DE3137016C2

DE3137016C2 - Vorrichtung zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3137016C2
Application number: DE3137016A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert Ing.(grad.) 7141 Benningen Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Bernhard 7000 Stuttgart Miller; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Schramm; Walter Dipl.-Ing. 7132 Illingen Vieß
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1985-01-03
Also published as: JPH0545890B2; JPS5866026A; FR2512952B3; DE3137016A1; US4478068A; FR2512952A3

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung des Klopfens einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem ein dem Klopfvorgang zugeordnetes Nutzsignal mit wenigstens einem Referenzsignal verglichen wird. Es wird dann ein Erkennungssignal abgegeben, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal in vorgegebener Weise überschreitet. Das Referenzsignal wird entsprechend einer Ausgangsfolge in der Art eines Digitalfilters gebildet.

Description

durchgeführt werden kann. Sich langsam aufbauende Störpegel, z. B. durch Ventilgeräusche im Meßfenster, wirken sich nicht störend auf die Klopferkennung aus, da sich das Referenzsignal diesen langsamen Amplitudenänderungen anpaßt Dadurch, daß das Referenzsignal durch ein Digitalfilter gebildet wird, ist die Referenzsignalbildung in einfacher Weise durch Veränderung des Inhaltes des Registers steuerbar. Dabei ist besonders vorteilhaft, den Inhalt des Registers von Betriebsparametern derart abhängig zu machen, daß die Referenzsignalbildung adaptiv durchgeführt wird. Eine besonders einfache, in Hardware oder Software kostengünstig realisierbare, Ausgestaltung der Erfindung wird durch eine Referenzsignalbildung mit einem digitalen Tiefpaß 1. Ordnung erreicht, wobei die Zeitkonstante des digitalen Tiefpasses durch den Inhalt des Registers eingestellt wird. Es ist aus Gründen der Störsicherheit und Rechengeschwindigkeit vorteilhaft, das Referenzsignal aus den Signalen vorangegangener Zeitpunkte zu bilden. Dieses kann in besonders einfacher Weise dadurch geschehen, daß der Inhalt des Registers zeitvariant verändert wird, etwa dadurch, daß für den aktuellen Meßwert (KJopfsignal) der Inhalt des Registers gleich Null gesetzt wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Klopf sensor 1, der an einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angebracht ist, über einen Regelverstärker 2 und einen Bandpaß 3 an eine Demodulatorschaltung 4 angeschlossen. Der Ausgang der Demodulatorschaltung 4 ist einerseits über einen Regler 5 mit dem Regelverstärker 2 und andererseits mit einem Integrator 6 verbunden, dessen Ausgang einem Analog-Digital-Wandler 7 zugeführt ist. Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 7 ist einerseits an ein Digitalfilter 8 und andererseits an einen Eingang einer Vergleichseinrichtung 9, die als digitaler Komparator ausgebildet ist, angeschlossen (Klopfsignalzweig). Das Digitalfilter 8 ist mit einem weiteren Eingang der Vergleichseinrichtung 9 verbunden (Referenzsignalzweig). Integrator 6, Analog-Digital-Wandler 7 und Digitalfilter 8 werden von einer Ablaufsteuerung 10, in Form eines Mikroprozessors, angesteuert. Die Ablaufsteuerung 10 liefert an einem Ausgang 11 ein Erkennungssignal »Klopfen ja/ nein«. Außerdem empfängt sie Steuersignale von der Vergleichseinrichtung 9 und von einem Drehzahlgeber 12, vorzugsweise einem der Kurbelwelle zugeordneten Motordrehzahlgeber.

Die vom Klopfsensor 1 abgegebenen Signale werden im Regelverstärker 2 verstärkt und dem Bandpaß 3 zugeleitet, der die Klopfsignale gegenüber anderen Geräuschen (Frequenzen) bevorzugt, zui Demodulatorschaltung 4, die als Gleichrichter ausgebildet sein kann, weiterleitet. Im Regler 5, der im wesentlichen aus einem Tiefpaß besteht, wird aus dem demodulierten Signal eine Stellgröße derart gebildet, daß die Verstärkung des Regelverstärkers bei großen vom Klopfsensor 1 gelieferten Signalen klein ist und bei kleinen vom Klopfsensor 1 gelieferten Signalen groß ist. Durch dies? Regelung der Verstärkung v/ird erreicht, daß der Pegel des Ausgangssignals des Regelverstärkers 2 bzw. der Demodulatorschaltung 4 weitgehend konstant und unabhängig von der Motordrehzahl ist. wahrend die Signalamplitude des Klopfsensors I mil der Mouvrdrch/;ihl zunimmt

Im Integrator 6 wird während eines kurbelwellenwinkelsynchronen Meßfensters die Ausgangsspannung der Demodulatorschaltung 4 von 0 beginnend integriert. Das Meßfenster wird in Abhängigkeit vom Drehzahlgeber 12 von der Ablaufsteuerung 10 gebildet, die während des Meßfensters den Integrator 6 ansteuert. Mit dem Ende des Meßfensters wird die Ausgangsspa^nung des Integrators 6 im Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert, wobei die Ablaufsteuerung 10 den Befehl zum Wandeln gibt und am Ende der Wandlung ein Signal vom Analog-Digital-Wandler 7 empfängt

Für jeden Verbrennungszyklus werden die im Analog-Digital-Wandler 7 in eine Zahlenfolge umgewandelten Signale auf den Eingang des Digiialfikers 8 gegeben, das als Digitalfilter erster Ordnung mit einem Tiefpaßverhalten ausgebildet ist. Das Digitalfilter 8 liefert eine Ausgangsfolge, deren Werte in de·' /ergleichseinrichtung 9 mit dem vom Analog-Digital-Wtadler 7 digitalisierten aktuellen Meßwert verglichen werden.

Das Ausführungsbeispiel in F i g. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1 dadurch, daß das Digitalster 8 von einer Recheneinheit 14, die als Mikroprozessor ausgebildet ist nachgebildet wird und die Vergleichseinrichtung 9 in der Recheneinheit 14 enthalten ist Der Analog-Digital-Wandler 7 liefert an die Recheneinheit 14 die digitalisierten Meäwerte. Klopfsignalzweig und Referenzsignalzweig sind in der Recheneinheit 14 programmtechnisch realisiert, wobei die entsprechenden Signale als digitale Werte vorliegen.

Durch einen Zählvorgang innerhalb der Recheneinheit 14, der in Abhängigkeit von der Zylindererkennung durchgeführt wird, werden die digitalisierten Ausgangssignale des Analog-Digital-Wandlers 7 den Zylindern entsprechend je einem, jedem einzelnen Zylinder individuell zugeordneten Speicher zugeführt. Das Referenzsignal, das für jeden einzelnen, vom Klopfsensor gelieferten Meßwert neu bestimmt wird, wird durch das in der Recheneinheit 14 realisierte Digitalfilter entsprechend der Formel

i-t) + k · x(ti)

gewonnen, wobei jfr,) der jeweilige berechnete Referenzwert ist, /' der Zählindex der Verbrennungszyklen eines einzelnen Zylinders bedeutet, x(t,) der vom Analog-Digital-Wandler 7 an die Recheneinheit 8 abgegebene, digitalisierte Meßwert darstellt und k der Faktor ist, mit dem der aktuelle Meßwert zur Bildung des neupn Referenzwertes gewiciitet wird, wodurch auch die Grei.zf;-equenz des digitalen Tiefpasses erster Ordnung bestimmt ist.

In der Recheneinheit 14 ist ein Register vorgesehen, dessen Inhalt den Wert des Faktors k bestimmt. Der Faktor k wird empirisch gebildet, und es kann rechtmäßig sein, ihn drehzahlabhängig oder lastabhängig zu wählen. Er wird durch die Anzahl der Shifts (Verschie· bungen) des aktuellen Meßwertes x(ti) im Register der Recheneinheit 14 festgelegt, wodurch dicr,cr jeweils durch 2 dividiert wird, d. h. k kann z. B. 0,5: 0,25; 0.125 usw. betragen. Der aktuelle Meßwert x(t,) wird in der Recheneinheit 14 r.'it dem entsprechenden Rcferenzwert y(ti) verglichen und daraufhin untersucht, ob er um einen wählbaren Faktor größer als der Referenzwert ist Im zutreffenden Fall wird die Verbrennung als Klopfen gewertet, was das Signal 11 entsprechend anzeigt.

Das Erkennen von klopfenden Verbrennungen erfolgt innerhalb der Recheneinheit zylinderspezifisch, wobei die in den Speichern gespeicherten, den Zylindern entsprechenden, Referenzwerte abgerufen werden und unabhängig vom aktuellen Meßwert neu ausgerechnet werden. Mit Hilfe des Klopferkennungssignals 11 kann für jeden Zylinder der Zündzeitpunkt individuell bestimmt werden, so daß der klopfenden Verbrennung im jeweiligen Zylinder abgeholfen werden kann.

Für den Referenzwert kann, wie oben ausgeführt, die Ausgangsfolge y(t) herangezogen werden, es kann aber auch der Wert yftj. ι) verwendet werden, bei dem dann der aktuelle Meßwert nicht in der Ausgangsfolge enthalten ist. Dabei muß selbstverständlich im Digitalfilter 8 bzw. in der Recheneinheit 14 ein Zwischenspeicher is vorhanden sein, der den aktuellen Referenzwert y(t,) bis zum nächsten Verbrennungszyklus festhält. Weiter ist es möglich, falls jff/-;) zur Klopf erkennung herangezogen wurde und der entsprechende Meßwert x(tj-i) als einer klopfenden Verbrennung zugehörig erkannt wurde, den aktuellen Meßwert x(t,) bei der Bildung des neuen Referenzwertes y(t,) zu unterdrücken. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß der Faktor k im Register der Recheneinheit 14 für diesen betreffenden Meßwert gleich 0 gesetzt wird. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß der Referenzwert bei klopfender Verbrennung unverhältnismäßig stark ansteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach Patentansprüche: der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, daß unter bestimmten Betriebsbedin-

1. Vorrichtung zur Erkennung des Klopfens einer gungen einer Brennkraftmaschine das sogenannte Brennkraftmaschine mit einem Klopfsensor (1), des- 5 Klopfen auftreten kann. Hierunter versteht man Stoßsen Ausgangssignale einem Klopf- und einem Refe- wellen des Kraftstoff-Luft-Gemisches, die sich u. a. als renzsignalzweig zugeführt sind, die an den Eingän- tonfrequente Schwingungen des Motors bemerkbar gen einer Vergleichseinrichtung (9) liegen, mit einem machen. Da mit dem Klopfen in der Regel ein,.: starke Filter (8) im Referenzsignalzweig und mit einer Ab- thermische Belastung der brennraumseitigen Wandung !aufSteuerung (10), dadurch gekennzeich- 10 des Zylinders und des Kolbens einhergeht, wobei Matenet , daß das Filter (8) als Digitalfilter ausgestaltet rialabtragungen auftreten können, ist man bestrebt, das ist und daß die Ablaufsteuerung (10) ein Register zur Klopfen grundsätzlich zu vermeiden, da es bei längerem Multiplikation seines Inhaltes mit dem dem Filter (8) Auftreten zu einer Zerstörung der Brennkraftmaschine zugefühnen Signal aufweist führen kann. Da man jedoch andererseits bestrebt ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 den bestehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschizeichnet, daß das Ausgangssignal des Klopfsensors ne möglichst weitgehend auszunutzen, besteht ein Be-(1) in einem Integrator (6) von Null an während eines dürfnis, das Klopfen der Brennkraftmaschine möglichst Meßfensters integriert wird, das von der Ablauf- frühzeitig und sicher zu erkennen. Neben dem Problem, steuerung.^) festgelegt wird. zur Erfassung des Klopfens geeignete Geber bereitzu-

3. Vorridüung nach Anspruch Z dadurch gekenn- 20 stellen, besteht auch das meßtechnische Problem, aus zeichnet, daß die Ablaufsteuerung (10) von einem den vom Geber erfaßten Schwingungen der Brennkraft-Drehzahlgeber (12) Signale erhält, aufgrund derer maschine das Klopfsignal zuverlässig und störungsfrei die Ablaufsteuerung (10) das Meßfenster kurbelwel- herauszulesen, um die Brennkraftmaschine in Abhänlenwinkelsynchron festlegt gigkeit von einem Klopferkennungssignal »Klopfen ja«

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 25 oder »Klopfen nein« entsprechend regeln zu können. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter In der US-PS 35 £3 262 ist hierzu ein Klopfdetektor (8) gemäß der Funktion beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit

einem vorgegebenen, vom Motorsignal unabhängigen

y(t) — (1 — k) ■ y(ti-i) + k · x(t,) Schwellenwertsignal (Referenzsignal) verglichen wird

30 und bei Überschreiten des Schwellenwertes ein Klopfrealisiert ist, wobei gilt erkennungssignal abgegeben wird. Diese Vorrichtung

hat jedoch den Nachteil, daß keine Klopferkennung in

y = Referenzsigna! bezug auf das Hintergrundgeräusch der Brennkraftma-

x= Klopfsignal schine erfolgt, sondern lediglich ein Vergleich mit einem

/ = Zählindex der Verbrennungszyklen 35 externen motorunabhängigen Signal durchgeführt wird.

Ii = Zeitpunkt der Bestimmung des Klopfsi- In der US-PS 40 12 942 ist weiterhin ein Klopfdetek-

gnals während der Verbrennungszyklen tor beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit

k = Faktor zur Gewichtung des Klopfsignals einem Referenzsignal verglichen wird, das über einen (Inhalt des Registers der Ablaufsteuerung). Funktionsgenerator in Abhängigkeit von der Motor-

40 drehzahl erzeugt wird. Dieses Verfahren hat jedoch den

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Nachteil, daß ebenfalls das tatsächlich auftretende Hin-Ansprüche, mit einem dem Klopfsensor (1) nachge- tergrundgeräusch der Brennkraftmaschine nicht mit schalteten Eingangskreis zur automatischen Ver- einbezogen, sondern lediglich über einen Funktionsgestärkungsregelung, wobei ein Regelverstärker (2) nerator simuliert wird. Damit wird insbesondere keine das Ausgangssignal des Klopfsensors (1) erhält, wo- 45 Rücksicht auf die jeweilige Betriebsweise, die Einstelbei dem Regelverstärker (2) eine Demodulatorschal- lung und den Alterungszustand der Brennkraftmaschine tung (4) nachgeschaltet ist, wobei das Ausgangssi- genommen.

gnal der Demodulatorschaltung (4) über einen Reg- Schließlich ist in tier DE-OS 29 18 420 vorgeschlagen

ler (5) mit Tiefpaßverhalten auf den Steuereingang worden, daß das gemessene Klopfsignal, das gleichzeitig des Regelverstärkers (2) rückgeführt ist, dadurch ge- 50 das Hintergrundgeräusch der Brennkraftmaschine entkennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Regel- hält, einerseits direkt (Klopfsignalzweig) und andererverstärkers (2) und den Eingang der Demodulator- seits über einen Tiefpaß (Referenzsignalzweig) auf eischaltung (4) ein Bandpaß (3) geschaltet ist. nen Komparator zu führen. Hierdurch wird erreicht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden daß das Klopfsignal mit dem Hintergrundgeräusch der \nsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- 55 Brennkraftmaschine, so wie es während der letzten Molaufstcuerung (10) einen Ausgang (11) aufweist, an torzyklen aufgetreten ist, verglichen wird. Außerdem ist dem ein in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der u. a. vorgesehen, die Messung nur während eines soge-Vergleichseinrichtung (9) stehendes Erkennungssi- nannten Meßfensters, d. h. während eines zu einem begnal anliegt. stimmten Winkelbereich bei der Drehung der Kurbel-

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden eo welle gehörigen Zeitintervälls, vorzunehmen. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenig- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stens das Filter (8). die Vergleichseinrichtung (9) und Klopferkennung zu finden, die an verschiedene Bedie Ablaufsteuerung (10) in einer Recheneinheit (14) triebsparameter der Brennkraftmaschine anpaßbar ist. realisiert sind. um so eine gegenüber dem Stand der Technik insgesamt

65 verbesserte Kiopferkennung zu ermöglichen.

Gelöst wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden

Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Klopferkennung mit größerer Sicherheil