DE741336C

DE741336C - Device for measuring the knock strength in internal combustion engines

Info

Publication number: DE741336C
Application number: DED76803D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Lichtenberger; Dr Phil Alexander Philippovich; Dr Fritz Seeber
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1937-12-11
Filing date: 1937-12-11
Publication date: 1943-11-10

Description

Vorrichtung zum Messen der Klopfstärke bei Verbrennungsmotoren Das Klopfen bei Verbrennungsmotoren, insbesondere der Klopfbeginn bei steigendem Verdichtungsverhältnis oder steigender Überladung ist von großer Wichtigkeit bei der Verwendung mehr oder weniger klopffester Kraftstoffe; da einerseits mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad hohes Verdichtungsverhältnis oder hohe Überladung gewünscht wird, anderseits der Ausführung dieses Wunsches durch das Klopfen des Kraftstoffes eine natürliche Grenze gesetzt ist. Bisherige Versuche, den Eintritt oder den Grad des Klopfens zu bestimmen, benutzen das schnelle Ansteigen des Druckes oder, mathematisch ausgedrückt, die erste Ableitung des Druckes p nach der Zeit dpçldg. Dabei wurde die absolute Größe von dp/dt als Maß für die Klopfstärke eingesetzt.Device for measuring the knock intensity in internal combustion engines Knocking in internal combustion engines, especially the beginning of knocking when the compression ratio increases or increasing overload is of great importance when using more or less knock-proof fuels; on the one hand with consideration of the efficiency high compression ratio or high overload is desired, on the other hand the Carrying out this desire by knocking the fuel is a natural limit is set. Previous attempts to determine the occurrence or degree of knocking use the rapid rise in pressure, or, in mathematical terms, use that first derivative of the pressure p with respect to the time dpçldg. It was the absolute size of dp / dt used as a measure of the knock strength.

Es ist zwar damit gelungen, sehr starkes Klopfen entsprechend großem dp, dt festzustellen, aber gerade der Klopfbeginn, auf den es praktisch ankommt, macht sich in dem Wert dpldt noch nicht bemerkbar.It is true that very strong knocking is correspondingly large dp, dt to be determined, but precisely the beginning of knocking, which is practically important, is not yet noticeable in the value dpldt.

Für die Bildung des Ausdruckes dp/dt wurden teilweise elektromagnetische Geber benutzt, die zwar theoretisch unmittelbar dpldt aufzeichnen sollten, praktisch aber mit TemperaturfehIern behaftet sind und außerdem leicht zu fehlerhaften Eigenschwingungen angeregt werden. For the formation of the expression dp / dt were partly electromagnetic Encoders are used, which theoretically should record directly dpldt, in practice but are afflicted with TemperaturfehIern and also easily to faulty natural oscillations be stimulated.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Druckanzeige von Indikatoren mit Hilfe von elektrischen Kreisen zu differenzieren, welche aus Kondensator und Widerstand bestehen. Derartige Differenziervorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht ganz exakt arbeiten und nur innerhalb eines beschränkten Amplituden- wie auch Frequenzbereiches benutzt werden dürfen, wenn die Differentiation einigermaßen richtig sein soll. It has also been proposed to use pressure indicators differentiate with the help of electrical circuits, which from Capacitor and resistor exist. However, such differentiating devices have the disadvantage that they do not work exactly and only within a limited range Amplitude as well as frequency range may be used if the differentiation should be reasonably correct.

Auch ist im Schrifttum schon davon gesprochen worden, daß der zweite Differentialquotient d2 p/dt2 für die Beurteilung der Kraftstoffe besonders hinsichtlich des Klopfverfahrens von Wichtigkeit sein könnte; es konnte jedoch kein Verfahren angegeben werden. mit welchem die Bildung von d2 p/dt2 möglich ist. It has also been said in the literature that the second Differential quotient d2 p / dt2 for the assessment of fuels, especially with regard to the tapping process might be of importance; however, there could be no procedure can be specified. with which the formation of d2 p / dt2 is possible.

Gemäß der Erfindung wird nml zur Bildung des zweiten Differentialquotienten der piezoelektrische Indikator benutzt, und zwar wird vorgeschlagen, zur Bildung des ersten Differentialquotienten eine Drossel anzuordnen. According to the invention, nml is used to form the second differential quotient the piezoelectric indicator used, and indeed proposed, to form to arrange a throttle of the first differential quotient.

Abb. I stellt die übliche Verwendung des Quarzindikators dar. Der Indikator a arbeitet auf einen Kondensator C und ist mit mindestens 1012 bis 1014 Ohm isoliert, damit die Zeitkonstante dieses Eingangskreises mindestens eine oder mehrere Minuten beträgt. Fig. I shows the common use of the quartz indicator. The Indicator a works on a capacitor C and is at least 1012 to 1014 Ohm isolated so that the time constant of this input circuit is at least one or several minutes.

Andernfalls ist eine genaue Eichung und Messung mit dem Indikator nicht möglich. Otherwise an exact calibration and measurement with the indicator is necessary not possible.

Wie bekannt, bildet diese hohe Isolation die Hauptschwierigkeit des Quarzindikators, da sie sich im praktischen Betrieb meist schwer durchführen läßt und teuere und empfindliche Spezialröhren erfordert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun die von dem Quarz erzeugte statische Ladung über einen Widerstand R von höchstens einigen Megohm abgeleitet (Abb. 2). Der dabei auftretende dQ dp Strom ist i = und damit proportional , dT dt wenn Q die piezoelektrische Ladung und p den Druck bedeutet. Die größte Schwierigkeit des Quarzindikators ist damit behoben und eine exakte Messung von dp/dt ermöglicht. Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Differenzierkreisen arbeitet diese Schaltung bis zu den höchsten Amplituden und Frequenzen exakt, wobei es darauf ankommt, etwaige Restkapazitäten gerade möglichst klein zu machen.As is well known, this high level of isolation is the main difficulty of the Quartz indicator, as it is usually difficult to carry out in practical operation and requires expensive and delicate special tubes. According to the present invention is now the static charge generated by the quartz through a resistor R of at most a few megohms (Fig. 2). The occurring dQ dp current i = and therefore proportional, dT dt if Q is the piezoelectric charge and p the pressure means. The main difficulty of the quartz indicator is thus resolved and enables an exact measurement of dp / dt. In contrast to the ones mentioned at the beginning This circuit works up to the highest amplitudes and differentiating circuits Frequencies exactly, where it depends, any remaining capacities just as possible to make it small.

Es ist weiterhin möglich, den erhaltenen Wert dp/dt durch den Verstärker b zu verstärken und nachträglich mit Hilfe einer Spule L' und zweier Widerstände R' und R" eine elelitrische Integration herbeizuführen, die dann wieder p ergibt und infolge der größeren Leistung nicht mit Isolationsschwierigkeiten zu kämpfen hat (Abb. 3). It is also possible to use the amplifier to check the obtained dp / dt b to be strengthened and subsequently with the help of a coil L 'and two resistors R 'and R "to bring about an elite integration, which then results in p and not to struggle with isolation difficulties due to the higher performance has (Fig. 3).

Für den eigentlichen Zweck der Klopfmessung wird nach der vorliegenden Erfindung der zweite Differentialquotient des Druckes d2p/dt2 gebildet, was durch Einführung einer Drosselspule möglich ist. In Abb. 4 ist das Prinzip der Schaltung dargestellt. Statt des Widerstandes R (in Abb. 2) wird hier eine Drossel L eingeführt. Der entstehende piezoelektrische Strom i entspricht dp dt, andererseit ist die Spannung an der Spule L:E = L # di/dt oder proportional d2p/dt. Wird die Selbstinduktion der Drosselspule ziemlich grol3 genommen, dann liegt u. U. die im Eingangskreis durch Kapazität und Selbstinduktion gebildete Resonanz in dem Bereich der zu messenden Frequenzen, wodurch Verzerrungen entstehen können. In solch einem Falle wendet man besser die Schaltung nach Abb. 5 an. Zunächst wird mit Hilfe des Widerstandes R der Wert dp,dt gebildet; diese Impulse werden durch das Verstärkerrohr b oder in üblicher Weise durch mehrere Rohre verstärkt und schließlich durch die Drosselt geleitet, an deren Enden eine Spannung E proportional d2pZdt2 entsteht. Die Aufzeichilulig von E kann in üblicher Weise durch Schleifen- oder Kathodenstrahloszillographen erfolgen. Es kann auch, wie bei den bekannten Klopfmessern, ein stark gedämpftes Ausschlaginstrument angeschlossen werden, welches den Mittelwert von vielen Verbrennungshüben anzeigt. Da die durch die Spitzen von d2p/dt2 verursachten Stromstöße außerordentlich kurzzeitig sind und, um überhaupt einen Dauerausschlag des Anzeigeinstruments zu erreichen, sehr hoch sein müssen, besteht die Gefahr, daß das Endrohr und das Instrument überlastet werden; es empfiehlt sich deshalb, vor das Gitter des Endrohres einen Verzögerungskreis einzubauen. Auf diese Weise ist es möglich, die Spitzen abzuflachen und ihr Zeitintegral zu vergrößern. For the actual purpose of the knock measurement, according to the present Invention of the second differential quotient of the pressure d2p / dt2 is formed by what Introduction of a choke coil is possible. In Fig. 4 is the principle of the circuit shown. Instead of the resistor R (in Fig. 2), a throttle L is introduced here. The resulting piezoelectric current i corresponds to dp dt, on the other hand is the voltage at the coil L: E = L # di / dt or proportional d2p / dt. Will self induction If the choke coil is taken quite large, then it may be in the input circuit Resonance formed by capacitance and self-induction in the area of the to be measured Frequencies that can cause distortion. In such a case one turns it is better to use the circuit according to Fig. 5. First, with the help of the resistor R the value dp, dt formed; these pulses are transmitted through the amplifier tube b or in Usually reinforced by several pipes and finally by the throttle at the ends of which a voltage E proportional to d2pZdt2 arises. The recordable of E can in the usual way by loop or cathode ray oscillographs take place. As with the known knocking knives, it can also be a heavily damped one Extracting instrument can be connected, which measures the mean value of many combustion strokes indicates. Since the current surges caused by the peaks of d2p / dt2 are extraordinary are short-term and, in order to have a permanent deflection of the display instrument at all reach, must be very high, there is a risk that the end pipe and the instrument be overloaded; it is therefore advisable to put one in front of the grille of the tailpipe To build in delay circuit. In this way it is possible to flatten the tips and to increase their time integral.

Praktische Versuche haben ergeben, daß zwischen Nichtklopen n und stärkstem Klopfen k der lLTnterschied in den Drücken pn und pk höchstens 10%, der Unterschied in der ersten Ableitung der Drücke dpn/dt und dpk/dt etwa 100%, dagegen der Unterschied der zweiten Ableitung d2pnldta und d2pk/dt2 eine Größenordnung ausmacht. Ferner ist es bei der Messung des zweiten Differentialquotienten möglich, die Verstärkung b in Abb. 5 so zu wählen, daß bei nichtklopfendem Lauf überhaupt kein Ausschlag zu sehen ist, während bei schwachem Klopfen schon hohe Spitzen auftreten. Die Methode ist dabei erheblich empfindlicher als das bisher übliche Abhören des Klopfens mit dem Ohr. Diese Wirksamkeit ist dadurch zu verstehen, daß d2p/dt2, mathematisch gesehen, die Krümmung der Drucklinie mißt, welche bekanntlich beim Klopfen eine oder mehrere scharfe Spitzen aufweist. Practical tests have shown that between non-Klopen n and strongest knock k the difference in the pressures pn and pk at most 10%, the Difference in the first derivative of the pressures dpn / dt and dpk / dt about 100%, however the difference between the second derivative d2pnldta and d2pk / dt2 is an order of magnitude. Furthermore, when measuring the second differential quotient, it is possible to increase the gain b in Fig. 5 should be selected so that there is no deflection at all when the barrel is not knocking can be seen, while even high peaks occur with weak knocking. The method is considerably more sensitive than listening to knocking, which has been the norm up to now the ear. This effectiveness is to be understood by the fact that d2p / dt2, seen mathematically, measures the curvature of the pressure line, which is known to be one or more when knocking has sharp points.

Eine weitere Steigung der Empfindlichkeit ist durch Bildung eines, noch höheren Differentialquotienten von p möglich, was durch mehrfache Anwendung des Differenzierungsprinzips nach Abb. 5 erfolgen kann. A further increase in sensitivity is achieved by the formation of a even higher differential quotients of p possible, what by multiple Application of the differentiation principle according to Fig. 5 can take place.

Claims

PATENT CLAIM: Device for measuring the knock intensity in internal combustion engines with the aid of the piezoelectrically recorded pressure-time diagram on the motor to be tested or pressure increase, in particular due to the pressure increase d2p / dt2, thereby characterized in that a resistor is used to form the first differential quotient (R) and for the formation of the second or a higher differential quotient a resp. several chokes (L) are arranged.

To distinguish the subject of the application from the state of the art are The following publications were considered in the granting procedure: French Patent specification ... No. 806 802; Journal of the V.D.I. 80, 1936, No. 48, p. 1447 to 1453; Mécanique magazine 1937, p. 130; Labarthe: Nouvelles Methodes De Mesures Mecaniques. Paris I936. P. 223.