DE3023013A1

DE3023013A1 - Sensorenanordnung

Info

Publication number: DE3023013A1
Application number: DE19803023013
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Helmut 7143 Vaihingen Maurer; Klaus Dr.-Ing. 7146 Tamm Müller; Franz Ing.(grad.) 7080 Aalen Rieger; Leo 7050 Waiblinen Steinke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-01-14

Description

Sensoranordnung Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.
In der älteren Patentanmeldung P 30 Ol 711.9 ist bereits eine Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen vorgeschlagen worden, bei der wenigstens ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird, vorzugsweise ein Glasstab oder ein Lichtleiterkabel aus Glasfasern.
In der älteren Patentanmeldung P 30 11 569.6 ist bereits eine Sensoranordnung der gleichen. gattungsmäßigen Art vorgeschlagen worden, bei der brennraumseitig ein Fenster angeordnet ist, das eine mit Spitzen oder Kanten konturierte Oberfläche aufweist, an denen das Brenngas im Brennraum vorbeiströmt, so daß die Spitzen und/oder Kanten von Verschmutzung freigescheuert werden.
In der älteren Patentanmeldung P 30 11 570.9 ist bereits eine Sensoranordnung der gleichen Gattung vorgeschlagen worden, bei der der Aufnehmer als in die Brennraumwandung einschraubbare Einheit mit einem brennraumseitig angeordneten Vorvolumen ausgebildet ist, dessen Boden mit einem lichtdurchlässigen Fenster abgeschlossen ist, hinter dem sich der optische Aufnehmer direkt oder über einen Lichtleiter befindet.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat darüber hinaus den Vcrteil, daß durch mechanische Erschütterungen der Sensoranordnung eine Entfernung der sich darauf ablagernden Verschmutzung bewirkt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Sensoranordnung möglich.
So wird ein dem Verschmutzungsgrad des optischen Aufnehmers entsprechendes Signal durch weitgehende Ausnutzung ohnehin vorhandener Signale gewonnen, wobei lediglich zusätzlich als Bezugsgröße der Kurbelwellenwinkel erfaßt werden muß, was jedoch für die Zündanlage ohnehin erforderlich ist.
Weiterhin wird eine besonders gute Wirkung dadurch erzielt, daß die mechanischen Erschütterungen durch kurzzeitiges Auslösen von Klopfvorgängen in der Brennkraftmaschine bewirkt werden, wobei die Klopfvorgänge durch Eingriff in die ohnehin vorhandene Klopfregelung der Brennkraftmaschine ausgelöst werden können.
Schließlich sind Anzeigemittel vorgesehen, die ansprechen, wenn sich der Verschmutzungsgrad des optischen Aufnehmers nach der kurzzeitigen Erschütterung nicht im gewünschten Maße verringert haben sollte.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der von einem optischen Klopfsensor über einen bestimmten Kurbelwellenwinkel abgegebenen Lichtmenge von der Einspritzdauer der Brennkraftmaschine; Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Beim Klopfen einer Brennkraftmaschine tritt eine Stoßwelle, d.h. eine starke Gasschwingung im Brennraum auf, mit der Helligkeitsschwankungen einhergehen, die an einem im Brennraum angeordneten lichtempfindlichen Sensor gemessen werden können. Sensoranordnungen dieser Art sind in den älteren Patentanmeldungen P 30 Ol 711.9, 30 11 569.6 und 30 11 570.9 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarung mit dieser Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Bei optischen Sensoranordnungen zur Erfassung von Klopfschwingungen besteht allgemein das Problem, daß sich im Laufe des Betriebes der Sensoranordnung auf den brennraumseitigen Teil, beispielsweise einem Glasfenster, Verschmutzungen ablagern, die zu einer Verringerung der Lichtmenge rühren, die auf das in der Sensoranordnung befindliche fotoelektrische Element fällt. Hierdurch entstehen Verfälschungen der gemessenen Werte und im Extremfall wird die von der Verschmutzungsschicht durchgelassene Lichtmenge so gering, daß überhaupt keine Messung mehr möglich ist.
Mißt man die Lichtmenge Li, die während eines bestimmten Kurbelwellenwinkels auf die Sensoranordnung fällt, und setzt das so gewonnene Integral JLidt in Beziehung zur Einspritzzeit ti der Brennkraftmaschine, erhält man eine näherungsweise parabolische Beziehung, wie sie in Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist. Ist diese Beziehung für eine bestimmte Brennkraftmaschine bekannt, kann durch Messung des Integrals der einfallenden Lichtmenge über den Kurbelwellenwinkel und Vergleich dieses Wertes mit der gewichteten Einspritzdauer einer Aussage darüber getroffen werden, ob die Soll-Lichtmenge auf den Sensor eingefallen ist, oder ob bereits eine Absorption des Lichtes durch auf dem Sensor aufliegende Verschmutzung eingetreten ist.
Es läßt sich dann unterhalb der Kurve 1 in Fig. 1 eine Grenzkurve 2 angeben, die einem vorbestimmten, gerade noch zulässigen Verschmutzungsgrad des Sensors entspricht.
Stellt man beim Vergleich der integrierten Lichtmenge und der gewichteten Einspritzdauer entsprechend Funktion 1 in Fig. 1 fest, daß ein Punkt in dem mit 3 bezeichneten schraffierten Feld in Fig. 1 erreicht ist, bedeutet dies, daß der gerade noch zulässige Verschmutzungsgrad des Sensors überschritten wurde. Diese Aussage wird erfindungsgemäß zur Einleitung einer mechanischen Erschütterung des Sensors herangezogen, durch die ein Abschütteln der Verschmutzung vom Sensor bewirkt wird.
Hierzu ist eine Anordnung vorgesehen, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei ist mit 10 ein optischer Sensor am Brennraum bezeichnet, der über einen Lichtleiter 11 mit einem fotoelektrischen Element, beispielsweise einem Fototransistor 12 verbunden ist. Dessen Ausgangssignal gelangt auf einen Integrator 13, der von einem Kurbelwellenwinkelgeber 14 gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Integrators 13 gelangt auf einen positiven Eingang eines Komparators 15, an dessen negativen Eingang ein Einspritzzeitgeber 16 über eine Kennlinienstufe 17 angeschlossen ist. Der Ausgang des Komparators 15 ist an einen dynamischen Eingang einer monostabilen Kippstufe 18 angeschlossen, deren Ausgang mit einer Zündanlage 19 in Wirkungsverbindung steht. Der Eingang und der Ausgang der monostabilen Kippstufe 18 sind jeweils an Eingänge eines NOR-Gatters 20 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Anzeigeelement 21 verbunden ist.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist wie folgt: Der Kurbelwellenwinkelgeber 14 liefert Zeitmarken für die Betätigung des Integrators 13, beispielsweise über eine volle Umdrehung der Kurbelwelle. Während dieser von den Zeitmarken bestimmten Integrationsdauer integriert der Integrator 13 das vom optischen Aufnehmer 10 kommende, der einfallenden Lichtmenge Li entsprechende elektrische Signal. Das auf diese Weise erhaltene Integral wird im Komparator 15 mit einem der Einspritzdauer t. entsprechenden Signal verglichen, wobei dieses der Einspritzdauer entsprechende Signal vorher in der Kennlinienstufe 17 gewichtet wurde. Die in der Kennlinienstufe 17, beispielsweise einem PROM abgespeicherte Funktion entspricht der Funktion 2 in Fig. 1. Bei der Wichtung des der Einspritzzeit entsprechenden Signales wird folglich zu jeder Einspritzzeit der Koordinatenwert ermittelt, der der Funktion 2 entspricht. Der Vergleich der beiden Werte im Komparator 15 liefert dann eine Aussage darüber, ob der jeweilige Betriebspunkt sich oberhalb oder unterhalb der Kurve 2 in Fig. 1 befindet. Überschreitet die Verschmutzung der Sensoranordnung den vorbestimmten Grad, geht der Ausgang des Komparators 15 auf Nullpotential. Der dynamische Eingang der monostabilen Kippstufe 18 ist so ausgelegt, daß er die Kippstufe bei übergang von 1 auf 0 setzt. Dadurch entsteht am Ausgang der Kippstufe 18 für eien vorbestimmte Zeit ein Steuersignal, das in der Zündanlage 19 eine Frühverstellung bewirkt. Hierdurch werden gezielt Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine ausgelöst, die eine mechanische Erschütterung des Sensors bewirken, wodurch ein Abschütteln der auf dem Sensor aufliegenden Verschmutzung eintritt. Nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 18 geht deren Ausgang wieder auf Nullpotential zurück und die Beeinflussung der Zündanlage 19 im Sinne einer Frühverstellung und die dadurch ausgelösten Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine werden beendet.
Haben die eingeleiteten Klopfvorgänge nicht ausgereicht, um die dem Sensor anhaftende Verschmutzung zu entfernen, bleibt der Ausgang des Komparators 15 auf Nullpotential stehen. Hierdurch wird jedoch die monostabile Kippstufe 18 nicht erneut gesetzt, da deren Eingang dynamisch ausgebildet ist. Erst wenn der Ausgang des Komparators 15 wieder auf positives Potential umgeschaltet hatte (Verschmutzung beseitigt) kann die monostabile Kippstufe 18 später wieder gesetzt werden. Um anzuzeigen, daß die eingeleiteten Klopfvorgänge nicht ausgereicht haben, um die Verschmutzung zu beseitigen, ist das NOR-Gatter 20 mit dem daran angeschlossenen Anzeigeelement 21 vorgesehen. In diesem Betriebsfall bleibt nämlich, wie erwähnt, der Ausgang des Komparators 15 auf Nullpotential und der Ausgang der monostabilen Kippstufe 18 fällt nach Ablauf deren Standzeit ebenfalls auf Nullpotential zurück. Das bedeutet, daß an beiden Eingänge des NOR-Gatters 20 Nullpotential anliegt, wodurch das Anzeigelement 21 betätigt wird. Dies signalisiert dann, daß der Verschmutzungsgrad des Sensors ein zulässiges Maß überschritten hat und andere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um eine ordnungsgemäße Funktion der Klopfregelung der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
Es versteht sich von selbst, daß das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild nur beispielsweise eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung darstellt und die Erfindung keinesfalls auf diese Ausführungsform beschränkt ist. So kann beispielsweise in weiterer bevorzugt er Ausführungsform der Erfindung die Kennlinienstufe 17 dem Integrator 13 nachgeschaltet sein, wobei der Einspritzzeitgeber 16 direkt an den Komparator 15 angeschlossen ist.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung bevorzugt bei solchen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die über eine Klopfregelung verfügen, bei der ein Steuersignal für die Regelung dadurch gewonnen wird, daß überwacht wird, ob die Klopfsignale einen vorbestimmten Referenzwert Überschreiten. Bei einer derartigen Klopfregelung wird dann erfindungsgemäß der Ausgang der monostabilen Kippstufe 18 auf die Stufe zur Erzeugung des Referenzwertes geführt, wobei ein Setzen der monostabilen Kippstufe 18 bewirkt, daß dieser Referenzwert angehoben wird.
Dies hat zur Folge, daß die Klopfregelung für die Dauer der Standzeit der monostabilen Kippstufe 18 erst bei einem höheren Klopfsignal einsetzt, d.h., daß während der Standzeit ein Klopfen in vorwählbarer Amplitude zugelassen wird.
Sensoranordnung Zusammenfassung Es wird eine Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen vorgeschlagen, bei der wenigstens ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird, bei dem beispielsweise brennraumseitig ein Fenster angeordnet ist, das ein mit Spitzen und/oder Kanten konturierte Oberfläche aufweist oder der als in die Brennraumwandung einschraubbare Einheit mit einem brennraumseitig angeordneten Vorvolumen ausgebildet ist, dessen Boden mit einem lichtdurchlässigen Fenster abgeschlossen ist, hinter dem sich der optische Aufnehmer direkt oder über einen Lichtleiter befindet.
Dabei sind Schaltmittel zur Erkennung eines vorbestimmten Verschmutzungsgrades des optischen Aufnehmers vorgesehen, durch die gezielte Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine auslösbar sind, die ein Abschütteln der Verschmutzung vom optischen Aufnehmer bewirken.
Leerseite

Claims

Ansprüche 1. Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschinen auftretenden Schwingungen, bei der wenigstens ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 Ol 711.9, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zur Erkennung eines vorbestimmten Verschmutzungsgrades des optischen Aufnehmers (10) vorgesehen sind, durch die Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine auslösbar sind.
2. Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, bei der wenigstens ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird und wobei brennraumseitig ein Fenster angeordnet ist, das eine mit Spitzen und/oder Kanten konturierte Oberfläche aufweist, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 11 569.6, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zur Erkennung eines vorbestimmten Verschmutzungsgrades des optischen Aufnehmers (10) vorgesehen sind, durch die Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine auslösbar sind.
3. Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, bei der wenigstens ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird und bei der der Aufnehmer als in die Brennraumwandung einschraubbare Einheit mit einem brennraumseitig angeordneten Vorvolumen ausgebildet ist, dessen Boden mit einem lichtdurchlässigen Fenster abgeschlossen ist, hinter dem sich der optische Aufnehmer direkt oder über einen Lichtleiter befindet, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 11 570.9, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zur Erkennung eines vorbestimmten Verschmutzungsgrades des optischen Aufnehmers (10) vorgesehen sind, durch die Klopfvorgänge in der Brennkraftmaschine auslösbar sind.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen Komparator (15) umfassen, der ein der Einspritzdauer der Brennkraftmaschine entsprechendes Signal mit einem dem Integral des Ausgangssignales des optischen Aufnehmers (10) über einen vorbestimmten Kurbelwellenwinkel entsprechenden Signal vergleicht.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzdauer-Signal über eine Kennlinienstufe (17) geführt wird.
6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Klopfregeleinheit aufweist, in der Klopfsignale durch Vergleich mit einem Referenzwert erkannt und bei Auftreten von Klopfsignalen die Zündung nach spät verstellt wird, wobei der Referenzwert bei Erkennung des vorbestimmten Verschmutzungsgrades angehoben wird.
7. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfvorgänge nur kurzzeitig ausgelöst werden.
8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (15) eine monostabile Kippstufe (18) mit dynamischem Eingang nachgeschaltet ist, deren Ausgang auf eine Zündwinkelsteuerung einer Zündanlage (19) der Brennkraftmaschine einwirkt.
9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang und Ausgang der monostabilen Kippstufe (18) logische Schaltmittel derart angeschlossen sind, daß ein Anzeigesignal erzeugt wird, wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe (18) nach Ablauf deren Standzeit auf seinen Ruhewert zurückkehrt und immer noch ein Eingangs-Steuersignal anliegt,