DE3027103C2 - Einrichtung zum Erfassen der Klopfstärke in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Einrichtung zum Erfassen der Klopfstärke in einem Verbrennungsmotor

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Description

a) die Resonanzfrequenz des Sensors (1) liegt im Bereich der Frequenz der Kopfsignale,
b) die Einrichtung zur Auswertung des Hüllkurvensignals (C) enthält eine Differenzschaltung (5).
2. Einrichters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Auswertung des Hüllkurvensignals (C) zur Erfassung der Amplitude des differenzierten Hüllkurvensignals ausgelegt ist
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Auswertung des Hüllkurvensignals (C) zur Erfassung der Maximalamplitude des differenzierten Hüllkurvensignals ausgelegt ist
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung ein Spitzendetektor (8) vorgesehen ist, der mit dem Ausgang der Differenzierschaltung (5) verbunden ist und der jeden Maximalwert des Ausgangssignals aufrechterhält, daß ein Analog-/D ptal-Wandler (9) den Maximalwert in ein digitales Signal umwandelt, daß ein Speicher (10) den Digitalwert speichert und daß die das Klopfen des Motors repräsentierende Verteilung des Maximalwerts unter Rückstellung des Spitzendetektors (8) bei jeder Zündung auf einem zweidimensionalen Sichtgerät (11) dargestellt wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aussignal der Einrichtung zur Auswertung des Hüllkurvensignals einer Klopfvermeidungsschaltung (12 bis 15) zugeführt ist.
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 Überlauf in einem Zähler (12a bis XIc) ein Klopfvermeidungs-Anforderungssignal hervorruft.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Stärke der in einem Verbrennungsmotor auftretenden Klopfsignale gemäß dem Oberbegfiff des Patentanspruchs 1.
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 Vorrükken des Zündzeiipunkts 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 Klopfzustandes zu verbessern.
Aus der US-PS 32 89 461 ist es bekannt, das über einen Sensor aufgenommene Vibrationssignal an ein Bandpaßfilter zu legen, dessen Ausgangssignal kennzeichnend für die Klopfstärke ist Dieses Signal wird über einen Verstärker einer Schwellenwertschaltung zugeführt und die von dieser durchgelassenen Signale werden an einen ersten Impulsgenerator angelegt, der einen zweiten Impulsgenerator speist, dessen sägezahnförmige Ausgangssignale über einen Integrator in eine Gleichspannung umgewandelt und an einem Voltmeter angezeigt werden.
Aus der DE-AS 16 73 919 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen mit einem Meßfühler bekannt, der in der Maschine auftretende mechanische Schwingungen in elektrische Schwingungen umwandelt und dem Filterorgane, Impulsformer und ein Anzeigegerät nachgtschaltet sind. Die Filterorgane weisen einen der Resonanzfrequenz des Meßfühlers entsprechenden Durchlaßbereich auf. Weil der Meßfühler seinerseits die Filterorgane mit in seinem Resonanzbereich liegenden elektrischen Signalen speist, resultiert insgesamt ein doppelter Filtereffekt, da neben den Filterorganen auch der in Resonanz betriebene Meßfühler wie ein Bandpaßfilter wirkt In einer komplizierten Schaltung erfolgt die Auswertung des Schwingungszustandes, wobei im Verlaufe der Verarbeitung aus einem Resonanzsignal auch eine Hüllkurve abgeleitet wird.
Die DE-OS 16 48 382 befaßt sich mit einer Einrichtung zur Feststellung des Klopfens einer Brennkraftmaschine, bei der von Druckindikatoren. piezoelektrische Ladungsänderungen im Arbeitstakt der Maschine abgeleitet werden. Die halbwelligen Signale werden am Eingang der Einrichtung differenziert und an einen zweistufigen Meßverstärker angelegt, dem ein Resonanzver-
siarker mit nachgeschaltetem Bandpaßfilter folgt. Über ein Amplitudensieb wird schließlich ein Meldesignalgeber angesteuert, der eine elektroakustisch^ Einrichtung anstößt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die bei wesentlich einfacherem Aufbau eine zuverlässige Beurteilung der Klopfstärke eines Verbrennungsmotors ermöglicht.
Bei einer solchen Einrichtung ergibt sich eine Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß aus den kennzeichnenden Merkmalendes Patentanspruchs 1.
Durch Differenzieren des gleichgerichteten und geglätteten Signals ergibt sich eine Signalform, die sich in einfacher Form zur Beurteilung der Klopfstärke auswerten läßt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 und 3 zeigt Diagramme zum Erläutern der
Arbeitsweise der Schaltung ncch F i g. 1,
Fig.4 ein Blockschaltbild der Einrichtung im einzelnen,
F i g. 5 eine Darstellung, die die Anzeige aussagekräftiger Kurven auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre bei der in F i g. 4 dargestellten Einrichtung veranschaulicht, und
Fig.6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel de- Einrichtung.
Gemäß F i g. 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 Schallwelle oder dergleichen. Diese Größen wandelt der Sensor in elektrische Signale um.
Im Ausgangssignal des Sensors 1 sind auch solche Frequenzanteile enthalten, die in keiner Beziehung zu dem Klopfen stehen. Bei der herkömmlichen Einrichtung besteht die Notwendigkeit, einen speziellen Frequenzarueil öder -bereich, der das Klopfen begleitet, dadurch auszuwählen, daß das Ausgangssigna'· 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.
Ein erhöhter Amplitudenbereich der Einhüllenden des Ausgangssignals, d. h., derjenigen Kurve, die die Spitzen der Vibrationswelle verbindet, repräsentiert das Klopfen. Die Neigung beispielsweise der ansteigenden (oder abfallenden) Kurve des erhöhten Amplitudenbereichs wird bei starkem Klopfen steiler.
Ein an den Ausgang des Sensors 1 an^e.-chlossener Wechselspannungsverstärker 2 verstärkt das Ausgangssignal des Sensors 1 auf einen vorbestimmten Wert.
Eine Gleichrichtschaltung 3 bewirkt eine Vollwellen-Doppelweg- oder Einweg-Gleichnchtung des Ausgangssignals des Sensors 1, das über den Verstärker 2 zugeführt wird, und die Gleichrichterschaltung Z gibt ein Ausgangssignal ab, wie es in F i g. 2 in Kurve B dargestellt ist.
Um die Einhüllende des Ausgangssignals des Sensors 1 zu erhalten, ist mit der Gleichrichterschaltung 3 eine Glättungsschaltung 4 in Reihe geschaltet, welche das erwähnte gleichgerichtete Signal in eine geglättete Kurvenform umwandelt, wie sie in Fig. 2, Kurve Cdargestellt ist. Die Kurve C entspricht der Einhüllenden des Vibrationssignals.
Eine an die Glättungsschaltung 4 angeschlossene Differenzierschaltung 5 differenziert das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 4; das differenzierte Signal ist in F i g. 2 als Kurve Ddargestellt.
Eine an die Differenzierschaltung 5 angeschlossene Klopfstärke-Beurteilungsschaltung 6 erfaßt eine Differenz zwischen dem Maximum (einem Maximalwert der Steigung bei dem erhöhten Amplitudenbereich der Einhüllenden) und dem Minimum (einem Minimalwert des Abfalls des erhöhten Anvlitudenbereich der Einhüllenden) des differenzierten Signals der Wellenform, d. h.
der Spitze-Spitze-Amplituden der in F i g. 2 als Kurve D dargestellten Kurve. Die Beurteilung kann ferner auch dadurch vorgenommen werden, daß nur der Maximalweit erfaßt wird.
Die Steigung der Kurve des erhöhten Amplitudenbereichs der Einhüllenden wird steiler, wenn die Klopfstärke zunimmt. Folglich liefert die Glättungsschaltung 4 ein Ausgangssignal, so beispielsweise entsprechend der in F i g. 3 gezeigten Kurve C\ bei starkem Klopfen, entsprechend der in F i g. 3 gezeigten Kurve C2 bei mittlerem Klopfen und entsprechend der in F i g. 3 dargestellten Kurve Cz bei leichtem Klopfen.
Die Differenzierschaltung 5 liefert die differenzierten Signale, wie sie in Fig.3 als Kurven Dw D2 und D?
dargestellt sind. Diese Kurven entsprechen den oben erwähnten Klopfstärken.
Wie man anhand der in F i g. 3 dargestellten Kurven deutlich sehen kann, wächst die Amplitude oder der Maximalwert des differenzierten Signals mit zunehmender Klopfstärke an. Daher kann die K.lnpfstärken-Beurteihmgssehaltung 6 dieses Signal zut Beurteilung der Klopfstärke heranziehen.
Als ein praktisches Ausführungsbeispiel ist in F i g. 4 eine Einrichtung zum Prüfen des Klopfzustands gezeigt
Nach der Zeichnung liefert eine Beurteilungsschaltung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher die Klopfstärken-Beurteilungsschaltung 6 gemäß F i g. 1 nicht vorgesehen ist, von der Differenzierschaltung ein Ausgangssignal der Form, wie sie in F i 5.2 in Kurve D dargestellt ist, an einen Spitzendetektor 8. Die Schaltung 8 hält den Maximalwert des Ausgangssignals aufrecht, welches dann mittels eines A/D-Wandlers 9 in ein digitales Signal umgewandelt und in einem CPU-Speicher 10 gespeichert wird.
Der Spitzendetektor 8 wird bei jedem Zündvorgang zurückgesetzt, um den jeweiligen Maximalwert bei jeder Zündung festzuhalten. Dieser Wert wird fortlaufend im CPU-Speicher 10 gespeichert.
Die Anzahl der bei jeder Zündung im Speicher gespeicherten Klopfstärkeinformationen wird auf dem Sch::m einer Kathodenstrahlröhre 11 in zweidimensionaler Form zur Anzeige gebracht. In F i g. 5 bezeichnet E\ eine Verteilungskurve bei sehr geringem Klopfen, E2 eine Kurve bei leichtem Klopfen und £3 eine Kurve bei starkem Klopfen. Diese Kurven des Klopfzusta»iris eines Motors können als visuelle Anzeige exakt identifiziert werden.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist in Fi g. 6 dargestellt, bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Klopfvermeidungseinrichtung vorgesehen. Ein Ausgangssignal einer Klopfstärke-Beurteilungsschaltung 7 wird an Komparatoren 12a, 120 und 1'.c gelegt. Starkes Klopfen wird zahlenmäßig von einem Zähler 13a geringer Kapazität erfaßt, mittleres Klopfen wird von ?inem Zähler 13£> mittlerer Größe gezählt, und leichtes Klopfen wird von einem Zähler 13c großer Kapazität gezählt. Dann, wenn einer der drei Zähler 13a, 136 und 13c überläuft, wird über ein ODER-Glied 14 ein Anfoiderungssignal für Klopfvermeidung
fco abgegeben.
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 wurdt. Die Regelgeschwindigkeit zum Vermeiden des Klopfens steigt nämlich nach Maßgabe des Ansteigens der Klopfstärke an.
Die Zähler 13a, 13b und 13c werden nach jedem vor-
gegebenen Zeitintervall nach Maßgabe des Kurbelwel· len-Umdrehungssignals über die Frequenzteiler 15a, 156 und ISczurückgesetzt.
Wenn das Klopfvermeidungs-Anforderungssignal geliefert wird, wird beispielsweise der Zündzeitpunkt ver- zögert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
IU
20
25
30
35
40
45
50
55
60

Claims (1)

Ratentansprüche:
1. Einrichtung zum Erfassen der Stärke der in einem Verbrennungsmotor auftretenden Klopfsignale, mit einem Sensor für durch Druckschwankungen im Verbrennungsraum des Motors verursachte Vibrationen, einer Einrichtung zum Ableiten einer Hüükurve des Sensorausgangssignals und einer Einrichtung zur Auswertung des Hüllkurvensignals, gekennzeichnet durch folgende Merkmalskombination:
DE3027103A 1979-07-18 1980-07-17 Einrichtung zum Erfassen der Klopfstärke in einem Verbrennungsmotor Expired DE3027103C2 (de)

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