Hallo zusammen,
ich war wieder ein bisschen fleißig und habe an der Klopfsensor-Auswertung etwas weiter gemacht. Für den TPIC habe ich ein kleines Eval-Board nach Stefans Vorbild kreiert (und noch eine kleine Drehzahl-Auswertung für Anschluss an ein Zündkabel mit drauf gepappt):

- TPIC Eval Board Mandl'scher Bauart ;)
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Versuchs-Motor ist derzeit wieder ein Kleinmotor aus dem Non-Automotive Umfeld. Für meine Klopf-Versuche ist das ein billigst 196ccm Einzylinder mit eingebauter Leistungsbremse (auch bekannt unter "Stromerzeuger" und "Generator" für den Party und Festival Gebrauch

- "Berlan BSTE3000" für 190 Euro bei Amazon).

- Berlan BSTE3000
- Berlan Generator 001.jpg (77.11 KiB) 11419 mal betrachtet
Der Motor hat eine Bohrung von 68mm und 54,5mm Hub, Verdichtung in der Region um 8:1. Gemischaufbereitung erfolgt mittels einem 20mm Keihin Vergaser wie man ihn an fast allen Rasenmähern findet. Zündung ist "elektrisch" und wird vom Schwungrad der Kurbelwelle getriggert.
Als Maschinenbauer musste ich das Teil natürlich sofort komplett zerlegen...mit einem 10er und 12er Schlüssel kommt man bis zum Zylinderkopf
Netterweise war das Auslass-Ventil ziemlich verrostet und musste erst mal neu eingeschliffen werden.

- Berlan BSTE3000 Zylinderkopf
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Sehr schön an diesem Motor: Es gibt einen Halter am Zylinder der sich perfekt für einen Klopfsensor eignet
Für den Anfang habe ich mal ein kleines "Referenz-Signal" des Motors aufgezeichnet und mit Excel eine kleine FFT berechnet um die Frequenzanteile bei Nicht-Klopfendem Betrieb herauszufinden. Der Motor lief bei etwa 3780 1/min (= Frequenz 63Hz, habe wohl den Drehzahlregler beim zusammenbau nicht gut eingestellt

... dem 2kW Wasserkocher der mir als Last diente ist das aber egal).

- FFT Leerlauf
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Das Rohsignal ist zusammengesetzt und stimmt daher vom zeitlichen Abstand nicht! Auf diese Art wird die Frequenz-Auflösung der FFT aber besser.
Der Klopfsensor liefert bei Betrieb (kein Klopfen) mit dem TPIC-Board eine Amplitude von ca. +-0,25V die sowohl bei Leerlauf als auch bei Last relativ gleich bleibt. Ohne TPIC-Board konnte ich durch Fremdanregung (Rohrzange -> Zylinderblock

) auch auf +-2V und höher kommen.
Das Signal setzt sich wie folgt zusammen:
-> Kleine Anteile bei Frequenzen zwischen 2,9 und 3,5kHz
-> Große Anteile bei Frequenzen zwischen 4,7 und 6,0kHz
-> Kleine Anteile bei Frequenzen zwischen 8,8 und 9,4kHz (-> Verbrennungs/Klopfgeräusch? Berechnet 8,4kHz)
-> Frequenzen über 15kHz sind stärker Vertreten ... können vermutlich ignoriert werden.
-> Bei oben genannter Fremdanregung sieht das Signal viel "schöner" aus, es ist eine abklingende Schwingung bei ca. 3,7kHz.
Was noch unstimmig ist, ist die zeitliche Zugehörigkeit des Klopf-Signals zum Zündzeitpunkt:

- Signal KS vs. °KW
- Signal KS.PNG (39.16 KiB) 11419 mal betrachtet
Das größte Signal, ich halte es für das Verbrennungsgeräusch, kommt etwa 82°KW
vor dem Zündfunken bzw. circa 278,5°KW
nach dem Zündfunken. Das Signal ist nach ca. 80-85°KW wieder abgeklungen.
Analysieren wir mal das Timing:
-> ZZP nehmen wir mal großzügig mit 20°KW v. OT. an, das heißt ich bekomme ein Signal etwa 258,5°KW n. zOT. Der Arbeitstakt ist also schon fertig und wir befinden uns mitten im Ausschiebetakt.
-> Zu diesem Zeitpunkt passiert nicht viel. Das Auslassventil ist zu diesem Zeitpunkt schon eine Weile offen, das Einlassventil ist noch geschlossen und sollte erst wesentlich später öffnen.
-> Zweite Möglichkeit: Man befindet sich nicht 258°KW n. zOT. sonder 82°KW v. zOT. In diesem Fall sind beide Ventile zu und der Verdichtungstakt ist im Gange. Dann würde es sich um eine Vorentflammung handeln und der Motor wäre vermutlich schon Schrott.
Seltsam ... aber das kann eventuell auch am Trigger liegen
Es wird dort ein Schmitt-Trigger Baustein (74HCT14) verwendet welcher auch eine gewisse Verzögerung hat, die sich aber im Bereich von max. 200ns bewegt (-> das wären rund 4,4*10^-3 °KW).
Wie auch immer. Folgendes steht nun auf meiner To-Do-Liste:
0. Excel noch ein paar FFTs von "plausiblen" Bereichen machen lassen.
1. Trigger-Signal näher untersuchen.
2. TPIC8101 in Betrieb nehmen und weiter Messungen anstellen.
3. Einen Weg finden, den Motor zum Klopfen zu bringen.
4. Vergaser und Zündung durch eine Kdfi 1.4 ersetzen und Klopfsignal analog einlesen.
5. Klopf-Tool entwickeln und zur Serienreife bringen. Vielleicht mal den MS CAN-Bus näher betrachten.
6. Die Grundlagen und Basics rund um das Klopfen und TPIC zusammentragen und ähnlich wie meine Lambda-Auswertung der Öffentlichkeit zugänglich machen.
Gruß
Sebastian