DE3404019C2 - - Google Patents

Description

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 Motorschwingungen und Umwandeln der festgestellten Motorschwingungen 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 enthalten, die über die zweite Glättungsschaltung integriert und gegenüber dem Klopfsignal verzögert werden, was zu dem genannten unbefriedigenden Dynamikverhalten führt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 30 44 745 eine Vorrichtung zur Klopferkennung nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt. Hier wird das vom Klopfsensor erfaßte Klopfsignal verstärkt und anschließend das Hintergrundgeräusch mittels Filter vom Klopfgeräusch getrennt, wobei das Hintergrundgeräusch (Referenzzweig) in einem Effektivwertgleichrichter integriert wird. Insbesondere bei Dynamik und der damit verbundenen Änderung des Hintergrundgeräusches kommt es zu einer verzögerten Verschiebung des Referenzpegels, wodurch die Klopferkennung im Dynamikfall zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Klopferkennung zu schaffen, die eine sichere Klopferkennung insbesondere bei Dynamik ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Da mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Klopferkennung somit keine Integration des Ausgangssignales des Klopfsensors mehr erfolgt, kann das dem Klopfsignal unterlagerte Grundgeräusch keinen Beitrag zum Ausgangspegel liefern. Dieses führt zu einer wesentlich besseren Grundgeräuschunterdrückung besonders im Bereich niedriger Motordrehzahlen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist ferner mit geringem Aufwand herstellbar und darüber hinaus leicht integrierbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich. Die Hysterese des Vergleichers be­ wirkt eine Unterdrückung von Grundgeräuschsignalen auf der Frequenz des Klopffilters. Der Offset des Verglei­ chers hat den Vorteil, daß mit ihm ein eindeutiges Rück­ stellverhalten des Ausgangssignales des Vergleichers er­ reicht wird. Die Abstimmung des Filters auf einen Durch­ laßbereich oberhalb der Resonanzfrequenz des Motors führt dazu, daß starke, resonanzbedingte Anhebungen des Grundge­ räuschsignales sich nicht mehr störend auf die Erken­ nung auswirken. Eine besonders einfache Realisierung des Filters wird durch einen Kurzschluß bzw. einen Trennver­ stärker erwirkt. Die Testsignalklemme ermöglicht eine be­ sonders einfache Überprüfung der Klopferkennung in einer Werkstatt bzw. es läßt sich durch eine zyklische Generie­ rung von Testsignalen durch einen Fahrzeugrechner eine Überwachung der Klopferkennung während des Betriebes des Motors erreichen. Die Fehlermeldestufe an der Grundgeräuschklemme weist den Vorteil auf, in einfacher Weise den Klopfsensor bzw. seine 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 die Klopfregelung unterbricht und den Zündzeitpunkt zu sicheren Werten hin verstellt.

Anhand von Figuren wird die Erfindung nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Klopferkennung mit einer Kippstufe und einem Mikrocomputer,

Fig. 2 eine Ausgestaltung der Einrichtung zur Klopferkennung mit einem Filter im Grundgeräuschzweig.

In Fig. 1 ist ein Klopfsensor 1 an eine Eingangsklemme 2 angeschlossen, die mit einer Testsignalklemme 3 dem Eingang eines Klopffilters 4 und dem Eingang eines Gleich­ richters 9 verbunden ist. Der Ausgang des Klopffilters 4 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 Kippstufe 7, deren Ausgang an einen Eingang eines Mikro­ computers 8 angeschlossen ist. Ein Ausgang des Mikro­ computers 8 führt über eine Testleitung 12 an die Test­ signalklemme 3. An die Grundgeräuschklemme 10 ist eine Fehlermeldestufe 13 angeschlossen, die ihrerseits über eine Meldeleitung 14 mit dem Mikrocomputer 8 verbunden ist.

Die Einrichtung wertet 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 Ausgangs­ signal, das gleichzeitig aus einem Grundgeräuschanteil und einem Klopfsignalanteil besteht, das Klopffilter 4, das auf die mechanische Resonanzfrequenz des Motors bei klopfender Verbrennung abgestimmt ist. Das Klopf­ filter 4 besitzt einen feste Verstärkung. Daneben wird das Ausgangssignal des Klopfsensors 1 auf den Gleich­ richter 9 gegeben. Der so gewonnene Gleichrichtwert ver­ schiebt den Pegel am Minus-Eingang des Vergleichers 5 in Abhängigkeit von der Sensorausgangsspannungsampli­ tude zu positiven Werten. Der Vergleicher 5 besitzt ei­ nen kleinen Eingangsoffset, um so ein eindeutiges Rück­ stellverhalten des Ausgangssignales des Vergleichers 5 zu gewährleisten. Durch eine Hysterese werden Grundge­ räuschsignale auf der Filterfrequenz des Klopffilters 4 unterdrückt; der Vergleicher 5 stellt also ein Ampli­ tudenfilter dar, dessen Filterbereich in Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangssignales des Klopfsensors 1 steht.

Die Verschiebung des Pegels am Minus-Eingang des Ver­ gleichers 5 durch den Grundgeräuschgleichrichtwert ge­ währleistet eine automatische Anpassung der Ansprech­ empfindlichkeit der Einrichtung an unterschiedliche Aus­ gangssignalamplituden des Klopfsensors 1, die durch zeit­ liche Änderung von Motorgeräuschen, wie 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 41 bei etwa gleicher Grundgeräuschleistungsdichte im Bereich der Mittenfrequenzen des Klopffilters 4 und des Filters 11, vergl. Fig. 2, und etwa gleicher Bandbreite beider Filter eine pro­ portionale Verschiebung der Pegel an den Eingängen des Vergleichers 5 gegenübersteht. Dadurch wird sicherge­ stellt, daß Grundgeräusche nur so weit unterdrückt wer­ den, wie es notwendig ist, um die Ansprechempfindlich­ keit nicht unnötig zu verringern. Bei unterschiedlicher Bandbreite beider Filter läßt sich durch eine entspre­ chende Anpassung des Verstärkungsfaktors des Klopffil­ ters 4 ein Optimum zwischen Detektionssicherheit und Fehlerwahrscheinlichkeit finden.

Bei klopfender Verbrennung liegen somit an der Klopf­ signalklemme 6 impulsförmige Signale an, die die re­ triggerbare monostabile Kippstufe 7 anstoßen. Die Zeit­ konstante der Kippstufe 7 ist dabei so gewählt, daß sie wenigstens durch die unterste Durchlaßfrequenz des Klopffilters 4 aktiv gehalten werden kann. Somit stellt das Ausgangssignal der Kippstufe 7, d. h. die Dauer des Pulses, ein geeignetes Maß für die Dauer des Klopfvor­ ganges 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 ei­ nen Interrupt-Eingang werden dabei die Pulslängen oder die Anzahl der Schwingungszüge des Ausgangssignales des Vergleichers 5 ausgezählt und mit einer vorgegebe­ nen 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 Dar­ stellung nicht weiter gezeigt.

Der Mikrocomputer 8 ist über die Testleitung 12 mit der Testsignalklemme 3 verbunden, und gibt in zyklischen Abständen von 100 Verbrennungen ein Testsignal an die Testsignalklemme 3 ab. Erkennt daraufhin der Mikrocom­ puter 8 einen Puls der Kippstufe 7, so ist die Funktion der Einrichtung zur Klopferkennung überprüft. Bei Über­ prüfung in einer Werkstatt können bestimmte Arten von Signalen an die Testsignalklemme 3 angelegt werden, um so spezielle Funktionen wie etwa Frequenzcharakteristi­ ken und Empfindlichkeit der Einrichtung zu überprüfen.

An der Grundgeräuschklemme 10 wird durch die Fehlermel­ destufe 13 das Ausgangssignal des Gleichrichters 9 ab­ gegriffen. 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 akustisches Signal an den Fahrer ab, und über die Meldeleitung 14 eine Meldung an den Fahrzeugrechner, der daraufhin die Klopfregelung unter­ bricht und einen Betriebszustand einstellt, etwa durch Spätverstellung des Zündzeitpunktes, der für alle Fälle ungefährlich für die Brennkraftmaschine ist. Die tech­ nische Realisierung einer solchen Fehlermeldestufe, etwa Glättung des Grundgeräusches am Eingang eines Schwell­ wertschalters, ist dem Fachmanne geläufig und darum zur Vereinfachung der Darstellung nicht weiter gezeigt.

Das Filter 11 nach Fig. 2 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 monosta­ bilen Kippstufe 7 lediglich in einem zeitlichen Meß­ fenster akzeptiert. Dieses Meßfenster entspricht dem Kurbelwellenwinkelbereich des Motors in dem klop­ fende Verbrennungen auftreten können. Weiterhin kann die Kippstufe 7 und/oder die Fehlermeldestufe 13 eben­ falls im Mikrocomputer 8 realisiert werden, wobei die 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 selbstzündende Brennkraft­ maschinen. Das Klopfsignal an der Klopfsignalklemme 6 wird je nach Maßgabe der gewünschten Ausführungs­ form als Istgröße einer Klopfregelung verwendet, um etwa Zündzeitpunkt oder Einspritzzeitpunkt oder bei aufgeladenen Motoren den Ladedruck zu beeinflussen. In besonders günstiger Ausgestaltung ist die erfin­ dungsgemäße Einrichtung in einem Gehäuse integriert, das zusammen mit dem Klopfsensor 1 am Motor ange­ bracht wird. Eine Leitung führt dabei das Klopfsi­ gnal zur Zündzeitpunktspätverstellung auf eine Tran­ sistor-Zündanlage, wie sie in großen Stückzahlen in Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Klopferkennung mit einem Klopfsensor (1) zur Erfassung von Motorschwingungen, mit einem vom Klopfsensor beaufschlagten Klopffilter (4), das zumindest im Frequenzbereich eines zu erwartenden Klopfsignals durchlässig ist, mit einem Vergleicher (5), dessen einer Eingang am Ausgang des Klopffilters (4) liegt und dessen anderer Eingang vom Klopfsensor über eine Gleichrichterstufe beaufschlagt ist, ferner mit einer dem Vergleicher nachgeschalteten, monostabilen und retriggerbaren Kippstufe (7), deren Zeitkonstante so bemessen ist, daß sie durch die niedrigste Grenzfrequenz des Klopffilters in aktivem Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstufe ein nichtintegrierender Gleichrichter (9) 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.

4. 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 4, 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 (4) eine Testsignalklemme (3) angeschlossen ist, über die Signale in die Einrichtung eingebbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Testleitung (12) die Signale zyklisch in die Einrichtung eingebbar sind, so daß aus der Reaktion des Vergleichers (5) auf diese Signale auf einen Defekt oder auf ein Funktionieren der Einrichtung geschlossen werden kann.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Gleichrichters (9) eine Grundgeräuschklemme (10) angeschlossen ist, daß an die Grundgeräuschklemme (10) eine Fehlermeldestufe (13) angeschlossen ist, und daß die Fehlermeldestufe (13) bei Unterschreitung eines vorgegebenen Pegels an der Grundgeräuschklemme (10) wenigstens eine Meldung abgibt, daß ein Defekt am Klopfsensor (1) und/oder der Zuleitung zum Klopfsensor (19 vorliegt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die aus dem Ausgangssignal des Vergleichers (5) eine Entscheidung erzeugen, ob Klopfen als gültig erkannt wird, und zwar durch Auszählen der Pulslängen oder durch Auszählen der Schwingungszüge des Ausgangssignales des Vergleichers und Vergleich mit einer vorgegebenen Schwelle.