DE2852760A1

DE2852760A1 - Schaltungsanordnung zum automatischen unterdruecken des grundstoerpegels in einer vorrichtung zum messen der klopffestigkeit einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2852760A1
Application number: DE19782852760
Authority: DE
Inventors: Virgilio Arrigoni; Bruno Gaetani; Fulvio Giavazzi
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1977-12-06
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1979-06-28
Also published as: FR2411399A1; DE2852760C2; GB2009406B; GB2009406A; IT1088734B; FR2411399B1

Description

DR. ING. F. "WTJESTHOFF SoOO MÜNCHEN DIt. E. ν. PECIIMANN SCHWEIGEBSTBASSE S DIt. ING. D. BEHRENS ^ ^m™ < 089 ) 6G 20

TBlSX 5 Si 070

DIPL. ING. It. GOETZ

TF.IEOHAMME :

PATENTANWÄLTE fc. V ■» *. . WW pnOTEOTPAXENT

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AnneLder: Snamprogetti S.p.A.

Corso Venezia 16 Mailand, Italien

Titel; Schaltungsanordnung zum automatischen

Unterdrücken des GrundstorpegeIs in einer Vorrichtung zum Messen der Klopffestigkeit einer Verbrennungskraftmaschine.

DIt. ING. F. WTTESTHOFF

DR.E. ν. ΡΈΟΗΗΑΝΝ

DR. ING. D. BEHRENS DIPI,. ING. R. GOETZ

& MÜNCHEN 9O SCHWEIGKEHSTRASSE 2 TELEFON (089) 66 20 31 TELEX 5 24 070

TELBOZIAMME : PHOTEOTPATENT MUNOIEBN

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Beschreibung

Schaltungsanordnung zum automatischen Unterdrücken des Grundstörpegels in einer Vorrichtung zum Messen der Klopffestigkeit einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des Klopfens in einer Verbrennungskraftmaschine ausgehend von den Schwingungen, die im Motoraufbau charakteristisch sind, wenn sie durch den plötzlichen Druckanstieg hervorgerufen werden, der in der Verbrennungskammer bei Auftreten der Klopferscheinung stattfindet.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Vorrichtungen, bei denen gemäß den jüngsten Technologien die Störsignale (Grundrauschen) abgeschwächt werden, die durch die Wirkung mechanischer Bauteile und auch durch Druckresonanzerscheinungen und elektrische Tunken im Zündsystem bedingt sind.

Zur Verbesserung des Rauschabstandes wird bei der derzeitigen Technologie auf elektronische Filter, entsprechend synchronisierte Meßwertabtastsysteme und auch auf Systeme für den Vergleich entweder mit festen oder mit veränderbaren Schwellenwerten zurückgegriffen.

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Ein schwerwiegender Nachteil der Systeme gemäß der derzeitigen Technologie besteht darin, daß bei Klopferscheinungen von vergleichsweise geringer Intensität keine zufriedenstellende oder auswertbare Ergebnisse erzielt werden, wenn der Störpegel vergleichsweise hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch angegeben.

Als Zusatzgerät zu den weiter oben erwähnten herkömmlichen Vorrichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Unterdrücken von Störsignalen eine beträchtliche Verbesserung des RauschabStandes und gestattet somit ein eindeutigeres und zweckmäßigeres Erfassen der Klopferscheinung und ihrer relativen Intensität.

Bei den bekannten Vorrichtungs-Typen wird das von einem Meßgrößenumformer erfaßte, sich auf die Schwingung beziehende Signal einem Bandpaßfilter zugeleitet, dessen Mittelfrequenz gleich ist einer für die Klopferscheinung charakteristischen Frequenz. Ein solches Filter gibt immer und in jedem Fall ein Signal ab, das von den Rauschkomponenten abhängig ist, die im Filterdurchlaßband liegen.

Sobald Klopferscheinungen auftreten, d.h. in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt, zu dem in der Verbrennungskammer der maximale Druck erreicht ist, ist dem sich auf das Störsignal bzw. Rauschen oder den Störpegel beziehende!Signal das sich auf die Klopferscheinung beziehende Signal derselben Frequenz, jedoch mit einer zufälligen Phasenverschiebung, überlagert.

Diese Phasenverschiebung, die eintritt, sobald Klopfen auftritt, ist es, die seine Erfassung möglich machen kann. Wenn die betrachteten mechanischen Bauteile zu schwingen beginnen, haben ihre Schwingungen in der Regel eine begrenzte Amplitude, und das Verhalten der schwingenden Systeme kann somit als

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linear angesehen werden, so daß für sie das Unabhängigkeitsprinzip gilt. Somit kann das Signal, das tatsächlich nach dem Auftreten der Klopferscheinung beobachtet werden kann, also das Signal A. in Fig. 1, als die jeweilige Summe von dem Signal, das bei Vorliegen nur von Schwingungen als Folge von Störungen erhalten worden wäre, also das Signal B in I¹Ig. 1, und von dem Signal betrachtet werden, das bei Vorliegen nur der Klopferscheinung erhalten worden wäre, also das Signal C in Fig. 1. Unter dieser Annahme ist somit das Signal C der Unterschied zwischen den Signalen A und B. Das Signal A wird direkt erfaßt; für das Signal B wird angenommen, daß es die Amplitude und die Phase beibehält, die es vor dem Auftreten des Klopfens hatte, da in dem hier betrachteten Intervall keine speziellen Ereignisse, wie z.B. die Wirkung von mechanischen Bauteilen, eintreten, welche den Trend zu modifizieren vermöchten.

Das die Schwingungen des Motors wiedergebende Signal, gefiltert in einem Bandpaßfilter' mit vergleichsweise schmalem Durchlaßband, kann betrachtet werden, als ob es die Verlagerung eines theoretischen Sinusoszillators mit dieser speziellen Schvengung Co darstellt, welche der Frequenz der Bandmitte des Filters entspricht: ein solcher Oszillator beschreibt das normale Verhalten der Motorkonstruktion, die auf das Klopfen am stärksten anspricht.

Es ist bekannt, daß die Gleichung für einen solchen Oszillator

X + W²X =0 ist, (1)

deren Auflösungen in der folgenden Form gesehrieben werden können:

X(t) = X₀ cos(cat + p). (2)

Die Gleichung (2) ist eine harmonische Schwingung mit der .Amplitude χ und der Phase Ψ .

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Summen von !Funktionen des Typs (2) sind weiterhin vom gleichen Typ und nach wie vor Auflösungen der Gleichung (1).

Im vorliegenden Falle sei angenommen, daß

A(t) = X_A cos (OO ± + f _k)
die nach Beginn des Klopfens beobachtete Schwingung, und

B(t) = X_B cos ( co t + f_B)
die vor dem Klopfen beobachtete Schwingung ist.

Die Kombination (Differenz)

A(t) - B(t) = C(t) = X₀ cos ( co t + f_c)

kann die Schwingung darstellen, die dem von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelieferten Signal C entsprechen würde. Die zuletzt genannte Schwingung, genauer das Maß ihrer Amplitude, X«, ist nicht an die Energieänderung gebunden, welche das System als Folge des Klopfens erfährt, sondern an die Änderung der Bewegungsenergie. Es ist bekannt, daß die

ο ρ
Energieänderung X^ - Xg proportional ist. Die genannte Energieänderung spiegelt nicht die Größe der verursachenden Wirkung, welche den Übergang des Systems aus dem durch B(t) dargestellten Zustand in den durch A(t) dargestellten Zustand hervorruft. Unter der Annahme, daß die Kraft P, mit der das Klopfen auf den Oszillator wirkt, impulsartig ist, d.h. daß ihre Einwirkungszeit viel kürzer ist als Γ Λ/co , ist die Energieänderung des Oszillators eine Punktion sowohl der Phase als auch der Amplitude, die er in dem Zeitpunkt hat, in dem er die Wirkung der Kraft P erfährt. Ungeachtet solcher Phasen- und Amplitudenbedingungen erhält das System im Zeitpunkt der Wechselwirkung eine Bewegungsenergie

Δ P = Jp dt,

die der Amplitude X_ß von C(t) proportional ist.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das sich auf eine solche Schwingung C(t) beziehende Signal C als ein richtiges Maß für den Impuls betrachtet werden kann, den das Klopfen der Motorkonstruktion aufdrückt. 9Q9826/0676

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Es kann somit in der folgenden Weise vorgegangen werden:

- Das Signal wird in dem Zeitintervall erfaßt, das dem Auftreten des Klopfens unmittelbar vorausgeht, beispielsweise in dem Zeitintervall zwischen der elektrischen Zündung und dem Zeitpunkt des maximalen Druckes.

- Hit einem solchen Signal wird ein Oszillator derselben Frequenz, oder ein ähnliches Gerät, synchronisiert, so daß er während des gesamten nachfolgenden Zeitabschnitts sowohl die Phase als auch die Amplitude des abgetasteten (sampled) Störsignals festhält; auf diese Weise wird das zweite Signal B erhalten.

- Es wird das Signal A erfaßt und ihm mit entgegengesetztem Vorzeichen das Signal B überlagert, so daß sich die Differenz A-B=C und somit das sich nur auf das Klopfen beziehende Signal ergibt.

Die Erfindung schafft somit für das elektronische Erfassen des der Zündung vorausgehenden Klopfens in Verbrennungskraftmaschinen eine Schaltungsanordnung, die Störsignale ausscheidet, die sich auf andere Störpegel als das Rauschen beziehen, das durch die vor der Zündung auftretenden Stoßwellen verursacht wird. Das mit herkömmlichen Vorrichtungen tatsächlich beobachtbare Signal ist die Summe aus dem durch mechanische Schwingungen verursachten Schwingungssignal und dem Signal, welches durch die Klopferscheinung als solche hervorgerufen würde. Die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung erzeugt und zeigt das Differenzsignal an, welches das reine Klopfsignal darstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Verlauf der verschiedenen Signale und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform, bei der die meisten Bauteile analoge und herkömmliche Geräte sind.

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In Fig. 1 sind mit t-| und t₂ die Zeitabschnitte angegeben, die dem Auftreten des Klopfens vorausgehen bzw. folgen. Mit A ist das Gesamtsignal bezeichnet, das vor und nach dem Auftreten des Klopfens feststellbar ist, mit B das Signal, das vor dem Klopfen erfaßbar ist und in dem dem Klopfen folgenden Zeitabschnitt unverändert bleiben kann, und C ist das Signal der Differenz zwischen A und B.

Gemäß Pig. 2 hat die Schaltungsanordnung einen Schwingungs-Meßgrößenumformer 1, ein Bandpaßfilter 2, einen Detektor 3 zum Erfassen der Zündimpulse, in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnete synchronisierende Verknüpfungsschaltungen, eine elektronische Torschaltung 5, einen Nulldurchgangs-Detektor 6, einen Frequenz-Spannungs-Umformer 7, eine Meßwert-Abtastschaltung (sampling circuit) 8, einen Oszillator 9» der eine veränderbare Frequenz hat und synchronisierbar ist, eine Größtwert-Abtastschaltung 10, ein Amplitudensteuergerät 11, eine Addierschaltung 12, eine elektronische Torschaltung 13 und ein Erfassungs- und Anzeigegerät 14.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist folgende:

Der Meßgrößenumformer 1 erfaßt die Schwingungen einer signifikanten Stelle der Motorkonstruktion. Das von ihm gelieferte Signal wird dem Bandpaßfilter 2 zugeleitet, das ein sinusförmiges Signal abgibt, welches während des Zeitabschnittes t.j durch das Rauschen erzeugt wurde und eine Frequenz hat, die innerhalb des Durchlaßbandes des Bandpaßfilters 2 liegt. Fahrend desselben Zeitabschnittes t.. schalten gleichzeitig die Verknüpfungsschaltungen 4 die Torschaltung 5 auf Durchlaß, damit das Signal zu den nachgeschalteten Bauteilen,

nämlich zum Detektor 6 und zur Größtwert-Abtastschaltung 10, geleitet werden kann. Die Torschaltung 5 gibt einen Impuls ab, wann immer ihr Eingangssignal gelöscht wird und zum positiven Bereich geht. Auf diese Weise wird eine Gruppe von Impulsen erhalten, die synchron zu dem sich auf die Störpegel beziehenden Signal sind, welches sowohl zum

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Synchronisieren des Oszillators 9 als auch als Eingangssignal für den Frequenz-Spannungs-Umformer 7 benutzt wird. Die Größtwert-Abtastschaltung 10 erfaßt den Wert der maximalen Amplitude dieses Signals und speichert während des Zeitabschnittes tp ein dieser Amplitude proportionales Signal. Der Frequenz-Spannungs-Umformer 7 liefert seinerseits eine Spannung, die der Frequenz des sich auf die Störpegel beziehenden schwingenden Signals proportional ist und dann von der Meßwertabtastschaltung 8 erfaßt und während des Zeitabschnittes tp gespeichert wird. Der durch die vom Detektor 6 kommenden Impulse synchronisierte Oszillator 9 schwingt synchron mit den sieh auf die Störpegel beziehenden Schwingungen, indem er während des Zeitabschnitts t„ ihre Frequenz annimmt und beibehält. Tatsächlich ist der Oszillator 9 ein spannungsgesteuerter Frequenzoszillator, der seine Steuerspannung von der Meßwert-Abtastschaltung 8 erhält. In dem Zeitabschnitt tp nimmt das vom Oszillator 9 kommende Signal durch das Amplitudensteuergerät 11 eine Amplitude an, die der Amplitude der sich auf die Störpegel im Zeitabschnitt t- beziehenden Schwingung gleich ist, und das Amplitudensteuergerät 11 benutzt tatsächlich als Bezugssignal die von der Größtwert-Abtastschaltung 10 gelieferte Spannung. Somit gibt im Zeitabschnitt tp das Amplitudensteuergerät 11 eine Schwingung ab, deren Phase, Amplitude und Frequenz in bezug auf das Signal, welches den Störpegeln entspricht, die im Zeitabschnitt t₁ vorhanden waren, unverändert sind. Der Ausgang des Amplitudensteuergerätes wird durch die Addierschaltung 12 von dem vom Bandpaßfilter 2 gelieferten Signal subtrahiert. Das sich ergebende Signal, das von Rauschen frei ist und sich somit nur auf das Klopfen bezieht, wird der elektronischen Torschaltung 13 zugeleitet, die es im Zeitabschnitt t_ in herkömmlicher Weise zum Erfassungs- und Anzeigegerät 14 durchläßt.

Die Synchronisierung der Torschaltung 5, der Meßwert-Abtastschal tung 8 j, der Größtwert-Abtastschaltung 10 und der Torschaltung 13 geschieht durch die Verknüpfungsschaltungen 4, welche ihrerseits mit vom Detektor 3 gelieferten Impulsen betrieben werden. 909 826/0676

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ο fi ζ 2 7 ß 0

Der hier angegebene Aufbau der Schaltungsanordnung sieAv selbstverständlich keine Einschränkung dar. Beispielsweise kann der Schaltungsteil mit dem Oszillator 9, dem Frequenz-Spannungs-Umformer 7, der Meßwert-Abtastschaltung 8, der Größtwert-Abtastschaltung 10 und dem Amplitudensteuergerat 11 durch einen Übergangsspeicher ersetzt werden, der das Signal, welches sich auf die Störpegel bezieht, die während des Zeitabschnittes t., vorhanden sind, speichert und nachfolgend während des Zeitabschnittes t₂ wiederholt, um die Subtraktion in der Addierschaltung 12 auszuführen. Es leuchtet ein, daß in diesem Zusammenhang Datenverarbeitungssysteme herkömmlicher Ausbildung verwendbar sind.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRUCH

Schaltungsanordnung zum Unterdrücken des Grundstörpegels in einer Vorrichtung zum Messen der Klopffestigkeit einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gek en η ζ ei c h net, daß ein durch die Schwingungen aus dem Motoraufbau bedingtes/Signal (B) in einem Zeitabschnitt (t«j), der dem Zeitabschnitt, in dem die Klopferscheinung auftritt und andauert, unmittelbar vorausgeht, erfaßt wird, während des Zeitabschnittes (t₂), welcher dem Klopfen folgt, unter unveränderter Beibehaltung seiner Frequenz, Phase und Amplitude wiederholt wird, und dann in jedem Zeitpunkt vom Gesamtsignal (A), das dem Klopfen und dem Grundstörpegel entspricht, subtrahiert wird.

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ORIGINAL INSPECTED