DE3031511A1

DE3031511A1 - Verfahren zur erkennung des klopfens einer brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3031511A1
Application number: DE3031511A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert 7141 Beningen Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1980-08-21
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPH0244011B2; US4444042A; DE3031511C2; JPS5772041A

Description

R. 647 3

23.7.1980 Wt/Hm

■3-

ROBERT BOSGH GMBH₅ 7000 STUTTGART 1

Verfahren zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Stand dor Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine das sogenannte Klopfen auftreten kann. Hierunter versteht man Stoßwellen des Kraftstoff-Luft-Gemisches , die sich unter anderem als tonfrequente Schwingungen des Motors bemerkbar machen. Da mit dem Klopfen in der Regel eine starke thermische Belastung der brennraumseitigen Wandung des Zylinders und des Kolbens einhergeht, wobei Materialabtragungen auftreten können, ist man bestrebt, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden, da es bei längerem Auftreten zu einer Zerstörung der Brennkraftmaschine führen kann. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den bestehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen, besteht ein Bedürfnis, das Klopfen der Brennkraftmaschine möglichst frühzeitig und sicher zu erkennen. Neben dem Problem, zur Erfassung des Klopfens

ORIGINAL INSPECTED

M-

Klopfens geeignete Geber bereit zu stellen, besteht auch das meßtechnische Problem, aus den vom Geber erfaßten Schwingungen der Brennkraftmaschine das Klopfsignal zuverlässig und störungsfrei herauszulesen, um die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem Klopf erkennungssi?; nal "Klopfen ja" oder "Klopfen nein" entsprechend regeln zu können.

In der ÜS-PS 3 5^0 262 ist hierzu ein Klopfdetektor beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit einem vorgegebenen, vom Motorsignal unabhängigen Schwellwertsignal verglichen wird und bei Überschreiten des Schwellwertes ein Klopferkennungssignal abgegeben wird. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß keine Klopfer kennung in Bezug auf das Hintergrundgeräusch der Brennkraftmaschine erfolgt sondern lediglich ein Vergleich mit einem externen, motorunabhängigen Signal durchgeführt wird.

In der US-PS 4 012 9*12 ist weiterhin ein Klopfdetektor beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, das über einen Funktionsgenerator in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erzeugt wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß ebenfalls das tatsächlich auftretende Hintergrundgeräusch der Brennkraftmaschine nicht mit einbezogen, sondern ledig lich über einen Punktionsgenerator simmuliert wird. Damit wird insbesondere keine Rücksicht auf die jeweilige Betriebsweise, die Einstellung und den Alterungszustand der Brennkraftmaschine genommen.

Schließlich ist aus der DE-OS 29 16 591 ein Verfahren zur Peststellung des Klopfens von Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem der Spitzenwert des Klopfsignals überwacht und zu den jeweils vorhergehenden erfaßten Spitzenwerten in Bezug gesetzt wird. Dabei ist unte^r anderem vorgesehen,

- γ-

die Messung nur während eines sogenannten Meßfensters, ή.h. eines zu einem bestimmten Winkelbereich bei der Drehung der Kurbelwelle korrelierten Zeitintervalles vorzunehmen.

Die genannten Vorrichtungen bzw. Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß Nebengeräusche, die keinen Bezug zum Klopfen haben, nicht immer zuverlässig ausgefiltert werden und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses eintritt. Dies gilt insbesondere für die Störsignale, die durch das sogenannte "Kolbenkippen" auftreten und durch ihre Amplitude eine erhebliche Überlagerung der Klopfsignale bewirken können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den"kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, daß durch Bildung eines Zeitkriteriums für das Andauern des Klopfsignales in Abhängigkeit vom jeweiligen Spitzenwert bzw. der maximalen Steilheit des Klopfsignales eine zuverlässige Ausblendung von Störsignalen und damit eine betriebssichere Klopf erkennung möglich wird.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

ORIGINAL INSPECTED

fe ' 6 4 7 3

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Bei der Messung des Klopfens von Brennkraftmaschinen werden üblicherweise Geber eingesetzt, die Motorschwingungen erfassen. Hierzu werden diese Geber auf die bekannte tonfrequente Klopffrequenz oder ein Vielfaches davon ausgelegt, so daß das Auftreten einer Schwingung in diesem Frequenzbereich bereits ein erster Anhalt für das Auftreten von
Klopfen ist. Da jedoch die im üblichen Betrieb einer Brennkraftmaschine auftretenden sonstigen Schwingungen (Hintergrundgeräusch) in einem weiten Frequenzbereich auftreten, gibt es keinen Frequenzbereich, in dem nur Klopfschwingungen erscheinen. Es besteht daher bei jeder Klopfmessung das Problem, das eigentliche Nutzsignal (Klopfsignal) vom Hintergrundgeräusch zu trennen. Hierzu wird nun bekanntermaßen ein Referenzsignal als absolute Größe oder ein
Referenzsignal aus den Motorschwingungen abgeleitet, das
in einem Frequenzbereich liegt, in dem kaum oder nur wenige Klopfanteile auftreten. Vergleicht man nun Nutzsignal und Referenzsignal, läßt sich in. bekannter Weise ein weiteres Kriterium für das Auftreten von Klopfen dadurch gewinnen, daß man feststellt, ob das Nutzsignal gegenüber dem Referenzsignal stark erhöht ist.

Nun hat sich jedoch weiterhin gezeigt, daß beim sogenannten "Kolbenkippen" Störsignale erheblicher Amplitude auftreten, die dem Nutzsignal überlagert sind. Diese Störsignale
haben jedoch eine relativ kurze zeitliche Dauer. Diese
Erscheinung macht sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch zunutze, daß die Weitergabe des aus dem Vergleich
von Nutzsignal und Referenzsignal gewonnenen Klopferkennungssignales erst dann freigegeben wird, wenn das Erkennungssignal länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall

BAD ORIGINAL

6 4 7 3

andauertj dessen Länge erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Nutzsignal selbst einstellbar ist.

Hierzu wird in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in an sich bekannter Weise der Spitzenwert des Nutzsignales gebildet und in Abhängigkeit von diesem Spitzenwert das Zeitintervall definiert. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird statt des Spitzenwertes des Nutzsignales dessen maximale Steilheit ermittelt und das Zeitintervall in Abhängigkeit vom Betrage dieser maximalen Steilheit eingestellt.

Es versteht sich von selbst, daß das Referenzsignal auf eine der bekannten Weise gewonnen werden kann, nämlich entweder,als fest vorgegebener Wert, als in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gebildeter Wert oder aus dem Nutzsignal selbst, beispielsweise durch einen Tiefpaß hoher Zeitkonstante. Auch läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiter vervollkommnen, daß als zusätzliches Kriterium die Bildung eines sogenannten Meßfensters vorgesehen wird, d.h., daß die gesamte vorbeschriebene Messung nur während eines Zeitintervalls erfolgt, das zu einem bestimmten Winkelbereich bei der Drehung der Kurbelwelle korreliert wird.

In der Figur ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.- Dabei ist mit 10 ein an sich bekannter Sensor zur Erfassung der Klopf schwingungen der Brennkraft^- maschine dargestellt, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker 11, einen Gleichrichter 12 und einen Tiefpaß 13 auf zwei Zweige geleitet wird. Der eine Zweig besteht dabei aus einer Signalerkennungseinheit lh, deren Wirkung weiter unten, beschrieben wird und deren Ausgangssignal auf eine einstellbare Zeitstufe 15 geleitet wird. Der zweite

'.^: ■; .:· ':·■: :^:::Γ· 3 ο 315 τ ι

'·■■■; ■■■"··■ ⁶⁴⁷³

Zweig besteht aus einem Komparator 16, desen weiterer Eingang mit einer Klemme 16a versehen ist, auf die das Referenzsignal gel'Uhi't wird. Die Urzeugung des Referenzsignalen kann - wie oben bereits erwähnt - auf verschiedene an sich bekannte Weisen erfolgen, wobei die hierzu erforderlichen Vorrichtungen der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt sind. Die Ausgänge der beiden Zweige, d.h. der Zeitstufe 15 und des Komparators 16 sind an ein UND-Gatter 17 gelegt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines weiteren UND-Gatters 18 verbunden ist, dessen weiterer Eingang an einen mit der -Kurbelwelle gekoppelten Bezugsmarkengeber 20 angeschlossen ist. Der Ausgang des weiteren UND-Gatters 18 ist schließlich auf eine Ausgangsklemme 19 geführt.

Die Wirkungsweise der in der Figur dargestellten Vorrichtung ist wie folgt: Die Signale des Sensors 10 werden im Verstärker 11 verstärkt und im Gleichrichter 12 gleichgerichtet. Das Tiefpaßfilter 13 bildet die Hüllkurve des gleichgerichteten Signales, wobei das so entstandene Signal der Signalerkennungseinheit 14 und dem Komparator 16 zugeführt werden. In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in der Signalerkennungseinheit der Spitzenwert gebildet und dieser Spitzenwert an die einstellbare Zeitstufe 15 weitergeleitet. In einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in der Signalerkennungseinheit 14 die maximale Steilheit des Signales ermittelt und der Wert dieser maximalen Steilheit an die einstellbare Zeitstufe 15 weitergeleitet. In beiden Fällen bildet die einstellbare Zeitstufe 15 ein Signal logisch 0, dessen zeitliche Länge von der Amplitude des am Eingang anliegenden Signales abhängt. Dies kann z.B. in analoger Schaltungstechnik in der Weise bewirkt werden, daß ein Kondensator mit einer Spannung aufgeladen wird, deren Amplitude von dem ermittelten Spitzenwert bzw. der

^Ji' EiAD ORIGINAL

3Ü31511 θ 4

maximalen Steilheit abhängt. Der Kondensator wird alsdann langsam in definierter Weise entladen, wobei dem Kondensator eine Schwellwertstufe nachgeschaltet ist. Dies hätte zur Folge j daß das gewünschte Zeitintervall bei schneller Aufladung des Kondensators mit dem Auftreten des Spitzenwertes bzw, des Wertes der maximalen Steilheit beginnen kann und umso länger wird, je größer der das Zeitintervall steuernde Wert ist. In entsprechender Weise kann in digitaler Schaltungstechnik in Abhängigkeit von dem Eingangswert ein Zähler gesetzt und definiert heruntergezählt werden, bis ein bestimmter Zählerstand erreicht ist. Auch in diesem Falle wäre das Zeitintervall mit dem Auftreten des steuernden Wertes zu starten und das Zeitintervall würde durch die Länge des Zählvorganges umso länger, je größer der anliegende steuernde Wert ist.

Mach Ablauf des in der Zeitstufe 15 gebildeten Zeitintervalls wird das als Torschaltung wirkende UND-Gatter 17 freigegeben, so daß das am Komparator 16 gebildete Klopferkennungssignal weitergeleitet werden kann, sofern es zu diesem Zeitpunkt noch andauert. Auf diese Weise- wird insgesamt erreicht, daß kurzzeitige Erhöhungen des Signales nicht an den Ausgang weitergeleitet werden. Eine weitere Eingrenzung des Meßvorganges wird bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung dadurch bewirkt, daß ein weiteres Tor in Gestalt des weiteren UND-Gatters 18 vorgesehen ist, das nur während eines bestimmten Meßfensters durchgeschaltet wird.

Schließlich ist in weiteren bevorzugten Ausl'ührungs formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch vorgesehen, alternativ entweder den Gleichrichter 12 oder das Tiefpaßfilter

BAD ORIGINAL

3ο3151-τ

c^7ό

[⁷I !"ort.i-:u l.'iHiieti, :in ilnlA im ηγηΙ.μπ 1'';j L 1 >lei^J ΛΐΐΗμ;:ιπΐ'· <|βί? Verstärkers 11 direkt auf das Tief'paßfilt(;f 13 geleitet und im zweiten Fall der Ausgang des Gleichrichters 12 direkt auf die Signalerkennungseinheit 14 bzw. den Komparator l6 geführt ist.

_BAD

Claims

β 4 7 3 23.7.I98O Wt/Hm ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Ansprüche

1. Verfahren zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine, bei dem ein dem Klopfvorgang zugeordnetes Nutzsignal mit wenigstens einem Referenzwert verglichen und dann ein Erkennungssignal abgegeben wird, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal überschreitet und ferner der Spitzenwert des Nutzsignales gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erkennungssignal nur dann weitergeleitet wird, wenn es länger anliegt als ein in Abhängig keit vom Spitzenwert vorgegebenes Zeitintervall ab dem Auftreten des Spitzenwertes.

2. Verfahren zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine, bei dem ein dem Klopfvorgang zugeordnetes Nutzsignal mit wenigstens einem Referenzwert verglichen und dann ein Erkennungssignal abgegeben wird, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal überschreitet, dadurch

gekennzeichnet j daß das Erkennungssignal nur dann weitergeleitet wird, wenn es länger anliegt als ein in Abhängigkeit von der maximalen Steilheit des Nutzsignales vorgegebenes Zeitintervall ab dem Auftreten der maximalen Steilheit.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterleitung nur in vorbestimmten Bereichen der Kurbelwellendrehung der Brenn-

**" kraftmaschine erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klopfsensor (10) vorgesehen ist, der an die Reihenschaltung eines Verstärkers (11), eines Gleichrichters (12) und eines Tiefpaßfilters (13) angeschlossen ist, dessen Ausgang einmal über eine Signalerkennungseinheit (14) und eine einstellbare Zeitstufe (15) an einen Eingang eines UND-Gatters

(17) und zum anderen über einen Komparator (16), der weiterhin mit dem Referenzsignal geschaltet ist, an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 17 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des UND-Gatters (17) über ein weiteres UND-Gatter (18) an eine Ausgangsklemme (19) geführt ist und ein weiterer Eingang des UND-Gatters

(18) an einen Bezugsmarkengeber (20) angeschlossen ist.