DE3031511C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung 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-Gemi­ sches, die sich unter anderem als tonfrequente Schwingungen des Motors bemerkbar machen. Da mit dem Klopfen in der Re­ gel 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 be­ stehenden 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 geeignete Geber bereit zu stellen, besteht auch das meßtechnische Problem, aus dem vom Geber erfaßten Schwingungen der Brennkraftmaschine das Klopfsignal zu­ verlässig und störungsfrei herauszulesen, um die Brenn­ kraftmaschine in Abhängigkeit von einem Klopferkennungssi­ gnal "Klopfen ja" oder "Klopfen nein" entsprechend regeln zu können.

In der US-PS 35 40 262 ist hierzu ein Klopfdetektor be­ schrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit einem vorgegebenen, vom Motorsignal unabhängigen Schwellwert­ signal verglichen wird und bei Überschreiten des Schwell­ wertes ein Klopferkennungssignal abgegeben wird. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß keine Klopf­ erkennung in bezug auf das Hintergrundgeräusch der Brenn­ kraftmaschine erfolgt, sondern lediglich ein Vergleich mit einem externen, motorunabhängigen Signal durchgeführt wird.

In der US-PS 40 12 942 ist weiterhin ein Klopfdetektor beschrieben, bei dem das gemessene Kopfsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, das über einen Funktions­ generator in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erzeugt wird. Dieser Detektor hat jedoch den Nachteil, daß eben­ falls das tatsächlich auftretende Hintergrundgeräusch der Brennkraftmaschine nicht mit einbezogen, sondern ledig­ lich über einen Funktionsgenerator simmuliert wird. Damit wird insbesondere keine Rücksicht auf die jeweilige Be­ triebsweise, die Einstellung und den Alterungszustand der Brennkraftmaschine genommen.

Schließlich ist aus der DE-OS 29 16 591 ein Verfahren zur Feststellung 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 unter anderem vorgesehen, die Messung nur während eines sogenannten Meßfensters, d. h. eines zu einem bestimmten Winkelbereich bei der Drehung der Kurbelwelle korrelierten Zeitintervalles, vorzunehmen.

In der nicht zum vorveröffentlichten Stand der Technik zählenden Anmeldung älteren Zeitrangs gemäß DE-OS 29 48 856 ist eine Vorrichtung zur Erkennung des Klop­ fens einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen worden, bei der die Ausgangssignale eines Klopfsensors in einem Komparator mit Referenzsignalen vergli­ chen werden, wobei am Ausgang des Komparators dann ein Klopferken­ nungssignal auftritt, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal über­ steigt. Dieses Klopferkennungssignal wird einem dem Komparator nach­ geordneten Zeitvergleichsglied zugeführt, an dessen Ausgang nur dann ein Klopferkennungssignal auftritt, wenn das Komparatorausgangs­ signal länger dauert als ein im Zeitvergleichsglied abgespeichertes Zeitintervall.

Aus der US-41 11 035 ist eine Vorrichtung zur Klopferkennung be­ kannt, bei der die Ausgangssignale eines Klopfsensors mit Referenz­ signalen verglichen werden, wobei die Referenzsignale vom Ausgangs­ wert des Sensorsignals abhängig sind.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der durch Bildung eines Zeitkriteriums für das Andauern des Klopf­ signales in Abhängigkeit vom jeweiligen Spitzenwert bzw. der maximalen Steilheit des Klopfsignales eine zuverläs­ sige Ausblendung von Störsignalen und damit eine be­ triebssichere Klopferkennung möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Figur näher erläutert.

Diese Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der Messung des Klopfens von Brennkraftmaschinen werden üblicherweise Geber eingesetzt, die Motorschwingungen er­ fassen. Hierzu werden diese Geber auf die bekannte tonfre­ quente Klopffrequenz oder ein Vielfaches davon ausgelegt, so daß das Auftreten einer Schwingung in diesem Frequenz­ bereich bereits ein erster Anhalt für das Auftreten von Klopfen ist. Da jedoch die im üblichen Betrieb einer Brenn­ kraftmaschine auftretenden sonstigen Schwingungen (Hinter­ grundgeräusch) in einem weiten Frequenzbereich auftreten, gibt es keinen Frequenzbereich, in dem nur Klopfschwin­ gungen erscheinen. Es besteht daher bei jeder Klopfmessung das Problem, das eigentliche Nutzsignal (Klopfsignal) vom Hintergrundgeräusch zu trennen. Hierzu wird nun bekannter­ maßen 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 Refe­ renzsignal 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 berücksichtigt die Vorrichtung da­ durch, daß sie die Weitergabe des aus dem Vergleich von Nutzsignal und Referenzsignal gewonnenen Klopferken­ nungssignalen erst dann erfolgen läßt, wenn das Er­ kennungssignal länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall andauern, wobei diese Dauer durch das Nutzsignal selbst bestimmt ist.

Hierzu wird bei einer ersten Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in an sich bekannter Weise der Spitzen­ wert des Nutzsignales gebildet und in Abhängigkeit von diesem Spitzenwert das Zeitintervall definiert. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung 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 Weisen gewonnen werden kann, nämlich entweder als fest vorgegebener Wert, als in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gebildeter Wert oder aus dem Nutz­ signal selbst, beispielsweise durch einen Tiefpaß hoher Zeitkonstante. Auch läßt sich die Vorrichtung dadurch weiter vervollkommnen, daß sie als zusätzliches Kriterium die Bildung eines sogenannten Meßfensters vor­ nimmt. Hierbei erfolgt die gesamte vorbeschriebene Messung nur während eines Zeitintervalls, das einem bestimmten Drehwinkelbereich der Kurbelwelle zugeordnet ist.

In der Figur ist mit 10 ein an sich bekannter Sensor zur Erfassung der Klopfschwingungen 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 14, deren Wirkung weiter unten beschrieben wird und deren Ausgangssignal auf eine einstellbare Zeitstufe 15 geleitet wird. Der zweite Zweig besteht aus einem Vergleicher bzw. Komparator 16, dessen weiterer Ein­ gang mit einer Klemme 16 a versehen ist, auf die das Refe­ renzsignal geführt wird. Die Erzeugung des Referenzsignales kann - wie oben bereits erwähnt - auf verschiedene an sich bekannte Weisen erfolgen, wobei die hierzu erforder­ lichen 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, des­ sen weiterer Eingang an einen mit der Kurbelwelle gekoppel­ ten Bezugsmarkengeber 20 angeschlossen ist. Der Ausgang des weiteren UND-Gatters 18 ist schließlich auf eine Ausgangs­ klemme 19 geführt.

Die Wirkungsweise der in der Figur dargestellten Vorrich­ tung ist wie folgt: Die Signale des Sensors 10 werden im Verstärker 11 verstärkt und im Gleichrichter 12 gleich­ gerichtet. Das Tiefpaßfilter 13 bildet die Hüllkurve des gleichgerichteten Signales, wobei das so entstandene Si­ gnal der Signalerkennungslinie 14 und dem Komparator 16 zugeführt werden. In einer ersten Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung wird in der Signalerkennungsein­ heit 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 Signals ermittelt und der Wert dieser maximalen Steil­ heit an die einstellbare Zeitstufe 15 weitergeleitet. In beiden Fällen bildet die einstellbare Zeitstufe 15 ein Si­ gnal 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 maximalen Steilheit abhängt. Der Kondensator wird alsdann langsam in definierter Weise entladen, wobei dem Konden­ sator eine Schwellwertstufe nachgeschaltet ist. Dies hätte zur Folge, daß das gewünschte Zeitintervall bei schneller Aufladung des Kondensators mit dem Auftreten des Spitzen­ wertes bzw. des Wertes der maximalen Steilheit beginnen kann und umso länger wird, je größer der das Zeitinter­ vall steuernde Wert ist. In entsprechender Weise kann in digitaler Schaltungstechnik in Abhängigkeit von dem Ein­ gangswert ein Zähler gesetzt und definiert heruntergezählt werden, bis ein bestimmter Zählerstand erreicht ist. Auch in diesem Fall 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.

Nach Ablauf des in der Zeitstufe 15 gebildeten Zeitinter­ valls wird das als Torschaltung wirkende UND-Schalter 17 freigegeben, so daß das am Komparator 16 gebildete Klopf­ erkennungssignal 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 wei­ teres Tor in Gestalt des weiteren UND-Gatters 18 vorge­ sehen ist, das nur während eines bestimmten Meßfensters durchgeschaltet wird.

Schließlich ist in weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch vorgesehen, alter­ nativ entweder den Gleichrichter 12 oder das Tiefpaßfilter 13 fortzulassen, so daß im ersten Fall der Ausgang des Verstärkers 11 direkt auf das Tiefpaßfilter 13 geleitet und im zweiten Fall der Ausgang des Gleichrichters 12 direkt auf die Signalerkennungseinheit 14 bzw. den Kom­ parator 16 geführt ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine mittels eines Klopfsensors (10), dessen Ausgangssignal über weitere Glieder (11, 12, 13 bzw. 11, 12 bzw. 11, 13) den Eingang eines Ver­ gleichers (16) mit einem Nutzsignal beaufschlagt, wobei dem zweiten Eingang des Vergleichers ein Referenzsignal zugeführt ist und am Aus­ gang des Vergleichers dann ein Erkennungssignal abgegeben wird, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal überschreitet, mit einer Zeitstufe (15), die das Erkennungssignal nur dann zu einem Ausgang gelangen läßt, wenn die Dauer des Erkennungssignals ein Zeitintervall über­ schreitet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Zeitintervalls in Abhängigkeit vom Nutzsignal das am Vergleicher (16) liegende Nutz­ signal über eine Signalerkennungseinheit (14) auch die Zeitstufe (15) beaufschlagt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeit­ intervall mittels der Signalerkennungseinheit (14) und der Zeitstufe (15) in Abhängigkeit vom Spitzenwert des Nutzsignals gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeit­ intervall mittels der Signalerkennungseinheit (14) und der Zeitstufe (15) in Abhängigkeit von der maximalen Steilheit des Nutzsignals ge­ bildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vergleicher (16) und die steuerbare Zeitstufe (15) mit ihren Ausgängen an den Eingängen eines UND-Gatters (17) lie­ gen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ gang des UND-Gatters (17) mit einem Eingang eines weiteren UND-Gatters (18) verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einem Bezugsmarkengeber (20) derart verbunden ist, daß am Ausgang (19) des weiteren UND-Gat­ ters (18) nur für vorbestimmte Bereiche der Kurbelwellenwinkelstellung der Brennkraftmaschine ein Klopferkennungssignal auftreten kann.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Klopfsensor (10) die Reihenschaltung eines Ver­ stärkers (11), eines Gleichrichters (12) und eines Tiefpaßfilters (13) angeschlossen ist, dessen Ausgang das Nutzsignal liefert.