DE3105996A1

DE3105996A1 - Klopfdetektor

Info

Publication number: DE3105996A1
Application number: DE19813105996
Authority: DE
Inventors: Toshio Fujisawa Kanagawa Enoshima; Shoji Furuhashi; Hideyuki Yokohama Kanagawa Tamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1982-01-28
Also published as: US4420967A; JPS56121136U; DE3105996C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung "bezieht sich auf die Erfassung von Klopfen bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Klopfdetektor, in dem ein Schwingungssignal, das die Schwingungen der Brennkraftmaschine angibt, mit einem Signal von einer ein Bezugspegelsignal bildenden Schaltung vergleicht, um das Klopfen der Brennkraftmaschine zu erfassen, und ist auf das Eroblem bei einem herkömmlichen System gerichtet, daß, wenn Klopfen auftritt, der Pegel des Bezugssignals dazu neigt, durch das Auftreten von Klopfkomponenten in dem Schwingungssignal verzerrt zu werden.

Ein Vergleicher vergleicht entweder vor oder nach der Gleichrichtung ein aus dem Schwingungssignal, das die Schwingungen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine angibt, erhaltenes Signal, das durch einen Signalpaß hindurchgegangen ist, mit einem Bezugspegel signal von einer ein Bezugspegel signal bildenden Einrichtung, um ein Klopf signal zu erzeugen, das das Auftreten und die Größe des Klopfens angibt, wenn das erstere Signal in seiner Stärke größer ist als das letztere. Die das Bezugspegelsignal bildende Einrichtung weist einen Gleichrichter auf, der das Schwingungssignal gleichrichtet, um ein gleichgerichtetes Sigral zu erzeugen, sowie eine Mittelwerteinrichtung, die das gleichgerichtete Signal glättet, um ein geglättetes Signal zu erzeugen, und eine erste Verstärkungseinrichtung, die das geglättete Signal verstärkt, um das zuvor erwähnte Bezugspegelsignal zu erzeugen. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine

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über einem bestimmten Wert liegt, erzeugt eine Bestimmungseinrichtung für die Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Treibersignal, auf das eine Umschalteinrichtung anspricht, um den Verstärkungsfaktor von mindestens einem oder einer des Signalpaß und der das Bezugspegelsignal bildenden Einrichtung von einem Wert auf einen anderen zu ändern, wodurch ein möglicherweise auftretendes Klopfen in dem Gesamtbereich von höheren und niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine zuverlässig erfaßt wird, damit dieses dann bei der Zündzeitpunktssteuerung der fremdgezündeten Brennkraftmaschine benutzt werden kann.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung vergleicht ein Vergleicher entweder vor oder nach der Gleichrichtung ein aus dem Schwingungssignal, das die Schwingungen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine angibt, und durch einen Signalpaß hindurchgelaufen ist, erhaltenes Signal mit einem Bezugspegelsignal von einer ein Bezugspegelsignal bildenden Schaltung, um ein Klopfsignal zu erzeugen, das das Auftreten und die Größe des Klopfens angibt, wenn das erstere Signal in seiner Stärke größer als das letztere ist. Die das Bezugspegelsignal bildende Schaltung nimmt eine Gleichrichtung und Glättung des Schwingungssignals vor, um ein gleichgerichtetes, geglättetes Signal zu erzeugen, und umfaßt eine erste Verstärkerschaltung, die das gleichgerichtete, geglättete Signal verstärkt, um das zuvor erwähnte Bezugspegelsignal zu erzeugen. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine über einem bestimmten Wert liegt, erzeugt eine Bestimmungsschaltung für die Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Treibersignal, auf das eine Umschalterschaltung anspricht, indem der Verstärkungsfaktor von mindestens einem oder einer des Signalpaß und der das Be-

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zugspegelsignal "bildenden Schaltung von einem Wert auf einen anderen zu ändern, wodurch ein mögliches Auftreten von Klopfen in dem Gesamtbereich von höheren und niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine zuverlässig erfaßt wird, um bei der Zündzeitpunktssteuerung der fremdgezündeten Brennkraftmaschine.benutzt zu werden.

Ausgestaltui£pn der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Im einzelnen zeigt:

ig. 1 ein Blockschaltbild eines Zündzeitpunktssystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, in der der erfindungsgemäße Klopfdetektor eingebaut ist,

Pig. 2 einen Stromlaufplan, teilweise als Blockschaltbild, des Klopfdetektors,

S¹Ig. 3 ein Zeitdiagramm des Systems, das die Signalformen von Signalen verschiedener Bauelemente des Klopfdetektors zeigt,

Pig. 4- ein Blockschaltbild der Phasensteuerschaltung und des Zündreglers der Fig. 1,

Fig. 5 einen Stromlaufplan der Lade- und Entladeschaltung der Phasensteuerschaltung,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm des Systems der Fig. 4,

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Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt s-Voreilungswinkel und der Klopfstärke zeigt,

I¹Ig. 8 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und den Eingangssignalen für den Yergleicher des Klopfdetektors zeigt, wenn die Umschalterschaltungen für die Verstärkungsfaktoren der Verstärkerschaltungen nicht "betätigt sind,

Fig. 9 einen Stromlaufplan, teilweise als Blockschaltbild, eines zweiten Ausführungsbeispiels des Klopfdetektors,

Fig. 10 bis 13 unterschiedliche Abwandlungen eines besonderen Teils des Klopfdetektors,

Fig. 14 einen Stromlaufplan ähnlich der Fig. 9 eines dritten Ausführungsbeispiels des Klopfdetektors und

Fig. 15 einen Stromlaufplan ähnlich der Fig. 9 eines vierten Ausführungsbeispiels des Klopfdetektors.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Zündzeitpunktssystem 10 für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gezeigt, das den erfindungsgemäßen Klopfdetektor aufweist. Der Klopfdetektor 12 weist einen Schwingungsfühler 120 auf, der z.B. an dem Zylinderblock, dem Zylinerkopf oder dem Ansaugsystem der hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine angebracht ist. Der Fühler kann z.B. magnetostriktiver oder piezoelektrischer Bauart sein. Der Fühler erzeugt

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ein in Pig. 3 gezeigtes Signal S, das an ein Bandpaßfilter 122 gegeben wird, das in typischer Weise eine Mittenfrequenz f_Q von 7 KHz und eine Güte Q ( = f_Q/2f) von 10 hat und damit ein Signal S_e mit einer Bandbreite von im wesentlichen 5 bis 10 KHz hindurchläßt, das ein typisches Klopfsignal· ist. Genauer gesagt, hängt der !Frequenzbereich des Klopf signals hauptsächlich von der Ausbildung und lemperatur einer jeden' Brennkammer der Brennkraftmaschine ab. Eine ein Bezugspegel signal bildende Schaltung 124, die aus einem Gleichrichter 126, einer Mittelwert schaltung 128 und einer "Verstärkerschaltung 130 besteht, erzeugt ein Hintergrundrausch- oder Bezugspegelsignal S_r aufgrund des Signals S von dem Bandpaßfilter 122.

Insbesondere wird das Signal S„ von dem Gleichrichter 126, der z.B. ein Halbweggleichrichter ist, in ein gleichgerichtetes Signal S^ gleichgerichtet, das an die Mittelwertschaltung 128 gegeben wird, wo es geglättet wird. Die Mittelwertschaltung 128 kann ein Tiefpaßfilter oder eine Integrationsschaltung aufweisen, die eine relativ große Entladezeitkonstante hat, wodurch ein Gleichspannung s sign al S^ erzeugt wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, das von der Verstärkerschaltung 130 mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor in das Bezugspegelsignal S verstärkt wird, wie es in Pig. 3 gezeigt ist. Die Verstärkerschaltung 130 umfaßt einen invertierenden Operationsverstärker OP,-, einen Eingangswiderstand R^., der den Ausgang der Mittelwertschaltung 128 und den invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers OP_x, verbindet, und einen Eückkopplungswiderstand Rp, der den Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers OP,. verbindet.

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Gleichzeitig wird das Signal S„ von dem Filter 122 von einer Verstärkerschaltung 132 verstärkt, die einen invertierenden Operationsverstärker OP₂, einen Eingangswiderstand R^, einen Eückkopp lungs wider st and Ec₅ wie im Falle der Verstärkerschaltung 130, und in Reihe geschaltete Ausgangswiderstände Rg und Rr₇ aufweist und ein Signal S₃₁ abgibt, das dann mit dem Bezugspegelsignal S_r von einem Vergleicher 134· verglichen wird. Wenn das Signal S„_t in seiner Stärke größer als das Signal S ist, erzeugt der Vergleicher 134- ein zugeordnetes Signal S mit einem Impuls hohen Pegels, das das Auftreten und die Größe eines Klopfens während dieser Zeitdauer angibt.

Das Impulssignal S steuert dann eine Integrationsschaltung 18 einer Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 16 derart, daß die Schaltung 18 eine Integration über der Zeit mit einer ersten Zeitkonstanten vornimmt, während das Klopfsignal S auftritt, und einen Entladevorgang mit einer zweiten, unterschiedlichen Zeitkonstanten ausführt, wenn das Klopfsignal S nicht vorliegt, so daß das Signal S in ein Spannungssignal V umgeformt wird,

P 3

das der Größe des Klopfens entspricht.

Eine Phasensteuerschaltung 20 der Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 14 spricht auf das Signal V_Q an und ver-

el

zögert ein Bezugszündzeitpunktssignal oder ein Kurbelwellen winkel-Bezugssinal S₄., das ein Verteiler 22 nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine berechnet hat, in entsprechender Weise, um ein eingestelltes Signal S^,,an einen Zündregler 24 abzugeben. Dieser Regler berechnet aufgrund des Signals S₊., ein

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Stillstandswinkelimpulssignal S_f, um das Zuführen eines elektrischen Stroms an eine Zündspule 26 derart zu steuern, daß ein Zündfunke an einer Zündkerze eines jeden hier nicht gezeigten Zylinders über den Verteiler 22 zum ^zeitpunkt der Rückflanke eines jeden Impulses des Stillstandswinkelimpulssignals S_f bewirkt wird, um das Auftreten eines weiteren Klopfens zu unterdrücken oder zu verhindern. Einzelheiten des Aufbaus und der Wirkungsweise der Phasensteuerschaltung 20 und des Zünd·? reglers 24 werden in Verbindung mit den Figuren 4, 5 und 6 erläutert. Das Kurbelwellenwinkelbezugssignal S^₁, das ein vom Regler und den Unterdruckvoreilungswinkeln bestimmtes Basissignal ist, wird einmal für jede 180°- Drehung der Kurbelwelle im Falle einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine oder einmal für jede 120°-Drehung der Kurbelwelle im Falle einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine erzeugt. Das Winkelbezugssignal S^ von dem Verteiler wird mit einem Signalformer 200 in ein Signal umgeformt, das regelmäßige Rechteckimpulse hat, die von einer Steuerschaltung 202 für das Tastverhältnis in ein Impulssignal F umgeformt werden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, was in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle und der Spannung der Spannungsquelle erfolgt. Die Impulse des Signals F haben eine konstante Impulsbreite, und ihre ins Negative gehenden Flanken F'g treten bei den Punkten 0 auf, bei denen das Signal S^ jeweils durch Null geht. Das Ausgangssignal F der Steuerschaltung 202 für das Tastverhältnis wird an ein Paar von Unterschaltungen 204a und 204b gegeben, die eine Lade- und Entladeschalturg 204 bilden. Im einzelnen bildet in der Unterschaltung 204a das Ausgangssignal F der Steuerschaltung 202 für das Tastverhältnis das Eingangssignal für eine Reihenschaltung aus einer Diode D,. und einem Kondensator Cp₅

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für den Setzeingang eines Flip-Flops FF,. der Unterschaltung 204a. Das Flip-Flop FF^ wird durch die ins Negative gehende Flanke F₂ des Signals F gesetzt und von dem Signal eines Vergleichers OP,, zurückgesetzt, um das in Fig. 6 gezeigte Signal CO^ zu erzeugen. Wenn das Signal CO^ einen niedrigen Pegel hat, wird ein Transistor Tr^ über einen Widerstand E._ gesperrt, und ein Transistor Tr₂ wird über Widerstände R,. ^ und R^₂ durch die Speisespannung +V leitend geschaltet. Aufdiese Weise wird ein Kondensator CL über einen Widerstand R,., und den Transistor Tr₂ aufgeladen, und die sich über dem Kondensator C. ändernde Ladespannung ist durch den Gradienten m. in Fig. 6 gezeigt. Wenn das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops FF^ einen hohen Pegel hat, wird der Transistor Tr^ leitend geschaltet und der Transistor Tr₂ wird gesperrt. Der Kondensator CL lädt sich daher nicht langer auf und beginnt sich über einen Widerstand R,.^ zu entladen, wobei die Entladekurve durch den Gradienten η in Fig. 6 gezeigt ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers OP,, nimmt einen hohen Pegel an und setzt das Flip-Flop FF,- zurück, wenn das Potential über dem Kondensator CL, wie es durch die Signalform OD in Fig. 6 gezeigt ist und über einen Widerstand Hy.c an den invertierenden Eingang des Vergleichers OP^ gegeben wird, unter den Spannungspegel des Eingangssignals des Vergleichers OP^ fällt, der durch die Widerstände R_xJg und R^n bestimmt ist.

Gewöhnlich wird .der zuvor erwähnte Vorgang wiederholt, wenn jedoch Klopfen auftreitt,' steigt die Ausgangs spannung V_a der Integrationsschaltung 18 zu einem Zeitpunkt _Q an, wie dieses z.B. durch V_e in Fig. 6 gezeigt ist. Die Signal-

form von V in Fig. 6 ist in einer etwas vereinfachten Form, verglichen mit der tatsächlichen Signalform zum

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Erleichtern der Beschreibung gezeigt, Daher wird ein in Hg. 5 gezeigter Transistor, der einen Puffer 206 in Pig. 4 bildet, über einen Widerstand R^g leitend geschaltet. Der Kondensator C_x, wird von der Speisequelle +V über einen Widerstand R^q und den Transistor Tr, mit einem elektrischen Strom aufgeladen, der proportional der Ausgangsspannung V_ ist, und wird auch über den Transistor Tr und den Widerstand R^,, von der Speisequelle +V mit der durch den Gradienten BL·, in EIg. 6 gezeigten Signalform aufgeladen. Wenn die Spannung am Kondensator C^] ansteigt, steigt auctu&e zum Entladen des Kondensators CL erforderliche Zeit auf irgendeinen gexvünschten Wert an, wie dieses aus dem Vergleich der Entladezeitdauern

At. und Δΐρ in Pig. 6 zu erkennen ist. Diese Entladezeiten entsprechen Verzögerungen von den Punkten 0, bei denen das Kurbelwellenwinkelbezugssignal S₄. jeweils durch Null geht. Die Verzögerungen ändern sich in. Abhängigkeit von den Ladegradienten ra^ und rap, und die Differenz zwischen den Entladezeiten Ät. und At~ gibt die Differenz zwischen den entsprechenden Zündzeitpunkten an.

Im einzelnen wird der Ladegradient m. der Signalform CD in Fig. 6, wenn die Ausgangsspannung V_ der Inte-

dt

grationsschaltung 18 größer als Full ist, durch die Ausgangsspannung V_Q der Integrationsschaltung 18 gesteuert, während der Entladegradient η konstant ist. Damit gilt

m_± ( T - At₁) = η

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-¹⁷- 3105986

wobei m. gleich m„ ist, wenn V_Q gleich Null ist, und

X I el

gleich BI2 ist, wenn V positiv ist, T die Periodendauer des Signals F und t. die Entladezeitkonstante, die dem Entladegradienten η entspricht, sind, sowie gleich t^ ist, wenn V gleich Null ist, und gleich t2 ist, wenn V positiv ist.

Durch Umformung der Gleichung (1) ergibt sich

^T *i+n ! (2)

da der Verzögerungswinkel

Q₁ = -^ χ α ■ (3)

ist, .

wobei «C gleich 120° im Falle einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine und gleich 180° im Falle einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ist, ergibt sich durch Einsetzen der Gleichung(2) in (3):

^mi i ^ei - _mi+n ^{x α} . (4)

Die Gleichung (4) zeigt den Verzögerungswinkel Θ. als eine Funktion des Ladegradienten m..

In ähnlicher Weise hat die zweite Unterschaltung 204b den gleichen Aufbau und die gleiche .Arbeitsweise

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wie die Unterschaltung 204a mit der Ausnahme, daß die Diode D₂ der Unterschaltung 204b mit der entgegengesetzten Polarität zu der der Diode D^ der Unterschaltung 204a über einen Kondensator C, mit dem Setzeingang S eines Flip-Flops PIp ^der Unterschaltung 204b so verbunden ist, daß das Flip-Flop FF₂ durch die ins Positive gehende Flanke F^ des Signals F von der Steuerschaltung 202 für das Tastverhältnis gesetzt wird, wie dieses in Fig. 6 gezeigt ist. Die ^ückflanken der Ausgangsimpulse CO_-1 und CO₂ der Schaltungen 204a und 204b werden daher über die Dioden-Kondensatoren-Paare D,,, C^ und D^, Cian den Rücksetzeingang R und den Setzeingang S eines Flip-Flops 240 des Zündreglers 24 Jeweils gegeben, um ein Stillstandswinkelsignal zu erzeugen, das in Fig. 6 unter S₊... gezeigt ist, und um einen Phasenwinkel θ_ο gegenüber dem Ausgangssignal F der Steuerschaltung für das Tastverhältnis verzögert ist. Dieses Signal S^₁, wird über einen Verstärker 2#2 und einen Leistungstransistor 246 des Zündreglers 24 an die Zündspule 26 gegeben. Ein Stromfühler 244 erfaßt den in Fig. 6 unter S_f gezeigten Strom, der durch den Leistungstransistor 246 fließt, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 242 und damit den durch den ^eistungstransistor 246 fließenden Strom zu steuern. Der durch den Leistungstransistor 246 und die Zündspule 26 fließende Strom S_f erzeugt einen Zündfunken an einer hier nicht gezeigten Zündkerze des zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine, der hier ebenfalls nicht gezeigt ist, über den Verteiler 22 bei der Rückflanke eines Jeden Stromimpulses S_f.

Der Zündzeitpunkt und die Klopfstärke haben die in Fig. gezeigte Beziehung zueinander, so daß bei einer Verzögerung

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des Zündzeitpunktes ein weiters Klopfen unterdrückt oder verhindert wird.

Wenn der Klopfdetektor nur den zuvor beschriebenen Aufbau hat, ist das Hintergrundrausch- oder Bezugspegelsignal S_r in seiner Stärke größer als der Maximalwert

a'3 no des Signals S , von der Verstärker schaltung 132, wenn Klopfen auftritt, und wenn die Brennkraftmaschine sich im hohen Drehzahlbereich oberhalb von 4000 Umin"¹ befindet, so daß die Beziehung S_ol> S,

ei X

die die Bedingung für das Auftreten von Klopfen ist, umgekehrt wird, und damit im Bereich hoher Drehzahlen ein Klopfen nicht erfaßt werden kann. Das Umkehren der Bedingung L^Sa'3no^<Sr "^fcri"^b'^{b auf}» ^^a ^die .Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, das mechanische Rauschen der Brennkraftmaschine ansteigt, so daß die Mittelwertschaltung 128 mit einer relativ großen Entladezeitkonstanten ein sich laufend addierendes ansteigendes Ausgangssignal Sj₃ erzeugt, das von der Verstärkerschaltung 130 mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Die nachfolgende .Beschreibung ist auf ein System gerichtet, das dieses Problem der Umkehr beseitigt.

Eine Umschaltschaltung 136 ist vorgesehen, die einen zweiten Rückkopplungswiderstand R, und ein Relais Ry^ aufweist, das den zweiten Rückkopplungswiderstand R, dem ersten Rückkopplungswiderstand Rp durch Schließen eines Relaiskontaktes Ryt. parallel schaltet, wenn die Relaiswicklung Rye. durch ein Ausgangssignal S„ hohen Pe-

I C

gels einer Bestimmungsschaltung 138 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erregt wird, um den Widerstandswert des Rückkopplungswiderstandes von R^ auf RpR^/Ro+Rz) zu ändern und damit den Verstärkungsfaktor, der durch den

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Rückkopplungswiderstand, dividiert durch den Eingangswiderstand bestimmt ist, der Verstärkerschaltung 130 von R₂/^ ^auf

Die Bestimmungsschaltung 138 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhält das Zündsignal S_f von dem Zündregler 24, um elektrisch die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu berechnen-und nur dann ein Ausgangssignal S_n hohen Pegels zu erzeugen, wenn die Drehzahl oberhalb eines bestimmten Wertes, z.B. von 4-000 Umin liegt. Daher ist der Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung gleichgroß Ro/R,,» wenn die Drehzahl der Brennkraftma-

—1

schine unterhalb von 4-000 Umin liegt, während er gleichgroß E^R3/^-1 CRp+^z) ist, wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin"" ist, wodurch der Verstärkungsfaktor in der zuvor erwähnten Weise vermindert wird. Dieses verhindert, daß das Hintergrundrausch- oder Bezugspggelsignal S infolge des mechanischen Rauschens der Brennkraftmaschine zu stark ansteigt, wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin liegt, so daß das Signal S daran gehindert wird, eine größere Stärke als die des Signals

C^Sqi1 -n_n ^zu katen, wodurch Klopfen selbst dann,«erfaßt wer-3 w HO s*

den kann, wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin" liegt.

Ein Vermindern des Verstärkungsfaktors allein der Verstärkerschaltung 130 kann es jedoch unmöglich machen, die Größe des Klopfens im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine richtig zu erfassen. Mit anderen Worten, solange nicht das Verhältnis der Größe der Signale von den Verstärkerschaltungen 130 und 132 im wesentlichen konstant ist, wenn die Größe des Klopfens

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konstant ist, wird die erfaßte Größe des Klopfens einen Fehler enthalten. Um dieses zu verhindern,wird bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel der Pegel des Signals S₀, von der Verstärkerschaltung 132 mit einem geeigneten Verhältnis vermindert, um den Erfassungsfehler zu

—1 vermindern, wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin liegt. Im einzelnen umfaßt eine zweite Umschaltschaltung 140 ein Relais Ry£i das einen zweiten Ausgangswiderstand Rg dem ersten Aus gangswiderstand E_n durch Schließen des Arbeitskontaktes Rytp^ parallel zu schalten, wenn die Relaisspule Rycp durch das Ausgangssignal S_c der Bestimmungsschaltung 138 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erregt wird, wodurch der.^egel des Signals auf S-, χ (β._£-+Ή._η)(Ή.Γ)//Β._Ω)Αΐηθ3-ΐζ+&η//Β-Ώ) ι wobei // den Ausdruck Rr₇ χ Rg/(Rr,+Rg) bezeichnet, wodurch das Klopfen mit im wesentlichen der gleichen Genauigkeit in den Gesamtbereichen der höheren und niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfaßt werden kann.

Auf diese Weise stellt die Verbindung des Impulssignals S von dem Vergleicher 134 eine richtige Zündung an Jeder hier nicht gezeigten Zündkerze der Brennkraftmaschine durch die Zündzeitpunkts-Einsteilschaltung 16, den Zündregler 24, die Zündspule 26 und den Verteiler 22 sicher.

In Fig. 9 hat ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Klopfdetektors den gleichen Aufbau wie der Klopf detektor der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß das Verhältnis der Ausgangssignale der Verstärkerschaltungen 130 und 132 im wesentlichen konstant über den gesamten Bereich der höheren und niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine durch Vergrößern des abgesetzten

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Wertes der Verstärkungsschaltung 130 anstelle des Verminderns des Pegels des Signals S„, von der Verstärkerschaltung 132 gehalten wird, wenn die Größe des Klopfens als konstant angenommen wird. Im einzelnen wird, wenn die Drehzahl unterhalb von 4000 Umin liegt, eine Spannung V_cc χ R/(R+Rg) wobei R « R^₁ χ R₁₂/(R₁₁+R^₂) ist, über Widerstände R^₀ und R₂ an den Ausgangspunkt a des Operationsverstärkers OP_x, gegeben. Wenn andererseits die Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb von 4000 Umin liegt, wird die Wicklung Ryc^ eines Relais

Ry5, durch das Ausgangssignal S- von der Bestimmungs- O c

schaltung 138 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erregt, um den Ruhekontakt Ryt, zu öffnen, so daß eine Spannung l/"_cc χ R^/CR^+Rq) , wobei R^ R ist, die höher als die zugeführte Spannung ist, wenn die Drehzahl unter 4000 Umin ist, über Widerstände R^₀ und R₂ an den Punkt a angelegt. Wenn die Differenz zwischen den Spannungen ^Vcc ^{x r}/C^r+rq) ^u- ^v _cc ^x Rx]₁/(R^j,,+Rn) so eingestellt ist, daß sie den Abfall in der Größe des verstärkten Signals S₀, der Verstärkerschaltung 132 bei dem ersten Ausführungs

beispiel der Fig. 1 ausgleicht, hat das zweite Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung wie das .erste Ausführungsbeispiel.

Bei diesen zwei Ausführungsbeispielen kann die Kombination der Verstärkerschaltung 130 und der Umschaltschaltung 136 durch in den Fig. 10 bis 13 gezeigte Anordnungen ersetzt werden, in denen der Widerstand R, einem Widerstand R^ parallel geschaltet ist, der mit einem Widerstand R^., zum Bilden eines Ge s amt aus g ang swi der Standes zusammenwirkt, wenn ein Relais Ry,. oder ein Transistor Tr^ von dem Signal S_c betätigt wird. Die Verstärkerschaltung 130 kann durch einen Gleichstromverstärker er-

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setzt werden,der Transistoren anstelle eines Operationsverstärkers aufweist. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 130 wurde als in zwei Stufen umgeschaltet beschrieben und gezeigt, er kann jedoch auch in mehreren Stufen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgeschaltet werden, um die Genauigkeit zu vergrößeren, mit der das Klopfen erfaßt wird. Bei den erläuterten Ausführungsbeispielen können Schalterelemente, wie Transistoren Tr^ und Trc, wie sie in den Figuren 11, 12, 14 und 15 gezeigt sind, anstelle der Relais Ry,. und Ry~ benutzt werden. Außerdem wurde bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen das Eingangssignal für die Verstärkerschaltung 132 als ein vom Bandpaßfilter 122 erhaltenes Signal S_Q beschrieben und gezeigt, es kann jedoch auch als das Signal S^ von dem Gleichrichter 126 erhalten werden, wie dieses in den Figuren 2, 9> Ή und 15 durch eine gestrichelte Linie bl gezeigt ist.

Ein einen erfindungsgemäßen Klopfdetektor benutztendes KlopfSteuersystem erzeugt einen richtigen Zündzeitpunkt in dem Gesamtbereich der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wodurch Klopfen zuverlässig unterdrückt oder verhindert wird.

Obwohl die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen erläutert wurde, sind selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß dabei jedoch der durch die Patentansprüche umrissene allgemeine Srfindungsgedanke verlassen würde.

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Claims

H. KINKELDEY

DR-ΙΝα

W. STOCKMAIR

DR-INCi · Λ.« (OUJICH)

K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

OIPL-INO.

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAX1MILIAN3THASSK

18. Febr. 1981 P 15 967-32/kg

NISSAN MOTOR GOMPMY
Takara-cho, Eanagawa-ku
Yokohama-shi
Kanagawa-ken, Japan

Klopfd,etektor

Patentansprüche

MJ Klopfdetektor für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:

a ) einen Schwingungsfühler (120) zum Erfassen von
Schwingungen der Brennkraftmaschine um ein diesen
Schwingungen entsprechendes Schwingungssignal (S)
zu erzeugen,

b ) einen Signalpaß (132), durch den ein aus dem Schwingungssignal erhaltenes Signal hindurchgeht,

c) eine Einrichtung (124) zum Bilden eines Bezugspegel-

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TELEFON (O8O) 999883 TELEX 05-9SS8O TELKGIItAMMe MONAPAT TELEKOPIERER

signals, die aufweist:

1.) Einen Gleichrichter (126) zum Gleichrichten des

Schwingungssignals, um ein gleichgerichtetes Signal zu erzeugen,

2.) eine Mittelwerteinrichtung (128) zum Glätten des gleichgerichteten Signals, um ein geglättetes Signal (S^₃) zu erzeugen, und

3.) eine erste YerStärkungseinrichtung (130) zum Verstärken des geglätteten Signals, um ein Bezugspegelsignal (S_r) zu erzeugen,

d) einen Vergleicher (126) zum Vergleichen des Signals (Sa¹)» von dem Signalpaß mit dem Bezugspegelsignal

(Sr), um ein Klopfsignal zu erzeugen» das das Auf- ' treten und die Größe des Klopfens angibt, wenn das erstere Signal in seiner Stärke größer als das letztere ist,

e) eine Bestimmungseinrichtung (138) zum Erfassen der Brehzahl der Brennkraftmaschine, um ein Trelbersignal (S_rt) zu erzeugen, wenn die Drehzahl oberhalb eine s bestimmten Wertes liegt, und

f) eine Umschalteinrichtung (136), die auf das Treibersignal zum Indern des Verstärkungsfaktors von mindestens einem bzw. einer aus Signalpaß und der das Bezugspegelsignal bildenden Einrichtung anspficht.

2. Klopf detektor nach Anspm ch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkungseinrichtung einen Operationsverstärker (OP,,), einen Eingangswiderstand

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(E₁), der den Ausgang der Mittelwerteinrichtung mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP^j) verbindet, und einen ersten Rückkopplungswiderstand (Rp) aufweist, der ,den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers verbindet, und daß die Umschalteinrichtung eine erste Anderungseinrichtung (Ry₁, Tr₄, R₈) aufweist, die auf das Treibersignal zum Vermindern des Widerstandswertes des ersten Rückkopplungswiderstandes (Rp) anspricht.

3. Klopfdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Änderungseinrichtung einen zweiten Rückkopplungswiderstand (R^) und eine erste Schalter einrichtung (Ry,,, Tr^) aufweist, die auf das Treibersignal anspricht, um den zweiten Rückkopplungswiderstand (R,) mit dem ersten Rückkopplungswiderstand (R2) parallel zu schalten.

4. Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Signalpaß eine zweite Verstärkungseinrichtung (132) zum Verstärken des aus dem Schwingungssignal erhaltenen Signals aufweist, die einen ersten Ausgangswiderstand (Rg, Rr,) hat, der den Ausgang der zweiten Verstärkungseinrichtung mit Erde verbindet, und daß die Umschalteinrichtung eine zweite Inderungseinrichtung (Ry2» Trr, R_Q) aufweist, die auf das Treibersignal zum Vermindern des Widerst andswertes des ersten Ausgangswiderstandes anspricht.

5. Klopfdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Inderungseinrichtung einen zweiten Ausgangswiderstand (Rg) und eine zweite

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Schalt er einrichtung (Ry,,, Tr,-) hat, die auf das Treibersignal anspricht, um den zweiten Ausgangswiderstand mit dem ersten Ausgangswiderstand parallel zu schalten.

6. Klopf detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung einen Ausgangswiderstand (R^j 3» ^14)» ^{der den} Ausgang der ersten ■Verstärkungseinrichtung mit Erde verbändet, und eine vierte Inderungseinrichtung (R*, Tr^, Ry^) aufweist, die auf das Treibersigml zum Vermindern des Widerstandswertes des zweiten Widerstandes anspricht.

7. Klopf detektor nach Anspruch 6, dadurch g ek e η nz e'.i c h η e t, daß die vierte Änderungseinrichtung einen zweiten Ausgangswiderstand (R.,) und eine vierte Schaltereinrichtung aufweist, die auf das Treibersignal anspricht, um den zweiten Ausgangswiderstand mit dem ersten Ausgangswiderstand parallel zu schalten.

8. Klopf detektor nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung eine Absatzänderungseinrichtung aufweist, die auf das Treibersignal anspricht, um ein abgesetztes Ausgangssignal der ersten Verstärkungseinrichtung zu vermindern.

9. Klopf detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Absatzänderungseinrichtung eine abgesetzte Spannung (Vcc) abgibt, die an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gegeben wird, sowie eine dritte Anderungseinrichtung (Ry^ oder

^ die auf das Treib er sign al zum Ver-

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mindern der Größe der abgesetzten Spannung anspricht.

10. Klopfdetektor nach Anspruch 9» dadurch g'e-

k e η η ζ e i ch η e t, daß die dritte Anderungseinrichtung in Reihe geschaltete erste und zweite Absatzwiderstände (Rn» R^)» ^di^{e d}ie abgesetzte Spannung mit Erde verbinden, einen dritten Absatzwiderstand (R^jq) , der den gemeinsamen Schaltpunkt zwischen den ersten und zweiten Absatzwiderständen mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbindet, einen vierten Absatzwiderstand (R^o) ¹^ eine dritte Schaltereinrichtung (Ry,, Tr,-) aufweist, die auf das Treibersignal anspricht, um den vierten Absatzwiderstand mit dem zweiten Absatzwiderstand parallel zu schalten.

11. Klopf detektor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3» 6 und 7» dadurch gekennzei chnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein im wesentlichen nicht wechselndes Signal ist.

12. Klopfdetektor nach Anspruch 4, dadurch g ekennzeichneti daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein im wesentlichen nicht wechselndes Signal ist.

13. Klopf detektor nach Anspruch 5» dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein im wesentlichen nicht wechselndes Signal ist.

14. Klopfdetektor nach Anspruch 8, dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein im wesentlichen nicht wechseln-

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— tiSignal ist.

15. Klopf detektor nach Anspruch. 9» dadurch g ekennzeich.net, daß das aus dem Schwingungssignal ·erhaltene Signal im wesentlichen ein nicht wechselndes Signal ist

16. Klopfdetektor nach Anspruch 10, dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein im wesentlichen nicht wechselndes Signal ist,

17. Klopfdetektor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3»

6 und 7» dadurch gekenn ze ichne t, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist.

18. Klopfdetektor nach Anspruch 4, dadurch g ekennz ei chnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist.

19. Klopfdetektor nach Anspruch 5» dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist.

20. Klopf detektor nach Anspruch 8, dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist.

21. Klopfdetektor nach Anspruch 9₅ dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist.

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22. Klopfdetektor nach Anspruch 10, dadurch g ekennzeichnet, daß das aus dem Schwingungssignal erhaltene Signal ein gleichgerichtetes Signal ist

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