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Klopfiniensitätemeßgerät Beschraibung Die Erfindung betrifft ein
Klopfintensitätsmeßgerät für eine Otte-Motor mit einer Klop@slgnalschaltung, die
ein von der Klopfintensität abhängiges Analagsignal abgibt.
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Das segenannte Motorklonten beruht auf trgleichmäßigkeiten der Verbrennung.
Dieses Meter@lopfen ist für den Moter bekanntlich schr schädlich. Das Klopfen kann
dadurch ucterdchckt werden, daß die Phase des Zündlmpulses verzögert wird. Andererseits
ist es für einen optim@@ len Motorhetrieb hiusichtlich der Leiscungserhöhung und
der Verringerung der Schadstofferzeugung wichtig, den Motor möglichst nahe am Klopfhereich
zu betreiben. also mit möglichst früher Zündphase. Demzufolge muß bei der Motorentwicklung
und Präfung des Klopfverhaltens sehr genau erfaßt werden. Da das Klopfen auch ein
statistischer Vorgang ist, muß man das Klopfverhalten über einen größeren Meßzyklus
erfassen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Klopfintensitätsmeßgerätes,
das för einen eine voreinstellbare Arbeitszyklenzahl umfassenden Meßzyklus die mittlere
Anzahl der Klopfimpulse und die Anzahl der eine voreinstellbare Intensitätsschwelle
übersteigenden Klopfimpulse anzeigt.
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Diese Aufgahe wird nach der Ertindung durch folgende Merkmale gelöst:
1) einer Oszillator zur Erzeugung von Zählimpulsen, deren Ereqenz wesentlich größer
als die höchstmögliche Motordrehzahl ist: b) einen vorrinstallbaren Zykluszähle,
der die Arbeitszyklen des Otto-Motors zählt.
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c) einen A-D~Wandber zur @wandlung des Analogsignals der Klopfsignalschaltung.
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d) einen durch das Ausgangssignal des A-D-Wandier voreinstellbaren
Abwärtszähler, dessen Zähleingang mit dem Oszillater werhunden ist und dessen Ausgang
Währand der Zählung der Oszillatorimpolse einen H-Pegel und bei Erreichen des Nullzählstandes
einen L-Pegel führt: e) einen gleich dem Zykluszihler voreinstellbaren Teiler, dessen
Rereitstellungseingang mit dem Ausgang des Abwärrszählers und dessen Zähleingang
mit dem Oszillator verbunden ist; f) einen an den Ausgang des Teilers angeschaltete
Zähler-Speicherstufe; g) einen voreinstellbaren Abwärtszähler, dessen Bereitstellungseingang
an den Ausgang des zuerst genannten voreinstellbaren Abwärtszählers und dessen Zähleingang
an des Oszillator angeschlossen ist: h) eine Torschaltung, deren Steuereingang mit
dem Ausgang des zuerst genannten voreinstellbaren Abwärtszählers und deren Signaleingang
mit dem Ausgang des zweitgenannten Abwärtszählers verbunden ist; i) sowie eine der
Torschaltung nachgeschaltete Zähler-Speicher-Anzeigestufe.
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Das Kloptintensitätemeßgerät stellt für den jeweiligen Meßzyklus
einen Wart fiir die mittlere Klopfintensität bereit. Die Klopfintensität wird während
eines jeden Arbeitszyklus eines Otto-Motors gemessen und in einen Digitalwert umgeformt.
Dieser Digitalwert stellt die Klopfinteusftät des betreffenden Arbeitszyklus dar.
Aus dieses Einzelwerten wird für den Meßzyklus ein Mittelwert gebildet, Außerdem
zeigt das Ktopfinrensitätemeßgerät die Anzahl gerjenigen Arbeitszyklen innerhalb
eines Meßzyklus an, in denen die Klopfintensität eine vorwählbare Schwelle überschreitet.
Das Klopfintensitätsmeßgerät eignet sich somit zur Untersuchung von Verbrennungsmotoren
und insbesondere zur Ermittlung der Ahhängigkeit c1.-'s Kvlopfens von Veränderungen
verschiedener Motorparametern.
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Zur Gewährleistung einer sicheren Messung auch bei hohen Drehzahlen
sieht diL Erfindung vor, daß der Oszillator ein Frequenz von einigen hundert kHz
hat.
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Eine gute Auflösung und Meßgenaufgkeit erhält man dadurch, daß der
A-D-Wandler ein S-bit-Wandler ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme
auf das anliegende Hlockschaltbild erläutert.
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Die Schaltung nach der Erfindung umfaßt einen voneinstellbaren Zykluszähler
1, dessen Zähler durch eine digitale Einstellschaltung 2 einstellbar ist. Die Zyklenzahl
ist innerhalb eines weiten Bereichs einstellbar. Ein Meßzyklus kann bis zu 1000
oder mehr Arbeitszyklen
umfassen. Die eingestellte Anzahl der Arbeitszyklen
stellt den jeweiligen Meßzyklus dar. Außerdem ist eine Startschaltung 3 zur manuellen
oder automatischen Erzeugung eines Startimpulses Vorgesehen. Am Eingang 4 treifen
Bezugsimpulse ein, die von dem Uttomotor während jedes Arbeitszyklus einmal erzeugt
werden. Ein Arbeitszyklus umfaßt bekanntlich vier Takte oder zwei Kurbeiwellenumdrchungen.
Jeweils für die Dauer eines Meßzyklus führt die Ausgangsleitung 17 des Zykluszählers
1 einen H-Pegel. Mit dem Ende des Meßzyklus wird die Ausgangsleitung 17 auf einen
L-Pegel umgeschaltet.
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Eine Klopfsignalschaltung 5 leitet aus dem auf einer Ionenstrommeßleitung
6 eintreffenden Ionenstromsignal ein ansloges Klopfsignal ab, dessen Größe ein Maß
für die jeweilige Klopfintensität ist. Die Filter und Schwellenwertschaltungen zur
Erzeugung dieses analogen Klopfsignals sind an sich bekannt und im einzelnen nicht
angegeben.
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Das analoge Klopfsignal wird durch einem A/D-Wandler 7 in ein 8-Bit-Kloptsignal
umgewandelt, so daß die Klopfintensität in 256 Stefen digitalisiert wird. Diese
8-Bit-Klopfsignal dient zur Voreinstellung eines Abwärtszählers 8, der an einem
Auslöseeingang 9 durch die während jeder Arbeitsperiode auftretenden Bezugsimpulse
beaufschtagt wird. Jeder Bezugsimpuls veraulaßt die Übernahme des 8-Bit-klopfsignals
als Voreinstellwere in den Abwärtszählter 8 und gibt den Abwärtszähler 8 für die
Zählung frei. Dei Ausgang 24 ist ein negierter Überlaufausgang. Dieser Ausgang 24
führt jeweils dann einen H-Pegel, went der Abwärtszähler 8 Zählimpulse zählt. Der
H-Pegel deiniert ein Zeitfenster. Sobald der Nulizustand erreicht ist, schaltet
der Ausgang 24 auf einen L-Pegel um.
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Ein Oszillator 1C lit-fert die Zählimpulse fi;r den Abwättszähler
8. Der Oszillator 1 arbeitet auf einer Frequenz von einigen hundert kHz, z.B. auf
820 kHz.
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Innerhalb der Schaltung nach der Erfindung ist außerdem eine erste
Auswerteschaltung 11 zur Ermittlung des mittleren Klopfwertes während des Meßzyklus
und eine zweite Auswerteschaltung 12 zur Anzeige der während des Meßzyklus auftretenden
Gesamtzahl von Klopfimpulsen oberhalb einer Intensitätsschwelle vorgesehen.
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Die Auswerteschaltung 11 enthält einen voreinstellbaren Teiler 13,
der gleich die der Zykluszähler 1 aufgebaut und ebenso wie derselbe über die Einstellischaltung
2 voreinstellbar ist. Ein Bureitstellungseingang 14 dieses Teilers 13 ist an den
Ausgang 24 des Abwärtszählers 8 angeschlossen. Ber Zähleingang 25 des Teilers 13
ist mit
dem Oszillator 10 verbunden. Dem Teiler 13 ist ein Zähler
15 rachgeschaltet, der die Überlaufimpulse dus Teilits 13 zählt. An dem Bereitstellungseingang
des Zählers 15 liegt die Ausgangsleitung 17 des Zykluszählers 1 an. Dem Zähler 15
ist ein Speicher 16 nachgeschaltet.
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Die interner Schaltkreise des Zählers 15 und des Speichers 15 arbeiten
so, daß der Zähler 15 zählt, so lange die Ausgangsleitung 17 einen B-Pegel führt.
Mit dem bel der Umschaftung von dem H-Pegel auf des L-Pegel in der äusgangsleitung
17 auftrstenden Impuls wird der Zählstand des Zählers 15 in den Speicher 16 übernetmen
und dort zur Auzeige festgchalten. Eine Leitung 29 führt zu einem Anzeigegerät und/oder
einem Registriergerät.
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Die Auswerteschaltung 12 enthält einen voreinstelltaren Abwärtszähler
18. Der Voreinstelleingang des Abwärtszählers 18 ist en eine Einstellschaltung 19
angeschlossen, mit der der Voreinateilwert ds Abwärtszählers 18 eingestellt werden
kann, der einen Schwellenwert für die Intensität der Klopfimpulse darstellt. Der
Oszillator 10 ist mit dem Zähleingang 27 des Ahwärtszählers 18 verbunden. An dem
Bereitstellungseingang 26 des Abwärtszählers 18 lingen die Bezugsimpulse an. Der
Abwärtszähler 18 wird durch jeden Bezugsimpuls auf den Voreinstellwert eingestellt.
Beim Durchgang durch den Nullzählstand gibt der Abwärtszählet 18 einen Überlaufimpuls
ab, so daß pro Arheitszyklus höchstens ein Ausgangsimpuls des Überlaufzählers auftritt.
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Dem Abwärtszähler 18 ist eine Torschaltung 20 nachgeschaltet, deren
Steuereingang 21 mit dem Ausgang 24 des Abwärtszählers 8 verbunden ist. Der Signaleingang
28 der Torschaltung 20 ist mit dem bcrlaufausgang des Abwärtszählers 18 gekoppelt.
Die Torschaltung 20 läßt also so lange den am Signaleingang 28 ankommanden Überlaufimpuls
durcli, als der Steuereingang 21 einen h-Pegel führt. T3c-r Torschaltung 20 ist
ein Zähler 22 und Speicher 23 nachgeschaltet, die ebenfalls an din Ausgangsleitung
17 des Zykluszählters 1 angeschaltet sind. Die Aunktion des Zählers 22 und der Speichers
23 entspricht der Funktion des Zählers 15 und des Speichers 16. Eine Leitung 30
führt zu einem Anzeigegerät und /oder Registriergerät.
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Das Klopfintensitätemeßgerät ist für die Messung eines Zyllnders
eines Otto-Motors ausgelegt. Bei einem Mehrzyklindermotor kann man die einzeinen
Raugruppen in entsprechender Mehrzahl vorsehen, um das Kiopfverhalten aller Zylinder
unabhängig voneinander zu messen.
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Es wird im folgenden die Funktion des Kloptintensitätsmeßgerätes
bei der Messung an einem Zylinder beschriegben. Die Anzahl dar Arbeits-
zykleu
ist in der Einstellschaltung 2 zwischen 0 und 1000 oder auf einem auderen Wert einstellbar.
Dies-- Anzahl der Arbeitszyklen bildet den Meßzyklus. Durch die Starischaltung 3
wird der Meßzyklus ausgelöst. Die einzeinuen Arbeitszyklen des Otto-Motors werden
durch die am Eingang 4 auftretenden Bezugsimpulse gezählt. Solange der Zählvorgang
abläuft, führt die Ausgangsleitung 17 des Zykluszählers 1 einen H-Pegel. Sobald
der Voreinstellwert erreicht ist und also die eingestellte Zahl der Arbeitszyklen
abgelaufen ist, tritt innerhalb des Zykluszählers 1 ein Überlaufwert auf, der den
Pegel auf der Ausgangsleitung 17 auf einen L-Pegel umschaltet. Die Ausgangaleitung
17 ist jeweils mit den Zählern 15 und 22 sowie den Speichern 16 und 23 derart vtirknäpft,
daß die Zähler 15 und 22 so lange auf Zählimpulse ansprechen.
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als die Ausgangsleitung einen H-Pegel führt. Außerdem werden bei der
Umschaltung der Ausgangsllitung 17 auf einen L-Pegel die jeweiligen Zäblstände in
den Zählern 15 und 22 in die Speicher 16 bzw. 23 übernommen. Dort stehen diese Zählstände
zur Anzeige und zur weiteren Auswertung und/oder Registrierung bis zum Beginn des
nächsten Meßzyklus bereit.
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Die Klopfsignale selbst werden in der Klopfsignalschaltung 5 ausgewertet.
Der auf der Tonenstrommeßleitung 6 eintreffende Ionenstrom erlauht ine Aussage üher
die Klopfvorgänge. Denn mit dem Motorklopfen ändert sich spontan auch die Ionisterung,
so daß das Motorklopfen in charakteristischen Änderungen des Ionenstromes erkennbar
ist. Die Klopfsignale während eines Verbrennungstaktes des Otto-Motors werden in
ein analoges Klopfsignal umgewandelt, das ein Maß für die Klopfintensität ist. Dieses
araloge Klopfsignal wird schließlich in dem A/D-Wandler 7 in ein digitales Signal
mit 256 Stufen umgewandelt. Dieses digitale Signal stellt den Voreinstellwert für
den Abwärtszähler 8 dar. Der Abwärtszähler 8 zählt die Impulse des Oszillators 10,
so daß jeweils entsprechend der Klopfintentsität eine größere oder geringere Zahl
von Impulsen gezählt wird. Der Abwärtszähler 8 stellt aut dem Ausgang 24 während
des Zählvorgangs einen R-Pegel bereit, der seinerseits den Bereitstellungseingang
14 des Teilers 13 teaufschlagt.
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Der Teiler 13 ist auf die Anzahl der Arbeitszyklen eines Meßzyklus
eingestellt, so daß in dem Teiler 13 die Zahl der Kloptimp die Zahl der Arbeitszyklus
geteilt wird. Man erhält alsoptimpulse durch Zahl der Klopfimpulse während eines
Maßzyklus. Diese Zahl wird in dem Zähler 15 gezählt. Mit dem Ende des Meßzyklus
wird diese mittlere Klopi@intersität in den Speicht: 16 übernommen und steht zur
Anzeige
und/oder Speicherur.g zur Verfügung.
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Din Finstellschaltung 19 erlaubt eine Voreinstellung des Abwärtszählers
18. Mit dem Voreinstellwert kann eine Intensitätsschwellefür die Klopfimpulse eingestellt
werden. Der Abwärtszähler 18 ist während des Meßzyklus betriebsbereit und wird jeweils
durch einen Bezugsimpuls auf den Voreinstellwert zurückgestellt. Die Impulse des
Oszilla tors 10 werden jeweils ausgehend vom Voreinstellwert gezählt, so daß ein
Überlaufimpuls des Abwärtszählers 18 jeweils dann auftritt, wenn der Nullzählstand
des Abwärtszählers 18 erreicht ist. Der zÜberlaufimpuls des Abwärtszählers 18 wird
durch die Torschaltung 20 dann durch gelassen, wenn er innerhalb des Intensitätsfensters
auftritt. Dies ist ein Zeichen dafür, daß die Klopfintensität während des betreffenden
Arbeitszyklus den Voreinstellwcrt überschreitet. Diese Impulse werden in dem Zähler
22 gezählt und nach Ablauf des Meßzyklus in dem Speicher 23 gespeichert. Die in
dem Speicher 23 gespeicherte Impulszahl gibt also diejenige Anzahl der Arbeitszyklan
innerhalb eines Meßzyklus an, in denen die Klopfintensität einen Voreinsteliwert
überschreitet. Diese Zahl kann angezeigt und registriert werden.
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Die registrierten Werte erlauben eine Auswertung der jeweiligen Meßzyklen.