DE10043498A1

DE10043498A1 - Verfahren zur klopferkennung bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10043498A1
Application number: DE10043498A
Authority: DE
Inventors: Juergen Sauler; Oskar Torno; Axel Heinstein; Carsten Kluth; Werner Haeming
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-14
Also published as: DE50112854D1; EP1184651A2; JP2002130044A; US20020029105A1; EP1184651A3; US6912460B2; EP1184651B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Klopferkennung beschrieben, bei dem Klopfen erkannt wird, wenn das aufbereitete Klopfsignal vorgebbare Referenzpegel in vorgebbarer Weise überschreitet. Die Referenzpegel werden zylinderindividuell gebildet und der Anstieg der Referenzpegel wird begrenzt, sofern erkannt wird, dass ein neuer Referenzpegel ein vorgebbares Referenzpegelband verläßt oder der Gradient der Geräuschzunahme eine Schwelle überschreitet. Zur Bestimmung des Bandbereichs und/oder zur Bestimmung der Schwelle für den Gradienten werden Mittelwerte der von den Geräuschen anderer Zylinder stammenden Signale berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klopferkennung bei Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass beim Betrieb von Brennkraftmaschinen Verbrennungen in den Zylindern auftreten können, die zum Klopfen führen. Solche Verbrennungen die zur Zerstörung der Brennkraftmaschinen führen können, müssen zuverlässig er kannt werden, damit schnell Maßnamen eingeleitet werden kön nen, die weitere klopfenden Verbrennungen verhindern. Übli cherweise werden zur Klopferkennung Sensoren eingesetzt, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind und ein Signal liefern, das vom Grundgeräusch der Brennkraftmaschine sowie von den gegebenenfalls auftretenden Klopfgeräuschen abhängt.

Die Ausgangssignale der Klopfsensoren werden üblicherweise im Steuergerät der Brennkraftmaschinen ausgewertet, das auch die Zündung und/oder Einspritzung abhängig von der Klopfer kennung regelt. Das besondere Problem bei der Klopferkennung besteht darin, dass das Klopfgeräusch von verschiedenen an deren Geräuschen, insbesondere vom Grundgeräusch der Brenn kraftmaschine überlagert wird. Es ist daher bekannt, beson dere Auswerteverfahren zur Klopferkennung durchzuführen. Die Basis für die üblichen Klopferkennungen ist die Bildung ei nes Referenzpegel der das Grundgeräusch der Brennkraftma schine im nichtklopfenden Betrieb beschreibt. Dieser Refe renzpegel wird vom Steuergerät aus den Ausgangssignalen der Klopfsensoren zylinderindividuell ermittelt. Diese Ermitt lung kann zylinderspezifisch erfolgen oder als Mittelung. Dabei wird der Referenzpegel laufend neu berechnet, damit er stets die aktuellen Verhältnisse der Brennkraftmaschine wie dergibt. Eine Formel zur Berechnung des Referenzpegels im klopffreien Betrieb ist beispielsweise gegeben durch:

rkr(neu) = rkr(alt) + KRFTP-1/KRFTP+ikr/KRFTP.

Im einzelnen bedeuteten diese Abkürzungen:
rkr(neu) = neuer-Referenzpegel
rkr(alt) = alter Referenzpegel
KRFTP = Faktor für die Nachführung des Referenzpegels, ein typischer Wert für KRFTP im klopffreien Betrieb ist 16
ikr = Integrator Wert der aktuellen Verbrennung, üblicherwei se wird das aufbereitete Klopfsignal in einem vorgebbaren Bereich integriert.

Bei schnelleren Geräuschänderungen, bspw. aufgrund von schnellen Last- oder Drehzahländerungen wird der Nachführ faktor KRFTP kleiner als 16, bei Last- oder Drehzahländerun gen ist die Geräuschänderungen bei allen Zylindern ähnlich. Die Referenzpegelnachführung erfolgt auch im klopfendem Be trieb über die oben genannte Formel. Wenn keine klopfenden Verbrennungen aufgetreten sind, wird der aktuelle Integra torwert wie beschrieben eingerechnet. Bei klopfender Ver brennung wird der aktuelle Integratorwert nicht voll einge rechnet, sondern vor der Einrechnung korrigiert. Zur tat sächlichen Klopferkennung wird das Verhältnis aktueller In tegratorwerte ikr zum Referenzpegel rkr gebildet. Wenn die ses Verhältnis einen vorgebbaren Schwellenwert überschrei tet, wird auf Klopfen erkannt. Eine Einrichtung zur Klopfer kennung mit der eine derartige Vorgehensweise durchgeführt wird, ist beispielsweise aus der DE-OS-43 33 965 bzw. der zur selben Patentfamilien gehörenden US-PS 5 743 233 be kannt.

Aufgabe der Erfindung

Der Referenzpegel, der aus den Ausgangssignalen der Klopf sensoren gebildet wird, wird durch verschiedene Faktoren be einflußt, beispielsweise durch nicht erkannte klopfende Ver brennungen und durch Fehlerkennungen. Diese können z. B. durch Störgeräusche in der Brennkraftmaschine bzw. im Motor verursacht werden. Durch die Störgeräusche kann der Refe renzpegel so stark ansteigen, dass eine Klopferkennung nicht mehr möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Störgeräusch zu einem langsamen Anstieg des Referenzpe gels führt. In diesem Fall kann es zu einem Dauerklopfen kommen, wodurch die Brennkraftmaschine bzw. der Motor zer stört wird. Störgeräusche können sowohl mechanische Störun gen, beispielsweise das Ventilschließen als auch elektrische Einkopplungen sein. Diese Störgeräusche sind teilweise spo radisch und treten nur an einigen Zylindern auf. In diesem Fall werden nur die Referenzpegel der betroffenen Zylinder gestört, während die Referenzpegel und damit die Klopferken nung der anderen Zylinder nicht beeinflußt werden. Die Auf gabe der Erfindung besteht nun darin, solche Störungen in ihrer Auswirkung zu beschränken bzw. Auswirkungen durch sol che Störungen zu verhindern. Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass eine zuverlässige Klopferkennung auch dann noch durchgeführt wer den kann, wenn bei wenigstens einem der Zylinder nicht er kannte klopfende Verbrennungen auftreten oder Fehlerkennun gen von Klopfen erfolgen oder wenn Störgeräusche derart laut sind, dass sie zu einer Beeinträchtigung der Klopferkennung führen könnten. Bei all diesen Fehlern wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass der Referenzpegel eines gestörten Zy linders zu stark ansteigt und damit eine Klopferkennung un möglich machen würde. Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird in vorteilhafter Wei se erreicht, dass der Referenzpegel eines gestörten Zylin ders nicht unerlaubt ansteigen kann und somit eine zuverläs sige Klopferkennung weiterhin möglich ist. Dieser Vorteil wird besonders wirksam, wenn das Störgeräusch nur bei einen oder nur wenigen vorhandenen Zylindern bzw. den zugeordneten Sensoren auftritt.

Erzielt wird dieser Vorteil, indem der Anstieg des Refe renzpegels, der sich in Abhängigkeit vom Geräusch der Brenn kraftmaschine verändert, in vorgebbarer Weise begrenzt wird, insbesonders unter Berücksichtigung eines Referenzpegelban des oder eines Gradienten, der ein Maß für die Änderung der Referenzpegel ist. Die Festlegung des Referenzpegelbandes und/oder die Bestimmung eines Schwellwertes für einen noch zu tolerierenden Gradienten erfolgt in vorteilhafte Weise abhängig von Geräuschen aller Zylinder oder abhängig von wählbaren Zylindern. Dabei sind Mittelwertbildungen zur Festlegung von Grenzwerten oder Schwellwerten von besonderem Vorteil.

Die weiteren Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. In Fig. 3 ist ein Schaltungs beispiel zur Klopferkennung bzw. zur Klopfregelung darge stellt, da es bereits aus der DE-OS 43 33 965 bzw. der US-PS 5 743 233 bekannt ist. Mit diesem Schaltungsbeispiel können die Verfahren nach den Fig. 1 und 2 durchgeführt werden.

Beschreibung

Mit den im folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindung kann der Anstieg des Referenzpegels rkr zylinder individuell begrenzt werden. Als Grenze für den Anstieg werden die Referenzpegel rkr(i) bzw. die Gradienten der an deren Zylinder benutzt. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass der Referenzpegel eines gestörten Zylinders nicht zu stark ansteigen kann und eine Klopferkennung weiterhin mög lich ist. Dies ist besonders Wirksam, wenn das Störgeräusch nur bei wenigen vorhandenen Zylindern auftritt.

Die Nachführung des Referenzpegels rkr(neu)(i) wird wie bis her zylinderindividuell berechnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entspricht die Nachführung des Referenzpegels dem Schritt SCH1. Dabei wird berechnet:

rkr(neu)(i) = rkr(alt)(i) * [(KRFTP-1)/KRFTP] + ikr(i)/KRFTP.

Die Bezeichnungen entsprechen den bereits bei der Würdigung des Standes der Technik angegebenen Bezeichnungen; i steht für die Zylindernummer. Anschließend wird der ermittelte Wert überprüft. Dabei wird beispielsweise überprüft, ob der Referenzpegel ein vorgegebenes Band verläßt. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird überprüft ob der Gra dient grad(i) der Geräuschzunahme bei dem Zylinder höher als ein vorgegebener Wert ist. Jeweils bei Erfüllung dieser Be dingungen wird der Referenzpegel begrenzt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Bandbereich beispielsweise aus dem Mittelwert der Referenzpegel aller Zylinder bestimmt, wobei zusätzlich eine applizierbare Schwelle REFGRENZE bestehen bleibt. In Fig. 1 ist die Be rechnung des Mittelwertes der Referenzwerte im Schritt SCH2 dargestellt, im Schritt SCH3 wird der neue Referenzwert rkr(neu(i)) dahingehend geprüft, ob er kleiner ist als der Mittelwert der Referenzwert rkrmittelwert minus dem Bandbe reich REFGRENZE1 ist. Ergibt diese Überprüfung im Schritt SCH3, dass die Bedingung für den neuen Referenzwert erfüllt ist, wird im Schritt SCH4 als neuer Referenzwert rkr(neu)(i) der Wert rkrmittelwert minus dem Bandbereich REFGRENZE2 genommen. Ergibt dagegen der Schritt SCH3, dass der Mittel wert größer ist als der Mittelwert minus dem Bandbereich REFGRENZE1, wird im Schritt SCH5 abgefragt, ob der neue Re ferenzwert rkr(neu)(i) größer ist als der Wert rkrmittelwert plus REFGRENZE3. Ergibt dieser Vergleich, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, wird der alte Referenzpegelwert rkr(alt)(i) ersetzt durch den neuen Referenzpegel rkr(neu) (Schritt SCH6).

Ergibt dagegen der Vergleich im Schritt SCH5, dass der neue Referenzpegel größer ist als der Mittelwert der Referenzpe gel zusätzlich einer dem Wert REFGRENZE3, wird im Schritt SCH7 der neue Referenzpegelwert rkr(neu(i)) ersetzt durch den Mittelwert der Referenzpegel rkrmittelwert plus dem Wert REFGRENZE4.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt, bei dem im ersten Schritt SCH8 der dem Schritt SCH1 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ent spricht, der neue Referenzpegel rkr(neu(i)) gebildet wird aus dem alten Referenzpegel rkr(alt(i)) multipliziert mit dem Verhältnis der beiden Faktoren (KRFTP-1)/KRFTP zuzüglich dem Verhältnis ikr(i)/KRFTP. Im Schritt SCH9 wird jeweils der Gradient aus den Referenzpegeln rkr(i) berechnet, wobei diese Berechnung sowohl die Berechnung des Gradienten grad(i) umfassen kann als auch die Berechnung eines Mittel wertes gradmittelwert der Gradienten grad (i).

Im Schritt SCH10 wird der Gradient grad(i) daraufhin ge prüft, ob er kleiner ist als der Gradient des Mittelwertes gradmittelwert abzüglich eines Gradientengrenzwertes GRADGRENZE1. Ist diese Bedingung nach Schritt SCH10 erfüllt, wird im Schritt SCH11 der neue Referenzwert rkr(neu)(i) er setzt durch den alten Referenzwert rkr(alt)(i) abzüglich ei ner Differenz aus dem Mittelwert des Gradienten gradmittel wert und einer weiteren Grenzwertbedingung GRADGRENZE2 mul tipliziert mit der Zeit dt. Der so erhaltene Wert wird im Schritt SCH12 als neuer Referenzwert genommen, wobei also die Bedingung rkr(alt)(i) = rkr(neu)(i) gilt.

Ergibt der Vergleich nach Schritt SCH10, dass der Gradient grad(i) kleiner ist als der Gradient des Mittelwertes grad mittelwert abzüglich eines Grenzwertes für den Gradienten GRADGRENZE1, wird im Schritt SCH13 überprüft ob der Gradient grad(i) größer ist als der Gradient des Mittelwertes grad mittelwert minus des Grenzwertes für den Gradienten GRADGRENZE3. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, wird im Schritt SCH14 für den neuen Referenzwert rkr(neu(i)) der al te Referenzwert rkr(alt(i))genommen, korrigiert mit der Sum me des Gradienten des Mittelwertes gradmittelwert und des Grenzwertes GRADGRENZE4 multipliziert mit der Zeit dt. Damit wird im Schritt SCH12 dann wieder die Begrenzung des Refe renzpegels über den Gradienten erhalten.

Anstatt alle Zylinder zur Bewertung heranzuziehen, kann auch eine Bildung von Gruppen erfolgen. Basis für diese Gruppen bildung kann beispielsweise eine Einteilung nach lauten oder leisen Zylindern sowie die Zuordnung zu einem Klopfsensor sein. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abläufe sind für alle Zylinder ohne zusätzliche Gruppenbildung gemacht. Die Abläufe sind jedoch für die Einteilung in Gruppen äqui valent.

Die Berechnung der neuen Referenzpegel in den Schritten SCH11 und SCH14 kann alternativ auch auf Basis der Mittelwer te der Referenzpegel rkrmittelwert erfolgen. In beiden Schritten wird der Referenzpegel rkr(alt)(i) durch den Re ferenzpegelmittelwert rkrmittelwert ersetzt. Damit ergibt sich für den Schritt 11, d. h. wenn der Gradient grad(i) kleiner als der Schwellwert ist, die Beziehung:

Rkr(neu)(i) = rkrmittelwert - (gradmittelwert-GRADGRENZE2) * dt + REFGRENZE2.

Wenn in Schritt 10 der Gradient grad grösser als der Schwellwert ist, wird der Referenzpegel in Schritt 14 nach der folgenden Beziehung berechnet:

rkr(neu)(i) = rkrmittelwert + (gradmittelwert + GRADGRENZE4)* dt + RERGRENZE4.

Dabei bedeuten:
rkrmittelwert: Mittelwert der Referenzpegel aller Zylinder,
gradmittelwert: Mittelwert der Gradienten aller Zylinder
dt: Zeit für die Gradientenberechnung.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform für eine Einrichtung zur Klopferkennung bzw. Klopfregelung bei einer Brennkraftma schine dargestellt, mit der die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt erden können. Dabei ist im einzelnen mit 10 ein Klopfsensor bezeichnet, der die Geräusche eines nicht darge stellten Motors bzw. einer nicht dargestellten Brennkraftma schine erfaßt. Die erfaßten Geräusche werden über einen re gelbaren Verstärker 11 und einen Brandpaß 12 einer als Gleichrichter ausgebildeten Demodulationsschaltung 13 zuge führt. Der Gleichrichter ist mit einem Integrator 15 verbun den. Durch die Regelung der Verstärkung wird erreicht, dass der Referenzpegel des Ausgangssignales des Regelverstärkers weitergehend konstant und unabhängig von der Motordrehzahl ist. Der Integrator 15 bildet während eines kurbelwellensyn chronen Meßfensters, welches von einem Steuergerät 16 in Ab hängigkeit vom Ausgangssignal eines Drehzahlgebers 17 gebil det wird, das Meßsignal ikr. Das Meßintegral ikr wird in ei nen Komparator 18 mit der vom Steuergerät vorgebenden Klopf schwelle ks verglichen, dessen Ausgangssignal das Klopfer kennungssignal ist, das ans Steuergerät 16 zur Klopfregelung weitergeführt wird. Vom Steuergerät 16 werden abhängig vom Ausgangssignal des Komparators 19, d. h. abhängig davon, ob Klopfen erkannt wurde oder nicht die Ausgangssignale für die Endstufen 20 gebildet, zur Auslösung der Zündung in dem be treffenden Zylinder.

Die zusätzlichen Schritte nach den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren laufen üblicherweise im Steuergerät 16 der Brennkraftmaschine bzw. des Motors ab, das über ge eignete Prozessor- und Speichermittel verfügt.

Claims

1. Verfahren zur Klopferkennung bei einer Brennkraftmaschi ne, wobei Klopfen erkannt wird, wenn das erfaßte und ge gebenenfalls aufbereitete Klopfsignal einen Referenzpe gel, welcher sich in Abhängigkeit vom Geräusch der Brenn kraftmaschine verändert, überschreitet, dadurch gekenn zeichnet, dass der Anstieg des Referenzpegels in vorgeb barerweise begrenzt wird unter Berücksichtigung eines Re ferenzpegelbandes und/oder unter Berücksichtigung eines Gradienten, der ein Maß für die Änderung der Referenzpe gel ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Referenzpegels zylinderindividuell be grenzt wird unter Berücksichtigung der Geräusche einiger anderer Zylinder bzw. der Geräusche aller Zylinder.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Referenzpegels begrenzt wird wenn ein zylinderindividuell ermittelter neuer Referenzpegel ausserhalb eines Referenzpegelbandes, das abhängig von den Geräuschen einiger oder aller Zylinder gebildet wird, liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Referenzpegels begrenzt wird, wenn ein zylinderindividuell ermittelter neuer Referenzpegel größer ist, als ein Wert, der abhängig von den Geräuschen einiger oder aller Zylinder gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Referenzpegels begrenzt wird, wenn der Gradient der Geräuschzunahme grö ßer ist, als ein vorgebbarer Wert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Bandbereich für die Be grenzung des Referenzpegelanstiegs aus dem Mittelwert der Referenzpegel einiger oder aller Zylinder plus einer applizierbaren Schwelle bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Schwelle für den Gradien ten aus dem Mittelwert des Gradienten einiger oder aller Zylinder plus einer applizierbaren weiteren Schwelle ge bildet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Schwellwerte nicht alle Zylinder berücksichtigt werden, sondern nur solche, die ein vorgebbares Auswahlkriterium, insbesonders hinsichtlich der Lautstärke erfüllen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppeneinteilung derart erfolgt, dass die lautesten oder die leisesten Zylinder jeweils einer Gruppe zugeord net werden.

10. Vorrichtung zur Klopferkennung, die wenigstens einen Prozessor umfaßt und gegebenenfalls Bestandteil des Steu ergerätes einer Brennkraftmaschine ist, dadurch gekenn zeichnet, dass sie wenigstens eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt.