用于识别气缸燃烧室内的敲缸的方法与流程

本发明涉及一种用于识别具有曲轴的内燃机的气缸燃烧室内的敲缸的方法以及一种基于该方法的测量装置和内燃机。

背景技术：

1、在内燃机技术领域中知道了，在气缸燃烧室内的燃料的失控燃烧可能引起表征为燃烧噪声的敲缸。与敲缸相关的失控燃烧对于燃烧过程和内燃机部件使用寿命不利并且可以通过发动机控制器的调整来避免。在此，用于调整发动机控制器的第一步骤是识别敲缸信号。

2、敲缸识别方法由现有技术例如ep0722562 a1公开了。在此方法中，为了敲缸识别而采用敲缸传感器，其测知发动机发出噪声并且调整发动机噪声的阈值，以便在发动机响声很大的情况下也还识别敲缸。

3、de102013109742 a1公开一种机动车内燃机的敲缸识别方法。在此方法中，内燃机的燃烧噪声在多个燃烧周期内被测知并且基于在多个燃烧周期内的燃烧噪声查明参考值。用于当前燃烧噪声的阈值随后基于参考值被查明且被调整并且基于此执行敲缸识别。

4、该已知方法允许在简单的内燃发动机下的敲缸识别。但新型改进的内燃发动机具有与敲缸特性相关的特殊特征。但是，在现代的处于研发中的内燃机中，除了期望的燃烧过程外还不仅出现敲缸信号，也出现快速燃烧过程。在快速燃烧过程的情况下，气缸内压力富含谐波，其引起在焰锋传播期间内的压力波动。所述振动削弱信噪比，因为背景噪声级显著升高。此特性干扰已知的敲缸识别方法。此外，在新型内燃机中也多次出现快速燃烧过程。快速燃烧过程也牵涉到振动，但对于内燃机和燃烧过程不会像敲缸那样是不利的。在现代内燃机中也需要避免敲缸，其中，快速燃烧过程可被容忍。这两个过程的区分因此是有利的。

技术实现思路

1、本发明所基于的问题在于改善内燃机中的敲缸识别。

2、该问题通过一种根据权利要求1的方法来解决。

3、本发明基于的是应该识别焰锋传播如何在快速燃烧过程中作用于气缸压力波动。根据本发明，在敲缸条件下逐个周期地提取高频气缸压力曲线的包络曲线，其中，从包络曲线中可以识别与焰锋压力角度以及与当前现有技术相比明显更低的背景噪声相关的敲缸强度和敲缸位置。

4、根据第一方面，本发明提供一种用于具有曲轴的内燃机的气缸燃烧室内敲缸识别的方法，包括以下步骤：

5、a)测量关于曲轴角参数的气缸压力曲线，其中，该气缸压力曲线包括高频叠加信号和低频基础信号；

6、b)确定该叠加信号的导数；

7、c)通过逆转该叠加信号的导数的负值来调整该叠加信号的导数；

8、d)确定曲轴角参数的如下第一值，在此，经过调整的叠加信号的导数达到最大值；

9、e)确定曲轴角参数的如下第二值，在此，该基础信号达到最大值；

10、f)确定经过调整的叠加信号的导数的积分曲线；

11、g)从该积分曲线中确定燃烧强度值；并且

12、h)作为曲轴角参数的第一值与曲轴角参数的第二值之差确定相对燃烧角度值。

13、内燃机尤其可以是外源点火式内燃机。高频叠加信号具有比基础信号更高的频率。按照相同的方式，低频基础信号具有比叠加信号低的频率。所述信号因此彼此相关地是高频或低频的。

14、曲轴角度参数是如下参数，其与曲轴角度处于可对应配属的关联中，尤其是如下参数，从中可以确定曲轴角度。曲轴角度参数优选可以是曲轴角度本身。或者曲轴角度参数例如也可以是相对时刻，曲轴角度可以以此在发动机转速和曲轴起始角度或气缸位置的辅助下针对晚些时刻被确定。依据曲轴角度参数的具体选择，可以分别对气缸压力曲线相关的参数求导。曲轴角度将因此根据本发明对时间被求导。相对时刻因此可以根据本发明对曲轴角度被求导。作为曲轴角度参数，也可以采用在发动机壳体处测量的加速度信号，从其中可以推导曲轴角度。替代地或附加地，曲轴角度参数也可以是指声学信号，前提是能从中推导曲轴角度。

15、气缸压力曲线包括如下信号，从该信号中可求导气缸压力。它们是至少与气缸压力相关联的信号。基础信号在此情况下原则上具有比基础信号被叠加的叠加信号更高的强度。

16、叠加信号导数的负值的逆转可以在数学上通过将所有值求平方和随后用平方值的二次根开方来进行。该方法步骤相当于将绝对值函数用到叠加信号的所有值。

17、曲轴角度参数的使叠加信号导数达到最大值的第一值可以是如下值，此时曲轴角度参数达到绝对最大值。

18、燃烧强度优选是在燃烧过程中出现的最大压力。从燃烧强度值和/或相对燃烧角度值中可以将信号鉴别为敲缸信号或非敲缸信号。

19、优选可以规定该方法还包括以下步骤：

20、i)依据燃烧强度值和/或相对燃烧角度值将该叠加信号对应分配给一组敲缸信号或一组声学振动。

21、通过确定燃烧角度值和燃烧强度值，原则上可以实现敲缸信号的识别。敲缸信号与声学振动的区分以及针对其中一组的对应配属允许更精确分析发动机内燃烧过程。对于许多所采集的信号，仅关注燃烧强度值或相对燃烧角度值就足以用于区分。特别低的燃烧强度指示声学振动。特别高的燃烧强度或小的相对燃烧角度可能表示存在敲缸信号。但对于特别可靠的分配有利的是分析这两个值、即燃烧强度值和相对燃烧角度值。声学振动是指气缸压力曲线的未分配给敲缸信号的全部高频叠加信号。声学振动可能有不同起因并且原则上具有比敲缸信号更低的信号强度。

22、优选可以规定，步骤b)还包括以下步骤：

23、b1.1)确定该气缸压力曲线的导数；并且

24、b1.2)用至少一个滤波器将该叠加信号的导数与该基础信号的导数分开；或者

25、b2.1)用至少一个滤波器将该叠加信号与该基础信号分开；

26、b2.2)求导被分离的叠加信号。

27、两个替代方案b1)和b2)允许以低计算成本执行该方法的步骤b)。

28、当在该方法中该积分曲线仅按照直至曲轴角度参数的第一值的方式被计算时获得进一步优点。

29、用于确定燃烧强度值和燃烧角度值的计算成本通过限制积分曲线的计算而被显著降低，但没有降低敲缸识别的精度。

30、特别有利的是燃烧强度值作为在曲轴角度参数的第一值处的积分曲线最大斜率被确定。

31、由此能以低的计算成本高精度确定燃烧强度值。尤其是可以规定，从两个测量点计算积分曲线的斜率，其中，其中一个测量点位于在步骤d)中确定的曲轴角度参数第一值处，第二测量点是紧接在曲轴角度参数第一值之前的测量点。因此所述点的间距取决于测量频率。在曲轴角度参数的第一值处，该叠加信号是最大的。叠加信号的斜率也随着越来越接近最大斜率而增大。为了足够精确地确定斜率，选择两个测量点对此就够了。这两个测量点尤其可以具有不到1ms、优选不到0.1ms、特别优选不到0.05ms的时间差。

32、当规定该滤波器是高通滤波器和/或低通滤波器时将得到进一步优点。

33、利用高通滤波器或低通滤波器，基础信号可以通过很简单的方式与叠加信号分开。滤波器可以被设计成数字滤波器或模拟滤波器。

34、当在该方法中规定滤波器的滤波频率在3khz到5khz之间、最好为4khz时将获得进一步优点。

35、如果例如在高通滤波器情况下滤掉频率低于在3khz到5khz之间、最好为4khz的值的所有信号，则该方法特别好地适用于在具有广泛应用范围的许多内燃机中、例如用在轿车中的众多发动机中进行敲缸识别。对于这种发动机的许多工作方式，信号滤波和进而借助该频率的敲缸识别是特别有效的。

36、当在该方法中规定为了测量气缸压力曲线而使用燃烧室内的压力传感器时带来进一步优点。

37、通过燃烧室内的压力传感器来获得很高的测量精度。替代方法(例如使用在例如内燃发动机外壳上的加速度传感器)也可以推断出存在于燃烧室内的压力，但可能牵涉到较高的测量误差。因本发明的这个特殊实施方式具有较低测量误差而造成更少量的假阳识别和/或假阴识别的敲缸信号。

38、当在该方法中规定该方法还具有以下步骤时将获得进一步优点：

39、j)依据燃烧强度值和/或相对燃烧角度值将对应分配给一组敲缸信号的叠加信号划分为具有低强度的敲缸信号分组、具有中等强度的敲缸信号分组或具有高强度的敲缸信号分组。

40、通过精确地对应分配被识别为敲缸信号的叠加信号，允许更精确地分析发动机内燃烧过程。

41、根据第二方面，本发明提供一种测量装置，其设立用于采用根据权利要求1至8之一所述的方法。

42、根据第三方面，本发明提供一种内燃机，它包括用于测量气缸压力曲线的传感器和在信号技术上与传感器相连的根据权利要求9的测量装置。

43、该传感器可以尤其是气缸燃烧室内的压力传感器。