DE2852760C2 - Vorrichtung zum Unterdrücken der Hintergrundgeräusche beim Messen der Klopffestigkeit eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

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 der Kreisschwingungsfrequenz ω 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 +

ist, deren Auflösungen in der folgenden Form geschrieben werden können:

X(t) = X₀ cos {ω t+(p).

Die Gleichung (2) ist eine harmonische Schwingung mit der Amplitude xo und der Phase φ.

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_Acos(fi)t + <p_A)

die nach Beginn des Klopfens beobachtete Schwingung, und

B (t) = AbCos (ω t + φβί

die vor dem Klopfen beobachtete Schwingung ist
Die Kombination (Differenz)

A(t)-B (t) =

Xccos (ω t + <p_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, Xc, 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 Energieänderung X²A-X²B proportional ist Die genannte Energieänderung spiegelt nicht die Größe der verursachenden Wirkung wider, 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 F, mit der das Klopfen auf den Oszillator wirkt impulsartig ist das heißt daß ihre Einwirkungszeit τ viel kürzer ist als Mω ist die Energieänderung des Oszillators eine Funktion sowohl der Phase als auch der Amplitude, die er in dem Zeitpunkt hat, in dem er die Wirkung der Kraft F erfährt Ungeachtet solcher Phasen- und Amplitudenbedingungen erhält das System im Zeitpunkt der Wechselwirkung eine Bewegungsenergie

Δ ρ = J Fat,

die der Amplitude Xc von C ft) 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.

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.

— Mit einem solchen Signal wird ein Oszillator derselben Frequenz 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= Cund somit das sich nur auf das Klopfen beziehende Signal ergibt

Gemäß Fig.2 hat die Schaltungsanordnung einen Schwingungs-Meßgrößenumformer 1, ein Bandpaßfilter 2, einen Detektor 3 zum Erfassern 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 F i g. 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 ii durch das Rauschen erzeugt wurde und eine Frequenz hat die innerhalb des Durchlaßbandes des Bandpaßfilters 2 liegt Während desselben Zeitabschnittes ii schalten gleichzeitig die Verknüpfungsschaltungen 4 die Torschaltung 5 auf Durchlaß, damit das Signal zu den nachgeschalteten Bauteilen, nämlich zum Detektor 6 und zur Größwert-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 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 t₂ ein dieser Amplitude proportionales Signal. Der Frequenz-Spannungs-Umiormer 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 t₂ gespeichert wird. Der durch die vom Detektor 6 kommenden Impulse synchronisierte Oszillator 9 schwingt synchron mit den sich auf die Störpegel beziehenden Schwingungen, indem er während des Zeitabschnitts f2 ihre Frequenz annimmt und beihält. Tatsächlich ist der Oszillator 9 ein spannungsgesteuerter Frequenzoszillator, der seine SteuersDannune von der Meßwert-Abtast-

5 6

schaltung 8 erhält In dem Zeitabschnitt h 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 Amplitudensteuer- 5 gerät 11 benutzt tatsächlich als Bezugssignal die von der Größtwert-Abtastschaltung 10 gelieferte Spannung. Somit gibt im Zeitabschnitt fe das Amplitudensteuergerät U eine Schwingung ab, deren Phase, Amplitude und Frequenz in bezug auf das Signal, welches den Störpe- ι ο geln entspricht, die im Zeitabschnitt t\ vorhanden waren, unverändert sind. Der Ausgang des Amplituden- < steuergerät 11 wird durch die Addierschaltung 12 von f dem vom Bandpaßfilter 2 gelieferten Signal subtrahiert V Das sich ergebende Signal, das von Rauschen frei ist und 15 ¥'■ sich somit nur auf das Klopfen bezieht, wird der elektro- W nischen Torschaltung 13 zugeleitet die es im Zeitab- | schnitt t₂ in herkömmlicher Weise zum Erfassungs- und j. Anzeigegerät 14 durchläßt si Die Synchronisierung der Torschaltung 5, der Meß- 20 h wert-Abtastschaltung 8, der Größtwert-Abtastschal- | tung 10 und der Torschaltung 13 geschieht durch die \ Verknüpfungsschaltungen 4, welche ihrerseits mit vom Detektor 3 gelieferten Impulsen betrieben werden. ί

25 f:

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

30 . 1

Claims (1)

bekannten Meßvorrichtung (DE-OS 24 45 067) jeweils Patentansprüche: unmittelbar vor der eigentlichen Klopffestigkeitsmes sung das entsprechende Kompensationssignal gewon-

1. Vorrichtung zum Unterdrücken der Hinter- nen werden. Die Übertragung des bei Schwingungsmesgrundgeräusche beim Messen der Klopffestigkeit ei- 5 sungen an umlaufenden Maschinenteilen bekannten nes Verbrennungsmotors mit einem Wandler zu Er- Kompensationsprinzips (DE-AS 2414 971) auf eine zeugen des Klopfmeßsignals, einem nachgeschalte- Vorrichtung zum Messen der Klopffestigkeit eines Verten Bandfilter zum Filtern des Meßsignales sowie brennungsmotors wäre daher allenfalls mit großen einer Addierschaltung und einem Kompensationssi- schaltungstechnischen Aufwand, vor allem sehr schnelgnal, das vor der Erzeugung des Klopfmeßsignals 10 len elektronischen Speicherschaltungen, realisierbar, von dem Ausgangssignal des Wandlers abgeleitet Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau

wird, dadurch gekennzeichnet, daß das einfache Vorrichtung zum Unterdrücken der Hinter-Kompensationssignal (B) durch einen Oszillator (9) grundgeräusche beim Messen der Klopffestigkeit eines erzeugt wird, der, gesteuert über eine Abtastschal- Verbrennungsmotors zu schaffen, bei der trotzdem bei tung (6,7,8,10,11), ein Ausgangssignal liefert, das 15 der Gewinnung des Kompensationssignales unmittelbar bezügliche Frequenz, Phase und Amplitude gleich vor der Erzeugung des Klopfmeßsignales sowohl die dem Meßsignal am Ausgang des Bandfilters (Z) ist, Frequenz als auch die Phase und Amplitude des Hinterdas vor der Erzeugung des eigentlichen Klopfmeßsi- grundgeräusches berücksichtigt wird, gnals auftritt Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrich-

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 tung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches durch zeichnet, daß die Abtastschaltung des Oszillators (9) dessen kennzeichnende Merkmale gelöst Eine besoneinen mit dem Ausgang des Bandfilters (2) verbun- ders vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Undenen Frequenz-Spannungs-Wandler (7) aufweist, teranspruch.

der den spannungsgesteuerten Oszillator (9) mit der Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit ei-

Frequenz des Filterausgangssignals synchronisiert, 25 nem einfachen in der Phase zu synchronisierenden Os- und ferner eine die Amplitude des Ausgangssignals zillator die Schwingung sowohl bezüglich Frequenz als des Bandfilters (2) feststellende Abtastschaltung (10), auch bezüglich Phase und Amplitude nachgebildet, die die über eine Steuerschaltung (11) die Amplitude der unmittelbar in dem der Klopfmessung vorhergehenden Ausgangsspannung des Oszillators (9) entsprechend Zeitabschnitt herrscht, damit wird beim eigentlichen einstellt 30 Meßvorgang sowohl die Frequenz als auch die Phase

und Amplitude des eigentlichen Hintergrundgeräusches im kompensierenden Sinne berücksichtigt und es sind daher wesentlich genauere Klopffestigkeitsmessungen möglich als nur bei Berücksichtigung der Amplitude ge-35 maß der bekannten Vorrichtung der eingangs erwähn-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Ober- ten Art Das erfindungsgemäße Kompensationsverfahbegriff des Hauptanspruches. ren hat sich insbesondere dann als besonders vorteilhaft

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt (DE-OS erwiesen, wenn Klopferscheinungen von vergleichswei-24 45 067). Das Kompensationssignal wird bei dieser be- se geringer Intensität gemessen werden sollen. Trotzkannten Vorrichtung in einem Zeitabschnitt unmittelbar 40 dem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Aufbau vor Beginn des Klopfens durch Gleichrichtung des al- sehr einfach und billig, da nur ein phasensynchronisierlein dem Hintergrundgeräusch entsprechenden Meßsi- ter Oszillator und eine einfache Abtastschaltung nötig gnales gewonnen. Da bei dieser bekannten Vorrichtung sind und keine teuren Speicher oder aufwendigen Danur ein der Amplitude des Meßsignales proportionales tenverarbeitungseinrichtungen. Kompensationssignal benutzt wird, ohne Berücksichti- 45 Die Erfindung wird im folgenden anhand schematigung der Frequenz und Phase dieses dem Hintergrund- scher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher geräusch entsprechenden Meßsignals, ist die Meßge- erläutert Es zeigt

nauigkeit dieser bekannten Vorrichtung relativ gering, F i g. 1 anhand der bei der Klopffestigkeitmessung

es können beispielsweise auch nur sehr schwierig Klopf- auftretenden Signale das bei der erfindungsgemäßen erscheinungen von vergleichsweise geringer Intensität so Vorrichtung angewandte Kompensationsprinzip, gemessen werden. F i g. 2 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Zur Schwingungsmessung an umlaufenden Maschi- Vorrichtung.

nenteilen ist es an sich bekannt, vor der eigentlichen Das während des Auftretens des Klopfens bei einem

Schwingungsmessung die Meßsignale des Meßfühlers Verbrennungsmotor zu beobachtende Signal; setzt sich aufzunehmen und zu speichern und dann während des 55 zusammen aus der Summe des Hintergrundgeräuschsieigentlichen Meßlaufes die so gespeicherten Signale gnales B und dem nur auf die Klopferscheinung zurückvon den Meßsignalen des Meßfühlers abzuziehen (DE- zuführenden Signal C. Das Signal C ist also die Diffe-AS 24 14 971). Diese bekannte Vorrichtung setzt voraus, renz zwischen den Signalen A und B. Das Signal A kann daß die während der Schwingungsmessung zu kompen- direkt gemessen werden. Für das Signal B wird angesierenden strukturbedingten Fehler über lange Zeit un- ω nommen, daß es die Amplitude und Phase beibehält, die veränderliche Einflußgrößen auf das Meßergebnis sind, es vor dem Auftreten des Klopfens hatte, da in dem also relativ lange vor der eigentlichen Schwingungsmes- betrachteten Intervall keine speziellen Ereignisse, wie sung aufgenommen und gespeichert werden können. zum Beispiel die Wirkung von mechanischen Bauteilen Bei der Messung der Klopffestigkeit eines Verbren- oder dergleichen eintreten. In F i g. 1 ist der erste Zeitnungsmotors sind diese Voraussetzungen nicht gege- 65 abschnitt, in welchem ein dem Signal B entsprechendes ben, sowohl Phase als auch Frequenz und Amplitude des Kompenstationssignal erfaßt wird, mit fi und der eigent-Hintergrundgeräusches ändern sich statistisch ständig liehe Meßabschnitt, während welchem Klopfen auftritt, und es muß deshalb wie bei der eingangs erwähnten mit fe bezeichnet