WO2021068014A1 - Method and test bench for knock calibration of an internal combustion engine - Google Patents
Method and test bench for knock calibration of an internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021068014A1 WO2021068014A1 PCT/AT2020/060353 AT2020060353W WO2021068014A1 WO 2021068014 A1 WO2021068014 A1 WO 2021068014A1 AT 2020060353 W AT2020060353 W AT 2020060353W WO 2021068014 A1 WO2021068014 A1 WO 2021068014A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- knock
- internal combustion
- combustion engine
- determined
- operating point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
- F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
- F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
- F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
- F02D41/2425—Particular ways of programming the data
- F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
- F02D41/2432—Methods of calibration
-
- 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
- G01L23/221—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
- G01L23/225—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
- G01L23/227—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor using numerical analyses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
- F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
- F02D41/28—Interface circuits
- F02D2041/286—Interface circuits comprising means for signal processing
- F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation
-
- 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
- G01L23/221—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
Definitions
- the invention relates to a method for knock calibration of an internal combustion engine in which the internal combustion engine is operated on a test stand and a knock signal from at least one cylinder of the internal combustion engine is detected by means of a knock sensor and a maximum amplitude of a pressure oscillation recorded by the knock sensor is determined from the knock signal in a working cycle of the internal combustion engine and a number of maximum amplitudes recorded at a first operating point of the internal combustion engine are evaluated for knock calibration, as well as an associated test stand for carrying out the method.
- Knocking is understood to mean an uncontrolled combustion process of the air-fuel mixture after ignition in the cylinder of an internal combustion engine, in particular an Otto engine. This can result in high pressure peaks in the cylinder, which can damage components such as pistons, bearings, cylinder head, valves and spark plugs. Knocking is therefore extremely undesirable in the operation of an internal combustion engine and should be avoided. Typical causes of knock are excessive compression in the cylinder, temperatures that are too high or ignition timing that is too early. Apart from this, knocking is also dependent on the operating point of the internal combustion engine, i.e. essentially on the speed and torque, but also on the compression ratio. A common reaction of the engine management system to knock is to shift the ignition point backwards.
- knock control is also often provided, usually in the engine control system, which is intended to ensure that the internal combustion engine is operated close to the knock limit for maximum utilization of the combustion energy while at the same time avoiding knocking.
- knock calibration in which, for example, the knock limit is parameterized in the engine management system.
- WO 2018/172665 A1 describes a method for knock control of an internal combustion engine, but does not concern knock calibration.
- the knock limit of the internal combustion engine is to be determined in the entire operating range, essentially by influencing the ignition parameters, in particular the ignition time.
- the aim is to determine the ignition parameters for each operating point in the operating range, which lead to operation of the internal combustion engine as close as possible to the knock limit without exceeding the knock limit.
- This is for example in KR 101969908 B1 or CN 109973280 A.
- Such a knock calibration is usually carried out on an engine test bench on which the internal combustion engine is connected to a load machine (dynamometer) in order to be able to set various operating points.
- cylinder pressure sensors are usually used as knock sensors in order to directly record the cylinder pressure during a work cycle of the internal combustion engine.
- cylinder pressure sensors (one piece per cylinder) are preferably used because the pressure oscillations can be measured and assessed directly at the point of origin in the combustion chamber.
- Other knock sensors only record the cylinder pressure indirectly, by recording the effects of the pressure fluctuations in the cylinder.
- acceleration sensors detect the acceleration of a part of the internal combustion engine that is excited by structure-borne noise.
- Sound sensors record the acoustic propagation of the knocking noise.
- these sensor signals also represent the cylinder pressure.
- the measured sensor signal from the knock sensor e.g. the signal from the cylinder pressure sensor, is evaluated in order to identify knocking events that are expressed in high pressure peaks. An attempt is made to determine the knock limit by varying various settings, in particular the ignition point.
- Such a knock calibration is very complex in practice, in particular because it has to be carried out in a large number of operating points, and there can also be other influencing variables that influence the calibration, for example the geometric compression ratio, the intake air temperature, the fuel quality, etc.
- the geometric compression ratio the intake air temperature, the fuel quality, etc.
- the adjustable, geometric compression ratio adds another degree of freedom.
- knock calibration the pressure fluctuations in the cylinder caused by uncontrolled combustion are evaluated. These are recorded using knock sensors, for example cylinder pressure sensors, acceleration or sound sensors.
- knock sensors for example cylinder pressure sensors, acceleration or sound sensors.
- the maximum amplitudes (knock peaks) of these pressure fluctuations occurring in the individual work cycles of the internal combustion engine are usually evaluated, with statistical evaluations of a number of these maximum amplitudes being carried out as a rule.
- Knock sensors such as cylinder pressure sensors, not only pick up the knock signal of interest, but also interfering signals (noise). Interfering signals can either be of an electrical nature and can essentially be eliminated by suitable cabling and design of the electrical measuring chain.
- the normal combustion in the cylinder also creates gas oscillations, which are also noticeable in pressure fluctuations do.
- Knocking events also generate pressure oscillations in the cylinder, which are superimposed on the pressure oscillations caused by normal combustion. However, these two pressure oscillations have the same frequency content, ie they occur in the same frequency bands. This means that these two cannot simply be separated by filtering in the recorded knock signal.
- Such normal pressure oscillations are also recorded as maximum amplitudes of a work cycle and are noticeable as background disturbances.
- this object is achieved by the features of the independent claims. Due to the use of absolute maximum amplitudes, it is not necessary to determine an associated knock limit at every operating point at which the knock calibration is to be carried out. It is sufficient to determine the knock limit at a first operating point and to apply the knock limit thus determined to a second operating point that is different from the first. This means that the internal combustion engine must approach the respective operating point on the test bench, but when the operating point is changed, the knock limit does not need to be set again because, according to the invention, absolute maximum amplitudes are now used and the knock limit can therefore be transferred to other operating points. This simplifies and shortens the knock calibration considerably.
- FIGS. 1 to 8 show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
- Fig. 1 pressure curves of a combustion in a cylinder of an internal combustion engine
- Fig. 2 a test bench for performing a knock calibration
- Fig. 5 determined maximum amplitudes of a number of work cycles
- FIG. 6 shows a histogram of the determined maximum amplitudes
- FIG. 7 ascertained absolute maximum amplitudes of a number of working cycles
- FIG. 8 a histogram of the ascertained absolute maximum amplitudes.
- Fig. 1 shows two typical pressure curves of a combustion in a cylinder of an internal combustion engine (here 4-stroke Otto engine).
- the cylinder pressure p is shown over part of the work cycle (in degrees crank angle cp) around top dead center (0 ° crank angle cp). After the ignition happens in the area of top dead center and the combustion is decisive for the knock calibration, this is the area of particular interest for knock calibration.
- Two pressure curves VV1, VV2 are shown for different conditions influencing the cylinder pressure curve, such as different compression ratios, different intake air temperature, speed, load, etc. In modern internal combustion engines, the compression ratio can, for example, be adapted as required.
- the internal combustion engine 1 is arranged on a test stand 5 for knock calibration
- the test bench 5 is usually an engine test bench on which the
- Internal combustion engine 1 is connected to a loading machine 2 (usually an electric motor).
- the internal combustion engine 1 and the load machine 2 are on
- Test stand 5 controlled and operated by a test stand control unit 3 (computing hardware and software).
- the internal combustion engine 1 is activated to set a desired torque M and the loading machine 2 to set a desired speed n (but this can also be the other way around).
- the internal combustion engine 1 is usually operated at a stationary operating point (speed,
- the internal combustion engine 1 could, however, also be operated on a different test bench for knock calibration, for example on one
- Powertrain test bench in which the internal combustion engine has a powertrain (or a Part of it) drives and the loading machine is connected to the drive train (for example on a side shaft of the drive train), or a roller dynamometer on which an entire vehicle can be arranged and the loading machine 2 is the roller drive.
- the ambient climate temperature, humidity, air pressure, etc.
- the fuel or the combustion air, or another medium required for the operation of the internal combustion engine 1 could be conditioned (temperature, pressure, humidity, etc.).
- At least one knock sensor 4 is arranged on the internal combustion engine 1, with which a knock signal S, for example a pressure curve as described in FIG. 1, is recorded.
- a knock signal S for example a pressure curve as described in FIG. 1
- a cylinder pressure sensor is provided for each cylinder or an acceleration sensor or sound sensor for one or more cylinders (it being possible to infer the respective cylinder based on the ignition sequence).
- the knock sensor 4 can be, for example, a cylinder pressure sensor on the cylinder, or a sound pick-up or acceleration pick-up on the engine block, or any other suitable sensor.
- the knock signal S recorded by the knock sensor 4 is fed to a knock evaluation unit 6 (computing hardware and / or software) and evaluated there.
- the knock evaluation unit 6 can be integrated in the test stand control unit 3 or can be its own hardware and / or software.
- the knock signal S of an entire work cycle (e.g. 720 ° for a 4-stroke gasoline engine) does not have to be evaluated for knock calibration.
- the knock signal S is evaluated from the ignition point or from shortly before the ignition point or from the top dead center up to a predetermined crank angle cp, e.g. 100 ° crank angle. With the evaluated crank angle range, the pressure oscillations of interest due to the combustion should of course be recorded.
- a signal processing unit 7 (hardware and / or software) can be provided in the knock evaluation unit 6 (as indicated in FIG. 3), in which the knock signal S of a working cycle supplied by the knock sensor 4 can be processed.
- a high-pass filter can be implemented in the signal processing unit 7 in order to filter out the low frequency ranges that are not relevant for knocking from the knock signal S.
- the knock sensor 4 could already undertake such a filtering.
- the knock signal S which represents the pressure oscillations, is sent to a maximum value recognition unit 8 (hardware and / or software) supplied, in which the maximum amplitude KP_PK of the pressure oscillation of the respective work cycle is determined. This can be done either time-based (usually resolved via crank angle) or frequency-based. An FFT (Fast Fourier Transformation) of the knock signal S can be provided for the frequency-based evaluation.
- FIG. 4 shows an example of an FFT-transformed pressure curve VV of a work cycle, for example recorded with a cylinder pressure sensor, as a knock signal S.
- the low-frequency components e.g. less than 5,000 Hz, can be filtered out, for example in the signal processing unit 7, or ignored in the determination of the maximum amplitude KP_PK because they are not related to a knock vibration.
- the maximum amplitude KP_PK of the pressure oscillation occurs in this example at approximately 8,000 Hz.
- an evaluation unit 9 (hardware and / or software) an evaluation of the determined maximum amplitudes KP_PK takes place for knock calibration.
- a statistical evaluation of the maximum amplitudes KP_PK of the current and a number i of past work cycles takes place.
- a number i of maximum amplitudes KP_PK are therefore considered together in such a statistical evaluation.
- maximum amplitudes KP_PK of a pressure oscillation generated by normal combustion are also taken into account.
- the frequency of maximum amplitudes KP_PK exceeding a certain limit amplitude within a certain window (e.g. number of work cycles) or the exceeding of a maximum permissible maximum amplitude KP_PK are usually evaluated.
- FIG. 5 shows the recorded maximum amplitudes KP_PK of a number i work cycles Ak, ..., Ak-i at a specific operating point of the internal combustion engine (speed, torque, compression ratio, etc.).
- the work cycles are usually consecutive work cycles, but this need not necessarily be the case.
- work cycles with misfires which can be easily determined using the knock signal S, can be excluded from the evaluation.
- the individual maximum amplitudes KP_PK are here connected with a line for the purpose of better representation, but this is of course not absolutely necessary. It can be seen that the pressure oscillations in each work cycle Ak,..., Ak-i considered causes a maximum amplitude KP_PK, in particular also in a work cycle in which no knocking occurs.
- the frequency of occurrence of certain peaks of the maximum amplitudes KP_PK within a certain window, such as a number of work cycles, and / or compliance with a maximum permissible maximum amplitude KP_PK max are evaluated.
- the knock calibration may require that at least 80% of the maximum amplitudes KP_PK that occur in a specific number of previous work cycles must be less than a specific knock limit. Due to the basic disturbances, however, it was previously necessary to determine the knock limit for various operating points, which is very complex. The engine settings, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are varied at the respective operating point until the knock limit is observed. Furthermore, it can be required that none or only a certain number of maximum amplitudes KP_PK may be greater than a certain maximum permissible maximum amplitude KP_PK max .
- FIG. 6 This can easily be shown in the form of a histogram as in Fig. 6.
- two histogram curves K are shown, each showing the frequency H (in percent) of the occurrence of certain maximum amplitudes KP_PK over a certain number of working cycles Ak, typically the 30 to 50 last working cycles Ak. It can be seen from the histogram curves that the frequency H of the occurrence of certain maximum amplitudes KP_PK decreases with an increasing value of the maximum amplitudes KP_PK. The basic disturbance can also be seen in the histogram curves at 100%.
- the histogram curve for a different operating point is shown in dashed lines analogous to FIG.
- a knock limit KG can now be required so that the frequency H that the maximum amplitudes KP_PK exceed a specific limit amplitude KP_PK G is less than a specific frequency limit HG, for example 20%.
- a specific frequency limit HG for example 20%.
- less than 20% of the maximum amplitudes KP_PK are greater than the limit amplitude KP_PK G.
- this limit amplitude KP_PK G is not known in advance, but has to be determined at each operating point during the knock calibration, for example based on the experience of the knock engineer.
- the greatest maximum amplitude KP_PK be less than a specified one maximum permissible maximum amplitude KP_PK max or only a number of maximum amplitudes KP_PK may be greater than a specified maximum permissible maximum amplitude KP_PKm ax .
- parameters of the engine control in particular ignition parameters such as the ignition angle, are adjusted so that the frequency limit H G and / or the maximum permissible maximum amplitude KP_PK max are maintained. This also gives the value of the limit amplitude KP_PK G.
- the knock limit KG can be determined according to various criteria.
- the limit amplitude KP_PK G does not necessarily have to be minimized.
- the limit amplitude KP_PK G is crucial that engine control parameters, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are adjusted in order to set a specific, defined knock limit KG.
- the engine control parameters set in particular ignition parameters such as the ignition angle, are then stored in the engine control system for this operating point, so that the internal combustion engine can be operated depending on the operating parameters that define the operating point (such as speed, torque, compression ratio, etc.) to control. It is evident from FIG. 6 that a different limit amplitude KP_PK G would result for a different operating point due to the basic disturbance.
- the basic disturbance is compensated for in the maximum amplitudes KP_PK determined, for example, in the maximum value detection unit 8.
- a compensation amplitude KP_PK ko m p is determined, which is subtracted from the maximum amplitudes KP_PK used for the knock calibration in order to determine absolute maximum amplitudes KP_PK abs with which the knock calibration is then carried out.
- the compensation can of course also be carried out differently in an equivalent manner.
- a weighting factor can be determined from the compensation amplitude KP_PK ko m p with which the Maximum amplitudes KP_PK are weighted in order to determine the absolute maximum amplitudes KP_PK abs .
- the compensation amplitude KP_PK ko m can be determined in various ways.
- the minimum maximum amplitude KP_PK mi n can be a number z, for example of the last 10 to 40 work cycles, of past work cycles Ak-1, ..., Ak-z used in the number i work cycles Ak, ..., Ak used for the knock calibration -i are determined and this determined minimum maximum amplitude KP_PK mi n are subtracted from the determined i maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i as compensation amplitude KP_PK ko m p.
- the number z can match the number i, but can also be larger or smaller than the number i.
- the determination of the compensation amplitude KP_PK ko m is preferably determined anew in each working cycle k. In FIG.
- a minimum maximum amplitude KP_PK mi n is shown as an example.
- the minimum maximum amplitude KP_PK mi n could, for example, also be determined in the maximum value recognition unit 8.
- the smallest maximum amplitude KP_PKmin is preferably determined in each current work cycle Ak from the past z work cycles Ak-1,..., Ak-z.
- a mean value KP_PK mea n could be determined over a number m of past minimum maximum amplitudes KP_PK m mi,..., KP_PK mi nm (which corresponds to a number m of compensation amplitudes KP_PK ko mm) be, for example in the
- KP_PKm ea n as the compensation amplitude KP_PK ko m can be subtracted from the maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i used for the knock calibration.
- the number x smallest maximum amplitudes KP_PK mi ni, ..., KP_PKmin x could be determined in the number z of past work cycles Ak-1, ..., Ak-z, and from this a mean value KP_PK mea n, for example again an arithmetic or geometric mean value can be determined, which is then subtracted as the compensation amplitude KP_PK ko m from the maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i used for the knock calibration or used for weighting.
- the mean value over a number x of the smallest maximum amplitudes KP_PK mi ni, ..., KP_PKmin x and the mean value over a number m of past minimum maximum amplitudes KP_PK m m could also be combined with one another to form a mean value g KP_PKm ea n to determine as the compensation amplitude KP_PK ko mp, which is subtracted from the maximum amplitudes KP_PKk, KP_PKk-i used for the knock calibration or used for weighting.
- knocking always occurs stochastically, i.e. randomly in individual work cycles.
- the determination of the compensation amplitude KP_PK ko m from a few previous work cycles almost always ensures that at least some non-knocking work cycles are present in order to determine the basic disturbance from the above-mentioned methods.
- the compensation amplitude KP_PK ko m p can be limited to a defined maximum value in order to ensure the compensation. Otherwise the value of the compensation amplitude KP_PK ko m could correspond to the actual knocking peak and a “pulling up” into increasingly stronger knocking events could be the result. Alternatively, this could also be intercepted independently of the knocking peaks, for example purely via the maximum cylinder pressure.
- the determination of the compensation amplitude KP_PK ko m and the absolute maximum amplitudes KP_PK abs can take place in the maximum value recognition unit 8, the evaluation unit 9 or another unit (hardware and / or software).
- the knock limit KG determined can advantageously be used for other operating points and engine control parameters of the engine controller in an engine control unit ECU for controlling the internal combustion engine 1, in particular ignition parameters such as the ignition angle, can be varied until the knock limit KG is observed.
- parameters such as the air mass, air ratio or valve control times can also be set.
- the engine control parameters determined in this way, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are then stored at the operating point in the engine control for controlling the internal combustion engine 1 in normal operation.
- a basic data set for an engine control unit ECU can be determined in which the ignition angle or another or at least one further parameter, typically in a torque / speed map, is stored.
- other dependencies of the parameter such as the dependency on a variable compression ratio, can also be mapped in the basic database.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Verfahren und Prüfstand zur Klopfkalibrierung eines Verbrennungsmotors Procedure and test stand for knock calibration of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klopfkalibrierung eines Verbrennungsmotors bei dem der Verbrennungsmotor auf einem Prüfstand betrieben wird und dabei mittels eines Klopfsensors ein Klopfsignal zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors erfasst und aus dem Klopfsignal in einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors eine Maximalamplitude einer mit dem Klopfsensor aufgezeichneten Druckschwingung ermittelt wird und eine Anzahl in einem ersten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors aufgezeichneter Maximalamplituden zur Klopfkalibrierung ausgewertet wird, sowie einen zugehörigen Prüfstand zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for knock calibration of an internal combustion engine in which the internal combustion engine is operated on a test stand and a knock signal from at least one cylinder of the internal combustion engine is detected by means of a knock sensor and a maximum amplitude of a pressure oscillation recorded by the knock sensor is determined from the knock signal in a working cycle of the internal combustion engine and a number of maximum amplitudes recorded at a first operating point of the internal combustion engine are evaluated for knock calibration, as well as an associated test stand for carrying out the method.
Unter Klopfen versteht man einen unkontrollierten Verbrennungsvorgang des Luft- Kraftstoffgemisches nach der Zündung im Zylinder eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors. Dabei können hohe Druckspitzen im Zylinder auftreten, die Bauteile wie Kolben, Lager, Zylinderkopf, Ventile und Zündkerze beschädigen können. Klopfen ist daher im Betrieb eines Verbrennungsmotors äußerst unerwünscht und soll vermieden werden. Typische Ursachen von Klopfen sind eine zu hohe Verdichtung im Zylinder, zu hohe Temperaturen oder ein zu früher Zündzeitpunkt. Abgesehen davon ist das Klopfen auch vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, also im Wesentlichen von der Drehzahl und dem Drehmoment, aber auch vom Verdichtungsverhältnis, abhängig. Eine übliche Reaktion der Motorsteuerung auf Klopfen ist das Verschieben des Zündzeitpunktes nach hinten. Bei einem späten Zündzeitpunkt wird aber die Leistung des Verbrennungsmotors reduziert, weil die Verbrennungsenergie schlechter ausgenutzt werden kann, und der Verbrauch erhöht. Es ist daher bei heutigen Verbrennungsmotoren wichtig die Klopfgrenze im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors zu kennen. In modernen Verbrennungsmotoren ist auch häufig eine Klopfregelung, üblicherweise in der Motorsteuerung, vorgesehen, die zur maximalen Ausnutzung der Verbrennungsenergie bei gleichzeitiger Vermeidung des Klopfens den Betrieb des Verbrennungsmotors nahe an der Klopfgrenze sicherstellen soll.Knocking is understood to mean an uncontrolled combustion process of the air-fuel mixture after ignition in the cylinder of an internal combustion engine, in particular an Otto engine. This can result in high pressure peaks in the cylinder, which can damage components such as pistons, bearings, cylinder head, valves and spark plugs. Knocking is therefore extremely undesirable in the operation of an internal combustion engine and should be avoided. Typical causes of knock are excessive compression in the cylinder, temperatures that are too high or ignition timing that is too early. Apart from this, knocking is also dependent on the operating point of the internal combustion engine, i.e. essentially on the speed and torque, but also on the compression ratio. A common reaction of the engine management system to knock is to shift the ignition point backwards. If the ignition point is delayed, however, the output of the internal combustion engine is reduced because the combustion energy can be used more poorly and consumption increases. It is therefore important in today's internal combustion engines to know the knock limit in the entire operating range of the internal combustion engine. In modern internal combustion engines, knock control is also often provided, usually in the engine control system, which is intended to ensure that the internal combustion engine is operated close to the knock limit for maximum utilization of the combustion energy while at the same time avoiding knocking.
Ein wesentlicher Teil der Kalibrierung eines Verbrennungsmotors liegt daher in der Klopfkalibrierung, bei der beispielsweise die Klopfgrenze in der Motorsteuerung parametriert wird. A significant part of the calibration of an internal combustion engine is therefore the knock calibration, in which, for example, the knock limit is parameterized in the engine management system.
WO 2018/172665 A1 beschreibt ein Verfahren zur Klopfregelung eines Verbrennungsmotors, betrifft aber nicht die Klopfkalibrierung. WO 2018/172665 A1 describes a method for knock control of an internal combustion engine, but does not concern knock calibration.
Mit der Klopfkalibrierung soll im Wesentlichen durch Beeinflussen der Zündparameter, insbesondere des Zündzeitpunktes, die Klopfgrenze des Verbrennungsmotors im gesamten Betriebsbereich ermittelt werden. Es sollen damit zu jedem Betriebspunkt im Betriebsbereich die Zündparameter ermittelt werden, die zu einem Betrieb des Verbrennungsmotors möglichst nahe an der Klopfgrenze führen, ohne die Klopfgrenze zu überschreiten. Das ist beispielsweise in der KR 101969908 B1 oder CN 109973280 A beschrieben. Eine solche Klopfkalibrierung wird üblicherweise auf einem Motorprüfstand durchgeführt, auf dem der Verbrennungsmotor mit einer Lastmaschine (Dynamometer) verbunden ist, um verschiedene Betriebspunkte einstellen zu können. Am Motorprüfstand werden üblicherweise Zylinderdrucksensoren als Klopfsensoren verwendet, um den Zylinderdruck während eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors direkt zu erfassen. In der Klopfkalibrierung werden vorzugsweise Zylinderdrucksensoren (ein Stück pro Zylinder) verwendet, weil die Druckschwingungen direkt am Entstehungsort im Brennraum gemessen und beurteilt werden können. Andere Klopfsensoren erfassen den Zylinderdruck nur indirekt, über die Erfassung der Auswirkung der Druckschwingung im Zylinder. Beispielsweise erfassen Beschleunigungssensoren die durch Körperschall angeregte Beschleunigung eines Teils des Verbrennungsmotors. Schallaufnehmer erfassen die akustische Ausbreitung des Klopfgeräusches. Diese Sensorsignale repräsentieren aber ebenso den Zylinderdruck. With the knock calibration, the knock limit of the internal combustion engine is to be determined in the entire operating range, essentially by influencing the ignition parameters, in particular the ignition time. The aim is to determine the ignition parameters for each operating point in the operating range, which lead to operation of the internal combustion engine as close as possible to the knock limit without exceeding the knock limit. This is for example in KR 101969908 B1 or CN 109973280 A. Such a knock calibration is usually carried out on an engine test bench on which the internal combustion engine is connected to a load machine (dynamometer) in order to be able to set various operating points. On the engine test bench, cylinder pressure sensors are usually used as knock sensors in order to directly record the cylinder pressure during a work cycle of the internal combustion engine. In the knock calibration, cylinder pressure sensors (one piece per cylinder) are preferably used because the pressure oscillations can be measured and assessed directly at the point of origin in the combustion chamber. Other knock sensors only record the cylinder pressure indirectly, by recording the effects of the pressure fluctuations in the cylinder. For example, acceleration sensors detect the acceleration of a part of the internal combustion engine that is excited by structure-borne noise. Sound sensors record the acoustic propagation of the knocking noise. However, these sensor signals also represent the cylinder pressure.
Das gemessene Sensorsignal des Klopfsensors, z.B. das Signal des Zylinderdrucksensors, wird ausgewertet, um Klopfereignisse, die sich in hohen Druckspitzen äußern, zu identifizieren. Durch Variieren verschiedener Einstellungen, insbesondere des Zündzeitpunktes, wird versucht, die Klopfgrenze zu ermitteln. The measured sensor signal from the knock sensor, e.g. the signal from the cylinder pressure sensor, is evaluated in order to identify knocking events that are expressed in high pressure peaks. An attempt is made to determine the knock limit by varying various settings, in particular the ignition point.
Eine derartige Klopfkalibrierung ist in der Praxis sehr aufwendig, insbesondere weil diese in sehr vielen Betriebspunkten durchgeführt werden muss, und es dabei auch noch andere Einflussgrößen geben kann, die die Kalibrierung beeinflussen, beispielsweise das geometrische Verdichtungsverhältnis, die Ansauglufttemperatur, die Kraftstoffqualität, usw. Vor allem moderne Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis erhöhen den Aufwand der Kalibrierung, weil durch das einstellbare, geometrische Verdichtungsverhältnis ein weiterer Freiheitsgrad hinzukommt. Such a knock calibration is very complex in practice, in particular because it has to be carried out in a large number of operating points, and there can also be other influencing variables that influence the calibration, for example the geometric compression ratio, the intake air temperature, the fuel quality, etc. Before Modern internal combustion engines with a variable compression ratio in particular increase the calibration effort, because the adjustable, geometric compression ratio adds another degree of freedom.
Bei der Klopfkalibrierung werden die durch die unkontrollierte Verbrennung hervorgerufenen Druckschwankungen im Zylinder ausgewertet. Diese werden mittels Klopfsensoren, beispielsweise Zylinderdrucksensoren, Beschleunigungs- oder Schallaufnehmer, erfasst. Üblicherweise werden zur Klopfkalibrierung die in den einzelnen Arbeitstakten des Verbrennungsmotors auftretenden Maximalamplituden (Knock Peaks) dieser Druckschwankungen ausgewertet, wobei in der Regel statistische Auswertungen einer Anzahl dieser Maximalamplituden durchgeführt werden. During the knock calibration, the pressure fluctuations in the cylinder caused by uncontrolled combustion are evaluated. These are recorded using knock sensors, for example cylinder pressure sensors, acceleration or sound sensors. For knock calibration, the maximum amplitudes (knock peaks) of these pressure fluctuations occurring in the individual work cycles of the internal combustion engine are usually evaluated, with statistical evaluations of a number of these maximum amplitudes being carried out as a rule.
Klopfsensoren, wie Zylinderdrucksensoren, nehmen aber nicht nur das interessierende Klopfsignal auf, sondern auch Störsignale (Noise). Störsignal können entweder elektrischer Natur sein und können durch eine geeignete Verkabelung und Auslegung der elektrischen Messkette im Wesentlichen eliminiert werden. Durch die normale Verbrennung im Zylinder entstehen aber auch Gasoszillationen, die sich auch in Druckschwingungen bemerkbar machen. Klopfereignisse erzeugen ebenfalls Druckschwingungen im Zylinder, die den Druckschwingungen, die durch die normale Verbrennung hervorgerufen werden, überlagert sind. Diese beiden Druckschwingungen haben aber den gleichen Frequenzgehalt, d.h. sie treten in den gleichen Frequenzbändern auf. Damit können diese beiden im aufgenommenen Klopfsignal nicht einfach durch Filterung getrennt werden. Solche normale Druckschwingungen werden damit aber ebenfalls als Maximalamplituden eines Arbeitstaktes erfasst und machen sich als Hintergrundstörung bemerkbar. Bei einer statistischen Auswertung der Maximalamplituden einer Anzahl von Arbeitstakten kann das zu einer ungenauen und unzuverlässigen Klopferkennung führen. Die Klopfkalibrierung wird damit auch schwieriger. Für eine zuverlässige Klopfkalibrierung ist es daher vorteilhaft, solche Hintergrundstörungen bei der Klopferkennung auszuklammern. Knock sensors, such as cylinder pressure sensors, not only pick up the knock signal of interest, but also interfering signals (noise). Interfering signals can either be of an electrical nature and can essentially be eliminated by suitable cabling and design of the electrical measuring chain. The normal combustion in the cylinder also creates gas oscillations, which are also noticeable in pressure fluctuations do. Knocking events also generate pressure oscillations in the cylinder, which are superimposed on the pressure oscillations caused by normal combustion. However, these two pressure oscillations have the same frequency content, ie they occur in the same frequency bands. This means that these two cannot simply be separated by filtering in the recorded knock signal. Such normal pressure oscillations are also recorded as maximum amplitudes of a work cycle and are noticeable as background disturbances. In the case of a statistical evaluation of the maximum amplitudes of a number of work cycles, this can lead to inaccurate and unreliable knock detection. This also makes knock calibration more difficult. For a reliable knock calibration, it is therefore advantageous to exclude such background disturbances from the knock detection.
Es ist somit eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, ein Verfahren zur Klopfkalibrierung eines Verbrennungsmotors anzugeben, das einfach und zuverlässig durchführbar ist. It is therefore an object of the present invention to provide a method for knock calibration of an internal combustion engine that can be carried out simply and reliably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Aufgrund der Verwendung von absoluten Maximalamplituden muss nicht in jedem Betriebspunkt, in dem die Klopfkalibrierung ausgeführt werden soll, eine zugehörige Klopfgrenze ermittelt werden. Es reicht aus, die Klopfgrenze in einem ersten Betriebspunkt zu ermitteln und die derart ermittelte Klopfgrenze auf einen zweiten, vom ersten unterschiedlichen Betriebspunkt anzuwenden. Damit muss zwar der jeweilige Betriebspunkt am Prüfstand mit dem Verbrennungsmotor angefahren werden, es entfällt aber beim Betriebspunktwechsel die erneute Festlegung der Klopfgrenze, weil nun erfindungsgemäß absolute Maximalamplituden herangezogen werden und damit die Klopfgrenze übertragbar auf andere Betriebspunkte ist. Das erleichtert und verkürzt die Klopfkalibrierung erheblich.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims. Due to the use of absolute maximum amplitudes, it is not necessary to determine an associated knock limit at every operating point at which the knock calibration is to be carried out. It is sufficient to determine the knock limit at a first operating point and to apply the knock limit thus determined to a second operating point that is different from the first. This means that the internal combustion engine must approach the respective operating point on the test bench, but when the operating point is changed, the knock limit does not need to be set again because, according to the invention, absolute maximum amplitudes are now used and the knock limit can therefore be transferred to other operating points. This simplifies and shortens the knock calibration considerably.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der zugehörigen Beschreibung. Further advantages of the invention emerge from the dependent claims and from the associated description.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt The present invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 8, which show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
Fig.1 Druckverläufe einer Verbrennung in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, Fig.2 eine Prüfstand zur Durchführung einer Klopfkalibrierung, Fig. 1 pressure curves of a combustion in a cylinder of an internal combustion engine, Fig. 2 a test bench for performing a knock calibration,
Fig.3 die Auswertung eines mit einem Klopfsensors auf gezeichneten Klopfsignals,3 shows the evaluation of a knock signal recorded with a knock sensor,
Fig.4 einen FFT transformierten Druckverlauf eines Arbeitstaktes, 4 shows an FFT-transformed pressure curve of a work cycle,
Fig.5 ermittelte Maximalamplituden einer Anzahl von Arbeitstakten, Fig. 5 determined maximum amplitudes of a number of work cycles,
Fig.6 ein Histogramm der ermittelten Maximalamplituden, Fig.7 ermittelte absolute Maximalamplituden einer Anzahl von Arbeitstakten und Fig.8 ein Histogramm der ermittelten absoluten Maximalamplituden. 6 shows a histogram of the determined maximum amplitudes, FIG. 7 ascertained absolute maximum amplitudes of a number of working cycles and FIG. 8 a histogram of the ascertained absolute maximum amplitudes.
Fig.1 zeigt zwei typische Druckverläufe einer Verbrennung in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors (hier 4-Takt Ottomotor). Dargestellt ist der Zylinderdruck p über einen Teil des Arbeitstaktes (in Grad Kurbelwinkel cp) um den oberen Totpunkt (0° Kurbelwinkel cp). Nachdem die Zündung im Bereich des oberen Totpunkts passiert und die Verbrennung für die Klopfkalibrierung entscheidend ist, ist das der für Klopfkalibrierung besonders interessierende Bereich. Dargestellt sind zwei Druckverläufe VV1 , VV2 bei verschiedenen den Zylinderdruckverlauf beeinflussenden Gegebenheiten, wie beispielsweise verschiedenen Verdichtungsverhältnissen verschiedener Ansauglufttemperatur, Drehzahl, Last usw. In modernen Verbrennungsmotoren kann das Verdichtungsverhältnis beispielsweise bedarfsweise angepasst werden. Fig. 1 shows two typical pressure curves of a combustion in a cylinder of an internal combustion engine (here 4-stroke Otto engine). The cylinder pressure p is shown over part of the work cycle (in degrees crank angle cp) around top dead center (0 ° crank angle cp). After the ignition happens in the area of top dead center and the combustion is decisive for the knock calibration, this is the area of particular interest for knock calibration. Two pressure curves VV1, VV2 are shown for different conditions influencing the cylinder pressure curve, such as different compression ratios, different intake air temperature, speed, load, etc. In modern internal combustion engines, the compression ratio can, for example, be adapted as required.
Im Druckverlauf VV1 , z.B. bei einem erstem Verdichtungsverhältnis, erkennt man nach der Zündung im Bereich des oberen Totpunkts einen steilen Druckanstieg (zeitliche Ableitung des Druckes), der eine Verbrennungsschwingung V bewirkt. Im Druckverlauf VV1 ist auch ein Klopfereignis durch Selbstendzündung des Endgases der Verbrennung dargestellt, das sich in einer Klopfschwingung K manifestiert. Im Druckverlauf VV2, z.B. bei einem zweitem Verdichtungsverhältnis (das größer als das erste Verdichtungsverhältnis ist), erkennt man die spätere Zündung und auch geringere Verbrennungsschwingung V aufgrund des niedrigeren Druckanstiegs. Die Verbrennungsschwingung V und die Klopfschwingung K haben überlagerte Frequenzbereiche. Diese Druckschwingungen (Klopfschwingung K und Verbrennungsschwingung V) im Zylinder des Verbrennungsmotors 1 während eines Arbeitstaktes Ak werden bei der Klopfkalibrierung ausgewertet. Aufgrund der überlagerten Frequenzbereiche können keine Filtermethoden angewendet werden, weil damit immer auch die Erfassung der Klopfschwingung beeinträchtigt werden würde. In the pressure curve VV1, e.g. with a first compression ratio, a steep pressure increase (time derivative of the pressure) can be seen after ignition in the area of top dead center, which causes a combustion oscillation V. A knocking event due to self-ignition of the end gas of the combustion, which manifests itself in a knocking oscillation K, is also shown in the pressure curve VV1. In the pressure curve VV2, e.g. with a second compression ratio (which is greater than the first compression ratio), one recognizes the later ignition and also the lower combustion oscillation V due to the lower pressure increase. The combustion oscillation V and the knock oscillation K have superimposed frequency ranges. These pressure oscillations (knock oscillation K and combustion oscillation V) in the cylinder of the internal combustion engine 1 during an operating cycle Ak are evaluated during the knock calibration. Due to the superimposed frequency ranges, no filter methods can be used because this would always impair the detection of the knocking vibration.
Zur Klopfkalibrierung wird der Verbrennungsmotor 1 auf einem Prüfstand 5 angeordnetThe internal combustion engine 1 is arranged on a test stand 5 for knock calibration
(Fig.2). Der Prüfstand 5 ist üblicherweise ein Motorprüfstand, auf dem der(Fig. 2). The test bench 5 is usually an engine test bench on which the
Verbrennungsmotor 1 mit einer Belastungsmaschine 2 (üblicherweise ein Elektromotor) verbunden wird. Der Verbrennungsmotor 1 und die Belastungsmaschine 2 werden amInternal combustion engine 1 is connected to a loading machine 2 (usually an electric motor). The internal combustion engine 1 and the load machine 2 are on
Prüfstand 5 von einer Prüfstandsteuereinheit 3 (Rechenhardware und Software) gesteuert und betrieben. Beispielsweise wird der Verbrennungsmotor 1 zum Einstellen eines gewünschten Drehmoments M angesteuert und die Belastungsmaschine 2 zum Einstellen einer gewünschten Drehzahl n (was aber auch umgekehrt sein kann). Zur Klopfkalibrierung wird der Verbrennungsmotor 1 üblicherweise in einem stationären Betriebspunkt (Drehzahl,Test stand 5 controlled and operated by a test stand control unit 3 (computing hardware and software). For example, the internal combustion engine 1 is activated to set a desired torque M and the loading machine 2 to set a desired speed n (but this can also be the other way around). For knock calibration, the internal combustion engine 1 is usually operated at a stationary operating point (speed,
Drehmoment) betrieben. Der Verbrennungsmotor 1 könnte zur Klopfkalibrierung aber auch auf einem anderen Prüfstand betrieben werden, beispielsweise auf einemTorque). The internal combustion engine 1 could, however, also be operated on a different test bench for knock calibration, for example on one
Antriebsstrangprüfstand, bei dem der Verbrennungsmotor einen Antriebsstrang (oder einen Teil davon) antreibt und die Belastungsmaschine mit dem Antriebsstrang (beispielsweise an einer Seitenwelle des Antriebsstranges) verbunden wird, oder einem Rollenprüfstand, auf dem ein ganzes Fahrzeug angeordnet werden kann und die Belastungsmaschine 2 der Rollenantrieb ist. Powertrain test bench, in which the internal combustion engine has a powertrain (or a Part of it) drives and the loading machine is connected to the drive train (for example on a side shaft of the drive train), or a roller dynamometer on which an entire vehicle can be arranged and the loading machine 2 is the roller drive.
Am Prüfstand können für die Klopfkalibrierung auch noch andere Einstellungen vorgenommen werden. Beispielsweise könnte das Umgebungsklima (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck usw.) eingestellt werden. Ebenso könnte der Kraftstoff oder die Verbrennungsluft, oder ein anderes für den Betriebs des Verbrennungsmotors 1 benötigtes Medium, konditioniert (Temperatur, Druck, Feuchtigkeit usw.) werden. Other settings for the knock calibration can also be made on the test bench. For example, the ambient climate (temperature, humidity, air pressure, etc.) could be set. Likewise, the fuel or the combustion air, or another medium required for the operation of the internal combustion engine 1, could be conditioned (temperature, pressure, humidity, etc.).
Am Verbrennungsmotor 1 ist zumindest ein Klopfsensor 4 angeordnet, mit dem ein Klopfsignal S, beispielsweise ein Druckverlauf wie in Fig.1 beschrieben, aufgenommen wird. Beispielsweise ist für jeden Zylinder ein Zylinderdrucksensor vorgesehen oder eine Beschleunigungsaufnehmer oder Schallaufnehmer für einen oder mehrere Zylinder (wobei aufgrund der Zündreihenfolge auf den jeweiligen Zylinder geschlossen werden kann). Mit dem Klopfsignal S werden die Druckschwingungen im Zylinder, direkt oder indirekt, erfasst. Der Klopfsensor 4 kann beispielsweise ein Zylinderdrucksensor am Zylinder sein, oder ein Schallaufnehmer oder Beschleunigungsaufnehmer am Motorblock oder ein beliebig anderer geeigneter Sensor. Das mit dem Klopfsensor 4 auf gezeichnete Klopfsignal S wird einer Klopfauswerteeinheit 6 (Rechenhardware und/oder Software) zugeführt und dort ausgewertet. Die Klopfauswerteeinheit 6 kann in der Prüfstandsteuereinheit 3 integriert sein oder kann eine eigene Hardware und/oder Software sein. At least one knock sensor 4 is arranged on the internal combustion engine 1, with which a knock signal S, for example a pressure curve as described in FIG. 1, is recorded. For example, a cylinder pressure sensor is provided for each cylinder or an acceleration sensor or sound sensor for one or more cylinders (it being possible to infer the respective cylinder based on the ignition sequence). With the knock signal S, the pressure oscillations in the cylinder, directly or indirectly, are recorded. The knock sensor 4 can be, for example, a cylinder pressure sensor on the cylinder, or a sound pick-up or acceleration pick-up on the engine block, or any other suitable sensor. The knock signal S recorded by the knock sensor 4 is fed to a knock evaluation unit 6 (computing hardware and / or software) and evaluated there. The knock evaluation unit 6 can be integrated in the test stand control unit 3 or can be its own hardware and / or software.
Für die Klopfkalibrierung muss natürlich nicht das Klopfsignal S eines ganzen Arbeitstaktes (also z.B. 720° bei einem 4-Takt Ottomotor) ausgewertet werden. Typischerweise wird das Klopfsignal S ab dem Zündzeitpunkt oder ab kurz vor dem Zündzeitpunkt oder ab dem oberen Totpunkt bis zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel cp, z.B. 100° Kurbelwinkel, ausgewertet. Mit dem ausgewerteten Kurbelwinkelbereich sollen natürlich die interessierenden Druckschwingungen aufgrund der Verbrennung erfasst werden. Of course, the knock signal S of an entire work cycle (e.g. 720 ° for a 4-stroke gasoline engine) does not have to be evaluated for knock calibration. Typically, the knock signal S is evaluated from the ignition point or from shortly before the ignition point or from the top dead center up to a predetermined crank angle cp, e.g. 100 ° crank angle. With the evaluated crank angle range, the pressure oscillations of interest due to the combustion should of course be recorded.
In der Klopfauswerteeinheit 6 kann eine Signalaufbereitungseinheit 7 (Hardware und/oder Software) vorgesehen sein (wie in Fig.3 angedeutet), in der das vom Klopfsensor 4 gelieferte Klopfsignal S eines Arbeitstaktes aufbereitet werden kann. Beispielsweise kann in der Signalaufbereitungseinheit 7 ein Hochpassfilter implementiert sein, um die für das Klopfen nicht relevanten niedrigen Frequenzbereiche aus dem Klopfsignal S auszufiltern. Für die Klopfkalibrierung ist es vorteilhaft, wenn im Klopfsignal S nur die höherfrequenten Anteile, die die Druckschwingungen umfassen, verbleiben. Gleichfalls könnte der Klopfsensor 4 bereits eine derartige Filterung vornehmen. Das Klopfsignal S, das die Druckschwingungen repräsentiert, wird einer Maximalwerterkennungseinheit 8 (Hardware und/oder Software) zugeführt, in der die Maximalamplitude KP_PK der Druckschwingung des jeweiligen Arbeitstaktes ermittelt wird. Das kann entweder zeitbasiert (üblicherweise über Kurbelwinkel aufgelöst) oder frequenzbasiert erfolgen. Für die frequenzbasierte Auswertung kann eine FFT (Fast Fourier Transformation) des Klopfsignals S vorgesehen sein. A signal processing unit 7 (hardware and / or software) can be provided in the knock evaluation unit 6 (as indicated in FIG. 3), in which the knock signal S of a working cycle supplied by the knock sensor 4 can be processed. For example, a high-pass filter can be implemented in the signal processing unit 7 in order to filter out the low frequency ranges that are not relevant for knocking from the knock signal S. For knock calibration, it is advantageous if only the higher-frequency components, which include the pressure oscillations, remain in the knock signal S. Likewise, the knock sensor 4 could already undertake such a filtering. The knock signal S, which represents the pressure oscillations, is sent to a maximum value recognition unit 8 (hardware and / or software) supplied, in which the maximum amplitude KP_PK of the pressure oscillation of the respective work cycle is determined. This can be done either time-based (usually resolved via crank angle) or frequency-based. An FFT (Fast Fourier Transformation) of the knock signal S can be provided for the frequency-based evaluation.
Fig.4 zeigt beispielhaft einen FFT transformierten Druckverlauf VV eines Arbeitstaktes, beispielsweise aufgenommen mit einem Zylinderdrucksensor, als Klopfsignal S. Die niederfrequenten Anteile, z.B. kleiner 5.000Hz, können ausgefiltert werden, beispielsweise in der Signalaufbereitungseinheit 7, oder in der Ermittlung der Maximalamplitude KP_PK ignoriert werden, weil diese nicht in Zusammenhang mit einer Klopfschwingung stehen. Die Maximalamplitude KP_PK der Druckschwingung tritt in diesem Beispiel bei ungefähr 8.000Hz auf. 4 shows an example of an FFT-transformed pressure curve VV of a work cycle, for example recorded with a cylinder pressure sensor, as a knock signal S. The low-frequency components, e.g. less than 5,000 Hz, can be filtered out, for example in the signal processing unit 7, or ignored in the determination of the maximum amplitude KP_PK because they are not related to a knock vibration. The maximum amplitude KP_PK of the pressure oscillation occurs in this example at approximately 8,000 Hz.
In einer Auswerteeinheit 9 (Hardware und/oder Software) erfolgt zur Klopfkalibrierung eine Auswertung der ermittelten Maximalamplituden KP_PK. In der Regel erfolgt eine statistische Auswertung der Maximalamplituden KP_PK des aktuellen und einer Anzahl i vergangener Arbeitstakte. Es werden in einer solchen statistischen Auswertung somit eine Anzahl i von Maximalamplituden KP_PK gemeinsam betrachtet. Nachdem aber nicht in jedem Arbeitstakt Klopfen auftritt, werden auch Maximalamplituden KP_PK einer durch die normale Verbrennung erzeugten Druckschwingung berücksichtigt. In an evaluation unit 9 (hardware and / or software) an evaluation of the determined maximum amplitudes KP_PK takes place for knock calibration. As a rule, a statistical evaluation of the maximum amplitudes KP_PK of the current and a number i of past work cycles takes place. A number i of maximum amplitudes KP_PK are therefore considered together in such a statistical evaluation. However, since knocking does not occur in every work cycle, maximum amplitudes KP_PK of a pressure oscillation generated by normal combustion are also taken into account.
In der Auswertung der Maximalamplituden KP_PK werden üblicherweise die Häufigkeit von eine bestimmte Grenzamplitude überschreitenden Maximalamplituden KP_PK innerhalb eines bestimmten Fensters (z.B. Anzahl von Arbeitstakten) oder das Überschreiten einer maximal zulässigen Maximalamplituden KP_PK ausgewertet. In the evaluation of the maximum amplitudes KP_PK, the frequency of maximum amplitudes KP_PK exceeding a certain limit amplitude within a certain window (e.g. number of work cycles) or the exceeding of a maximum permissible maximum amplitude KP_PK are usually evaluated.
In Fig.5 sind die erfassten Maximalamplituden KP_PK einer Anzahl i Arbeitstakte Ak, ... , Ak-i in einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (Drehzahl, Drehmoment, Verdichtungsverhältnis usw.) dargestellt. Die Arbeitstakte sind üblicherweise aufeinanderfolgende Arbeitstakte, was aber nicht unbedingt der Fall sein müsste. Beispielsweise könnten Arbeitstakte mit Verbrennungsaussetzern, die anhand des Klopfsignals S einfach bestimmt werden können, von der Auswertung ausgeklammert werden. Die einzelnen Maximalamplituden KP_PK sind hier zwecks der besseren Darstellung mit einer Linie verbunden, was aber natürlich nicht unbedingt notwendig ist. Es ist ersichtlich, dass die Druckschwingungen in jedem betrachteten Arbeitstakt Ak, ... , Ak-i eine Maximalamplitude KP_PK bewirkt, insbesondere auch in einem Arbeitstakt, in dem kein Klopfen auftritt. Diese Maximalamplituden KP_PK eines Arbeitstaktes ohne Klopfen stellen für die Klopfkalibrierung jedoch eine Grundstörung dar. Es fließen damit auch Maximalamplituden KP_PK in eine Auswertung zur Klopfkalibrierung ein, die nicht auf ein Klopfereignis zurückgehen. Diese Grundstörungen sind stark vom jeweiligen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (Drehzahl, Drehmoment, geometrisches Verdichtungsverhältnis, Ansauglufttemperatur usw.) abhängig. In Fig.5 sind strichliert die Maximalamplituden KP_PK in einem anderen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors dargestellt, um das zu verdeutlichen. Man erkennt das z.B. höhere Niveau der Grundstörung. FIG. 5 shows the recorded maximum amplitudes KP_PK of a number i work cycles Ak, ..., Ak-i at a specific operating point of the internal combustion engine (speed, torque, compression ratio, etc.). The work cycles are usually consecutive work cycles, but this need not necessarily be the case. For example, work cycles with misfires, which can be easily determined using the knock signal S, can be excluded from the evaluation. The individual maximum amplitudes KP_PK are here connected with a line for the purpose of better representation, but this is of course not absolutely necessary. It can be seen that the pressure oscillations in each work cycle Ak,..., Ak-i considered causes a maximum amplitude KP_PK, in particular also in a work cycle in which no knocking occurs. However, these maximum amplitudes KP_PK of a work cycle without knocking represent a basic disturbance for the knock calibration. Thus, maximum amplitudes KP_PK that are not based on a knocking event also flow into an evaluation for knocking calibration. These basic disturbances are strongly dependent on the respective operating point of the combustion engine (speed, torque, geometric compression ratio, intake air temperature, etc.). In FIG. 5, the maximum amplitudes KP_PK are shown in dashed lines at another operating point of the internal combustion engine in order to clarify this. One recognizes the higher level of the basic disorder, for example.
Damit ergibt sich bei der bisherigen Klopfkalibrierung auch eine stärkere Abhängigkeit der Maximalamplituden KP_PK von Betriebsparametern wie Drehzahl, Drehmoment oder Verdichtungsverhältnis usw. (weil diese die Grundstörungen beeinflussen), was die Klopfkalibrierung zusätzlich erschwert und aufwendiger macht. With the previous knock calibration, the maximum amplitudes KP_PK are therefore more dependent on operating parameters such as speed, torque or compression ratio, etc. (because these influence the basic disturbances), which makes knock calibration even more difficult and expensive.
Bei der Klopfkalibrierung werden die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Spitzen der Maximalamplituden KP_PK innerhalb eines bestimmten Fensters, wie beispielsweise eine Anzahl von Arbeitstakten, und/oder die Einhaltung einer höchstzulässigen Maximalamplitude KP_PKmax ausgewertet. Beispielsweise kann für die Klopfkalibrierung gefordert sein, dass in einer bestimmten Anzahl von vergangenen Arbeitstakten mindestens 80% der auftretenden Maximalamplituden KP_PK kleiner einer bestimmten Klopfgrenze sein müssen. Aufgrund der Grundstörungen war es aber bisher erforderlich für verschiedene Betriebspunkte die Klopfgrenze zu bestimmen, was sehr aufwendig ist. Dabei werden im jeweiligen Betriebspunkt die Motoreinstellungen, insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, variiert, bis die Klopfgrenze eingehalten wird. Ferner kann gefordert sein, dass keine oder nur eine bestimmte Anzahl von Maximalamplituden KP_PK größer einer bestimmten höchstzulässigen Maximalamplitude KP_PKmax sein darf. In the knock calibration, the frequency of occurrence of certain peaks of the maximum amplitudes KP_PK within a certain window, such as a number of work cycles, and / or compliance with a maximum permissible maximum amplitude KP_PK max are evaluated. For example, the knock calibration may require that at least 80% of the maximum amplitudes KP_PK that occur in a specific number of previous work cycles must be less than a specific knock limit. Due to the basic disturbances, however, it was previously necessary to determine the knock limit for various operating points, which is very complex. The engine settings, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are varied at the respective operating point until the knock limit is observed. Furthermore, it can be required that none or only a certain number of maximum amplitudes KP_PK may be greater than a certain maximum permissible maximum amplitude KP_PK max .
Das lässt sich einfach in Form eines Histogramms wie in Fig.6 darstellen. In Fig.6 sind zwei Histogrammkurven K dargestellt, die jeweils die Häufigkeit H (in Prozent) des Auftretens bestimmter Maximalamplituden KP_PK über eine bestimmte Anzahl von Arbeitstakten Ak, typischerweise die 30 bis 50 letzten Arbeitstakte Ak, wiedergeben. Man erkennt aus den Histogrammkurven, dass die Häufigkeit H des Auftretens bestimmter Maximalamplituden KP_PK mit steigendem Wert der Maximalamplituden KP_PK abnimmt. Ebenso ist in den Histogrammkurven bei 100% die Grundstörung erkennbar. Strichliert ist analog zu Fig.5 die Histogrammkurve für einen anderen Betriebspunkt dargestellt. This can easily be shown in the form of a histogram as in Fig. 6. In FIG. 6, two histogram curves K are shown, each showing the frequency H (in percent) of the occurrence of certain maximum amplitudes KP_PK over a certain number of working cycles Ak, typically the 30 to 50 last working cycles Ak. It can be seen from the histogram curves that the frequency H of the occurrence of certain maximum amplitudes KP_PK decreases with an increasing value of the maximum amplitudes KP_PK. The basic disturbance can also be seen in the histogram curves at 100%. The histogram curve for a different operating point is shown in dashed lines analogous to FIG.
Es kann nun eine Klopfgrenze KG gefordert sein, sodass die Häufigkeit H, dass die Maximalamplituden KP_PK eine bestimmte Grenzamplitude KP_PKG überschreiten kleiner einer bestimmten Häufigkeitsgrenze HG, beispielsweise 20%, ist. In Fig.6 sind beispielsweise weniger als 20% der Maximalamplituden KP_PK größer der Grenzamplitude KP_PKG. ES sei aber angemerkt, dass diese Grenzamplitude KP_PKG vorab aber nicht bekannt ist, sondern in jedem Betriebspunkt während der Klopfkalibrierung bestimmt werden muss, beispielsweise aufgrund der Erfahrung des Klopfingenieurs. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ gefordert sein, dass die größte Maximalamplitude KP_PK kleiner einer festgelegten höchstzulässigen Maximalamplitude KP_PKmax ist oder nur eine Anzahl von Maximalamplituden KP_PK größer einer festgelegten höchstzulässigen Maximalamplitude KP_PKmax sein darf. Dabei werden bei der Klopfkalibrierung Parameter der Motorsteuerung, insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, verstellt, sodass die Häufigkeitsgrenze HG und/oder die höchstzulässigen Maximalamplitude KP_PKmax eingehalten werden. Damit ergibt sich auch der Wert der Grenzamplitude KP_PKG. Die Klopfgrenze KG kann dabei nach verschiedenen Kriterien festgelegt werden. Es muss dabei nicht unbedingt die Grenzamplitude KP_PKG minimiert werden. Im Gegenteil wird man eher danach trachten die Grenzamplitude KP_PKG unter Berücksichtigung der auftretenden Klopfspitzen (Maximalamplituden KP_PKmax) oder der Häufigkeit des Auftretens von Klopfereignissen so groß wie möglich zu machen. Oftmals ist geringes Klopfen sogar erwünscht, beispielsweise um den Brennraum im Zylinder vor Ablagerungen zu „reinigen“, wobei aber natürlich die Klopfspitzen nicht zu groß werden dürfen um Motorschäden zu vermeiden. Die maximal erlaubten Klopfspitzen richten sich auch nach der mechanischen Belastbarkeit des Motors und weiters auch nach akustischen Erfordernissen, weil Klopfen ein störendes klingendes Geräusch emittiert. Es sei auch angemerkt, dass die Grenzamplitude KP_PKG auch nach einem anderen Kriterium bestimmt werden könnte. Für die Klopfkalibrierung ist entscheidend, dass Parameter der Motorsteuerung, insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, verstellt werden, um eine bestimmte, definierte Klopfgrenze KG einzustellen.A knock limit KG can now be required so that the frequency H that the maximum amplitudes KP_PK exceed a specific limit amplitude KP_PK G is less than a specific frequency limit HG, for example 20%. In FIG. 6, for example, less than 20% of the maximum amplitudes KP_PK are greater than the limit amplitude KP_PK G. It should be noted, however, that this limit amplitude KP_PK G is not known in advance, but has to be determined at each operating point during the knock calibration, for example based on the experience of the knock engineer. Likewise, it can additionally or alternatively be required that the greatest maximum amplitude KP_PK be less than a specified one maximum permissible maximum amplitude KP_PK max or only a number of maximum amplitudes KP_PK may be greater than a specified maximum permissible maximum amplitude KP_PKm ax . During the knock calibration, parameters of the engine control, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are adjusted so that the frequency limit H G and / or the maximum permissible maximum amplitude KP_PK max are maintained. This also gives the value of the limit amplitude KP_PK G. The knock limit KG can be determined according to various criteria. The limit amplitude KP_PK G does not necessarily have to be minimized. On the contrary, one will seek to make the limit amplitude KP_PK G as large as possible, taking into account the knock peaks that occur (maximum amplitudes KP_PK max ) or the frequency of occurrence of knocking events. Often, slight knocking is even desired, for example in order to “clean” the combustion chamber in the cylinder from deposits, but of course the knocking peaks must not be too large in order to avoid engine damage. The maximum permitted knocking peaks are also based on the mechanical load capacity of the engine and also on acoustic requirements, because knocking emits an annoying ringing noise. It should also be noted that the limit amplitude KP_PK G could also be determined according to another criterion. For knock calibration, it is crucial that engine control parameters, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are adjusted in order to set a specific, defined knock limit KG.
Die dabei eingestellten Parameter der Motorsteuerung, insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, werden dann für diesen Betriebspunkt in der Motorsteuerung hinterlegt, um damit den Verbrennungsmotor im Betrieb in Abhängigkeit von Betriebsparametern, die den Betriebspunkt definieren, (wie beispielswiese Drehzahl, Drehmoment, Verdichtungsverhältnis usw.) zu steuern. Es ist aus Fig.6 offensichtlich, dass sich für einen anderen Betriebspunkt aufgrund der Grundstörung eine andere Grenzamplitude KP_PKG ergeben würde. The engine control parameters set, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are then stored in the engine control system for this operating point, so that the internal combustion engine can be operated depending on the operating parameters that define the operating point (such as speed, torque, compression ratio, etc.) to control. It is evident from FIG. 6 that a different limit amplitude KP_PK G would result for a different operating point due to the basic disturbance.
Die Verwendung eines Histogramms wie in der Fig.6 für die Klopfkalibrierung ist zwar vorteilhaft, weil Häufigkeiten H beurteilt werden, aber natürlich nicht zwingend erforderlich.The use of a histogram as in FIG. 6 for the knock calibration is advantageous because frequencies H are assessed, but of course not absolutely necessary.
Um diesen negativen Einfluss der Grundstörungen bei der Klopfkalibrierung zu reduzieren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Grundstörung in den, beispielsweise in der Maximalwerterkennungseinheit 8, ermittelten Maximalamplituden KP_PK kompensiert wird. Hierfür wird eine Kompensationsamplitude KP_PKkomp ermittelt, die von den für die Klopfkalibrierung verwendeten Maximalamplituden KP_PK abgezogen wird, um absolute Maximalamplituden KP_PKabs zu ermitteln, mit denen dann die Klopfkalibrierung durchgeführt wird. Die Kompensation kann anstelle von Differenzen natürlich in äquivalenter Weise auch anders durchgeführt werden. Beispielsweise kann aus der Kompensationsamplitude KP_PKkomp ein Gewichtungsfaktor ermittelt werden, mit dem die Maximalamplituden KP_PK gewichtet werden, um die absolute Maximalamplituden KP_PKabs zu ermitteln. In order to reduce this negative influence of the basic disturbances in the knock calibration, it is provided according to the invention that the basic disturbance is compensated for in the maximum amplitudes KP_PK determined, for example, in the maximum value detection unit 8. For this purpose, a compensation amplitude KP_PK ko m p is determined, which is subtracted from the maximum amplitudes KP_PK used for the knock calibration in order to determine absolute maximum amplitudes KP_PK abs with which the knock calibration is then carried out. Instead of differences, the compensation can of course also be carried out differently in an equivalent manner. For example, a weighting factor can be determined from the compensation amplitude KP_PK ko m p with which the Maximum amplitudes KP_PK are weighted in order to determine the absolute maximum amplitudes KP_PK abs .
Die Ermittlung der Kompensationsamplitude KP_PKkom kann auf verschiedene Weise erfolgen. The compensation amplitude KP_PK ko m can be determined in various ways.
Beispielsweise kann die minimale Maximalamplitude KP_PKmin einer Anzahl z, beispielsweise der letzten 10 bis 40 Arbeitstakte, betrachteter vergangener Arbeitstakten Ak- 1 , ... , Ak-z in der für die Klopfkalibrierung herangezogenen Anzahl i Arbeitstakte Ak, ... , Ak-i ermittelt werden und diese ermittelte minimale Maximalamplitude KP_PKmin als Kompensationsamplitude KP_PKkomp von den ermittelten i Maximalamplituden KP_PKk, ... , KP_PKk-i abgezogen werden. Die Anzahl z kann mit der Anzahl i übereinstimmen, kann aber auch größer oder kleiner als die Anzahl i sein. Die Ermittlung der Kompensationsamplitude KP_PKkom wird vorzugsweise in jeden Arbeitstakt k aufs Neue ermittelt. In der Fig.5 ist beispielhaft eine minimale Maximalamplitude KP_PKmin eingezeichnet. Die minimale Maximalamplitude KP_PKmin könnte beispielsweise ebenso in der Maximalwerterkennungseinheit 8 ermittelt werden. Die kleinste Maximalamplitude KP_PKmin wird vorzugsweise in jedem aktuellen Arbeitstakt Ak aus den vergangenen z Arbeitstakten Ak-1, ... , Ak-z bestimmt. For example, the minimum maximum amplitude KP_PK mi n can be a number z, for example of the last 10 to 40 work cycles, of past work cycles Ak-1, ..., Ak-z used in the number i work cycles Ak, ..., Ak used for the knock calibration -i are determined and this determined minimum maximum amplitude KP_PK mi n are subtracted from the determined i maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i as compensation amplitude KP_PK ko m p. The number z can match the number i, but can also be larger or smaller than the number i. The determination of the compensation amplitude KP_PK ko m is preferably determined anew in each working cycle k. In FIG. 5, a minimum maximum amplitude KP_PK mi n is shown as an example. The minimum maximum amplitude KP_PK mi n could, for example, also be determined in the maximum value recognition unit 8. The smallest maximum amplitude KP_PKmin is preferably determined in each current work cycle Ak from the past z work cycles Ak-1,..., Ak-z.
In einer anderen Ausgestaltung könnte ein Mittelwert KP_PKmean, beispielsweise ein arithmetischer oder geometrischer Mittelwert, über eine Anzahl m von vergangenen minimalen Maximalamplituden KP_PKmmi, ... , KP_PKminm (was einer Anzahl m von Kompensationsamplituden KP_PKkom m entspricht) ermittelt werden, beispielsweise in der In another embodiment, a mean value KP_PK mea n, for example an arithmetic or geometric mean value, could be determined over a number m of past minimum maximum amplitudes KP_PK m mi,..., KP_PK mi nm (which corresponds to a number m of compensation amplitudes KP_PK ko mm) be, for example in the
Form des arithmetischen Mittelwerts KP PK, , und der Mittelwert Form the arithmetic mean value KP PK, and the average value
KP_PKmean als Kompensationsamplitude KP_PKkom von den für die Klopfkalibrierung herangezogenen Maximalamplituden KP_PKk, ... , KP_PKk-i abgezogen werden. KP_PKm ea n as the compensation amplitude KP_PK ko m can be subtracted from the maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i used for the knock calibration.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung könnten in der Anzahl z vergangener Arbeitstakten Ak-1, ... , Ak-z die Anzahl x kleinsten Maximalamplituden KP_PKmini, ... , KP_PKminx ermittelt werden und daraus ein Mittelwert KP_PKmean, beispielsweise wieder ein arithmetischer oder geometrischer Mittelwert, ermittelt werden, der dann als Kompensationsamplitude KP_PKkom von den für die Klopfkalibrierung herangezogenen Maximalamplituden KP_PKk, ... , KP_PKk-i abgezogen wird oder für eine Gewichtung verwendet. In a further possible embodiment, the number x smallest maximum amplitudes KP_PK mi ni, ..., KP_PKmin x could be determined in the number z of past work cycles Ak-1, ..., Ak-z, and from this a mean value KP_PK mea n, for example again an arithmetic or geometric mean value can be determined, which is then subtracted as the compensation amplitude KP_PK ko m from the maximum amplitudes KP_PKk, ..., KP_PKk-i used for the knock calibration or used for weighting.
Natürlich könnten der Mittelwert über eine Anzahl x kleinster Maximalamplituden KP_PKmini, ... , KP_PKminx und der Mittelwert über eine Anzahl m von vergangenen minimalen Maximalamplituden KP_PKmm miteinander auch kombiniert werden, um einen Mittelwert g KP_PKmean als Kompensationsamplitude KP_PKkomp zu ermitteln, der von den für die Klopfkalibrierung herangezogenen Maximalamplituden KP_PKk, KP_PKk-i abgezogen wird oder für eine Gewichtung verwendet. Of course, the mean value over a number x of the smallest maximum amplitudes KP_PK mi ni, ..., KP_PKmin x and the mean value over a number m of past minimum maximum amplitudes KP_PK m m could also be combined with one another to form a mean value g KP_PKm ea n to determine as the compensation amplitude KP_PK ko mp, which is subtracted from the maximum amplitudes KP_PKk, KP_PKk-i used for the knock calibration or used for weighting.
In einerweiteren möglichen Ausgestaltung kann auch eine Häufigkeit Hkomp festgelegt werden, beispielsweise Hkomp = 85%, und im aktuellen Arbeitstakt Ak aus einer Anzahl z vergangener Arbeitstakte Ak-1, ..., Ak-z, vorzugsweise z = i, die zugehörige Kompensationsamplitude KP_PKkom bestimmt werden, beispielsweise aus einem Histogramm wie in der Fig.6, die der Häufigkeit Hkomp entspricht. Die derart bestimmte Kompensationsamplitude KP_PKkom wird dann von den für die Klopfkalibrierung herangezogenen Maximalamplituden KP_PKk, ... , KP_PKk-i abgezogen oder für eine Gewichtung verwendet. In a further possible embodiment, a frequency H comp can also be specified, for example H comp = 85%, and in the current work cycle Ak from a number z of past work cycles Ak-1,..., Ak-z, preferably z = i, the associated Compensation amplitude KP_PK ko m can be determined, for example from a histogram as in FIG. 6, which corresponds to the frequency H comp. The compensation amplitude KP_PK ko m determined in this way is then subtracted from the maximum amplitudes KP_PKk,..., KP_PKk-i used for the knock calibration or used for weighting.
Es wäre auch denkbar, die Kompensationsamplitude auf verschiedene, oben beschriebene Weisen zu ermitteln und dann zu mittein und den derart gemittelten Wert oder den größten oder kleinsten Wert als Kompensationsamplitude KP_PKkom zu verwenden und von den für die Klopfkalibrierung herangezogenen Maximalamplituden KP_PKk, ... , KP_PKk-i abzuziehen oder für eine Gewichtung zu verwenden. It would also be conceivable to determine the compensation amplitude in various ways described above and then to average it and to use the value averaged in this way or the largest or smallest value as the compensation amplitude KP_PK ko m and from the maximum amplitudes KP_PKk, ... To subtract KP_PKk-i or to use it for a weighting.
Im Normalfall tritt Klopfen immer stochastisch, also zufällig in einzelnen Arbeitstakten auf.Normally, knocking always occurs stochastically, i.e. randomly in individual work cycles.
D.h. die Bestimmung der Kompensationsamplitude KP_PKkom aus einigen vorhergehenden Arbeitstakten gewährleistet fast immer, dass zumindest einige nicht klopfende Arbeitstakte vorliegen um daraus aus den oben genannten Methoden die Grundstörung zu bestimmen. Um zu verhindern, dass in sehr stark klopfenden Betriebsbereichen des Motors in allen im Bewertungsfenster liegenden Arbeitstakten tatsächlich starkes Klopfen auftritt, kann die Kompensationsamplitude KP_PKkomp auf einen definierten maximalen Wert begrenzt werden, um die Kompensation abzusichern. Ansonsten könnte der Wert der Kompensationsamplitude KP_PKkom der eigentlichen Klopfspitze entsprechen und ein „Hochziehen“ in immer stärkere Klopfereignisse könnte die Folge sein. Man könnte das alternativ auch unabhängig von den Klopfspitzen z.B. rein über den maximalen Zylinderdruck abfangen. That is, the determination of the compensation amplitude KP_PK ko m from a few previous work cycles almost always ensures that at least some non-knocking work cycles are present in order to determine the basic disturbance from the above-mentioned methods. In order to prevent strong knocking actually occurring in very strong knocking operating ranges of the engine in all working cycles lying in the evaluation window, the compensation amplitude KP_PK ko m p can be limited to a defined maximum value in order to ensure the compensation. Otherwise the value of the compensation amplitude KP_PK ko m could correspond to the actual knocking peak and a “pulling up” into increasingly stronger knocking events could be the result. Alternatively, this could also be intercepted independently of the knocking peaks, for example purely via the maximum cylinder pressure.
Die Ermittlung der Kompensationsamplitude KP_PKkom und der absoluten Maximalamplituden KP_PKabs kann in der Maximalwerterkennungseinheit 8, der Auswerteeinheit 9 oder einer anderen Einheit (Hardware und/oder Software) erfolgen. The determination of the compensation amplitude KP_PK ko m and the absolute maximum amplitudes KP_PK abs can take place in the maximum value recognition unit 8, the evaluation unit 9 or another unit (hardware and / or software).
Die Wirkung dieser Kompensationsmethoden ist insoweit gleich, als die Grundstörung in den ermittelten, für die Klopfkalibrierung verwendeten Maximalamplituden KP_PK entfernt wird, um absolute Maximalamplitude KP_PKabs zu ermitteln, was in Fig.7 für die beiden Verläufe der Maximalamplituden KP_PK in Fig.5 dargestellt ist. Der Effekt wird insbesondere in einer Histogrammdarstellung deutlich, wie in Fig.8 dargestellt. Durch die Kompensation der Grundstörung wird der Einfluss des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors (Drehzahl, Drehmoment, Verdichtungsverhältnis usw.) im Wesentlichen eliminiert. Es ist somit prinzipiell nur mehr erforderlich in einem einzigen Betriebspunkt die Klopfgrenze KG zu bestimmen, weil sich die Histogrammkurven in verschiedenen Betriebspunkten ähneln. Diese Klopfgrenze KG kann dann durch die Kompensation vorzugsweise in allen anderenThe effect of these compensation methods is the same insofar as the basic disturbance in the determined maximum amplitudes KP_PK used for the knock calibration is removed in order to determine the absolute maximum amplitude KP_PK abs , which is shown in FIG. 7 for the two courses of the maximum amplitudes KP_PK in FIG . The effect becomes particularly clear in a histogram display, as shown in FIG. By compensating the Basic disturbance, the influence of the internal combustion engine's operating point (speed, torque, compression ratio, etc.) is essentially eliminated. It is therefore basically only necessary to determine the knock limit KG at a single operating point, because the histogram curves are similar at different operating points. This knock limit KG can then be compensated preferably in all others
Betriebspunkten herangezogen werden, was den Aufwand für die Klopfkalibrierung deutlich reduziert. Es wäre aber auch möglich an zwei bis fünf verschiedenen Betriebspunkten die Klopfgrenze KG zu bestimmten und diese Klopfgrenzen dann für andere Betriebspunkte im Umfeld des Betriebspunktes zu verwenden. Auch damit könnte der Aufwand der Klopfkalibrierung noch deutlich reduziert werden. Operating points are used, which significantly reduces the effort for knock calibration. However, it would also be possible to determine the knock limit KG at two to five different operating points and then use these knock limits for other operating points in the vicinity of the operating point. This could also significantly reduce the effort involved in knock calibration.
Für andere Betriebspunkte kann die ermittelte Klopfgrenze KG vorteilhafterweise herangezogen werden und Motorsteuerparameter der Motorsteuerung in einem Motorsteuergerät ECU zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 , insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, variiert werden, bis die Klopfgrenze KG eingehalten wird. Es können aber auch Parameter wie die Luftmasse, Luftverhältnis oder Ventil- Steuerzeiten eingestellt werden. Die derart ermittelten Parameter der Motorsteuerung, insbesondere Zündparameter wie der Zündwinkel, werden dann zum Betriebspunkt in der Motorsteuerung zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 im normalen Betrieb hinterlegt. Damit kann ein Basisdatenstand für ein Motorsteuergerät ECU ermittelt werden, in dem der Zündwinkel, oder ein anderer oder zumindest ein weiterer Parameter, typischerweise in einem Drehmoment/Drehzahl Kennfeld, abgelegt ist. Natürlich können im Basisdatenstand auch noch weitere Abhängigkeiten des Parameters, wie beispielsweise die Abhängigkeit von einem variablen Verdichtungsverhältnis, abgebildet werden. The knock limit KG determined can advantageously be used for other operating points and engine control parameters of the engine controller in an engine control unit ECU for controlling the internal combustion engine 1, in particular ignition parameters such as the ignition angle, can be varied until the knock limit KG is observed. However, parameters such as the air mass, air ratio or valve control times can also be set. The engine control parameters determined in this way, in particular ignition parameters such as the ignition angle, are then stored at the operating point in the engine control for controlling the internal combustion engine 1 in normal operation. In this way, a basic data set for an engine control unit ECU can be determined in which the ignition angle or another or at least one further parameter, typically in a torque / speed map, is stored. Of course, other dependencies of the parameter, such as the dependency on a variable compression ratio, can also be mapped in the basic database.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50848/2019A AT522890B1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | Procedure and test stand for knock calibration of an internal combustion engine |
| ATA50848/2019 | 2019-10-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021068014A1 true WO2021068014A1 (en) | 2021-04-15 |
Family
ID=72885320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/AT2020/060353 Ceased WO2021068014A1 (en) | 2019-10-07 | 2020-10-05 | Method and test bench for knock calibration of an internal combustion engine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT522890B1 (en) |
| WO (1) | WO2021068014A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090308146A1 (en) * | 2004-12-17 | 2009-12-17 | Xavier Gautrot | Abnormal combustion detection method for internal-combustion engines |
| DE102009056478B3 (en) * | 2009-12-02 | 2011-05-12 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Method for correcting knocking information in combustion chamber pressure signal in internal combustion engine, involves correcting criteria for evaluation of knocking combustion based on measure for damping or reinforcing of signal |
| DE102011103427A1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Method for knock control of internal combustion engine, involves assigning knocking limit, and determining operating point and cylinder-selective default value for gradient of knock level curve in response to firing angle |
| DE102014102324A1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method for detecting a knocking combustion of an internal combustion engine |
| WO2018172665A1 (en) | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Continental Automotive France | Method for managing pinking in a controlled-ignition internal combustion engine |
| CN109973280A (en) | 2019-03-19 | 2019-07-05 | 汉腾汽车有限公司 | A kind of combustion knock automatic calibration method |
| KR101969908B1 (en) | 2017-12-28 | 2019-08-13 | 주식회사 현대케피코 | System for Calibration of Engine Knock and Method Thereof |
-
2019
- 2019-10-07 AT ATA50848/2019A patent/AT522890B1/en not_active IP Right Cessation
-
2020
- 2020-10-05 WO PCT/AT2020/060353 patent/WO2021068014A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090308146A1 (en) * | 2004-12-17 | 2009-12-17 | Xavier Gautrot | Abnormal combustion detection method for internal-combustion engines |
| DE102009056478B3 (en) * | 2009-12-02 | 2011-05-12 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Method for correcting knocking information in combustion chamber pressure signal in internal combustion engine, involves correcting criteria for evaluation of knocking combustion based on measure for damping or reinforcing of signal |
| DE102011103427A1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Method for knock control of internal combustion engine, involves assigning knocking limit, and determining operating point and cylinder-selective default value for gradient of knock level curve in response to firing angle |
| DE102014102324A1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method for detecting a knocking combustion of an internal combustion engine |
| WO2018172665A1 (en) | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Continental Automotive France | Method for managing pinking in a controlled-ignition internal combustion engine |
| KR101969908B1 (en) | 2017-12-28 | 2019-08-13 | 주식회사 현대케피코 | System for Calibration of Engine Knock and Method Thereof |
| CN109973280A (en) | 2019-03-19 | 2019-07-05 | 汉腾汽车有限公司 | A kind of combustion knock automatic calibration method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT522890A4 (en) | 2021-03-15 |
| AT522890B1 (en) | 2021-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102007053403B4 (en) | Method and device for determining a vibration-optimized setting of an injection device | |
| DE19536110B4 (en) | Method and device for controlling an internal combustion engine | |
| DE102013204785B4 (en) | Knock detection device for an internal combustion engine | |
| DE102013221993A1 (en) | Method and device for detecting a knocking of an internal combustion engine, preferably a gasoline engine | |
| DE102009058578A1 (en) | Diagnostic systems and methods for engine knock sensors | |
| DE102015210616B4 (en) | Method for controlling engine combustion noise | |
| DE102006054603A1 (en) | Diagnosing e.g. components damages detecting, method for e.g. diesel engine of motor vehicle, involves recording sound of engine using microphone, and converting sound into electrical signal for diagnosing operating condition of engine | |
| EP2066891A1 (en) | Method and apparatus for generating injection signals for an injection system of an internal combustion engine | |
| EP1698775B1 (en) | System and method to control the combustion behaviour of an internal combustion engine | |
| DE102011086266A1 (en) | Control unit for internal combustion engine | |
| DE102013221995A1 (en) | Method and device for the evaluation of abnormal burns of an internal combustion engine of a motor vehicle by a regression calculation of a physical quantity | |
| DE112014001958B4 (en) | System and method for controlling the power of an engine | |
| DE4333965A1 (en) | Knock detection method | |
| DE19612179C1 (en) | Combustion control of multi-cylinder engine | |
| DE10154422A1 (en) | Method and device for suppressing noise during knock detection in an internal combustion engine | |
| DE112012007121B4 (en) | Adaptation of a knock control | |
| DE102011103427A1 (en) | Method for knock control of internal combustion engine, involves assigning knocking limit, and determining operating point and cylinder-selective default value for gradient of knock level curve in response to firing angle | |
| AT522890B1 (en) | Procedure and test stand for knock calibration of an internal combustion engine | |
| DE102009029539A1 (en) | Method and system for detecting combustion timing | |
| DE102016218673B4 (en) | Method and device for knock detection of an internal combustion engine | |
| WO2010060445A1 (en) | Method for detecting misfires in an internal combustion engine, control device for an internal combustion engine, and internal combustion engine | |
| DE102009001289B4 (en) | Method and device for assessing the quality of combustion | |
| DE4409103B4 (en) | Method for knock detection for a spark-ignited internal combustion engine | |
| DE102010022518B4 (en) | Method and system for generating an in-cylinder pressure sensor signal | |
| DE102015226006B4 (en) | Method for testing the assignment of structure-borne sound sensors to cylinders of an internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20792275 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20792275 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |