DE2146361C3 - Vorrichtung zum Messen des Klopfens bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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In diesem Zusammenhang ist aus der deutschen und dem höchsten Druckpunkt, bei dem ⁿ^™^aJg.

Auslegeschrift 1 270 838 bereits eine Vorrichtung weise das Klopfen beginnt als M«™» _GrenZen

zum Messen des Klopfens bei Brennkraftmaschinen schwindigkeit und innerhalb vernuniiigci

bekannt, bei der die Vibrationen der Maschine auf- des Vorwinkels nicht variiert. . Verzö-

genommen, in entsprechende elektrische Signale um- 5 Auf diese Weise ist es bei einer g^ee·?"^c _ktriscne

gewandelt und in dieser Form dann an ein Verarbei- gerung des Zündfunkens moglicn, me: ^_m

tungssystem gegeben werden, in welchem das Signal Torschaltung zu betätigen, die ™^BP'^ctu _i)ff.

verstärkt und gefiltert wird. Zur Unterdrückung von höchsten Druckpunkt getnggert wird unu ^

Störungen, welche z. B. Ventilgeräuschen, abe r nicht nungsdauer dem Winkel des mogiicne π^ν _Runft einer Detonation des Kraftstoffs in der Maschine zu- io spricht. Die Torschaltung konditionieri uic _kiert

zuschreiben sind, ist dabei eine Torschaltung mit der Signale, die so für den Rest des/*"".. _Di_e

einer Zeitgebereinrichtung zur Festlegung der Tor- sind, d. h. wenn nur Störungen vornanoen sλ -

Öffnungszeit vorgesehen, während welcher die von Verbesserung des Verhältnisses,zwischenι sigia^^

der Vibrationsaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Störung, wie sie nach der fcrrinaung luj yibra-

Signale durch das Tor gelangen können. Die Zeitge- 13 Drehzahlbereich erhalten wird ™«" _rundae-

bereinrichtung arbeitet so, daß jedesmal bei Errei- tionsmessung mit einem Restgeraus cn J- ?_t

chen einer bestimmten Kurbelwinkelstellung ein Im- rausch) möglich, das nicht honer ais ueι β

puls bestimmter Dauer ausgeiöst wird, während der welches im FaUe der ^D™^ckme3^f eXrfert

die Torschaltung geöffnet wird. Bei unterschiede Bei der erfindungsgemaßen ^Anor£ⁿ""*> . · _{e be}_

chen Maschinengeschwindigkeiten tritt demnach der « darüber hinaus die Anordnung aes rmc^₁₁₁

Nachteil auf, daß entsprechend unterschiedliche sonderen Einrichtungen; eshat sien nc _B

Winkelbereiche pro Maschinenumdrehung dem off- daß ein einziges BandpaUtilter zwirnen

nungszeitraum der Torschaltung entsprechen. Dies 1OkHz ausreichend ist.

führt aber zu keiner vollkommenen Entstörung und Mit der Vorrichtung nach der

zu keiner einwandfreien ausschließlichen Aussonde- »5 ein Ermitteln der Schwingungen aer

rung der Detonationsgeräusche über einen größeren schine, beispielsweise mittels ein*' B«™¹ f ^B _nd

Drehzahlbereich. messers der P'^¹^"^" ^f_n Sd* «n-Aufgabe der Erfindung ist es, unter Benutzung des einer anderen ^b _k ^ekan"^ten.^^U^^rt'if _a"ebracht wird Signalprobeverfahrens eine einfache und genaue tralen Spannschrauben desKopt« angi^ϊ°" _kfa{t.

Vorrichtung zur direkten und quantitativen Messung 30 oder auf andere geeignete Weise mit aer _te

des Klopfens bei Brennkraftmaschinen zu schaffen, maschine verbunden wird, uuren β·.,

^F -- ■ - · Schwingungsfeststellemrichtung, z.B. das Bescmc

nigungsmeßgerät, werden die ^^"^J'S entsprechend der Vibration der B^ren"^kraftm^^h _d^ ₃₅ an die Verarbeitungsanordnung gegeben, m^r d« Signal verstärkt und tene Signal gelangt nung, die mit der Schließlich erfolgt ein Ermitteln

erfolgt

des Klopfens bei ref ,

die bei verschiedenen Motortypen und außerdem sowohl bei konstanten Geschwindigkeiten als auch bei Beschleunigungen innerhalb eines größeren Maschinendrehzahlbereiches arbeitet.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bezieht wird dies dadurch erreicht, daß die Zeitgeberschaltung eine

Einrichtung zur Entnahme von Impulsen entspre- Sch leßc g

chend den Zündungen der Maschine aufweist, deren 4· gnals mittels eines geeigneten

Impulse zur Vergleichmäßigung einer Impulsformer- haft ein Au zeichnen *5_t5* schaltung zugeführt sind, daß die Ausgangsimpulse Die Schritte der.Ermittlu

der Impulsformerschaltung als Steuerimpulse einem tels eines pie»elektn ^f"^

bistabilen Multivibrator zugeführt sind, der aus- tes. der Verstärkung;und des

gangsseitig mit einem einen Kondensator aufweisen- 45 kann mittels auf dem Fachgebiet

den elektronischen Integrator verbunden ist, welcher tungen erfolgen WJwJ™

bei konstantem Strom über die Zeü einer Kalbpe- S. 155 bis; 159, I

riode des aus dem bistabilen Multivibrator austreten- Wesenthch ist jedoch

den Rechtecksignals integriert, und daß an die bei- von Störungen "ber den, den Anschlüssen des Kondensators entsprechen- ₅o wodurch, wie oben erwähnt

den Ausgänge des Integrators jeweils ein Kondensa- ^^^£^^

tör, ein von der Impulsfonnerschaltung über eine konstanten GeschwincUgKeii

Hilfssteuereinrichtung basisseitig gesteuerter, mit sei- schleun.gung moglich' J^ird·

ner Emitter-Kollektorstrecke parallel zum Kondensa- des bistabilen Multmbrators tor liegender Transistor und ein aus zwei quadrati- 55 zwischen zwei ^ZundimP^u^^e"_i

schen Verstärkern und einem diesen beiden nachge- node ,st umgekehrt Ρ™^

schalteten Exclusiv-Oder-Gatter bestehender logi- ^sJ*^w£ⁿ**^kf'' ? scher Kreis angeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem durch ^ die Torimpulszeit bestimmenden Eingang der Tor- b,

SSU den Durchlaß der

Ä ist erhaltenen Si-

_md vorteilun

mit-

_das Filter _Einrich.

^ _rec_hte Spalte).

_d ' Unterdrückung de^J^ter _kh*

^^ quanti-

Άα der Be_iodendauer

^bP _m-_{t der} Zeit m

_ist der Je-

Klopfen folgenden Vibrationen vorhanden sind wo- _nn

bei dieser Winkel zweckmäßig zwischen 60 und 80°, 6₅ oder^«jm ™£^T™^w£ter Besch.eu-

vorzugsweise bei etwa 70°, hegt. des copies "W™?"¹ , K _der ßrennkraft-

Diese Messung ist möglich, da beobachtet werden nigungsraesser ^{1 d e} Schw^gungen ^

konnte, daß der Winkel zwischen dem Zündfunken maschine und gibt die entsprecnenoe

5 6

eine Verstärker- und Filteranordnung 2. Das die An- tional zur Geschwindigkeit. Zwei Kondensatoren 16

Ordnung 2 verlassende Signal wird an eine mit der und 17 werden auch mit der Anschlußspannung der

Zündung synchronisierte Einrichtung zur Störunler- Kapazität des Integrators 6 geladen. In der folgenden

drückung 8, an einen aus mehreren, im folgenden Halbperiode werden diese Kondensatoren bei kon-

noch beschriebenen Baueinheiten 10, 11 und 12 be- 5 stantem Strom entladen. Die Entladung bei konstan-

stehenden Signaldetektor und schließlich an eine An- tem Strom erfolgt über Transistoren 15 undl4, die

Ordnung 13 zum Aufzeichnen der Daten gegeben. mit direkt gespeisten Kollektoren geschaltet sind und

Die Teile 1 und 2 können in auf dem Fachgebiet durch eine HilfsSteuerung 7 gemeinsam an der Basis

bekannter Weise realisiert werden. Die Anordnung gesteuert sind. In dem Augenblick, in dem der Kon-

zur Störunterdrückung besteht aus einer Torschal- io densator 16 einen Spannungswert praktisch gleich

tung 8, die den Durchgang des aus dem Filter 2 Null erreicht, wird er benutzt, um die elektronische

kommenden Signals nur für den Typ entsprechend Torschaltung 8 zu öffnen, die im Augenblick der

der Kurbelverschiebung zuläßt, während der die Entladung des Kondensators 17 mittels eines logi-

Schwingungen auf Grund des Klopfens vorhanden sehen Kreises 9 geschlossen wird, wobei dieser durch

sind. Die Torschaltung 8 kann von elektromechani- 15 zwei quadratische Verstärker gebildet wird, deren

scher Bauart sein, d.h. durch eine integral mit der Ausgang mit einem Oder-Fxclusivkreis verbunden

Kurbelwelle ausgebildete Scheibe mittels einer pho- ist.

toelektrischen Anordnung gesteuert werden oder Der Öffnungspunkt der Torschaltung 8 wird um kann von rein elektronischer Bauart sein. Sie weist einen bestimmten Winkel außerphasig, und die Torfolgende Merkmale auf: »0 Schaltungsimpulse haben konstante Amplitude. Die

a) Sie beginnt mit einer Phasenverschiebung b* ™* auf die £™£0!Α l»£ zughch der Zündung zu offnen, derart, daß _Klopfeffekte meßbar oder ermittelbar sind. Für

sich Koinzidenz mit der Maximaldruckspntzc _den „^ ^, _{des Arbeitszyklus werden die aus}

u\ ^e— .' ·. j τ- j· 1 u · · _ »5 dem Filter 2 kommenden Signale, die auf Störungen

-u ™ ^z»^ndimP^u!^s synchronisiert; _{{Gnjnd verschiedene}* _{Ursachen zurückzuf}|_h.

c) Are Öffnungszeit entspricht einem Winkelbe- _{ren χ ß auf das} .._{)f{ def} ^. _jsche

reich unabhängig von der Drehzahl, wobei die- _{SchW der} Kurbelwelle und andere mechani-

ser W.nkelbereich einer normalen Dauer der störungen, für die Auswertung abgebrochen

Schwingung auf Grund des Klopfens entspricht herangezogen.

Dieser Winkelbereich hegt zwischen 60 und _{ßas am} f | _{def eleklronischen Torechal}. 80 , vorzugsweise bei etwa 70°. _{tung g ermiUelte} ⁶ _od|_{r gemeS}sen_e Signal wird mittels Vom Zündsystem wird mittels einer induktiven eines ÄC-Gliedes 10 gemittelt, dessen Zeitkonstante Sonde 3 ein Impuls bei jeder Zündung aufgenommen. bei etlichen Millisekunden liegt, und wird dann an Der durch den Pulsformer 4 gleichmäßig gemachte 35 ein Maximalspannungsgerät H gegeben. Dieses wird Impuls steuert einen bistabilen Multivibrator durch einen Impuls von etwa einer Millisekunde (flip-flop) 5, der einen normalen sowie einen zusätzii- rückgestcllt, welcher mittels des Impulsformerkreichen signalinvertierenden Ausgang aufweist. Von ses 4 erhalten wird. Man erhält dann ein Signal mit diesem wird einerseits ein Rechtecksignal abgegeben, einem stufenförmigen Verlauf, dessen Wert proporwelches sich bei jedem Zündimpuls ändert (1- oder *o tional zum mittleren Wert ist, der durch den Be-0-Zustand), sowie andererseits am zusätzlichen Aus- schleunigungsmesser 1 während des öffnens der Torgang ein Signal von der gleichen Gestalt, jedoch mit schaltung 8 erhalten wurde. Das Signal wird daher in umgekehrten Vorzeichen (0-oder 1-Zustand). einem RC-Glied 12 gemittelt, dessen Zeitkonstante Es wird nun der Verlauf der dem ersten Signal fol- vorzugsweise bei etwa 2 Sekunden liegt, und an einen genden Signale sowie der dem dazu invertierten Si- 45 Aufzeichner 13 für die Klopf intensität als Funktion gnal folgenden Signale betrachtet, wobei letzteres der Zeit gegeben. Bei der Wahl der Zwei-Sekundengleich ist, nur um eine Zündphase verschoben ist. Zeitkonstante wurde es einerseits als notwendig an-Das erste Ausgangssignal des bistabilen Multivi- gesehen, das Signal zu mitteln, um eine Aufzeichbrators 5 (flip-flop) wiTd über eine Halbperiode mit- nung mit einer gewissen Gleichmäßigkeit zu erhalten, tels eines elektronischen Integrators 6 bei konstantem 50 Andererseits soll keine übermäßige Zeitkonstante Strom integriert. Der Endspannungswert, welcher an eingeführt werden, da dann unzulässige Verzögerunden Anschlüssen der nicht dargestellten Kapazität gen bei der Messung des Phänomens während der des Integrators 6 erreicht wird, ist umgekehrt propor- Beschleunigung auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

gerät (11) ein weiteres ÄC-Glied (12) nachge- Patentansprüche: schaltet ist, dessen Zeitkonstante etwa bei 2 Se kunden liegt, und daß an dieses ÄC-Glied (12)

1. Vorrichtung zum Messen des Klopfens bei ausgangsseitig eine Aufzeichnungseinrichtung

Brennkraftmaschinen mit einer Einrichtung zur S (13) zur Aufzeichnung der Klopfintensität als Aufnahme der Vibrationen der Maschine und zur Funktion der Zeh angeschlossen ist.

Umwandlung dieser Vibrationen in elektrische
Schwingungen und mit einer dieser Einrichtung

nachgeschalteten Verstärker- und Filteranord-

nung, welche mit ihrem Ausgang an eine elektri- io
sehe Torschaltung angeschlossen ist, deren Tor-

impulszeit durch eine als Störungsunterdrük- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mes-

kungseinrichtung wirksame Zeitgeberschaltung sen des Klopfens bei Brennkraftmaschinen mit einer bestimmt ist und deren Ausgangssignale an eine Einrichtung zur Aufnahme der Vibrationen der Ma-Detektorcinrichtung geführt sind, dadurch 15 schine und zur Umwandlung dieser Vibrationen in gekennzeichnet, daß die Zeitgeberschal- elektrische Schwingungen und mit einer dieser Eintung eine Einrichtung (3) zur Entnahme von Im- richtung nachgeschalteien Verstärker- und Filteranpulsen entsprechend den Zündungen der Ma- Ordnung, welche mit ihrem Ausgang an eine elektrischine aufweist, deren Impulse zur Vergleichmä- sehe Torschaltung angeschlossen ist, deren Torimßigung einer Impulsformerschaltung (4) züge- »o pulszeit durch eine als Störungsunterdrückungseinführt sind, daß die Ausgangsimpulse der Impuls- richtung wirksame Zeitgeberschaltung bestimmt ist formerschaltung (4) als Steuerimpulse einein bi- und deren Ausgangssignale an eine Detektoreinrichstabilen Multivibrator (5) zugeführt sind, der aus- tung geführt sind.

gangsseitig mit einem einen Kondensator aufwei- Das Problem der Messung des Klopfens bei hansenden elektronischen Integrator (6) verbunden as delsüblichen Brennkraftmaschinen bei hohen Geisi, wclchci bei konstantem Strom über die Zeit sehwindigkeiten ist in den vergangener·. Jahren Geeiner Halbperiode des aus dem bistabilen Multi- genstand^ahlreicher Untersuchungen gewesen. Davibrator (5) austretenden Rechtecksignals inte- bei wurden Versuchsanlagen erstellt, von denen griert, und daß an die beiden, den Anschlüssen einige eine quantitative Abschätzung dieser Verhältdes Kondensators entsprechenden Ausgänge des 30 nisse erlauben.

Integrators (6) jeweils ein Kondensator (16, 17), Diese Vorrichtungen, die im allgemeinen auf der

ein von der Impulsformerschaltung (4) über eine Überwachung des Druckes in der Brennkammer ba-Hilfssteuereinrichtung (7) basisseitig gesteuerter, sierten, führten zu günstigen Ergebnissen und ermögmit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel zum lichten eine beachtliche Weiterentwicklung der UnKondensator (16, 17) liegender Transistor (14, 35 tersuchungen. Sie arbeiten jedoch sehr begrenzt, 15) und ein aus zwei quadratischen Verstärkern wenn die Messung an verschiedenen Kraftfahrzeugty- und einem diesen beiden nachgeschalteten Exdu- pen vorgenommen werden soll.
siv-Oder-Gatter bestehender logischer Kreis (9)" Für eine korrekte Überwachung der Druckändeangeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem die rungen, welche das Klopfen charakterisieren, ist es Torimpulszeit bestimmenden Eingang der Tor- 40 notwendig, einen mit der Brennkammer verbundenen schaltung (8) verbunden ist. Wandler anzuordnen, da das Vorhandensein von

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Verbindungs- oder Anschlußleitungen fast immer zu kennzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Auf- Resonanzerscheinungen führt, die das studierte Phänahme der Vibrationen der Maschine und zur nomen überdecken. Es müssen daher spezielle Köpfe Umwandlung dieser Vibrationen in elektrische 45 angebracht werden. Diese Köpfe weisea ein Loch zur Schwingungen in an sich bekannter Weise ein Be- Anordnung des Wandlers auf.

schleunigungsmesser, beispielsweise vom Piezo- Um Messungen an zahlreichen Kraftfahrzeugen

elektrischen Typ, ist, der an eine der zentralen vorzunehmen, wie es notwendig ist, um den Oktan-Spannmuttern des Zylinderkopfes der Maschine bedarf der Kraftfahrzeuge im Betrieb zu untersuangebracht oder mit der Maschine in anderer ge- 50 chen, oder für Messungen an Kraftfahrzeugen, bei eigneter Weise verbunden ist. denen es unmöglich ist, einen Wandler einzuführen,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- ist es bekannt, andere Anordnungen in die Untersudurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) chungen einzubeziehen, wie beispielsweise die der zur Entnahme von Impulsen entsprechend den überwachung der Temperatur, des Verlaufs der Zündungen der Maschine eine induktive Sonde 55 Ionisation und insbesondere der Überwachung der ist. mechanischen Schwingungen der Wandungen der

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Brennkammer. Dieses letztgenannte Verfahren ist Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der De- sehr interessant, wenn man die Einfachheit der Antektor nach dem Ausgang der Torschaltung (8) wendung der bekannten Beschleunigungsmesser beein das Ausgangssignal mittelndes RC-Glied (10) 60 achtet, wie sie normalerweise zur Messung der aufweist. Schwingungen verwendet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Die durch solche Verfahren bisher erhaltenen kennzeichnet, daß der Ausgang des KC-Gliedes Schätzwerte werden nicht durch einen auf einer Skale (10) mit einem Maximalspannungsmeßgerät (11) ablesbaren Wert quantifiziert, sondern vielmehr daverbunden ist, das zu seiner regelmäßigen Rück- 65 durch erzielt, daß man die Unregelmäßigkeiten und stellung vom Impulsformer (4) gesteuert ist. die Spitzen abschätzt, die in einer Aufzeichnung des

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Schwingungsniveaus für eine bestimmte Frequenz kennzeichnet, daß dem Maximalspannungsmeß- vorhanden sind.