SE508168C2 - Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engine - Google Patents
Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engineInfo
- Publication number
- SE508168C2 SE508168C2 SE9504435A SE9504435A SE508168C2 SE 508168 C2 SE508168 C2 SE 508168C2 SE 9504435 A SE9504435 A SE 9504435A SE 9504435 A SE9504435 A SE 9504435A SE 508168 C2 SE508168 C2 SE 508168C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- value
- combustion
- cylinder
- ionization
- stored
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
- F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
- F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
- F02P5/15—Digital data processing
- F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
Abstract
Description
sus 168 ~ az 20 30 35 läget för maximalt förbränningstryck, kan mätfönstret öppnas efter detta fasta vevaxelläge. sus 168 ~ az 20 30 35 the position for maximum combustion pressure, the measuring window can be opened after this fixed crankshaft position.
Styrningen av mätfönstret erfordrar därför information om aktuellt vevaxelläge för att mätfönstrets skall öppna vid rätt läge.The control of the measuring window therefore requires information about the current crankshaft position in order for the measuring window to open at the correct position.
En komplicerande faktor är att läget för maximalt tryck kan förändras om vissa regleråtgärder, exempelvis företagna vid knackning, senarelägger tändningen. Likaså kan läget för maximalt tryck förändras om olämpliga bränslekvaliteter användes.A complicating factor is that the position for maximum pressure can change if certain control measures, for example taken during knocking, delay the ignition. Likewise, the mode of maximum pressure can be changed if unsuitable fuel grades are used.
UPPHNNINGENS ÄNDAMÅL Uppfinningen har till ändamål att erhålla ett adaptivt mätfönster för detektering av knackning i förbränningsmotorer, där mätfönstret öppnas under den del av förbränningen där knacknings- fenomenen uppträder.PURPOSE OF THE INVENTION The object of the invention is to obtain an adaptive measuring window for detecting knocking in internal combustion engines, where the measuring window is opened during the part of the combustion where the knocking phenomena occur.
Ytterligare ett ändamål är att mätfönstret automatiskt anpassar sig till aktuella förbrännings- parametrar vilka kan påverka hur snabbt förbränningen sker. Sådana parametrar kan vara ändrad bränslekvalitet och aktuell blandning av bränsle-luft. Utmagrade bränsle-luft blandningar, magrare än stökiometriska förhållanden, orsakar långsammare förbränning. Även ökad avgas återföring medför långsammare förbrämüng. Ännu ett ändamål är att möjligöra konstruktioner av smarta tändspolar vilka innehåller medel för jonströmdetelaering i tändstiftsgapet, där dessa smarta tändspolar ej erfordrar information om varvtal eller vevaxelläge för styrning av mätfönster för knackdetelaering. Ännu ett ändamål är att mätfönstret skall anpassa sig till tändsänknings åtgärder, där tändsänkningen medför att det optimala förbränningsmaximat förskjuts, och härigenom även den del av förbränningen där knackningen uppträder. Tändsänknings åtgärder kan initieras på grund av exemplevis detekterad knackning, önskad effektredtiktion eller önskad temperaturreduktion.Another purpose is that the measuring window automatically adapts to current combustion parameters which can affect how fast the combustion takes place. Such parameters may be altered fuel quality and actual mixture of fuel-air. Lean fuel-air mixtures, leaner than stoichiometric conditions, cause slower combustion. Increased exhaust gas recirculation also leads to slower combustion. Yet another object is to enable designs of smart ignition coils which contain means for ion current deletion in the spark plug gap, where these smart ignition coils do not require information on speed or crankshaft position for controlling measuring windows for knocking detail. Another object is that the measuring window should adapt to ignition reduction measures, where the ignition reduction means that the optimal combustion maximum is displaced, and thereby also the part of the combustion where the knocking occurs. Ignition measures can be initiated due to, for example, detected knocking, desired power reduction or desired temperature reduction.
KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga metoden utmärkes av patentkravets 1 kännetecknande del samt systemet för utförande av den uppfinningsenliga metoden utmärkes av patentkravets 6 kännetecknande del.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The inventive method is characterized by the characterizing part of claim 1 and the system for carrying out the inventive method is characterized by the characterizing part of claim 6.
Genom den uppfinningsenliga metoden och systemet erhålles ett mätfönster för knackdetekteringen som öppnar sig vid rätt läge i förbränningsprooessen då knackning kan förekomma. Det innebär även att autonoma tändspolar med integrerade medel för joniseringsmätning i förbränningsmmmet kan kontrollera mätfönstren självständigt utan information från andra förbränningsparatnetrar, såsom varvtal och belastning. 20 25 30 35 i 508 168 Övriga uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av övriga patentkravs kärmeteclcriande delar samt den efterföljande beskrivningen av exemplifierande utförlngsexempel.Through the inventive method and system, a measuring window for the knock detection is obtained which opens at the correct position in the combustion process when knocking can occur. It also means that autonomous ignition coils with integrated means for ionization measurement in the combustion chamber can control the measuring windows independently without information from other combustion partner networks, such as speed and load. 50 25 30 35 in 508 168 Other features and advantages of the invention appear from the core-defining parts of the other claims and the following description of exemplary embodiments.
Beskrivningen av utföringsexempel sker med hänvisning till figurer angivna i följande figurförteckning.The description of exemplary embodiments is made with reference to fi gures specified in the following fi gur list.
FIGURFÖRTECKNING Figur 1, visar schematiskt ett arrangemang for reglering av en förbrärmingsmotor och detektering av joniseringsgmden i förbränningsrummet, Figur 2, vilken visar en typisk jonströmsignal, detekterad med ett arrangemang enligt figur 1, och Figur 3, vilken visar shemalisln en uppfinningsenlig utformning av en logisk krets vilken ger en adaptiv kontroll av knackrnädönstrets aktivering.LIST OF FIGURES Figure 1 schematically shows an arrangement for controlling an internal combustion engine and detecting the ionization field in the combustion chamber, Figure 2 showing a typical ion current signal detected with an arrangement according to Figure 1, and Figure 3 showing a schematic design circuit which provides an adaptive control of the activation of the knockout pattern.
BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 1 visas ett arrangemang för reglering av en förbränningsmotor 1. I figuren visas ett helelektroniskt reglersystem för såväl förbränníngsmotorns bränsletillförsel som tändning. Med en styrenhet 10 vilken detekterar åtminstone motorvarvtal, motortemperatur och motorlast, via givarna 11,12 respektive 13 så styrs tändtidpunkten såväl som tillförd bränslemängd. Givaren ll är företrädesvis en konventionell pulsgivare anordnad att detektera kuggar på svänghjulets pexiferi, där även lägesbestämning kan erhållas genom att en eller flera kuggar har olika kugglucka/kuggbredd vid ett bestämt vevaxelläge.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows an arrangement for controlling an internal combustion engine 1. Figure 1 shows a fully electronic control system for both the fuel supply and ignition of the internal combustion engine. With a control unit 10 which detects at least engine speed, engine temperature and engine load, via the sensors 11, 12 and 13, respectively, the ignition time is controlled as well as the amount of fuel supplied. The sensor 11 is preferably a conventional encoder arranged to detect teeth on the pexiferi of the flywheel, where position determination can also be obtained by one or more of the teeth having different tooth gap / tooth width at a certain crankshaft position.
Styrenheten 10 innehåller på sedvanligt sätt en aritmetisk enhet 15 samt erforderliga minnen 14, där regleringsalgoritmer, bränslemauiser samt tändmatriser är lagrade.The control unit 10 contains in the usual way an arithmetic unit 15 and the required memories 14, where control algorithms, fuel mice and ignition matrices are stored.
I varje cylinder 4 är åtminstone ett tändstift 5 anordnat, enbart tändstiftet i en cylinder visadi figur l. Tändspänningen alstras i en tändspole 32 med en primärlindning 33 och en sektmdärlíndning 34.In each cylinder 4 at least one spark plug 5 is arranged, only the spark plug in a cylinder shown in Fig. 1. The ignition voltage is generated in an ignition coil 32 with a primary winding 33 and a section winding 34.
Primärlindningen 33 är i sin ena ände ansluten till en spänningskälla, batteri 6, och i dess jordanslutning är anordnad en elektriskt styrd brytare 35. Genom att styrenheten på triggutgången 50 gör brytaren 35 strömledande så börjar en ström flyta genom primärlindningen 33, och när sedan strömmen bryts så induceras på sedvanligt sätt en upptrarisforrnerad tändspänning i tändspolens 32 sekundärlindning 34 och en tändgnista alstras i tändstiftsgapet 5. När strömmen skall släppas på och när strömmen skall brytas av brytaren 35, s.k dwell-time reglering, styrs i beroende av aktuella motorparameterar i enlighet med en i styrenhetens minne 14 förlagmd tändvinlcelmatris, så att erforderlig primärström hinner utvecklas samt att tändgnistan alstras vid den tändtidpunkt som erfordras för det aktuella lastfallet.The primary winding 33 is connected at one end to a voltage source, battery 6, and in its ground connection is arranged an electrically controlled switch 35. By the control unit on the trigger output 50 making the switch 35 conductive, a current begins through the primary winding 33, and then the current is broken in the usual way, an uptrarformed ignition voltage is induced in the secondary winding 34 of the ignition coil 32 and an ignition spark is generated in the spark plug gap 5. When the current is to be released and when the current is to be interrupted by the switch 35, so-called dwell-time control. with an ignition cell array stored in the memory of the control unit 14, so that the required primary current has time to develop and that the ignition spark is generated at the ignition time required for the current load case.
Sekundärens ena ände är ansluten till tändstiftet 5 och i dess andra jordanslutna ände finns en detelcteringslcrets som detekterar joniseringsgraden i förbränningsrummet. Detekteringslcretsen 10 20 25 30 35 sus tes 4 innefattar en spänningsaclmmulator , häri form av en uppladdningsbar kondensator 40, vilken spänningssätter tändstiftets gnistgap med en väsentligen konstant mätspänning. Kondensatorn motsvarar en ekvivalent lösning till den i EP,C,188180 visade uttöringsformen där spänningsaclcumulatom är en förhöjd/upptransfonnerad spänning fiån uppladdningskretsen i ett kapacitivt tändsystem. I den i figuren visade utfóringsforrnen så laddas kondensatom 40 upp till en spänningsnivå given av zenerdiodens 41 genombrottspänning när tändspänningspulsen induceras i sekundärlindningen 34. Denna genombrottspärming kan ligga någonstans mellan 80-400 Volt. När den uppttansfornierade tändspänningen nmt cirka 30-40 kVolt alstras i sekundärlindningen så öppnar zenerdioden 41 och säkerställer att kondensatorn 40 ej laddas upp till en högre spänningsnivå än zenerdiodens genombrottsspänning. Parallellt med mätmotståndet 42 så är anordnat en andra motvänd skyddsdiod 43 som på motsvarande sätt skyddar för spänningar med omvänd polaritet. Över mätrnotståndet 42 så kan sedan den ström som går i kretsen 5-34-40/40-42-jord detekteras, vilken ström är beroende av konduktiviteten på gasema i törbränningsrtimmet, vilken konduktivitet i sin tur är beroende av joniseringsgraden i förbränningsrummet.One end of the secondary is connected to the spark plug 5 and at its other grounded end there is a detecting circuit which detects the degree of ionization in the combustion chamber. The detection circuit 10 comprises a voltage accumulator, herein in the form of a rechargeable capacitor 40, which energizes the spark gap of the spark plug with a substantially constant measuring voltage. The capacitor corresponds to an equivalent solution to the form of emission shown in EP, C, 188180 where the voltage accumulator is an elevated / transposed voltage fi from the charging circuit in a capacitive ignition system. In the embodiment shown in the diagram, the capacitor 40 is charged to a voltage level given by the breakdown voltage of the zener diode 41 when the ignition voltage pulse is induced in the secondary winding 34. This breakdown voltage can be anywhere between 80-400 volts. When the supernatant ignition voltage nmt about 30-40 kVolts is generated in the secondary winding, the zener diode 41 opens and ensures that the capacitor 40 is not charged to a higher voltage level than the breakdown voltage of the zener diode. Parallel to the measuring resistor 42, a second reverse protection diode 43 is arranged which correspondingly protects against voltages of reversed polarity. Above the meter node position 42, the current flowing in the circuit 5-34-40 / 40-42 soil can then be detected, which current depends on the conductivity of the gases in the dry-burning hour, which conductivity in turn depends on the degree of ionization in the combustion chamber.
Genom att mätmotståndet 42 är kopplat närmast jord så erfordras enbart en anslutning i mätpunkten 45 till en detekteringslcrets 44, vilken detekteringskrets mäter spänningen över motståndet 42 och i mätpunkten 45 relativt jord. Genom att analysera strömmen, alternativt spänningen, genom mätmotståndet så kan bland annat knack och preignition detekteras, och såsom framställts i US,A, 4535740 så skulle vid vissa driftfall aktuellt blandningsförhållande luft-bränsle kunna detekteras genom att mäta hur lång tid joniseringströmmen ligger över en viss nivå.Because the measuring resistor 42 is connected closest to earth, only a connection at the measuring point 45 to a detection circuit 44 is required, which detection circuit measures the voltage across the resistor 42 and at the measuring point 45 relative to earth. By analyzing the current, or alternatively the voltage, through the measuring resistance, knock and preignition can be detected, and as prepared in US, A, 4535740, in certain operating cases the current mixing ratio of air-fuel could be detected by measuring how long the ionization current is above a certain level.
Genom en lambdasond 31 i törbränningsmotonts avgassarnlare 3, sett i avgasflödets riktning anordnad innan en i avgassystemet anordnad katalysator 30, kan restmängden syre i avgaserna detekteras, och här-igenom detelderas aktuellt blandningsförhâllande luft-bränsle. Med en konventionell smalbandig lambdasond, vars utsignal har en distinkt omslagspunkt strax under ett stökiometriskt blandningstörhållande, så kan den från en lagrad bränslematris angivna bränslemängden korrigeras så att det för katalysatorns 30 funktion ideala blandningsförhållandet luft-bränsle innehålles. Genom lambdasondens utsignal A erhålles en återkopplad korrigerande reglering av den fiån bränslelmauisen angivna mängden bränsle, vilken reglering utföres så att lambdasondens utsignal ligger och pendlar mellan hög och låg utsignal upp till ett par gånger per sekund Förbränningsmotorns bränslesystem innehåller på konventionellt sätt en bränsletank 21 med en i bränsletanken anordnad pumpenhet 22. Från pumpenheten 22 matas sedan det trycksatta bränslet vidare till en 23 tryckutjämnare, vidare tiH ett bränslefilter 24 och vidare till andra behållare/volymer 20 25 30 35 s “ 5 0 8 1 6 8 25 inkluderande bränslefördelningsröret. I bränslefördelningsrörets ände finns i vissa fall en tryckregulator 26 anordnad, vilken vid övertryck öppnar för ett returflöde i returledningen 27 tillbaka till bränsletanken 21 eller pumpenheten 22. Ett alternativ till en tzryckregulator 26 som öppnar vid övertryck kan vara en tryckstyming av bränslepumpen 22, varigenom returledningen 27 kan undvaras. Volymerna i bränslepump-enheten 22, tryckutjärnnaren 23, bränslefiltet 24 och övriga kaviteter eller behållare 25 är så pass stora att ett par minuters drift kan ske innan ett i bränsletanken 21 nytankat bränsle når insprutama 20. Bränsleinsprutarna 20 är anordnade företrädesvis i respektive cylinders inloppsluftkanal och påverkas företrädesvis sekventiellt i synkronism med öppningen av respektive cylinders inloppsventil. Mängden bränsle som sprutas in bestämmes av längden på den styrpuls som styrenheten lägger ut till respektive insprutare. Mängden bränsle, liksom tändtidpunkten, styrs i beroende av aktuella motorparameterar i enlighet med en i styrenhetens minne 14 förlagrad bränsle- respektive tändmatris, och där bränslemängden given av matrisen eventuellt korrigeras av lambdasonden I vissa bränslesystem så kan även en bränslekvalitetssensor 28 vara anordnad i bränsletillförsel- systemet. Med en bränslekvalitetssensor 28 så kan bränsleregleringen anpassas till det aktuella bränslets oktantal eller blandningstörhålande av exempelvis metanol och bensin. Styrenheten 10 erhåller en insignal K från bränslekvalitetssensom indikerande aktuell bränslekvalite.By means of a lambda probe 31 in the exhaust gas collector 3 of the dry combustion engine, seen in the direction of the exhaust fate arranged before a catalyst 30 arranged in the exhaust system, the residual amount of oxygen in the exhaust gases can be detected, and thereby the current mixture-related air-fuel is separated. With a conventional narrowband lambda probe, the output of which has a distinct turning point just below a stoichiometric mixing ratio, the amount of fuel specified from a stored fuel matrix can be corrected so that the ideal air-to-fuel mixing ratio is contained. The output signal A of the lambda probe provides a feedback corrective control of the amount of fuel specified by the fuel mouse, which control is performed so that the output signal of the lambda probe is oscillating between high and low output signal up to a few times per second. The combustion engine fuel system contains in a conventional manner pump unit 22 arranged in the fuel tank. From the pump unit 22 the pressurized fuel is then fed on to a pressure equalizer, on to a fuel filter 24 and on to other containers / volumes 20 25 30 35 s “5 0 8 1 6 8 25 including the fuel distribution pipe. In some cases a pressure regulator 26 is arranged at the end of the fuel distribution pipe, which in case of overpressure opens for a return fate in the return line 27 back to the fuel tank 21 or the pump unit 22. An alternative to a pressure regulator 26 which opens at overpressure may be a pressure control of the fuel pump line 27 can be dispensed with. The volumes in the fuel pump unit 22, the pressure equalizer 23, the fuel cell 24 and other cavities or containers 25 are so large that a couple of minutes of operation can take place before a fuel refueled in the fuel tank 21 reaches the injectors 20. The fuel injectors 20 are preferably arranged in the respective cylinder is preferably actuated sequentially in synchronism with the opening of the respective cylinder inlet valve. The amount of fuel injected is determined by the length of the control pulse that the control unit applies to each injector. The amount of fuel, as well as the ignition timing, is controlled depending on current engine parameters in accordance with a fuel or ignition matrix stored in the control unit memory 14, and where the amount of fuel given by the matrix is possibly corrected by the lambda probe. In some fuel systems a fuel quality sensor 28 may be provided. the system. With a fuel quality sensor 28, the fuel control can be adapted to the octane number of the fuel in question or mixture dryness of, for example, methanol and petrol. The control unit 10 receives an input signal K from the fuel quality sensor indicating the current fuel quality.
I figur 2 visas schematiskt utseendet på en inverterad jonströmsignal Um; som erhålles på ledningen 56 med ett mätarrangemang i enlighet med figur l. Um anges på Y-axeln och är här mätt i volt, och kan ligga mellan utsignalen 0 volt till drygt 2,5 volt. Pâ X-axeln anges vevaxelgrader °VC, där 0° anger övre dödpunkt då kolven äri sitt översta läge.Figure 2 schematically shows the appearance of an inverted ion current signal Um; obtained on line 56 with a measuring arrangement in accordance with fi gur l. Um is indicated on the Y-axis and is here measured in volts, and can be between the output signal 0 volts to just over 2.5 volts. The X-axis indicates crankshaft degrees ° VC, where 0 ° indicates the upper dead center when the piston is in its uppermost position.
Vid läget SP, vilket är ett läge innan övre dödpunkt exempelvis 15-20 vevaxelgrader innan övre dödpunkt, alstras tändgnistan med den iörtändning som är aktuell under rådande drifttörhållande, främst beroende på last och varvtal. Gnistans generering alstrar en hög mätpuls i detekteringsldetsen, orsakad av överslaget i tändstiftsgapet under den så kallade överslagsfasen (Break down phase), men denna höga mätpuls kan filtreras bort, och dess mätvärde användes i den föredragna uttöringsformen ej.At the SP position, which is a position before the upper dead center, for example 15-20 crankshaft degrees before the upper dead center, the ignition spark is generated with the ignition that is relevant under the prevailing operating conditions, mainly depending on load and speed. The generation of the spark generates a high measuring pulse in the detection layer, caused by the flash in the spark plug gap during the so-called break down phase, but this high measuring pulse can be filtered out, and its measured value is not used in the preferred form of drying.
Efter överslagsfasen så startar en flamjoniseringsfas (Flame ionization phase), i figur 2 benämnd FLAME ION, under vilken fas mätspänningen påverkas av etableringen av en brinnande kärna av luft-bränsle blandningen i eller vid tändstiftsgapet.After the flashover phase, a fl flame ionization phase, in 2 gur 2 called FLAME ION, starts, during which phase the measuring voltage is affected by the establishment of a burning core of the air-fuel mixture in or at the spark plug gap.
Efter flamjoniseringsfasen startar efterjoniseringsfasen (Post ionization phase), i figur 2 benämnd POST ION, under vilken fas mätspänningen påverkas av förbränningen i förbränningsrummet då antalet joniserande partiklar ökar med temperaturen och förbränningstrycket. Typiskt är att POST ION når ett maxvärde, angivet med PP i figuren 2, när förbränningstrycket utvecklats till sitt högsta värde och flarnfronten nått förbrärmingsrummets väggar vilket medför en tryckhöjning. 20 25 30 35 508168 i 46 I figur 2 visas med heldragen kurva UNQRM det normala utseendet på en idealiserad jonströmsignal som erhålles från en förbränning där knackning inte förekommer. Om l-mackning förekommer så erhåller jonsnömsignalen ett från knackningsförloppet överlagrat frekvensinehåll efter maxläget PP, vilket visas med kurvan Umm.After the ionization phase, the post-ionization phase (Post ionization phase), called POST ION, starts in Figure 2, during which phase the measuring voltage is affected by the combustion in the combustion chamber as the number of ionizing particles increases with temperature and combustion pressure. Typically, POST ION reaches a maximum value, indicated by PP in fi clock 2, when the combustion pressure has developed to its highest value and the fr front has reached the walls of the combustion chamber, which results in an increase in pressure. 20 25 30 35 508168 i 46 Figure 2 shows with solid line UNQRM the normal appearance of an idealized ion current signal obtained from a combustion where knocking does not occur. If l-mapping occurs, the ion current signal receives a frequency content superimposed from the knocking process according to the maximum position PP, which is shown by the curve Umm.
Ett sätt att hitta läget för lmackningen kan vara att detektera läget för maxläget PP genom exempelvis detktering av nollgenomgången av första derivatan av UION. Detekteringen av nollgenomgången är dock inte tillförlitlig i alla driftfall, då jonströmsignalen UmN under vissa driftfall helt kan sakna ett lokalt maxima under efterjoniseringsfasen, POST ION. I vissa driftfall så kan även ett flertal lokala maxima av jonströntsignalen UION uppträda under efterjoniseringsfasen, POST ION, vilket kan ge en felaktig indikering av när knackningsfenomenen blir aktuella.One way to find the position of the mapping can be to detect the position of the maximum position PP by, for example, detecting the zero crossing of the first derivative of UION. However, the detection of the zero crossing is not reliable in all operating cases, as the ion current signal UmN during certain operating cases may completely lack a local maximum during the post-ionization phase, POST ION. In some operating cases, a number of local maxima of the ion beam signal UION may also occur during the post-ionization phase, POST ION, which may give an incorrect indication of when the knocking phenomena become relevant.
I figur 3 visas en uppñnningsenlig kretslösning, vilken implementerad i detekteiingsenheten 44 i figur 1, ger en adaptiv anpassning av ntätfönstret för knackdetektering.Figure 3 shows an inventive circuit solution, which is implemented in the detection unit 44 in Figure 1, providing an adaptive adaptation of the network window for knock detection.
Detekteringslcretsen 44 lärnnar två signaler till styrenheten 10 på ledningarna 54 och 58.The detection circuit 44 supplies two signals to the control unit 10 on the lines 54 and 58.
På ledningen 54 lämnas en signal motsvarande det integrerade värdet på jonströmsignalen erhållen via ledningen 56. Det integrerade värdet ger en parameter som är indikativ på förbränningens kvalitet, fortsättningsvis benärrmd CQ.On line 54 a signal corresponding to the integrated value of the ion current signal obtained via line 56 is provided. The integrated value provides a parameter which is indicative of the quality of the combustion, hereinafter referred to as CQ.
På ledningen 58 lämnas en signal motsvarande det från jonströmsignalen utfilcrerade frekvensinnehållets intensitet. Det utñltrerade värdet ger en parameter som är indikativ på knaclcningens intensitet, fortsättningsvis benämnd Kl.A signal corresponding to the frequency content of the frequency current extracted from the ion current signal is provided on line 58. The filtered value gives a parameter that is indicative of the intensity of the click, hereinafter referred to as Kl.
Baserat på dessa detekterade parametrar, CQ respektive KI, kan sedan erforderliga regleråtgärder initieras av styrenheten 10.Based on these detected parameters, CQ and KI, respectively, the required control measures can then be initiated by the control unit 10.
Detekteringsenheten 10 innehåller två signalbehandlande kretsar, en krets 80 som tar fram CQ- patametem och en krets 81 som tar fram IG-parametern. Jonströmsignalen på ledningen 56 matas parallellt till respektive krets via en input buffer 60. Input buffer 60 omvandlar potentialen i mät- punkten 45 till en inverterad signalnivå, motsvarande figur 2, som är lämplig för kretsarna 80 och 81. Mätpunkten 45 kan i den i visade utföringsformen ligga på en negativ potential av storleks- ordningen -50 volt eller mer. En lämplig signalnivå för kretsarna 80,81 kan ligga runt +5 volt.The detection unit 10 contains two signal processing circuits, a circuit 80 which produces the CQ parameter and a circuit 81 which produces the IG parameter. The ion current signal on line 56 is supplied in parallel to the respective circuit via an input buffer 60. Input buffer 60 converts the potential in the measuring point 45 to an inverted signal level, corresponding to fi gur 2, which is suitable for the circuits 80 and 81. The measuring point 45 can the embodiment lie at a negative potential of the order of -50 volts or more. A suitable signal level for the circuits 80.81 can be around +5 volts.
CQ-kretsen 80 innehåller ett lågpassfilter 61, som filterar bort ointressant högfrekvent information Signalen från lågpassfiltret 61 matas till en integrator 62, där en integrering av signalen sker när startingången ST går hög. ST-ingången går hög när komparatorn 63 detekterar att signalen från lågpassfiltret, som matas till komparatorns ingång 63a, överstiger en referensnivå. Referensnivån är satt till en fast nivå av en spänningsdelare, i form av två motstånd 72,73 kopplade mellan en 30 7 608 168 systemspänning VCC samt jord Den fast referensnivån tas ut mellan motstånden 72,73 och kopplas till komparatorns ingång 63b.The CQ circuit 80 contains a low-pass filter 61, which filters out uninteresting high-frequency information. The signal from the low-pass filter 61 is fed to an integrator 62, where an integration of the signal takes place when the starting input ST goes high. The ST input goes high when the comparator 63 detects that the signal from the low pass filter, which is fed to the comparator input 63a, exceeds a reference level. The reference level is set to a fixed level of a voltage divider, in the form of two resistors 72,73 connected between a system voltage VCC and ground The fixed reference level is taken out between the resistors 72,73 and connected to the comparator input 63b.
Referensnivån sätts lämpligen relativt lågt, motsvarande nivån INTREF i figur 2. Integratom kommer då att integrera jonströmsignalen från cirka -5 vevaxelgrader före övre dödpunkt till cirka 45 grader efter övre dödpunkt, med en jonströmsignal motsvarande den som visas i figur 2.The reference level is suitably set relatively low, corresponding to the level INTREF in Figure 2. The integrator will then integrate the ion current signal from about -5 crankshaft degrees before the upper dead center to about 45 degrees after the upper dead center, with an ion current signal corresponding to that shown in Figure 2.
KI-lcretsen 81 innehåller ett bandpassfilter 67, vilket filtrerar ut den mot knackningsförloppet karakteristiska frekvensen I en 2-liters fyrcylindrig Otto-motor så ligger dessa på jonströmsignalen överlagrade frekvensema i storleksordningen 5-8 kHz, vad avser grundtonen. I vissa fall kan det vara tillämpbart att istället för gmndtonen detektera övertonema, vilka ligger på jänma multiplar av grundtonen. Signalen från bandpassfiltret 67 matas till en integrator 68, där en integrering av den bandpass filtrerade signalen sker när integratoms 68 startingång ST går hög. ST-ingången går hög när en logisk OCH-krets 66 detekterar att två insignaler samtidigt är höga. Den ena insignalen till OCH kretsen 66 erhålles från komparatom 63, vilken är hög när jonströmsignalen UION ligger över refererßnivån INTm. Den andra insignalen till OCH kretsen 66 erhålles från en komparator 65, vilken komparators utgång går hög när aktuellt integrerat CQ-värde uppgår till en fördefinierad andra referensnivå. Det aktuella integrerade CQ-värdet erhålles från utgången på integratom 62 och matas till komparatorns 65 ingång 65a.The KI circuit 81 contains a bandpass filter 67, which filters out the frequency characteristic of the knocking process. In a 2-liter four-cylinder Otto engine, these frequencies superimposed on the ion current signal are in the order of 5-8 kHz, with respect to the fundamental tone. In some cases it may be appropriate to detect the harmonics instead of the fundamental tone, which lie on equal multiples of the fundamental tone. The signal from the bandpass filter 67 is fed to an integrator 68, where an integration of the bandpass filtered signal takes place when the start input ST of the integrator 68 goes high. The ST input goes high when a logic AND circuit 66 detects that two inputs are high at the same time. One input signal to AND circuit 66 is obtained from comparator 63, which is high when the ion current signal UION is above the reference level INTm. The second input signal to the AND circuit 66 is obtained from a comparator 65, which output of the comparator goes high when the current integrated CQ value amounts to a predetermined second reference level. The current integrated CQ value is obtained from the output of the integrator 62 and fed to the input 65a of the comparator 65.
Den andra fördefinierade referensnivån sätts till en andel av åtminstone en föregående och väsentligen fullständig förbrännings CQ-värde. Denna andel av föregående förbrännings CQ-värde erhålles via en spänningsdelare med två motstånd 78 samt 79. Med väsentligen fullständig förbränning avses ej att allt bränsle förbrännts. Istället avses huvuddelen av den period under vilken förbränning sker i cylindern Om motståndet 79 har dubbelt så hög resistans som motståndet 78 erhålles en andel motsvarande 66% av föregåeende förbrännings CQ-värde. Kompatatorn 64 samt backdioden 75 är kopplade som en ideal diod och laddar upp kondensatorn 76 till en spänningsnivå motsvarande den av spänningsdelaren 78,79 givna andelen av föregående förbrännings CQ-värde.The second predefined reference level is set to a proportion of at least one previous and substantially complete combustion CQ value. This proportion of the CQ value of the previous combustion is obtained via a voltage divider with two resistors 78 and 79. By substantially complete combustion is not meant that all fuel has been burned. Instead, it refers to the main part of the period during which combustion takes place in the cylinder. If the resistor 79 has twice as high a resistance as the resistor 78, a proportion corresponding to 66% of the previous CQ value is obtained. The comparator 64 and the reverse diode 75 are connected as an ideal diode and charge the capacitor 76 to a voltage level corresponding to the proportion of the previous combustion CQ value given by the voltage divider 78.79.
Parallellt med kondensatorn 76 är kopplat ett urladdningsmotstånd 77. Detta urladdningsmotstånd är företrädesvis högolunigt, och så anpassat att kondensatorn i huvudsak bibehåller sin spänningsnivå över 2 succesiva förbänningar.A discharge resistor 77 is connected in parallel with the capacitor 76. This discharge resistor is preferably highly ununified, and so adapted that the capacitor substantially maintains its voltage level over 2 successive combustions.
OCH-kretsen 66 startar således integreringen i integratorn 68 när jonströmsignalen Um ligger över referensnivån lNTm samtidigt som det integrerade CQ-värdet från aktuell förbränning uppgår till den fördefinierade andelen av föregående förbrännings CQ-värde.The AND circuit 66 thus starts the integration in the integrator 68 when the ion current signal Um is above the reference level 1NTm at the same time as the integrated CQ value from the current combustion amounts to the distributed portion of the previous combustion CQ value.
Detta medför att mätfönstret för knackdetelderingen kommer att anpassa sig adaptivt till aktuell jonströmsignal, och öppna mätfönstret när exempelvis det aktuella integrerade värdet uppgår till den procentsats av föregående förbrännings CQ-värde som ges av spänningsdelaren 78,79. 508 168 s 20 25 30 35 Alla höjningar av CQ-värdet på ledningen 54 kommer att slå igenom direkt och höja den andra fördefinierade referensnivån, vilken lagras i kondensatorn 76. Om däremot CQ-värdet skulle minska så kommer den andra fördefinierade referensnivån succesivt anpassa sig till den lägre nivån, enligt en tidsfunktion given av urladdningsmotståndet 77. Det är väsentligt att knackningsfönstret ligger korrekt vid lastökrtingar, där knackningsrisker oftast uppstår. Vid lastökningar ökar CQ-värdet och den andra fördefinierade referensnivån anpassas direkt till höjda CQ-värden. Om däremot förbränningsrnotorn utsättes för lastreduktioner så reduceras även risken för knackningar, varför en lika snabb anpassning till reducerade CQ-värden ej är lika nödvändig.This means that the measuring window for the knock partition will adapt adaptively to the current ion current signal, and open the measuring window when, for example, the current integrated value amounts to the percentage of the previous combustion CQ value given by the voltage divider 78.79. 508 168 s 20 25 30 35 All increases in the CQ value on line 54 will take effect immediately and increase the second predetermined reference level, which is stored in capacitor 76. If, on the other hand, the CQ value were to decrease, the second predetermined reference level would gradually adapt. to the lower level, according to a time function given by the discharge resistor 77. It is essential that the knocking window is correctly positioned at load increases, where knocking risks usually occur. With load increases, the CQ value increases and the second defined reference level is adapted directly to increased CQ values. If, on the other hand, the combustion engine is subjected to load reductions, the risk of knocking is also reduced, which is why an equally rapid adaptation to reduced CQ values is not as necessary.
I figur 2 visas hur mätfönstret från att varit stängt, WCLOSE, övergår till ett öppet läge, Wopm när det momentana integrerade värdet uppgår till en förbestämd andel om cirka 70% av ett likvärdigt integrerat värde från en föregående och väsentligen fullständig förbränning. Väsentligen likvärdiga integrerade värden erhålles vid konstant belastning på förbränningsmotom, så kallad steady-state tillstånd I de fall där även integreringen sker över en del av överslagsfasen, så sätts den förbestämda andelen till ett högre värde. Till varje motortyp så kan den aktuella andelen bestämmas genom utprovning, så att knackmätfönstret aktiveras efter PP-läget. Läget för maximalt tryck kan vid dessa bestämningar detekteras genom en speciell tryckgivare, eller via jonströmsignalen Mätfönstret stängs när jonströrrlsignalen UION går under värdet för INTREF. I figur 2 är detta visat relativt en normal förbränning UNORM vid cirka 45° VC. Om knackning förekommer med en jonströmsignal motsvarande UION, senarelägges stängningen till drygt 55° VC.Figure 2 shows how the measurement window from being closed, WCLOSE, transitions to an open mode, Wopm when the instantaneous integrated value amounts to a predetermined proportion of approximately 70% of an equivalent integrated value from a previous and substantially complete combustion. Substantially equivalent integrated values are obtained at constant load on the internal combustion engine, so-called steady-state condition. In cases where the integration also takes place over a part of the flashover phase, the predetermined proportion is set to a higher value. For each engine type, the current percentage can be determined by testing, so that the knock measurement window is activated after the PP mode. The position for maximum pressure can in these determinations be detected by a special pressure sensor, or via the ion current signal. The measuring window closes when the ion current signal UION falls below the value for INTREF. In Figure 2, this is shown relative to a normal combustion UNORM at about 45 ° VC. If knocking occurs with an ion current signal corresponding to UION, the closure is delayed to just over 55 ° VC.
Efter varje förbränning så erhåller styrenheten 10 från detekteringskretsen 44 ett CQ-värde på ledningen 54 från integratom 62 i CQ-kretsen 80, samt ett KI-värde på ledningen 58 från integratorn 68 i Kl-lu-etsen 81. Respektive integrator 62,68 nollställes inför nästa förbränning av styrenheten 10 via nollställnings signaler CLl ,CL2 på ledningarna 55 respektive 57. Detelderingskretsen är därefter redo att beräkna nya CQ- samt Kl-värden för efterföljande förbränning.After each combustion, the control unit 10 receives from the detection circuit 44 a CQ value on the line 54 from the integrator 62 in the CQ circuit 80, and a KI value on the line 58 from the integrator 68 in the K1-lu etch 81. Respective integrator 62,68 is reset before the next combustion of the control unit 10 via reset signals CL1, CL2 on lines 55 and 57. The detecting circuit is then ready to calculate new CQ and K1 values for subsequent combustion.
Nollställningssignalerna CL; ,CL2 kan erhållas från en och samma ledning, varigenom samtidig nollställning sker. I vissa utföringsformer så kan nollställningen ske via triggsignaler på ledningarna 50,50', vilket medför att ledningarna 55 och 57 kan utgå helt.The reset signals CL; , CL2 can be obtained from one and the same line, whereby simultaneous zeroing takes place. In some embodiments, the reset can take place via trigger signals on lines 50, 50 ', which means that lines 55 and 57 can be completely eliminated.
Uppfinningen kan modifieras på ett flertal sätt inom ramarna och definitionema givna av de bifogade patentkraven.The invention can be modified in a number of ways within the framework and the definitions given by the appended claims.
Den i figur 3 visade logiska kretsuppbyggnaden kan givetvis ersättas av motsvarande processor- baserad krets där aktiveringen av mätfönstret sker mjukvarustyrt. De aktuella referensnivåema kan läsas in i minnen och uppdateras av processorn, exempelvis när CQ-värdet förändras. 20 9 "i 5 0 8 16 8 Den första referensnivån INTREF är företrädesvis en fast förbestämd nivå, men kan i vissa uttöringsforrner även den adaptivt anpassa sig till aktuell belastning eller varvtal på förbränningsmotoin, alternativt anpassa sig till jonströmsignalens maxamplitud I en processorbaserad implementation så kan det andra referensvärdet, motsvarande en förbestämd andel av ett integmlvärde, bildas genom en beräkning av ett rullande medelvärde, vilket företrädesvis kan beräknas över ett tiotal av de senast föregående iörbränningama.The logic circuit structure shown in Figure 3 can of course be replaced by the corresponding processor-based circuit where the activation of the measurement window takes place in a software-controlled manner. The current reference levels can be read into memories and updated by the processor, for example when the CQ value changes. 20 9 "i 5 0 8 16 8 The first reference level INTREF is preferably a fixed predetermined level, but in some forms it can also adaptively adapt to the current load or speed of the combustion engine, or alternatively adapt to the maximum amplitude of the ion current signal. the second reference value, corresponding to a predetermined proportion of an integral value, is formed by a calculation of a rolling average value, which can preferably be calculated over a dozen of the most recent previous burns.
KI-kretsen 81 kan även modifieras så att det andra referensvärdet som lagras i kondensatorn 76 ej uppdateras proportionellt med förändringar av CQ-värdet. För att komma till rätta med de stora cykel-till-cykel variationema i Otto-motorer, kan nya referensvärden bildas på ett dämpat sätt. Om exempelvis C Q-värdet ökar 10% så kan det andra referensvärdet ges en mindre ökning om någon procent. En sådan dämpning kan exempelvis erhållas genom att koppla in en kondensator parallellt över motståndet 79.The KI circuit 81 can also be modified so that the second reference value stored in the capacitor 76 is not updated in proportion to changes in the CQ value. To address the large cycle-to-cycle variations in Otto engines, new reference values can be formed in a subdued manner. For example, if the C Q value increases by 10%, the second reference value can be given a smaller increase of a few percent. Such attenuation can be obtained, for example, by connecting a capacitor in parallel across the resistor 79.
Såsom framgår av figur 2 ökar signalen UION vid knackning, vilket leder till att CQ-värdet ökar. Vid detekterad knackning kan man i vissa applikationer blockera uppdateringen av det andra refenensvärdet, lagrat i kondensatorn 76, under pågåeende knackning. Detta kan exempelvis erhållas genom att anordna en brytare innan spänningsdelaren 78,79. Brytaren kan vara styrd av KI-signalens värde, och så fort som KI-signalen överskrider en förbestämd nivå så bryts inrnatning av CQ-värdet till spånningsdelaren 78,79, medan CQ-värdets matning till komparatorn 65 bibehålles.As shown in Figure 2, the signal UION increases on knocking, which leads to an increase in the CQ value. If knocking is detected, in some applications the update of the second reference value, stored in the capacitor 76, can be blocked during ongoing knocking. This can be obtained, for example, by arranging a switch before the voltage divider 78.79. The switch can be controlled by the value of the KI signal, and as soon as the KI signal exceeds a predetermined level, the input of the CQ value to the voltage divider 78.79 is broken, while the supply of the CQ value to the comparator 65 is maintained.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9504435A SE508168C2 (en) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9504435A SE508168C2 (en) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9504435D0 SE9504435D0 (en) | 1995-12-12 |
SE9504435L SE9504435L (en) | 1997-06-13 |
SE508168C2 true SE508168C2 (en) | 1998-09-07 |
Family
ID=20400557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9504435A SE508168C2 (en) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE508168C2 (en) |
-
1995
- 1995-12-12 SE SE9504435A patent/SE508168C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE9504435D0 (en) | 1995-12-12 |
SE9504435L (en) | 1997-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE505543C2 (en) | Method for controlling knocking in an internal combustion engine | |
US5769049A (en) | Method and system for controlling combustion engines | |
US5803047A (en) | Method of control system for controlling combustion engines | |
SE507416C2 (en) | Method for feedback control of injection timing in internal combustion engines | |
US4716874A (en) | Control for spark ignited internal combustion engine | |
US4648367A (en) | Method and apparatus for detecting ion current in an internal combustion engine ignition system | |
US4426987A (en) | Method and apparatus for controlling the composition of the combustible mixture of an engine | |
US6222368B1 (en) | Ion current detection apparatus | |
EP0846851A2 (en) | Internal combustion engine control | |
US5221904A (en) | Misfire-detecting system for internal combustion engines | |
EP0966599A1 (en) | Apparatus and method for controlling air/fuel ratio using ionization measurements | |
US5349299A (en) | Fuel supply misfire-detecting system for internal combustion engines | |
Förster et al. | Ion current sensing for spark ignition engines | |
DE102012220356B4 (en) | Knock control device of an internal combustion engine | |
US5327090A (en) | Misfire-detecting system for an internal combustion engine which detects a misfire due to the fuel supply system | |
US5101788A (en) | Internal-combustion engine control device | |
US6691555B2 (en) | Firing state discrimination system for internal combustion engines | |
US6803765B2 (en) | Misfire detection system for internal combustion engines | |
CN110578639A (en) | spark plug electrode wear rate determination for spark-ignited engines | |
JPH1077941A (en) | Knocking detection device of internal combustion engine | |
SE508168C2 (en) | Pinking detection apparatus using adaptive measurement window for internal combustion engine | |
JPH0544624A (en) | Detection device for combustion condition of gasoline engine and flying spark miss | |
US6655367B2 (en) | Plug-hole-installed ignition coil unit for internal combustion engines | |
DE4207139C2 (en) | Misfire detector system for internal combustion engines | |
SE510448C2 (en) | Fuel regulating system for IC engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |