DE3145294C1 - Schaltung zum Erfassen von Klopfsignalen einer fremgezündeten Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltung, die geeignet ist, Klopfsignale einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu empfangen und zu diskriminieren. Ein Klopfsensor 1, der ein herkömmliches und im Handel erhältliches Bauteil darstellt, ist im Motorbereich befestigt und liefert Signale verschiedener Frequenzen. Diese Signale werden im Block 2 gefiltert.
• Der Block 201 dient dazu, den interessierenden Bereich von etwa 7,5 kHz herauszufiltern, da die Klopfsignale typischerweise in dieser Frequenz liegen. Die übrigen Frequenzen werden unterdrückt. Günstigerweise wird das Signal vor der Frequenzselektion in einem Verstärker 202 verstärkt.
• Das auf diese Weise gewonnene Signal wird dem einen Eingang eines Blockes 5 zugeführt, der einen Komparator 15 enthält. Zur Gewinnung eines Pegels wird in einem Block 3 das Ausgangssignal des Blockes 2 weiterverarbeitet, in dem es zuerst in einem Gleichrichter 301 gleichgerichtet wird. Aus diesem gleichgerichteten Signal wird in einer Integrationsstufe 302 ein Gleichstrompegel erhalten, dessen Höhe für die Diskriminierung der Klopfgeräusche wesentlich ist. Der Komparator 15 vergleicht die Signale des Blockes 2 mit dem auf diese Weise gewonnenen Pegel und liefert an seinem Ausgang ein Signal, wenn die direkt vom Block 2 gelieferten Eingangssignale den Pegel übersteigen.
• Eine Logik 6 erhält als Informationen u. a. den Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie die Signale des Ausgangs vom Komparator 15. Unter bestimmten, weiter unten zu erläuternden Bedingungen greift die Logik 6 in die Pegeleinstellung der Integrationsstufe 302 ein.
• Die detaillierte Schaltung ist in Fig 2 beschrieben.
• An den Eingang wird vom Klopfsensor 1 ein Signal geliefert, das einem Wechselstromverstärker 10 zugeführt wird. Der Verstärkungsfaktor sowie der Frequenzbereich des Wechselstromverstärkers 10 werden über einen Kondensator C3 und einem Potentiometer Pt eingestellt. Der Ausgang des Wechselstromverstärkers 10 wird einem Bandfilter 201 zugeführt, das aus zwei Operationsverstärkern 11 und 12 besteht, die in bekannter Weise beschaltet sind. Der Ausgang des Bandfilters 201 wird zum einen dem Plus-Eingang eines Komparators 15 zugeführt, zum anderen auf den invertierenden Eingang eines als Gleichrichter geschalteten Operationsverstärkers 13 gegeben. Der Ausgang des Gleichrichters 13 wird über einen Widerstand R16 dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14 zugeführt, an dessen Eingang zugleich über einen Spannungsteiler T4 und Rls ein einstellbarer Gleichspannungswert als Konstantanteil geführt wird.
• Der Operationsverstärker 14 ist das Kernstück einer Integrationsstufe 302, in dem mit Hilfe eines Kondensators C6 und eines Potentiometers P3 die von der Gleichrichtungsstufe 301 kommenden Signale integriert werden. Am Ausgang der Integrationsstufe wird somit ein Gleichspannungssignal erhalten, dessen Höhe zum einen von dem eingestellten Pegel als Konstantanteil abhängt, zum anderen durch die Häufigkeit und Größe der Signale von der Gleichrichtungsstufe 301 beeinflußt wird, die zu einem Gleichspannungswert aufintegriert werden.
• Da die Signale von der Gleichrichtungsstufe 301 letztlich in ihrer Amplitude und Häufigkeit den vom Sensor 1 gelieferten Signalen entsprechen, steigt so mit der Gleichspannungswert am Ausgang des Operationsverstärkers 14 mit höherer Motordrehzahl an. Dieser mit der Motordrehzahl veränderbare Pegel wird dem anderen Eingang des Komparators 15 zugeführt Am Ausgang des Komparators 15 wird ein Signal erhalten, wenn die direkt am Ausgang des Operationsverstärkers 12 abgegriffenen Signale den Gleichspannungspegel, der am Ausgang des Operationsverstärkers 14 ansteht, überschreiten.
• Eine einfache Spannungsversorgung ist in dem Block 4 aufgebaut, mit Hilfe einer Zenerdiode Z wird die Schaltung gegen Spannungsspitzen geschützt.
• Aus der Erläuterung der Schaltung geht hervor, daß der Pegel zum einen abhängt von der Gleichspannungseinstellung im Potentiometer P4, zum anderen von der Einstellung des Potentiometers P3. Beim Einbau bekannter Schaltungen, wie sie sich im Prinzip auch beispielsweise in der DE-OS 30 28 943 findet, müssen diese Potentiometer vor dem Einbau der Schaltung abgeglichen werden und bei der Wartung des Fahrzeuges eventuell erneut überprüft werden.
• In F i g. 3 ist dargestellt, daß eine Logik auf die Potentiometer P3 und P4 wirkt und diese Potentiometer, abhängig von Betriebsvoraussetzungen, die weiter unten beschrieben werden, einstellt In der praktischen Ausführung sind dazu, wie aus F i g. 4 zu entnehmen, Feldeffekttransistoren Tl und T2 in der Potentiometerschaltung P4 bzw. T3 in der Potentiometerschaltung P3 vorgesehen. Diese von einem Rechner gesteuerten Feldeffekttransistoren verändern die Teilungsverhältnisse und beeinflussen somit die Gleichspannungseinstellung. In einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, daß lediglich das Potentiometer P4, also die Konstantspannungseinstellung geändert wird, während in einer anderen Ausführungsform sowohl die Einstellung von P4 als auch - über den Feldeffekttransistor T3 - die Einstellung der Integration verändert wird.
• In F i g. 5 sind die an einzelnen Punkten der Schaltung abgegriffenen Signale dargestellt F i g. 5A zeigt die am Punkt A in F i g. 2 abgegriffenen Signale vom Klopfsensor, Fig. SB zeigt die am Punkt B abgegriffenen Ausgangssignale der Verstärkereinheit 202, Fig.SC zeigt die am Ausgang der Frequenzselektion 201 liegenden Signale im Punkt C, bei denen die interessierenden Frequenzbereiche selektiert wurden.
• F i g. 5D zeigt die am Punkt D abgegriffenen Signale am Ausgang des Gleichrichters 301, und F i 0.5E zeigt den am Punkt E abgegriffenen Pegel am Ausgang der Integrationsstufe 302. Die Höhe der dort anliegenden Gleichspannung ist zum einen einstellbar über das Potentiometer P4, das im Betrieb der Schaltung jedoch seine Einstellung beibehält, und zum anderen -sozusagen dynamisch - veränderbar durch die im Kondensator CÕ aufintegrierten Signale Die Lage dieses Pegels ist durch die strichpunktierte Linie in den Fig5F, 5G und 5H dargestellt, wobei in F i g. 5F bei niedriger Drehzahl der Abstand a von der Null-Linie verhältnismäßig gering ist, F i g. 5G zeigt den Betrieb bei mittlerer Drehzahl, der Abstand b des strichpunktiert dargestellten Pegels von der gestrichelten Linie, die dem Null-Wert, der alleine auf die Einstellung durch P4 zurückzuführen ist, entspricht, ist bereits gewachsen, und Fig. 5H zeigt den Abstand c bei hohen Drehzahlen.
• Gleichzeitig ist in den Fig. 5F, 5G und 5H das bereits in F i g. 5C dargestellte Ausgangssignal von der Frequenzselektion 201 eingetragen, und in der Fig. 51 ist dann als Beispiel gezeigt, wie diese frequenzselektierten Signale den strichpunktiert dargestellten Pegel überschreiten. In diesem Fall wird am Ausgang des Komparators 15 im Punkt K das in Fig. 5K dargestellte Komparatorsignal erhalten.
• Die Logik 6, vorzugsweise ein Mikrocomputer, erhält, wie in F i g. 1 schematisch angedeutet, die Information des im Ansaugrohr herrschenden Unterdrucks sowie die Drehzahl. Ist der im Saugrohr herrschende Unterdruck auf einem verhältnismäßig hohen Wert und liefert zugleich die Drehzahlinformation einen Wert, der zu einer klopfenden Verbrennung führen kann, so stellt der Rechner, falls am Ausgang des Komparators 15 ein Signal auftritt, den Zündwinkel nach einem bestimmten Algorithmus ein, bis das Ausgangssignal am Komparator verschwindet Liegt jedoch der Unterdruck auf einem niedrigen Wert und ist die Drehzahl kleiner als etwa 1500 min-l, kann kein Klopfen auftreten. Falls dennoch am Komparator ein Ausgangssignal ansteht, bedeutet dies, daß der Pegel falsch eingestellt ist. Der zu diesem Zeitpunkt nicht zur Verstellung des Zündzeitpunktes benötigte Mikrocomputer wird zur Ansteuerung entweder des Potentiometers P4 alleine oder aber zur Ansteuerung der Potentiometer P3 und Pq verwendet.
• Das Teilungsverhältnis des Potentiometers P4, das aus den Widerständen 30 und 31 als Festspannungsteiler sowie aus dem Widerstand R3i parallelgeschalteten Widerständen R40 und R4i besteht, die durch die FET Ti und T2 zuschaltbar sind, wird durch die Beeinflussung der Transistoren T und T2 so lange verändert, bis der Pegel einen Wert erreicht hat, bei dem die vom Operationsverstärker 12 auftretenden Signale unterhalb des Pegels bleiben. Dementsprechend steht am Ausgang des Komparators 15 kein Signal mehr an. Damit liegt der Pegel zumindest bei niedriger Drehzahl im richtigen Abstand zum Rauschen.
• Bei höheren Drehzahlen wächst das Grundgeräusch, der Pegel wird durch die Integration mitgeführt. Auch hier ist es möglich, mit Hilfe des FET T3 den Widerstand R42 zu- oder abzuschalten und dementsprechend die Aufladekonstante des Kondensators CÓ zu beeinflussen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Schaltung zum Erfassen von Klopfsignalen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einem Unterdruckmesser im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, einem Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl, einem Sensor zur Aufnahme des Klopfgeräusches, einem Verstärker (202) zur Verstärkung des von dem Klopfsensor abgegebenen Signals und einem Komparator (5), dessen einem Eingang direkt das verstärkte Signal zugeführt wird, während der andere Eingang über eine Pegeleinstellung (302) angesteuert wird, die einen Spannungsteiler (P4) und ein Integrationsglied (Ce) enthält, gekennzeichnet durch eineLogik(6),diedie Pegeleinstellung (P3, P4) zur Veränderung des Spannungspegels bis zum Erlöschen des Ausgangssignals vom Komparator (l5) ansteuert, wenn trotz niedriger Motordrehzahl und niedrigem Druck im Ansaugrohr ein Ausgangssignal am Komparator (15) auftritt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (6) das Teilerverhältnis des Spannungsteilers (P4) verändert
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Logik das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers (P4) und das Integrationsglied (P3) verändert.
4. 4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (6) einen Mikroprozessor aufweist.
5. 5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik Feldeffekttransistoren (tal, T2, T3) enthält, die den Spannungsteiler (P4) und das Integrationsglied (P3) verändern.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erfassen von Klopfsignalen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Die klopfende Verbrennung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine vermindert deren Leistung und kann darüber hinaus zu mechanischen Beschädigungen führen, Das Auftreten von Klopfen läßt sich in erheblichem Umfange durch eine geeignete Einstellung des Zündzeitpunktes verhindern, wobei der optimale Zündzeitpunkt derjenige ist, der kurz vor der Klopfgrenze liegt Es ist dementsprechend wünschenswert, den Zündzeitpunkt derart einzustellen, daß das Klopfen gerade eben vermieden wird.

   Die DE-OS 3045 178 und die DE-OS 30 28 943 schlagen eine Möglichkeit vor, die klopfende Verbrennung des Motors zu erfassen, um anschließend entsprechende Steuerungsmaßnahmen des Zündzeitpunktes einzuleiten. In der oPraxis rist +jeaoçch bei derartigen Schaltungen, die zurh Eifssikn des Klopfens dienen, ein Einzelabgleich der Schaltung notSiendig, damit die unvermeidlidh iauftretenden Toleranzen ausgeglichen werden. Ein derartiger Einzelabgleich ist bei Serienfertigung unerwünscht Darüber hinaus bleiben die Werte der einzelnen Bauteile nicht über die gesamte Lebensdauer konstant, so daß im Rahmen der normalen Wartung erneut nach einem gewissen Zeitraum ein Abgleich notwendig wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Wartungskosten.

   Weiterhin ist aus der DE-OS 30 38 352 eine Pegelermittlung bekannt, die während des Klopfens unterbrochen wird, um die Klopfanteile nicht in den Pegel mit eingehen zu lassen.

   Die US-PS 41 11035 beschreibt eine Pegeleinstellung, bei der die Rückkopplung gesperrt wird, wenn starke Ausschläge des Ausgangssignals aufgrund von Klopfen auftreten.

   Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, bei einer Schaltung der eingangs genannten Art die durch die Toleranzen der benötigten Bauteile bedingten Streuungen aufzufangen und in gewissen Grenzen auszugleichen.

   Die Aufgabe wird gelöst durch den Kennzeichnungsteil des Hauptanspruchs.

   Zunächst ist eine Vorrichtung vorzusehen, die die Klopfgeräusche von dem Motor in geeigneter Form abnimmt und in elektrische Signale umwandelt. Wenn diese Signale dann einen bestimmten Pegel überschreiten, liegt ein Ausgangssignal vor, dessen Vorhandensein das Auftreten einer klopfenden Verbrennung anzeigt Die Höhe des Pegels, der für die Diskriminierung der klopfenden von der nicht klopfenden Verbrennung entscheidend ist, wird durch die erfindungsgemäße Schaltung selbständig eingestellt und laufend überwacht.

   Auf diese Weise wird erreicht, daß ein Abgleich der Schaltung beim Einlaufen nicht notwendig ist. Des weiteren ist im Betrieb sichergestellt, daß nicht durch eine Verschiebung der Eigenschaften der Schaltung die Zündung versehentlich durch die Steuerung ständig im klopfenden Bereich gehalten wird, was zu schwerwiegenden Schäden des Motors führen kann.

   Dazu ist vorgesehen, daß bei einem Betriebszustand des Motors (starker Unterdruck im Ansaugrohr, geringe Drehzahl), bei dem kein Klopfen auftreten kann, der Pegel so weit verstellt wird, bis am Ausgang kein Signal mehr anliegt, so daß die Schaltung auf den geeigneten Schwellwert eingestellt ist.

   Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Logik einen Mikroprozessor aufweist, der von geeigneten Sensoren Informationen über Betriebszustände des Motors empfängt. Dieser Mikroprozessor wird bei bekannten Schaltungen verwendet, um bei höheren Drehzahlen und geringem Unterdruck im Ansaugrohr den Zündwinkel in geeigneter Weise zu verstellen. Sind diese Betriebsrandbedingungen nicht gegeben, ist der Mikroprozessor nicht ausgelastet und kann zur Uberwachung der Schaltung eingesetzt werden.

   Weiter geeignete Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

   Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der Schaltung, F i g. 2 eine detaillierte Schaltung zur Erfassung von Klopfsignalen, F i g. 3 einen Auszug aus F i g. 2, wobei die selbsttätig zu regelnden Teile herausgehoben sind, F i g. 4 eine praktische Ausführung der Schaltung nachFig.3und F i g. 5 Darstellungen der an den verschiedenen Schaltungspunkten abgegriffenen Wechselspannungen.