爆震检测方法
阅读：491发布：2020-05-14
专利汇可以提供爆震检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于 内燃机 爆震 检测的方法，在该内燃机中通过电晕放电点燃 燃料 /空气混合物，其中，为了形成电晕放电，对电 谐振 电路 进行激励，其中一与 燃烧室 壁电绝缘的点火 电极 与该壁一起组成电容器，其中,测量 谐振电路 的电变量以及评估这个过程，用于爆震检测。根据本发明，检查在燃料燃烧开始后电变量过程是否存在一局部极值。，下面是爆震检测方法专利的具体信息内容。
1.一种用于内燃机爆震检测的方法，在该内燃机中通过电晕放电点燃燃料/空气混合物，其中，
为了形成电晕放电，对电谐振电路进行激励，其中一与燃烧室壁电绝缘的点火电极与该燃烧室壁一起组成电容器，
其中，测量谐振电路的电变量以及评估相关过程，用于爆震检测，
其特征在于：
检查燃料燃烧开始后电变量过程是否存在一局部极值；
为了检测电变量的过程在燃料燃烧开始后是否存在一极值，将电变量的测量信号经过高通滤波筛选，检查筛选后的信号是否存在极值；以及
需确定电晕放电形成中电变量是否存在多于两个的局部极值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电变量是谐振电路的谐振频率、谐振电路的阻抗或者电流和电压之间的相位。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对发现的极值附近的预订范围内的测量信号进行积分，作为爆震行为的特征变量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：高通滤波有一个阈值，至少为1千赫兹。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述高通滤波的阈值至少为3千赫兹。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：检查在电晕放电点火开始时电变量过程在至少为20°的曲轴角度间隔内是否存在一极值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对在燃烧过程开始后出现的局部极大值和局部极小值之间的差异进行计算，作为爆震行为的一特征变量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算电变量的信号过程的一阶时间导数，用出现在燃烧过程开始后的导数的极值作为爆震行为的一特征变量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在电变量过程中的一极值处检测燃料燃烧的开始。
爆震检测方法
技术领域
背景技术
[0003] 通过电晕放电点燃燃料/空气混合物的点火装置,包含电谐振电路，其中一与燃烧室壁电绝缘的点火电极与该壁一起组成电容器。通过激励谐振电路,在点火电极产生电晕放电,然后点燃在燃烧室的燃料/空气混合物。这种电晕点火设备在如WO2010/11838中有描述。燃烧室包含由点火电极与燃烧室壁形成的电容器的电介质。考虑到燃烧室和燃料燃烧过程发生在其中，电晕点火设备的谐振电路的电变量因此尤其适合用于获得有关信息。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了阐明一种能够检测爆震燃烧的方法。
[0006] 根据本发明的一种方法，可以检测在燃料燃烧开始后谐振电路的电变量过程是否存在局部极值。在本发明的范围内，人们已认识到，燃料开始燃烧后存在局部值表明存在爆震燃烧。极值是一极大值或极小值，这取决于考虑的电变量。
[0007] 谐振电路的电变量可能是,例如,谐振电路的谐振频率、谐振电路的阻抗或者电流和电压之间的相位。特别是频率控制的谐振电路，根据本发明的方法，例如通过锁相环，可将谐振频率作为电变量进行检查。电流和电压之间的相位尤其适合频率控制的谐振电路。
[0008] 例如可将电变量的连续测量的测量信号进行过滤，例如高通滤波，以及通过检查被过滤的信号中是否存在极值来确定燃料开始燃烧后谐振电路的电变量过程是否存在局部极值。爆震燃烧尤其会导致燃烧室所含物体在声音频率范围内振动。然后,发现这些振荡也存在于谐振电路的电变量过程。爆震燃烧因此意味着谐振电路的电变量过程以大于1千赫兹的频率变化，尤其是大于3千赫兹，例如大于4千赫兹。因为使用一个相应阈值用于高通滤波,可将谐振电路的电变量的测量信号进行处理。如果在过滤后明显存在谐振电路的电变量的极值，这表明存在爆震燃烧。
[0009] 例如,高通滤波可以使用一带通滤波器。频率超过30kHz,甚至常常超过20kHz,就一般不需要考虑用于检测爆震燃烧。因此，例如一个带通滤波器的低阈值为4kHz或以下就可使用。带通滤波器中的上阈值可能位于20kHz到30kHz之间的任意位置。
[0010] 为了量化爆震程度,过滤后对极值进行评估，例如在极值之前或之后的某个时间，极值和电变量值之间的差异。作为爆震行为的一个特征变量，也可在过滤后发现的极值周围的预定范围内对电变量的测量信号进行积分计算。这个范围的宽度绝对可以作为曲轴角度间隔预先设置，但也可能通过预定的毫秒数或者与极值关联的峰值宽度来确定。例如,进行积分计算的范围的限制可限定在一定的程度，使得变量以预定的系数例如50%，偏离极值。
[0011] 检测燃料开始燃烧后在电变量过程是否存在极值的进一步的可能性在于确定电变量过程是否在电晕放电形成中具有多于两个的局部极值。在本发明的范围内，人们已认识到,燃料开始燃烧后存在一进一步的局部极值表明存在爆震燃烧。在爆震中心（爆震）的异常点火在电变量中可以特别清楚的看到。
[0012] 当电晕放电产生时,谐振电路的谐振频率最初会上升。由于形成电晕放电，谐振频率降低，因为预反应的发生和燃料/空气混合物离子化增加。只要燃料/空气混合物点燃,谐振频率会上升。在内燃机汽缸的一个工作周期内，谐振电路的谐振频率的极大值和点火电路的谐振频率的极小值便得到确定，即使存在定期执行的点火。电晕放电设备的谐振电路的阻抗过程相应的最初显示出极小值，在开始点燃时显示出极大值。
[0014] 理想的燃料燃烧中,谐振频率持续单调上升，直到电晕放电结束。在爆震燃烧中,谐振频率的上升被爆炸性的局部燃烧中断，导致频率的下降。在燃烧过程开始后，电变量过程另外有一第三和第四局部极值，因此爆震燃烧是很明显的。
[0015] 燃料燃烧的开始可以在电变量过程中的一个极值点被检测，例如谐振电路的谐振频率，谐振电路的阻抗或电流和电压的相位。燃烧过程的开始尤其与一个极值有关。
[0016] 进行缓慢点火,例如部分负荷或较迟的点火点,可能在燃烧过程开始之前产生更多的另外的极值，但对于爆震燃烧的检测不重要。延迟点火也不期望产生爆震。与燃烧过程的开始有关的极值与另外可能存在的极值相比，通常表现更强烈，因此能很容易的与另外的极值区分开，这些另外的极值可能由于燃烧室物体压缩出现在延迟点火事件中。如果这个极值是一极大值，例如阻抗的极大值，那么属于燃烧开始的这个极大值也因此大于之前发生的任何极大值。如果这个极值是一极小值，例如谐振频率的极小值，那么属于燃烧开始的这个极小值也因此小于之前发生的任何极小值。
[0017] 与燃烧过程的开始有关的极值的特征也在于在其前面有一一阶导数的显著的极值。与燃烧过程的开始有关的极值通常在其前面有一一阶导数的全局极值。可选的或者另外的，属于燃烧过程的开始的极值因此也能通过评价一阶导数确定。
[0018] 为了量化爆震燃烧程度,计算燃烧过程开始后的第三和第四局部极值或者两个极值之间的差异可以作为爆震行为的一个特征变量。可选的或者另外的,计算燃烧过程开始后的第三和第四极值或者两个极值之间的一阶时间导数的极大值或极小值可以作为爆震行为的一个特征变量。最好对因此计算出的爆震特征变量进行修正，这些修正依赖于发动机的工作点。附图说明
[0019] 基于实施例并参考相应附图对本发明的细节和优势进行进一步阐述，其中:
[0020] 图1显示了电晕放电设备的谐振电路的谐振频率的三个过程示意图；
[0021] 图2显示了电晕放电设备的谐振电路的阻抗的三个过程示意图；
[0022] 图3显示了用于爆震检测的方法的实施例的流程图；和
[0023] 图4显示了用于爆震检测的进一步的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
[0024] 图1显示了实现最佳燃烧的电晕放电设备的谐振电路的谐振频率f的过程示意图。可以看出,谐振频率f随时间t和曲轴角度变化明显。这个过程起始于上止点之前的约15°到上止点之后的约15°的曲轴角，直到上止点中心之后的约40°至50°的曲轴角，这个过程得到了阐述。电晕放电的燃点和燃烧时间可能略有不同，这取决于发动机工作状态。因此，在示意图中没有提供带单位的横坐标。
[0025] 在图1a的A区域中,电晕放电形成前的谐振电路的过渡状态，伴随着谐振频率的上升。该区域A可以被称为调谐阶段。在随后的区域B,谐振频率下降。在图1a中，以高度简化的方式描述区域B中的谐振频率的下降。事实上,频率的下降在整个区域B中并不是线性的。当观察得更细致时,区域B可划分为若干个子区域,在其中频率迅速下降到不同的程度。在区域B,电晕放电的形成导致燃料/空气混合物离子化的增加和预反应，以及在区域B的终点，最终开始燃料燃烧。在区域C，实际的燃料燃烧就会开始。在开始的时候,火焰核心远离点火嘴,燃烧前沿然后传送到整个燃烧室，因此对谐振电路的直接影响减小，尽管不断燃烧，频率也会上升。区域C的特征是谐振电路的频率单调上升。
[0026] 图2a相应的显示了在理想燃烧情况下，电晕放电设备谐振电路的阻抗Z如何随时间t变化。图1a和图2a的比较显示了阻抗Z的极小值对应谐振频率f的极大值，以及谐振频率的极小值对应阻抗的极大值。
[0027] 图1b按照图示显示了在不正常燃烧情况下，电晕放电设备谐振电路的谐振频率f如何随时间t变化。区域A和B与在理想燃烧事件中的区域A和B差异不显著，与此相关的谐振频率过程描述在图1a中。在谐振频率的局部极小值之后，在区域C1中谐振频率最初会上升。然后谐振频率在区域D中停滞。其仅在区域D的末端会进一步上升。图2b相应的显示了在这样一个燃烧过程中，阻抗的发展。在区域C1中，在阻抗的极大值之后，会有一初始下降。然后阻抗在区域D中停滞。
[0028] 图2b相应的显示了在这种类型的非正常燃烧情况下，电晕放电设备谐振电路的阻抗Z如何随时间t变化。
[0029] 图1c按照图示，显示了具有爆震燃烧的电晕放电设备的谐振电路的谐振频率f的过程示意图.在区域A、B和C1中,过程与图1b所示大体相同。从在C1开始的燃烧开始,然后是一个在区域D中的频率的临时下降。这种在燃烧过程开始后的频率的主要下降是爆震燃烧的特征。
[0030] 图1c中的谐振频率f的过程因此具有四个局部极值。图2c中阐明的产生爆震燃烧的电晕放电设备的电谐振电路的阻抗Z过程相应的同样也显示了4个局部极值。在区域A和B的末端的最先的两个极值出现在最佳燃烧时。在区域D中的阻抗Z的主要上升以及相关的在燃烧过程后的进一步的两个极值的形成，即这种情况下的第三和第四极值是爆震燃烧的特征。
[0031] 图3所示为内燃机爆震检测方法一实施例的流程图，燃料/空气混合物在该内燃机的燃烧室通过电晕放电点燃。
[0032] 在这个方法开始时，与寻找爆震燃烧发生相关的一时间间隔的起始和结束在步骤1中被确定。例如,电晕放电的开始以及燃料燃烧的结束可以通过电压信号、电流信号和/或另一个电变量确定。也可能通过发动机控制单元预先设置待检查的时间间隔的起点和终点。
[0033] 作为步骤2,原始数据可以被处理,例如电晕放电设备的谐振电路的电变量测量值的中间值可以通过插值确定。在步骤2中,例如可以使用一低通滤波器对测量信号进行过滤。存在用于低通滤波的不同的阈值是有利的，这取决于是将电压信号和/或电流信号以RMS（均方根值）还是原始数据转移。当转移RMS值时,阈值频率从例如1千赫到500千赫可能是有利的。当转移高频率的原始数据时,低通滤波的阈值在例如1兆赫到20兆赫的区域内可能是有利的。谐振电路的特征变量,例如谐振频率或阻抗,可以在第2步中计算,例如,通过0点查找或转换用电压原始数据和电流原始数据计算。然而,还有一种可能,这些谐振电路的特征变量可能在方法开始时就已经存在。
[0034] 在步骤3中，用于这个方法的计算范围可以确定。这个范围的开始是电变量过程如谐振频率、阻抗或者电流和电压相位具有第一极值的时间。可以将电晕放电的断开或预定义的一曲轴角度,例如一个在上止点之后的40°至50°范围的曲轴角度,作为这一范围的结束。
[0035] 在随后的步骤4中,测量值可能被低通滤波器再次过滤或者第一次进行过滤。尤其是，具有1千赫兹到500千赫兹或更多的阈值的低通滤波过程是合适的。否则，极值可能通过这样的过滤过程被过滤掉，因而干扰脉冲可能被错误的中断。
[0036] 在步骤5中，电变量的第一极值得到确定。如果电变量是电晕放电设备的谐振电路的谐振频率，这个第一极值是一极大值。如果待检查的电变量是电点火设备的谐振电路的阻抗，这个第一极值是一极小值。在图1和图2中，第一极值出现区域A和B之间。
[0037] 在随后的步骤6中寻找一第二极值。第二极值出现在第一极值后的电变量过程中，标志着燃烧过程的开始。如果第一极值是一极大值，第二极值则是一极小值。如果第一极值是一极小值，第二极值则是一极大值。在图1和图2的图示中，第二极值处于区域B和C之间。
[0038] 燃烧过程开始的延迟，可能使得进一步的一个极值存在于区域B。更具体地说,该区域B可能同时包含一极大值和一极小值,这可能是由于燃料/空气混合物压缩造成的。如果出现进一步的极值，其表现通常没有属于燃烧过程开始的极值那么强。因此,它可以通过简单的大小比较被检测到。此外,可能存在的进一步的极值,在其前面也有一与燃烧过程开始造成的极值相比表现不太显著即更小的一阶导数的极值。属于燃烧过程开始的极值因此也能通过评价一阶导数确定。可选的或者另外的，属于燃烧过程的开始的极值因此也能通过考虑所属的曲轴角度确定。
[0039] 万一存在爆震燃烧，两个进一步的极值即进一步的一个极大值和进一步的一个极小值因此出现在燃烧开始过程后的电变量过程中，它们都没有第一和第二极值表现强烈。这两个进一步的极值，一般作为第三极值和第四极值出现，尽管不一定如此。
[0040] 为了更可靠的确定燃烧过程开始后的可能存在的任何极值，最好使用从电变量计算出的辅助操作数。这种辅助操作数可能是一阶导数或与相关过程的差异。在步骤7阐述的实施例中计算了这种辅助操作数。这在步骤7中作为第二主要变量被提到。计算第二主要变量的值是足够的，即在标志燃烧过程开始的极值之后的变量的一系列信号过程的一阶时间导数的值。
[0041] 在步骤8中，检查是否有0值位于第二主要变量的过程中，即例如一阶时间导数的0值。一阶时间导数的0值尤其对于极值的存在是一个必要条件。如果在步骤8，没有找到0值,则可以认为不存在爆震燃烧。在这种情况下,两个参数K1和K2在步骤8.1中都设置为0。K1和K2变量是用于爆震行为的特征变量。这些特征变量的一个为0的值表明不存在爆震燃烧。特征变量K1和K2的值越大,爆震越剧烈。
[0042] 在步骤8中，如果在第二主要变量过程中找到0值，在步骤8.2.1中会检查这个0值是否与第三极值有关，例如是否有极值跟随这个0值。如果这个极值在观察过程的末端，将其弃掉，并按步骤8.2.1.1重复搜寻极值，其中所述极值在0值之前寻找。
[0043] 进一步的一极值，尤其是第四极值，在步骤8.2.2.2或8.2.2.1.2中寻找。
[0044] 为了检查找到的结果,第二变量的极值，也就是说例如第一时间导数的极值，在步骤8.2.3中寻找。第二个主要数量的极值优选在第二主要数量的0值和下一个随后的极值之间寻找。在这里,导数的一个局部极值应该在相邻的极值之间被找到。如果不是这种情况,标志燃烧过程开始的极值之后的极值可能被鉴定为不正确，而可能在步骤8.2.4.1中重新检查。
[0045] 在步骤8.2.5中，为了量化爆震，计算参数K1和K2。例如,在燃烧过程开始后，第一时间导数的极大值或极小值的相应值可能被分配给K1。例如，计算参数K2作为燃烧开始后发现的两个极值的差异，即燃烧开始后出现的极大值和极小值之间的差异。在图1c和图2c的过程中，这可能是第三和第四极值之间的差异。
[0047] 图4显示了用于爆震检测的进一步的方法的实施例的流程图。这种方法可以替代图3涉及的方法实施，或者与其结合起来实施。
[0048] 图4中阐述的方法的步骤1的实施可与图3中的方法的步骤1相同。点火过程的起点和终点可以以反映点火设备状态的测量值为基础进行确定，例如以电压信号和/或电流信号为基础测定，待检查的时间范围或曲轴角度范围因此也能被确定。
[0049] 图4中阐述的方法的步骤2的实施可与图3中的方法的步骤2相同。
[0050] 在步骤3中实施高通或低通滤波。观察到的电变量以声程范围内的频率变化，其特征是用于爆震燃烧，该变化通过过滤过程将其作为有用的信号部分筛选出来。例如,允许通过一个范围从4kHz至20kHz的频率的过滤是有利的。
[0051] 然后在步骤4中寻找极值。如果找到一极值，在步骤5中对该极值附近的预定范围进行积分。可通过对在极值发生的曲轴角度添加或减少预定的常数来计算积分限。例如,积分数值或极值可能被用作爆震参数。在步骤6中，可能根据发动机操作点对因此计算的爆震参数进行修正，与修正通过根据图3的方法计算的参数K1和K2类似。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈