DE19704264A1 - Klopferkennungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klopferkennungssystem für eine insbesondere mehrzylindrige Brennkraftmaschine, wobei das auf klopfende Verbrennung zurückzuführende Brennraumgeräusch mit einem Mikrophon aufgenommen und auf geeignete Weise ausgewertet wird. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 40 03 664 A1 insbesondere auf die DE 34 29 217 A1 verwie­ sen.

Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen kommen vermehrt Klopferken­ nungssysteme zum Einsatz, mit Hilfe derer eine dem Fachmann bekannte und an sich unerwünschte klopfende Verbrennung festgestellt werden kann, woraufhin geeignete Gegenmaßnahmen, insbesondere eine Spätverlegung des Zündzeitpunktes eingeleitet werden. Insbesondere im Rahmen der Ent­ wicklungsarbeiten an einer Brennkraftmaschine kommen als Sensoren für die Erfassung einer klopfenden Verbrennung Drucksensoren zum Einsatz, die den tatsächlichen Druckverlauf im Brennraum der Brennkraftmaschine aufzeichnen, anhand dessen dann eine klopfende Verbrennung sicher er­ kannt werden kann. Bei diesen Drucksensoren, die bevorzugt für jeden ein­ zelnen Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen werden, handelt es sich insbesondere um einen Piezoquarz.

Ferner kommen als Klopfsensoren Beschleunigungsaufnehmer zum Einsatz, die am Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt sind, so wie dies bei­ spielsweise in der DE 34 29 217 A1 gezeigt ist. Dort genügt ein einziger Be­ schleunigungsaufnehmer zum Erkennen einer klopfenden Verbrennung in mehreren Zylindern, indem dieser Beschleunigungsaufnehmer auf einer ge­ eigneten sog. Brücke angeordnet ist.

Noch eine weitere Möglichkeit zur Erkennung einer klopfenden Verbrennung ist in der DE 40 03 664 A1 beschrieben, wonach ein Mikrophon vorgesehen ist, welches die mit einer klopfenden Verbrennung typischerweise einherge­ henden spezifischen Geräusche aufnimmt.

Bei allen diesen Klopferkennungssystemen ist es selbstverständlich erfor­ derlich die von den Aufnehmern registrierten Signale in geeigneter Weise auszuwerten, d. h. die Signalaufnahme erfolgt bevorzugt nur in einem ge­ eigneten Zeitfenster, in welchem überhaupt klopfende Verbrennung stattfin­ den kann, wobei eine mehrfache Filterung der Signale erfolgen muß, um störende Frequenzen zu eliminieren, so daß letztendlich nur die aus der klopfenden Verbrennung herrührenden Geräusche in einer elektronischen Recheneinheit ausgewertet werden und dann entsprechende Abhilfemaß­ nahmen zum Abstellen dieser klopfenden Verbrennung eingeleitet werden.

Die eingangs erwähnten Piezoquarz-Drucksensoren sind so teuer, daß sich diese Technik als Klopferkennungssystem bei den in Großserie befindlichen Brennkraftmaschinen nicht durchgesetzt hat. Üblicherweise kommen heute daher die ebenfalls beschriebenen Beschleunigungsgeber zum Einsatz, die am Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt werden, wobei deren Anzahl deutlich geringer als die Anzahl der Brennkraftmaschinen-Zylinder gewählt wird. Bei diesem Klopferkennungsverfahren sind jedoch die Verbrennungs­ signale nur schwer vom allgemeinen mechanischen Geräuschpegel, der durch die bewegten Bauelemente an der Brennkraftmaschine erzeugt wird, zu trennen. Diese indirekte akustische Signalerfassung über die Struktur des Brennkraftmaschinen-Gehäuses dürfte bei zukünftigen voll variablen Brenn­ kraftmaschinen-Ventiltrieben noch deutlich verstärkte Probleme hervorrufen. Gleiches gilt im übrigen für das eingangs erwähnte Klopferkennungssystem mit einem einzigen Mikrophon, welches nahe der Brennkraftmaschine bei­ spielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wenn diese Brennkraftmaschine als Kraftfahrzeug-Antriebsaggregat fungiert. Auch hier sind so viele Störsignale vorhanden, daß eine zuverlässige Auswertung der Geräusche im Hinblick auf eine sichere Klopferkennung praktisch ausge­ schlossen ist.

Ein demgegenüber verbessertes Klopferkennungssystem aufzuzeigen ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Brenn­ raumgeräusch von einer in der Brennraumwand vorgesehenen Membran sowie einer sich hieran anschließenden Schallwellen-Leitung an das Mikro­ phon übertragen wird. Bevorzugt sind die Schallwellen-Leitungen mehrerer Brennkraftmaschinen-Zylinder einem einzigen Mikrophon zugeführt. Vorteil­ hafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines lediglich prinzipiell darge­ stellten bevorzugten Ausführungsbeispieles, wobei

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen für ein erfindungsgemäßes Klopferkennungssystem geeigneten Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf zeigt und wobei in

Fig. 2 eine grundsätzlich mögliche Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Klopferkennungssystems für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt ist.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 der Zylinderkopf einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Brennraum die Bezugsziffer 2 trägt. In diesen Brennraum 2 mündet neben einem nicht gezeigten Auslaßkanal ein von einem Gaswechselventil 3 verschließbarer Einlaßkanal 4, ferner ist eine Zündkerze 5 zur Zündung des Brennstoff-Luftgemisches im Brennraum 2 vorgesehen.

Ähnlich der für die Zündkerze 5 vorgesehenen, im Brennraum 2 mündenden und dabei nicht näher bezeichneten Aufnahmebohrung ist im Zylinderkopf 1 eine weitere Aufnahmebohrung 6 vorgesehen, die ebenfalls im Brennraum 2 mündet und in die ein Rohrstutzen 7 eingesetzt ist, der diese Aufnahmeboh­ rung 6 brennraumseitig bündig mittels einer Membran 8 verschließt. An die­ sen Rohrstutzen 7, der in den Zylinderkopf 1 eingeschraubt ist, schließt sich eine Schallenwellen-Leitung 9 an, welche vom Rohrstutzen 7 bzw. von der Membran 8 zu einem lediglich abstrakt dargestellten Mikrophon 10 führt. Bei der Membran 8, die den Rohrstutzen 7 brennraumseitig verschließt, handelt es sich um eine druckfeste und hochtemperaturfeste Stahlmembran. Über diese Membran 8 sowie über die Schallenwellen-Leitung 9 können Geräu­ sche, die im Brennraum entstehen, somit zum Mikrophon 10 übertragen werden. Insbesondere werden an das Mikrophon 10 aus dem Brennraum 2 auch die typischerweise auf eine klopfende Verbrennung hinweisenden Klopf-Geräusche übertragen.

Zur optimalen Geräuschübertragung kann jede Schallwellen-Leitung 9 als mit einem Gas oder einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllte Schlauchlei­ tung ausgebildet sein. Damit erhält das Mikrophon 10 unverfälscht das tat­ sächlich im Brennraum vorliegende Geräuschspektrum.

Mit einer nicht gezeigten, jedoch dem Fachmann bekannten, da auch bei anderen Klopferkennungssystemen üblichen elektronischen Auswerteschal­ tung, die dem Mikrophon 10 nachgeschaltet ist, kann dann ein Signal gene­ riert werden, welches auf eine klopfende Verbrennung hinweist, so daß in der üblichen elektronischen Steuereinheit für die Brennkraftmaschine geeig­ nete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.

Fig. 2 zeigt prinzipiell die Anordnung an einer mehrzylindrigen, hier vierzy­ lindrigen Brennkraftmaschine. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein eigener Rohrstutzen 7 mit Membran 8 vorgesehen, so daß hier insge­ samt vier Rohrstutzen 7 vorgesehen sind, an die sich jeweils eine Schallwel­ lenleitung 9 anschließt, wobei alle Schallenwellen-Leitungen 9 einem einzi­ gen Mikrophon 10 zugeführt werden. An dieses Mikrophon 10 schließt sich wieder die bereits kurz erwähnte Auswerteeinheit 11 an, in welcher die Si­ gnale zunächst einem Meßfenster unterworfen werden, so daß eine Geräu­ schanalyse tatsächlich nur zu denjenigen Zeitpunkten stattfindet, zu welchen eine klopfende Verbrennung auftreten kann, wonach die Ausgangssignale des Mikrophons 10 entsprechend gefiltert werden, um in der elektronischen Steuer- bzw. Recheneinheit dann zu entscheiden, ob eine klopfende Ver­ brennung aufgetreten ist.

Mit dem beschriebenen Klopferkennungssystem können die auf Klopfen hinweisenden Verbrennungssignale auf einfachste Weise direkt an ihrer Entstehungsquelle erfaßt und damit deutlich besser von den mechanischen Geräuschen der Brennkraftmaschine unterschieden werden. Das vorge­ schlagene Klopferkennungssystem erlaubt daher die Verwendung von Ven­ tiltrieben für die Gaswechselventile mit deutlich stärkerer akustischer Anre­ gung als die heutigen Klopferkennungssysteme bzw. mit einem erweiterten Frequenzspektrum, ohne dabei die Qualität der Klopfregelung zu beein­ trächtigen. Der eigentliche Klopfsensor, nämlich das Mikrophon 10, kann dabei an einer geeigneten Stelle angebracht werden, wo er/es weder hefti­ gen Schwingungen noch thermischer Belastung ausgesetzt ist. Insbesonde­ re ist auch bei der Applikation des vorgeschlagenen Klopferkennungssyste­ mes ein gegenüber bisherigen Systemen reduzierter motorspezifischer Auf­ wand erforderlich.

Claims (4)

1. Klopferkennungssystem für eine insbesondere mehrzylindrige Brenn­ kraftmaschine, wobei das auf klopfende Verbrennung zurückzufüh­ rende Brennraumgeräusch mit einem Mikrophon (10) aufgenommen und auf geeignete Weise ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennraumgeräusch von einer in der Brennraumwand vorgesehenen Membran (8) sowie einer sich hieran anschließenden Schallwellen-Leitung (9) an das Mikrophon (10) übertragen wird.

2. Klopferkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen-Leitungen (9) mehre­ rer Brennkraftmaschinen-Zylinder einem einzigen Mikrophon (10) zu­ geführt sind.

3. Klopferkennungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) Bestandteil eines Rohrstutzens (7) ist, der in eine geeignete im Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf (1) vorgesehene und im Brennraum (2) mündende Auf­ nahmebohrung (6) derart einsetzbar, insbesondere einschraubbar ist, daß die Membran (8) brennraumseitig bündig die Aufnahmebohrung (6) verschließt.

4. Klopferkennungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen-Leitung(en) (9) als mit einem Gas oder einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllte Schlauchleitung(en) ausgebildet ist/sind.