Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen eines Klopfereignisses während eines Umschaltvorgangs zwischen Betriebsarten eines VerbrennungsmotorsMethod and device for determining a knocking event during a switching operation between operating modes of an internal combustion engine
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Klopferkennung von Verbrennungsmotoren, insbe- sondere bei Verbrennungsmotoren, die wahlweise mit verschiedenen Kraftstoffsorten betrieben werden können.The invention relates to a knock detection of internal combustion engines, in particular in internal combustion engines, which can be operated optionally with different fuel types.
Stand der TechnikState of the art
Für die Klopferkennung sind in Verbrennungsmotoren üblicherweise Schallsensoren vorgesehen, die Körperschallsignale des Motorblocks erfassen. Die Klopferkennung basiert auf der Integration bzw. Mittelwertbildung der gefilterten und gleichgerichteten Körperschallsignale und den daraus berechneten Referenzpegeln. Die Integration der Körperschallsignale erfolgt in der Regel nur während eines klopfrelevanten Zeitbereichs, der durch ein oder mehrere Messfenster innerhalb eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors bestimmt ist. Die Körperschallsignale und der Referenzpegel werden in der Klopfregelung zur Erkennung eines Klopfens ausgewertet.For knock detection sound sensors are usually provided in internal combustion engines that detect structure-borne sound signals of the engine block. The knock detection is based on the integration or averaging of the filtered and rectified structure-borne sound signals and the reference levels calculated therefrom. The integration of structure-borne noise signals is usually only during a knock-relevant time range, which is determined by one or more measuring windows within a working cycle of the internal combustion engine. The structure-borne sound signals and the reference level are evaluated in the knock control for detecting a knock.
Moderne Verbrennungsmotoren können mit mehreren Kraftstoffsorten betrieben werden, wobei der Betrieb, d.h. die Ansteuerung des Verbrennungs-
motors, an die jeweilige Kraftstoffsorte angepasst wird. Wird die Kraftstoffsorte während des Betriebs des Verbrennungsmotors umgeschaltet, führt dies zu einem sich schnell ändernden Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors. Obwohl in der Regel eine abrupte Umschaltung der Messfenster, deren Lage sich bei der Umschaltung aufgrund anderer Zündzeitpunkte erheblich ändert, erfolgt, kann sich der Referenzpegel, mit dem das aktuelle Körperschallsignal für die Klopferkennung in Beziehung gesetzt wird, nur verzögert dem sich schnell ändernden Geräuschverhalten anpassen, da der Referenzpegel durch Integration bzw. Mittelwertbildung ermittelt wird. Dadurch kann es unter Umständen zu Fehlerkennungen oder Nichterkennungen von Klopfen kommen.Modern internal combustion engines can be operated with several types of fuel, whereby the operation, ie the control of the combustion which is adapted to the respective type of fuel. If the type of fuel is switched during operation of the internal combustion engine, this leads to a rapidly changing noise behavior of the internal combustion engine. Although an abrupt changeover of the measurement windows, whose position changes significantly during the switchover due to other ignition times, is generally carried out, the reference level, with which the current structure-borne sound signal for knock detection is related, can only adapt to the rapidly changing noise behavior with a delay because the reference level is determined by integration or averaging. This may lead to misrecognition or non-recognition of knocking.
Zusätzlich kann die Klopfneigung direkt nach der Betriebsartumschaltung erheblich zunehmen, z.B. wenn von einem Erdgasbetrieb (CNG: Compres- sed Natural Gas) in einen Benzinbetrieb umgeschaltet wird. Bei der momentanen Umschaltung zwischen Betriebsarten wird angenommen, dass sich die Klopfneigung direkt nach der Umschaltung vom Erdgas in den Benzinbetrieb nicht von der Klopfneigung in dem reinen Benzinbetrieb unterscheidet. Tatsächlich konnten jedoch starke Klopfereignisse kurz nach der Umschaltung festgestellt werden, die vermieden werden sollten.In addition, the knocking tendency may increase significantly just after mode switching, e.g. when switching from natural gas operation (CNG: Compressed Natural Gas) to gasoline operation. At the momentary switching between modes, it is assumed that the knock tendency immediately after switching from natural gas to gasoline operation does not differ from the tendency to knock in gasoline-only operation. In fact, however, strong knocking events could be detected shortly after the changeover, which should be avoided.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen ein Nicht- oder Falscherkennen von Klopfereignissen beim Umschalten zwischen Betriebsarten in einem Verbrennungsmotor vermieden werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device with which a non-recognition or false recognition of knocking events when switching between operating modes in an internal combustion engine can be avoided.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Feststellen eines Klopfereignisses während eines Umschaltvorgangs zwischen Betriebsarten eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:This object is achieved by the method according to claim 1 and by the device according to the independent claim. In one aspect, a method is provided for determining a knocking event during a switching operation between operating modes of an internal combustion engine. The method comprises the following steps:
- Erfassen eines Verlaufs eines Schallsignals eines Verbrennungsmotors; - Bestimmen eines Referenzpegels des Schallsignals, der einer Angabe eines Motorgrundgeräuschs entspricht, abhängig von dem Verlauf des Schallsignals; undDetecting a course of a sound signal of an internal combustion engine; - Determining a reference level of the sound signal corresponding to an indication of a motor noise, depending on the course of the sound signal; and
- Feststellen eines Klopfereignisses abhängig von dem Referenzpegel. Der Referenzpegel des Schallsignals wird abhängig von dem Umschaltvor- gang zwischen den Betriebsarten des Verbrennungsmotors bestimmt wird, d.h. z.B. abhängig davon, ob gerade ein Umschaltvorgang stattfindet oder nicht.- Detecting a knocking event depending on the reference level. The reference level of the sound signal is determined depending on the switching operation between the operating modes of the internal combustion engine, i. e.g. depending on whether a switching process is taking place or not.
Für eine Klopferkennung wird aus dem Körperschallsignal des Motorblocks des Verbrennungsmotors ein Referenzpegel abgeleitet, der eine Angabe des Motorgrundgeräusches darstellt. Das momentan detektierte Schallsignal des Schallsensors wird mit diesem Referenzpegel in Beziehung gesetzt und daraus ein Klopfen erkannt. Beim Umschalten der Betriebsart des Verbrennungsmotors kommt es häufig zu einer schnellen Änderung des Motorgrund- geräusches, so dass der Referenzpegel entsprechend angepasst werden muss.For a knock detection, a reference level is derived from the structure-borne noise signal of the engine block of the internal combustion engine, which represents an indication of the engine noise. The currently detected sound signal of the sound sensor is related to this reference level and from this a knock is detected. When switching the operating mode of the internal combustion engine, there is often a rapid change in the engine noise, so that the reference level must be adjusted accordingly.
Bei üblichen Verfahren zur Ermittlung des Referenzpegels ändert sich der Referenzpegel in der Regel nur langsam bei einem Umschalten der Be- triebsart und daher passt sich der Referenzpegel nur nach und nach an das geänderte Geräuschverhalten an. Das aktuelle Schallsignal weicht dann während des Umschaltvorgangs in höherem Maße von dem Referenzpegel ab und es kann daher fälschlicherweise ein nicht-vorhandenes Klopfen erkannt werden bzw. ein vorhandenes Klopfen nicht erkannt werden. Daher ist vorgesehen, beim Umschaltvorgang den Referenzpegel schneller an das
monnentane Motorgrundgeräusch anzupassen als dies während einer Betriebsart des Verbrennungsmotors der Fall ist.In conventional methods for determining the reference level, the reference level generally changes only slowly when the operating mode is switched, and therefore the reference level only gradually adapts to the changed noise behavior. The current sound signal then differs during the switching process to a greater extent from the reference level and it can therefore be falsely detected a non-existing knock or an existing knocking can not be detected. Therefore, it is provided during the switching process, the reference level to the faster monnentane engine noise to adapt than is the case during an operating mode of the internal combustion engine.
Weiterhin kann das Feststellen des Klopfereignisses abhängig von einem Schwellenwert durchgeführt werden, wobei der Schwellenwert während des Umschaltvorgangs zwischen den Betriebsarten angepasst wird. Auf diese Weise ist es möglich, während des Umschaltens zwischen den Betriebsarten, die insbesondere mit einer Geräuschänderung des Verbrennungsmotors verbunden ist, die Empfindlichkeit der Erkennung eines Klopfen zu erhöhen oder zu vermindern.Furthermore, the determination of the knocking event may be performed in response to a threshold value, wherein the threshold value is adjusted during the switching operation between the operating modes. In this way, it is possible to increase or decrease the sensitivity of knock detection during the switching between the modes, which is particularly associated with a noise change of the internal combustion engine.
Insbesondere kann der Referenzpegel während eines Umschaltzeitraums abhängig von dem Verlauf des Schallsignals während einer zweiten Zeitperiode, die kleiner ist als eine erste Zeitperiode, bestimmt werden, wobei der Referenzpegel außerhalb des Umschaltzeitraums abhängig von dem Verlauf des Schallsignals während der ersten Zeitperiode bestimmt wird. D.h. während vor oder nach dem Umschaltvorgang der Referenzpegel gebildet wird, indem z.B. über die erste Zeitperiode gemittelt wird, wird der Referenzpegel während des Umschaltvorgangs über die zweite kürzere Zeitperiode gemit- telt.Specifically, the reference level may be determined during a switching period depending on the history of the sound signal during a second time period that is less than a first time period, the reference level being determined outside the switching period depending on the history of the sound signal during the first time period. That while before or after the switching operation, the reference level is formed by e.g. is averaged over the first time period, the reference level during the switching operation is averaged over the second shorter time period.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Referenzpegel als Mittelwert von Pegeln des Schallsignals innerhalb der betreffenden Zeitperiode oder als Integrationswert des Verlaufs des erfassten Schallsignals innerhalb der betreffenden Zeitperiode ermittelt werden.According to a further embodiment, the reference level may be determined as an average of levels of the sound signal within the relevant time period or as an integration value of the course of the detected sound signal within the relevant time period.
Weiterhin kann zum Bestimmen des Referenzpegels des Schallsignals der Verlauf des Referenzpegels gemäß einer Angabe einer Filterzeitkonstanten tiefpassgefiltert werden, wobei die Angabe der Filterzeitkonstanten eine Zeit- konstante der Tiefpassfilterung angibt, wobei die Zeitkonstante der Tiefpassfilterung während des Umschaltzeitraums kleiner gewählt wird als außerhalb des Umschaltzeitraums.
Die Betriebsarten des Verbrennungsmotors können jeweils einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit unterschiedlichen Kraftstoffarten entsprechen, wobei der Beginn des Umschaltzeitraums einem Zeitpunkt entspricht, der von dem Verlassen einer ersten Betriebsart abhängt. Der Betrieb des Ver- brennungsmotors mit unterschiedlichen Kraftstoffarten erfordert in der Regel eine Umstellung der Ansteuerung des Verbrennungsmotors, so dass bereits ab oder kurz nach dem Beginn des Umschaltvorgangs eine Änderung im Motorgrundgeräusch auftritt.Furthermore, to determine the reference level of the sound signal, the profile of the reference level can be low-pass filtered according to an indication of a filter time constant, the indication of the filter time constant indicating a time constant of the low-pass filtering, wherein the time constant of the low-pass filtering is selected to be smaller during the switchover period than outside the switchover period. The operating modes of the internal combustion engine may each correspond to an operation of the internal combustion engine with different fuel types, wherein the beginning of the switching period corresponds to a time that depends on leaving a first mode. The operation of the combustion engine with different types of fuel usually requires a change in the control of the internal combustion engine, so that already from or shortly after the start of the switching operation, a change in the engine noise occurs.
Insbesondere kann der Umschaltvorgang einen Misch betrieb vorsehen, bei dem der Verbrennungsmotor mit beiden Kraftstoffarten betrieben wird, wobei der Beginn des Umschaltzeitraums einem Zeitpunkt entspricht, der dem Zeitpunkt des Verlassens der ersten Betriebsart entspricht oder einem Zeitpunkt entspricht, bei dem die erste Betriebsart einen vorgegebenen Anteil am Be- trieb des Verbrennungsmotors ausmacht.In particular, the switching operation can provide a mixing operation in which the internal combustion engine is operated with both types of fuel, wherein the beginning of the switching period corresponds to a time corresponding to the time of leaving the first mode or a time at which the first mode a predetermined proportion on the operation of the internal combustion engine.
Die Dauer des Umschaltzeitraums kann fest vorgegeben sein oder von dem vollständigen Erreichen der zweiten Betriebsart abhängen.The duration of the switching period may be fixed or depend on the complete achievement of the second mode.
Während des Umschaltzeitraums kann ein Zündwinkelvorhalt eingestellt werden, um den einen aktuellen, zum Betrieb des Verbrennungsmotors festgelegten Zündzeitpunkt nach spät zu verschieben, wobei der Zündwinkelvorhalt nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer kontinuierlich oder schrittweise abgebaut wird. Durch die Spätverstellung des Zündwinkels wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Klopfereignissen während des Umschaltvorgangs und kurz danach erheblich reduziert.During the switching period, a Zündwinkelvorhalt can be adjusted to delay the current one, set for operation of the internal combustion engine retardation, wherein the Zündwinkelvorhalt after a certain period of time is reduced continuously or stepwise. The retardation of the firing angle significantly reduces the likelihood of knock events occurring during the switchover process and shortly thereafter.
Weiterhin kann der Zündwinkelvorhalt in Abhängigkeit von einer Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder der Ansaugluft eingestellt werden.Furthermore, the Zündwinkelvorhalt can be adjusted in dependence on a temperature of the internal combustion engine and / or the intake air.
Damit nur relevante Zeitbereiche hinsichtlich des Auftretens von Klopfereignissen überprüft werden, kann vorgesehen sein, den Verlauf des Schallsig-
nals nur während Zeitfenstern zu erfassen, während denen Klopfereignisse im Verbrennungsmotor auftreten können.In order to check only relevant time periods with regard to the occurrence of knocking events, it may be provided that the course of the sound signal is checked. nals only during time windows during which knock events can occur in the internal combustion engine.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Feststellen eines Klopfereignisses während eines Umschaltvorgangs zwischen Betriebsarten eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:According to a further aspect, an apparatus for detecting a knocking event during a switching operation between operating modes of an internal combustion engine is provided. The device comprises:
- eine Schallerfassungseinheit zum Erfassen des Verlaufs eines Schallsignals in einem Verbrennungsmotor;- A sound detection unit for detecting the course of a sound signal in an internal combustion engine;
- eine Klopferkennungseinheit, die ausgebildet ist, - um den Verlauf des Schallsignals zu erfassen;a knock detection unit which is designed to detect the course of the sound signal;
- um einen Referenzpegel des Schallsignals, der einer Angabe eines Motorgrundgeräuschs entspricht, abhängig von dem Verlauf des Schallsignals zu bestimmen; und- To determine a reference level of the sound signal corresponding to an indication of a motor noise, depending on the course of the sound signal; and
- um ein Klopfereignis abhängig von dem Referenzpegel festzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klopferkennungseinheit ausgebildet ist, um den Referenzpegel des Schallsignals abhängig von dem Umschaltvorgang zwischen den Betriebsarten des Verbrennungsmotors zu bestimmen.- To determine a knock event depending on the reference level, characterized in that the knock detection unit is adapted to determine the reference level of the sound signal depending on the switching operation between the operating modes of the internal combustion engine.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen, das einen Verbrennungsmotor und die obige Vorrichtung umfasst.In another aspect, an engine system is provided that includes an internal combustion engine and the above apparatus.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbei- tungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.In another aspect, a computer program product is provided that includes program code that, when executed on a data processing unit, performs the above method.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer Klopferkennung;Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it: Fig. 1 is a schematic representation of an engine system with a knock detection;
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer Klopferkennungseinheit des Motorsystems der Fig. 1 ; Fig. 3a bis 3c Signal-Zeit-Diagramme zur Darstellung der Verläufe des Zündwinkelvorhalts, des Referenzpegels für die Klopferkennung bzw. von Betriebsartensignalen.Fig. 2 is a more detailed illustration of a knock detection unit of the engine system of Fig. 1; 3a to 3c signal-time diagrams for showing the profiles of the Zündwinkelvorhalts, the reference level for the knock detection and operating mode signals.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Fig. 1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der von einer Steuereinheit 3 angesteuert wird. Die Steuereinheit 3 ist beispielsweise in einem herkömmlichen Motorsteuergerät umfasst und kann alle oder einige der zum Betrieb des Verbrennungsmotors 2 benötigten Funktionen steuern.1 shows an engine system 1 with an internal combustion engine 2, which is controlled by a control unit 3. The control unit 3 is included, for example, in a conventional engine control unit, and can control all or some of the functions required for operating the engine 2.
Der Verbrennungsmotor 2 ist ausgebildet, um mit verschiedenen Kraftstoffsorten, wie z.B. Erdgas (CNG) oder Benzin betrieben zu werden, wobei die Motorsteuereinheit 3 die Betriebsart automatisch oder manuell, d.h. vom Fahrer vorgegeben, einstellen kann. Die Steuereinheit 3 steuert den Ver- brennungsmotor 2 mithilfe von Motorsteuersignalen MS an, die beispielsweise die Stellung einer Drosselklappe, Einspritzmengen (z.B. über Einstellen der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einspritzventile), Zündzeitpunkte und dergleichen vorgeben können.The internal combustion engine 2 is designed to handle different types of fuels, e.g. Natural gas (CNG) or gasoline, the engine control unit 3 operating automatically or manually, i. predetermined by the driver, can adjust. The control unit 3 controls the engine 2 by means of engine control signals MS, which can for example indicate the position of a throttle valve, injection quantities (for example, by adjusting the opening and closing timings of the injectors), ignition timings and the like.
Es ist weiterhin eine Klopferkennungseinheit 4 vorgesehen, die von einem an dem Verbrennungsmotor 2 z.B. an dessen Motorblock angeordneten Schallsensor 5 Schallsignale SS, die z.B. in Form einer elektrischen Größe angegeben werden, erhält und daraus ableiten kann, ob in dem Verbrennungsmotor 2 ein Klopfen auftritt oder nicht. Das Auftreten eines Klopfens wird der Steuereinheit 3 in Form eines Klopfsignales KS angezeigt.
Beim Umschalten der Betriebsarten (Umschaltvorgang), was durch die Steuereinheit 3 bestimmt wird oder durch ein externes Signal vorgegeben wird, stellt die Steuereinheit 3 der Klopferkennungseinheit 4 ein Umschaltsignal US zur Verfügung, so dass die Klopferkennungseinheit 4 erkennen kann, wann ein Umschalten der Betriebsarten erfolgt.Furthermore, a knock detection unit 4 is provided, which receives sound signals SS, which are given for example in the form of an electrical variable, from a sound sensor 5 arranged on the engine 2, for example on its engine block, and can deduce therefrom whether or not knocking occurs in the internal combustion engine 2 Not. The occurrence of knocking is indicated to the control unit 3 in the form of a knock signal KS. When switching the operating modes (switching operation), which is determined by the control unit 3 or predetermined by an external signal, the control unit 3 of the knock detection unit 4, a switching signal US is available, so that the knock detection unit 4 can recognize when a change of modes occurs ,
Die Klopferkennungseinheit 4 führt im Wesentlichen eine Klopferkennung dadurch aus, dass sie die von dem Schallsensor 5 detektierten Schallsignale zu einem Referenzpegel rkr in Beziehung setzt. Der Referenzpegel rkr soll ein Motorgrundgeräusch bei dem aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (2) angeben.The knock detection unit 4 basically performs a knock detection by relating the sound signals detected by the sound sensor 5 to a reference level rkr. The reference level rkr is intended to indicate a basic engine noise in the current operating state of the internal combustion engine (2).
Die Bestimmung des Referenzpegels rkr wird durchgeführt, indem die Schallsignale über einen bestimmten Zeitraum gemittelt oder integriert wer- den, wobei nur Zeitfenster zur Messung (Messfenster) berücksichtigt werden, in denen ein Klopfen zu erwarten ist, d.h., die Schallsignale werden nur in den Zeitfenstern ausgewertet, während denen sich ein Luft-Kraftstoff- Gemisch in den Zylindern befindet, das durch eine selbstzündende Verbrennung zu einem Klopfgeräusch (Explosion) führen kann. Die Mittelwertbildung bzw. Integration erfolgt in der Regel über mehrere derartige Zeitfenster üblicherweise während eines oder mehrerer Arbeitsspiele des Verbrennungsmotors 2.The determination of the reference level rkr is carried out by averaging or integrating the sound signals over a certain period of time, taking into account only time windows for measurement (measurement windows) in which knocking is to be expected, ie the sound signals are only in the time windows evaluated during which an air-fuel mixture is in the cylinders, which can lead to a knocking sound (explosion) by a self-igniting combustion. The averaging or integration usually takes place over a plurality of such time windows, usually during one or more operating cycles of the internal combustion engine 2.
Der Mittelwert der Schallsignale entspricht einem angenommenen Motor- grundgeräusch, das sich abhängig von Bethebszuständen des Verbrennungsmotors 2 ändern kann. Üblicherweise erfolgen während des Betriebs mit einer Kraftstoffart Änderungen des Motorgrundgeräuschs nur relativ langsam, so dass die Mittelwertbildung während eines Zeitraums erfolgt, in dem sich der Referenzpegel rkr an die möglichen Änderungen des Motorgrundge- räuschs anpassen kann. Die Mittelwertbildung erfolgt in der Regel mithilfe eines Integrators oder eines Tiefpassfilters, dessen Tiefpassverhalten bei-
spielsweise mithilfe eines Tiefpassfaktors TPF eingestellt werden kann. Der Referenzpegel rkr kann in einem Rechenzyklus aus dem momentanen Schallsignal ikr auf diskrete Weise wie folgt ermittelt werden:The mean value of the sound signals corresponds to an assumed engine noise, which may change depending on Bethebszuständen the internal combustion engine 2. Usually, during operation with a fuel type, changes in the engine noise occur only relatively slowly, so that the averaging takes place during a period in which the reference level rkr can adapt to the possible changes in the basic engine noise. The averaging is usually done using an integrator or a low-pass filter whose low-pass behavior contributes to For example, it can be set using a low-pass factor TPF. The reference level rkr can be determined in a calculation cycle from the instantaneous sound signal ikr in a discrete manner as follows:
rkr(k + 1 ) = ikr (k + 1 ) ■ TPF + rkr (k) ■ (1 - TPF),rkr (k + 1) = ikr (k + 1) ■ TPF + rkr (k) ■ (1-TPF),
wobei k die Nummer des Zyklusses angibt. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters ist durch die Zykluszeit vorgegeben und entspricht etwa der Zykluszeit dividiert durch den Tiefpassfaktor.where k is the number of the cycle. The time constant of the low-pass filter is predetermined by the cycle time and corresponds approximately to the cycle time divided by the low-pass factor.
Die obige Berechnung zur Ermittlung des Referenzpegels rkr wird kontinuierlich durchgeführt, so dass sich der Referenzpegel rkr in der Regel an eine Änderung des Schallsignals anpasst. Dadurch bildet der Referenzpegel stets das aktuelle Motorgrundgeräusch ab.The above calculation for determining the reference level rkr is carried out continuously, so that the reference level rkr usually adapts to a change in the sound signal. As a result, the reference level always reflects the current engine noise.
Beim Umschalten zwischen Betriebsarten kann die Klopfneigung des Verbrennungsmotors erheblich zunehmen. Dies ist insbesondere beim Umschalten von einem Erdgasbetrieb zu einem Benzinbetrieb der Fall. Weiterhin ändert sich das Motorgrundgeräusch bei dem Umschalten relativ abrupt, so dass bei Zugrundeliegen des oben erwähnten Tiefpassfaktors bzw. Tiefpassverhaltens der Referenzpegel nur allmählich das veränderte Motorgrundgeräusch abbildet. In der Übergangsphase zwischen den Betriebsarten kann somit der Fall auftreten, dass der Referenzpegel rkr und das aktuelle Schallsignal SS erheblich voneinander abweichen können, wodurch u.U. fehler- hafterweise ein nicht vorhandenes Klopfereignis als solches erkannt werden kann oder ein Klopfereignis falscherweise nicht erkannt werden kann.When switching between operating modes, the tendency to knock of the internal combustion engine can increase considerably. This is especially the case when switching from a natural gas operation to a gasoline operation. Further, the engine noise changes relatively abruptly in the switching, so that, based on the above-mentioned low-pass factor or low-pass behavior, the reference level only gradually reproduces the changed engine noise. In the transition phase between the operating modes can thus occur the case that the reference level rkr and the current sound signal SS can differ significantly from each other, causing u.U. erroneously, a non-existent knocking event can be recognized as such or a knocking event can not be detected incorrectly.
Die Klopferkennungseinheit 4 ändert daher den für die Berechnung des Referenzpegels verwendeten Tiefpassfaktor TPF, wenn eine Umschaltung zwi- sehen Betriebsarten auftritt. Mit anderen Worten wird der Referenzpegel rkr während des durch das Umschaltsignals US angezeigten Umschaltens zwi-
schen den Betriebsarten schnell dem veränderten Schallsignal (Motorgrundgeräusch) nachgeführt. Dies erfolgt durch Erhöhen des Tiefpassfaktors TPF bzw. durch Verändern der Zeitkonstante oder dgl. Der Tiefpassfaktor TPF kann in der Klopferkennungseinheit 4 basierend auf dem Umschaltsignal US geändert werden oder der entsprechende Tiefpassfaktor kann von der Steuereinheit 3 der Klopferkennungseinheit 4 bereitgestellt werden.The knock detection unit 4 therefore changes the low-pass factor TPF used for the calculation of the reference level when switching between modes of operation occurs. In other words, the reference level rkr during the switching indicated by the switching signal US between The operating modes quickly track the changed sound signal (engine noise). This is done by increasing the low-pass factor TPF or changing the time constant or the like. The low-pass factor TPF can be changed in the knock detection unit 4 based on the switching signal US or the corresponding low-pass factor can be provided by the control unit 3 of the knock detection unit 4.
In Fig. 2 ist eine Blockdarstellung zur Durchführung der in der Klopferkennungseinheit 4 durchgeführten Erkennung eines Klopfereignisses dargestellt. Die zuvor beschriebene Referenzpegelberechnung mit Hilfe eines ersten Multiplikationsgliedes 13, eines Summiergliedes 14 und eines zweiten Multiplikationsgliedes 11 abhängig von dem Tiefpassfaktor TPF durchgeführt. Der Wert des Schallsignals ikr wird in dem ersten Multiplikationsglied 13 mit dem Tiefpassfaktor TPF multipliziert und das Ergebnis anschließend in dem Summierglied 14 mit dem in dem zweiten Multiplikationsglied 11 mit (1-TPF) multiplizierten Wert des zuletzt berechneten Referenzpegels rkr addiert, um den aktualisierten Referenzpegel rkr zu erhalten.FIG. 2 shows a block diagram for carrying out the recognition of a knocking event carried out in the knock detection unit 4. The reference level calculation described above with the aid of a first multiplication element 13, a summing element 14 and a second multiplication element 11 is performed as a function of the low-pass factor TPF. The value of the sound signal ikr is multiplied in the first multiplication element 13 by the low-pass factor TPF and the result is then added in the summing element 14 to the value of the last calculated reference level rkr multiplied by (1-LPF) in the second multiplication element 11 by the updated reference level to get rkr.
Der berechnete Referenzpegel rkr und as aktuelle Schallsignal ikr werden einem Schwellwertvergleichsblock 12 zugeführt.The calculated reference level rkr and as actual sound signal ikr are supplied to a threshold value comparison block 12.
Der Schwellwertvergleichsblock 12 erhält einen Schwellwert SW, der fest vorgegeben oder variabel abhängig von der Betriebsart des Verbrennungsmotors 2 z.B. von der Steuereinheit 3 eingestellt werden kann. Weichen die Differenz oder das Verhältnis zwischen dem aktuellen Schallsignal ikr (aktuelles Geräusch) und dem Referenzpegel rkr (Motorgrundgeräusch) zu stark voneinander ab, d.h. das Ergebnis überschreitet den Schwellwert SW, so wird ein Klopfereignis erkannt, was durch das Klopfsignal KS angezeigt wird. Anstelle der Differenz oder dem Verhältnis können auch andere Beziehun- gen zwischen dem Referenzpegel und dem aktuellen Schallsignal verwendet werden.
Insbesondere kann der Schwellenwert SW während des Umschaltvorgangs zwischen den Betriebarten angepasst werden. Z.B. kann der Schwellenwert SW erhöht werden, wenn das Umschalten zwischen einer ersten Betriebsart, bei der der Verbrennungsmotor leiser ist, zu einer zweiten Betriebsart, bei der der Verbrennungsmotor 2 lauter ist, der Schwellenwert SW gegenüber dem Schwellenwert SW, der während der ersten Betriebsart angenommen wurde, erhöht werden und umgekehrt.The threshold value comparison block 12 receives a threshold value SW, which can be set permanently or varied depending on the operating mode of the internal combustion engine 2, for example, by the control unit 3. If the difference or the ratio between the current sound signal ikr (current noise) and the reference level rkr (engine noise) deviates too much from one another, ie the result exceeds the threshold value SW, then a knock event is detected, which is indicated by the knock signal KS. Instead of the difference or the ratio, other relationships between the reference level and the current sound signal can also be used. In particular, the threshold value SW can be adjusted during the switching operation between the operating modes. For example, the threshold SW may be increased if switching between a first mode in which the engine is quieter to a second mode in which the engine 2 is louder is the threshold SW over the threshold SW assumed during the first mode was increased and vice versa.
Die Zeitdauer, während der die schnelle Referenzpegelnachführung aktiviert wird, kann fest vorgegeben sein oder von der Art der Bethebsartenumschal- tung, d.h. deren Richtung (vom CNG-Betrieb zu Benzinbetrieb oder umgekehrt) abhängig sein. Insbesondere kann die Umschaltzeitdauer für die Aktivierung der schnellen Referenzpegelnachführung so gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass der nach Beenden des Umschaltvorgangs erreichte Referenzpegel das geänderte Motorgrundgeräusch abbildet. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Umschaltzeitdauer nach einer vorgegebenen Zeitdauer endet, nachdem die Benzin-Betriebsart (zweite Betriebsart) vollständig erreicht worden ist.The length of time during which the fast reference level tracking is activated may be fixed or dependent on the type of control mode switching, i. their direction (from CNG operation to gasoline operation or vice versa) dependent. In particular, the switchover period for the activation of the fast reference level tracking can be selected so as to ensure that the reference level reached after completion of the switchover operation maps the changed engine base noise. For this purpose, it may be provided, for example, that the switching period ends after a predetermined period of time after the gasoline operating mode (second operating mode) has been completely reached.
Ferner kann die schnelle Referenzpegelnachführung gestartet werden, sobald die Erdgas-Betriebsart (erste Betriebsart) verlassen wird, oder wenn der von der Erdgas-Betriebsart bestimmte Anteil am gesamten Betrieb des Verbrennungsmotors 2 eine bestimmte Schwelle unterschritten hat.Further, the fast reference level tracking can be started as soon as the natural gas mode (first mode) is exited, or when the proportion of the total operation of the internal combustion engine 2 determined by the natural gas mode has fallen below a certain threshold.
Während des Umschaltens kann weiterhin ein Zündwinkelvorhalt eingestellt werden, der dazu dient, den Zündwinkel nach spät zu verschieben, wodurch Klopfereignisse während des Mischbetriebs verhindert werden können. Der Zündwinkelvorhalt entspricht einem Offset, der dem berechneten Zündwinkel hinzuaddiert wird. Dies reduziert die Klopfneigung erheblich. So kann zusätz- lieh der reibungslose Ablauf der Bethebsartenumschaltung gewährleistet werden.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Zündwinkelvorhalt in Abhängigkeit von der Motor- und Ansauglufttemperatur zu initialisieren.During the switching, a firing angle bias can be set which serves to retard the firing angle, whereby knocking events during the mixing operation can be prevented. The Zündwinkelvorhalt corresponds to an offset, which is added to the calculated ignition angle. This significantly reduces the tendency to knock. In this way, the trouble-free sequence of the changeover of the operating mode can be guaranteed. In addition, it is possible to initialize the Zündwinkelvorhalt depending on the engine and intake air temperature.
In den Figuren 3a bis 3c sind Signal-Zeit-Diagramme zur Darstellung des Verlaufs des Zündwinkelvorhalts ZV bei Umschalten der Betriebsarten von einem Erdgasbetrieb zu einem Benzinbetrieb dargestellt.Shown in FIGS. 3 a to 3 c are signal-time diagrams for illustrating the profile of the firing angle ZV when switching the operating modes from a natural gas operation to a gasoline operation.
Beim Umschalten wird zunächst der reine CNG-Betrieb deaktiviert, was durch den Übergang von einem High-Pegel zu einem Low-Pegel durch das Betriebsartensignal B_cng angezeigt wird. Nach einer Phase des Mischbetriebs wird der reine Benzinbetrieb aktiviert, was durch das Betriebsartensignal B_bz auf gleiche Weise angezeigt wird (siehe Fig. 3c).When switching, the pure CNG operation is first deactivated, which is indicated by the transition from a high level to a low level by the operating mode signal B_cng. After a phase of the mixing operation, the pure gasoline operation is activated, which is indicated by the mode signal B_bz in the same way (see Fig. 3c).
In der Phase des Mischbetriebs MB, d.h. sowohl B_cng als auch B_bz befin- den sich auf Low-Pegel, wird durch Verschieben des Zündzeitpunktes ZZP, der in ° (Grad) des Kurbelwellenwinkels angegeben wird, der Zündwinkelvorhalt ZV eingestellt und entweder unmittelbar nach Beenden des Mischbetriebs (B_bz auf High-Pegel) oder eine bestimmte Zeit t_del wird der Zündwinkelvorhalt ZV kontinuierlich oder schrittweise zurückgenommen, so dass nach dem Rücksetzen des Zündwinkelvorhalts der Verbrennungsmotor 2 mit dem für die gewählte Betriebsart optimalen Zündwinkel betrieben wird. Die dadurch entstehende Rampe kann ihrer Steigung und Zeitdauer entsprechend den Betriebsparametern des Motors, d.h. den Betriebszuständen des Motors, angepasst werden.In the phase of mixing operation MB, i. both B_cng and B_bz are at low level, the ignition advance ZV is set by shifting the ignition point ZZP, which is indicated in ° (degrees) of the crankshaft angle, and either immediately after the mixing operation has ended (B_bz to high level) or a certain time t_del the Zündwinkelvorhalt ZV is continuously or gradually withdrawn, so that after resetting the Zündwinkelvorhalts the internal combustion engine 2 is operated with the optimum operating angle for the selected operating mode. The resulting ramp can vary in pitch and time according to the operating parameters of the engine, i. the operating conditions of the engine to be adjusted.
Das Diagramm der Fig. 3b zeigt die Nachführung des Referenzpegels rkr während des Mischbetriebs. Der Kurvenverlauf K1 zeigt beispielsweise die schnelle Referenzpegelnachführung während der Kurvenverlauf K2 den ohne Änderung des Tiefpassverhaltens herkömmlich erfolgenden Referenzpegel- verlauf angibt.
The diagram of FIG. 3b shows the tracking of the reference level rkr during the mixing operation. The curve K1 shows, for example, the fast reference level tracking while the curve K2 indicates the reference level course that conventionally takes place without changing the low-pass behavior.