DE3404019A1

DE3404019A1 - Einrichtung zur klopferkennung

Info

Publication number: DE3404019A1
Application number: DE19843404019
Authority: DE
Inventors: Adolf 7141 Oberriexingen Dreyer; Marcel van den 7144 Asperg Heuvel; Peter 6128 Höchst Lutz; Herman 7141 Schwieberdingen Roozenbeek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-08-08
Also published as: FR2559261A1; DE3404019C2; JPS60183529A; JPH0523374B2; FR2559261B1

Description

1 .2. 198U Ko/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Einrichtung zur Klopferkennung
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Klopferkennung nach der Gattung des Hauptanspruches.

Aus der DE-OS 32 15 683 ist bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zum Feststellen des Motorklopfens bekannt. Diese Einrichtung weist einen Klopfsensor zum Feststellen von Motor schwingungen und Umwandeln der festgestellten Motor schwingungen in entsprechende elektrische Signale auf, und ist mit einem Klopffilter, das im Frequenzbereich des Signales durchgängig ist, und mit einem Vergleicher versehen, an dessen Ausgang Signale anliegen, wenn ein Klopfvorgang von der Einrichtung als gültig erkannt wird. Ein Problem stellt dabei die ungleichmäßige Grundgeräuschunterdrückung, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, sowie die schlechte Dynamik bei höheren Drehzahlen dar. Denn durch das Bandpaßfilter und den Gleichrichter sind im Motorklopfsignal an einem Eingang des Vergleichers notwendigerweise Grundgeräuschanteile enthalten. Andererseits sind im Grundgeräuschsignal am anderen Eingang des Vergleichers Signale enthal-

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ten, die über die zweite Glattungsschaltung integriert und gegenüber dem Klopfsignal verzögert werden, was zu dem genannten unbefriedigenden Dynamikverhalten führt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Klopferkennung hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Integration des Ausgangssignales des Klopfsensors mehr erfolgt. Daher kann das dem Klopfsignal unterlagerte Grundgeräusch keinen Beitrag zum Ausgangspegel mehr liefern. Dieses führt zu einer wesentlich besseren Grundgeräuschunterdrückung besonders im Bereich niedriger Motordrehzahlen. Von weiterem Vorteil ist der geringere Aufwand in der Herstellung gegenüber einer bisherigen Lösung; die erfindungsgemäße Einrichtung ist darüber hinaus leicht integrierbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich. Die Hysterese des Vergleichers bewirkt eine Unterdrückung von Grund-Geräuschsignalen auf der Frequenz des Klopffilters. Der Offset des Vergleichers hat den Vorteil, daß mit ihm ein eindeutiges Rückstellverhalten des Ausgangssignales des Vergleichers erreicht wird. Die Abstimmung des Filters auf einen Durchlaßbereich oberhalb der Resonanzfrequenz des Motors führt; dazu, daß starke, resonanzbedingte Anhebungen des Grundgeräuschsignales sich nicht mehr störend auf die Erkennung auswirken. Eine besonders einfache Realisierung des Filters wird durch einen Kurzschluß bzw. einen Trennverstärker erwirkt. Die Testsignalklemme ermöglicht eine besonders einfache Überprüfung der Klopferkennung in einer Werkstatt bzw. es läßt sich durch eine zyklische C-enerierung von Testsignalen durch einen Fahrzeugrechner eine

Überwachung der Klopferkennung während des Betriebes des Motors erreichen. Die retriggerbare monostabile Kippstufe am Ausgang des Vergleichers liefert einen Puls als Ausgangssignal, das direkt zur Verarbeitung durch einen Mikrorechner geeignet ist, und die Dauer des Pulses stellt ein geeignetes Maß für die Klopfintensität dar. Die Fehlermeldestufe an der Grundgeräuschklemme weist den Vorteil auf, in einfacher Weise den Klopfsensor bzw. sei.ne Zuleitung zu überwachen. Bei "totem" Pegel an der Grundgeräuschklemme gibt die Fehlermeldestufe ein optisches oder akustisches Signal etwa an den Fahrer eines Kraftfahrzeuges und an den Fahrzeugrechner ab, der darauf eilt Klopfregelung unterbricht und den Zündzeitpunkt zu sicheren Werten hin verstellt.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Klopferkennung mit einer Kippstufe und einem Mikrocomputer, Figur 2 zeigt eine Einrichtung zur Klopferkennung mit einem Filter im Grundgeräuschzweig.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Klopfsensor 1 an eine Eingangsklemme 2 angeschlossen, die mit einer Test signalklemme 3 dem Eingang eines Klopffilters U und dem Eingang eines Gleichrichters 9 verbunden ist. Der Ausgang des Klopffilters k führt auf den Plus-Eingang eines Vergleichers 5· Der Minus-Eingang ist mit dem Ausgang des Gleichrichters 9 und einer Grundgeräuschklemme 10 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 5 führt über eine Klopfsignalklemme 6 an den Eingang einer retriggerbaren monostabilen Kipp-

stufe T, deren Ausgang an einen Eingang eines Mikrocomputers 8 angeschlossen ist. Ein Ausgang des Mikrocomputers 8 führt über eine Testleitung 12 an die Testsignalklemme 3. An die Grundgeräuschklemme 10 ist eine Fehlermeldestufe 13 angeschlossen, die ihrerseits über eine Meldeleitung 1U mit dem Mikrocomputer 8 verbunden ist.

Die Einrichtung vertet das Ausgangssignal des auf dem Motorblock befestigten Klopfsensors 1 aus und gibt bei klopfender Verbrennung ein logisches Signal an der Klopfsignalklemme 6 ab. Hierzu durchläuft das Ausgangssignal, das gleichzeitig aus einem Grundgeräuschanteil und einem Klopfsignalanteil besteht, das Klopffilter U, das auf die mechanische Resonanzfrequenz des Motors bei klopfender Verbrennung abgestimmt ist. Das Klopffilter h besitzt einen feste Verstärkung. Daneben wird das Ausgangssignal des Klopfsensors 1 auf den Gleichrichter 9 gegeben. Der so gewonnene Gleichrichtwert verschiebt den Pegel am Minus-Eingang des Vergleichers 5 in Abhängigkeit von der Sensorausgangsspannungsamplitude zu positiven Werten. Der Vergleicher 5 besitzt einen kleinen Eingangsoffset, um so ein eindeutiges Rückstellverhalten des Ausgangssignales des Vergleichers 5 zu gewährleisten. Durch eine Hysterese werden Grundgeräuschsignale auf der Filterfrequenz des Klopffilters h unterdrückt; der Vergleicher 5 stellt also ein Amplitudenfilter dar, dessen Filterbereich in Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangssignales des Klopfsensors 1 steht.

Die Verschiebung des Pegels am Minus-Eingang des Vergleichers 5 durch den Grundgeräuschgleichrichtwert gewährleistet eine automatische Anpassung der Ansprech-

empfindlichkeit der Einrichtung an unterschiedliche Ausgangssignalamplituden des Klopfsensors 1, die durch zeitliche Änderung von Motorgeräuschen, vie sich änderndes Lager- und Ventilspiel, und durch Alterung und Exemplar-Streuung des Klopfsensors 1 bedingt sein können usw. Die Verschiebung erfolgt gleichlaufend in der Weise, daß ei-. ner Grundgeräuschänderung am Ausgang des Klopffilters k bei etwa gleicher Grundgeräuschleistungsdichte im Bereich der Mittenfrequenzen des Klopffilters k und des Filters 11 und etwa gleicher Bandbreite beider Filter eine proportionale Verschiebung der Pegel an den Eingängen des Vergleichers 5 gegenübersteht. Dadurch wird sichergestellt, daß Grundgeräusche nur soweit unterdrückt werden, wie es notwendig ist, um die Ansprechempfindlichkeit nicht unnötig zu verringern. Bei unterschiedlicher Bandbreite beider Filter läßt sich durch eine entsprechende Anpassung des Verstärkungsfaktors des Klopffilters h ein Optimum zwischen Detektionssicherheit und Fehlerwahrscheinlichkeit finden.

Bei klopfender Verbrennung liegen somit an der Klopfsignalklemme 6 impulsförraige Signale an, die die retriggerbare monostabile Kippstufe 7 anstoßen. Die Zeitkonstante der Kippstufe 7 ist dabei so gewählt, daß sie wenigstens durch die unterste Durchlaßfrequenz des Klopffilters k aktiv gehalten werden kann. Somit stellt das Ausgangssignal der Kippstufe 7, d.h. die Dauer des Pulses, ein geeignetes Maß für die Dauer des Klopfvorganges bzw. der Klopfintensität dar. Dieses Signal wird vom Mikrocomputer 8 erfaßt und die Dauer ausgezählt. Der Mikrocomputer 8 kann selbstverständlich auch direkt an den Vergleicher 5 angeschlossen sein, so daß durch Hardware bzw. Software eine Entscheidung durchgeführt

wird, ob ein Klopfen als gültig erkannt wird. Über einen Interrupt-Eingang werden dabei die Pülslängen oder die Anzahl der Schwingungszüge des Ausgangssignales des Vergleichers 5 ausgezählt und mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen. Der Mikrocomputer 8 ist dabei Teil eines Fahrzeugrechners, der verschiedene für den Betrieb des Motors wichtige Funktionen ausführt, wie beispielsweise eine Klopfregelung über Veränderung des Zündzeitpunktes. Dieses ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht weiter gezeigt.

Der Mikrocomputer 8 ist über die Testleitung 12 mit der Test signalklemme 3 verbunden, und gibt in zyklischen Abständen von 100 Verbrennungen ein Testsignal an die Test signalklemme 3 ab. Erkennt daraufhin der Mikrocomputer 8 einen Puls der Kippstufe T, so ist die Funktion der Einrichtung zur Klopferkennung überprüft. Bei Überprüfung in einer Werkstatt können bestimmte Arten von Signalen an die Testsignalklemme 3 angelegt werden, um so spezielle Funktionen wie etwa Frequenzcharakteristiken und Empfindlichkeit der Einrichtung zu überprüfen.

An der Grundgeräuschklemme 10 wird durch die Fehlermeldestufe 13 das Ausgangssignal des Gleichrichters 9 abgegriffen. Sie prüft nach, ob ein defekter Klopfsensor, oder ein unterbrochenes Sensorkabel vorliegt, was durch ein fehlendes Grundgeräusch an der Grundgeräuschklemme 10 erkannt wird. Bei Defekt gibt die Fehlermeldestufe 13 ein optisches oder akustrisches Signal an den Fahrer ab, und über die Meldeleitung Ik eine Meldung an den Fahrzeugrechner, der daraufhin die Klopfregelung unterbricht und einen Betriebszustand einstellt, etwa durch Spätverstellung des Zündzeitpunktes, der für alle Fälle ungefährlich für die Brennkraftmaschine ist. Die technische Realisierung einer solchen Fehlermeldestufe, etwa

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Glättung des Grundgeräusches am Eingang eines Schwellwertschalters, ist dem Fachmanne geläufig und darum zur Vereinfachung der Darstellung nicht weiter gezeigt.

Figur 2 weist größtenteils die gleichen Merkmale auf wie Figur 1, die zur Vereinfachung der Darstellung auch gleich beziffert sind. Der wesentliche Unterschied besteht in einem Filter 11, das zwischen die Eingangsklemme 2 und den Eingang des Gleichrichters 9 geschaltet ist. Das Filter 11 ist auf den Frequenzbereich des Grundgeräusches abgestimmt. Damit wirken sich Resonanzerhöhungen nicht störend auf die Amplitudenfilterung durch den Vergleicher 5 aus.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß der Mikrocomputer 8 das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe T lediglich in einem zeitlichen Meßfenster akzeptiert. Dieses Meßfenster entspricht dem Kurbelwellenwinkelbereich des Motors in dem klopfende Verbrennungen auftreten können. Weiterhin kann die Kippstufe T und/oder die Fehlermeldestufe 13 ebenfalls im Mikrocomputer 8 realisiert werden, wobei d°ie Impulse an der Klopfsignalklemme 6 auf einen Interrupt-Eingang während des zeitlichen Meßfensters einwirken.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Klopferkennung bei Brennkraftmaschinen findet Anwendung sowohl für fremdgezündete als auch für selbst zündende Brennkraftmaschinen. Das Klopfsignal an der Klopfsignalklemme β wird je nach Maßgabe der gewünschten Ausführungsform als Istgröße einer Klopfregelung verwendet, um etwa Zündzeitpunkt oder Einspritzzeitpunkt oder bei aufgeladenen Motoren den Ladedruck zu beeinflussen. In besonders günstiger Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Einrichtung in einem Gehäuse integriert,

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das zusammen mit dem Klopfsensor 1 am Motor angebracht wird. Eine Leitung führt dabei das Klopfsignal zur Zündzeitpunktspätverstellung auf eine Transistor-Zündanlage, wie sie in großen Stückzahlen in Kraftfahrzeugen verwendet wird.

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Claims

1 .2.1984 Ko/Pi ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1 Ansprüche

1. Einrichtung zur Klopferkennung mit einem Klopfsensor (1) zur Erfassung von Motorschwingungen, mit einem Klopffilter (U)₅ das zumindest im Frequenzbereich eines zu erwartenden Klopfsignales durchlässig ist, mit einem Vergleicher (5), mit dessen einen Eingang das Klopffilter (U) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Klopffilter (U) an den Klopfsensor (1) angeschlossen ist und daß ein Gleichrichter (9) mit seinem Eingang an den Klopfsensor (1) und mit seinem Ausgang an den anderen Eingang des Vergleichers (5) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (5) eine Hysterese aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (5) einen Offset aufweist.

h. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Klopfsensor (1) und den Gleichrichter (9) ein Filter (11) geschaltet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (11) auf ein Hintergrundgeräusch des Motors abgestimmt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an das Klopffilter (h) eine Test signalklemme (3) angeschlossen ist, über die Signale in die Einrichtung eingegeben werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Testleitung (12) die Signale vorzugsweise zyklisch in die Einrichtung eingegeben werden, und daß aus der Reaktion des Vergleichers (5) auf die Signale auf einen Defekt oder auf ein Funktionieren der Einrichtung geschlossen wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Vergleichers (5) eine Kippstufe (7) angeschlossen ist.

9 <■ Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (7) monostabil und retriggerbar ist, und daß die Zeitkonstante der Kippstufe (7) so bemessen ist, daß sie durch die niedrigste Grenzfrequenz des Klopffilters (U) in aktivem Zustand gehalten wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Gleichrichters (9) eine Grundgerauschklemme (10) angeschlossen ist, daß an die Grundgerauschklemme (10) eine Fehlermeldestufe (13) angeschlossen ist, und daß die Fehlermeldestufe (13) bei Unterschreitung eines vorgegebenen Pegels an der Grundgerauschklemme (10) wenigstens eine Meldung abgibt, daß ein Defekt am Klopfsensor (1) und/oder der Zuleitung zum Klopfsensor (1) vorliegt.

11 .· Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die aus dem Ausgangssignal des Vergleichers (5) eine Entscheidung durchführen, ob

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Klopfen als gültig erkannt wird, vorzugsweise durch Auszählen der Pulslängen oder durch Auszählen der Schwingungszüge des Ausgangssignales und Vergleich mit einer vorgegebenen Schwelle.