dann in der folgenden Form

N = (^dcmh " ^(lW r + N_r (28)

geschrieben werden, in der (d ). die für den Prüfbrennstoff, dessen Oktanzahl bestimmt werden soll, festgestellte maximale Klopfintensität ist, (d ) die für den Bezugsbrenn stoff festgestellte maximale Klopfintensität darstellt und N die bekannte Oktanzahl des Bezugsbrennstoffs ist. Bestimmung der Oktanzahl, ein Bezugsbrennstoff,

Rechenschaltung

Die Schaltung gemäß Figur 12 führt die Rechnungen der Gleichung (28) durch. In diesem Fall ist angenommen, daß der Motor vorausgehend geeicht worden ist und daß der Steigungsfaktor — der Eichkurve bereits bekannt ist.

Gemäß Figur 12 werden Signale, die für die maximalen KlopfIntensitäten des Bezugsbrennstoffs und eines oder mehrerer Prüfbrennstoffe kennzeichnend sind und wie sie

109816/0Λ63

BAD ORIGINAL

von der Schaltung gemäß figur 5 oder den Schaltungen gemäß den Figuren 6-11 erzeugt »erden* an eine Eingangsklemme 222 angelegt« Die Klemme 222 ist mit einem Tor 224 verbunden! das ein Torsignal P_ empfängt, tuelches an eine Klemme 226 angelegt tuird. Der Impuls P_ß kann» wie vorstehend erläutert, durch die Schaltung der Figur 4 erzeugt werden und er liegt vor, u/enn der Bezugsbrennstoff dem Prüfmotor 20 zugeführt tuird» Es sei angenommen, daß dein Motor zunächst der Bezugsbrennstoff zugeführt wird, gefolgt von einem oder mehreren Prüfbrennstoffen»

In dieser Weise uiird das Signalj das für die maximale Klopfintensität des Bezugsbrennstoffs kennzeichnend ist, durch das Tor 224 einem Speicher 228 zugeführt, in dem es gespeichert tuird. Der Speicher u/ird durch ein von einer Klemme 230 zugeführtes Signal, z.B. den in der vorstehend erläuterten Weise von der Schaltung der Figur 4 erzeugten Impuls P^, am Ende eines vollständigen Tests zurückgestellt.

Das Signal von dem Speicher 228 uiird an eine Subtrahiereinrichtung 232 angelegt, die weiterhin Signale von der Klemme 222 empfängt* Nach der Untersuchung des Bezugsbrennstoffs in dem Prüfmotor erzeugt die Subtrahiereinrichtung ein ßusgangssignal, das für die Differenz zwischen der maximalen Klopfintensität des Bezugsbrennstoffs (gespeichert in dem Speicher 228) und der maximalen Klopfintensität eines jeden der Prüfbrennstoffe (»on der Klemme 222) kennzeichnend ist,

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BAD ORIGINAL

Für JBden der Prüfbrennstoffe erzeugt die Subtrahiereinrichtung 232 dann ein Ausgangssignal, das dem Ausdruck im Zähler des Bruchs der Gleichung (28) gleich ist. Dieses Signal wird einer Iflultipliziereinrichtung 234 zugeführt, dia u/eiterhin ein Signal won einem Bezugssignalerzeuger 236 empfängt» Der ignalerzeuger 236, der beispielsweise eine Spannungsquelle umfassen kann, erzeugt ein Signal, das für den Faktor — kennzeichnend ist, d.h. den Kehrwert der

a '

Steigung der vorherbestimmten Eichkurve des Prüfmotors 20. Das Signal von der PfIuItipliziereinrichtung 234 ist demgemäß für den Bruch in der vorstehenden Gleichung (28) kennzeichnend, und dieses Signal wird an eine Addiereinrichtung 238 angelegt.

Die Addiereinrichtung 238 empfängt weiterhin ein Signal, das für die Oktanzahl des Bezugsbrennstoffs kennzeichnend ist; dieses Signal wird in der folgenden !Weise erzeugt; Eine Klemme 240 ist mit der Ausgangsklemme 90 gemäß Fig. 4 verbunden. Wie vorstehend dargelegt, werden an dieser Klemme Signale erzeugt, die für die bekannten Oktanzahlen der dem Motor zugeführten Bezugsbrennstoffs kennzeichnend sind. Im vorliegenden Falle wird nur ein Bezugsbrennstoff benutzt und daher erscheint an der Klemme nur ein einziges Signal, wenn der Bezugsbrennstoff dem Motor zugeführt wird. Die Klemme 240 ist mit einem Tor 242 verbunden, das von dem Impuls P_R von der Klemme 226 geöffnet wird. Das Oktanzahl-Bezugssignal wird durch das Tor in einen Speicher 244 gelei-

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BAD ORK3JNÄC ^?i

tet, ωό es gespeichert und der Addiereinrichtung 238 zugaführt luird. Der Speicher 244 uiird ebenfalls durch den Impuls Pq zurückgestellt, der in der vorstehend beschriebenen Weise.am Ende einer vollständigen Testfolge an die Klemme 23Ü angelegt u/ird.

Das Signal _von (j_er Addiereinrichtung 238 ist kennzeichnend für N gemäß der Gleichung (28), d.h. die Oktanzahl des PrüfbrennstoffSo Dieses Signal wird einem Tar 246 und von dort einer ^ttusgangsklemme 248 zugeführt. Das Tor 246 u/ird von dem an eine Klemme 250 angelegten Signal P_ gesteuert, welches erzeugt uuird, uienn die Prüf brennstoff e den Prüfmotor 20 zugeführt uierden. Da der Prüfmotor nacheinander mit einer Mehrzahl von Prüfbrennstoffen gespeist luird, erscheint an der Klemme 248 eine Mehrzahl von Ausgangssignalen, die für die Oktanzahlen der Brennstoffe kennzeichnend sind»
Bestimmung der Oktanzahl, mehrere Bezuqsbrennstoffe

Uenn mehrere Bezugsbrennstoffe verwendet werden, iuird die Gleichung (27) in der nachstehenden Form geschrieben, hergeleitet aus den Gleichungen (24) und (25)s

m f-r- ^(dcm^}i + 1 ΣΖ N. (29)

Aus der Gleichung (29) ist ersichtlich, daü der Ausdruck m-

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für die mittlere maximale Klopfintensität, festgestellt für alle bezugsbrennstoffe, kennzeichnend ist_e Weiterhin ist ersichtlich» daß der Ausdruck

m
" N₁ (31)

für die mittlere Oktanzahl aller Bezugsbrennstoffe kennzeichnend ist. Der Faktor (d ). ist für die festgestellte

cm t ,

maximale Klopfintensität des Prüfbrennstoffβ» dessen Oktanzahl bestimmt werden soll» kennzeichend.

Die Gleichung (29) zeigt, daß der Steigungsfaktor — der Eichkun/e in die Rechnung eingeht» Es ist möglich, durch die in den Ausdrücken (30) und (31) gegebenen Faktoren, hergeleitet'von den m Bezugsbrennstoffeh, auszudrücken. In manchen Fällen wird der fiiotor jedoch bereits geeicht worden sein, d.h. es mird eine Kurve ähnlich derjenigen der Fig«2 aus einer viel größeren Anzahl an Bezugsbrennstoffen als die m Bezugsbrennstoffe des vorliegenden Tests berechnet morden sein. In diesem Falle kann es zweckmäßiger sein, — als vorherbestimmte Konstante zu behandeln, anstelle einer Berechnung dieses Faktors unter Verwendung der Glieder der Ausdrücke (3Q) und (31).

Bestimmung der Oktanzahl, mehrere Bezugsbrennstoffe,Annahme eines konstanten Uierts des Steigungsfaktors — Rechenschaltg.

Schaltungen der Fig. 13 und 14 bewirken die Be-

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rechnungen der Gleichung (29) zur Bestimmung der Oktanzahl von einem oder mehreren Prüf brennstoff en unter Veru/endung einer Mehrzahl von Bezugsbrennstoffen und bei Annahme einer vorherbestimmten Steigung der Eichkurve des Prüfmotors. Ds sei angenommen, daß dem Prüfmotor zunächst die Bezugsbrennstoffe zugeführt u/erden, gefolgt von einem oder mehreren Prüfbrennstoffen.

Gemäß Fig. 13 werden die Oktanzahl-Bezugssignale der Schaltung gemäß Fig» 4 (Ausgangsklemme 90) einer Klemme zugeführt, die mit einem Tor 254 verbunden ist. Das Tor 254 uiird von dem an einer Klemme 256 erscheinenden und in der vorstehend beschriebenen Weise von der Schaltung gemäß Fig. 4 u/ährend der Zuführung der Bezugsbrennstoffe zu dem Prüfmotor erzeugten Impulssignal P geöffnet. UJenn die Bezugsbrennstoffe nacheinander dem Motor zugeführt werden, werden die Oktanzahl-Bezugssignale durch das Tor 254 einem ψ Speicherregister 258 zugeleitet, das typischertueise Stufen 1, 2 ..· m enthält, in denen die Oktanzahl»Bezugssignale gespeichert werden. Das Begister wird durch den Impuls P_Q, der an einer Eingangsklemme 259 erscheint und am Ende einer vollständigen Prüffolge erzeugt wird, zurückgestellt.

Die Stufen des Registers 258 sind durch Leiter 260-1, 260-2 ... 260-m mit einer Addiereinrichtung 262 verbunden, die an einer Klemme 264 ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Summe der Oktanzahlen aller Bezugsbrennstoffe kennzeichnend ist. ,

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Signale, die für die maximalen Klopfintansitäten der dem Prüfmotor zugeführten Brennstoffe kennzeichnend sind und wie sia von der Schaltung gemäß Fig« 5 oder den Schaltungen gemäß den Fig. 6-11 erzeugt »erden, werden über ein· Eingangsklemme 266 einem Tor 268 zugeführt. Das Tor 268 u/ird durch das Impulssignal P_R von der Klemme 256 geöffnet und in dieser Weise uierden die Signale der maximalen Klopfintensität aller dem Motor 2ugeführten Bezugsbrennstoffe an ein Speicherregister 270 angelegt. Das Register 270 enthält Stufen 1, 2 ..· m zur Speicherung dieser Signale der maximalen Klopfintensität. Die Registerstufen sind über Leiter 272-1, 272-2 ... 272~m mit einer Addiereinrichtung 274 verbunden, die an einer Agsgangsklemme 276 ein Signal erzeugt, das für die Summe der Klopfsignale aller Bezugsbrennstoffe kennzeichnend ist.

Die Impulssignale P_ft, die von dem zyklischen Zeitgeber der Fig. 1 zur Umschaltung des Prüfmotors von einem Brennstoff auf einen anderen erzeugt werden, ujerden an eine Eingangsklemme 278 gemäß Fig. 13, die mit einem Tor 280 verbunden ist, angelegt. Das Tor 280 tuird durch das an der Eingangsklemme 256 erscheinende Impulssignal Pg geöffnet und überträgt somit die Impulse Ρ._Λwährend der Zeit, zu der die Bezugsbrennstoffe dem Prüfmotor zugeführt werden« Die Impulse von dem Tor 280 werden einem Zähler 282 zugeführt, der am Ende jeder vollständigen Testfoige durch den Impuls P_D zurückgestellt iuird. In dieser Weise erzeugt der Zähler,

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BAD

ein Ausgangssignal, das für die Zahl der dem Prüfmotor zugeführten Bszugsbrennstoffe (m) kennzeichnend ist· Dieses Signal wird an eine Umkehreinrichtung ?84 (inverter) angelegt, die an einer Ausgangsklemme 286 ein für — kennzeichnendes Signal erzeugt*

Die an den Klemmen 264, 276 und 286 der Fig. 13 auf-

^ tretenden Ausgangssignale erreichen die gleich bezeichneten Klemmen der Schaltung gemäß Fig,l4. Dort werden die Signale der Klemmen 264 und 286 einer fflultpliziereinrichtung 288 zugeführt, die ein Ausgangssignal erzeugt, das für den vorstehenden Ausdruck (31) kennzeichnend ist. Das Ausgangssignal aus der Nlultipliziereinrichtung 288 wird einer Subtrahiereinrichtung 290 zugeführt, die ein weiteres eingangssignal von einer Wlultipliziereinrichtung 292 empfängt. ^üie Wlultipliziereinrichtung 292 erhält Eingangssignale von den klemmen 286 und 276 und von einer Klemme 294. Das

™ Signal an der Klemme 294 ist für den Faktor — kennzeichnend. U/ie bereits erwähnt, wird angenommen, daß die Steigung (a) der Eichkurve des Prüfmotors bekannt ist, und demgemäß kann das Signal — durch einen Bezugssignalerzeuger

(nicht dargestellt), z.B. eine Spannungsquelle , erzeugt werden.

Das Signal von der Multipliziereinrichtung 292 wird der Subtrahiereinrichtung 290 zugeführt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das an eine weitere Subtrahiereinrichtung 296 angelegt wird. Die Subtrahiereinrichtung 296

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empfängt weiterhin ein Eingangssignal von einer fflultipliziereinrichtung 298» Eingangssignale zur Iflultipliziereinricht tung 298.stammen von der Klemme 294 {—) und von einer Klemme 300, an die Signale angelegt werden, die für die maximalen KlopfIntensitäten eines jeden der Prüfbrennstoffe, von dem die Oktanzahl bestimmt u/erden soll, kennzeichnend sind. Diese Signale können durch die Schaltung gemäß Fig. 5 oder die Schaltungen gemäß den Fig. 6 - 11, u/ie vorstehend beschrieben, erzeugt werden.

Das Ausgangssignal von der Iflultipliziereinrichtung wird einer Subtrahiereinrichtung 296 zugeführt, um ein ^usgangssignal zu erzeugen, das für N in der vorstehenden Gleichung (29) kennzeichnend ist, d.h. für die Oktanzahl eines jeden der Prüfbrennstoffe.

Das Signal von der Subtrahiereinrichtung 296 wird an ein Tor 302 angelegt, das durch das einer Klemme 304 zugeführte Torimpulssignal Pp gesteuert wird. Das Signal Pp kann dyrch die Schaltung gemäß Fig. 4 erzeugt werden, um das Tor 302 während der Zeit, zu der dem Prüfmotor Prüfbrennstoffe zugeführt werden, zu öffnen. Demgemäß wird, wenn jeder der Prüf brennstoff e dem IKlotor zugeführt uiird und eine Untersuchung des Brennstoffs beendet ist, an einer Ausgangsklemme 306 ein Ausgangssignal erzeugt , das für die Oktanzahl des Prüfbrennstoffs kennzeichnend ist.

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BAD ORIGiNAt.

Berechnung des Steigungsfaktors —·

1 Wie vorstehend dargelegt, kann der Steigungsfaktor —

der Eichkurve des Prüfmotors aus den Informationen Berechnet' werden, die von den dem Prüfmotor zugeführten m Bezugsbrennstoffen stammen» Bei Anwendung der Näherungsmethode der kleinsten Quadrate lässt sich zeigen^ daß der Steigungs

tor — uiie folgt ausgedrückt werden kannt a

πι

(32).

m .- m

Die Glieder in der Gleichung (32) sind die gleichen, uiie jene, die in Verbindung mit den vorstehenden Gleichungen (22) bis (31) erläutert u/urden«

™ Rechenschaltungen für die Bestimmung des Steigungsfaktors —

Die Schaltungen gemäß den Fig. 13 und 15 bestimmen den Steigungsfaktor — der Gleichung (32)»

Gemäß Fig. 13 u/erden die Signale von dem Tor 254, die für die Oktanzahlen der Bezugsbrennstoffe kennzeichnend sind, einer Quadriereinrichtung 308 zugeführt,Die Quadriereinrichtung 308 ist mit einem Speicherregister 310 v/erbunden, das Stufen 1, 2 ... m für die Speicherung der Oktanzahlen

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der Bezugsbrennstoffe enthält. Das Register u/ird durch den Impuls P-Zurückgestellt„

Die Stufen des Speicherregisters 310 sind über Leiter 312-1, 312-2 ... 312-m mit einer Addiereinrichtung 314 verbunden. In der Addiereinrichtung 314 werden die £ingangssignale summiert, um an einer Ausgangsklemme 316 ein Signal zu erzeugen, das für den Ausdruck tn 2
SH N (33)

ial

kennzeichnend ist.

Die Signale von dem Tor 254 uierden weiterhin an eine Hflultipliziereinrichtung 318 angelegt, die Signale von dem Tor 268 erhält. Die Multipliziereinrichtung 318 erzeugt demgemäß Ausgangssignale, die für den Ausdruck

kennzeichnend sind.

Die Signale von der fflultipliziereinrichtung 318 merden einem Speicherregister 320 zugeführt, das durch den Impuls P_n zurückgestellt wird und Stufen 1, 2 ... m zur Speicherung der zugeführten Signale aufweist. Die Stufen des Speicherregistere sind über Leiter 322-1, 322-2 ... 322-m mit einer Addiereinrichtung 324 verbunden, in der sie summiert u/erden. Di_B Addiereinrichtung erzeugt an einer Klemme 326 ein Ausgangssignal, das für den Ausdruck

in

N. 1 cm" χ

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jAVMv^rj ΟΛ-.'

kennzeichnend ist.

Aus "der Fig_e 13 ist lueite-rhin ersichtlich, daß die Signale von der Addiereinrichtung 262, die für den Ausdruck

Xl N. (35a)

i»l ^L

kennzeichnend sind, an eine Quadriereinrichtung 328 angelegt u/erden, um an einer Klemme 330 ein Ausgangssignal zu

erzeugen, das für den folgenden Ausdruck 1 ²

(36)

kennzeichnend ist.

Gemäß Fig, 15 sind die Ausgangsklemmen 330 und 286 der Fig. 13 mit einer IKlultipliziereinrichtung 332 verbunden. Der Ausgang aus der IKiultipliziereinrichtung uiird einer Subtrahiereinrichtung 334 zugeführt, die ein weiteres Eingangssignal von der Klemme 316 der Schaltung gemäß Fig. 13 empfärrjt Das Ausgangssignal der Subtrahiereinrichtung 334 ujird einer Dividiereinrichtung 336 zugeführt.

Die Klemmen 286 , 276 und 264 der Schaltung gemäß Fig. 13 sind mit einer IKlultipliziereinrichtung 338 verbunden. Das ^usgangssignal der Multipliziereinrichtung wird einer Subtrahiereinrichtung 340 zugeführt, die ein weiteres Signal von der Klemme 326 der Schaltung gemäß Fig. 13 empfängt. Das Ausgangssignal der ^ubtrahiereinrichtung 340 iuird an die Dividiereinrichtung 336 angelegt, die an einer Ausgangsklemme 342 ein für den Steigungsfaktor — kennzeichnendes

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Ausgangssignal erzeugt.

Das an der Klemme 342 erzeugte Signal uiird zur Mitwirkung bei der bestimmung der Oktanzahlen der dem Prüfmuster zugeführten trüfbrennstoffe der Klemme 294 gemäß Fig. zugeführt.
Zusammenfassung

Die Erfindung ermöglicht die Untersuchung von einem oder mehreren Bezugs- und Prüf brennstoff en, u/obei jeder der Brennstoffe einem Prüfmotor zugeführt iuird, dessen Betriebsbedingungen sämtlich festgelegt sind, ausgenommen eine, die so verändert wird, daß das Klopfen den Wert maximaler In» tensität durchläuft* Fi'r jeden der Brennstoffe wird das Klopfen mährend eines jeden einer Anzahl von Arbeitskreisläufen des ffletors bestimmt und gespeichert und die gespeicherte Information iuird zur genauen Bestimmung der maximalen Klopfintensität des Brennstoffs verarbeitet. Aufgrund der Speicherung von liierten gestattet die Erfindung die Un- I tersuchung eines Brennstoffs unter Verwendung nur einer kleinen Brennstoffmenge. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung kleiner Brennstoffmengen beschränkt ist und daß die Genauigkeit der Ergebnisse noch u/eiter zunimmt, wenn durch Verwendung einer größeren Brennstoffmenge mehr Daten ermittelt werden»

Nach der Bestimmung der maximalen KlopfIntensitäten der Bezugs- und Prüfbrennstoffe werden die Oktanzahlen der Prüfbrennstoffe aus diesen Informationen und Informationen

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1« Verfahren zur Feststellung der Verbrennungsqualität eines Prüfbrennstoffs, bei dem der Brennstoff zum Betrieb eines Prüfmotors mit einem sich wiederholenden Arbeitskreislauf benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) mährend jedes Arbeitskreislaufs ein Verbrennungsprozeßsignal erzeugt, das für den Verbrennungsvorgang des Brennstoffs in dem Motor während des Arbeitskreislaufs kennzeichnend ist, (b) das Verbrennungsprozeßsignal jedes Arbeitskreislaufs als gesondertes Signal speichert und, in Ansprechen auf die gespeicherten Verbrennungsprozeßsignale, (c) ein Signal erzeugt, das für die Verbrennungsqualität des Brennstoffs kennzeichnend ist.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Stufen (a) bis (c) für einen oder mehrere Bezugsbrennstoff β durchführt und dann für einen oder mehrere Prüfbrennstoffe in einer vorherbestimmten Folge wiederholt, dabei eine mehrzahl von zusammengesetzten Signalen erzeugt, von denen jedes für die gespeicherten Verbrennungsprozeßsignale jeweils eines anderen der Bezugs- und Prüfbrennstoffe kennzeichnend ist, und das für dia Verbrennungsqualität kennzeichnende Signal in Ansprechen auf die Mehrzahl von zusammengesetzten Signalen erzeugt«

   3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbrennungsbedingung»« ao ändert,

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   BADORlGiNAU

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   daß die Detonation bzui. das Klopfen in dem Motor den Bereich maximaler Detonationsintensität bzm. Klopfintensität durchläuft) im Rahmen der Stufe (a) während Jedes Arbeitskreislaufs ein Signal erzeugt, das für die Klopfintensität mährend des Arbeitskreislaufs kennzeichnend ist, in der Stufe (b) das Klopfsignal für jeden Arbeitskreis- _ lauf in Form eines gesonderten Signals speichert und in der Stufe (c) ein ^bignal erzeugt, das für den Spitzenwert einer Funktion der gespeicherten gesonderten Signals kennzeichnend ist, und hierdurch eine Anzeige der maximalen Klopfintensität schafft.

   4a l/erfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 'unktion zusammengesetzte Signale für eins Reihe von Arbeitskreisiäufen des !TIo to rs umfasst, die für die Summe der gespeicherten gesonderten Signale kennzeichend sind, so daß der Spitzenwert der zusammengesetzten Signale " die maximale Klopfintensität des den Motor antreibenden Brennstoffs anzeigt.

   5· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die funktion für eine an die gespeicherten gesonderten Signale angepasste Kurve kennzeichnend ist, so daß der Spitzenwert der Kurve die maximale Klopfintensität des den Rotor antreibenden Brennstoffs anzeigt.

   6· Verfahren nach einem der Ansprüche 3» 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Waasnahme der Änderung einer Verbrennungebedingung eine derartige Änderung des Brennstoff/

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   Luft-Verhältnisses umfasst, daß dieses Verhältnis dan Ufert durchläuft, der eine maximale Klopfintensität in dem Motor herbeiführt.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen für einen oder mehrere Bezugsbrennstoffe durchgeführt und dann für einen oder mehrere Prüfbrennstoffe, in einer vorherbestimmten Folge, wiederholt uierden.

   B. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Verbrennungsprozeßsignals während jedes Arbeitskreislaufs, das für den Verbrennungsvorgang des Brennstoffs in dem Bio tor mährend des Arbeitskreislaufs kennzeichnend ist, eine Einrichtung zur Speicherung des Verbrennungsprozeßsignals eines jeden Arbeitskreislaufs in Form eines gesonderten Signals, und eine Einrichtung zur Erzeugung, in Ansprechen auf die gespeicherten Verbrennungs- ' prozeßsignale, eines für die Verbrennungsqualität des Prüfbrennstoffs kennzeichnenden Signals*

   9« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur aufeinanderfolgenden Zuführung des Prüfbrennstoffs und mindestens eines Bezugsbrennstoffs bekannter Verbrennungsqualität zu dem Prüfmotar auüweist und die Einrichtung zur Erzeugung eines für die Verbrennungsqualität kennzeichnenden Signals eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rlehrzahl von zusammengesetzten Signalen , von denen jedes für die gespeicherten Verbrennungsprozeßsignale

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   BAD ORIGINAL

   jeweils eines anderen der Bezugs- und Prüfbrennstoffe kennzeichnend ist, und eine auf die Mehrzahl der zusammengesetzten Signale ansprechende Einrichtung zur Erzeugung des für die Verbrennungsqualität kennzeichnenden Signals umfaßt.

   1Oo Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf jene der zusammengesetzten Signale, die für die Verbrennungsvorgänge der Bezugsbrennstoffe kennzeichnend sind, ansprechende Einrichtung zur Erzeugung eines Rechensignals und eine auf das Rechensignal und jenes aus der Mehrzahl von zusammengesetzten Signalen, das für den Verbrennungsvorgang des Prüfbrennstoffs kennzeichnend ist, ansprechende Einrichtung zur Erzeugung des für die Ver· brennungequalität kennzeichnenden Signals aufweist,

   11, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinrichtung für eine derartige Veränderung einer Verbrennungsbedingung, daß Detonation bzw. Klopfen in dem Motor den Bereich maximaler Klopfintensität durchläuft, aufweist, die Einrichtung zur Erzeugung des Verbrennungsprozeßsignals so ausgebildet ist, daß sie mährend jedes Arbeitskreislaufs ein für die Klopfintensität während des Arbeitskreislaufe kennzeichnendes Klopfsignal erzeugt, die Speichereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie das Klopfsignal für jeden Arbeitskreislauf als gesondertes Signal speichert, und die Einrichtung zur Erzeugung eines für die Verbrennungsqualität kennzeichnendes Signals eine Ein-

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   BAD ORIGINAL

   richtung zur Erzeugung von Signalen} die eine Funktion der gespeicherten gesonderten Signale sind, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, das für den Spitzenwert der Funktion, der die maximale Klopfintensität des verbrennbaren Gemischs in dem Motor anzeigt, umfasst.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie das Brennstoff/Luft-Verhältnis ändert derart, daß dieses Verhältnis den lüert durchläuft, der eine maximale Klopfintensität in dem Motor herbeiführt.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Spitzenu/erts derart ausgebildet ist, daß sie ein Signal erzeugt, das für den Ausdruck

   R²

   kennzeichnend ist, wobei 3 definiert ist als

   worin j die Anzahl der gespeicherten Klopfsignale und (d ). die Größe des i-ten gespeicharten Klopf· signals bedeuten,
   R definiert ist als ·

   R = i=

   <t_a - D

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   ~ 58 -

   worin (ta), die relative Zeit des Eintritts des i-ten Arbeitskreislaufs bedeutet und t definiert ist als

   Q definiert ist als

   - t

   und S definiert ist als

   14«'Vorrichtung nach Anspruch 11 odar 12, dadurch ge- ψ kennzeichnet, daß die Funktion

   ^di * ^dl-l ^{+ d}i-2 ⁺ ··· ^di-h+l ist, wobei d. die Größe des gespeicherten Klopfsignals für den i-ten Arbeitskreislauf und h eine positive ganze Zahl größer als Eins bedeuten.

   15« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ains Einrichtung zur aufeinanderfolgenden Zuführung des Prüfbrennstoffs und mindestens eines Bezugsbrennstoffs bekannter l/erbrennungsqualität zu dem Prüfmotor aufweist, die Einrichtung zur Erzeugung von

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   BAD ORIGINAL ^v

   Signalen, die eine Funktion der gespeicherten gesonderten Signale sind, so ausgebildet ist, daß sie eine Mehrzahl von zusammengesetzten Signalen erzeugt, von denen jedes für die gespeicherten gesonderten Signale jeweils eines anderen der Bezugs- und PrüFbrennstoffe kennzeichnend ist, und die Einrichtung zur Erzeugung des Spitzensignals so ausgebildet ist, daß sie Signale erzeugt, die für den Maximalwert der Mehrzahl von zusammengesetzten Signalen für jeden der Bezugs- und ^rüfbrennstoffe kennzeichnend sind_o

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie, wenn der mindestens eine Bezugsbrennstoff von bekannter Oktanzahl ist, eine auf die bewerteten (uieijited) Signale, die für den Maximalwert der zusammengesetzten Signale kennzeichnend sind, ansprechende Einrichtung zur Er· zeugung eines für die Oktanzahl des Prüfbrennstoffs kennzeichnenden Ausgangssignals aufweist.

   17» Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bemessungseinrichtung zur Steuerung des Brennstoffdurchflusses, eine Umschalteeinrichtung zur aufeinanderfolgenden Zuführung der Prüf- und Bezugsbrennstoffe zu der Zutnesseinrichtung und eine Einrichtung zur Verbindung der Zumesseinrichtung mit dem Prüfmotor für die Zuführung von Brennstoff zu dem Motor aufweist,

   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-14,' dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Fallspiegelvergaser umfasst.

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   BADORJQiNAi. ^; ,L :;--

   19« Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Fallspiegelvergasern umfasst und eine Umschalteinrichtung zur aufeinanderfolgenden Verbindung der Vergaser mit dem Motor sou/ie eine Einrichtung zur Betätigung der Umschaltein· richtung für eine Zuführung von Brennstoffen zu dem Motor in einer vorherbestimmten Folge vorgesehen sind.

   20» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung ein Speicherregister und die Einrichtung zur Erzeugung von Signalen, die eine Funktion der gespeicherten gesonderten Signale darstellen, eine Addiereinrichtung umfassen.

   21« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen Speicher umfasst, der zur Speicherung einer festliegenden Anzahl an gesonderten Signalen in der Lage und so ausgebildet ist, daß er jedes nachfolgende Klopfsignal speichert, indem er nacheinander vorhergehende Signale in der Reihenfolge in der sie empfangen wurden, entlässt»

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