DE3313036C2 - Vorrichtung zur Verhinderung des klopfenden Betriebs bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 30 09 046 und der DE-OS 31 42 729 sind Regelvorrichtungen bekannt, durch die bei Auftreten von klopfender Verbrennung in Brennkraftmaschinen insbesondere der Zündzeitpunkt stufenweise nach spät verstellt wird, um nach einer gewissen Zeit nach Ausbleiben klopfender Verbrennungsvorgänge wieder stufenweise auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt zu werden. Die Aufbereitung der durch ein Klopfsensor erfaßten Klopfsignale erfolgt dabei vorzugsweise durch Vergleich mit einem Referenzsignal gemäß der DE-OS 31 37 016 bzw. der DE- OS 33 08 541. Anstelle der Veränderung des Zündzeitpunkts können auch stufenweise Veränderungen anderer Kraftfahrzeugfunktionen vorgenommen werden, die einen Einfluß auf das Klopfverhalten ausüben. So kann beispielsweise beim Auftreten klopfender Verbrennungsvorgänge das Verbrennungsgemisch angefettet, der Einspritzpunkt verändert oder bei Turbomotoren der Ladedruck abgesenkt werden. Schließlich besteht noch die Möglichkeit der Zugabe von Mitteln zur Erreichung einer höheren Klopfestigkeit in das Verbrennungsgemisch sowie die Beeinflussung eines Abgasrückführungskreises.

Aus der DE 32 27 783 A1 ist ein Verfahren zur Änderung der Zündwinkelverschiebung bei einem Verbrennungsmotor bekannt geworden, wobei eine stufenförmige Verstellung insbesondere der Zündfunktion bei Erkennung von klopfender Verbrennung von der Klopfergrenze weg und eine stufenförmige Rückverstellung nach Beendigung der klopfenden Verbrennung vorgesehen ist. Da dieser Vorgang insbesondere bei starken Verstellungen recht lange dauern kann, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, nach einer vorgegebenen Zeit die stufenförmige Rückverstellung zu beschleunigen, um so schneller den ursprünglichen Zündzeitpunkt zu erreichen. Weiterhin wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die beschleunigte Zurückstellung nach einer vorgegebenen Zeit deswegen vorzunehmen, da die Ursache des Auftretens von Klopfen insbesondere dann, wenn sich die Betriebsart des Motors sehr schnell ändert, früher beseitigt sein könnte und die Zündspätverstellung und damit die Leistungsreduktion größer ist als unter Berücksichtigung des Klopfens erforderlich wäre, so daß der Motor mit einem schlechten Wirkungsgrad arbeitet. Die DE-OS 30 28 941 zeigt und beschreibt eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die ebenfalls einen Klopfdetektor aufweist, um Klopfen zu erkennen und auszuwerten, um beispielsweise den Zündzeitpunkt oder den Durchsatz der Abgasrezirkulation zu verändern, falls Klopfen auftreten sollte. Die Druckschrift weist darauf hin, daß ein verstärktes Klopfen insbesondere bei transienten Zuständen auftreten kann und der Zündzeitpunkt zum Verhindern von Pendeln des Zündzeitpunktes nicht so schnell verzögert werden kann, wie es erforderlich ist. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, im Beschleunigungsfall den Zündzeitpunkt so nach spät zu verstellen, daß ein starkes Klopfen gar nicht auftreten kann. Die DE-OS 27 40 044 zeigt schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung zur abgasabhängigen Zündzeitpunktregelung, bei der unterschiedliche Kennlinien zur Zündzeitpunktsteuerung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Motortypen gespeichert sind.

Die stufenweise Veränderung und die stufenweise Rückführung beispielsweise des Zündzeitpunkts auf den ursprünglichen Wert bewirken, daß zum einen eine möglichst geringe Veränderung der ursprünglichen Funktion angestrebt wird und die Wirkung auf das Fahrverhalten möglichst sanft und ruckfrei erfolgen soll. Dabei erfolgt die stufenweise Verschiebung in immer gleicher Weise, etwa als Funktion der Drehzahl und/oder der Klopfintensität. Es hat sich nun gezeigt, daß in transienten Zuständen der Brennkraftmaschinen, also z. B. bei Beschleunigungszuständen oder Zuständen, die durch eine Lasterhöhung hervorgerufen worden sind, die stufenweise Rückführung der beeinflußten Funktion im Gegensatz zu den stationären und quasi­ stationären Zuständen zu langsam ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die eingangs erwähnten Vorrichtungen so weiter zu bilden, daß aufgrund von Klopfen veränderte Funktionen der Brennkraftmaschine bei einem transienten Zustand möglichst schnell wieder rückgängig gemacht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Erkennung eines transienten Zustandes die Rückführungsgeschwindigkeit auf die Normalfunktion verändert wird indem diese Rückführung nunmehr sehr schnell erfolgt. Dadurch kann ausgehend von diesem jetzt schnell erreichten Ausgangswert der neue Arbeits­ punkt, also ein den neuen Verhältnissen angepaßter Funktionswert eingestellt werden, von dem aus dann die Klopfregelung bei Bedarf wieder eingreifen kann. Auf diese Weise ist eine schnellere Anpassung an veränder­ te Betriebsbedingungen und ein verbessertes dynamisches Verhalten gewährleistet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Steuerung der Verstell­ geschwindigkeit der stufenförmigen Verstellung in Ab­ hängigkeit der transienten Funktion, also z. B. in Abhängigkeit der Beschleunigung. Dadurch können tran­ siente Zustände unterschiedlicher Stärke bezüglich der Einstellung eines neuen Funktionswerts optimal be­ rücksichtigt werden.

Zur Unterstützung dieser schnelleren Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen kann vorteilhaft auch ein Eingriff in die Klopferkennung selbst vor­ genommen werden. Durch Eingriff in den Nachführungs­ faktor k und/oder den Bewertungsfaktor in für die Bil­ dung des Referenzpegels bei der Klopferkennung kann während eines solchen transienten Zustandes, während dem das Motorgeräusch üblicherweise ansteigt, die Klopferkennung dynamischer gestaltet und die Ansprech­ schwelle erhöht werden. Dadurch kann wirksam verhindert werden, daß infolge des transienten Zustandes selbst, also durch die Erhöhung des Motorgeräuschs, fälsch­ licherweise eine klopfende Verbrennung erkannt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Ein Klopfsensor 10 ist über eine Signalaufbereitungs­ schaltung 11 einmal direkt mit einem Eingang eines Komparators 12 und zum anderen über eine Referenz­ wertbildungsstufe 13 mit dem zweiten Eingang dieses Komparators 12 verbunden. Wie in der eingangs aufge­ führten DE-OS 31 37 016 näher beschrieben ist, werden in einer solchen Signalaufbereitungsschaltung die Signale des Klopfsensors 10 verstärkt, über einen Bandpaß gefiltert und dann z. B. über einen Gleich­ richter demoduliert. Es kann noch zusätzlich ein Regler vorgesehen sein, der aus dem demodulierten Signal eine Stellgröße derart bildet, daß die Verstärkung des Regelverstärkers bei großen Amplituden von Klopfsignalen kleiner ist und bei kleinen Amplituden groß ist. Dadurch ist das Ausgangssignal weitgehend konstant und unabhängig von der Motordrehzahl. Schließlich werden die Klopfsignale noch während eines kurbelwellensynchronen Meßfensters aufinte­ griert. Die Referenzwertbildungsstufe 13 weist vor­ zugsweise ein Tiefpaßverhalten auf, wobei k der Faktor ist, mit dem der aktuelle Klopf-Meßwert zur Bildung jeweils eines neuen Referenzwertes gewich­ tet wird. k kann daher auch als Nachführungsfaktor bezeichnet werden. Im Komparator 12 wird nunmehr der aktuelle Meßwert mit dem Referenzwert verglichen, wobei ein Klopfvorgang dann erkannt wird, wenn der Referenzwert um einen bestimmten Bewertungsfaktor m überschritten wird.

Durch den Ausgang des Komparators 12 wird eine elek­ tronische Steuervorrichtung 14 beeinflußt, die aus­ gangsseitig eine Zündungsendstufe 15 steuert, also die Zündsignale für die Brennkraftmaschine erzeugt. Diese, vorzugsweise als Mikrorechner ausgebildete Steuervorrichtung 14 kann natürlich alternativ oder zusätzlich auch andere Funktionen der Brennkraft­ maschine steuern, die einen Einfluß auf das Klopf­ verhalten ausüben. Als Beispiel ist noch eine End­ stufe 16 zur Steuerung der Kraftstoffaufbereitung dargestellt. Dies kann durch Steuerung des Einspritz­ zeitpunkts, der Einspritzzeitdauer, der Einspritz­ drucksteuerung usw. erfolgen. Weiterhin kann zusätz­ lich beispielsweise die Abgasrückführung, die Zugabe von klopffesten Mitteln, die Temperatur, der Turbolade­ druck usw. gesteuert werden. In Abhängigkeit der vor­ gesehenen Steuerfunktion bzw. der vorgesehenen Steuer­ funktionen werden der Steuervorrichtung 14 die not­ wendigen Parameter P bzw. Meßwerte zugeführt. Aus diesen werden die jeweiligen Steuersignale nach be­ kannten, hier nicht näher dargestellten Verfahren gebildet. Die prinzipielle Funktion sei am Beispiel der Zündungsfunktion erläutert. Der Zündzeitpunkt und gegebenenfalls auch der Schließwinkel wird in Abhängigkeit der anliegenden Parameter P und ge­ gebenenfalls eines gespeicherten Kennfelds errechnet und ein entsprechendes Steuersignal erzeugt. Tritt nun eine klopfende Verbrennung auf, die bei Vorliegen eines Ausgangssignals am Komparator 12 als gegeben angesehen wird, so erfolgt eine stufenweise Veränderung des Zündverstellwinkels in Richtung spät, bis keine klopfende Verbrennung mehr erkannt wird. Dies erfolgt mit der Frequenz f1. Nach einer gewissen Zeit, in der keine klopfende Verbrennung mehr aufgetreten ist, er­ folgt eine Rückverstellung mit der Frequenz f2 in Richtung früh, bis der ursprüngliche Wert wieder er­ reicht ist. Die Frequenzen f1 und f2 können konstant oder aber in Abhängigkeit der Drehzahl gesteuert sein. Dieses Verfahren ist in der eingangs angegebenen DE-OS 30 09 046 näher beschrieben. Neben der Zündungsfunktion kann dieses Verfahren der stufenweisen Veränderung auch auf die anderen, das Klopfverhalten beeinflussende Funktionen angewendet werden. Wesentlich ist, daß die stufenförmige Verstellung von der Klopfgrenze weg er­ folgt.

Eine von der Drehzahl abhängige Signalfolge n wird einer Differenzierstufe 17 zugeführt, an der somit ausgangsseitig ein von der Beschleunigung b abhängiges Signal vorliegt. Dieses Signal b steuert drei Funk­ tionsgeneratoren 18 bis 20, wobei durch den Funktions­ generator 18 der Nachführungsfaktor kund durch den Funktionsgenerator 19 der Bewertungsfaktor m beschleu­ nigungsabhängig gesteuert wird. Diese Faktoren werden dadurch in der Referenzwertbildungsstufe 13, bzw. im Komparator 12 so verändert, daß bei Beschleunigungs­ vorgängen zum einen eine schnellere Anpassung des Referenzwerts an den aktuellen Meßwert erfolgt und zum anderen infolge des höheren Motorgeräuschs der Ansprechwert für die Klopferkennung angehoben wird. Dadurch wird vermieden, daß infolge des erhöhten Motor­ geräuschs eine unerwünschte Klopferkennung erfolgt, die eine Rückführung auf den ursprünglichen Zündwinkel verhindern würde. Weiterhin wird der Funktionsgenerator 20 angesteuert, der die Rückführung der verstellten Zündungsfunktion auf den ursprünglichen Wert steuert. Liegt keine Beschleunigung vor, so wird der Schalter 21 in der gezeichneten Stellung gehalten, d. h. , die Rückverstellung auf den ursprünglichen Wert erfolgt mit der Frequenz f2. Wird dagegen eine Beschleunigung erkannt, z. B. durch Überschreiten eines vorgesehenen Mindest-Beschleunigungswerts, so erfolgt eine Umschaltung auf die Frequenz f3, durch die der verstellte Funktions­ wert sehr schnell wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgestellt wird. Die Geschwindigkeit der Rück­ stellung, also die Frequenz f3 ist dabei von der Be­ schleunigung abhängig. Auf diese Weise wird gewähr­ leistet, daß bei Reschleunigungsvorgängen durch das im Gegensatz zu stationären Vorgängen schnellere Rück­ führen auf den ursprünglichen Wert eine schnelle An­ passung der Zündpunktverstellung an die neuen Betriebs­ bedingungen erfolgen kann.

Neben der Beschleunigung können auch noch andere transiente Zustände der Brennkraftmaschine als Kriterium für die Umschaltung auf eine schnellere Rückverstellung sowie die Beeinflussung der Faktoren k und m herangezogen werden. Als Beispiel für einen anderen transienten Zustand sei eine Lastveränderung oder prinzipiell eine Last genannt, die zu einer Veränderung der Betriebs­ bedingungen führt.

Es sei noch festgehalten, daß in einem einfacheren Aus­ führungsbeispiel anstelle der parameterabhängigen Beein­ flussung der Faktoren k und m sowie der Rückführgeschwin­ digkeit auf den ursprünglichen Funktionswert auch eine einfache Umschaltung auf andere Werte bei Erkennung eines transienten Zustandes erfolgen kann. In diesem Falle wäre die Frequenz f3 eine Festfrequenz oder eine vom Drehzahlgeber abgeleitete Frequenz. Die Ver­ größerung der Rückführgeschwindigkeit kann anstelle oder zusätzlich zu einer Frequenzveränderung durch Ver­ größerung der Schrittweite der Rückführschritte (z. B. Verstellwinkel) erreicht werden.

Schließlich sei noch festgehalten, daß die dargestellten Blöcke des in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbilds als Funktionen in der als Mikrorechner ausgebildeten Steuer­ vorrichtung 14 realisiert sein können. Der schaltungs­ technische Aufwand wird dann sehr gering. In Verbindung damit können die veränderbaren Faktoren k und m sowie die veränderbare Funktion f3 als Kennfeldwerte abgelegt sein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Verhinderung des klopfenden Betriebs von Brennkraft­ maschinen, mit wenigstens einem Klopfsensor und einer nachgeschalteten Signalaufbereitungsschaltung, wobei eine klopfende Verbrennung bei Überschreiten eines Referenzpegels durch das aufbereitete Klopfsensor­ signal erkannt wird, und mit einer elektronischen Steuervorrichtung zur Steuerung von Funktionen der Brennkraftmaschine, insbesondere Zündungsfunktionen, die einen Einfluß auf das Klopfverhalten ausüben wobei eine stufenförmige Verstellung einer solchen Funktion bei Erkennung von klopfender Verbrennung von der Klopfgrenze weg und eine stufenförmige Rückverstellung nach Beendigung der klopfenden Ver­ brennung erfolgt, und mit Mitteln, mit denen die stufenförmige Rück­ verstellung beschleunigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erkennungseinrichtung (17, 20) für einen transienten Zustand der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die bei Vorliegen eines solchen Zustands, insbesondere eines Beschleunigungs- und/oder Lastzustands, eine Beschleunigung der stufenförmigen Rückverstellung bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellere stufenförmige Rückverstellung durch größere Verstellschritte und/oder durch eine höhere Verstellfrequenz erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Erkennungseinrichtung (17, 20) steuerbare Umschaltvorrichtung (21) vorgesehen ist, durch die eine Umschaltung zwischen zwei Verstell­ folgen steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstellgeschwindigkeit als Funktion des transienten Zustands gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennung eines tran­ sienten Zustands zusätzlich der Nachführungsfaktor (k) und/oder der Bewertungsfaktor (m) für die Bildung des Referenzpegels aus den Klopfsensorsignalen ver­ größert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Faktor (k bzw. m) als Funktion der transienten Funktion verändert wird.