DE19826714A1

DE19826714A1 - Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Klopferfassungsverfahren

Info

Publication number: DE19826714A1
Application number: DE19826714A
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Mogi; Koichi Nakata; Yasuo Ito; Koji Sakakibara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 1998-12-17
Also published as: JPH112175A; JP3199662B2

Description

Die Offenbarung der am 16. Juni 1997 eingereichten japani schen Patentanmeldung Nr. HEI 9-158224 mit Beschreibung, Zeichnungen und Zusammenfassung wird hier in ihrer Gesamtheit als Bezugsdokument aufgenommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klopferfassungsvorrich tung für einen Verbrennungsmotor und auf ein Klopferfassungs verfahren, wobei ein Klopfzustand unter Verwendung einer in dem Verbrennungsmotor angeordneten Zündkerze erfaßt wird.

Bei einer bekannten Klopferfassungsvorrichtung für eine Ver brennungsmaschine wird eine in einem Brennraum angeordnete Zündkerze für das Erfassen eines Klopfzustands auf Grundlage eines Ionenstroms verwendet, der unmittelbar nach dem Erzeu gen eines Zündfunkens der Zündkerze durch den Brennraum fließt. Bei einer solchen Klopferfassungsvorrichtung gemäß Fig. 6 wird ein erfaßtes Ionenstromsignal durch eine Maskier schaltung 23 in ein im wesentlichen lediglich innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal eines Mikrocomputers 30 festgelegten Maskierintervalls auftretendes Signal umgewan delt. Das Maskierintervallsignal wird dann durch ein Bandpaß filter (BPF) 24 verarbeitet, um ein Signal innerhalb eines ein Klopfsignal enthaltenden Frequenzbands zu erhalten. Das gefilterte Signal wird dann durch eine Spitzenhalteschaltung 25 verarbeitet, durch einen Spitzenwerthaltevorgang innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal des Mikrocomputers 30 festgelegten Torintervalls, um ein Torintervallsignal zu erhalten. Nachdem das Torintervallsignal durch einen A/D-Um setzer 26 A/D-gewandelt wurde, wird das Signal in den Mi krocomputer 30 eingegeben. Ist der Größe des Signals größer als ein vorbestimmter Wert, so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß ein Klopfzustand vorliegt.

Beträgt die an die Zündkerze angelegte Spannung ungefähr 100 V, so ist der Größe des unmittelbar nach dem Auftreten eines Zündfunkens in dem Brennraum erzeugten Ionenstroms gering, in der Größenordnung von µA, und daher anfällig für verschiedene Störquellen. Zum Zwecke des Erfassens des Auftretens eines Klopfzustands ohne Beeinflussung durch eine Störung wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 61-57830 eine Technologie vorgeschlagen, gemäß der ein viele während eines Klopfzustands auftretende Frequenzkomponenten enthaltendes Band von einem anderen, viele andere Frequenzkomponenten ent haltenden Band getrennt und das Verhältnis zwischen den Aus gangssignalen in den beiden Bändern mit einem Bezugspegel verglichen wird, um festzustellen, ob ein Klopfzustand, d. h. eine Verbrennungsabnormalität, aufgetreten ist.

Bei einer solchen lediglich auf dem Ausgabeverhältnis basie renden Bestimmung wird allerdings die Größe des Klopfsignals nicht berücksichtigt. Daher ermöglicht die vorgenannte Tech nologie keine genaue Erfassung des Auftretens eines Klopfzu stands.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine bereitzustellen, durch die ein genaues Erfassen eines Klopf zustands ohne Beeinflussung durch eine Störung möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Klopfer fassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei, unter Verwendung einer in einem Brennraum des Verbrennungsmotors angeordneten Zündkerze, ein unmittelbar nach dem Auftreten eines Zündfunken fließender Ionenstrom durch eine Ionen stromerfassungseinrichtung erfaßt wird, gekennzeichnet durch eine erste Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Signals innerhalb eines Klopffrequenzbands aus dem Ionen strom; eine zweite Signalextraktionseinrichtung zum Extrahie ren eines Signals außerhalb des Klopffrequenzbands aus dem Ionenstrom; und eine Klopfbestimmungseinrichtung zum Bestim men, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn eine Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Größenwerts aufweist und ein Verhältnis zwischen der Größe des durch die erste Si gnalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zu einer Grö ße des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung extra hierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Ver hältnisses aufweist.

Erfindungsgemäß bestimmt die Klopfbestimmungsvorrichtung, daß ein Klopfzustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, wenn die Größe des durch die erste Signalextraktionsvorrichtung extra hierten Signals in dem Klopffrequenzband größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist und das Verhältnis zwischen der Größe des Signals in dem Klopffrequenzband und der Größe des durch die zweite Signalextraktionsvorrichtung extrahierten Signals außerhalb des Klopffrequenzbands zumindest die Größe eines vorbestimmten Werts aufweist. Da die Klopfbestimmungs vorrichtung sowohl die Größe des Klopfsignals als auch das Ausgabeverhältnis zwischen dem Klopfsignal und dem Störsignal berücksichtigt, ermöglicht die erfindungsgemäße Klopferfas sungsvorrichtung ein sehr genaues Erfassen des Auftretens ei nes Klopfzustands in dem Verbrennungsmotor ohne Beeinflussung durch eine Störung.

Die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung kann weiter hin enthalten eine Zündzeitpunktsverzögerungssteuereinrich tung zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn die Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extra hierten Signal größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des durch die erste Signalextraktions einrichtung extrahierten Signals zu der Größe des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zu mindest einen vorbestimmten Wert aufweist, und wobei eine Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, wenn ein Klopfzustand vorliegt. Daher ist es möglich, ein Klopfen anhand der auf dem ohne Beeinflussung durch eine Störung genau erfaßten Klopfzustand basierenden Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung zu steuern oder zu ver ringern.

Die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung kann weiter hin enthalten eine Verzögerungssteuerungsverhinderungsein richtung zum Bestimmen, daß eine Störung vorliegt, und, folg lich, zum Verhindern der Durchführung der Zündzeitpunktsver zögerungssteuerung, wenn die Größe des durch die erste Si gnalextraktionseinrichtung extrahierten Signals größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extrahierten Si gnals zu der Größe des durch die zweite Signalextraktionsein richtung extrahierten Signals geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Durch diesen Aufbau bestimmt die Klopferfassungs vorrichtung das Vorliegen einer Störung und verhindert die Durchführung der Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors, wenn die Größe des Signals innerhalb des Klopffrequenzbands größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des Signals in dem Klopffrequenzband zu der Größe des Signals außerhalb des Klopffrequenzbands ge ringer als ein vorbestimmter Wert ist. Durch das auf diese Weise erzielte genaue Unterscheiden des Auftretens eines Klopfzustands von dem Auftreten einer Störung ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Klopfsteuersystems zu verbessern, das die Zündzeitpunktsvorverlegungs-/Verzögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durchführt.

Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor kann weiterhin enthalten eine zwischen der Ionenstromerfas sungseinrichtung und der Kombination der ersten Signalextrak tionseinrichtung und der zweiten Signalextraktionseinrichtung angeordnete Filtereinrichtung. Die Filtereinrichtung extra hiert aus dem Ionenstrom im wesentlichen lediglich Signale innerhalb eines über einer vorbestimmten Frequenz befindli chen Frequenzbands. Wird eine solche Filtereinrichtung, die im wesentlichen lediglich Signale innerhalb eines über einer vorbestimmten Frequenz befindlichen Frequenzbands durchläßt, der Extraktion der charakteristischen Wellenformen des Stör signals und des Klopfsignals vorgeschaltet, so werden Kompo nenten des Ionenstroms in dem unterhalb der vorbestimmten Frequenz befindlichen Frequenzband, innerhalb dem das Klopf signal und das Störsignal im wesentlichen gleiche Wellenfor men zeigen, vor der Extraktion des Klopfsignals und des Stör signals entfernt. Daher ist durch die Klopferfassungsvorrich tung eine genauere Feststellung dahingehend möglich, ob ein Klopfzustand oder eine Störung vorliegt, wodurch die Zuver lässigkeit des Klopfsteuersystems verbessert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm mit Frequenzkomponen ten des in der erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erfaßten Ionenstromsignals;

Fig. 3 eine Karte zum Angeben einer Ausgabeverteilung zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrich tung für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Bestimmung hin sichtlich eines Klopfzustands, die durch die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor durch geführt wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Zündzeitpunkts steuerung, die durch die erfindungsgemäße Klopferfassungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor ausgeführt; und

Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Klopferfassungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik.

Es folgt eine nähere Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Klopferfas sungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Bestandteile der Klopf erfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die mit denen des unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen Stands der Technik vergleichbar sind, sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 2 zeigt eincharakteristi sches Diagramm mit Frequenzkomponenten des in der Klopferfas sungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfaßten Ionenstroms.

Bezugnehmend auf Fig. 1 weist eine Zündspule 10 eine Primär wicklung 10a und eine Sekundärwicklung 10b auf. Eine Zündker ze 12 ist in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) angeordnet. Die Primärwicklung 10a der Zündspule 10 ist mit einem Schaltelement 11 verbunden. Wird ein Zündsignal IGt von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (nicht ge zeigt) in das Steuertor des Schaltelements 11 eingegeben, so daß das Schaltelement 11 eingeschaltet wird, so wird der Pri märwicklung 10a der Zündspule 10 ein Primärstrom I₁ aus einer Batteriestromversorgung +B zugeführt.

Ein Stromweg auf der Seite der Sekundärwicklung 10b der Zünd spule 10, durch den ein Sekundärstrom I₂ zirkuliert, wird durch die Zündkerze 12, die Sekundärwicklung 10b der Zündspu le 10, eine Zenerdiode 13 und einer weitere Zenerdiode 14 ge bildet. Die Zenerdiode 14 ist bezüglich der Flußrichtung des Sekundärstroms I₂ (Strom des sekundären Stromkreises) in Vor wärtsrichtung geschaltet. Die Zenerdiode 13 ist zum Laden ei nes als Ionenstromerfassungsstromquelle angeschlossenen Kon densators 15 geschaltet, der parallel zu der Zenerdiode 13 geschaltet ist. Ein Widerstand 16 ist parallel zu der Zener diode 14 geschaltet.

Der Ionenstrom wird wie folgt erfaßt. Ein Ionenstrom I_ION fließt von dem Kondensator 15 über die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10 zu der Zündkerze 12. Weiterhin fließt der Ionenstrom I_ION von dem invertierten Anschluß (-) eines Opera tionsverstärkers 20 über einen Ionenstromerfassungswiderstand 17. Der Ionenstrom I_ION wird durch den Ionenstromerfassungswi derstand 17 erfaßt. Ein zwischen den invertierenden Anschluß (-) und einen Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 geschalteter Widerstand 21 ist ein Verstärkungswiderstand zum Einstellen einer Verstärkung des Operationsverstärkers 20.

Ein Ionenstromsignal SI_ION, d. h. ein auf dem Ionenstrom I_ION basierendes Ausgangssignal des Operationsverstärkers 20 zeigt einen charakteristischen Klopfsignalverlauf in einem Fre quenzband, beispielsweise im Bereich 6 kHz, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 2 angegeben ist, wenn ein Klopfzustand vorliegt. Tritt eine Störung wie beispielsweise eine Impulsspitzenstörung oder eine Brennstörung auf, so er scheint ein charakteristisches Störsignal in einem Frequenz band beispielsweise im Bereich von 4 kHz in dem Ionenstromsi gnal SI_ION, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 ange geben ist. In Fig. 2 ist der Signalverlauf des Ionenstromsi gnals SI_ION in einem Bereich unterhalb eines Frequenzbands in der Umgebung von 3 kHz durch eine durchgehende Linie angege ben, wobei weder eine Störung noch ein Klopfzustand vorliegt. Zum Extrahieren dieser charakteristischen Signalverläufe des Ionenstromsignals SI_ION durchläuft das Ionenstromsignal SI_ION zuerst ein Hochpaßfilter (HPF) 22 mit einer Grenzfrequenz von 3 kHz, so daß ein Signal in einem Frequenzband oberhalb von 3 kHz erhalten wird, in dem das Klopfsignal oder das Störsignal enthalten sind. Da das Frequenzband unterhalb 3 kHz, in dem das Klopfsignal und das Störsignal im wesentlichen denselben Signalverlauf aufweisen, anfänglich aus dem Ionenstromsignal SI_ION entfernt wird, kann das Auftreten eines Klopfzustands oder einer Störung mit höherer Genauigkeit festgestellt wer den.

Danach wird das durch den HPF 22 geführte Signal in eine Mas kierschaltung 23 eingegeben, wodurch das Signal in ein im we sentlichen lediglich innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal eines nachstehend beschriebenen Mikrocomputers 30 eingestellten Maskierintervalls auftretendes Signal verar beitet wird. Das durch die Maskierschaltung 23 geführte Si gnal wird sowohl in ein Bandpaßfilter (BPF, oder ein Bandpaß filter mit spezifischer Frequenz) 24 mit beispielsweise 6 kHz, zum Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands, als auch in ein Bandsperrenfilter (BEF, oder ein Bandsperrenfil ter mit spezifischer Frequenz) 27, mit beispielsweise 6 kHz, zum Erfassen des Auftretens einer Störung eingegeben.

Das durch das BPF 24 gefilterte Signal, in dem das Klopfsi gnal (das Frequenzband im Bereich 6 kHz) enthalten ist, wird in eine Spitzenhalteschaltung 25 eingegeben, wodurch ein Spitzenwert des Signals in einem basierend auf dem Zeitgabe signal des Mikrocomputers 30 eingestellten Torintervall bei behalten wird. Der Spitzenwert des Signals wird dann durch einen A/D-Umsetzer 26 A/D-gewandelt (Analog/Digital gewandelt). Der umgewandelte Digitalwert wird als BPF-Aus gangswert in den Mikrocomputer 30 eingegeben. Andererseits wird das durch das BEF 27 gefilterte Signal, in dem das Stör signal (das Frequenzband im Bereich von 4 kHz) enthalten ist, in eine Spitzenhalteschaltung 28 eingegeben, wodurch ein Spitzenwert des Signals in einem basierend auf dem Zeitgabe signal des Mikrocomputers 30 eingestellten Torintervall bei behalten wird. Der Spitzenwert wird dann durch einen A/D-Um setzer 29 A/D-gewandelt. Der Digitalwert wird dann als ein BEF-Ausgabewert in den Mikrocomputer 30 eingegeben. Der Mi krocomputer 30 ist als eine logische Schaltung ausgestaltet, die enthält eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) zum Durch führen verschiedener Operationen, ein Steuerprogramme spei cherndes ROM, ein verschiedene Daten speicherndes RAM, ein Hilfs-RAM, eine Eingabe-/Ausgabe-Schaltung, Busleitungen und dergleichen

Fig. 3 zeigt eine Karte zum Angeben einer Ausgabeverteilung des BPF-Ausgabewerts (mV), der durch aufeinanderfolgendes Verarbeiten des Ionenstromsignals SI_ION des Operationsverstär kers 20 durch das HPF 22, die Maskierschaltung 23 und den mit dem BPF 24 beginnenden Schaltungspfad erhalten und danach in den Mikrocomputer 30 eingegeben wird, und des BEP-Ausgabe werts (mV), der durch aufeinanderfolgendes Verarbeiten des Ionenstromsignals SI_ION des Operationsverstärkers 20 durch das HPF 22, die Maskierschaltung 23 und den an dem BEF 27 begin nenden Schaltungspfad erhalten und dann in den Mikrocomputer 30 eingegeben wird.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, führt das Auftreten eines Klopfzustands zu einer Erhöhung des BPF-Aus gabewerts, und das Auftreten einer Störung zu einer Erhö hung des BEF-Ausgabewerts. Daher kann der Mikrocomputer 30 basierend auf dem eingegebenen BPF-Ausgabewert und BEF-Aus gabewert das Auftreten eines Klopfzustands gemäß der Dar stellung in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 erfassen. Es folgt eine Beschreibung der Bestimmungsoperation hinsichtlich des Erfassens eines Klopfzustands unter Bezugnahme auf das Fluß diagramm gemäß Fig. 4. Die gemäß der Darstellung in Fig. 4 durchgeführte Bestimmungsoperation bildet eine Klopfbestim mungseinrichtung.

Im Schritt S100 setzt der Mikrocomputer 30 eine Klopfkennung F1 zurück (auf 0), die beim Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands in der Bestimmungsoperation gesetzt wird, und auch eine Störungskennung F2 (auf 0) die beim Feststellen des Auftretens einer Störung gesetzt wird. Danach nimmt der Mi krocomputer 30 im Schritt S102 die Eingabe eines BPF-Aus gabewerts und eines BEF-Ausgabewerts entgegen. Im Schritt S102 wird festgestellt, ob sich der BPF-Ausgabewert innerhalb eines Bereichs befindet, in dem der BPF-Ausgabewert größer oder gleich einem zuvor eingestellten vorbestimmten Wert α ist (Fig. 3). Trifft diese Bestimmungsbedingung zu (JA), so wird danach im Schritt S103 festgestellt, ob sich die Kombi nation des BPF-Ausgabewert und des BEF-Ausgabewerts innerhalb eines Bereich befindet, in dem das Verhältnis zwischen diesen größer oder gleich einem vorbestimmten Wert β ist, der in der Karte gemäß Fig. 3 als ein Gradient dargestellt ist, d. h. (BPF-Ausgabewert)/(BEF-Ausgabewert) ≧ β, insbesondere ein in diesem Fall anhand durchgehender Linien in Fig. 3 schattier ter Bereich. Trifft diese Bestimmungsbedingung zu (JA), so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß gerade ein Klopfzustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, und setzt die Klopfkennung F1 im Schritt S104 auf "1". Basierend auf dem Ergebnis dieser Bestimmung führt der Mikrocomputer 30 eine Zündzeitpunktsver zögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durch. Es folgt ei ne Beschreibung der Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung unter Bezugnahme auf Fig. 5.

Wird im Schritt S102 festgestellt, daß der BPF-Ausgabewert kleiner als der vorbestimmte Wert α ist (NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß weder ein Klopfen noch eine Störung vorliegt, und beendet die Klopfzustandsbestimmungsoperation. Wird im Schritt S102 festgestellt, daß der BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist (JA), und im Schritt S103, daß die Kombination des BPF-Ausgabewerts und des BEF-Ausgabewerts innerhalb eines Bereichs liegt, in dem das Verhältnis zwischen diesen geringer als der vorbestimmte Wert β ist, d. h. (BPF-Ausgabewert)/(BEF-Ausgabewert) < β, insbesondere ein in diesem Fall durch die gestrichelten Lini en in Fig. 3 schattierter Bereich (NEIN), so bestimmt der Mi krocomputer 30, daß eine Störung vorliegt und setzt die Stö rungskennung F2 auf "1". In diesem Fall verhindert der Mikro computer 30 die Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors, da kein Klopfzustand vorliegt.

Es folgt eine Beschreibung der für den Verbrennungsmotor durchgeführten Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung beim Er fassen eines Klopfzustands unter Bezugnahme auf Fig. 5. Die gemäß der Darstellung in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 5 durch geführte Steuerung bildet eine Zündzeitpunktsverzögerungs steuerungseinrichtung.

Im Schritt S200 nimmt der Mikrocomputer 30 die Eingabe von Daten über Betriebszustände des Verbrennungsmotors (nicht ge zeigt) entgegen, beispielsweise die Motordrehzahl NE und die Ansaugluftmenge Q, die durch einen bekannten Drehzahlsensor bzw. einen bekannten Ansaugluftströmungssensor erfaßt werden.

Danach wird ein Bezugszündzeitpunkt θB basierend auf der Mo tordrehzahl NE und der Ansaugluftmenge Q berechnet. Die Be rechnung des Bezugszündzeitpunkts θB dient lediglich zur Be rechnung eines optimalen Zündzeitpunkts in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und wird hier nicht näher beschrieben. Im Schritt S202 wird festge stellt, ob die Störungskennung F2 "1" beträgt, d. h. ob das Auftreten einer Störung erfaßt wurde. Wird festgestellt, daß die Störungskennung F2 nicht "1" beträgt (NEIN), so schreitet der Ablauf zum Schritt S203, wo bestimmt wird, ob die Klopf kennung F1 "1" beträgt, d. h. ob das Auftreten eines Klopfens erfaßt wurde. Wird festgestellt, daß die Klopfkennung F1 "1" beträgt (JA), so schreitet der Ablauf zum Schritt S204, wo ein Zündzeitpunkt θ durch Subtrahieren einer vorbestimmten Größe Rθ von dem im Schritt S201 berechneten Bezugszündzeit punkt θB berechnet wird. Basierend auf dem so berechneten Zündzeitpunkt θ führt der Mikrocomputer 30 die Zündzeit punktssteuerung durch. Zusammengefaßt wird das Klopfen beim Auftreten eines Klopfens durch Verzögern des Zündzeitpunkts auf den durch Subtrahieren des vorbestimmten Größes Rθ von dem Bezugszündzeitpunkt θB erhaltenen Wert gesteuert.

Wird im Schritt S202 festgestellt, daß die Störungskennung F2 "1" beträgt (JA), d. h. eine Störung erfaßt wurde, oder wird im Schritt S203 festgestellt, daß die Klopfkennung F1 "1" be trägt (NEIN), d. h. das Auftreten eines Klopfzustands erfaßt wurde, so schreitet der Ablauf zum Schritt S205, wo die Zünd zeitpunktssteuerung basierend auf dem im Schritt S201 berech neten Bezugszündzeitpunkt θB durchgeführt wird.

In der Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden durch die vorstehend beschriebenen Elemente verschiedene Einrichtungen gebildet. Eine Ionenstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines in einem Brennraum des Verbrennungsmotor unmittelbar nach dem Auftreten eines durch die Zündkerze 12 erzeugten Zündfunkens fließenden Ionenstroms I_ION als das Ionenstromsignal SI_ION wird gebildet durch den Kondensator 15, die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10, die Zündkerze 12, den Ionenstromerfassungs widerstand 17, den Operationsverstärker 20 und dergleichen. Das BPF 24 bildet eine erste Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Signals im Bereich von 6 kHz, d. h. in einem Klopffrequenzband, aus dem durch die Ionenstromerfassungsein richtung erfaßten Ionenstromsignal SI_ION. Das BEF 27 bildet eine zweite Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren im wesentlichen aller Signale außerhalb des Klopffrequenzbands im Bereich von 6 kHz, aus dem durch die Ionenstromerfassungs einrichtung erfaßten Ionenstromsignal SI_ION. Durch den Mikro computer 30 wird eine Klopfbestimmungseinrichtung realisiert zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, unter der Vor aussetzung, daß der BPF-Ausgabewert basierend auf dem durch das BPF 24 extrahierten Signal größer oder gleich dem vorbe stimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Aus gabewerts zu dem BEF-Ausgabewert basierend auf dem durch das BEF 27 extrahierten Signal größer oder gleich dem vorbe stimmten Wert β ist.

Zusammengefaßt bestimmt der Mikrocomputer 30, daß ein Klopf zustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, wenn der als Klopfbestimmungseinrichtung dienende Mikrocomputer 60 fest stellt, daß der durch das BPF 24 erhaltene BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem durch das BEF 27 er haltenen BEF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert β ist. Da die Klopfbestimmungseinrichtung sowohl die Größe des Klopfsignals als auch das Ausgabeverhältnis zwi schen dem Klopfsignal und dem Störsignal berücksichtigt, kann das Auftreten eines Klopfzustands in einem Verbrennungsmotor mit hoher Genauigkeit ohne Beeinflussung durch das Auftreten von Störungen erfaßt werden.

Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält weiterhin eine durch den Mikrocomputer 30 realisierte Verzögerungssteuerungsver hinderungseinrichtung. Ist der auf dem durch das BPF 24 ex trahierten Signal basierende BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α und darüber hinaus das Ver hältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem auf dem durch das BEF 27 extrahierten Signal basierenden BEF-Ausgabewert geringer als der vorbestimmte Wert β, so bestimmt die Verzögerungssteue rungsverhinderungseinrichtung, daß eine Störung vorliegt, und verhindert die Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors.

Zusammengefaßt bestimmt der Mikrocomputer 30, daß eine Stö rung vorliegt, und verhindert die Zündzeitpunktsverzögerungs steuerung des Verbrennungsmotors, wenn der als die Verzöge rungssteuerungsverhinderungseinrichtung dienende Mikrocompu ter 30 feststellt, daß der durch das BPF 24 erhaltene BPF-Aus gabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem durch das BEF 27 erhaltenen BEF-Ausgabewert geringer als der vorbe stimmte Wert β ist.

Durch das auf diese Weise mögliche genaue Unterschieden zwi schen dem Klopfzustand und der Störung kann die Zuverlässig keit des Klopfsteuersystems verbessert werden, das die Zünd zeitpunktsvorverlegungs-/Verzögerungssteuerung eines Verbren nungsmotors entsprechend dem Auftreten eines Klopfzustands durchführt.

Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält weiterhin eine durch das HPF 22 mit einer Grenzfrequenz von 3 kHz gebildete Fil tereinrichtung. Die Filtereinrichtung befindet sich zwischen der durch den Kondensator 15, die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10, die Zündkerze 12, den Ionenstromerfassungswi derstand 17, den Operationsverstärker 20 und dergleichen ge bildeten Ionenstromerfassungseinrichtung und der Kombination der durch das BPF 24 gebildeten ersten Signalextraktionsein richtung und der durch das BEF 27 gebildeten zweiten Signal extraktionseinrichtung. Die durch das HPF 22 gebildete Fil tereinrichtung extrahiert im wesentlichen lediglich Signale eines oberhalb einer vorbestimmten Frequenz befindlichen Fre quenzbands aus dem Ionenstromsignal SI_ION der Ionenstromerfas sungseinrichtung.

Durch das in einer der Extraktion der für das Klopfsignal und das Störungssignal charakteristischen Signalverläufe vorge schalteten Stufe angeordnete HPF 22, d. h. die Filtereinrich tung, entfernt die Klopferfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor der Extraktion des Klopf- und Stö rungssignals Signalkomponenten in dem Frequenzband unterhalb 3 kHz, innerhalb dem das Klopfsignal und das Störungssignal im wesentlichen denselben Signalverlauf zeigen, aus dem Io nenstromsignal SI_ION. Daher ermöglicht die Klopferfassungsvor richtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine genauere Be stimmung dahingehend, ob ein Klopfzustand oder eine Störung vorliegt, wodurch die Zuverlässigkeit des Klopfsteuersystems verbessert wird.

Obwohl die erste Signalextraktionseinrichtung in dem vorge nannten Ausführungsbeispiel durch das BPF 24 zum Extrahieren eines Signals innerhalb eines Klopffrequenzbands im Bereich von 6 kHz gebildet ist, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, daß das Extraktionsfrequenzband der ersten Signalextraktionseinrich tung in Übereinstimmung mit den Klopffrequenzbandeigenschaf ten desjenigen Verbrennungsmotors gewählt wird, für den die Erfindung eingesetzt wird.

Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird die zweite Ex traktionseinrichtung durch das BEF 27 zum Extrahieren im we sentlichen aller Signale außerhalb des Bands im Bereich von 6 kHz gebildet, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Klopf frequenzband festgelegt ist. Daher führt eine Verschiebung des Störungsfrequenzbands aus dem Bereich von 4 kHz in Abhän gigkeit der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors zu keiner wesentlichen Beeinflussung der Wirksamkeit des extrahierten Signals. Folglich ist durch die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem vorgenannten Ausfüh rungsbeispiel eine exzellente und zuverlässige Trennung des Auftretens eines Klopfzustands von einer Störung möglich und damit eine genaue Bestimmung des Auftretens eines Klopfzu stands.

Obwohl in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel die Spitzen halteschaltungen 25, 28 eingesetzt wurde, ist die Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Beispielsweise können statt dessen Integrationsschaltungen zum entsprechenden Integrieren der Ausgangssignale des BPF 24 und des BEF 27 verwendet werden.

In einer Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmo tor wird ein in einem Brennraum unmittelbar nach dem Erzeugen eines Zündfunkens mittels einer Zündkerze fließender Ionen strom unter Verwendung eines Operationsverstärkers erfaßt. Das Ionenstromsignal durchläuft ein Bandpaßfilter (BPF) zum Bereitstellen eines ein Klopffrequenzband abdeckenden BPF-Aus gabewerts. In einem anderen Schaltungspfad durchläuft das Ionenstromsignal ein Bandsperrenfilter (BEF) zum Bereitstel len eines im wesentlichen alle Frequenzbänder mit Ausnahme des Klopffrequenzband abdeckenden BEF-Ausgabewerts. Die BPF- und BEF-Ausgabewerte werden in einen Mikrocomputer eingege ben, der sowohl die Größe des BPF-Ausgabewerts als auch das Verhältnis des BEF-Ausgabewerts zu dem BEF-Ausgabewert unter sucht. Die Klopferfassungsvorrichtung ermöglicht daher ein genaues Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands in dem Verbrennungsmotor ohne Beeinflussung durch eine Störung.

Claims

1. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei, unter Verwendung einer in einem Brennraum des Verbren nungsmotors angeordneten Zündkerze (12), ein unmittelbar nach dem Auftreten eines Zündfunkens fließender Ionenstrom durch eine Ionenstromerfassungseinrichtung (17) erfaßt wird, gekennzeichnet durch,

a) eine erste Signalextraktionseinrichtung (24) zum Extra hieren eines innerhalb eines Klopffrequenzbands befindlichen Signals aus dem Ionenstrom;
b) eine zweite Signalextraktionseinrichtung (27) zum Extra hieren eines außerhalb des Klopffrequenzbands befindlichen Signals aus dem Ionenstrom; und
c) eine Klopfbestimmungseinrichtung (30) zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn eine Größe des durch die Si gnalextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals zumin dest die Größe eines vorbestimmten Größenwerts aufweist und ein Verhältnis zwischen der Größe des durch die erste Signa lextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals und einer Größe des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung (27) extrahierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Verhältnisses aufweist.

2. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch, eine Zündzeitpunktsverzögerungssteuereinrichtung (30) zum Durchführen einer Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Verbrennungsmotors, wenn ein Klopfzustand erfaßt wird.

3. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch, eine Verzögerungssteuerungsverhinderungseinrichtung (30) zum Bestimmen, daß eine Störung vorliegt, und zum Verhindern der Durchführung einer Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung, wenn die Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals zumindest die Größe eines vorbe stimmten Größenwerts aufweist und das Verhältnis zwischen der Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals und der Größe des durch die zweite Si gnalextraktionseinrichtung (27) extrahierten Signals geringer als ein vorbestimmtes Verhältnis ist.

4. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom über die Zündkerze (12) erfaßt wird.

5. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalextraktionseinrichtung ein Bandpaßfilter (24) enthält.

6. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Signalextraktionseinrichtung ein Bandsperrenfilter (27) enthält.

7. Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch, ein zwischen die Ionenstromerfassungseinrichtung (17) und die erste und zweite Signalextraktionseinrichtung (24, 27) ge schaltetes Filter (22), so daß das Filter (22) den Ionenstrom filtert, um ein Eingeben von Ionenstromkomponenten innerhalb eines unterhalb einer vorbestimmten Frequenz befindlichen Frequenzbands in die erste und zweite Signalextraktionsein richtung (24, 27) zu verhindern.

8. Verfahren zum Erfassen eines Klopfzustands in einem Ver brennungsmotor mit den Schritten des Erzeugens eines Funkens innerhalb eines Brennraums des Motors, des Erfassens eines in dem Brennraum des Motors unmittelbar nach dem Erzeugen des Funkens innerhalb des Brennraums fließenden Ionenstroms, gekennzeichnet durch

a) Extrahieren einer Klopfkomponente aus einem dem erfaßten Ionenstrom entsprechenden Signal, wobei sich die Klopfkompo nente innerhalb eines vorbestimmten Klopffrequenzbands befin det;
b) Extrahieren einer Störkomponente aus dem dem erfaßten Ionenstrom entsprechenden Signal, wobei sich die Störkompo nente außerhalb des vorbestimmten Klopffrequenzbands befin det;
c) Berechnen eines Klopf-/Stör-Verhältnisses zwischen einer Größe der Klopfkomponente und einer Größe der Störkomponente; und
d) Bestimmen, ob ein Klopfzustand vorliegt, basierend auf der Größe der Klopfkomponente und dem Klopf-/Stör-Verhältnis.

9. Klopferfassungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorliegen eines Klopfzustands bestimmt wird, wenn die Größe der Klopfkomponente zumindest einem vorbestimmten Wert und das Klopf-/Stör verhältnis zumindest einem vorbestimmten Verhältnis ent spricht.

10. Klopferfassungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfkomponente extrahiert wird durch Passierenlassen des dem Ionenstrom entsprechenden Signals durch ein Bandpaßfil ter, in dem das Klopffrequenzband durchgelassen wird.

11. Klopferfassungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Störkomponente extrahiert wird durch Passierenlassen des dem Ionenstrom entsprechenden Signals durch ein Bandsperren filter, in dem das Klopffrequenzband gesperrt wird.

12. Klopferfassungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, gekennzeichnet durch, den Schritt des Ausfilterns, vor dem Extrahieren der Klopf- und Störkomponente, einer Komponente des dem Ionenstrom ent sprechenden Signals, in der die Klopf- und Störkomponente nicht voneinander unterscheidbar sind.

13. Klopferfassungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schritt des Verzögerns eines Zündzeitpunkts des Motors durchgeführt wird, wenn bestimmt wird, daß ein Klopfzustand vorliegt.