DE3026097A1 - Regeleinrichtung fuer steuergroessen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Regeleinrichtung fuer steuergroessen einer brennkraftmaschine

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Description

R. 6390
18.6.I98O Mü/Wl
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von' einer Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist eine Zündanlage eines Kraftfahrzeugs, die Signale eines Klopfsensors zur Zündzeitpunktverstellung auswertet, und zwar dergestalt, daß mit stärker werdendem Klopfen der Zündzeitpunkt in Richtung Spät verstellt wird. Bei dieser bekannten Regel einrichtung für den Zündzeitpunkt wird unmittelbar das Signal eines Klopfsensors ausgewertet. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannte Einrichtung äußerst störspanlungsempfindlich ist und somit keine zuverlässigen Ergeb sisse zu liefern vermag.
'forteile der Erfindung
erfindungsgemäße Regeleinrichtung für Steuergrößen ^iner Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanpruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß willkürlieh uftretende Störgrößen weitestgehend ohne Einfluß auf die -"u regelnde Größe sind und somit ein optimaler Betrieb ar Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
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Die Merkmalskombinationen der Unteransprüche haben sich als besonders zweckmäßig bei den Arbeiten auf dem Weg zur Erfindung erwiesen. Mit ihnen läßt sich auf einfache Weise das gewünschte exakte Ergebnis der Regeleinrichtung erreichen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine grob schematische Darstellung der Regeleinrichtung in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine j Figur 2 Impulsdiagramme bezüglich der Signalauswertung und Figur 3 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung selbst. In den Figuren 4 und 5 sowie in Figur 6 sind Einzelheiten der Regeleinrichtung nach Figur dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt in grob schematischer Anordnung eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung zusammen mit Regeleinrichtungen für die Zündung sowie die Kraftstoffeinspritzung. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet. Sie weist ein Ansaugrohr 11 sowie eine Abgasleitung 12 auf. Ein Kraftstoffzumeßsystem umfaßt eine Steuereinrichtung 13 sowie eine Einspritzdüse 14, wobei das Kraftstoffzumeßsignal ausgehend von Drehzahl3 Last und dem Ausgangssignal einer Klopfsignal-Auswerteschaltung 15 bestimmt wird. Entsprechend verarbeitet ein Zündsystem 16 verschiedene Eingangsgrößen und gibt ausgangsseitig an Zündkerzen 17 Hochspannung s signale ab. Die Klopfsignal-Auswertestufe 15 er-
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hält eingangsseitig Signale von Klopfsensoren 18 3 von denen in Figur 1 vier gezeichnet sind, die mittels eines Schalters 19 anwählbar sind. Auf diese Weise können die Klopfsignale zylinderweise erfaßt und verarbeitet werden oder jedoch im Multiplexbetrieb seriell der Klopfsignalauswertestufe 15 zur Verfügung stehen.
Figur 2 zeigt vier Diagramme« In Figur 2a ist der Druck im Brennraum über der Zeit dargestellt, Figur 2b zeigt das Schließwinkelsignal der Zündanlage, Figur 2c ein Meßzeitdauersignal und schließlich Figur 2d das aus Figur 2a ausgefilterte Klopfsignal.
Erkennbar ist aus der Darstellung von Figur 2a ein gezackter Signalverlauf bei der Abfallflanke des Drucksignals. Diese überlager-ten Spitzen rühren vom Klopfen der Brennkraftmaschine her, d.h. daß lokale Zündvorgänge im Brennraum sowie dadurch ausgelöste Druckwellen diesen Drucksignal-Gesamtverlauf ergeben.
Die Erfindung zielt darauf ab, die einzelnen Spitzen im "Druckverlauf während der Drucksignal-Abfallflanke herauszufiltern, sie entsprechend aufzubereiten, auszuwerten und schließlich die einzelnen Steuergrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere die Kraftstoffzumessung und den Zündzeitpunkt entsprechend nachzustellen. Ziel ist, die Verbrennung in den einzelnen Zylindern möglichst nahe der Klopfgrenze zu halten aus Gründen der Wirtschaftlichkeit.
Die sogenannte Klopffrequenz - z.B. aus Figur 2a ersichtlich - ist spezifisch für jeden Brennkraftmaschinentyp. Insoweit ist eine exakte Anpassung der Klopfsignal-Aus-
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wertestufe an den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp erforderlich.
Nach Figur 2d wird das Klopffrequenzsignal aus dem Signalverlauf nach Figur 2a herausgefiltert und für eine weitere Signalverarbeitung aufbereitet«
Ein Beispiel für eine Klopfsignal-Auswertestufe zeigt Figur 3· Dort ist mit 20 eine Impulsformerstufe bezeichnet, an deren Eingang das Signal von einem oder mehreren Klopfsensoren anliegt. Es folgt eine parallele Anordnung von Frequenz- und Amplitudenerkennungsstufe 21 und 22, die ausgangsseitig auf ein UND-Gatter 23 geschaltet sind. Diesem UND-Gatter 23 schließt sich eine Reihenschaltung von Synchronisationsflipflop 24, einem Klopfimpulszähler 25 sowie einem Speicherflipflop 26 an. Das Zündsystem der Brennkraftmaschine ist mit 27 bezeichnet. Eines seiner Ausgangssignale steuert eine Meßzeitsteuerstufe 28 und diese wiederum über einen zweiten Eingang den Klopfimpulszähler 25. Schließlich führen zu Frequenz- und Amplitudenerkennungsstufe 21 und 22 jeweils mehrpolige Leitungen 29 und 30, die Steuergrößen für die jeweiligen Erkennungsstufe symbolisieren.
Wesentlich beim Anmeldungsgegenstand ist, daß das Ausgangssignal des Klopfsensors sowohl auf seine Frequenz, als auch auf seine Amplitude hin untersucht wird. Erst wenn beide Größen für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp charakteristische Werte erreicht bzw. überschritten haben, und darüber hinaus noch an eine vorbestimmte Anzahl von KlopfSignalen aufgetreten sind, erfolgt ein gezielter Eingriff auf die Steuergrößen der Brennkraftmaschine. Im Falle von Figur 1 sind dies die Kraftstoff-
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zumessung sowie die Zündung.
Figur 4 zeigt ein Beispiel einer digital arbeitenden Amplitudenerkennungsstufe, wie sie beim Gegenstand von Figur 3 verwendet werden kann. Sie umfaßt eine Vergleichsstufe 32, der über einen ersten Eingang 33 unmittelbar über einen schnell arbeitenden Analog-Digital-Wandler 3^ Eingangssignale von einem Anschlußpunkt 35 zugeführt werden und über einen zweiten Eingang 36 ein steuerbares Schwellensignal. Dieses entstammt einer Addierstufe 37» in dem die Schwelle· abhängig von einem Wert aus einem Kennfeld 38 und eingangsgrößenabhängig gebildet wird. Für die eingangsgrößenabhängige Steuerung der Schwelle dient ein Tiefpaß 39 'und in Serie dazu ein langsamer Analog-Digital-Wandler 40 zwischen der.Eingangsklemme 35 und der Addierstufe 37·
Aufgrund ihres Aufbaus bildet die Amplitudenerkennungsstufe 22 im wesentlichen die Kurve des Impulsverlaufes nach Figur 2a, und die einzelnen Signalspitzen während der Abfallflanke dieses Eingangssignals werden herausgefiltert und somit in eine weiterverarbeitbare Form gebracht. Die im Kennfeld 38 gespeicherten Werte sind auf den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abgestimmt und sorgen dafür, daß möglichst unabhängig vom Lastzustand und der Drehzahl der Brennkraftmaschine lediglich die Spitzen im Signalverlauf nach Figur 2a erfaßt werden.
Figur 5a zeigt ein Beispiel der Frequenzerkennungsstufe 21 von Figur 3 zusammen mit einem nachfolgenden Klopfimpulszähler. Im einzelnen hat der Gegenstand von Figur 5a folgenden Aufbau. Einem Eingang 45 folgt eine Impulsformerschaltung 46, deren Ausgang wiederum mit dem Lade-Eingang eines
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Zählers 47, mit dem J-Eingang eines JK-Flipflops 48 sowie mit einem ersten Eingang 49 eines NAND-Gatters 50 verbunden ist. Der überlauf-Ausgang 50 des Zählers 47 führt zum Lade-Eingang 51 eines nachfolgenden Zählers 52, dessen Zählbereich die Sandbreite des zu erkennenden Signals bestimmt. Beide Zähler 47 und 52 weisen mehrpolige Eingänge 54 und 55 auf, mit denen ein jeweiliger Anfangs-Zählerstand für den Zählvorgang vorgegeben werden kann. Weitere Eingänge 56 und 57 sind sogenannte Count-Enable-Eingänge, über die der Zählvorgang generell gesteuert werden kann. Das eigentliche Zählsignal gelangt über Eingänge 58 und zu den Zählern 47 und 52,
Während der Q-Ausgang des Flipflops 48 mit dem Zähleingang 56 des ersten Zählers 57 verbunden ist, ist dem Zähleingang 57 des nachfolgenden Zählers 52 der Q-Ausgang eines zweiten JK-Flipflops 60 vorgeschaltet. Dieses Flipflop 60 erhält für den J-Eingang das Ausgangssignal vom Überlauf-Ausgang 62 des Zählers 52 und der K-Eingang steht mit dem überlauf-Ausgang 50 des Zählers 47 sowie mit dem K-Eingang des Flipflops 48 in Verbindung. Das Taktsignal erhalten beide Flipflops 48 und 60 über nicht näher dargestellte Taktleitungen von einer Taktsignalquelle.
Der zweite Eingang 63 des NAND-Gatters 50 erhält sein Signal vom Q-Ausgang des zweiten Flipflops 60. Ausgangsseitig ist das NAND-Gatter 50 mit dem Zähleingang eines nachfolgenden Zählers 65 verknüpft, dem wiederum eine Impulsformerstufe 66 nachgeschaltet ist. Sowohl der Zähler 65 als auch die Impulsformerstufe 66 erhalten als weiteres Steuer signal ein Signal z.B. von der Meßzeitdauerstufe 28 nach Figur 3.
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Erläutert wird die Wirkungsweise des Gegenstandes von Figur 5a zweckmäßigerweise anhand der Impulsdiagramme nach Figur 5b, Mit A ist dort das Eingangssignal an der Eingangsklemme 45 bezeichnet, mit B das Ausgangssignal der Impulsbildnerstufe 46. Der.Zählerstand im Zähler 47 ist in C dargestellt und es wird deutlich, daß mit jeder positiven Anstiegsflanke des Eingangssignals am Eingang 45 der Zähler auf einen bestimmten Zählerstand gesetzt wird. Erreicht der Zählerstand den Wert Null, somit den überlauf, dann stoppt der Zählvorgang und er wird erst bei der nächsten Anstiegsflanke wieder eingeleitet. Beim Erreichen des Zählerstandes Null im ersten Zähler wird jedoch der Zählvorgang im zweiten Zähler 52 entsprechend dem Signalverlauf D gestartet und beendet, wenn dieser Zähler einen vorgegebenen Wertbereich durchlaufen hat. Erscheint während des Zählvorgangs im zweiten Zähler 52 eine Anstiegsflanke beim Eingangssignal, dann wird dies im Sinne der gewünschten Eingangsfrequenz erkannt - mittels des NAND-Gatters 50- und es erscheint ein Ausgangssignal entsprechend Figur 5b E. Mit F ist das Ausgangssignal der Meßzeitdauerstufe 28 bezeichnet, was bedeutet, daß lediglich Eingangsimpulse während des'entsprechenden Signals F auf seine Frequenz hin untersucht werden. Die Signale nach E werden im Zähler 65 gezählt und sind z.B. zwei derartige Impulse aufgetreten, dann wird nach H ein Versteilsignal für die Zündung ausgegeben. Zweck dieser -Ansprechverzögerung ist es, Störsignale mit der zufälligen Frequenz des Klopfsignales nicht zur Wirkung kommen zu lassen.
Die Impulsbilder nach Figur 5b machen deutlich, daß bei einer zu hohen Eingangsfrequenz der gesamte Zählbereich des ersten Zählers 47 nie durchlaufen wird und somit auch
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kein überlauf-Impuls auftritt. Dieser überlauf tritt erst einj wenn die Eingangsfrequenz einen bestimmten oberen Grenzwert unterschreitet. Somit wird mit dem Zählbereich des ersten Zählers diese obere Grenzfrequenz eingestellt.
Die Bandbreite des erfaßbaren Frequenzspektrums ist durch den Zählbereich des zweiten Zählers einstellbar. Ein Ausgangssignal tritt nämlich nur dann auf, wenn beim Eintreffen des nächsten Eingangsimpulses der erste Zähler nicht mehr, der zweite Zähler jedoch noch zählt.
Unterschreitet die Eingangsfrequenz einen unteren Grenzwert, dann kommt die Anstiegsflanke des nächsten Eingangsimpulses erst nach Ende des Zählvorgangs im zweiten Zähler und die entsprechende Logik gibt kein Ausgangssignal mehr ab.
Mit der in Figur 5a dargestellten Schaltungsanordnung ist es somit möglich, Eingangssignale auf das Vorkommen eines ganz bestimmten Frequenzbereichs hin abzufragen. Da die Klopffrequenz bei einer Brennkraftmaschine für den jeweiligen Typ spezifisch ist, kann aus diesem Grund mit der vorgeschlagenen Schaltung das Auftreten des Klopfens sehr genau erfaßt und entsprechend gehandelt werden.
Ein zweites, etwas geändertes Ausführungsbeispiel einer Frequenzerkennungsstufe - oder besser gesagt einer Frequenzbanderkennungsstufe - zeigt Figur 6. Dort findet sich wieder die Reihenschaltung von Impulsformerstufe 46, erstem und zweitem Zähler 47 und 52. Die Übertragausgänge beider Zähler sind zu einem Flipflop 70 geführt, dessen Ausgangssignal sowie das Ausgangssignal der Impulsformerstufe 46 zu einem UND-Gatter 71 geleitet werden. Ihm folgt
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der Zähler 65, dessen Ausgangszählerstand einem vorwählbaren Störabstand entspricht und dessen Ladeeingang 72 vom Ausgangssignal der Meßzeitdauerstufe 28 beschickt wird. Im Hinblick auf ein konstantes Ausgangssignal an einer Ausgangsklemme 74 wird ein Flipflop 75 noch von Signalen des Übertragausgangs des Zählers 65 sowie von der Meßzeitdauerstufe 28 beschickt. Wesentlich ist auch hier, daß die Taktfrequenz der Zähler 47 und 52 wesentlich höher als die Eingangsfrequenz an der Eingangsklemme 45 ist.
Von der prinzipiellen Art her entsprechen sich die beiden Gegenstände der Figuren 5a und 6. Unterschiedlich ist lediglich die Art der Signalverknüpfung, wobei jedoch die Wirkungsweise und das Ergebnis der logischen Schaltverknüpfung gleich ist.
Nachzutragen ist, daß die Erfindung nicht auf ihre Anwendung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen beschränkt ist, da sie auch bei Diesel-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann. In diesem Fall entspricht das Zündsignal einem Spritzbeginnsignal und die Zündverstellung der Spritzbeginnverstellung .
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Claims (6)

3026037 S3 9 0 18.6-,1980 Mü/Wl ROBERT BOSCH GMBH1 7000 Stuttgart 1 Ansprüche
1.) Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmasehine, insbesondere für Kraftstoffzumeß- und Zündsignale, mit einer Eingriffsmöglichkeit für Signale wenigstens eines Klopfsensors in der Brennkraftmaschine über eine Klopfsignal-Äuswertestufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignal-Auswertestufe (15) eine Frequenz- (21) und vorzugsweise eine Amplitudenerkennungsstufe (22) aufweist und das Klopfsignal nur während bestimmter Zeiten bzw. Winkeln bezüglich des Zündsignals mittels einer Meßzeitsteuerstufe (28) erfaßt und ausgewertet wird.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzerkennungsstufe (21) zwei hintereinandergeschaltete Zähler (47 und 52) umfaßt, von denen der zweite Zähler (52) dann gestartet wird, wenn der erste einen bestimmten Zählerstand erreicht hat und in einer Logikeinheit (48, 60, 50, 70, 71) festgestellt wird, ob ein Eingangssignalsanstieg sowie ein Zählvorgang im zwei-
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ten Zähler (52) sur gleichen Zeit auftritt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzerkennungsstufe (21) einen dritten Zähler (65) aufweist, der dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine bestimmte Anzahl von EingangsSignalen einer bestimmten Frequenz erfaßt worden ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenerkennungsstufe (22) einen vorzugsweise steuerbaren Schwellwertschalter (32) aufweist.
5· Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert abhängig vom. Eingangssignal steuerbar ist.
6. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen des Klopfens die Zündung bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung oder der Spritzbeginn bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung in Richtung Spät verstellt und/oder die Kraftstoffzumessung erhöht wird.
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