DE2829246A1

DE2829246A1 - Einrichtung zur erfassung der beim klopfen einer brennkraftmaschine auftretenden schwingungen

Info

Publication number: DE2829246A1
Application number: DE19782829246
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Schulz; Heinz Dipl Ing Dr Theuerkauf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-07-04
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2829246C2

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist schon eine derartige Einrichtung bekannt, bei der Biegeschwinger aus piezoelektrischem Material auf die Klopffrequenz der Brennkraftmaschine abgestimmt sind. Mit derartigen 3iegeschwingern wird eine große Empfindlichkeit in der Detektierung klopfender Verbrennungszyklen erreicht. Die große Güte solcher Schwinger hat aber den Nachteil, daß der Biegeschwinger auch über das Ende der Anregung hinaus weiterschwingt. Dadurch läßt sich bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen keine genaue Aussage nachen, ob in jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine eine klopfende Verbrennung stattfindet, oder ob die Klopfgeräusche nur von der Verbrennung in einem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine herrühren. Außerdem kann der Biegeschwinger hoher Güte auch durch Störungen, beispielsweise durch Schliessen des Einlaßventiles, zum Schwingen angeregt werden.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Klopfschwingung nur innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfaßt wird, in dem normalerweise die Klopfschwingung zu erwarten ist, Störanregungen dagegen weitgehend ausgeschlossen sind. In den zwischen den Meß-Zeitfenstern liegenden Meßpausen erfolgt eine Bedampfung des Biegeschwingers, so daß Fehlmessungen ausgeschlossen sind und die Klopfschwingungen genau einzelnen Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zugeordnet werden können. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß mit derselben Schaltung, die dem Biegeschwinger zugeordnet ist, während eines ersten Zeitintervalls eine Auswertung des Klopfsignales erfolgt und während eines zweiten Zeitintervalls, den Meßpausen, dieselbe Schaltung dazu benutzt werden kann, den Biegeschwinger elektrisch zu dämpfen.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 verschiedene Diagramme zur Erläuterung des Heßvorganges und der sich daran anschließenden Dämpfungsphase des biegeschwingers und Fig. 2 das Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Auswertung des Meßsignales und zur Bedämpfung des Biegeschwingers.
Beschreibung der Erfindung In Fig. la ist der Druckverlauf in zwei Zylindern einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine über der Zeit t aufgetragen.
Der Zündzeitpunkt des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches ist durch einen Pfeil bei 10 angedeutet. Danach wächst der Druck im Zylinder der Brennkraftmaschine an, erreicht ein Maximum und nach diesem Maximum treten die Klopfschwingungen auf.
Für die Ermittlung des Klopfens einer Brennkraftmaschine sind dabei die in Fig. 1b aufgetragenen Zeitfenster bei 11 und 12 interessant. Durch die beachtliche Güte von Biegeschwingern, die zur Ermittlung von Klopfgeräuschen in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, schwingen derartige Meßeinrichtungen auch über das Ende der Anregung hinaus weiter.
Dies ist in Fig. lc dargestellt. Die Schwingung eines Biegeschwingers wird durch das Klopfen angeregt, wobei nach Abklingen der anregenden Schwingung nun eine außerordentlich geringe Dämpfung des Biegeschwingers eintritt. Dies ist unerwünscht, da sich bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen keine genaue Aussage darüber machen läßt, ob bei jedem einzelnen Zylinder eine klopfende Verbrennung stattfindet. Es kann sogar durch ungünstige Überlagerungen der erneuten Anregung vom klopfenden Betrieb des folgenden Verbrennungsauflaufs zum Auslöschen der Schwingung oder zu Schwebungen kommen. Um auch Störungen vom Schließen eines Einlaßventils der Brennkraftmaschine zu unterdrücken, wird, wie in Fig. 1b schon angedeutet, nur innerhalb eines bestimmten Neßfensters das Klopfen ermittelt.
Dabei wird ein Ausgangssignal gewünscht, wie es in Fig. id aufgetragen ist. Ein derartiges Ausgangssignal wird mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 gewonnen.
In Fig.2 ist ein Biegeschwinger 13 aus piezoelektrischem Material dargestellt. Der Biegeschwinger 13 ist einseitig mit Hilfe einer Spannvorrichtung 14 und 15 fest eingespannt und wird über die Spannvorrichtung beispielsweise mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Treten Elopfschwingungen in der Brennkraftmaschine auf, wird der Biegeschwinger 13 zu Schwingungen auf seiner Resonanzfrequenz angeregt. Der Biegeschwinger hat drei Elektroden 16, 17 und 18 und kann beispielsweise als sogenannter Bimorph oder Ilultimorph ausgebildet sein. Die erste Elektrode 16 dient als Meßelektrode, die zweite Elektrode 17 dient als Dämpfungselektrode und die dritte Elektrode 18 ist auf ein Bezugspotential, beispielsweise auf Masse oder, wenn ein symmetrisches Signal gewünscht werden sollte, auf die halbe Betriebsspannung der Schaltungsanordnung gelegt. Mit der Elektrode 16 ist ein Pulsbreitenmodulator 19 verbunden, der einen Operationsverstärker 20 und ein Rückkopplungsnetzwerk mit einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 aufweist. Die Meßelektrode 16 ist an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 angeschlossen, während der Rückkopplungszweig mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 verbunden ist. Das R-C-Glied 21, 22 bestimmt die Frequenz des Pulsbreitenmodulators. Der Ausgang des Operationsverstärkers 20 ist über einen Schalter 23 mit der zweiten Elektrode 17 verbunden. Der Schalter 23 wird von einer bei 24 angedeuteten Zündeinrichtung betätigt. Dies kann beispielsweise bei einer digital gesteuerten Zündeinrichtung 24 mit einem Drehzahl-Impulsgeber dadurch geschehen, daß bei einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, also ausgehend von einer Bezugsmarke bei einer bestimmten Impulszahl der Schalter 23 geschlossen wird und bei einer anderen Winkelstellung der Kurbelwelle also bei einer weiteren Bezugszahl wieder geöffnet wird. Durch diese Steuerung über die Zündanlage 24 kann das in Fig. 1b dargestellte Meßfenster 11 bzw. 12 gebildet werden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende. Während des Meßintervalls, also innerhalb der Meßfenster 11, 12 ist der Schalter 23 geöffnet. Der Pulsbreitenmodulator 19 arbeitet als Auswerteschaltung und an einer Ausgangsklemme 25 kann ein Ausgangssignal abgenommen werden, des sen Impulsbreite eindeutig von dem Signal des Biegeschwingers 13 abhängt. Die Weiterverarbeitung dieses Ausgangssignales kann beispielsweise analog durch Mittelwertbildung oder digital durch ein Auszählverfahren erfolgen.
Bei geeigneter Wahl der freien Parameter des Pulsbreitenmodulators vereinfacht sich die Auswertung dadurch, daß die Schalt schwingung bei Überschreitung einer unzulässigen Klopfintensität aussetzt.
Außerhalb der Meßfenster 11 bzw. 12 soll der Biegeschwinger 13 bedämpft werden, so daß die bedämpften Schwingungen gemäß Fig. 1d entstehen. Zu diesem Zweck wird, wie schon angedeutet, über die Zündanlage 24 der Schalter 23 geschlossen, so daß ein Lageregelkreis mit dem Sollwert 0 entsteht, der eine Schwingung des Biegeschwingers 13 verhindert. Die Stabilität dieses Lageregelkreises ist dadurch gewährleistet, daß der Pulsbreitenmodulator infolge der Rückkopplung 21, 22 PD-Verhalten besitzt.
Mit der beschriebenen Einrichtung ist mit geringem Aufwand eine digitale oder analoge Weiterverarbeitung des mit Hilfe des Biegeschwingers 13 ermittelten Klopfsignales möglich.
Außerdem kann mit derselben Schaltung auf einfache Weise eine Dämpfung des Biegesch;zingers in den Meßpausen erfolgen.

Claims

Ansprüche Einrichtung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit Hilfe eines piezoelektrischen Biegeschwingers, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (16) des piezoelektrischen Biegeschwingers (13) mit dem Eingang eines Pulsbreitenmodulators (19) verbunden ist, an dessen Ausgang während eines ersten Zeitintervalls ein den Klopfvorgang kennzeichnendes elektrisches Signal abnehmbar ist und daß der Ausgang des Pulsbreitenmodulators in einem zweiten Zeitintervall mit einer zweiten Elektrode (17) des piezoelektrischen Biegeschwingers (13) zur Bedämpfung des Biegeschwingers (13) verbindbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Pulsbreitenmodulators (19) und die zweite Elektrode (17) des Biegeschwingers (13) ein Schalter (23) geschaltet ist, der während des ersten Zeitintervalls geöffnet und während des zweiten Zeitintervalls geschlossen ist und der insbesondere von einer Zandeinrichtung (24) der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsbreitennodulator (19) in an sich bekannter .leise einen Operationsverstärker (20) aufweist, in dessen Räckkopplungszweig ein R-C-Glied (21, 22) angeordnet ist.