爆震檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于內燃機爆震檢測的方法，在該內燃機中通過電暈放電點燃燃料/空氣混合物，其中，為了形成電暈放電，對電諧振電路進行激勵，其中一與燃燒室壁電絕緣的點火電極與該壁一起組成電容器，其中，測量諧振電路的電變量以及評估這個過程，用于爆震檢測。根據本發明，檢查在燃料燃燒開始后電變量過程是否存在一局部極值。
【專利說明】爆震檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于內燃機爆震檢測的方法，在該內燃機中通過電暈放電點燃燃料/空氣混合物。
【背景技術】
[0002]從專利申請DE102009013877A1中得知一種方法，具有權利要求1前序部分描述的特征。
[0003]通過電暈放電點燃燃料/空氣混合物的點火裝置，包含電諧振電路，其中一與燃燒室壁電絕緣的點火電極與該壁一起組成電容器。通過激勵諧振電路，在點火電極產生電暈放電，然后點燃在燃燒室的燃料/空氣混合物。這種電暈點火設備在如W02010/11838中有描述。燃燒室包含由點火電極與燃燒室壁形成的電容器的電介質。考慮到燃燒室和燃料燃燒過程發生在其中，電暈點火設備的諧振電路的電變量因此尤其適合用于獲得有關信肩、O
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了闡明一種能夠檢測爆震燃燒的方法。
[0005]此目標可通過具有權利要求1指定的特征的方法實現。對本發明的有利的改善公開在從屬權利要求中。
[0006]根據本發明的一種方法，可以檢測在燃料燃燒開始后諧振電路的電變量過程是否存在局部極值。在本發明的范圍內，人們已認識到，燃料開始燃燒后存在局部值表明存在爆震燃燒。極值是一極大值或極小值，這取決于考慮的電變量。
[0007]諧振電路的電變量可能是，例如，諧振電路的諧振頻率、諧振電路的阻抗或者電流和電壓之間的相位。特別是頻率控制的諧振電路，根據本發明的方法，例如通過鎖相環，可將諧振頻率作為電變量進行檢查。電流和電壓之間的相位尤其適合頻率控制的諧振電路。
[0008]例如可將電變量的連續測量的測量信號進行過濾，例如高通濾波，以及通過檢查被過濾的信號中是否存在極值來確定燃料開始燃燒后諧振電路的電變量過程是否存在局部極值。爆震燃燒尤其會導致燃燒室所含物體在聲音頻率范圍內振動。然后，發現這些振蕩也存在于諧振電路的電變量過程。爆震燃燒因此意味著諧振電路的電變量過程以大于I千赫茲的頻率變化，尤其是大于3千赫茲，例如大于4千赫茲。因為使用一個相應閾值用于高通濾波，可將諧振電路的電變量的測量信號進行處理。如果在過濾后明顯存在諧振電路的電變量的極值，這表明存在爆震燃燒。
[0009]例如，高通濾波可以使用一帶通濾波器。頻率超過30kHz，甚至常常超過20kHz，就一般不需要考慮用于檢測爆震燃燒。因此，例如一個帶通濾波器的低閾值為4kHz或以下就可使用。帶通濾波器中的上閾值可能位于20kHz到30kHz之間的任意位置。
[0010]為了量化爆震程度，過濾后對極值進行評估，例如在極值之前或之后的某個時間，極值和電變量值之間的差異。作為爆震行為的一個特征變量，也可在過濾后發現的極值周圍的預定范圍內對電變量的測量信號進行積分計算。這個范圍的寬度絕對可以作為曲軸角度間隔預先設置，但也可能通過預定的毫秒數或者與極值關聯的峰值寬度來確定。例如，進行積分計算的范圍的限制可限定在一定的程度，使得變量以預定的系數例如50%，偏離極值。
[0011 ] 檢測燃料開始燃燒后在電變量過程是否存在極值的進一步的可能性在于確定電變量過程是否在電暈放電形成中具有多于兩個的局部極值。在本發明的范圍內，人們已認識到，燃料開始燃燒后存在一進一步的局部極值表明存在爆震燃燒。在爆震中心(爆震)的異常點火在電變量中可以特別清楚的看到。
[0012]當電暈放電產生時，諧振電路的諧振頻率最初會上升。由于形成電暈放電，諧振頻率降低，因為預反應的發生和燃料/空氣混合物離子化增加。只要燃料/空氣混合物點燃，諧振頻率會上升。在內燃機汽缸的一個工作周期內，諧振電路的諧振頻率的極大值和點火電路的諧振頻率的極小值便得到確定，即使存在定期執行的點火。電暈放電設備的諧振電路的阻抗過程相應的最初顯示出極小值，在開始點燃時顯示出極大值。
[0013]電暈放電一般在發動機每個工作循環中再次被點燃。但是，也有可能使電暈放電在整個循環中燃燒，也就是說，僅僅在啟動發動機時點燃電暈放電。
[0014]理想的燃料燃燒中，諧振頻率持續單調上升，直到電暈放電結束。在爆震燃燒中，諧振頻率的上升被爆炸性的局部燃燒中斷，導致頻率的下降。在燃燒過程開始后，電變量過程另外有一第三和第四局部極值，因此爆震燃燒是很明顯的。
[0015]燃料燃燒的開始可以在電變量過程中的一個極值點被檢測，例如諧振電路的諧振頻率，諧振電路的阻抗或電流和電壓的相位。燃燒過程的開始尤其與一個極值有關。
[0016]進行緩慢點火，例如部分負荷或較遲的點火點，可能在燃燒過程開始之前產生更多的另外的極值，但對于爆震燃燒的檢測不重要。延遲點火也不期望產生爆震。與燃燒過程的開始有關的極值與另外可能存在的極值相比，通常表現更強烈，因此能很容易的與另外的極值區分開，這些另外的極值可能由于燃燒室物體壓縮出現在延遲點火事件中。如果這個極值是一極大值，例如阻抗的極大值，那么屬于燃燒開始的這個極大值也因此大于之前發生的任何極大值。如果這個極值是一極小值，例如諧振頻率的極小值，那么屬于燃燒開始的這個極小值也因此小于之前發生的任何極小值。
[0017]與燃燒過程的開始有關的極值的特征也在于在其前面有一一階導數的顯著的極值。與燃燒過程的開始有關的極值通常在其前面有一一階導數的全局極值。可選的或者另外的，屬于燃燒過程的開始的極值因此也能通過評價一階導數確定。
[0018]為了量化爆震燃燒程度，計算燃燒過程開始后的第三和第四局部極值或者兩個極值之間的差異可以作為爆震行為的一個特征變量。可選的或者另外的，計算燃燒過程開始后的第三和第四極值或者兩個極值之間的一階時間導數的極大值或極小值可以作為爆震行為的一個特征變量。最好對因此計算出的爆震特征變量進行修正，這些修正依賴于發動機的工作點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]基于實施例并參考相應附圖對本發明的細節和優勢進行進一步闡述，其中:[0020]圖1顯示了電暈放電設備的諧振電路的諧振頻率的三個過程示意圖；
[0021]圖2顯示了電暈放電設備的諧振電路的阻抗的三個過程示意圖；
[0022]圖3顯示了用于爆震檢測的方法的實施例的流程圖；和
[0023]圖4顯示了用于爆震檢測的進一步的方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1顯示了實現最佳燃燒的電暈放電設備的諧振電路的諧振頻率f的過程示意圖。可以看出，諧振頻率f隨時間t和曲軸角度變化明顯。這個過程起始于上止點之前的約15°到上止點之后的約15°的曲軸角，直到上止點中心之后的約40°至50°的曲軸角，這個過程得到了闡述。電暈放電的燃點和燃燒時間可能略有不同，這取決于發動機工作狀態。因此，在示意圖中沒有提供帶單位的橫坐標。
[0025]在圖1a的A區域中，電暈放電形成前的諧振電路的過渡狀態，伴隨著諧振頻率的上升。該區域A可以被稱為調諧階段。在隨后的區域B，諧振頻率下降。在圖1a中，以高度簡化的方式描述區域B中的諧振頻率的下降。事實上，頻率的下降在整個區域B中并不是線性的。當觀察得更細致時，區域B可劃分為若干個子區域，在其中頻率迅速下降到不同的程度。在區域B，電暈放電的形成導致燃料/空氣混合物離子化的增加和預反應，以及在區域B的終點，最終開始燃料燃燒。在區域C，實際的燃料燃燒就會開始。在開始的時候，火焰核心遠離點火嘴，燃燒前沿然后傳送到整個燃燒室，因此對諧振電路的直接影響減小，盡管不斷燃燒，頻率也會上升。區域C的特征是諧振電路的頻率單調上升。
[0026]圖2a相應的顯示了在理想燃燒情況下，電暈放電設備諧振電路的阻抗Z如何隨時間t變化。圖1a和圖2a的比較顯示了阻抗Z的極小值對應諧振頻率f的極大值，以及諧振頻率的極小值對應阻抗的極大值。
[0027]圖1b按照圖示顯示了在不正常燃燒情況下，電暈放電設備諧振電路的諧振頻率f如何隨時間t變化。區域A和B與在理想燃燒事件中的區域A和B差異不顯著，與此相關的諧振頻率過程描述在圖1a中。在諧振頻率的局部極小值之后，在區域Cl中諧振頻率最初會上升。然后諧振頻率在區域D中停滯。其僅在區域D的末端會進一步上升。圖2b相應的顯示了在這樣一個燃燒過程中，阻抗的發展。在區域Cl中，在阻抗的極大值之后，會有一初始下降。然后阻抗在區域D中停滯。
[0028]圖2b相應的顯示了在這種類型的非正常燃燒情況下，電暈放電設備諧振電路的阻抗Z如何隨時間t變化。
[0029]圖1c按照圖示，顯示了具有爆震燃燒的電暈放電設備的諧振電路的諧振頻率f的過程示意圖.在區域A、B和Cl中，過程與圖1b所示大體相同。從在Cl開始的燃燒開始，然后是一個在區域D中的頻率的臨時下降。這種在燃燒過程開始后的頻率的主要下降是爆震燃燒的特征。
[0030]圖1c中的諧振頻率f的過程因此具有四個局部極值。圖2c中闡明的產生爆震燃燒的電暈放電設備的電諧振電路的阻抗Z過程相應的同樣也顯示了 4個局部極值。在區域A和B的末端的最先的兩個極值出現在最佳燃燒時。在區域D中的阻抗Z的主要上升以及相關的在燃燒過程后的進一步的兩個極值的形成，即這種情況下的第三和第四極值是爆震燃燒的特征。[0031]圖3所示為內燃機爆震檢測方法一實施例的流程圖，燃料/空氣混合物在該內燃機的燃燒室通過電暈放電點燃。
[0032]在這個方法開始時，與尋找爆震燃燒發生相關的一時間間隔的起始和結束在步驟I中被確定。例如，電暈放電的開始以及燃料燃燒的結束可以通過電壓信號、電流信號和/或另一個電變量確定。也可能通過發動機控制單元預先設置待檢查的時間間隔的起點和終點。
[0033]作為步驟2，原始數據可以被處理，例如電暈放電設備的諧振電路的電變量測量值的中間值可以通過插值確定。在步驟2中，例如可以使用一低通濾波器對測量信號進行過濾。存在用于低通濾波的不同的閾值是有利的，這取決于是將電壓信號和/或電流信號以RMS (均方根值)還是原始數據轉移。當轉移RMS值時，閾值頻率從例如I千赫到500千赫可能是有利的。當轉移高頻率的原始數據時，低通濾波的閾值在例如I兆赫到20兆赫的區域內可能是有利的。諧振電路的特征變量，例如諧振頻率或阻抗，可以在第2步中計算，例如，通過O點查找或轉換用電壓原始數據和電流原始數據計算。然而，還有一種可能，這些諧振電路的特征變量可能在方法開始時就已經存在。
[0034]在步驟3中，用于這個方法的計算范圍可以確定。這個范圍的開始是電變量過程如諧振頻率、阻抗或者電流和電壓相位具有第一極值的時間。可以將電暈放電的斷開或預定義的一曲軸角度，例如一個在上止點之后的40°至50°范圍的曲軸角度，作為這一范圍的結束。
[0035]在隨后的步驟4中，測量值可能被低通濾波器再次過濾或者第一次進行過濾。尤其是，具有I千赫茲到500千赫茲或更多的閾值的低通濾波過程是合適的。否則，極值可能通過這樣的過濾過程被過濾掉，因而干擾脈沖可能被錯誤的中斷。
[0036]在步驟5中，電變量的第一極值得到確定。如果電變量是電暈放電設備的諧振電路的諧振頻率，這個第一極值是一極大值。如果待檢查的電變量是電點火設備的諧振電路的阻抗，這個第一極值是一極小值。在圖1和圖2中，第一極值出現區域A和B之間。
[0037]在隨后的步驟6中尋找一第二極值。第二極值出現在第一極值后的電變量過程中，標志著燃燒過程的開始。如果第一極值是一極大值，第二極值則是一極小值。如果第一極值是一極小值，第二極值則是一極大值。在圖1和圖2的圖示中，第二極值處于區域B和C之間。
[0038]燃燒過程開始的延遲，可能使得進一步的一個極值存在于區域B。更具體地說，該區域B可能同時包含一極大值和一極小值，這可能是由于燃料/空氣混合物壓縮造成的。如果出現進一步的極值，其表現通常沒有屬于燃燒過程開始的極值那么強。因此，它可以通過簡單的大小比較被檢測到。此外，可能存在的進一步的極值，在其前面也有一與燃燒過程開始造成的極值相比表現不太顯著即更小的一階導數的極值。屬于燃燒過程開始的極值因此也能通過評價一階導數確定。可選的或者另外的，屬于燃燒過程的開始的極值因此也能通過考慮所屬的曲軸角度確定。
[0039]萬一存在爆震燃燒，兩個進一步的極值即進一步的一個極大值和進一步的一個極小值因此出現在燃燒開始過程后的電變量過程中，它們都沒有第一和第二極值表現強烈。這兩個進一步的極值，一般作為第三極值和第四極值出現，盡管不一定如此。
[0040]為了更可靠的確定燃燒過程開始后的可能存在的任何極值，最好使用從電變量計算出的輔助操作數。這種輔助操作數可能是一階導數或與相關過程的差異。在步驟7闡述的實施例中計算了這種輔助操作數。這在步驟7中作為第二主要變量被提到。計算第二主要變量的值是足夠的，即在標志燃燒過程開始的極值之后的變量的一系列信號過程的一階時間導數的值。
[0041]在步驟8中，檢查是否有O值位于第二主要變量的過程中，即例如一階時間導數的O值。一階時間導數的O值尤其對于極值的存在是一個必要條件。如果在步驟8，沒有找到O值，則可以認為不存在爆震燃燒。在這種情況下，兩個參數Kl和K2在步驟8.1中都設置為O。Kl和K2變量是用于爆震行為的特征變量。這些特征變量的一個為O的值表明不存在爆震燃燒。特征變量Kl和K2的值越大，爆震越劇烈。
[0042]在步驟8中，如果在第二主要變量過程中找到O值，在步驟8.2.1中會檢查這個O值是否與第三極值有關，例如是否有極值跟隨這個O值。如果這個極值在觀察過程的末端，將其棄掉，并按步驟8.2.1.1重復搜尋極值，其中所述極值在O值之前尋找。
[0043]進一步的一極值，尤其是第四極值，在步驟8.2.2.2或8.2.2.1.2中尋找。
[0044]為了檢查找到的結果，第二變量的極值，也就是說例如第一時間導數的極值，在步驟8.2.3中尋找。第二個主要數量的極值優選在第二主要數量的O值和下一個隨后的極值之間尋找。在這里，導數的一個局部極值應該在相鄰的極值之間被找到。如果不是這種情況，標志燃燒過程開始的極值之后的極值可能被鑒定為不正確，而可能在步驟8.2.4.1中重新檢查。
[0045]在步驟8.2.5中，為了量化爆震，計算參數Kl和K2。例如，在燃燒過程開始后，第一時間導數的極大值或極小值的相應值可能被分配給K1。例如，計算參數K2作為燃燒開始后發現的兩個極值的差異，即燃燒開始后出現的極大值和極小值之間的差異。在圖1c和圖2c的過程中，這可能是第三和第四極值之間的差異。
[0046]考慮到發動機操作參數，可能修改或修正爆震參數Kl和K2。例如，可能對依賴于發動機操作點的爆震參數作出修正。這種類型的修正可能尤其用特征映射來進行。
[0047]圖4顯示了用于爆震檢測的進一步的方法的實施例的流程圖。這種方法可以替代圖3涉及的方法實施，或者與其結合起來實施。
[0048]圖4中闡述的方法的步驟I的實施可與圖3中的方法的步驟I相同。點火過程的起點和終點可以以反映點火設備狀態的測量值為基礎進行確定，例如以電壓信號和/或電流信號為基礎測定，待檢查的時間范圍或曲軸角度范圍因此也能被確定。
[0049]圖4中闡述的方法的步驟2的實施可與圖3中的方法的步驟2相同。
[0050]在步驟3中實施高通或低通濾波。觀察到的電變量以聲程范圍內的頻率變化，其特征是用于爆震燃燒，該變化通過過濾過程將其作為有用的信號部分篩選出來。例如，允許通過一個范圍從4kHz至20kHz的頻率的過濾是有利的。
[0051]然后在步驟4中尋找極值。如果找到一極值，在步驟5中對該極值附近的預定范圍進行積分。可通過對在極值發生的曲軸角度添加或減少預定的常數來計算積分限。例如，積分數值或極值可能被用作爆震參數。在步驟6中，可能根據發動機操作點對因此計算的爆震參數進行修正，與修正通過根據圖3的方法計算的參數Kl和K2類似。
【權利要求】
1.一種用于內燃機爆震檢測的方法，在該內燃機中通過電暈放電點燃燃料/空氣混合物，其中，為了形成電暈放電，對電諧振電路進行激勵，其中一與燃燒室壁電絕緣的點火電極與該壁一起組成電容器， 其中，測量諧振電路的電變量以及評估相關過程，用于爆震檢測， 其特征在于:檢查燃料燃燒開始后電變量過程是否存在一局部極值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:電變量是諧振電路的諧振頻率、諧振電路的阻抗或者電流和電壓之間的相位。
3.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，其特征在于:為了檢測電變量的過程在燃料燃燒開始后是否存在一極值，將電變量的測量信號經過高通濾波篩選，檢查篩選后的Ih號是否存在極值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:對發現的極值附近的預訂范圍內的測量信號進行積分，作為爆震行為的特征變量。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于:高通濾波有一個閾值，至少為I千赫茲，最好至少為3千赫茲。
6.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，其特征在于:為了檢查在燃燒過程開始后電變量過程是否存在一極值，確定電暈放電形成中電變量是否存在多于兩個的局部極值。
7.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，其特征在于:檢查在電暈放電點火開始時電變量過程在至少為20°的曲軸角度間隔內是否存在一極值。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于:對在燃燒過程開始后出現的局部極大值和局部極小值之間的差異進行計算，作為爆震行為的一特征變量。
9.根據權利要求6-8中任意一項所述的方法，其特征在于:計算電變量的信號過程的一階時間導數，用出現在燃燒過程開始后的導數的極值作為爆震行為的一特征變量。
10.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，其特征在于:在電變量過程中的一極值處檢測燃料燃燒的開始。
【文檔編號】G01R23/02GK103454496SQ201310143788
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】M·特朗普, S·博內 申請人:博格華納貝魯系統有限公司