DE3027103A1 - Einrichtung zum beurteilen der staerke des in einem verbrennungsmotor entstehenden klopfens - Google Patents

Einrichtung zum beurteilen der staerke des in einem verbrennungsmotor entstehenden klopfens

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Description

Be Schreibung
Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf eine Einrichtung zum Beurteilen der Stärke des in einem Verbrennungsmotor entstehenden Klopfens.
Es ist bekannt, daß das andauernde Auftreten starken Klopfens in einem Motor die Haltbarkeit des Motors beeinträchtigt« Ein leichtes Klopfen bei relativ niedrigen Motordrehzahlen jedoch ergibt ein optimales Verhältnis der Motorausgangsleistung bezüglich des Brennstoffverbrauchs. Die Zündzeitpunktsteuerung hat sehr großen Einfluß auf die Erzeugung des Klopfens, und im allgemeinen neigt der Motor entsprechend dem Vorrücken des Zündzeitpunkts zu einem verstärkten Klopfen.
Im Hinblick auf diese Umstände ist es bekannt, eine Einrichtung zum Zurückstellen oder Vorrücken des Zündzeitpunkts vorzusehen, welche auf den ermittelten Zustand des Klopfens anspricht, indem die Klopfstärke stets erfaßt wird, um dadurch das Verhältnis von Ausgangsleistung und Kraftstoffverbrauch durch Beibehalten des optimalen Klopfzustands zu verbessern.
Es ist ebenfalls bekannt, daß in einem solchen Klopf zustand ein Vibrationsdruckanteil in einem speziellen Frequenzbereich, der sich auf die Druckschwankungen im Kolben bezieht, ansteigt. Die oben angesprochene herkömmliche Einrichtung macht allgemein Gebrauch von diesem Effekt. Sie weist einen Sensor auf, um die Vibration des Motorblocks zu erfassen, und unter Verwendung des vom Sensor abgegebenen elektrischen Detektorsignals wird der genannte spezielle Ireguenzanteil oder -bereich ausgewählt, und der Klopf zustand wird dadurch beurteilt, daß ein Signal
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erhalten wird, welches kennzeichnend ist für die Klopf stärke. Hierbei wird ein dem Hintergrund-Geräuschpegel entsprechender Anteil von der Amplitude des dann ausgewählten Signals subtrahiert .
Genauer gesagt: Zuerst wird der erwähnte spezielle Frequenzbereich aus dem -vom Sensor abgegebenen Detektor signal unter Verwendung eines Bandpaßfilters ausgewählt, und dann wird das ausgewählte Signal gleichgerichtet« Danach wird das gleichgerichtete Signal einer Durchschnittsbildung unterworfen, und das gemittelte Signal wird bis auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt, welcher einem Geräuschpegel des Hintergrundsignals entspricht. Dann wird der Pegel dieses durch Gleichrichtung erhaltenen Signals mit dem Hintergrundsignal verglichen, und es wird ein Impulssignal abgeleitet, dessen integrierter Wert der Klopfstärke entspricht. Durch Abfragen des Impulssignals wird die Stärke des Klopfens oder das Auftreten des Klopfens beurteilt.
Bei einer herkömmlichen Einrichtung dieser Art wird die Klopf stärke nach den oben erläuterten verschiedenen Schritten beurteilt, so daß der Nachteil besteht, daß diese Einrichtung kompliziert ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den oben aufgezeigten Nachteil einer herkömmlichen Einrichtung zu vermeiden und eine einfache Einrichtung zum Beurteilen der Stärke des Klopfens eines Motors anzugeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Beurteilen der Stärke des in einem Verbrennungsmotor entstehenden Klopfens angegeben. Diese Einrichtung enthält einen Sensor zum Erfassen der durch Druckschwankungen im Verbrennungsraum des Motors verursachten Vibration, eine Einrichtung zum Herleiten einer Hüllkurve des Sensor-Ausgangssignals, einen Differentiator zum Differenzieren der Hüllkurve und eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen der Klopfstärke auf der Grundlage eines Wertes des differenzierten Signals.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
Pig. 2 und J
Zeitdiagramme zum Erläutern der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung,
Fig. 4· ein detaillierteres Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die eine Art einer Anzeige auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre in der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung zeigt, und
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Fig. 6 ein Bio ckdi agr atmn eines weiteren Aus führung s"b eispiels der Erfindung«
Gemäß Fig. 1 erfaßt ein Sensor 1 die verschiedenen Vibrationen, die durch Druckschwankungen in dem Verbrennungsraum des Motors verursacht werden. Beispielsweise erfaßt der Sensor 1 die Vibration des Motorblocks, die vom Motorblock erzeugte Tonwelle oder dergleichen. Diese Größen wandelt der Sensor in ein elektrisches Signal um.
Im Ausgangs signal des Sensors 1 sind auch solche Frequenzanteile oder -bereiche enthalten, die in keiner Beziehung zu dem Klopfen stehen. Bei der herkömmlichen Einrichtung besteht die Notwendigkeit, einen speziellen Frequenz anteil oder -bereich der das Klopfen begleitet, dadurch auszuwählen, daß das Ausgangs signal des Sensors 1 durch ein Bandpaßfilter geschickt wird, dessen Resonanzfrequenz mit der speziellen Frequenz beim Auftreten des Klopfens zusammenfällt.
Besteht jedoch der Sensor 1 aus einem Resonanz-Vibrationssensor, dessen Resonanzfrequenz mit der genannten speziellen Frequenz zusammenfällt, so besitzt der Sensor 1 selbst die Fähigkeit auszuwählen, so daß die Verwendung eines Bandpaßfilters nicht notwendig ist.
Ein Beispiel eines Ausgangssignals eines solchen Resonanz-Sensors 1 ist in Fig. 2, Kurve A dargestellt. Die dargestellte Kurve besitzt im Zeitpunkt des Auftretens des Klopfens eine ansteigende Amplitude.
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Ein vergrößerter Amplitudenabschnitt der Einhüllenden, d.h., derjenigen Kurve, der die Spitzen der Vibrationswelle verbindet, des Ausgangssignals repräsentiert nämlich das Klopfen. Die Neigung beispielsweise der ansteigenden (oder abfallenden) Kurve des vergrößerten Amplitudenbereichs -wird bei starkem Klopfen steiler.
Ein an den Ausgang des Sensors 1 angeschlossener AC-(Weehselstrom-)Verstärker 2 verstärkt das Ausgangssignal des Sensors Λ auf einen vorbestimmten Pegel.
Eine Gleiehrichtschaltung 5 bewirkt eine Vollwellen- oder Halbwellen-Gleichrichtung des Ausgangssignals des Sensors 1t das über den AC-Verstärker 2 zugeführt wird, und die Schaltung 3 gibt ein Ausgangssignal ab, wie es in Fig. 2 in Kurve B dargestellt ist.
Um die Einhüllende des Ausgangssignals des Sensors 1 zu erhalten, ist in Serie eine Glättungsschaltung 4- vorgesehen, welche das erwähnte gleichgerichtete Signal in eine geglättete Kurvenform umwandelt, wie sie in Pig. 2, Kurve C dargestellt ist. Die Kurve G entspricht der Einhüllenden der Vibrations-Wellenform.
Eine an die Glättungsschaltung 4 angeschlossene Differenzierschaltung 5 differenziert das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 4, um ein differenziertes Signal zu bilden, wie es in Fig. 2 als Kurve D dargestellt ist.
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Eine an die Differenzierschaltung 5 angeschlossene Klopfstärke-Beurteilungsschaltung 6 erfaßt eine Differenz zwischen dem Maximum (einem Maximalwert der Steigung bei dem vergrößerten Amplitudenabschnitt der Einhüllenden) und dem Minimum (einem Minimalwert des Abfalls des vergrößerten Amplitudenabschnitts der Einhüllenden)des differenzierten Signals der Wellenform, d.h. der Amplitude der in I1Xg. 2 als Kurve D dargestellten Kurve. Die Beurteilung kann ferner auch dadurch vorgenommen werden, daß nur der Maximalwert erfaßt wird.
Die Steigung der Kurve des vergrößerten Amplitudenabschnitts der Einhüllenden wird steiler, wenn die Klopfstärke zunimmt. Folglich liefert die Glättungsschaltung 4 ein Ausgangssignal, so beispielsweise entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Kurve CL bei starkem Klopfen, entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Kurve C2 bei mittlerem Klopfen und entsprechend der in Fig. dargestellten Kurve CU bei leichtem Klopfen. Wenn nämlich das Klopfen schwächer wird, liefert die Glättungsschaltung ein Signal, dessen vergrößerter Amp1itudenabschnitt weniger steil ist.
Die Differenzierschaltung 5 liefert die differenzierten Signale, wie sie in Fig. 3 als Kurven D^, D~ und D-* dargestellt sind. Diese Kurven entsprechen den oben erwähnten Klopfstärken.
Wie man anhand der in Fig. 3 dargestellten Kurven deutlich sehen kann, wächst die Amplitude oder der Maximalwert des differenzierten Signals mit zunehmender Klopfstärke an. Daher kann die Klopfstärken-Beurteilungsschaltung 6 zum Erfassen
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dieser Differenz schließlich, den genannten Effekt heranziehen, um auf der Grundlage dieser Erscheinung die Klopfstärke endgültig zu "beurteilen.
Als ein praktisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in S1Ig. 4 ein Klopf messer zum Prüfen des Klopfzustands gezeigt.
Nach der Zeichnung liefert eine Beurteilungsschaltung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher die Klopfstärken-Beurteilung s schaltung 6 gemäß Fig. 1 nicht vorgesehen ist, von der Differenzierschaltung ein Ausgangssignal der Form, wie sie in Pig. 2 in Kurve D dargestellt ist, an einen Peakdetektor 8. Die Schaltung 8 hält den Maximalwert des Ausgangs signals, welches dann mittels eines A/D-Wandlers 9 in ein digitales Signal umgewandelt und in einem CPU-Speicher 10 gespeichert wird.
Der Peakdetektor 8 wird bei jedem Zündvorgang zurückgesetzt, um den jeweiligen Maximalwert bei jeder Zündung zu halten. Dieser Wert wird fortlaufend im OPIT-Speicher 10 gespeichert.
Die Anzahl der bei jeder Zündung im Speicher gespeicherten Klopfstärkeinformation wird auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre (CKD-Anzeige) 11 in zweidimensionaler Form zur Anzeige gebracht. In Fig. 5 bezeichnet E^ eine Verteilungskurve bei sehr geringem Klopfen, E2 eine Kurve bei leichtem Klopfen und E^ eine Kurve bei starkem Klopfen. Diese Kurven des Klopf zustands eines Motors können als visuelle Anzeige exakt identifiziert werden.
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" ΛΛ " 3027 Ί 03
Eine andere Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt, bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Klopfvenaeidungseinrichtung vorgesehen. Ein Ausgangssignal einer erfindungsgemäßen Klopfstärke-Beurteilungsschaltung 7 wird an Komparatoren oder Tergleicher 12a, 12b und 12c gelegt-Starkes Klopfen wird zahlenmäßig von einem Zähler 13a geringer Kapazität erfaßt, mittleres Klopfen wird von einem Zähler 13b mittlerer Größe gezählt, und leichtes Klopfen wird von einem Zähler 13c großer Kapazität gezählt. Dann, wenn einer der drei Zähler 13a, 13b, und 13 c überläuft, wird über ein ODEE-Glied 14- ein Anforderungssignal für Klopf Vermeidung abgegeben«
D.h., bei starkem Klopfen wird das Klopfvermeidungs-Anforderungssignal selbst bei kleiner Zahl abgegeben, im Gegensatz dazu wird aber bei schwachem Klopfen das Anforderungssignal nicht eher abgegeben, als bis eine große Anzahl gezählt wurde. Die Regelgeschwindigkeit zum Vermeiden des Klopfens steigt nämlich nach Maßgabe des Ansteigens der Klopf stärke, an.
Die ZabOs? 13a, 13b und 13c werden nach jedem vorgegebenen Zeitintervall nach Maßgabe des Kurbelwellen-Umdrehungssignals über die Frequenzteile 15a, 15b und 15c zurückgesetzt.
Wenn das Klopfvermeidungs-Anforderungssignal geliefert wird, wird beispielsweise ansprechend auf dieses Signal der Zündzeitpunkt verzögert.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung die Klopfstärke sehr genau in sehr vernünftiger Ansprechzeit beurteilt werden. Die Ein-
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richtung besteht aus relativ einfachen Schaltungselementen, so z.B. einer Gleichrichterschaltung, einer Glättungsschaltung, einer Differenzierschaltung, usw..
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Claims (6)

  1. PAnzrviT,-\r>nvÄi_TE a. grünecker
    H. KINKELDEY W. S'I OCKMAlR
    O C\ O V *| O^ tJfl-IN3 At-tl iCZUTf-t.H1
    K1 SCHUMANN
    DHHFiWJ P(Pt-PHYS
    P. H JAKOB
    DIPL-ING
    HISSiLTJ MOTOR CO. , LTD Q. bezold
    DR. RTR N'-.I rXPü-CI-ΟΛ
    2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku
    Yokohama City 8 MÜNCHEN 2a
    T ?1 Τϊ Ώ ΤΊ MAXlMU lANSTRASSE
    17. Juli 19SO
    P 1l- 280
    Einrichtung ztim Beurteilen der Stärke des in einem Verbrennungsmotor entstehenden Klopfens
    Patentansprüche
    My Einrichtung zum Beurteilen der Stärke des in einem Verbrennungsmotor entstehenden Klopfens, g e k e η η zeichnet durch einen Sensor (1) zum Erfassen der durch Druckschwankungen im Verbrennungsraum des Motors verursachten Vibration, eine Einrichtung (2,3,4-) zum Herleiten einer Hüllkurve des Sensor-Ausgangssignals, einen Differentiator (5) zum Differenzieren der Hüllkurve und eine Beurteilungseinrichtung (6,7) zum Beurteilen der Klopfstärke auf der Grundlage eines Wertes des differenzierten
    O3onߣ/np,?3
    TELEFON (OBO) 99 38 69 TE INAPAT TELEKOPIERtR
    Signals.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Beurteilungseinrichtung die Klopfstärke durch Erfassen der Amplitude des differenzierten Signals beurteilt.
  3. 3- Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Beurteilungseinrichtung die Klopfstärke durch Erfassen des Maximalwertes des differenzierten Signals beurteilt.
  4. 4-. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Beurteilungseinrichtung einen Peakdetektor (8) aufweist, dem ein Ausgangssignal der Differenzierschaltung (5) zugeführt wird, und der jeden Maximalwert des Ausgangssignals hält, daß ein A/D-Wandler (9) den Maximalwert in ein digitales Signal umwandelt, daß ein Speicher (10) den Digitalwert speichertv und daß ein zweidimensionales Sichtgerät (11) die das Klopfen des Motors repräsentierende Verteilung des Maximalwertes darstellt f indem der Peakdetektor (8) bei jeder Zündung zurückgesetzt wird*
  5. 5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal der Beurteilungsschaltung weiterhin einer Klopfvermeidungsschaltung (12 bis 15) zugeführt wird.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Klopfvermeidungsschaltung (12 bis 15) mehrere Zähler (12a bis 12c) aufweist, von denen jeder ein Ausgangssignal unterschiedlicher Größe empfängt, wobei der Über-
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    lauf in einem der Zähler die Erzeugung eines Klopfvermeidung-Anforderungssignals hervorruft.
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DE3027103A 1979-07-18 1980-07-17 Einrichtung zum Erfassen der Klopfstärke in einem Verbrennungsmotor Expired DE3027103C2 (de)

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