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Start des Themas: KLICK

Hatte mir vorgestellt dass die max. Amplitude der Ausschlag ist. Bei 25mV/g müsste doch ein extremer Schall auch einen starken Ausschlag geben oder?

dazu müsstest Du "extremer" Schall mal definieren. Worin unterscheidet sich dieser Schall vom normalen Verbrennungsgeräusch und wie erkenne ich diese Abweichung im Gesamtgeräusch? Die Druckkennlinien helfen Dir da nicht unbedingt. Es sei denn, Du koppelst das Ganze mit der Kurbelwellenposition und dem entsprechenden Takt des Motors. So kann man zumindest sicherstellen, dass das Ereignis zusammengehören könnte.
Verbrennungsmotoren machen nun mal permanent Geräusche. Und Klopfen ist nur ein Teilgeräusch. Also ich stelle mir eine sinnvolle Auswertung ziemlich schwierig vor.

Klopfen ist eine vorzeitige Entzündung des Gemisches, dadurch liegt der Druck Peak nicht knapp hinter dem OT sondern darin oder sogar davor. Das ist wie wenn man eine Bombe in einer dichten Kiste zünden möchte. Gibt furchtbare mechanische Geräusche mit hoher Intensität (Das sollte einen hohen Auschlag geben). Für Pleuel- und Hauptlager, Kolben und Kopf ist das wie wenn man mit dem Vorschlaghammer darauf einschlägt. Wenn es richtig schief läuft, dann sprengt es den Motor in weniger als einer Sekunde (Was auch der Grund ist weshalb ich es erstmal nicht ausprobieren möchte).

In dieser Patentschrift ist gut zu erkennen was ich meine: https://data.epo.org/publication-server ... ument.html
Ein klopffreier Betrieb bewegt sich unter -45dB, eine klopfende Verbrennung geht hoch bis -30dB

Deine Pegelangaben sind relativ.
Faktisch arbeitet ein Klopfsensor zusammen mit der Zündanlage. Findet die Entzündung vor dem Zündimpuls statt wird verstellt, denn die entzündund findet immer NACH und auch nich während des Impulses statt. Es vergeht schließlich auch Zeit zwischen Zündfunken und entzündung des Gemischs. Die Abbrandgeschwindigkeit. Je nach (Spreng)Stoff Kann diese sehr unterschiedlich sein.

VG

(Klugscheissermodus an)
Klopfende Verbrennung entsteht nicht durch alleinige vorzeitige Entzündung des Gemisches, sondern erst nach der regulären Zündung des Gemisches bei Ausbreitung der Flammenfront. Dieses lässt durch den überproportionalem Druckanstieg eine zweite Flammenfront entstehen. Da klopfende Verbrennung nicht vergleichsweise langsam abläuft, sondern eher detonationsartig, dürften auch die damit verbunden Schwingungen deutlich hochfrequenter ablaufen. Zudem werden damit deutliche Druckspitzen erzeugt, die den Motor zusätzlich belasten. Klopfende Verbrennung lässt sich vermeiden, in dem der Zündwinkel vor O.T. reduziert wird, und damit auch der ansteigende Arbeitsdruck.
(Klugscheissermodus aus)

lies mal genau den Punkt 0007 der Patentschrift. Da ist im Prinzip genau das beschrieben, was ich schon sagte. Und die Patentschrift zielt ja auf die Vermeidung solcher Fehler hin. Genau akustische Sensoren übertragen eben alles was kommt. Das an der Lautstärke festzumachen ist, glaube ich, ein kapitaler Fehler. Davon abgesehen müsste jeder Zylinder einzeln betrachtet werden. Das braucht also schon zwei Sensoren, die auch noch voneinander entkoppelt sein müssten.

bigrick hat geschrieben:Deine Pegelangaben sind relativ.
Faktisch arbeitet ein Klopfsensor zusammen mit der Zündanlage. Findet die Entzündung vor dem Zündimpuls statt wird verstellt, denn die entzündund findet immer NACH und auch nich während des Impulses statt. Es vergeht schließlich auch Zeit zwischen Zündfunken und entzündung des Gemischs. Die Abbrandgeschwindigkeit. Je nach (Spreng)Stoff Kann diese sehr unterschiedlich sein.

VG

Ati hat geschrieben:lies mal genau den Punkt 0007 der Patentschrift. Da ist im Prinzip genau das beschrieben, was ich schon sagte. Und die Patentschrift zielt ja auf die Vermeidung solcher Fehler hin. Genau akustische Sensoren übertragen eben alles was kommt. Das an der Lautstärke festzumachen ist, glaube ich, ein kapitaler Fehler. Davon abgesehen müsste jeder Zylinder einzeln betrachtet werden. Das braucht also schon zwei Sensoren, die auch noch voneinander entkoppelt sein müssten.

Hab mal etwas drüber nachgedacht. Optimal wäre natürlich eine Zylinder selektive Auswertung, die auch nur nach dem Zündimpuls detektiert. In der Praxis wird es aber wohl etwas pragmatischer gelöst. Da haben 6 Zylinder Bänke gerade mal zwei Sensoren dran und die laufen dauerhaft. Ich habe mal von BMW eine Beschreibung gelesen wie die mit der Klopfregelung verfahren, sobald ein Klopfen erkannt wird (wie wurde leider nicht thematisiert), werden alle Zylinder im Zzp. zurück gefahren, einen Moment dort betrieben und dann Stück für Stück wieder auf "Früh" gestellt um zu sehen ob das Klingeln nicht wieder auftritt. Ab dann läuft es wieder normal weiter.

Nochmal zu dem wie erkennen. Ich hab mal die zwei Diagramme aus dem Patent farbig übereinander gelegt, alleine optisch ist die klopfende Verbrennung schon zu erkennen. Wenn man sich mal vor Augen führt was Schalldruck eigentlich ist und dass der Mensch ihn nicht linear aufnimmt, dann kommt man auf eine messbare Einheit, Kraft pro Fläche, in diesem Fall N/m². Um die Intensität um 15dB zu erhöhen, muss sich der Schalldruck um das 40(!)fache erhöhen. Das ist eine ganze Menge Holz und zeigt erst wie brutal so eine klopfende Verbrennung ans Werk geht.
Ich denke also schon, dass die Intensität der Haupt Indikator bei der Erkennung ist, evtl. noch durch einen Hochpass Filter auf den richtigen Bereich begrenzt. Würde man dazu noch eine passende Z-Diode verwenden, dann würde man doch nur den Ausschlag sehen, oder seh ich das falsch?

Oh je.
Also ein Z-Diode ist mal so die simpelste Triggerreferenz, die man machen kann. Die Justierung dürfte wohl recht schwierig werden. Das macht man definitv anders.

Zur Messung.
Wie kommst Du vom menschlichen Gehör auf den Zusammenhang, dass der Schalldruck messbar ist?
Zunächst mal muss man unterscheiden, dass es Schalldruck gibt und Schalldruckpegel.
Der Schalldruck ist der Wechseldruck, der auf die Fläche wirkenden Kraft. Wechseldruck deshalb, weil Schallwellen Wechselwellen sind, die dem Luftdruck überlagert (moduliert) sind. Schalldruck wird mit Pascal angegeben.
Der Schalldruckpegel ist ein logarithmisches Maß zur Beschreibung eines Schallereignisses. Dieser Pegel wird in Dezibel angegeben.
In beiden Pegelformen muss noch der Messabstand berücksichtig werden, da der Effektivwert des Pegels sich umgekehrt proportional zur Entfernung verhält. (siehe 1/r- Gesetz oder auch Abstandsgesetz)

Die Betrachtung der beiden Kurven sagt im Prinzip schon aus, wo es langgeht. Aber so einfach ist der Fisch halt nicht zu fangen. Das würde nur funktionieren, wenn die mittlere Lautstärke immer gleich ist, Das ist aber bei Motoren nicht der Fall. Wenn Du die dB Werte heranziehen willst, dann musst Du halt viele solcher Kurven erzeugen, die in unterschiedlichsten Lastverhalten und Drehzahlen des Motors gemacht werden. Jeweils dafür müssen die zugehörigen Parameter in die Berechnung später einbezogen werden. Also beispielsweise Stellung der Drosselklappen, Drehzahl, mittlere Lautstärke, Spitzenlautstärke, evtl. Abgaswerte usw.. Letztlich muss die Steuerung aus dem Lautstärkematsch ermitteln, ob es Klingeln ist. Und das soll ja auch noch fehlerfrei geschehen. Bei Falscherkennung fehlt letztlich Motorleistung.

Da der klopfende Betrieb in der Kurve bei rund 45 dB beginnt und (10dB entsprechen einer Verdopplung der gehörten Lautstärke) und die Frequenz in einem Bereich von rund 20 - 25 kHz liegt, was imho ziemlich hoch ist, bräuchtest Du eine steiles Bandpass-Filter für diesen Bereich. Dem müsste ein Trigger folgen, dessen Triggerpunkt oberhalb der normalen Lautstärke liegt. Da dieser Triggerpunkt aber abhängig ist von der sich verändernden Grundlautstärke des Motors, ist hier eine Z-Diode unbrauchbar. Dieser Triggerpunkt muss ständig nachjustiert werden, automatisch versteht sich. Und ob der Frequenzbereich immer der Richtige ist, müsste auch noch festgestellt werden.
Erkennt der Trigger dann klingeln, so wird dann z.B. der Zzp. verlegt.

Interessantes Thema. Willst du sowas selbst bauen? Wenn ja, ist das sicher nix was man mal eben macht. Da wird man mehrere Prototypen bauen und kallibrieren , Motoren schrotten und so weiter bis man zu einem brauchbaren Ergebnis kommt.

VG

Hallo zusammen,

ich gebe mal auch meinen Senf dazu.
- Klopfen befindet sich wie Trobiker64 schon schrieb nach OT.
- Klopfer vor OT gibt es auch, diese werden aber als „Super“ bzw. „Mega-klopfer“ bezeichnet. Diese Superklopfer treten aber hauptsächlich bei hochaufgeladenen Turbomotoren auf.
- Normale Klopfer kann ein Motor schon gut vertragen. Speziell in der Teillast halten sie das schon aus. Bei Vollast-Superklopfern reichen schon eine Hand voll, dann ist der Motor im A****.


Die Signalaufbereitung läuft folgendermaßen:
- Das Rohsignal des Klopfsensor wird über einen Bandpassfilter gefiltert. Eckfrequenzen sind hier i.d.R. zwischen 1 - 20kHz. Die Frequenzen sind abhängig von anderen Störgeräuschen, die im Fhzg entstehen können (Nockenwellenantrieb, Getriebe,.....)
- Das gefilterte Signal wird gleichgerichtet und innerhalb bestimmter Motorpositionen (=Klopffenster) (Zylinderindividuell) aufintegriert.
- Dieses "Klopffenster" befindet sich in dem Bereich wo Klopfen stattfindet. Also beginnend kurz nach Verbrennungs- OT bis ~100°nach OT. Limitierende Faktor ist hier die Verbrennung vom Nachbarzylinder bzw. ein Ventil das auf oder zugeht.
- Das resultierende Integral wird über mehrere Verbrennungszyklen gemittelt, und als Grundgeräusch des jeweiligen Zylinders verwendet.
- Klopft es jetzt ist das errechnete Integral um ein vielfaches höher als das Grundgeräusch. Übersteigt dieses Integral einen definierbaren Grenzwert wird Klopfen erkannt, und der Zündwinkel Zylinderindividuell Richtung spät gestellt. Ist es wieder ruhig, dann rampt die Motorsteuerung langsam wieder zurück auf den Basiszündwinkel.
- Früher wurde die Filterauslegung fest in auf der ECU-HW ausgelegt. Danach kamen programmierbaren Filter + Verstärker. Einfach mal nach Bosch CC196 googlen. Mittlerweile ist „KnockBySoft“ der letzte Schrei. Hier wird das Signal des Sensors superschnell gesampelt und via SW gefiltert + Integriert.
Hier steht auch noch viel drinn:
http://www.nxp.com/files-static/trainin ... _F0354.pdf


So und jetzt die „Dreckige“ Lösung aus der Hinterhofpraxis.
- Einfach ein Kupferroh an den Motorblock schrauben, und das Rohr möglichst entkoppelt von Karosserie/Wänden zum Fahrer bzw. Prüfstandsfahrer verlegen. Klopft der Motor klingelt das Kupferrohr. Funktioniert wirklich! Und das nicht schlecht!
- Zweite Möglichkeit ist den Klopfsensor an einen handelsüblichen Mikrophon Verstärker + Equalizer zu hängen. Funktioniert auch wunderbar, und wird immer noch in der „Professionellen Praxis“ verwendet.
- Wenn Geld keine Rolle spielt wird der Motor mit einer sog. Zylinderdruckindizierung versehen. Hier wird in jedem Zylinder der Verbrennungs Druck mit Hilfe eines Piezos in 0,0X Grad Kurbelwinkel gemessen. Einfach mal nach AVL Indicom oder Kistler googlen. Diese IndizierPiezos werden entweder in speziellen Bohrungen im Zylinderkopf verbaut, oder zusammen mit der Zündkerze im Zündkerzenloch. Da hat es der Diesel einfacher – der hat ein Loch für die Glühkerze

Grüße,
Wolfgang

@Ati: Du hast es auf den Punkt gebracht, wollte nicht so tief drauf eingehen. Wenn ein Gespräch 50dB an Lautstärke hat, dann ist die doppelte Lautstärke nicht 100dB, das meinte ich mit nicht Linear.

@EiWolf: Danke für diesen super kompetenten Beitrag!
Hast du mal in der Branche gearbeitet?

Hab inzwischen eine Anleitung zur Auswertung mittels Mikrocontroller gefunden, stelle ich Euch morgen vor.

Ich warte gespannt
Naja, ich glaube nicht das mit handelsüblichen IC´s wie einem Arduino ein Klopfensor ausgewertet werden kann. Bsp: Arduino, 10 Bit AD Wandler, kein Interrupt am AD, also muss per loop der Eingang überwacht werden. 16MHZ/10000Umdrehungen=1600loops pro Motorumdrehung (360°). Also könnte man theoretisch auf 0,225° ein Signal lesen. Problem dabei: Ich weiß nicht wie viele Instruktionen der Adruino braucht um den Sensor zu lesen. Dazu muss das Signal ja auswertet werden. D.h. man will ja nicht nur wissen das ein Signal anliegt, sondern genau welches und beim Überschreiten eines eigenen Softwarefilters, ein Signal an die ECU schicken. Kurzum, ich glaube nicht das ein Arduino das kann. Die Arduino Libarys benötigen selbst auch noch Rechenzeit, man muss davon ausgehen das einfach nur das Auslesen eines Eingangs, nicht nur eine von den 16Mio Instruktionen/Sekunde ist.
Bei Teensy (mal googeln) gibts bezahlbare Boards mit Cortex M4 bis 140MHZ und mehr, sämtliche Eingänge mit Interrups, etc... damit geht schon mehr. Durchaus möglich das man mit am Sensor angeschlossener Analoger Technik besser kommt. Sicher arbeiten so auch die günstigen "Knock Conditioner" die im Netz angeboten werden und auch durchaus funktionieren sollen. Die senden dann auch nur ein 5V Signal an die ECU (Megasquirt 2 und 3). Vorteil der Digitalen Signalaufbereitung, man kann seine Filter frei Einstellen. Das übersteigt aber mein Wissen dann auch bei weitem.

Ich bleibe gespannt.

VG

Ja ich hatte das Vergnügen mich mit dieser Thematik schon mal zu beschäftigen.

Was mir noch einfällt: Mit einem Oszi kann man sich das Signal des Kopfsensors auch anschauen. Als Trigger würde ich fast die Ansteuerung der Zündspule verwenden. Jetzt musst Du nur noch klopfen erzeugen. Für welchen Motor hast du das eigentlich vor? Denn ich glaube du wirst Dich schwer tun einen einen serienmäßigen SV Motor zum klopfen zu bringen. Da darfst du die Ansaugluft schon mit dem Fön vorwärmen

@Rick: Der Arduino ist eine cooles Gadget, mag die Vielfalt durch die Shields sehr gerne. Leider hat er ein paar Nachteile. Erstens hat er keinen Analogen Ausgang, was ich an meinem MEGA gebraucht hätte, denn ich wollte ein Zündtrigger Signal damit simulieren um ins Einspritzer Steuergerät zu kommen. Habe dann viele Ausgänge mit Spannungsteiler in Folge geschalten, dann ging es. Leider ist der Arduino nicht ganz Frequenz stabil, wenn man in die kHz Bereiche geht, driftet er merkbar ab. Dazu ist man das diese embedded Benutzeroberfläche gebunden, von der man zwar sagt sie würde auf C++ zu laufen, aber am Ende doch C mit einigen extra Features ist (In der Bibliothek sind tatsächlich einige .cpp Dateien). Eigentlich ganz klar, C++ würde den Mini Speicher vom Arduino sofort voll schreiben, deshalb das Hybrid Programm. Er ist aber echt toll für den Einstieg und Hobbyanwendungen, aber für so ein kritisches/wichtiges Bauteil wie eine Klopfregelung, greife ich lieber auf etwas "handfestes" zurück.
Bin auf jemand gestoßen der einen ATmega8 dafür verwendet hat, hier der Schaltplan. Was haltet ihr davon? @Wolf: Das freut mich jemand zu finden der sich mit dem Thema bereits (erfolgreich?) auseinandergesetzt hat Der Tipp mit dem Zündsignal als Trigger ist super, da hatte ich garnicht dran gedacht. Leider hab ich den Prüfstandsmotor auf dem Tisch wieder abgebaut, sonst würde ich das sofort testen. Ist aber nur ein Seriennaher Motor gewesen, den bringt man nicht so leicht zum Klopfen, höchstens mit altem Ami Sprit

http://www.nxp.com/files-static/trainin ... _F0354.pdf

Das hört sich interessant an, auf Seite 16 ist genau das beschrieben was ich meinte, da wird mit Intensität über alle Frequenzbereich hinweg gefiltert und die hohe Intensität ist dann das verwertbare Signal.

Der SV Motor den ich baue, wird die Klopfregelung leider brauchen, da der Brennraum durch die Nockenwellen gut gefüllt wird und dann ziemlich stark verdichtet wird... Da steckt soviel Arbeit drin, dass ich mich nicht einfach nur auf SuperPlus verlassen möchte