DE3045441C2

DE3045441C2 - Klopferfassungseinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3045441C2
Application number: DE3045441A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yokosuka Kanagawa Yoshida
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB2066894B; JPS5679918A; JPS6152928B2; US4368635A; DE3045441A1; GB2066894A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klopferfassungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der DE-OS 28 32 594 bekannten Klopferfassungseinrichtung. bei der dem Schwingungsftihler ein Verstärker nachgeschaltet ist. dessen Ausgang über ein Filter und einen Gleichrichter mit zwei Integratoren mit wesentlich unterschiedlichen Zeitkonstanten verbunden ist, erscheint am Ausgang des Integrators mit hoher Zeitkonstante ein Gleich-Stromsignal, das dem Hintergrundrauschpegelsignal, einschließlich etwaiger Klopfsignale, entspricht und das mit einer konstanten Bezugsspannung verglichen wird. Bei zu hohem Hintergrundrauschpegel wird der Verstärker heruntergeregelt, was allerdings zur Folge

ίο hat, daß auch die Klopfsignale weniger verstärkt werden. Der zweite Integrator mit niedrigerer Zeitkonstante bildet aus mehreren ankommenden Klopfsignalen einen Impuls, der mit einer weiteren Bezugsspannung in einem Differenzverstärker verglichen wird, der bei Oberschreiten der Bezugsspannung ein Klopfanzeigesignal abgibt

Aus der DE-OS 29 17 412 ist eine Klopferfassungseinrichtung bekannt, bei der der Schwingungsfühler mit einer Mittelwertschaltung verbunden ist die aus dem Ausgangssignal des Schwingungsfühlers den zeitlichen Mittelwert bildet der dann mit einem Bezugssignal verglichen wird, um beim Überschreiten des Bezugssignals das Klopfanzeigesignal zu erzeugen. Das das Hintergrundrauschen nachbildende Bezugssignal ändert sich nach einer logarithmischen Funktion mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Damit bildet aber das Bezugssignal den tatsächlichen Hintergrundrauschpegel nur sehr ungenau nach.
Aus der DE-OS 26 59 239 ist eine Klopferfassungseinrichtung bekannt, bei der ein zu starkes Klopfen digital erfaßt wird, um nach Maßgabe eines Zählerstandes den Zündzeitpunkt in nacheilender Richtung zu verstellen. Dabei wird das vom Schwingungsfühler abgegebene und verstärkte Ausgangssignal zur Bildung eines oberen und unteren Schwellwertes nur während eines bestimmten Zeitintervalles benutzt, das relativ zum Zündzeitpunkt so gewählt ist, daß in diesem möglichst keine Klopfsignale auftreten können. Da andererseits ein solches relativ kurzes Zeitinterval! nicht alle für den

■*o tatsächlichen Hintergrundrauschpegel uc Brennkraftmaschine repräsentativen Signalanteile enthält, geben auch hier die erzeugten Schwellwerte den tatsächlichen Hintergrundrauschpegel nur ungenau wieder.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klopferfassungs-

■»5 einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art so weiterzubilden, daß die Unterscheidung von Klopfsignalen gegenüber dem Hintergrundrauschpegel verbessert wird.
Bei einer Klopferfasyungseinrichtung der genannten

5" Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Während bei der bekannten Klopferfassungseinrichtung der das Hintergrundrauschpegelsignal und die Klopfsignale verstärkende Verstärker abhängig vom Hintergrundrauschpegel geregelt wird, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung nur eine Begrenzung des Hintergrundrauschpegelsignals, und zwar unter zusätzlicher Beschneidung etwa auftretender Klopfsignale, mit Hilfe eines Amplituden-

M) begrenzers, so daß diese in den Hintergrundrauschpegel praktisch nicht eingehen. Durch den Amplitudenbegrenzer ergibt sich eine erhebliche Verbesserung des Abstandes zwischen dem Hintergrundrauschpegelsignal und den Klopfsignalen. Da die Klopfsignale bei hohem

^h"^j Hintergrundrauschpegel aus der Mittelwertbildung für das Hintergrundrauschpegelsignal herausgenommen werden, wird dessen Wert entsprechend geringer, ohne daß für den endgültigen Vergleich im Vergleicher die

Amplituden der Klopfsignale verringert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung,

F i g. 2 eine schematische Schaltung der in F i g. 1 gezeigten Klopferfassungseinrichtung,

Fig.3 eine Darstellung des gleichgerichteten Signals und des Signals für den Hintergrundrauschpegel,

Fig.4 ein der Fig. 1 ähnliches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Klopferfassungseinrichtung und

F i g. 5 eine Schaltung ähnlich der F i g. 2 des zweiten Ausführungsbeispiels.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung 10 gezeigt. Die Erfassungseinrichtung umfaßt einen Fühler 20, der eine Schwingung erfaßt, die bei einer Brennkraftmaschine auftritt. Ein Halbweggleichrichter 30 ist vorgesehen, der einen Operationsverstärker 3i, einen Eingangswiderstand 32, der den Ausgang des Fühlers und den invertierenden fiingang des Verstärkers 31 verbindet, eine Diode 33, der>;n Kathode mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers und dessen Anode mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, und eine zweite Diode 34 aufweist, deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers und deren Anode über einen Rückkopplungswiderstand 35 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist.

Ein Amplitudenbegrenzer 40 ist vorgesehen, der einen Operationsverstärker 41, einen Eingangswiderstand 42, der die Anode der Diode 34 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 41 verbindet, einen Rückkopplungswiderstand 43, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 41 verbindet, und einen Transistor 44 aufweist, dessen Kollektor mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 41 und dessen Emitter mit dem Ausgang des Verstärkers 41 verbunden ist, und dessen Basis mit einer Speisequelle Vcc über einen Widerstand 45, ein Paar von antiparallel geschalteten Dioden 46 und 47 zur Einstellung des Arbeitspegels des Transistors und einen Widerstand 48 verbunden ist.

Eine Glättungsschaltung 50 webt einen Operationsverstärker 51, einen Eingangswiderstand 52, der den Ausgang des Verstärkers 41 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 51 verbindet, und eine Rückkopplungsschaltung auf, deren parallelgeschaiteter Kondensator 53 und Widerstand 54 den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 51 verbinden.

Eine Verstärkerschaltung 60 weist einen Operationsverstärker 61, einen Eingangswiderstand 62, der den Ausgang des Verstärkers 51 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 61 verbindet, und einen Rückkopplungswiderstand 63 auf, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 61 verbindet.

Eine Bezugsspannung Vcc/2, die von dem Verbindungspunkt eines Paares von gleichen Widerständen 64 und 65 erhalten wird, die in Reihe über die Speisequelle Vcc geschaltet sind, wird an die jeweiligen nichtinvertierenden Eingänge der Verstärker 31, 41, 51 und 61 gegeben.

Ein Vergleicher weist einen Operationsverstärker 71, einen Eingangswiders'snd 72, der den Ausgang des Verstärkers 61 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 71 verbindet, einen Rückkopplungswiderstand 73, der den nichtinvertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 71 verbindet und einen zweiten Eingangswiderstand 74 auf, der den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 71 und den Verbindungspunkt eines Paares von Widerständen 75 und 76 verbindet, die in Reihe über die Speisequelle VLc geschaltet sind.

Ein Analogschalter 80 verbindet den Ausgang des ίο Verstärkers 61 und den Widerstand 48 und wird vom Ausgangssignal des Verstärkers 71 betätigt

Ein Vergleicher 90 weist einen Operationsverstärker 91, einen Eingangswiderstand 92, der den Ausgang des Fühlers und den invertierenden Eingang des Verstärkers 91 verbindet, und einen zweiten Eingangswiderstand 93 auf, der den Ausgang des Verstärkers 61 und den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 91 verbindet.

Beim Betrieb wird das Ausgangssignal des Fühlers von dew Halbweggieichrichter 30 gleichgerichtet wie dieses durch B in F i g. 3 gezeigt ai. dessen Ausgangssignal an den Begrenzer 40 gegeben wird. Wenn der Analogschalter 80 geöffnet ist, wird der Basisspannungspegel des Transistors 44 nach oben gezogen.

wodurch der Transistor 44 gesperrt wird. Der Begrenzer 40 dient daher nur als ein Verstärker ohne Begrenzung der Amplitude des ihn durchlaufenden Signals. Wenn andererseits der Analogschalter ge schlossen ist, wird der Transistor 44 leitend, vorausge-M setzt, daß das Ausgangssignal 4/4 des Verstärkers 41 höher als der Spannungspegel an einem Punkt 4ß ist, der der Verbindungspunkt des Widerstandes 48 und des Analogschalters 80 ist. Daher wird die Amplitude des den Verstärker 41 durchlaufenden Signals einer ι■> Begrenzung unterworfen. Wenn der Analogschalter 80 geschlossen ist, und der Ausgangsspannungspegel 4/4 niedriger als der Spannungspegel 4B ist, wird die Amplitude des den Begrenzer 40 durchlaufenden Signals keiner Begrenzung ausgesetzt.

■»» Das Ausgangssignal von dem Begrenzer 40 wird mit Hilfe der Glättungsschaltung 50 geglättet, dessen Ausgangssignal seinerseits durch die Verstärkerschaltung 60 um eine geeignete Größe verstärkt wird, wodurch sich ein Signal für den Hintergrundrauschpe-

^"> gel ergibt, das unter A in Fig.3 gezdgt ist und mit einem Bezugsspannungspegel REF \ im Vergleicher 70 verglichen wird. Wenn das Rauschpegelsignal höher als der Bezugspegel ist, schließt das Ausgangssignal des Vergleichers 70 den Analogschalter 80, während, wenn

'·" das Rauschpegelsignal niedriger als der Bezugspegel REF1 ist, der Vergleicher 70 den Analogschalter 80 öffnet.

Dadurch werden die relativ großen Amplitudenteile dzs gleichgerichteten Signals infolge eines Klopfens

■'» daran gehindert, der Glättungsschaltung 5C zugeführt zu werden. Dadurch wird das Signal für den Hintergrundrauschpegel nicht so stark durch das Klopfen beeinflußt und an den Vergleicher 90 gegeben, wo es mit dem Ausgangssignal dr" Fühlers verglichen wird, um ein dem Klopfen entsprechendes Impulssignal zu erzeugen.

In den Fig.4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Klopferfassungseinrichtung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den gleichen Aufbau, mit der A'isnahme, daß anstelle des Analogschalters 80, des

f>5 Widerstandes 48 unJ des Vergleichers 70 eine selektive Verstärkerschaltung 100 vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker 101, einen Eingangswiderstand 102, der den AusEunE der Glättunesschaltiinc SO nnH

den invertierenden Eingang des Verstärkers ΙΟΙ verbindet, einen Rückkopplungswiderstand 103, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 101 verbindet, und eine Diode 104 aufweist, deren Anode mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 101 und deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist über ein Paar von antiparallel geschalteten Dioden 46 und 47 mit dem Transistor 44 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 101 erhält einen Bezugsspannungspegel REF2. das von dem Verbindungspunkt der zwei Widerstünde 105 und 106 erhalten wird. Diese zwei Widerstände und ein dritter Widerstand 107 sind in Reihe über eine Speisequelle Vcc geschaltet. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 51 niedriger als der Bezugsspannungspegel REF 2 ist. arbeitet die selektive Verstärkerschaltung 100 als ein Verstärker, so daß der Transistor 44 nicht arbeilet. Wenn andererseits das Ausgangssignal des Verstärkers 51 höher als der Beziigsspanniingipegel REF2 ist. wird der Transistor 44 leitend geschaltet, wodurch die Amplitude des durch den Begrenzer hindurchgehenden Signals begrenzt wird.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 90 in den F i g. I und 4 kann über die Zeit integriert werden, um die Klopfstärke zu bestimmen. Wenn das Klopfen relativ stark ist, ist der Ausgangspegel des Fühlers hoch, so daß die Anzahl und Dauer der Impulse von dem Vergleicher 90 relativ groß sind.

Bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen ist der Gleichrichter 30 als ein Halbweggleichrichter gezeigt, jedoch kann er auch ein Vollweggleichrichter sein. Außerdem ist gezeigt, daß ein Eingangssignal für den Vergleicher 90 von dem Fühler 20 erhalten wird, jedoch kann es auch von dem Gleichrichter 30 erhalten werden, wie dieses durch gestrichelte Linien jeweils in den Fig. 1.2,4 und 5 gezeigt ist.

Der Fachmann erkennt sofort, daß die vorstehende Beschreibung sich auf ein bevorzugtes und dazu alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, in denen verschiedene Änderungen und Abwandlungen

jedoch der durch die Patentansprüche umrissene allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Klopferfassungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der aus dem Ausgangssignal eines Schwingur.gsfühlers unter Gleichrichtung und Glättung ein Hintergrundrauschpegelsignal erzeugt wird, und in dem Schwingungsfühler-Ausgangssignal etwa vorhandene Klopfsignale an eine Einrichtung angelegt werden, die Klopfanzeigesignale abgibt, wenn die Klopfsignale eine bestimmte erste Bezugsspannung übersteigen, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichgerichtete Signal einem Amplitudenbegrenzer (40, 30, 80) zugeführt wird, der für bestimmte, eine zweite Bezugsspannung übersteigende Amplituden seines Eingangssignales wirksam ist

2. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hintergrundrauschpegelsignal als erste Bezugsspannung für die Einrichtung (90) zur Abgabe der Klopfanzeigesignale verwendet«v>d.

3. Klopferfassungscinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbegrenzer einen ersten Operationsverstärker (41) und eine Rückkopplungsschaltung vom Eingang der Glättungseinrichtung (50) aufweist, die abhängig vom Wert des Hintergrundrauschpegelsignals selektiv einschaltbar ist

4. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch' gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung einen den Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers (41) verbindenden Widerstand (43) aufweist, dessen Widerstandswert abhängig von der Größe des Hintergrundrauschpegelsignals selektiv veränderbar ist.

5. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rückkopplungsweg ein Analogschalter (80) vorgesehen ist, der durch einen Vergleicher (70) gesteuert wird, der das Hintergrundrauschpegelsignal mit der zweiten Bezugsspannung vergleicht.

6. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung einen Transistor (44). der den Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers (41) verbindet, und eine zweite selektive Verstärkereinrichtung (100) aufweist mit einem zweiten Operationsverstärker (101), dem das Hintergrundrauschpegelsignal und die zweite Bezugsspannung zugeführt werden,sowie mit einem Widerstand (103) und einer Diode (104), die parallel über die zweite Verstärkereinrichtung (100) geschaltet sind.

7. Klopferfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Glättungseinrichtung (50) und die Einrichtung (90) zur Abgabe der Klopfanzeigesignale eine dritte Verstärkereinrichtung (60) geschaltet ist.