DE3006417A1

DE3006417A1 - Elektronischer klopfdetektor

Info

Publication number: DE3006417A1
Application number: DE19803006417
Authority: DE
Inventors: Serge Guipaud
Original assignee: Sev Marchal
Current assignee: Sev Marchal
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-11
Also published as: IT8067279A0; US4279143A; SE8001391L; FR2449798A1; FR2449798B1; SE440535B; ES487620A1; JPS6350547B2; JPS55117077A; IT1128377B; BR8001050A

Description

Elektronischer Klopfdetektor.

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Klopfdetektor zur Lieferung eines Signales S zur Veränderung dor Zündverschiebung eines Verbrennungsmotors ,mit einem an dem Motor befestigten Vibrationsfühler, dem ein Bandpaßfilter nachgeschaltet ist, welches das den Klopfschwingungen entsprechende Frequenzband selektiert ,und mit einem Komparator, dessen Ausgang das Signal S liefert, und dessen beiden Eingängen A und B das Ausgangssignal des Bandpaßfilters nach unterschiedlichen Verarbeitungen, die auf verschiedenen Zweigen vorgenommen werden, zugeführt wird, wobei der zum Eingang B führende Zweig einen Integrator enthält, dem ein Verstärker nachgeschaltet ist.

Für einen ordnungsgemäßen Lauf eines Verbrennungsmotors (Otto-Motors) benötigt man eine Zündvorrichtung mit einer Rotationswelle. Diese Zündvorrichtung liefert ein Zündsignal, das die Entladung der Zündspule über die Zündkerzen des Motors mit Hochspannung auslöst. Das Zündsignal wird mit einer gewissen Verzögerung gegenüber dem Erreichen des oberen Totpunktes des betreffenden Kolbens in dem Zylinder erzeugt. Die Verschiebung des Zündsignals gegenüber dem oberen Totpunkt ist von der Rotationsgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl abhängig.

Andererseits können unter bestimmten Bedingungen bei einem Verbrennungsmotor Klopferscheinungen in Höhe des Zylinderkopfes auftreten. Dieses Klopfen hat die Form von Schwingungen, die eine übermäßige Erwärmung des Motors zur Folge haben und in bestimmten Fällen zur Zerstörung bestimmter Motorteile führen können. Wenn man, ausgehend von der Vorzündkurve, die für jc?de Motordrehzahl das maximale Drehmoment liefert, die Leistung des Motors durch Vergrößerung dos Verdich-

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tungsverhältnisses oder unter Anwendung einer Vorverdichtung erhöhen will, besteht die Gefahr, daß Klopfen auftritt. Es ist bekannt, das Auftreten von Klopfen zu ermitteln, um nur in dem betreffenden Augenblick den Wert der Vorzündung zu verringern, hierzu benutzt man einen Vibrationsfühler, der am Motor angebracht wird, und der im Falle des Klopfens,das mit Schwingungen im Bereich von 5 bis 10 kHz auftritt, anspricht. Als Vibrationsfühler, der zur Ermittlung des Klopfens benutzt wird, kann ein herkömmlicher Beschleunigungsmesser verwandt werden, der im allgemeinen direkt an dem Verbrennungsmotor bzw. dem Motorblock befestigt wird. Dieser Fühler stellt jedoch nicht nur Vibrationen fest, die vom Klopfen herrühren, sondern auch solche Vibrationen, die durch den Motor bei ordnungsgemäßem Lauf erzeugt werden. Der Schwingungsfühler registriert also permanent Schwingungen, die einen Störpegel bilden und gegebenenfalls beim Auftreten von Klopfen auch spezielle Schwingungen, die auf das Klopfen zurückgehen. Hieraus folgt, daß zur Ermittlung des Auftretens von Klopfen eine Unterscheidung zwischen dem Störpegel einerseits und den Klopfschwingungen andererseits erfolgen muß. Das Auftreten bestimmter Schwingungserscheinungen, insbesondere von Klopfen, bewirkt eine Vergrößerung der Amplitude des von dem Beschleunigungsmesser erzeugten elektrischen Signals. Ein einfaches Verfahren besteht daher darin, das von dem Beschleunigungsmesser gelieferte Signal mit einem bestimmten Schwellenwert zu vergleichen. Die Größe dieses Signals ist jedoch abhängig von der Motordrehzahl.

Zur Erkennung von Klopfschwingungen ist es bekannt (US-PS 4 012 942), das von dem Fühler gelieferte Signal

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mit einem als Punktion der Motordrehzahl programmierten Störpegel zu vergleichen. Der Nachteil einer solchen Vorrichtung liegt jedoch darin, daß der Störpegel wesentlich von der Funktion des Motors abhängt, der ihn erzeugt, so daß zur Erzielung einer auswertbaren Erkennung von Klopfschwingungen die Programmierung des Störpegels in Abhängigkeit von dem Motor erfolgen muß, für den die Vorrichtung eingesetzt wird. Die gleiche Vorrichtung kann somit nicht unverändert für alle Motoren verwendet werden. Aber selbst bei ein- und demselben Motor ist der Störpegel alterungsabhängig. Die bekannte Vorrichtung liefert daher bei einem neuen Motor, bei dem sie zu brauchbaren Ergebnissen führt, ein anderes Verhalten als bei einem Motor, der schon eine gewisse Zeit lang gelaufen hat und bei dem der Störpegel sich verändert hat.

Ferner ist es bekannt, den Störpegel eines Motors in einer Periode zu messen, von der man weiß, daß in ihr kein Klopfen auftritt (FR-PS 2 244 981). Dieses Störpegelsignal wird gespeichert und mit demjenigen Signal verglichen, das der Vibrationsfühler in dem Intervall liefert, in dem Klopfen auftreten kann. Diese Vorrichtung hat gegenüber der zuvor beschriebenen den Vorteil, daß sie unabhängig von der Art des betreffenden Motors und von dessen Alterung zu brauchbaren Ergebnissen führt. Nachteilig ist jedoch, daß die Ermittlung des Störpegels zu einem anderen Zeitpunkt erfolgt als zu demjenigen Zeitpunkt, in dem das Klopfen auftritt. Man weiß, daß das Phänomen des Klopfens in einem Arbeitszyklus eines Kolbens nur zu Beginn der Antriebsphase und genau gesagt, xn einem Bereich zwischen etwa 0 und 70° hinter dem oberen Totpunkt (bezogen auf die Rotation der Kurbelwelle) auftritt, wobei die gesamte Antriebszeit sich über einen Bereich von 180° hinter dem oberen Totpunkt erstreckt. Der

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Störpegel wird bei der erwähnten bekannten Vorrichtung also außerhalb desjenigen Winkelbereichs ermittelt, auf den der Klopfdetektor anspricht. Die Schwingungserzeugung eines Verbrennungsmotors ist jedoch nicht über den gesamten Arbeitszyklus konstant, da auch Vibrationen auftreten, die durch die Bewegungen oder Stöße bestimmter metallischer Teile, beispielsweise der Ventile, ausgelöst werden. Hieraus folgt, daß der Störpegel, der mit dem von dem Schwingungsfühler gelieferten Signal verglichen wird, von diesem Signal auch dann unterschiedlich ist, wenn kein Klopfen auftritt, so daß die beschriebene Einrichtung ebenfalls nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt.

Ferner ist es bekannt, das von dem Schwingungsfühler gelieferte Signal zu filtern, um ein Frequenzband zu erhalten, das diejenigen Frequenzen enthält, die beim Klopfen erzeugt werden und das gefilterte Signal permanent mit dem Ausgangssignal eines Integrators zu vergleichen, dem das gefilterte Signal zugeführt wird (US-PS 3 822 583) . Der Integrator liefert ein Signal, dessen Größe eine Funktion des Störpegels ist, jedoch erfolgt der Vergleich zwischen dem gefilterten Signal und dem integrierten gefilterten Signal permanent. Es besteht daher die Gefahr, daß der Komparator eine Schwingung ermittelt, deren Pegel das von dem integrierten gefilterten Signal festgelegte mittlere Niveau in einer Phase des Arbeitszyklus übersteigt, in der Klopfen überhaupt nicht auftreten kann. Eine solche Fehlerkennung kann beispielsweise im Augenblick des Schließens eines Ventils erfolgen und somit eine Zündverschiebung herbeiführen, obwohl gar kein Klopfen aufgetreten ist. Daher führt auch diese bekannte Vorrichtung nicht zu befriedigenden Ergebnissen.

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Schließlich ist ein Klopfdetektor bekannt (FR-OS 2 274 796), bei dem ein Bandpaßfilter die für das Klopfen infrage kommenden Frequenzen aus dem Ausgangssignal des Schwingungsfühlers herausfiltert und eine Auswertung der betreffenden Signale nur in einem Winkelbereich bis zu 70° hinter dem oberen Totpunkt erfolgt. Das gefilterte und auf den interessierenden Winkelbereich beschränkte Signal wird auf direktem Wege einem ersten Eingang und über einen Integrator einem zweiten Eingang eines Reglers zugeführt. Das Ausgangssignal des Integrators stellt ein Maß für den Störpegel dar, während das dem Regler direkt zugeführte Signal die auf das Klopfen zurückgehenden Schwingungen enthält. Auch hier können Stöße oder Impulse, die z.B. von Ventilbewegungen herrühren, bereits zur Auslösung der Zündverschiebung führen, die eigentlich nur im Falle des Klopfens auftreten soll.

Aufgabe der Erfindung ist es_r einen Klopfdetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache, wirtschaftliche und zuverlässige Weise die Erkennung von Klopferscheinungen bei einer;. Verbrennungsmotor ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen das Bandpaßfilter und die beiden zu dem Komparator führenden Zweige eine Torschaltung geschaltet ist, die nur während eines bestimmten Winkelbereichs eines Kolbenzyklus geöffnet ist.

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In dem Komparator werden zwei integrierte Signale miteinander verglichen. Damit ist ausgeschlossen, daß eine kurzzeitige Spannungsspitze des von dem Schwingungsfühler kommenden Signales bereits ein Signal zur Zündverschiebung zur Folge hat. Das von dem Schwingungsfühler gelieferte Signal wird zunächst gefiltert, um nur dasjenige Frequenzband auszuwerten, in dem Klopfschwingungen auftreten können. Anschließend wird das gefilterte Signal mit einem Signal verglichen, das eine Funktion des Mittelwertes des gefilterten Signals darstellt. Dieser Vergleich findet ausschließlich in demjenigen Winkelbereich des Arbeitszyklus (Kolbenzyklus) statt, in dem Klopfen überhaupt auftreten kann. Einerseits wird ein Integrationssignal erzeugt, das dem Störpegel der zuletzt aufgetretenen Perioden entspricht, und andererseits ein Integrationssignal, das dem betreffenden Winkelbereich der jeweils ausgewerteten Periode entspricht. Diese Betriebsart verhindert, daß eine Fehlerkennung auftritt, wenn an dem Schwingungsfühler eine Spannungsspitze in dem auszuwertenden Winkelbereich auftritt. Die Zuverlässigkeit des Ansprechens des Schwingungsfühlers wird dadurch erhöht, daß nicht nur ein Vergleich zwischen dem von einem Integrator erzeugten Mittelwert und dem Signal des Schwingungsfühlers erfolgt, sondern vielmehr ein Vergleich zwischen einem Mittelwert, dessen Größe die Mittelwerte der einem Integrationswert, dessen Größe die in dem betrachteten Winkelbereich auftretenden Vibrationen berücksichtigt. Diese Betriebsart verhindert, daß momentane übermässig hohe Vibrationen, die nur in einem kleinen

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Teil des betrachteten Winkelbereichs auftreten, aber nicht auf Klopferscheinungen zurückgehen, eine Fehlauslösung des Klopfdetektors hervorrufen. Die Zuverlässigkeit des Klopfdetektors wird somit erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Winkelbereich des Kolbenzyklus des Motors, in dem das Tor geöffnet ist, zwischen O und 70 und vorzugsweise bei etwa 30° hinter dem oberen Totpunkt eines jeden Kolbens liegt und daß die Ermittlung des Winkelbereichs mit einer Schaltung in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle erfolgt. Dabei kann ferner vorgesehen sein, daß die das Tor steuernde Schaltung zur Ermittlung des Winkelbereichs das Signal eines an dem Motor angebrachten Zündfühlers empfängt und ein periodisches Signal erzeugt, dessen Anfang und Ende in jeder Periode, bezogen auf den Augenblick des Durchgangs durch den oberen Todpunkt, innerhalb eines bestimmten Fehlerbandes im wesentlichen konstant sind, und daß die Schaltung eine erste Stufe enthält, die ein gegenüber dem von ihr empfangenen Signal um eine konstante Zeit verzögertes erstes Signal erzeugt und mindestens eine weitere Stufe, die ein gegenüber dem von ihr empfangenen Signal um eine

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konstante Zeit verzögertes erstes Signal erzeugt und mindestens eine weitere Stufe, die ein gegenüber dem von ihr empfangenen Signal um eine einem konstanten Drehwinkel des Motors entsprechende Zeit verzögertes zweites Signal erzeugt, und daß diese beiden Stufen in Reihe geschaltet sind, um den Anfang und/oder das Ende des Steuersignals für das Tor festzulegen.Das dem Bandpaßfilter nachgeschaltete Tor kann aus einem Transistor bestehen, dessen Basis von der den Winkelbereich angebenden Schaltung gesteuert ist und dessen Hauptanschlüsse einerseits mit Masse und andererseits mit den zu den Eingängen des !Comparators führenden beiden Schaltungswegen verbunden sind, wobei jeder dieser Schaltungswege eine Diode enthält.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Winkelbereich des Kolbenzyklus des Motors, in dem das Tor geöffnet ist, zwischen 0 und 70° und vorzugsweise bei etwa 30° hinter dem oberen Totpunkt eines jeden Kolbens liegt und daß die Ermittlung des Winkelbereichs mit einer Schaltung F in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle erfolgt.

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Die Aufladezeitkonstante des ersten Integrators ist beispielsweise um den Faktor 10 kleiner als die Aufladezeitkonstante des zweiten Integrators. Das Zurücksetzen der Spannung am ersten Eingang des Komparators erfolgt vorzugsweise über einen Transistor, dessen Bais von dem Ausgangssignal der den auszuwertenden Winkelbereich festlegenden Schaltung gesteuert ist. Die Integratorschaltungen können in bekannter Weise aus jeweils einem Reihenwiderstand und einem an den Ausgang des Reihen-Widerstandes und Masse geschalteten Parallelkondensator bestehen.

Zwischen den Ausgang des zweiten Integrators und Masse ist zweckmäßigerweise ein Parallelwiderstand geschaltet, der so bemessen ist, daß der mit ihm verbundene zweite Integrator eine Entladezeitkonstante hat, die viel größer ist als seine Aufladezeitkonstante. Die Entladezeitkonstante des zweiten Integrators ist jedoch klein genug, damit die Spannung am Ausgang des zweiten Integrators bei einer Änderung der Motordrehzahl den hierdurch bedingten Spannungsänderungen des Schwingungsfühlers folgen kann. Der Verstärker, dem die Spannung des zweiten

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Integrators zugeführt wird, liefert an den Komparator eine Spannung, die größer ist als die Ausgangsspannung des zweiten Integrators, jedoch proportional zu dieser.

Wie schon dargelegt wurde, erlaubt die Verwendung des Komparators ausschließlich in demjenigen Winkelbereich des Kolbenzyklus, in dem Klopfen auftreten kann, die Vermeidung einer unzeitgemäßen Einwirkung auf die Zündverschiebung infolge einer nicht auf Klopfen zurückgehenden Erscheinung in einem Bereich des Kolbenzyklus, in dem Klopfen nicht auftreten kann. Andererseits empfängt der erste Eingang des Komparators eine Spannung, die wegen der geringen Zeitkonstante des ersten Integrators ein Abbild derjenigen Fläche darstellt, die durch diejenige Kurve bestimmt wird, die von dem vom Schwingungsfühler erzeugten Signal in dem interessierenden Winkelbereich dargestellt wird. Diese Fläche stellt ihrerseits ein Abbild der Schwingungsenergie dar, derart, daß die Spannung am ersten Eingang 2Ό des Komparators ein Abbild der Schwingungsenergie in dem betrachteten Winkelbereich ist. Diese Spannung wird am Ende eines jeden Winkelbereichs wieder auf Null gesetzt und entspricht daher nur solchen Schwingungen, die in dem betrachteten Winkelbereich enthalten sind. Sie ist unabhängig von den Schwingungen in den Winkelbereichen vorhergehender Perioden. Im Gegensatz hierzu liefert der zweite Integrator,dessen Entladezeitkonstante wesentlich größer ist, ein Abbild der mittleren Schwingungsenergie der betrachteten Winkelbereiche mehrerer vorhergehender Perioden, so daß die erzeugte Spannung ein Abbild des Störpegels ist. Die Verarbeitung des Signals des zweiten Integrators in einem Operationsverstärker ermöglicht es, am zweiten Eingang des Komparators eine Spannung zu erhalten, die dem mittleren Stör-

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pegel proportional ist. Der Verstärker liefert einen Sicherheitsmultiplikator, um zu erreichen, daß die Schwingungsenergie des Klopfens gegenüber dem Störpegel ein bestimmtes Mindestmaß haben muß, damit der Klopfdetektor anspricht.

Nach der Erfindung empfängt der Komparator an seinen beiden Eingängen Signale, die beide bestimmten Erscheinungen entsprechen, die in dem betrachteten Winkelbereich des Kolbenzyklus auftreten. Der Störpegel wird als Mittelwert in demselben Winkelbereich ermittelt, wie die durch das Klopfen hervorgerufene Schwingungsenergie. Auf diese Weise lassen sich die beschriebenen Nachteile der bekannten Klopfdetektoren vermeiden.

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert:

Es zeigen:

Figur 1 ein schematisch.es Schaltbild der elektronischen Einrichtung,

Figur 2 eine graphische Vergleichsdarstellung von Signalen, die am Ausgang einer Integratorschaltung während der Dauer eines von der Zeitkonstante der Schaltung abhängigen Winkelbereichs P entstehen, Figur 3 den Verlauf von Spannungen an den Eingängen A und B des !Comparators unter der Voraussetzung eines konstanten Betriebszustandes des Motors, wobei das Signal S das am Komparatorausgang auftretende Signal ist, und

Figur 4 in kleinerem Zeitmaßstab die Kurven der Spannungen an den Punkten A, B und B' der Schaltung nach Figur 1, sowie das Signal S, bei einer Beschleunigung des Motors.

Die in Figur 1 dargestellte Schaltung weist einen Schwingungsfühler 1 bzw. einen Beschleunigungsmesser auf. Der Schwingungsfühler 1 ist an dem Brennkraftmotor 2 des Fahrzeugs befestigt. Die Drehstellung der Kurbelwelle in Bezug auf den oberen Totpunkt wird von einem Positionsgeber 3 überwacht. Das von dem Beschleunigungsmesser 1 gelieferte 5 Signal wird einem Verstärker 4 und anschließend einem Bandpaßfilter 5 zugeführt, das die zwischen 5 und 10 kHz liegenden Frequenzen durchläßt. Es ist bekannt, daß beim Auftreten des Klopfens an einem Verbrennungsmotor während des Motorlaufs die betreffenden Schwingungen Frequenzen haben, die im Bereich zwischen 5 und 10 kHz liegen. Andererseits ist auch bekannt, daß die Erscheinung des

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Klopfens in einem Kolbenzyklus nur in der Antriebsphase auftritt. Man könnte daher das Auftreten von Klopfen ermitteln, indem man die Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers 1 ausschließlich in einem Win-5" kelbereich P von O bis 30° hinter dem oberen Totpunkt im Zyklus eines Kolbens ermittelt. Diese Winkelangabe ist auf die Rotation der Kurbelwelle bezogen. Eine Schaltung F liefert an ihrem Ausgang während der gesamten Dauer dieses Winkelbereiches,in dem die Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers 1 nach ihrem Durchgang durch das Filter 5 analysiert werden sollen, ein Signal. In der deutschen Patentanmeldung P 29 46 897.1 ist eine sehr einfache Realisierungsmöglichkeit für die aus dem Positionsgeber 3 und der Schaltung F bestehenden Baugruppe beschrieben. Diese Realxsierungsmöglichkeit erlaubt es, als Signal des Gebers das Zündsignal zu verwenden, mit dem Vorbehalt, daß ein gewisses Fehlerband für die Bestimmung des Winkelbereiches akzeptiert wird.

Der Ausgang des Filters 5 ist ausgehend vom Punkt E des Schaltbildes über zwei Wege mit den Eingängen A und B eines Komparators 6 verbunden. Zwischen dem Filter 5 und dem Punkt E liegt ein Tor, das von einem Transistor 7 gebildet ist, dessen Basis über einen Widerstand 8 mit dem Ausgang der Schaltung F verbunden ist. Während des von der Schaltung F bestimmten Winkelbereichs ist der Transistor 7 gesperrt, während er außerhalb dieses Winkelbereichs leitend ist. Im leitenden Zustand des Transistors verbindet dieser den Punkt E mit Massepotential und unterbindet somit die gesamte Funktion des Komparators 6.

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Der Weg zwischen dem Punkt E und dem Eingang A des Komparators 6 enthält eine Diode 9 _f der eine Inte~ gratorschaltung I₁ nachgeschaltet ist. Die Integratorschaltung I₁ besteht aus einem in Reihe mit der Diode 9 geschalteten Widerstand und einem parallel zwischen dem Ausgang des Widerstandes 10 und Masse geschalteten Kondensator 11. Der Ausgang des Integrators I₁ ist mit dem Kollektor eines Transistors verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über einen Widerstand 13 das Signal vom Ausgang der Schaltung F empfängt. Der Transistor 12 ist während der gesamten Dauer des von der Schaltung F ausgesandten Signales gesperrt und er ist leitend_f wenn dieses Signal unterdrückt wird bzw. Null ist.

Auf diese Weise wird am Ende des Winkelbereichs von 0 bis 30° das von der Schaltung I₁ gelieferte Signal auf Null zurückgesetzt. Der Ausgang der Schaltung I- ist mit dem Eingang A des Komparators 6 verbunden.

Der Weg zwischen dem Punkt E und dem Eingang B des Komparators 6 enthält eine Diode 14, der eine Integratorschaltung I2 nachgeschaltet ist, welche einen Widerstand 15 in Reihe mit der Diode 14 und einen Kondensator 16 enthält, der parallel zwischen Masse und dem Ausgang des Widerstandes 15 geschaltet ist. Der Ausgang der Integratorschaltung I^ ist in Reihe mit einem Widerstand 17 geschaltet, dessen Ausgang mit B¹ bezeichnet ist. Zwischen dem Punkt B¹ und Masse ist ein Widerstand 18 geschaltet. Die Ladezeitkonstante der Integratorschaltung I^ wird durch den Widerstand 15 und den Kondensator 16 bestimmt. Die Entladezeitkonstante der Integratorschaltung 2 wird dagegen von dem Kondensator 16 und den Widerständen 17 und 18 bestimmt. Der Punkt B' ist mit dem

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positiven Eingang eines Operationsverstärkers 19 verbunden. Dieser positive Eingang liegt über einen aus den beiden Widerständen 20 und 21 bestehenden Spannungsteiler an einer bestimmten Mittelspannung. Einer der beiden Endpunkte des Spannungsteilers ist mit dem Pluspol der Versorgungsspannung +V verbunden und der andere Endpunkt ist mit Masse verbunden. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers zwischen den Widerständen 20 und 21 ist über einen Widerstand 24 mit der positiven Klemme des Verstärkers 19 verbunden. Die negative Klemme des Verstärkers 19 ist über einen Widerstand 22 mit Massepotential verbunden, so daß an ihr eine Vorspannung liegt. Andererseits ist sie über einen Widerstand 23 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 19 ist über einen Widerstand 25 mit Masse verbunden. An einem Abgriff des Widerstandes 25 wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 19 abgenommen und dem Eingang B des Komparators 6 zugeführt.

Dieser Aufbau des Operationsverstärkers 19 bewirkt, daß am Punkt B eine Spannung entsteht, die eine lineare Funktion der von dem Integrator I₂ gelieferten Spannung ist.

Die Zeitkonstante des Integrators I₁ hängt von dem Widerstand 10 und dem Kondensator 16 ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt sie 100 Mikrosekunden. Diese Zeitkonstante bezieht sich nur auf die Aufladung. Die Entladung erfolgt dagegen sehr schnell, wenn der Transistor leitend wird. Die Aufladezeitkonstante des Integrators 2 beträgt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Millisekunde. Es sei angenommen, daß die maximale Drehzahländerung des Motors bei einem übergang von 1000 U/min auf 6000 U/min in einer Sekunde erfolgt. Unter dieser Bedingung wählt man eine Entladezeitkonstante für den Integrator I₂ von 100 Millisekunden.

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In Figur 2 sind zum Vergleich die Signale dargestellt,die man an den verschiedenen Schaltungen, die jeweils aus einem Reihenwiderstand und einer Parallelkapazität bestehen, erhält, wenn am Eingang dieser Schaltungen die von dem Filter 5 gelieferten Signale stehen. Es wird im wesentlichen der Verlauf im Inneren eines Winkelbereichs von O bis 30 betrachtet, der in Figur 2 mit P bezeichnet ist. Das von dem Filter 5 kommende Signal ist mit 26 bezeichnet. Wenn man annimmt, daß die betrachtete Schaltung über eine Diode angesteuert wird, brauchen die negativen Bestandteile der Signale 26,die in Figur schraffiert dargestellt sind,nicht betrachtet zu werden. Die Kurve 27 entspricht einer Schaltung, die eine Zeitkonstante von Null hat, d.h. ausschließlich von einem Kondensator gebildet wird. Man erkennt, daß die Schaltung sich wie ein Spitzenwertdetektor verhält und sich nicht entlädt, bevor sie sich nicht vorher aufgeladen hat. Die Kurve 28 entspricht einer Integratorschaltung mit einer Aufladezeitkonstante und einer großen Entladezeitkonstante, wie dies bei dem Integrator I2 der Fall ist. Die Spannung am Ausgang verringert sich von einem Bereich P zum anderen Bereich P nicht sehr und während der Dauer eines Bereichs P erfährt diese Spannung aufeinanderfolgend Vergrößerungen. Diese Vergrößerungen 5 erfolgen schneller als die Spannungsverminderungen, so daß am Ende des Bereichs P die Spannung größer ist als am Anfang. Wenn die aufeinanderfolgenden Bereiche P im wesentlichen gleich sind, bleibt, unter dem Vorbehalt einer leichten Schwingung, das Signal 28 auf einem Wert, der im wesentlichen konstant ist, während des Bereichs P leichte Wellungen aufweist und zwischen zwei Bereichen P leicht abfällt. Die Kurve 29 zeigt einen mittleren Fall, wie er von der Schaltung 1 gebildet wird. Diese Schaltung hat eine ziemlich kleine Ladezeitkonstante, so daß die Spannung am Ausgang der Schaltung I- ziemlich schnell ansteigt und da während der Dauer des Bereichs P keine Entlademöglichkeit be-

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steht, ausschließlich vergrößert wird, wie dies bei einem Spitzenwertdetektor geschieht, dessen Verhalten durch die Kurve 27 gekennzeichnet ist. Die Kurve 29 wird am Ende des Bereichs P durch die Wirkung des Transistors 12 auf Null zurückgesetzt.

Die Spannung am Eingang A des Komparators 6 stellt gewissermaßen ein Abbild der Schwingungsenergie während des Winkelbereichs P dar, während die Spannung am Punkt B¹ am Ausgang des Integrators I₂ ein Abbild des Mittelwertes der Schwingungsenergie in den dem betrachteten Bereich P vorangehenden Bereichen P darstellt. Hieraus folgt, daß die Spannung am Punkt A ein Abbild des Schwingungsverhaltens des Motors in dem betrachteten Bereich P bildet, während die Spannung am Punkt B¹ ein Abbild des Störpegels während dieses Bereichs bildet. Beim Auftreten von Klopfen wird das Schwingungsniveau während des Bereichs P erheblich größer als das Schwingungsniveau des Störpegels. Um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß auf die Zündverschiebung des Motors 2 nur dann eingewirkt wird, wenn sichergestellt ist, daß es sich während des Laufens des Motors um Klopfen handelt, muß die Spannung am Punkt B' durch einen Proportionalitätskoeffizienten beeinflußt werden, d.h. einen Koeffizienten, der von dem Verstärker 19 erzeugt wird. Die Spannung am Punkt B ist, wie schon dargelegt wurde, eine lineare Funktion der Spannung am Punkt B¹.

In Figur 3 sind die Signale an den Punkton Λ und B für einen permanenten Rotationsbetrieb des Motors 2 dargestellt . Wenn in dem Bereich P kein Klopfen auftritt, bleibt das Signal A immer unterhalb des Signals B. Wenn dagegen innerhalb eines Bereichs P Klopfen auftritt, wird die Spannung am Punkt A größer als die Spannung am Punkt B. Dies ist für den Bereich P in der Mitte von Figur 3

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der Fall. In diesem Fall erscheint am Ausgang C des Komparators 6 ein Signal S, das in der zweiten Zeile von Figur 3 dargestellt ist. Dieses Signal S wird dazu benutzt, eine Zündverzögerung um einen bestimmten Winkel auszulösen, damit sichergestellt ist, daß das Phänomen des Klopfens verschwindet.

In Figur 4 ist der Verlauf der Spannungen an den Punkten A, B¹ und B dargestellt, wenn der Motor nicht mit konstanter Drehzahl läuft, sondern beschleunigt wird. In dieser Darstellung sind aus Maßstabsgründen die Schwingungen der Spannungen an den Punkten B' und B nicht dargestellt, sondern nur die Mittelwerte dieser Spannungen. In jedem Bereich, in dem Klopfen auftreten kann, erscheint das Signal A als stetig ansteigendes Signal, ohne daß die Schwingungen im Anstiegsbereich bei dem in der Zeichnung gewählten Maßstab sichtbar sind. Wenn die Spannung am Punkt A die Spannung am Punkt B übersteigt, wird als sicher angenommen, daß Klopfen festgestellt worden ist, wobei zu berücksichtigen ist, daß zwischen den Spannungen an den Punkten B¹ und B ein Sicherheitsabstand besteht. In diesem Moment gibt der Komparator 6 einen Rechteckimpuls S an seinem Ausgang C aus.

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Claims

VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

SOCIETE POUR L'EQUIPEMENT DE VEHICULES

26, rue Guynemer 92132 ISSY-LES-MOULINEAUX (Frankreich)

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold. Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreislcr, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln

20.Februar 19 80 Sg/kh

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOr

D-5000 KÖLN 1

Ansprüche

/ 1. ^Elektronischer Klopfdetektor zur Lieferung eines Signales S V zur Veränderung der Zündverschiebung eines Verbrennungsmotors, mit einem an dem Motor befestigten Vibrationsfühler, dem ein Bandpaßfilter nachgeschaltet ist, welches das den Klopfschwingungen entsprechende Frequenzband selektiert,und mit einem Komparator,dessen Ausgang das Signal S liefert, und dessen beiden Eingängen A und B das Ausgangssignal des Bandpaßfilters nach unterschiedlichen Verarbeitungen, die auf verschiedenen Zweigen vorgenommen werden, zugeführt wird, wobei der zum Eingang B führende Zweig einen Integrator enthält, dem ein Verstärker nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Bandpaßfilter (5) und die beiden zu dem Komparator (6) führenden Zweige eine Torschaltung (7) geschaltet ist, die nur während eines bestimmten Winkelbereichs eines Kolbenzyklus geöffnet ist.
2. Klopfdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich des Kolbenzyklus des Motors, in dem das Tor (7) geöffnet ist, zwischen O und 70 und

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vorzugsweise bei etwa 30 hinter dem oberen Totpunkt eines jeden Kolbens liegt und daß die Ermittlung des Winkelbereichs mit einer Schaltung (F) in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle erfolgt.
3. Klopfdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Tor (7) steuernde Schaltung (F) zur Ermittlung des Winkelbereichs (P) das Signal eines an dem Motor (2) angebrachten Zündfühlers (1) empfängt und ein periodisches Signal erzeugt, dessen Anfang und Ende in jeder Periode, bezogen auf den Augenblick des Durchgangs durch den oberen Totpunkt, innerhalb eines bestimmten Fehlerbandes im wesentlichen konstant sind, und daß die Schaltung (F) eine erste Stufe enthält, die ein gegenüber dem von ihr empfangenen Signal um eine konstante Zeit verzögertes erstes Signal erzeugt, und mindestens eine weitere Stufe, die ein gegenüber dem von ihr empfangenen Signal um eine einem konstanten Drehwinkel des Motors entsprechende Zeit verzögertes zweites Signal erzeugt, und daß diese beiden Stufen in Reihe geschaltet sind, um den Anfang und roder das Ende des Steuersignals für das Tor (7) festzulegen.
4. Klopfdetektor nach Anspruch 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Bandpaßfilter (5) nachgeschaltete Tor (7) aus einem Transistor besteht, dessen Basis von der Schaltung (F) gesteuert ist, und dessen Hauptanschlüsse einerseits an Masse und andererseits über zwei Gleichrichterlemente (9, 14) mit den beiden zu den Eingängen des Komparators (6) führenden Zweigen verbunden sind.
5. Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der das Signal zwischen dem Bandpaßfilter (5) und dem Eingang (A) des

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Komparators (6) unterzogen wird, eine in einem ersten Integrator (I-) erfolgende Integration ist, wobei die Zeitkonstante des ersten Integrators (I.,) kleiner ist als die Aufladezeitkonstante des dem Eingang (B) des Komparators (6) vorgeschalteten zweiten Integrators (I2) und daß das Ausgangssignal des ersten Integrators (I.) am Ende eines jeden Winkelbereichs (B), in dem die beiden Integratoren (I₁, I2) an das Bandpaßfilter (5) angeschlossen sind, auf Null gesetzt wird.
6. Klopfdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Eingang (A) des Komparators (6) auf Null setzende Torschaltung ein Transistor (12) ist, dessen Basis von dem Ausgangssignal der den auszuwertenden Winkelbereich (P) festlegenden Schaltung (S) gesteuert ist.
7. Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratoren (I₁, I₃) jeweils aus einem eingangsseitigen Reihenwiderstand (10, 15) und einem mit Masse verbundenen ausgangsseitigen Parallelkondensator (11, 16) bestehen.
8. Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Integrator (I₂) eine Entladezeitkonstante hat, dia viel größer ist als seine Aufladezeitkonstante.
9. Klopfdetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung des zweiten Integrators (I₂) über einen sehr großen Widerstand (18) erfolgt, der parallel zwischen den Ausgang dieses Integrators (I₂) und Masse geschaltet ist.
10. Klopfdetektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladezeitkonstante des mit dem

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Entladewiderstand (18) verbundenen Integrators (I₃) ausreichend klein ist, damit die Ausgangsspannung des zweiten Integrators (I₉) den infolge von Drehzahländerungen des Motors hervorgerufenen maximalen mittleren Amplitudenänderungen der von dem Schwingungsfühler (1) erzeugten Spannung folgt.

11· Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Integrator (I₂) ein Verstärker (19) nachgeschaltet ist, der an seinem mit dem zweiten Eingang (B) des Komparators (6) verbundenen Ausgang eine Spannung liefert, die eine lineare Funktion der Ausgangsspannung des zweiten Integrators (I2) darstellt.

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