DE3620733A1

DE3620733A1 - Method for detecting and evaluating knocking combustion, and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE3620733A1
Application number: DE19863620733
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Ing Adolph
Original assignee: Fev Forsch Energietech Verbr
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1987-01-08

Abstract

In a method and a device for detecting and evaluating knocking combustion during the operation of an applied-ignition internal-combustion engine in whose combustion chamber a physical quantity which varies in the event of knocking combustion is detected and fed to a processing device, the pressure variations produced during knocking are tracked at frequencies of more than 100 kHz or pressure rises of more than 1 bar per microsecond and fed to the processing device via a magnetostrictive element having a maximum diameter of 2 mm and length-to-diameter ratio of more than 100.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen und Auswerten klopfender Verbrennung während des Betriebes einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, in deren Brenn raum eine sich bei klopfender Verbrennung ändernde physika lische Größe erfaßt und einer Verarbeitungseinrichtung zuge führt wird, und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for recognition and evaluating knocking combustion during operation a spark-ignited internal combustion engine, in the combustion room a physika that changes with knocking combustion size detected and supplied to a processing facility leads, and to a facility for carrying out the Procedure.

Die Verbrennung im Ottomotor beginnt zunächst mit normaler Flammengeschwindigkeit. Wenn (bei Vollast) der höchste Druck im Brennraum von etwa 60 bar erreicht ist, sind ca. 70 bis 90% des eingebrachten Kraftstoffes umgesetzt worden. Ge mischteile, die sich zu diesem Zeitpunkt noch unverbrannt in einiger Entfernung von der Zündkerze befinden, können bei entsprechend hohen Werten von Druck und Temperatur durch Selbstzündung verbrennen. Diese Selbstzündung ist mit der des Dieselmotors vergleichbar. Der Unterschied zum Diesel motor besteht darin, daß dort die Selbstzündung gewollt ist und die Verbrennung einleitet, während sie im Ottomotor un erwünscht ist und gegen Ende des normalen Verbrennungsvor ganges erfolgt.The combustion in the gasoline engine starts with normal Flame speed. If (at full load) the highest pressure is reached in the combustion chamber of about 60 bar, are about 70 to 90% of the fuel brought in has been converted. Ge mixed parts that were still unburned at this time can be located some distance from the spark plug at correspondingly high values of pressure and temperature Burn auto ignition. This auto ignition is with the of the diesel engine comparable. The difference to diesel engine is that auto-ignition is wanted there and initiates combustion while it is in the gasoline engine is desired and towards the end of normal combustion ganges takes place.

Diese Selbstzündung gegen Ende der normalen Verbrennung wird als Klopfen bezeichnet. Dabei wird dem Spitzendruck, der zum Zeitpunkt der Selbstzündung bei etwa 60 bar liegt, ein schnel ler Drucksprung überlagert. Dieser Drucksprung hängt von der durch die Selbstzündung erfaßte Gemischmasse ab. Er kann bei sehr schwachem Klopfen wenige 1/10 bar und bei sehr star kem Klopfen mehr als 100 bar betragen. Durch diesen Druck sprung werden im Brennraum zwei Vorgänge ausgelöst. Der er ste Vorgang ist ein rein akustischer, weil jeder Brennraum ein akustisches, schwingungsfähiges Gebilde darstellt, das durch eine genügend schnelle Druckstörung in seinen Eigen resonanzen erregt werden kann. Bei der sich im Brennraum zum Zeitpunkt der Verbrennung einstellenden Schallgeschwin digkeit (knapp 1000 Meter in der Sekunde) liegen diese Ei genresonanzen im Bereich zwischen 7000 und 25 000 Hz, wobei die niedrigen Resonanzen bei etwa 7000 Hz am stärksten her vortreten. Dies sind die hörbaren Frequenzen, die man auch als "Klingeln" bezeichnet.This auto ignition will end towards normal combustion called knocking. The peak pressure, which is the The time of auto-ignition is around 60 bar, a quick one superimposed pressure jump. This pressure jump depends on the mixture mass detected by the auto-ignition. He can with very weak knocking a few 1/10 bar and with very star knocking can be more than 100 bar. Because of this pressure jump two processes are triggered in the combustion chamber. The he The process is purely acoustic, because every combustion chamber an acoustic, vibrating structure that through a sufficiently rapid pressure disturbance in its own resonances can be excited. When in the combustion chamber sound speed setting at the time of combustion These eggs lie at least 1,000 meters per second genresonances in the range between 7000 and 25 000 Hz, whereby the low resonances are strongest at around 7000 Hz step forward. These are the audible frequencies that you get too referred to as "ringing".

Es hat sich lange die Vorstellung gehalten, daß es unter schiedliche Arten von Klopfen gäbe, nämlich ein Klopfen bei niedrigen Drehzahlen, das beim Beschleunigen auftritt, und ein Klopfen bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten, das bei Dauervollgas auftritt. Thermodynamisch gesehen sind jedoch beide Arten des Klopfens ein und dasselbe. Der Begriff des Hochgeschwindigkeitsklopfens sagt lediglich aus, daß das Klopfen bei hohen Geschwindigkeiten auftritt, so daß man es wegen der Fahrgeräusche nicht mehr hören kann. Infolgedessen besteht dann die Gefahr, daß bei länger anhaltendem Klopfen Motorschäden auftreten. Das Beschleunigungsklopfen tritt demgegenüber nur während weniger Sekunden beim Beschleuni gen auf und ist wegen der kurzen Dauer unschädlich.It has long held the notion that it is under there are different types of knocking, namely knocking low speeds that occur when accelerating and a knock at high speeds and high loads, which at Continuous full throttle occurs. Seen thermodynamically, however both types of knocking one and the same. The concept of High-speed knock only says that that Knocking occurs at high speeds, so you get it can no longer hear because of the driving noise. Consequently then there is a risk that if you knock for a long time Engine damage occurs. Accelerating knock occurs in contrast, only during a few seconds when accelerating and is harmless due to the short duration.

Neben diesen niederfrequenten Vorgängen treten beim Klopfen, ausgelöst durch die Selbstzündung, auch hochfrequente Vor gänge auf, die bisher kaum erforscht worden sind. Schlieren aufnahmen aus dem Brennraum von Verbrennungsmotoren führen zu der Vermutung, daß Stoßwellen entstehen.In addition to these low-frequency processes, when knocking, triggered by auto-ignition, even high-frequency forward rises that have hardly been researched so far. Streaks Take pictures from the combustion chamber of internal combustion engines to the assumption that shock waves occur.

Eine Stoßwelle ist eine steile Druckwelle in geschlossenen Räumen, deren Steilheit dadurch zustande kommt, daß die Schallgeschwindigkeit bei der Stoßwelle nicht mehr überall konstant ist, und zwar im Gegensatz zu rein akustischen Vor gängen. Bei akustischen Vorgängen geht man davon aus, daß die Schallgeschwindigkeit zeitlich und örtlich konstant bleibt und sich durch die geringen Veränderungen des Druk kes nicht ändert. Diese Einschränkung entfällt bei der Stoß welle. Bei ihr gilt, daß die Schallgeschwindigkeit mit stei gendem Druck größer wird, d.h. in einem Gebiet hohen Druckes wird eine Druckwelle schneller laufen als in einem Gebiet niederen Druckes. Das führt dazu, daß aus einer ursprüng lich sinusförmigen Welle ein sehr steiler Drucksprung entsteht. Dieser enthält sehr hohe Frequenzanteile, und zwar im Gegensatz zur rein sinusförmigen Welle, in der nur die Frequenzen enthalten sind, die der Wellenlänge entsprechen. Bei dem steilen Drucksprung, der als sehr hochfrequenter Vorgang nicht mehr den klassischen akustischen Gesetzen ge horcht, kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit wesentlich größer als die Schallgeschwindigkeit werden. Dieser Vorgang wird als Stoßwelle bezeichnet.A shock wave is a steep pressure wave in closed Rooms, the steepness of which comes about because the Speed of sound no longer everywhere with the shock wave is constant, in contrast to purely acoustic Vor gears. With acoustic processes one assumes that the speed of sound constant in time and place remains and stands out from the slight changes in the Druk kes does not change. This limitation does not apply to the shock wave. It applies to her that the speed of sound with steep pressure increases, i.e. in a high pressure area a blast will run faster than in an area low pressure. The result is that from an original Lich sinusoidal wave a very steep pressure jump arises. This contains very high frequency components, namely in contrast to the purely sinusoidal wave, in which only the Frequencies are included that correspond to the wavelength. With the steep pressure jump, which is very high frequency The process no longer complies with classic acoustic laws listens, the rate of propagation can be significant become greater than the speed of sound. This process is called a shock wave.

Nach dem gegenwärtigen Stand des technischen Wissens ist lediglich bekannt, daß beim Klopfen Schäden an Motorenbau teilen auftreten und daß diese Schäden mit der Intensität des Klopfens zu tun haben. Es ist aber noch nicht mit Sicher heit bekannt, welche physikalischen Ereignisse im Brennraum für diese Schäden verantwortlich sind. Inzwischen gibt es viele Hinweise darauf, daß nicht die akustischen Klopf schwingungen, also die hörbaren niederfrequenten Klopf schwingungen, für die Beschädigungen verantwortlich sind, sondern ausschließlich die Stoßwellen und die von ihnen aus gehenden hochfrequenten Druckschwingungen.According to the current state of technical knowledge only known that knocking damage to engine construction share occur and that this damage with intensity knock But it is not yet certain known which physical events in the combustion chamber are responsible for this damage. There are now much evidence that not the acoustic knock vibrations, i.e. the audible low-frequency knock vibrations for which damage is responsible, but only the shock waves and those from them going high-frequency pressure vibrations.

Durch US-PS 24 14 457 ist eine Einrichtung zur Feststellung schneller Druckänderungen im Verbrennungsraum von Brennkraft maschinen mit innerer Verbrennung bekannt geworden, die die Messung einer Spannung gestattet, welche repräsentativ ist für die Höhe, die Änderungsgeschwindigkeit und andere charak teristische Eigenschaften von Druckänderungen. Die Messung erfolgt mit Hilfe einer Stange aus magnetostriktivem Materi al, das beispielsweise aus einer Legierung von etwa 52% Nickel, etwa 48% Eisen und geringen Mengen anderer Stoffe bestehen kann. Die in diesem Stab durch Druckänderungen her vorgerufenen Änderungen des magnetischen Flusses werden von einer Spule in Spannungssignale transformiert, die dann wei terverarbeitet werden können.Through US-PS 24 14 457 is a device for detection faster pressure changes in the combustion chamber of internal combustion internal combustion engines that have become known Measurement of a voltage allowed, which is representative for the height, the rate of change and other charak characteristic properties of pressure changes. The measurement takes place with the help of a rod made of magnetostrictive material al, for example made of an alloy of about 52% Nickel, about 48% iron and small amounts of other substances can exist. The ones in this rod come from pressure changes changes in the magnetic flux caused by a coil transformed into voltage signals, which then knows can be processed.

Diese Einrichtungen sind jedoch nicht geeignet, diejenige Art des Klopfens gezielt zu erfassen, die im Hochleistungs betrieb zu Motorschäden führt. However, these facilities are not suitable The type of knock that is targeted in the high performance operation leads to engine damage.

Eine wesentliche Ursache dürfte sein, daß magnetostriktive Aufnehmer bekannter Art gegenüber dem Brennraum eine ver hältnismäßig große Aufnehmerfläche haben. Hierdurch tritt bei Auftreffen hochfrequenter Druckänderungen bzw. bei Auf treffen von Stoßwellen auf der Aufnehmerfläche eine Integra tionswirkung ein, die keine genaue Kenntnis der Art, der Geschwindigkeit, der Frequenz, der Amplitude usw. der zu messenden Druckänderung zuläßt.A major cause may be that magnetostrictive Known type transducers compared to the combustion chamber have a relatively large sensor area. This occurs when high-frequency pressure changes occur or when the pressure changes shock waves hit an integra on the transducer surface effect that has no precise knowledge of the type of Speed, frequency, amplitude etc. of the measuring pressure change.

Auch haben magnetostriktive Aufnehmer bekannter Art eine verhältnismäßig geringe Länge, so daß das Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Aufnehmer relativ gering ist. Bei der genannten US-PS 24 14 457 liegt dieses Verhältnis etwa bei dem Wert 30. Hierdurch sind zusätzliche Ungenauig keiten der Messung bedingt.Magnetostrictive transducers of a known type also have one relatively short length, so the ratio of Length to the diameter of the transducer is relatively small. In the aforementioned US-PS 24 14 457 this ratio around the value 30. This makes additional inaccuracies of the measurement.

Demgemäß ist der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu grundegelegt, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erken nen und Auswerten klopfender Verbrennung zu schaffen, durch die unmittelbar diejenigen Betriebszustände klopfender Ver brennung erfaßt werden, die bei hoher Leistung des Motors zu Schädigungen führen.Accordingly, the object of the present invention is to basic, a method and a device for detection and knocking combustion to create through which immediately knocks those operating states combustion can be detected at high engine power lead to damage.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeich neten Art dadurch gelöst, daß die beim Klopfen entstehenden Druckänderungen mit Frequenzen von mehr als 100 kHz messend verfolgt werden und über ein magnetostriktives Element mit einem maximalen Durchmesser von 2 mm und einem Länge-zu- Durchmesser-Verhältnis von mehr als 100 der Verarbeitungs einrichtung zugeführt werden.This task is referred to in a method of the beginning Neten kind solved in that the resulting from knocking Measuring pressure changes with frequencies of more than 100 kHz be tracked and using a magnetostrictive element a maximum diameter of 2 mm and a length-to- Diameter ratio of more than 100 processing device are fed.

Auch ist gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der ein gangs bezeichneten Art vorgesehen, daß die beim Klopfen entstehenden Druckanstiege von mehr als 1 bar je Mikrose kunde messend verfolgt werden und über ein magnetostrikti ves Element mit einem maximalen Durchmesser von 2 mm und einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von mehr als 100 der Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden. According to the invention, a method is also a gangs designated type provided that when knocking pressure increases of more than 1 bar per microscope customer tracked and a magnetostricti ves element with a maximum diameter of 2 mm and a length to diameter ratio of more than 100 mm Processing device are supplied.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das brennraumseitige Ende des magnetostriktiven Elements so in der Brennraumwandung angeordnet, daß es von dieser akustisch entkoppelt ist, also an deren Schwingungen nicht oder nur in geringem Umfang teilnimmt.According to a preferred embodiment of the invention the combustion chamber end of the magnetostrictive element so arranged in the combustion chamber wall that it from this is acoustically decoupled, i.e. not at their vibrations or only participates to a small extent.

Hinsichtlich weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Er findung wird auf die Unteransprüche Bezug genommen.With regard to further preferred embodiments of the Er invention is referred to the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.Embodiments of the invention are described below Hand described in more detail in the drawings.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Meßanordnung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows schematically a measuring arrangement for performing the method according to the invention.

Fig. 2 zeigt Diagramme des Druckverlaufs und des Ausgangs signals der Meßeinrichtung bei einem klopfenden Arbeitsspiel. Fig. 2 shows diagrams of the pressure curve and the output signal of the measuring device in a knocking work cycle.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Meßanordnung für einen Mehr zylindermotor. Fig. 3 shows schematically a measuring arrangement for a multi-cylinder engine.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Zylinder 1, Kolben 2 und Zylinderkopf 3 die beim Auftreten von Klopferscheinungen entstehenden steilen Druckanstiege und/oder hochfrequenten Druckschwin gungen durch ein magnetostriktives Element 4 messend ver folgt. Das magnetostriktive Element kann ein Nickeldraht 4 sein, der im Zylinderkopf unmittelbar oder jedenfalls mittel bar den Druckschwingungen des Brennraums ausgesetzt ist. Der Nickeldraht 4 wird also derart an den Brennraum angekoppelt, daß Stoßwellen in ihn eingeleitet werden können. Diese ru fen in dem Nickeldraht 4 eine Dehnungswelle hervor, die sich mit Schallgeschwindigkeit in axialer Richtung ausbreitet. Da Nickel magnetostriktiv ist, erzeugt die Dehnungswelle in einer durch einen Permanentmagneten 5 magnetisch vorgespann ten Spule 6 eine elektrische Spannung und nach entsprechen der breitbandiger Verstärkung in einem Breitbandverstärker 7 ein Ausgangssignal von etwa 0,1 V. As can be seen from Fig. 1, in a spark-ignition internal combustion engine with cylinder 1 , piston 2 and cylinder head 3, the steep pressure increases and / or high-frequency pressure fluctuations that occur when knocking occurs are measured by a magnetostrictive element 4 . The magnetostrictive element can be a nickel wire 4 , which is directly or in any case medium exposed to the pressure vibrations of the combustion chamber in the cylinder head. The nickel wire 4 is thus coupled to the combustion chamber in such a way that shock waves can be introduced into it. These ru fen in the nickel wire 4, an expansion wave that spreads at the speed of sound in the axial direction. Since nickel is magnetostrictive, the expansion wave generates an electrical voltage in a coil 6 which is magnetically preloaded by a permanent magnet 5 and, after the broadband amplification in a broadband amplifier 7, corresponds to an output signal of approximately 0.1 V.

Von wesentlicher Bedeutung ist dabei im Zusammenhang mit der Erfindung, daß die beim Klopfen entstehenden Druckände rungen mit Frequenzen von mehr als 100 kHz bzw. die beim Klopfen entstehenden Druckanstiege von mehr als 1 bar je Mikrosekunde dadurch gemessen werden können, daß das magne tostriktive Element insbesondere an der der Druckänderung ausgesetzten Stelle einen maximalen Durchmesser von 2 mm und ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von mehr als 100 hat. Das bedeutet, daß die Länge des magnetostriktiven Elements von der dem Brennrauminnendruck ausgesetzten Fläche bis zu der Spule 6 mindestens 200 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser 0,5 mm und die Länge 2000 mm, so daß das Längen-Durchmesser-Verhältnis bei 4000 liegt.It is of essential importance in connection with the invention that the pressure changes resulting from knocking with frequencies of more than 100 kHz or the pressure increases arising from knocking of more than 1 bar per microsecond can be measured in that the magnetic tostrictive element in particular has a maximum diameter of 2 mm and a ratio of length to diameter of more than 100 at the point exposed to the pressure change. This means that the length of the magnetostrictive element from the surface exposed to the internal combustion chamber pressure to the coil 6 is at least 200 mm. The diameter is preferably 0.5 mm and the length is 2000 mm, so that the length-diameter ratio is 4000.

Der dem Brennrauminnendruck ausgesetzte Querschnitt des mag netostriktiven Elements ist punktförmig. Auch ist es im Zu sammenhang mit der Erfindung vorteilhaft, diesen Querschnitt von der umgebenden Brennraumwand akustisch zu entkoppeln, also durch geeignete Mittel dafür zu sorgen, daß der genann te Querschnitt nicht an den Schwingungen der benachbarten Wandungsteile teilnimmt. Dies läßt sich durch entsprechende Trennung von umgebendem Material besonders vorteilhaft dann realisieren, wenn das magnetostriktive Element in oder an einer Zündkerze oder in oder an der Brennraumeinfassung der Zylinderkopfdichtung angeordnet ist. Es wird also zwischen dem Aufnahmeende des magnetostriktiven Elements und dem um gebenden Material ein akustischer Impedanzsprung hergestellt.The cross section of the mag exposed to the internal combustion chamber pressure netostrictive element is punctiform. It is also in the closed connection with the invention advantageous, this cross section acoustically decoupling from the surrounding combustion chamber wall, to ensure by suitable means that the named te cross section not due to the vibrations of the neighboring Wall parts takes part. This can be done by appropriate Separation of surrounding material is then particularly advantageous realize when the magnetostrictive element is in or on a spark plug or in or on the combustion chamber surround Cylinder head gasket is arranged. So it will be between the receiving end of the magnetostrictive element and the um an acoustic impedance jump.

Das in Fig. 2 dargestellte Arbeitsspiel hat eine Druckschwin gungsamplitude von etwa ±20 bar, und die Nickeldrahtanord nung liefert eine Spannung von etwa ±0,1 V. Der Zylinder druck enthält deutlich erkennbare hochfrequente Anteile ober halb des Bereiches der Raumresonanzen. Die Frequenz des Mi krofonsignales liegt bei 800 kHz und enthält unterhalb von 100 kHz keine wesentlichen Anteile.The working cycle shown in FIG. 2 has a pressure oscillation amplitude of approximately ± 20 bar, and the nickel wire arrangement supplies a voltage of approximately ± 0.1 V. The cylinder pressure contains clearly recognizable high-frequency components above half the range of the room resonances. The frequency of the microphone signal is 800 kHz and contains no significant components below 100 kHz.

Hochfrequente Stoßwellen konnten bisher mit herkömmlichen Mitteln im Brennraum nicht erfaßt werden. Auch Druckaufneh mer, wie sie gegenwärtig in der Motorenmeßtechnik verwendet werden, sind für derartige hochfrequente Vorgänge ungeeignet. Quarzdruckaufnehmer mit hoher Eigenfrequenz sind trotz auf wendiger Schutzmaßnahmen zu empfindlich, um betriebsmäßig als Klopfsensoren brauchbar zu sein. Außerdem ist der Frequenz bereich dieser Aufnehmer nach oben mit etwa 250 kHz begrenzt. Es gibt bisher in der Motorenmeßtechnik noch kein Verfahren, mit dem man Stoßwellen hätte zufriedenstellend nachweisen können, außer mit den sehr aufwendigen Verfahren der schlie renfotografischen Untersuchungen, die einen speziellen Motor mit lichtdurchsichtigen Fenstern benötigen.So far, high-frequency shock waves have been able to with conventional Means in the combustion chamber can not be detected. Also pressure recording as currently used in engine measurement technology are unsuitable for such high-frequency processes. Quartz pressure transducers with a high natural frequency are despite Manoeuvrable protective measures too sensitive to operate as Knock sensors to be useful. Also the frequency range of these transducers is capped at around 250 kHz. So far there is no method in engine measurement technology with which one could have satisfactorily demonstrated shock waves can, except with the very complex process of closing photographic examinations that use a special engine with translucent windows.

Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, eindeutig das schädliche Klopfen, also die durch das Klopfen herrüh renden mechanischen Beschädigungen, zu vermeiden, indem man diese Art des Klopfens mißt und dementsprechend den Motor in seinen Eigenarten, in seinen Charakteristika, in seinem Betriebsverhalten so steuert bzw. regelt, daß dieses schäd liche Klopfen nicht mehr auftritt.The present invention offers the possibility of being unique the harmful knocking, that is, the result of knocking avoid mechanical damage by using this type of knock measures and accordingly the engine in its peculiarities, in its characteristics, in its Controls or regulates operating behavior so that it damages knock no longer occurs.

Die Funktion kann man sich folgendermaßen vorstellen: Es ist mit dem Brennraum der dünne Nickeldraht 4 verbunden, dessen Ende mit dem Brennraum abschließt. Dieser Nickeldraht 4 muß in seinem Durchmesser klein gegenüber den im Brennraum auf tretenden Wellenlängen sein, daher muß er also vorzugsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,5 mm haben, jedenfalls weniger als 2 mm. Nickel wird deshalb verwendet, weil es sich um ein magnetostriktives Material handelt, das ermöglicht, Vorgänge dieser Art zu erfassen. Beim Auftreten einer Stoßwelle im Brennraum koppelt diese Stoßwelle in den Nickeldraht eine Dehnungswelle ein. Dieses Einkoppeln kann nur durch eine Stoßwelle und nicht durch ein niederfrequen tes Ereignis geschehen, weil die notwendige Energiedichte fehlt. Diese Dehnungswelle pflanzt sich im Draht mit der Schallgeschwindigkeit des Nickels fort. Es ist eine Longi tulinalwelle, jedoch keine Schwingung im eigentlichen Sinne, sondern eine einmalige Welle, die allerdings von hochfre quenten Oberschwingungen überlagert sein kann oder oft über lagert ist, weil dieses Einkoppeln auch wieder einen Schwin gungsvorgang darstellt. Diese Dehnungswelle erzeugt in dem magnetostriktiven Material eine Änderung der magnetischen Leitfähigkeit, und diese Änderung der magnetischen Leitfä higkeit kann durch eine Spule als Sensor festgestellt wer den.The function can be imagined as follows: The thin nickel wire 4 is connected to the combustion chamber, the end of which is flush with the combustion chamber. This nickel wire 4 must be small in diameter compared to the wavelengths occurring in the combustion chamber, so it must therefore preferably have a diameter of the order of 0.5 mm, in any case less than 2 mm. Nickel is used because it is a magnetostrictive material that enables processes of this type to be recorded. When a shock wave occurs in the combustion chamber, this shock wave couples an expansion wave into the nickel wire. This coupling can only be done by a shock wave and not by a low-frequency event, because the necessary energy density is missing. This strain wave propagates in the wire at the speed of sound of the nickel. It is a longi tulinal wave, but not an oscillation in the actual sense, but a unique wave, which, however, can be overlaid by high-frequency harmonics or is often overlaid because this coupling in again represents a vibration process. This strain wave creates a change in magnetic conductivity in the magnetostrictive material, and this change in magnetic conductivity can be detected by a coil as the sensor.

Die Änderung der magnetischen Leitfähigkeit in dem Nickel draht wird durch den Dauermagneten 5 auf ein höheres mag netisches Niveau gehoben und kann durch die Spule 6 abge nommen werden. Wesentlich dabei ist, daß die Spule 6 so dimensioniert und angeordnet ist, daß sie in der Lage ist, die sehr schnellen Änderungen des Nickeldrahtes 4 aufzu nehmen. Es geht um Frequenzen von etwa 1 Mio. Schwingungen pro Sekunde. Der Nickeldraht 4 muß die gemäß der Erfindung vorgesehene Länge haben, weil am Ende dieses Drahtes die Dehnungswelle reflektiert wird und dann in abgeschwächter Form an der Spule wieder ankommt und dort ein zweites Sig nal ergibt. Ein Anspitzen des Nickeldrahtes am Ende kann bereits ausreichen, um das Reflektieren stark zu dämpfen; ein Einspannen zwischen zwei Kunststoffplatten oder das Ein gießen in einen weichen Kunststoff kann eine noch bessere Wirkung erbringen. Die Länge ist so zu dimensionieren, daß das reflektierte Signal das eigentliche Signal nicht stört. Auch kann der Draht in der Form einer kleinen Spule aufge wickelt werden.The change in the magnetic conductivity in the nickel wire is raised by the permanent magnet 5 to a higher magnetic level and can be removed by the coil 6 . It is essential that the coil 6 is dimensioned and arranged so that it is able to take on the very rapid changes in the nickel wire 4 . It is about frequencies of about 1 million vibrations per second. The nickel wire 4 must have the length provided according to the invention, because at the end of this wire the expansion wave is reflected and then arrives in a weakened form on the coil and there results in a second signal. Pointing the nickel wire at the end can be sufficient to strongly dampen the reflection; clamping between two plastic plates or pouring into a soft plastic can have an even better effect. The length must be dimensioned so that the reflected signal does not interfere with the actual signal. The wire can also be wound up in the form of a small coil.

Es ist möglich, für jeden Zylinder einen oder mehrere Nik keldrähte anzuordnen, wobei alle Nickeldrähte mit getrenn ten Aufnehmerspulen und mit getrennten elektronischen Schal tungen zusammenwirken. Es kann aber auch vorteilhaft sein, alle Drähte durch eine gemeinsame Spule zu führen, weil die Signale aufgrund der Zündfolge des Motors voneindander ge trennt werden können, da nur immer kurz nach der elektrischen Zündung, also während der eigentlichen Verbrennung, ein Klop fen auftreten und damit ein Nickeldrahtmikrofonsignal vor handen sein kann. Durch zeitliches Abtasten dieser Spule können die Signale von mehreren Zylindern getrennt werden. It is possible to have one or more Nik for each cylinder to arrange keld wires, all nickel wires with separate th pick-up coils and with separate electronic scarf cooperate. But it can also be advantageous to lead all the wires through a common coil because the Signals based on the firing order of the engine can be separated, because only shortly after the electrical Ignition, i.e. during the actual combustion, a knock fen occur and thus a nickel wire microphone signal can be there. By sampling this coil over time the signals can be separated from several cylinders.

Ein Beispiel für eine solche Ausbildung zeigt Fig. 3, die in vereinfachter Darstellung eine Meßanordnung gemäß der Er findung für einen Vierzylindermotor aufweist. Aus dem Zylin derkopf 11 sind je einem Zylinder zugeordnete magnetostrik tive Elemente 12, vorzugsweise Nickeldrähte, herausgeführt und durch einen mechanisch-elektrischen Umformer 13 hindurch geführt. In dem mechanisch-elektrischen Umformer 13 werden die Dehnungswellen in elektrische Werte, z.B. Spannungen oder Ströme, umgewandelt. Da das Klopfen der verschiedenen Zylin der zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt (entsprechend der Zündfolge des Motors), kann für alle magnetostriktiven Sig nale der verschiedenen Zylinder ein einziger mechanisch-elek trischer Umformer 13 verwendet werden. Die so erhaltenen elektrischen Signale werden in einer elektronischen Schaltung 14 weiterverarbeitet und gegebenenfalls gespeichert. Die Aus gangssignale der elektronischen Schaltung 14 werden über Lei tungen 15 zu den Steuer- und Regeleinrichtungen des Motors (z.B. Zündung, Gemischbildung und Aufladung) weitergegeben.An example of such a design is shown in FIG. 3, which has a measuring arrangement according to the invention for a four-cylinder engine in a simplified representation. From the Zylin derkopf 11 are each assigned to a cylinder magnetostrictive elements 12 , preferably nickel wires, led out and passed through a mechanical-electrical converter 13 therethrough. In the mechanical-electrical converter 13 , the expansion waves are converted into electrical values, for example voltages or currents. Since the knocking of the various cylinders takes place at different times (according to the firing order of the engine), a single mechanical-electrical converter 13 can be used for all magnetostrictive signals of the various cylinders. The electrical signals obtained in this way are further processed in an electronic circuit 14 and possibly stored. The output signals from the electronic circuit 14 are passed on lines 15 to the control and regulating devices of the engine (eg ignition, mixture formation and charging).

Claims

1. A method for detecting and evaluating knocking combustion during operation of a spark-ignition internal combustion engine, in the combustion chamber of which a physical size that changes when knocking combustion is detected and fed to a processing device, characterized in that the pressure changes occurring when knocking occur with frequencies measured by more than 100 kHz and fed via a magnetostrictive element with a maximum diameter of 2 mm and a length-to-diameter ratio of more than 100 to the processing device.

2. Method for detecting and evaluating knocking combustion voltage during the operation of a spark ignition internal combustion engine machine in whose combustion chamber there is a knocking Ver combustion changing physical quantity detected and a Ver work device is supplied, characterized net that the pressure increases resulting from knocking of more measured as 1 bar per microsecond and over a magnetostrictive element with a maximum diameter of 2 mm and a length-to-diameter ratio of more than 100 are fed to the processing device.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a magnetostrictive ele ment, the end of the combustion chamber on the combustion chamber wall is arranged that it is acoustically decoupled from this is.

4. Device according to claim 3, characterized in that the magnetostrictive element has a circular cross section has and cylindrical shape.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized net that the magnetostrictive element made of nickel or a Nickel alloy exists.

6. Device according to one of claims 3-5, characterized ge indicates that the magnetostrictive element on the End facing away from the combustion chamber a change in cross section points.

7. Device according to one of claims 3-6, characterized ge indicates that the magnetostrictive element on the End pointed away from the combustion chamber.

8. Device according to one of claims 3-7, characterized ge indicates that the magnetostrictive element on the End facing away from the combustion chamber in plastic and / or elastic material is embedded.

9. Device according to one of claims 3-8, characterized ge indicates that the magnetostrictive element is in or on a spark plug is arranged.

10. Device according to one of claims 3-8, characterized ge indicates that the magnetostrictive element on the focal space surrounding the cylinder head gasket is arranged.

11. Device according to one of claims 3-10, characterized net by a device for converting the into the magne signal contained in an electrical tostrictive element Signal.

12. Device according to claim 11, characterized by a coil interacting with the magnetostrictive element.

13. The device according to claim 11, characterized by a half interacting with the magnetostrictive element conductor element, in particular a Hall element.

14. Device according to one of claims 12 or 13, characterized characterized in that the coil or the semiconductor element is premagnetized.

15. Device according to one of claims 3-14, characterized ge indicates that several cylinders of an internal combustion engine own magnetostrictive elements are assigned.

16. The device according to claim 15, characterized in that the magnetostrictive elements of several cylinders with egg ner common device for converting the mag signals containing netostrictive elements interact ken.

17. Device according to one of claims 11-16, characterized records through a memory for registering the rela tive number of signals, the predetermined, in particular criteria indicating the possibility of damage meet or exceed rien.