EP3519687A1 - Verfahren zum erstellen eines entstörten brennraumsignaldatenstroms - Google Patents

Verfahren zum erstellen eines entstörten brennraumsignaldatenstroms

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EP3519687A1
EP3519687A1 EP17777039.3A EP17777039A EP3519687A1 EP 3519687 A1 EP3519687 A1 EP 3519687A1 EP 17777039 A EP17777039 A EP 17777039A EP 3519687 A1 EP3519687 A1 EP 3519687A1
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EP
European Patent Office
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data stream
combustion chamber
signal data
chamber signal
phi
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Withdrawn
Application number
EP17777039.3A
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English (en)
French (fr)
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Josef Moik
Gary Patterson
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the independent claim.
  • the pressure profiles in the interior of the cylinders are recorded via suitable pressure sensors, charge amplifiers and fast data acquisition systems. Due to the not always ideally possible installation of the pressure sensors as well as external influences such as structure-borne noise or structure-borne sound vibrations, caused e.g. By closing the valves, the measured pressure curve is subject to various disturbing influences, which affect the accuracy of the evaluations. For this reason, it is known to filter the cylinder pressure signal.
  • the cylinder pressure signal is first digitized synchronously in time, then converted on an angle basis and then smoothed by a weighted averaging, whereby the weight function and the window width for this sliding averaging can be varied over the crank angle.
  • crank angle-dependent filtering of the cylinder pressure curve adapted to specific disturbances is undertaken, wherein, however, the crank angle information is in turn derived from the cylinder pressure curve.
  • the crank angle information is only approximately known at a certain point in time, and that the instantaneous speed changes caused by the individual cylinders remain completely unconsidered.
  • the sampling frequency is generally much higher on a time base than on a crank angle basis, the detected combustion chamber signal loses information due to the angle-synchronous smoothing.
  • the determination of the crankshaft position from a cylinder pressure curve analysis is severely limited in its accuracy and can not be used for high-quality data analysis.
  • the object of the invention is now to provide an improved method for the at least partial suppression of a combustion chamber signal, by which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the invention preferably relates to a method for producing an at least partially suppressed output data stream by detecting and selectively filtering a combustion chamber signal recorded on an internal combustion engine, comprising the following steps:
  • Creating a first transformed combustion chamber signal data stream by transforming the first filtered combustion chamber signal data stream from time base to crank angle basis using the recorded crank angle signal data stream and creating a second transformed combustion chamber signal data stream by transforming the second optionally filtered combustion chamber signal data stream from time base to crank angle basis using the recorded crank angle signal data stream,
  • the output data stream in a first crank angle range comprises the first transformed combustion chamber signal data stream and in a second crank angle range, the second transformed combustion chamber signal data stream.
  • the first transformed combustion chamber signal data stream serves as a base signal and is replaced by certain or selectable crank angles by the second transformed combustion chamber signal data stream.
  • crank angles, between which the first transformed combustion chamber signal data stream is replaced by the second transformed combustion chamber signal data stream are freely selectable, and / or that the first transformed combustion chamber signal data stream serves as the base signal and values from the second transformed combustion chamber signal data stream between freely selectable crank angles are adopted in the base signal.
  • first combustion chamber signal data stream may be filtered and / or numerically smoothed in a first filter before the transformation on a crank angle basis and / or for the second combustion chamber signal data stream to be filtered and / or numerically smoothed in a second filter before the transformation on a crank angle basis.
  • thermodynamic zero point correction is made.
  • the second crank angle region comprises at least a part of the high-pressure part or the entire high-pressure part of the combustion process
  • the second crank angle range 30 ° before the top dead center of the high pressure part to 120 ° after top dead center of the high-pressure part of the combustion process comprises.
  • the output data stream in the transition region between the first crank angle range and the second crank angle range comprises a transitional data stream or is formed by the transition data stream, by which a continuous and / or smooth transition between the first transformed combustion chamber signal data stream and the second transformed combustion chamber signal data stream is formed, wherein the transition data stream is formed by a cross-fading function such as in particular a Gaussian integral curve or a linear function.
  • the first filter and the second filter are independent of each other and freely parameterizable.
  • the first filter is adapted to carry out a basic smoothing of the combustion chamber signal or the first combustion chamber signal data stream in the low-pressure part of the combustion process and / or that the first filter is adapted to filter relevant disturbances such as mechanical disturbances or structure-borne sound vibrations caused by the valve closure.
  • the second filter is adapted to filter in the high pressure part of the combustion process, in particular disturbances caused by the sensor mounting, but to pass other vibrations such as knocking vibrations.
  • the filter or filters are or are designed as low-pass filters, band-pass filters, band-stop filters or filters for numerical smoothing.
  • the first filter is a low-pass filter, or that the first filter is a low-pass filter with a cut-off frequency of 1 kHz to 5 kHz.
  • the second filter is a low-pass filter, or that the second filter is a low-pass filter with a cut-off frequency of 20 kHz to 100 kHz.
  • the filter or filters are or are designed to filter the respective combustion chamber signal data stream in real time.
  • the combustion chamber signal is a cylinder pressure signal of the combustion chamber, or a pressure signal of a combustion chamber pressure sensor of an indexed engine.
  • the filter running times of the filtered combustion chamber signal data stream or the filtered combustion chamber signal data streams are compensated, and / or that the transformation based on the crankshaft angle and the compensation of the filter run times are performed in one step, in particular at the same time.
  • crank angle signal corresponds to a crank angle course, which is recorded by means of a crank angle sensor.
  • the time-synchronized digitization is in each case carried out by an A / D converter, wherein the A / D converter is in particular an 18-bit converter with a sampling rate of 2 MHz.
  • the filter or filters are digital filter stages, in particular digital filter stages of the FIR type (Finite Impulse Response Filter).
  • the creation of the output data stream takes place in real time, but in particular in real time, delayed by the filter runtime to be compensated.
  • the creation of the output data stream takes place in real time, in particular delayed by the filter running time to be compensated, and that for the composition the transformed combustion chamber signal data streams to the output data stream a digital signal processor or a FPGA ("Free Programmable Gate Array") is used.
  • the method comprises the following steps:
  • Combustion chamber signal data signal streams such that the output data stream is formed in a first crank angle range by the first transformed combustion chamber signal data stream, in a second crank angle range by the second transformed combustion chamber signal data stream, and in a third or further crank angle range by the third or further transformed combustion chamber signal data stream.
  • pr (phi) pn (phi) * (l-u (phi-phin)) + pl (phi) * (u (phi-phin))
  • phi> phin + m: pr (phi) pl (phi) where phi is the crank angle, where phi l is the first freely adjustable crank angle, where phin is another freely adjustable crank angle, where pl (phi) is the crank angle first transformed combustion chamber signal data stream, where pn (phi) is another transformed combustion chamber signal data stream, where u is the transition data stream forming crossfade function, and z is a first freely adjustable crank angle window, and m is another freely adjustable crank angle window, and pr is the output data stream is.
  • a filter in particular a digital filter, which is used only in a certain predefinable crank angle range.
  • the disturbing vibrations due to valve closing occur approximately in a range of 120 ° before TDC (top dead center).
  • a thermodynamic zero-point correction typically a range of 100 ° to 50 ° before TDC is used.
  • the maximum pressure gradient and knocking vibrations occur only at the OT and after. It is therefore advantageous to let the low-pass filter act only up to about 30 ° before TDC and then turn off.
  • the sudden deactivation of a filter typically leads to discontinuities in the waveform.
  • a smooth or smooth transition between filtered and unfiltered signal is provided. This will be a so-called cross-fading function (eg a Gaussian integral curve) is used and defines a crank angle range for the transition:
  • the high-frequency data stream (eg 18 bits with 2 MHz sampling rate) supplied by an A / D converter is passed into two independent digital filter stages (eg of the FIR type) whose types and cut-off frequencies are determined by the end user of the Measuring system can be freely defined.
  • These may be, for example, low passes or band-stop filters. The latter are advantageous, for example, when narrow-band resonances dependent on the mounting of the sensor occur in the high-pressure part of the cylinder pressure curve. Following these filters, the data is transformed to crank angle using signals from a crank angle sensor.
  • the base curve used is preferably that with the first filter, in particular the base filter, filtered curve. From a certain user-definable crank angle phil, the values of the second curve are taken over for the result signal and from another freely definable crank angle phi2 again on the first curve.
  • a smooth transition is made between the curves filtered with the first filter and with the second filter.
  • a cross-fading function for example a Gaussian integral curve
  • a transition window (s) is defined for the transition:
  • pr (phi) p2 (phi) * (l-u (phi-phi2)) + pl (phi) * (u (phi-phi2))
  • Examples of a possible blending function u (phi) would be e.g. a linear function or a Gaussian integral curve.
  • the method for generating the filtered curve of a cylinder pressure curve optionally comprises the steps of guiding the digitized pressure curve through two digital filter stages, which are freely parameterizable in terms of type and cutoff frequency, the Output curves are then reassembled into a resulting new pressure curve, wherein before a definable crank angle the values of the output curve of the first filter, then the values of the output curve of the second filter and then again the values of the output curve of the first filter are used. It is preferably provided that a sliding switching between the output curves of the digital filter is performed by means of a cross-fading function. In this case, the digital filtering, the conversion of the filtered data from time base to crank angle and the composition of the output curves to a resulting crank angle-dependent course are performed in real time in a digital signal processor or FPGA ("Free Programmable Gate Array").
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the sequence of a method for creating a suppressed or an at least partially suppressed combustion chamber signal data stream.
  • combustion chamber signal 1 combustion chamber signal data stream 2, crank angle signal 3, crank angle signal data stream 4, first filter 5, second filter 6, third filter 7, transformation (of the first combustion chamber signal data stream) 8, transformation (of the second combustion chamber signal data stream) 9, transformation (of the third combustion chamber signal data stream) 10, parameter 11, composition of (the output data stream) 12, disturbed signal 13, high-frequency change of the combustion chamber signal data stream at ignition 14, purged output data stream 15, transition data stream 16, first crank angle region 17, transition region 18, second Crank angle range first transformed combustion chamber signal data stream second transformed combustion chamber signal data stream third transformed combustion chamber signal data stream 23, second optionally filtered combustion chamber signal data stream 24, third optionally filtered combustion chamber signal data stream 25, first combustion chamber signal data stream 26, second combustion chamber signal data stream 27, third combustion chamber signal data stream 28.
  • a combustion chamber signal 1 is recorded in a first step.
  • This combustion chamber signal 1 can be, for example, a pressure signal recorded via a pressure sensor or a different signal. Also possible would be the output of a knock sensor or the output of a temperature sensor.
  • the invention is carried out by way of example on the basis of a pressure signal, in particular based on a pressure signal of the combustion chamber pressure sensor of an indexed engine.
  • the recorded combustion chamber signal 1 is converted into a combustion chamber signal data stream 2. This conversion takes place in particular by digitizing, preferably by time-synchronized digitizing, for example in an A / D converter.
  • crank angle signal 3 is recorded and subsequently digitized.
  • This conversion of the crank angle signal 3 into a crank angle signal data stream 4 takes place, in particular, by high-frequency, time-synchronized digitizing, for example by scanning, counting and interpolating the pulses of an angle-mark transmitter. This digitization can be done for example in an A / D converter.
  • this is split into a first combustion chamber signal data stream 26 and into a second combustion chamber signal data stream 27 and / or duplicated.
  • the splitting into a first combustion chamber signal data stream 26 and into a second combustion chamber signal data stream 27 enables the independent processing of the combustion chamber signal data stream 2 in two different method steps.
  • the first combustion chamber signal data stream 26 is filtered in a first filter 5, without influencing the second combustion chamber signal data stream 27.
  • the first filter 5 may be, for example, a low-pass filter, a band-pass filter or a band-stop filter.
  • the first filter 5 is designed as a low-pass filter, preferably as a low-pass filter with a cut-off frequency of 1 kHz to 5 kHz.
  • the first filter 5 is used for basic suppression.
  • it is the task of the first filter 5 to filter the disturbances 13 of the combustion chamber signal 1 caused by the valve closure of the valves of the internal combustion engine. These are relatively high-frequency disturbances which can be removed by the low-pass filter from the combustion chamber signal 1 or from the combustion chamber signal data stream 2.
  • a transformation 8 of the first filtered combustion chamber signal data stream 23 takes place from time base to crank angle basis, wherein the crank angle signal data stream 4 used for this purpose is the data of the crank angle signal 3.
  • the compensation of the filter running times takes place. These filter runtimes arise, in particular due to the real-time calculation of, in particular digital, filters. This compensation results in no signal shifts on the crank angle axis even at different speeds.
  • the second combustion chamber signal data stream 27 can also be filtered and / or numerically smoothed in a second filter 6.
  • This filtering or smoothing in the second filter 6 is preferably carried out in parallel and thus independently of the filtering of the first combustion chamber signal data stream 26 in the first filter 5. If appropriate, according to a further embodiment, the second combustion chamber signal data stream 27 can also be passed on unfiltered.
  • the second filter 6 is designed as a low-pass filter, preferably as a low-pass filter with a cut-off frequency of 20 kHz to 100 kHz. Furthermore, the second filter 6 is a possibly additional suppression.
  • a transformation 9 of the second optionally filtered combustion chamber signal data stream 24 is performed from time base to crank angle basis.
  • the transformation 9 is also preferably the compensation of the filter run times.
  • a third optionally filtered combustion chamber signal data stream 25 is provided, which is created by filtering a third combustion chamber signal data stream 28 in a third filter 7.
  • This third optionally filtered combustion chamber signal data stream 25 is also transformed in a transformation 10 from time base to crank angle-based. In the transformation 10, the compensation of the filter run times preferably also takes place.
  • an output data stream 15 is formed by assembling 12.
  • This output data stream according to the present embodiment comprises parts of the first transformed combustion chamber signal data stream 20 and of the second one
  • the output data stream 15 comprises at least a portion of the first transformed combustion chamber signal data stream 20 and at least a portion of the second transformed combustion chamber signal data stream 21.
  • a first crank angle region 17 is provided in which the output data stream 15 corresponds to the first transformed combustion chamber signal data stream 20.
  • a second crank angle range 19 is provided in which the output data stream 15 corresponds to the second transformed combustion chamber signal data stream 21.
  • the first crank angle region 17 preferably comprises the region in which a disturbance to be filtered or eliminated occurs.
  • the first crank angle region 17 includes the low-pressure part of the combustion process and the region in which the valves of the corresponding cylinder of the internal combustion engine are closed.
  • the disturbed signal 13, for the sake of clarity only, is replaced by the first transformed combustion chamber signal stream 20 filtered in the first filter 5 according to the present method so that the perturbations are eliminated and the output data stream 15 is or is suppressed.
  • the output data stream 15 is formed by the second transformed combustion chamber signal data stream 21, which also maps high-frequency combustion chamber signals such as high-frequency changes of the combustion chamber signal data stream by a knocking combustion 14 and / or possible disturbances caused by the sensor assembly.
  • the second crank angle region 19 comprises the high-pressure part of the combustion process.
  • a transition region 18 with a transitional data stream 16 is arranged.
  • the transitional data stream 16 is suitable and / or adapted to effect a continuous course of the output data stream 15 between the two successive transformed combustion chamber signal data streams 20, 21.
  • the transitional data stream 16 can be, for example, a Gaussian integral curve whose boundary conditions correspond to the boundary conditions of the joined combustion chamber signal data streams.
  • the filters are set up to filter and / or numerically smooth the combustion chamber signal data streams before the transformation on a crank angle basis in a filter.
  • the first transformed combustion chamber signal data stream corresponds to a first filtered and / or smoothed and transformed combustion chamber signal data stream.
  • the second, third and further transformed combustion chamber signal data stream include a second, third and further optionally filtered and / or optionally smoothed and transformed
  • Combustion room signal stream corresponds.
  • the high-pressure part of the combustion process corresponds to the high-pressure region of the combustion process.
  • the low-pressure part of the combustion process corresponds to the low-pressure region of the combustion process.
  • the output data stream is formed in a first crank angle range by the first transformed combustion chamber signal data stream and in a second crank angle range by the second transformed combustion chamber signal data stream.
  • the combustion chamber signal data stream is split or duplicated into two, three, four, five, six or more combustion chamber signal data streams.
  • the first, second, third, fourth, fifth, sixth or further combustion chamber signal data streams split or duplicated from the combustion chamber signal data stream are filtered or smoothed in an associated first, second, third, fourth, fifth, sixth or further filter.
  • the filtered or optionally filtered first, second, third, fourth, fifth, sixth or further combustion chamber signal data streams are transformed in a respective first, second, third, fourth, fifth, sixth or further transformation from time base to crank angle basis.
  • the output data stream comprises or is formed by parts of a first, second, third, fourth, fifth, sixth or further transformed combustion chamber signal data stream.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines zumindest teilweise entstörten Ausgangsdatenstroms (15) durch Erfassen und selektives Filtern eines an einem Verbrennungsmotor aufgenommenen Brennraumsignals (1), umfassend folgende Schritte: - Aufnehmen eines Brennraumsignals (1) und Erstellen eines Brennraumsignaldatenstroms (2), - gleichzeitiges Aufnehmen eines Kurbelwinkelsignals (3) und Erstellen eines Kurbelwinkelsignaldatenstroms (4), - Aufspalten oder Duplizieren des Brennraumsignaldatenstroms (2), - Erstellen eines ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (23), - gegebenenfalls Erstellen eines zweiten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (24), - Erstellen eines ersten transformierten Brennraumsignaldatenstroms (20) durch Transformieren (8) des ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (23) von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis und Erstellen eines zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstroms (21) durch Transformieren (9) des zweiten gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (24) von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis, - Zusammensetzen der transformierten Brennraumsignaldatenströme (20, 21), sodass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich (17) den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (20) und in einem zweiten Kurbelwinkelbereich (19) den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) umfasst.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren zum Erstellen eines entstörten
Brennraumsignaldatenstroms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Zur Analyse von Brennverfahren von Verbrennungsmotoren ist es bekannt, Brennraumsignale über Sensoren aufzunehmen und in weiterer Folge auszuwerten. Bei Messungen an Verbrennungsmotoren ist es jedoch nahezu unvermeidbar, dass das Brennraumsignal durch Störeinflüsse gestört ist, womit eine Entstörung des aufgenommenen Signals oder der daraus generierten Daten notwendig ist.
Zur Analyse und Optimierung der Brennverfahren von Verbrennungsmotoren sowie gegebenenfalls auch zur Steuergerätebedatung werden beispielsweise die Druckverläufe im Innenraum der Zylinder über geeignete Druckaufnehmer, Ladungsverstärker und schnelle Datenerfassungssysteme aufgezeichnet. Bedingt durch den nicht immer ideal möglichen Einbau der Drucksensoren sowie durch äußere Einflüsse wie Körperschallsignale bzw. Körperschallschwingungen, hervorgerufen z.B. durch das Schließen der Ventile, ist die gemessene Druckkurve mit verschiedenen Störeinflüssen behaftet, welche die Genauigkeit der Auswertungen beinträchtigen. Aus diesem Grund ist es bekannt, das Zylinderdrucksignal einer Filterung zu unterziehen.
Allerdings werden durch eine solche Filterung auch eventuelle dem Zylinderdruck überlagerte Klopfschwingungen sowie hohe Druckgradienten, wie sie bei Vorentflammungen auftreten, gefiltert und damit amplitudenmäßig reduziert. Durch eine unkorrekte Erkennung dieser Phänomene entsteht die Gefahr, den Motor thermisch zu überlasten und damit zu schädigen. Ebenso verhindert eine Reduktion des Druckgradienten eine korrekte Bestimmung des Verbrennungsgeräusches.
Da diese Phänomene primär im Bereich um den Maximaldruck auftreten, besteht eine Möglichkeit zur Vermeidung der vorhin erwähnten Nebeneffekte darin, das Signal nicht über den ganzen Kurbelwinkelbereich gleichmäßig zu filtern.
So ist es bekannt, dass das Zylinderdrucksignal zuerst zeitsynchron digitalisiert, anschließend auf Winkelbasis umgerechnet und anschließend durch eine gewichtete Mittelwertbildung geglättet wird, wobei die Gewichtsfunktion als auch die Fensterbreite für diese gleitende Mittelung über den Kurbelwinkel variiert werden können.
Da es sich dabei jedoch um ein Glättungsverfahren handelt, welches auf ein auf Kurbelwinkel transformiertes Signal angewendet wird, ergibt sich dadurch der signifikante Nachteil, dass damit weder eine exakte Filterkennlinie noch eine exakte Grenzfrequenz angegeben werden können, da sich der zeitliche Abstand der Kurbelwinkelpositionen mit der Drehzahl ändert.
Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren wird eine an bestimmte Störgrößen angepasste kurbelwinkelabhängige Filterung des Zylinderdruckverlaufs vorgenommen, wobei jedoch die Kurbelwinkelinformation wiederum aus der Zylinderdruckkurve abgeleitet wird. Dies hat den Nachteil, dass die Kurbelwinkelinformation zu einem bestimmten Zeitpunkt nur näherungsweise bekannt ist, und dass die durch die einzelnen Zylinder verursachten Momentandrehzahländerungen gänzlich unberücksichtigt bleiben. Da darüber hinaus die Abtastfrequenz auf Zeitbasis in der Regel wesentlich höher ist als auf Kurbelwinkelbasis, verliert das erfasste Brennraumsignal durch die winkelsynchrone Glättung an Information. Weiters ist auch die Bestimmung der Kurbelwellenposition aus einer Zylinderdruckverlaufsanalyse in ihrer Genauigkeit stark eingeschränkt und für eine hochqualitative Datenauswertung nicht verwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein verbessertes Verfahren zur zumindest teilweisen Entstörung eines Brennraumsignals zu schaffen, durch das die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine hochwertige Datenauswertung von in einem Indiziersystem gemessenen Zylinderdrucksignalen zu ermöglichen, wenn die Zylinderdrucksignale mit Störungen behaftet sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines zumindest teilweise entstörten Ausgangsdatenstroms durch Erfassen und selektives Filtern eines an einem Verbrennungsmotor aufgenommenen Brennraumsignals, umfassend folgende Schritte:
- Aufnehmen eines Brennraumsignals durch einen Brennraumsensor und Erstellen eines Brennraumsignaldatenstroms durch zeitsynchrones digitalisieren des Brennraumsignals,
- gleichzeitiges Aufnehmen eines Kurbelwinkelsignals und Erstellen eines Kurbelwinkelsignaldatenstroms durch zeitsynchrones digitalisieren des Kurbel Winkelsignals, - Aufspalten oder Duplizieren des Brennraumsignaldatenstroms in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom und in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom,
- Erstellen eines ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms durch Filtern des ersten Brennraumsignaldatenstroms in einem ersten Filter, gegebenenfalls Erstellen eines zweiten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms durch Filtern des zweiten Brennraumsignaldatenstroms in einem zweiten Filter,
- Erstellen eines ersten transformierten Brennraumsignaldatenstroms durch Transformieren des ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms und Erstellen eines zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstroms durch Transformieren des zweiten gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms,
- Zusammensetzen der transformierten Brennraumsignaldatenströme, sodass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom und in einem zweiten Kurbelwinkelbereich den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom umfasst.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom als Basissignal dient und zwischen bestimmten oder wählbaren Kurbelwinkeln durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom ersetzt wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Kurbelwinkel, zwischen denen der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom ersetzt wird, frei wählbar sind, und/oder dass der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom als Basissignal dient und Werte aus dem zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom zwischen frei wählbaren Kurbelwinkeln in das Basissignal übernommen werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der erste Brennraumsignaldatenstrom vor der Transformation auf Kurbelwinkelbasis in einem ersten Filter gefiltert und/oder numerisch geglättet wird, und/oder dass der zweite Brennraumsignaldatenstrom vor der Transformation auf Kurbelwinkelbasis in einem zweiten Filter gefiltert und/oder numerisch geglättet wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass im ersten Kurbelwinkelbereich, insbesondere im Niederdruckteil des Brennverfahrens zwischen 100° und 50° vor dem oberen Totpunkt, eine thermodynamische Nullpunktkorrektur vorgenommen wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der zweite Kurbelwinkelbereich zumindest einen Teil des Hochdruckteils oder den gesamten Hochdruckteil des Brennverfahrens umfasst,
- und/oder dass der zweite Kurbelwinkelbereich 30° vor dem oberen Totpunkt des Hochdruckteils bis 120° nach dem oberen Totpunkt des Hochdruckteils des Brennverfahrens umfasst.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der Ausgangsdatenstrom im Übergangsbereich zwischen dem ersten Kurbelwinkelbereich und dem zweiten Kurbelwinkelbereich einen Übergangsdatenstrom umfasst oder durch den Übergangsdatenstrom gebildet ist, durch den ein stetiger und/oder glatter Übergang zwischen dem ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom und dem zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom gebildet wird, wobei der Übergangsdatenstrom durch eine Überblendfunktion wie insbesondere eine Gauß'sche Integralkurve oder eine lineare Funktion gebildet wird. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das erste Filter und das zweite Filter voneinander unabhängig und frei parametrierbar sind.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das erste Filter dazu eingerichtet ist, im Niederdruckteil des Brennverfahrens eine Grundglättung des Brennraumsignals oder des ersten Brennraumsignaldatenstroms durchzuführen und/oder dass das erste Filter dazu eingerichtet ist relevante Störungen wie mechanische Störungen oder durch das Ventilschließen hervorgerufenen Körperschallschwingungen zu filtern.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das zweite Filter dazu eingerichtet ist im Hochdruckteil des Brennverfahrens, insbesondere durch die Sensormontage hervorgerufene Störungen zu filtern, jedoch andere Schwingungen wie beispielsweise Klopfschwingungen durchzulassen.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das oder die Filter als Tiefpassfilter, Bandpassfilter, Bandsperren oder als Filter zur numerischen Glättung ausgebildet ist oder sind.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das erste Filter ein Tiefpassfilter ist, oder dass das erste Filter ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 1kHz bis 5 kHz ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das zweite Filter ein Tiefpassfilter ist, oder dass das zweite Filter ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 20kHz bis 100kHz ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das oder die Filter dazu eingerichtet ist oder sind, den jeweiligen Brennraumsignaldatenstrom in Echtzeit zu filtern. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Brennraumsignal ein Zylinderdrucksignal des Brennraums, oder ein Drucksignal eines Brennraumdrucksensors eines indizierten Motors ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Filterlaufzeiten des gefilterten Brennraumsignaldatenstroms oder der gefilterten Brennraumsignaldatenströme kompensiert werden, und/oder dass die Transformation auf Kurbelwinkelbasis und die Kompensation der Filterlaufzeiten in einem Schritt, insbesondere zeitgleich, durchgeführt werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Kurbelwinkelsignal einem Kurbelwinkelverlauf entspricht, der mittels eines Kurbelwinkelaufnehmers aufgenommen wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die zeitsynchrone Digitalisierung jeweils durch einen ein A/D Wandler durchgeführt wird, wobei der A/D Wandler insbesondere ein 18 Bit-Wandler mit einer Abtastrate von 2 MHz ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das oder die Filter digitalen Filterstufen, insbesondere digitale Filterstufen vom Typ FIR (Finite Impulse Response Filter), sind.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Erstellen des Ausgangsdatenstroms in Echtzeit, insbesondere in Echtzeit jedoch verzögert um die zu kompensierende Filterlaufzeit erfolgt.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Erstellen des Ausgangsdatenstroms in Echtzeit, insbesondere verzögert um die zu kompensierende Filterlaufzeit erfolgt, und dass zur Zusammensetzung der transformierten Brennraumsignaldatenströme zu dem Ausgangsdatenstrom ein digitaler Signalprozessor oder ein FPGA („Free Programmable Gate Array") verwendet wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Aufspalten oder Vervielfältigen des Brennraumsignaldatenstroms in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom, in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom und in einen dritten oder weiteren Brennraumsignaldatenstrom,
gegebenenfalls Filtern des dritten oder weiteren Brennraumsignaldatenstroms in einem dritten oder weiteren Filter,
Erstellen eines dritten oder weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstroms durch Transformieren des dritten oder weiteren gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms,
Zusammensetzen der transformierten
Brennraumsignaldatensignalströme, sodass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich durch den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom, in einem zweiten Kurbelwinkelbereich durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom und in einem dritten oder weiteren Kurbelwinkelbereich durch den dritten oder weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstrom gebildet ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass zum Übergang zwischen dem ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (pl(phi)), und den Werten mindestens eines weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstrom (pn(phi)) ein frei einstellbares Kurbelwinkelfenster (z) festgelegt wird, wobei der Übergang gemäß folgender Vorschrift durchgeführt wird : phi < phil : pr(phi) = pl(phi)
phi l < = phi < = phil+z : pr(phi) = pl(phi)*(l-u(phi-phi l)) + pn(phi)*u(phi-phil)
phi l+z < phi <phin : pr(phi) = pn(phi)
phin < = phi < = phin+m : pr(phi) = pn(phi)*(l-u(phi-phin)) + pl(phi)*(u(phi-phin))
phi > phin+m : pr(phi) = pl(phi) wobei phi der Kurbelwinkel ist, wobei phi l der erste, frei einstellbare, Kurbelwinkel ist, wobei phin ein weiterer, frei einstellbarer, Kurbelwinkel ist, wobei pl(phi) der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom ist, wobei pn(phi) ein weiterer transformierter Brennraumsignaldatenstrom ist, wobei u die den Übergangsdatenstrom bildende Überblendfunktion ist, und wobei z ein erstes frei einstellbares Kurbelwinkelfenster ist, und wobei m ein weiteres frei einstellbares Kurbelwinkelfenster ist, und wobei pr der Ausgangsdatenstrom ist.
Gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform wird der Einsatz eines Filters, insbesondere eines digitalen Filters, vorgeschlagen, welches nur in einem bestimmten vorgebbaren Kurbelwinkelbereich angewendet wird. Die Störschwingungen durch das Ventilschließen entstehen in etwa in einem Bereich von 120° vor OT (oberer Totpunkt). Für eine thermodynamische Nullpunktskorrektur, die störungsfreie Daten benötig, wird typischerweise ein Bereich von 100° bis 50° vor OT herangezogen. Der maximale Druckgradient sowie Klopfschwingungen treten hingegen erst um den OT und danach auf. Es ist daher vorteilhaft, das Tiefpassfilter nur bis etwa 30° vor OT wirken zu lassen und danach abzuschalten. Das plötzliche Deaktivieren eines Filters führt aber typischerweise zu Unstetigkeiten im Signalverlauf. Um diese zu vermeiden, wird ein stetiger oder gleitender Übergang zwischen gefiltertem und ungefiltertem Signal vorgesehen. Dazu wird eine sogenannte Überblendfunktion (z.B. eine Gauß'sche Integralkurve) eingesetzt und ein Kurbelwinkelbereich für den Übergang definiert:
Ist der Druck durch die Funktion p(phi) gegeben und die tiefpassgefilterte Druckkurve durch pfilt(phi) und die Überblendfunktion durch u(x); wobei u(0)=0 und u(z) = l sein muss; so gilt für die korrigierte Druckkurve pk(phi) :
Für phi < phil : pk(phi) = pfilt(phi)
Für phi l < = phi < = phi l+z : pk(phi) = pfilt(phi)*(l-u(phi-phi l)) + p(phi)*u(phi-phi l)
Für phi > phi l+z : pk(phi) = p(phi)
Gemäß der ersten oder einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird der von einem A/D-Wandler gelieferte hochfrequente Datenstrom (z.B. 18 Bit mit 2 MHz Abtastrate) in zwei voneinander unabhängige digitale Filterstufe ( z.B. vom Typ FIR) geleitet, deren Typen und Grenzfrequenzen vom Endanwender des Messsystems frei definiert werden können. Dabei kann es sich z.B. um Tiefpässe oder um Bandsperren handeln. Letztere sind z.B. dann vorteilhaft, wenn im Hochdruckteil der Zylinderdruckkurve von der Montage des Sensors abhängige schmalbandige Resonanzen auftreten. Im Anschluss an diese Filterungen werden die Daten unter Verwendung der Signale eines Kurbelwinkelaufnehmers auf Kurbelwinkel transformiert. Bei diesem Schritt werden die auf Grund der echtzeitmäßigen Berechnung der digitalen Filter unvermeidlichen Filterlaufzeiten berücksichtigt und ausgeglichen, sodass sich durch die Filter auch bei unterschiedlichen Drehzahlen keine Signalverschiebungen über der Kurbelwinkelachse ergeben. Im Anschluss daran werden die beiden erzeugten kurbelwinkelabhängigen gefilterten Signalverläufe wieder zu einem einzigen Verlauf zusammengesetzt. Als Basisverlauf dient dabei bevorzugt die mit dem ersten Filter, insbesondere dem Basisfilter, gefilterte Kurve. Ab einem gewissen vom Anwender frei definierbaren Kurbelwinkel phil werden die Werte der zweiten Kurve für das Ergebnissignal übernommen und ab einem weiteren ebenfalls frei definierbarem Kurbelwinkel phi2 wieder von der ersten Kurve.
Um Unstetigkeiten an den Übergangsstellen zu vermeiden, wird jedoch bevorzugt keine harte Umschaltung vorgenommen sondern ein gleitender Übergang zwischen der mit dem ersten Filter und der mit dem zweiten Filter gefilterten Kurven durchgeführt. Dazu wird eine Überblendfunktion (z.B. eine Gauß'sche Integralkurve) eingesetzt und ein Kurbelwinkelfenster (n) für den Übergang definiert:
Ist die mit dem Filter 1 gefilterte Druckkurve durch die Funktion pl(phi) gegeben und die mit dem Filter2 gefilterte Druckkurve durch p2(phi) und die Überblendfunktion durch u(x), wobei u(0)=0 und u(z) = l sein muss, so gilt für die resultierende Druckkurve pr(phi) :
Für phi < phi l : pr(phi) = pl(phi)
Für phi l < = phi < = phil+z : pr(phi) = pl(phi)*(l-u(phi-phil)) + p2(phi)*u(phi-phil)
Für phi l+z < phi <phi2 : pr(phi) = p2(phi)
Für phi2 < = phi < = phi2+z : pr(phi) = p2(phi)*(l-u(phi-phi2)) + pl(phi)*(u(phi-phi2) )
Für phi > phi2+z : pr(phi) = pl(phi)
Beispiele für eine mögliche Überblendfunktion u (phi) wäre z.B. eine lineare Funktion oder eine Gauß'sche Integralkurve.
Das Verfahren zur Erstellung des gefilterten Verlaufs einer Zylinderdruckkurve umfasst gegebenenfalls die Schritte, dass die digitalisierte Druckkurve durch zwei hinsichtlich Typ und Grenzfrequenz frei parametrierbare digitale Filterstufen geführt wird, deren Ausgangsverläufe anschließend wieder zu einer resultierenden neuen Druckkurve zusammengesetzt werden, wobei vor einem definierbaren Kurbelwinkel die Werte des Ausgangsverlauf des ersten Filters, danach die Werte des Ausgangsverlauf des zweiten Filters und danach wieder die Werte des Ausgangsverlaufs des ersten Filters herangezogen werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine gleitende Umschaltung zwischen den Ausgangskurven der digitalen Filter mit Hilfe einer Überblendfunktion durchgeführt wird. Hierbei wird bevorzugt die digitale Filterung, die Umwandlung der gefilterten Daten von Zeitbasis auf Kurbelwinkel und das Zusammensetzen der Ausgangskurven zu einem resultierenden kurbelwinkelabhängigen Verlauf in Echtzeit in einem digitalen Signalprozessor oder FPGA („Free Programmable Gate Array") durchgeführt.
In weiterer Folge wird eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung anhand der Figur näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zum Erstellen eines entstörten bzw. eines zumindest teilweise entstörten Brennraumsignaldatenstroms.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Merkmalen : Brennraumsignal 1, Brennraumsignaldatenstrom 2, Kurbelwinkelsignal 3, Kurbelwinkelsignaldatenstrom 4, erstes Filter 5, zweites Filter 6, drittes Filter 7, Transformation (des ersten Brennraumsignaldatenstroms) 8, Transformation (des zweiten Brennraumsignaldatenstroms) 9, Transformation (des dritten Brennraumsignaldatenstroms) 10, Parameter 11, Zusammensetzen (des Ausgangsdatenstroms) 12, gestörtes Signal 13, hochfrequente Änderung des Brennraumsignaldatenstroms bei der Zündung 14, entstörter Ausgangsdatenstrom 15, Übergangsdatenstrom 16, erster Kurbelwinkelbereich 17, Übergangsbereich 18, zweiter Kurbel winkelbereich erster transformierter Brennraumsignaldatenstrom zweiter transformierter Brennraumsignaldatenstrom dritter transformierter Brennraumsignaldatenstrom erster gefilterter Brennraumsignaldatenstrom 23, zweiter gegebenenfalls gefilterter Brennraumsignaldatenstrom 24, dritter gegebenenfalls gefilterter Brennraumsignaldatenstrom 25, erster Brennraumsignaldatenstrom 26, zweiter Brennraumsignaldatenstrom 27, dritter Brennraumsignaldatenstrom 28.
Gemäß Fig. 1 wird in einem ersten Schritt ein Brennraumsignal 1 aufgenommen. Dieses Brennraumsignal 1 kann beispielsweise ein über einen Drucksensor aufgenommenes Drucksignal oder ein anders Signal sein. Möglich wären auch das Ausgangssignal eines Klopfsensors oder das Ausgangssignal eines Temperatursensors. In der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung exemplarisch anhand eines Drucksignals, insbesondere anhand eines Drucksignals des Brennraumdrucksensors eines indizierten Motors, ausgeführt.
Das aufgenommene Brennraumsignal 1 wird in einen Brennraumsignaldatenstrom 2 umgewandelt. Diese Umwandlung geschieht insbesondere durch Digitalisieren, bevorzugt durch zeitsynchrones digitalisieren, beispielweise in einem A/D-Wandler.
Gleichzeitig wird, beispielsweise über einen Kurbelwinkelaufnehmer, ein Kurbelwinkelsignal 3 aufgenommen und in weiterer Folge digitalisiert. Diese Umwandlung des Kurbelwinkelsignals 3 in einen Kurbelwinkelsignaldatenstrom 4 geschieht insbesondere durch hochfrequentes, zeitsynchrones Digitalisieren, beispielsweise durch Abtasten, Zählen und Interpolieren der Pulse eines Winkelmarkengebers. Diese Digitalisierung kann beispielsweise in einem A/D-Wandler erfolgen. Zur weiteren Verarbeitung des Brennraumsignaldatenstroms 2 wird dieser in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom 26 und in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom 27 aufgespalten und/oder dupliziert. Die Aufspaltung in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom 26 und in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom 27 ermöglicht die unabhängige Verarbeitung des Brennraumsignaldatenstroms 2 in zwei unterschiedlichen Verfahrensschritten. So wird der erste Brennraumsignaldatenstrom 26 in einem ersten Filter 5 gefiltert, ohne dabei den zweiten Brennraumsignaldatenstrom 27 zu beeinflussen.
Das erste Filter 5 kann beispielsweise ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter oder eine Bandsperre sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Filter 5 als Tiefpassfilter, bevorzugt als Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 1kHz bis 5kHz, ausgebildet. Weiters dient das erste Filter 5 einer Basis-Entstörung. Insbesondere ist es in der vorliegenden Ausführungsform Aufgabe des ersten Filters 5, die durch das Ventilschließen der Ventile des Verbrennungsmotors verursachten Störungen 13 des Brennraumsignals 1 zur filtern. Es handelt sich dabei um verhältnismäßige hochfrequente Störungen, die durch das Tiefpassfilter aus dem Brennraumsignal 1 bzw. aus dem Brennraumsignaldatenstrom 2 entfernt werden können.
In weiterer Folge findet eine Transformation 8 des ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms 23 von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis statt, wobei der dazu verwendete Kurbelwinkelsignaldatenstrom 4 die Daten des Kurbelwinkelsignals 3 sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt bei der Transformation 8 auch der Ausgleich der Filterlaufzeiten. Diese Filterlaufzeiten entstehen, insbesondere aufgrund der echtzeitmäßigen Berechnung der, insbesondere digitalen, Filter. Durch diesen Ausgleich ergeben sich auch bei unterschiedlichen Drehzahlen keine Signalverschiebungen über der Kurbelwinkelachse. Ebenso kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch der zweite Brennraumsignaldatenstrom 27 in einem zweiten Filter 6 gefiltert und/oder numerisch geglättet werden. Diese Filterung oder Glättung im zweiten Filter 6 erfolgt bevorzugt parallel und damit unabhängig von der Filterung des ersten Brennraumsignaldatenstroms 26 im ersten Filter 5. Gegebenenfalls kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der zweite Brennraumsignaldatenstrom 27 auch ungefiltert weitergegeben werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Filter 6 als Tiefpassfilter, bevorzugt als Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 20kHz bis 100kHz, ausgebildet. Weiters dient das zweite Filter 6 einer etwaig zusätzlichen Entstörung.
In weiterer Folge wird eine Transformation 9 des zweiten gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms 24 von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis durchgeführt. Bei der Transformation 9 erfolgt auch bevorzugt der Ausgleich der Filterlaufzeiten.
Selbiges geschieht bei der Transformation 8 des ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms 23 von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis.
Gegebenenfalls ist ein dritter gegebenenfalls gefilterter Brennraumsignaldatenstrom 25 vorgesehen, der durch Filtern eines dritten Brennraumsignaldatenstroms 28 in einem dritten Filter 7 erstellt wird. Auch dieser dritte gegebenenfalls gefilterte Brennraumsignaldatenstrom 25 wird in einer Transformation 10 von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis transformiert. Bei der Transformation 10 erfolgt bevorzugt auch der Ausgleich der Filterlaufzeiten.
In einem weiteren Schritt wird durch Zusammensetzen 12 ein Ausgangsdatenstrom 15 gebildet. Dieser Ausgangsdatenstrom umfasst gemäß der vorliegenden Ausführungsform Teile bzw. einen Teil des ersten transformierten Brennraumsignaldatenstroms 20 und des zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstroms 21. Insbesondere umfasst der Ausgangsdatenstrom 15 mindestens einen Teil des ersten transformierten Brennraumsignaldatenstroms 20 und mindestens einen Teil des zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstroms 21. Verfahrensgemäß ist ein erster Kurbelwinkelbereich 17 vorgesehen, in dem der Ausgangsdatenstrom 15 dem ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom 20 entspricht. Ferner ist ein zweiter Kurbelwinkelbereich 19 vorgesehen, in dem der Ausgangsdatenstrom 15 dem zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom 21 entspricht. Der erste Kurbelwinkelbereich 17 umfasst bevorzugt jenen Bereich, in dem eine zu filternde bzw. zu eliminierende Störung auftritt. Im vorliegenden Fall umfasst der erste Kurbelwinkelbereich 17 den Niederdruckteil des Brennverfahrens und jenen Bereich, in dem die Ventile des entsprechenden Zylinders des Verbrennungsmotors geschlossen werden. Das lediglich zum besseren Verständnis dargestellte gestörte Signal 13 wird gemäß dem vorliegenden Verfahren durch den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom 20, der im ersten Filter 5 gefiltert wurde, ersetzt, sodass die Störungen eliminiert werden und der Ausgangsdatenstrom 15 entstört wird oder ist. Im zweiten Kurbelwinkelbereich 19 hingegen ist der Ausgangsdatenstrom 15 durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom 21 gebildet, der auch hochfrequente Brennraumsignale wie beispielsweise hochfrequente Änderungen des Brennraumsignaldatenstroms durch eine klopfende Verbrennung 14 und/oder eventuelle durch die Sensormontage hervorgerufene Störungen abbildet. Im vorliegenden Fall umfasst der zweite Kurbelwinkelbereich 19 den Hochdruckteil des Brennverfahrens.
Durch dieses Zusammensetzen 12 werden je nach Kurbelwinkelbereich unterschiedliche Filterungen bzw. Glättungen vorgenommen, wobei die Kurbelwinkelbereiche durch Parameter 11 bestimmbar bzw. wählbar sind. Um Unstetigkeiten im Ausgangsdatenstrom 15 zu vermeiden, ist zwischen zwei aneinandergereihten transformierten
Brennraumsignaldatenströmen 20, 21 ein Übergangsbereich 18 mit einem Übergangsdatenstrom 16 angeordnet. Insbesondere ist der Übergangsdatenstrom 16 dazu geeignet und/oder eingerichtet, einen stetigen Verlauf des Ausgangsdatenstroms 15 zwischen den beiden aneinandergereihten transformierten Brennraumsignaldatenströmen 20, 21 zu bewirken. Der Übergangsdatenstrom 16 kann beispielsweise eine Gauß'sche Integralkurve sein, deren Randbedingungen den Randbedingungen der aneinandergefügten Brennraumsignaldatenströme entsprechen.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Filter dazu eingerichtet sind die Brennraumsignaldatenströme vor der Transformation auf Kurbelwinkelbasis in einem Filtern zu filtern und/oder numerisch zu glätten.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom einem ersten gefilterten und/oder geglätteten und transformierten Brennraumsignaldatenstrom entspricht.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der zweite, dritte und weitere transformierte Brennraumsignaldatenstrom einem zweiten, dritten und weiteren gegebenenfalls gefilterten und/oder gegebenenfalls geglätteten und transformierten
Brennraumsignaldatenstrom entspricht.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Hochdruckteil des Brennverfahrens dem Hochdruckbereich des Brennverfahrens entspricht. In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Niederdruckteil des Brennverfahrens dem Niederdruckbereich des Brennverfahrens entspricht.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich durch den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom und in einem zweiten Kurbelwinkelbereich durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom gebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennraumsignaldatenstrom in zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Brennraumsignaldatenströme aufgespalten oder vervielfältigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die aus dem Brennraumsignaldatenstrom aufgespaltenen oder vervielfältigten ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder weiteren Brennraumsignaldatenströme in einem zugehörigen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder weiteren Filter gefiltert oder geglättet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die gefilterten oder gegebenenfalls gefilterten ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder weiteren Brennraumsignaldatenströme in einer zugehörigen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder weiteren Transformation von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis transformiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Ausgangsdatenstrom Teile bzw. einen Teil eines ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstroms oder wird durch diese/n gebildet.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Erstellen eines zumindest teilweise entstörten Ausgangsdatenstroms (15) durch Erfassen und selektives Filtern eines an einem Verbrennungsmotor aufgenommenen Brennraumsignals (1), umfassend folgende Schritte:
Aufnehmen eines Brennraumsignals (1) durch einen Brennraumsensor und Erstellen eines Brennraumsignaldatenstroms (2) durch zeitsynchrones digitalisieren des Brennraumsignals (1),
- gleichzeitiges Aufnehmen eines Kurbelwinkelsignals (3) und Erstellen eines Kurbelwinkelsignaldatenstroms (4) durch zeitsynchrones digitalisieren des Kurbelwinkelsignals (3),
- Aufspalten oder Duplizieren des Brennraumsignaldatenstroms (2) in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom (26) und in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom (27),
- Erstellen eines ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (23) durch Filtern des ersten Brennraumsignaldatenstroms (26) in einem ersten Filter (5),
gegebenenfalls Erstellen eines zweiten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (24) durch Filtern des zweiten Brennraumsignaldatenstroms (27) in einem zweiten Filter (6),
- Erstellen eines ersten transformierten Brennraumsignaldatenstroms (20) durch Transformieren (8) des ersten gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (23) von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms (4) und Erstellen eines zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstroms (21) durch Transformieren (9) des zweiten gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms (24) von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms (4),
- Zusammensetzen der transformierten Brennraumsignaldatenströme (20, 21), sodass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich (17) den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (20) und in einem zweiten Kurbelwinkelbereich (19) den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom (20) als Basissignal dient und zwischen bestimmten oder wählbaren Kurbelwinkeln durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) ersetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kurbelwinkel, zwischen denen der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom (20) durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) ersetzt wird, frei wählbar sind, und/oder dass der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom (20) als Basissignal dient und Werte aus dem zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) zwischen frei wählbaren Kurbelwinkeln in das Basissignal übernommen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Brennraumsignaldatenstrom (26) vor der Transformation (8) auf Kurbelwinkelbasis in einem ersten Filter (5) gefiltert und/oder numerisch geglättet wird, und/oder dass der zweite Brennraumsignaldatenstrom (27) vor der Transformation (9) auf Kurbelwinkelbasis in einem zweiten Filter (6) gefiltert und/oder numerisch geglättet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Kurbelwinkelbereich (17), insbesondere im Niederdruckteil des Brennverfahrens zwischen 100° und 50° vor dem oberen Totpunkt, eine thermodynamische Nullpunktkorrektur vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Kurbelwinkelbereich (19) zumindest einen Teil des Hochdruckteils oder den gesamten Hochdruckteil des Brennverfahrens umfasst,
- und/oder dass der zweite Kurbelwinkelbereich (19) 30° vor dem oberen Totpunkt des Hochdruckteils bis 120° nach dem oberen Totpunkt des Hochdruckteils des Brennverfahrens umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgangsdatenstrom im Übergangsbereich (18) zwischen dem ersten Kurbelwinkelbereich (17) und dem zweiten Kurbelwinkelbereich (19) einen Übergangsdatenstrom (16) umfasst oder durch den Übergangsdatenstrom (16) gebildet ist, durch den ein stetiger und/oder glatter Übergang zwischen dem ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (20) und dem zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) gebildet wird, wobei der Übergangsdatenstrom (16) durch eine Überblendfunktion wie insbesondere eine Gauß'sche Integralkurve oder eine lineare Funktion gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Filter (5) dazu eingerichtet ist, im Niederdruckteil des Brennverfahrens eine Grundglättung des Brennraumsignals (1) oder des ersten Brennraumsignaldatenstroms (26) durchzuführen und/oder dass das erste Filter (5) dazu eingerichtet ist relevante Störungen wie mechanische Störungen oder durch das Ventilschließen hervorgerufenen Körperschallschwingungen zu filtern.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Filter (6) dazu eingerichtet ist im Hochdruckteil des Brennverfahrens, insbesondere durch die Sensormontage hervorgerufene Störungen zu filtern, jedoch andere Schwingungen wie beispielsweise Klopfschwingungen durchzulassen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Filter (5) ein Tiefpassfilter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 1kHz bis 5 kHz ist und/oder dass das zweite Filter (6) ein Tiefpassfilter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 20kHz bis 100kHz ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das oder die Filter (5, 6, 7) dazu eingerichtet ist oder sind, den jeweiligen Brennraumsignaldatenstrom (26, 27, 28) in Echtzeit zu filtern.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Brennraumsignal (1) ein Zylinderdrucksignal des Brennraums, oder ein Drucksignal eines Brennraumdrucksensors eines indizierten Motors ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Filterlaufzeiten des gefilterten Brennraumsignaldatenstroms oder der gefilterten Brennraumsignaldatenströme (23, 24, 25) kompensiert werden, und/oder dass die Transformation (8, 9, 10) auf Kurbelwinkelbasis und die Kompensation der Filterlaufzeiten in einem Schritt, insbesondere zeitgleich, durchgeführt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kurbelwinkelsignal (3) einem Kurbelwinkelverlauf entspricht, der mittels eines Kurbelwinkelaufnehmers aufgenommen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zeitsynchrone Digitalisierung jeweils durch einen ein A/D Wandler durchgeführt wird, wobei der A/D Wandler insbesondere ein 18 Bit- Wandler mit einer Abtastrate von 2 MHz ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das oder die Filter digitalen Filterstufen, insbesondere digitale Filterstufen vom Typ FIR (Finite Impulse Response Filter), sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erstellen des Ausgangsdatenstroms in Echtzeit, insbesondere in Echtzeit jedoch verzögert um die zu kompensierende Filterlaufzeit erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Erstellen des Ausgangsdatenstroms in Echtzeit, insbesondere verzögert um die zu kompensierende Filterlaufzeit erfolgt, und dass zur Zusammensetzung der transformierten
Brennraumsignaldatenströme (20, 21) zu dem Ausgangsdatenstrom ein digitaler Signalprozessor oder ein FPGA („Free Programmable Gate Array") verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend folgende Schritte:
- Aufspalten oder Vervielfältigen des Brennraumsignaldatenstroms in einen ersten Brennraumsignaldatenstrom (26), in einen zweiten Brennraumsignaldatenstrom (27) und in einen dritten (28) oder weiteren Brennraumsignaldatenstrom,
gegebenenfalls Filtern des dritten (28) oder weiteren Brennraumsignaldatenstroms in einem dritten (7) oder weiteren Filter,
Erstellen eines dritten (22) oder weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstroms durch Transformieren (10) des dritten oder weiteren gegebenenfalls gefilterten Brennraumsignaldatenstroms von Zeitbasis auf Kurbelwinkelbasis unter Verwendung des aufgenommen Kurbelwinkelsignaldatenstroms (4),
Zusammensetzen (12) der transformierten
Brennraumsignaldatensignalströme (20, 21, 22), sodass der Ausgangsdatenstrom in einem ersten Kurbelwinkelbereich (17) durch den ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (20), in einem zweiten Kurbelwinkelbereich (19) durch den zweiten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (21) und in einem dritten oder weiteren Kurbelwinkelbereich durch den dritten (22) oder weiteren transformierten Brennraumsignaldatenstrom gebildet ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Übergang zwischen dem ersten transformierten Brennraumsignaldatenstrom (20) (pl(phi)), und den Werten mindestens eines weiteren transformierten
Brennraumsignaldatenstrom (21, 22) (pn(phi)) ein frei einstellbares Kurbelwinkelfenster (z) festgelegt wird, wobei der Übergang gemäß folgender Vorschrift durchgeführt wird : phi < phil : pr(phi) = pl(phi)
phi l < = phi < = phil+z : pr(phi) = pl(phi)*(l-u(phi-phil)) + pn(phi)*u(phi-phil)
phi l+z < phi <phin : pr(phi) = pn(phi)
phin < = phi < = phin+m : pr(phi) = pn(phi)*(l-u(phi-phin)) + pl(phi)*(u(phi-phin))
phi > phin+m : pr(phi) = pl(phi) wobei phi der Kurbelwinkel ist, wobei phi l der erste, frei einstellbare, Kurbelwinkel ist, wobei phin ein weiterer, frei einstellbarer, Kurbelwinkel ist, wobei pl(phi) der erste transformierte Brennraumsignaldatenstrom (20) ist, wobei pn(phi) ein weiterer transformierter Brennraumsignaldatenstrom (21, 22) ist, wobei u die den Übergangsdatenstrom (16) bildende Überblendfunktion ist und wobei z ein erstes frei einstellbares Kurbelwinkelfenster ist, und wobei m ein weiteres frei einstellbares Kurbelwinkelfenster ist, und wobei pr der Ausgangsdatenstrom ist.
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