DE3504039C2

DE3504039C2 -

Info

Publication number: DE3504039C2
Application number: DE3504039A
Authority: DE
Inventors: Akio Hosaka; Akito Yokohama Kanagawa Jp Yamamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1990-09-06
Also published as: GB2154657A; JPS60164232A; JPH0380979B2; DE3504039A1; GB2154657B; GB8503024D0; US4640250A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beeinflussen des Klopfpegels einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dergleichen ist aus der DE-OS 26 59 239 bekannt.

Im Bereich niedriger Drehzahlen einer Brennkraftmaschine ist Klopfen für die Maschine weniger gefährlich, als im Bereich hoher Drehzahlen. Bei niedrigen Drehzahlen sind unter dem Gesichtspunkt des Schutzes der Maschine gegen Beschädigungen Klopfpegel hinnehmbar, die die vom Ventilbetrieb herrührenden Geräusche deutlich überschreiten. Der Grund für die Herabsetzung des Klopfpegels bei niedrigen Drehzahlen unter den Geräuschpegel, der vom Ventilbetrieb hervorgerufen wird, besteht daher allein darin, für die Fahrzeuginsassen störende Geräusche zu vermeiden. Man nimmt bei dieser Maßnahme eine Herabsetzung der Wirtschaftlichkeit der Maschine in Kauf.

Wenn man das Klopfen allein in Abhängigkeit vom auftretenden Ventilgeräuschpegel in der bechriebenen Art regelt, tritt jedoch ein Problem insofern auf, als bei hohen Drehzahlen Klopfpegel erreicht werden können, die, obgleich unter dem Ventilgeräuschpegel liegend und daher akustistisch von diesen verdeckt, für die Maschine schädlich sind. Wenn man zum Schutz der Maschine das vom Ventilgeräusch abhängige Signal vor dem Vergleich mit dem Klopfpegel modifizieren wollte, so wäre die Folge, daß im "ungefährlichen" Drehzahlbereich die Maschine nicht ausreichend dicht am Klopfen und damit unwirtschaftlicher betrieben würde.

In der vorgenannten DE-OS 26 59 239 ist eine Einrichtung zur Zündzeitpunktverstellung bei Brennkraftmaschinen beschrieben, mit der die Klopfintensität auf einen Pegel herabgesetzt wird, der gerade unterhalb des Pegels liegt, der akustisch aufgenommen werden kann. Ein Signal, das den Mittelwert von Hintergrundgeräuschen angibt, wird um einen festen Betrag verstärkt und einem fest vorgegebenen Wert hinzuaddiert, um ein Schwellenwertsignal zu bilden. Der feste Betrag und der fest vorgegebene Wert sind so vorbestimmt, daß das Schwellenwertsignal sich über die wechselnden Betriebsbedingungen des Fahrzeugs einem Klopfpegel annähert, der gerade unterhalb einem akustisch aufnehmbaren Wert liegt.

Aus der DE-OS 28 32 594 ist ein Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung beim Klopfen von Brennkraftmaschinen beschrieben, mit dem das Ziel verfolgt wird, die klopfende Verbrennung möglichst schnell so auszuregeln, daß klopfende Verbrennung überhaupt verschwindet. Die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsweise der Maschine bleibt dabei völlig außer Betracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der ermöglicht wird, die Brennkraftmaschine dicht an ihrem Klopfpegel über im wesentlichen den gesamten Betriebsbereich der Maschine zu betreiben, um dadurch die Maschinenleistung und den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Maschine beschädigt werden kann.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird demnach das Signal, das auf die durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen zurückgeht, zum einen mit dem Hintergrundgeräuschsignal verglichen, um die Zündung auf optimale Bedingungen hinsichtlich der Maschinenleistung zu bringen, ohne für den Fahrer unangenehme Geräusche zu entwickeln, zum andern wird das vorgenannte "Klopfsignal" mit einem Grenzwertsignal verglichen, das als Sicherheitsmaßnahme gegen eine mögliche Beschädigung der Maschine in einem Betriebszustand wirkt, in welchem zwar das Klopfen nicht als akustisch störend wahrgenommen wird, jedoch zu einer Beschädigung der Maschine führen kann.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Maschinendrehzahl und dem Maschinen vibrationspegel;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Zylinderdrucksensor, der in der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendet wird;

Fig. 4 Kurvenformen an Punkten im Blockschaltbild nach Fig. 2 ;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs im Digital rechner, der in der Vorrichtung nach Fig. 2 ver wendet wird, um einen Grundwert für den Zündzeit punkt der Maschine zu verändern;

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 7 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs im Digitalrechner, der in der Vorrichtung nach Fig. 6 verwendet wird, um einen Grundwert für den Zündzeitpunkt der Maschine zu verändern, und

Fig. 8 die funktionellen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Blockdiagrammform.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll auf das Diagramm nach Fig. 1 eingegangen werden, um die von der Erfindung verfolgten Ziele besser verständlich zu machen.

Man kann die an einem Zylinderblock einer Brennkraftmaschine auftretenden Vibrationen mit Hilfe eines Vibrationssensors ermitteln, wobei sich aus dem Vibrationssignal die durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen extrahieren lassen. Ein solches Bandpaßfilter läßt nur die charakteristische Frequenz durch, während Signalkomponenten anderer Frequenzen unterdrückt werden. Das gefilterte Vibrationssignal wird gleichgerichtet, und es wird ein Mittelwertsignal gebildet und ergibt ein Klopfbegrenzungssignal, wie durch die gestrichelte Kurve C in Fig. 1 angegeben ist, die eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Maschinendrehzahl und dem Vibrationspegel gibt. Der Klopfbegrenzungspegel C steigt mit steigender Drehzahl an, sollte jedoch unterhalb eines Begrenzungspegels gehalten werden, der durch die gestrichelte Linie A angegeben ist, die jenen Pegel darstellt, oberhalb dessen heftige Schwingungen auftreten können, die die Möglichkeit einer Beschädigung von Maschinenteilen, wie Kolben und Kolbenringen, in sich schließen. Die Kurve B repräsentiert solche Maschinengeräusche, die in der Hauptsache durch das Ventilspiel erzeugt werden. Der durch die ausgezogene Linie D angegebene Verlauf gibt jene Geräuschpegel an, die gemäß der Erfindung eingehalten werden sollten.

Eine Auführungsform der Klopfpegelregelvorrichtung nach der Erfindung ist in Blockform in Fig. 2 dargestellt. Die Klopfpegelregelvorrichtung nach der Erfindung wird in Kom bination mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine ver wendet. Im Interesse der Übersichtlichkeit der Zeichnung und in Anbetracht der Bekanntheit des Aufbaus einer Brennkraftmaschine, die nicht Gegenstand dieser Er findung ist, wird auf die Darstellung der Maschine in der Zeichnung verzichtet.

Um ein Eingangssignal zu erzeugen, das mit dem Zylinder druck eines ausgewählten, überwachten Maschinenzylinders übereinstimmt, werden ein piezoelektrischer Druckring 10 und ein Ladungsverstärker 12 verwendet. Der Druckring 10, der mittels einer Zündkerze oder eines mit begrenztem Drehmoment angezogenen Zylinderkopfbolzens fest an der Ma schine angebracht ist, dient als Zylinderdrucksignalquel le. Der Druckring 10 erzeugt ein Ladungssignal, das vom La dungsverstärker 12 in ein Spannungssignal umgewandelt wird, das dem Druck entspricht, der auf den Druckring 10 ausgeübt wird. Ein Beispiel einer Zylinderdrucksignalquelle, die zur Verwendung mit der Klopfpegelregelvorrichtung nach dieser Erfindung geeignet ist, zeigt schematisch Fig. 3.

In Fig. 3 erkennt man den Druckring 10, der eine Zündkerze 25 umgibt, die im Zylinderkopf 27 des überwachten Maschi nenzylinders 29 so befestigt ist, daß der Druckring 10 an dem Zylinderkopf 27 verspannt ist. Während des Maschinen betriebs bewegt sich die Zündkerze 25 geringfügig und vi briert aufgrund von Zylinderdruckänderungen und auf sie übertragenen Maschinenvibrationen, wodurch der Druck vari iert, der auf den Druckring 10 ausgeübt wird. Der Druck ring 10 enthält ein piezoelektrisches Element 101, das sandwichartig zwischen zwei Ringelelektroden 103 angeordnet ist, an denen Anschlußdrähte 105 angebracht sind. Isolier scheiben 107 isolieren den Druckring 10 elektrisch gegen über der Zündkerze 25 und dem Zylinderkopf 27. Der Druck ring 10 erzeugt an den Anschlußdrähten 105 ein Ladungssi gnal, das mit Änderungen des auf das piezoelektrische Ele ment 101 einwirkenden Drucks variiert. Der auf das piezo elektrische Element 101 einwirkende Druck variiert in Ab hängigkeit vom Zylinderverbrennungsdruck, den durch Klop fen hervorgerufenen Zylinderdruckvibrationen und den auf die Zündkerze 25 übertragenen Maschinenvibrationen. Die Ma schinenvibrationen umfassen Ventilgeräusche, d. h. Vibratio nen oder Schwingungen, die erzeugt werden, wenn die Einlaß ventile auf die zugehörigen Ventilsitze aufsetzen und die Auslaßventile von den zugehörigen Ventilsitzen abheben.

Gemäß Fig. 2 erzeugt die Kombination aus Druckring und La dungsverstärker ein Ausgangssignal eines Potentials, dessen Größe proportional einer Änderung des Drucks ist, der auf den Druckring 10 ausgeübt wird. Das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 12 wird einem üblichen Band paßfilter 14 zugeführt, das alle nicht benötigten Kom ponenten des Eingangssignals ausfiltert. Das Bandpaßfilter 14 kann ein Hochpaßfilter sein, das die Nieder frequenzsignalkomponenten unterdrückt und nur die hochfre quenten Signalkomponenten durchläßt. Das resultierende Aus gangssignal am Ausgangsanschluß des Bandpaßfilters 14 ist in Fig. 4 dargestellt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, hat das Ausgangssignal Spitzen werte B 1 im Maschinenkurbelwellenwinkelbereich von 40 Grad vor OT bis OT. Die Spitzenwerte B 1 bedeuten Ventilgeräusche, d. h., Vibrationen, die erzeugt werden, wenn das Einlaßven til auf dem zugehörigen Ventilsitz aufsitzt. Das Ausgangs signal hat weiterhin Spitzenwerte B 2 im Kurbelwinkelbereich zwischen OT und 50 Grad nach OT. Die Spitzenwerte B 2 geben durch Klopfen hervorgerufene Vibrationen an. Weiterhin hat das Ausgangssignal Spitzenwerte B 3 im Kurbelwinkelbereich von 50 Grad oder mehr nach OT. Die Spitzenwerte B 3 rühren von Ventilgeräuschen her, d. h. von Vibrationen, die hervor gerufen werden, wenn das Auslaßventil seinen Ventilsitz verläßt. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 14 weist al so Spitzenwerte B 2 auf, die Vibrationen anzeigen, die vom Klopfen herrühren, und Spitzenwerte B 1 und B 3, die von Ge räuschen herrühren, die von der Maschine erzeugt werden.

Gemäß Fig. 2 ist das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 14 einem Hüllkurvendetektor 16 zugeführt, der einen sogenannten Spitzenfolgekreis aufweist, der ein Hüll signal erzeugt, das in Fig. 4 durch die Hüllkurve E darge stellt ist. Das Hüllsignal gelangt zu einem Analog/Digital Wandler 18, der es in ein entsprechendes Digitalsignal um setzt, damit es einem Digitalrechner 20 zugeführt werden kann.

Vom Digitalrechner 20 darf man annehmen, daß er einen Ana logmultiplexer, einen Analog/Digital-Wandler, eine Zentral prozessoreinheit, einen Speicher, einen Unterbrecherkreis und einen Taktoszillator enthält. Er arbeitet unter einer Steuerprogrammfolge in Abhängigkeit von an der Maschine ab getasteten Betriebsbedingungen, um die verschiedenen Be triebsparameter der Maschine zu regeln. Der Digitalrechner 20 spricht auch auf ein Unterbrechungssignal an, um zeitweilig die Ausführung einer Steuerprogrammfolge zu unterbrechen, um die Ausführung einer Unterbrechungsroutine zu starten, die die Parameter während einer speziellen Betriebsbedin gung beeinflußt.

Der Digitalrechner 20 weist zusätzliche Eingänge von ver schiedenen Sensoren auf. Die Eingangssignale des Digital rechners enthalten, sind hierauf jedoch nicht notwendiger weise beschränkt, ein Bezugspositionssignal S 1, das einem vorbestimmten Kurbelwinkel der Maschinenkurbelwelle ent spricht, ein Kurbelwellenpositionssignal S 2, das einer vor bestimmten Anzahl von Winkelgraden der Drehung der Kurbel welle entspricht, ein Signal S 3, das eine gemessene, der Maschine zuströmende Luftströmungsrate Q angibt, ein Signal S 4, das die Temperatur Tw des Kühlmittels der Maschine an gibt. Beispielsweise besteht das Positionssignal S 1 aus einer Serie von Bezugsimpulsen, wobei jedes 720 Kurbelwel lengraden entspricht, und das Kurbelwellenpositionssignal S 2 enthält eine Serie von Impulsen, von denen jeder einem Winkelgrad der Drehung der Kurbelwelle entspricht. Jedes der Signale S 1 und S 2 wird dazu verwendet, ein Unterbre chungssignal zu erzeugen, um zeitweilig die Ausführung der Steuerprogrammfolge zu unterbrechen und die Ausführung einer Unterbrechungsroutine zu starten. Die Signale S 1 und S 2 wer den weiterhin einem Frequenzzähler zugeführt, der ein Sig nal erzeugt, das die Maschinendrehzahl N angibt. Die Analog signale S 3 und S 4 werden einem Analog/Digital-Wandler zuge führt, der sie in entsprechende Digitalsignale umsetzt, die die gemessene Luftströmungsrate Q und die gemessene Maschi nenkühlmitteltemperatur Tw angeben.

Der Digitalrechner 20 errechnet einen Grundwert für den Zündzeitpunkt der Maschine auf der Grundlage von Maschinen betriebsparametern, zu denen die Maschinenbelastung, die Drehzahl und die Maschinentemperatur gehören. Der Digital rechner erzeugt erste, zweite und dritte Signale, von denen das erste Signal dem Pegel von durch Klopfen hervorgerufe nen Vibrationen entspricht, das zweite Signal dem Pegel der Ventilgeräusche entspricht und das dritte Signal einem Be grenzungspegel entspricht. Der Digitalrechner entscheidet, daß Maschinenklopfen auftritt, wenn das erste Signal wenig stens eines der zweiten und dritten Signale übersteigt. Der Digitalrechner verändert den Grundwert des Zündzeitpunktes als Folge der Maschinenklopfentscheidung und erzeugt ein Zündzeitpunkteinstellsignal entsprechend dem modifizierten Grundwert für eine Zündvorrichtung 22, die hierdurch den Zündzeitpunkt der Maschine bestimmt.

Die Zündvorrichtung 22 kann üblicher Bauart sein, enthal tend einen Schalttransistor, der mit der Primärwindung einer Zündspule verbunden ist. Der Transistor wird ein- und ausge schaltet, um Zündenergie zu entwickeln, die die Zündkerzen der Maschine in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkteinstellsignal zum Zünden bringt.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, den Programmablauf des Digi talrechners 20 darstellend, wenn dieser dazu benutzt wird, den Maschinenklopfpegel durch Verändern des Grundwertes des Zündzeitpunktes der Maschine zu regeln, wobei der Grundwert in bekannter Art auf der Grundlage von Maschinenparametern errechnet worden ist, zu denen die gemessene Drehzahl N, die Ansaugluftströmungsrate Q und die Maschinenkühlmitteltempe ratur Tw gehören.

Das Rechnerprogramm wird an dem Punkt 502 mit konstanten Zeitintervallen, beispielsweise von 100 Mikrosekunden begon nen. Am Punkt 504 im Programm liest die Zentralprozessorein heit des Digitalrechners das Ausgangssignal des Analog/Digi tal-Wandlers 18, der das Hüllsignal in Digitalform während des vorangehenden Ausführungszyklus dieses Programms um setzt. Am Punkt 506 wird der Analog/Digital-Wandler 18 ver anlaßt, den nächsten aktuellen Hüllsignalwert in Digitalform umzusetzen. Am Punkt 508 im Programm findet eine Bestimmung statt, ob die Kurbelwellenstellung im Bereich zwischen -40° und OT liegt oder nicht. Zu diesem Zweck liest die Zentral prozessoreinheit des Digitalrechners den Zählerstand des Zählers ab, der die Kurbelwellenpositionsimpulse S 2 zählt und löscht den Zählerstand, wenn ein Bezugspositionsimpuls S 1 auftritt, und vergleicht den Zählerstand mit einem Bezugs wert entsprechend 40 Grad vor OT und einem weiteren Bezugs wert entsprechend der OT-Stellung der Kurbelwelle.

Wenn die Antwort auf diese Frage ein "Ja" ist, dann fährt das Programm am Punkt 510 fort, wo der Digitalrechner den Pegel der Vibrationen mißt, die erzeugt werden, wenn das Einlaßventil auf seinem Ventilsitz aufsitzt. Zu diesem Zweck mißt der Digitalrechner den Pegel des diese Vibration anzei genden Signals (Hüllsignal) im Kurbelwinkelbereich zwischen -40° und OT und liest den gemessenen Wert als Ventilgeräusch pegel. Beispielsweise kann der Vibrationspegel in einer Art gemessen werden, um den Maximalwert, den integrierten Wert oder die Fortsetzungszeitperiode zu errechnen. Der Maximum wert kann berechnet werden, indem man im Digitalspeicher den größeren jener Werte festhält, die am Punkt 504 in der Folge im Kurbelwinkelbereich zwischen -40° und OT auftreten. Der integrierte Wert kann berechnet werden, indem man nur die gelesenen Werte addiert, weil in das Programm mit konstanten Zeitintervallen eingetreten wurde. Die Fortsetzungszeitpe riode kann errechnet werden, indem man die Zahl der Werte liest, die größer als ein Bezugswert sind. Alternativ kann der Vibrationspegel gemessen werden, indem man das Produkt aus Maximalwert und Fortsetzungszeitperiode errechnet.

Wenn die Antwort auf die Frage ein "Nein" ist, dann befindet sich die Kurbelwelle außerhalb des Bereiches zwischen -40° und OT und eine weitere Bestimmung wird am Punkt 512 durch geführt. Diese Bestimmung geht dahin, ob die Kurbelwelle sich im Bereich zwischen OT und +50° befindet. Diese Be stimmung wird durchgeführt, indem der Zählerstand des Zäh lers mit einem Bezugswert, der der OT-Stellung entspricht, und einem weiteren Bezugswert, der der 50°-Stellung nach OT entspricht, verglichen wird. Wie oben beschrieben, zählt der Zähler die Kurbelwinkelpositionsimpulse S 2 und löscht den Zählerstand beim Auftreten eines Bezugspositionsimpulses S 1.

Wenn die Antwort auf diese Frage ein "Ja" ist, dann fährt das Programm am Punkt 514 fort, wo der Digitalrechner den Pegel der Vibrationen mißt, die vom Maschinenklopfen her vorgerufen werden. Zu diesem Zweck mißt der Digitalrechner den Pegel des die Vibration anzeigenden Signals (Hüllsignal) im Kurbelwinkelbereich zwischen OT und +50° und liest den gemessenen Wert als vom Klopfen hervorgerufenen Vibrations pegel. Beispielsweise kann dieser vom Klopfen hervorgerufe ne Vibrationspegel so gemessen werden, daß der Maximalwert, der integrierte Wert oder die Fortsetzungszeitperiode er rechnet werden. Der Maximalwert kann errechnet werden, indem man im Digitalspeicher den größeren jener Werte festhält, die am Punkt 504 in der Folge während der Zeitperiode zwi schen OT und +50° der Kurbelwellendrehung auftreten. Der in tegrierte Wert kann durch bloßes Addieren der gelesenen Wer te berechnet werden, da in das Programm mit konstanten Zeit intervallen eingetreten wird. Die Fortsetzungszeitperiode kann durch Zählen der Anzahl der Ablesewerte errechnet wer den, die größer als ein Bezugswert sind. Alternativ kann der vom Klopfen hervorgerufene Vibrationspegel auch durch Er rechnen des Produktes aus Maximalwert und Fortsetzungszeit periode gemessen werden.

Wenn die Antwort auf die Frage ein "Nein" ist, dann bedeutet dies, daß sich die Kurbelwelle nicht im Bereich zwischen OT und +50° befindet. Eine weitere Bestimmung wird dann am Punkt 516 durchgeführt. Diese Bestimmung dient der Ermitt lung, ob die Kurbelwinkelstellung größer als +50° nach OT ist. Diese Bestimmung wird durch Vergleich des Zählerstan des des Zählers mit einem Bezugswert durchgeführt, der 50° nach OT entspricht. Wie oben beschrieben, zählt der Zähler die Kurbelwellenpositionsimpulse S 2 und löscht den Zähler beim Auftauchen eines Bezugspositionsimpulses S 1.

Wenn die Antwort auf diese Frage ein "Ja" ist, dann geht das Programm zum Punkt 518 über, wo die Zentralprozessoreinheit des Digitalzählers über das Auftreten von Maschinenklopfen entscheidet. Diese Entscheidung wird getroffen, wenn der Vibrationspegel, der mit dem Maschinenklopfen zusammenhängt und am Punkt 514 gemessen wird, größer als der Vibrations pegel ist, der sich auf das Maschinengeräusch bezieht und am Punkt 510 gemessen wurde, und/oder als ein oberer Grenzwert (Linie A), der zum Schutz der Maschine einzuhalten ist. Zu diesem Zweck vergleicht der Digitalrechner den durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationspegel, gemessen am Punkt 514, mit dem Vibrationspegel, der am Punkt 510 gemessen wurde, und auch mit dem oberen Grenzpegel. Es versteht sich daher, daß die Anordnung dieser Ausführungsform einen Grenzpegel für die durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen festsetzt, wie durch die durchgezogenen Linien D in Fig. 1 dargestellt ist.

Obgleich der obere Grenzwert, der für den Maschinenschutz benötigt wird, in Fig. 1 als ein konstanter Wert dargestellt ist, so sei doch betont, daß dies ein variabler Wert sein kann, der von einer oder mehreren Maschinenbetriebsbedingun gen abhängt. Wenn man beispielsweise die Kolbentemperatur erhöhung betrachtet, die vom Klopfen hervorgerufen wird, dann ist die Temperatur in direkter Proportion zu der Ener gie der Druckschwankungen, die vom Maschinenklopfen hervor gerufen werden. Diese Energie ist proportional dem Produkt aus der Amplitude der durch Klopfen hervorgerufenen Vibra tion und der Klopffrequenz, d. h. der Maschinendrehzahl. Der Vibrationsgrenzpegel ist daher umgekehrt proportional zur Maschinendrehzahl unter der Annahme, daß der Grenzpegel für die Temperatur konstant ist. Um eine größere Regelgenauig keit zu erzielen, ist es vorteilhaft, den oberen Grenzwert zu bestimmen, indem man in eine Funktionstabelle schaut, die Signale speichert, die eine obere Grenze als Funktion der Maschinendrehzahl oder der Maschinendrehzahl und der Ansaug luftströmungsrate angeben.

Obgleich bei dieser Ausführungsform nur der Pegel der Vibra tionen B 1, die erzeugt werden, wenn das Einlaßventil auf seinem Ventilsitz aufsitzt, als dem Maschinengeräusch zuge höriger Vibrationspegel gemessen wird, weil dieser normaler weise größer als der Pegel der Vibrationen B 3 ist, der vom Abheben des Auslaßventils vom Ventilsitz hervorgerufen wird, wie Fig. 4 zeigt, so sei doch betont, daß selbstverständlich auch der Pegel der Vibrationen B 3 zusätzlich zu dem Pegel der Vibrationen B 1 gemessen und ausgewertet werden kann.

Anschließend an die Klopfentscheidung am Punkt 518 geht das Programm auf den Punkt 520 über, wo die Zentralprozes soreinheit des Digitalrechners den Grundwert des Zündzeit punktes der Maschine ändert. Dieser Grundwert ist auf der Grundlage von Daten berechnet worden, zu denen die gemesse ne Maschinendrehzahl, Ansaugluftströmungsrate und Maschi nenkühlmitteltemperatur gehören. Wenn über Maschinenklopfen am Punkt 518 entschieden ist, dann wird diese Änderung durch Addieren eines Korrekturfaktors zum berechneten Grundwert durchgeführt, um den Zündzeitpunkt zu verzögern und dadurch das Maschinenklopfen zu verringern. Wenn die gemessene Be dingung nicht als Maschinenklopfen am Punkt 518 entschieden worden ist, dann hält die Zentralprozessoreinheit des Digi talrechners den errechneten Grundwert des Zündzeitpunktes aufrecht oder zieht den Korrekturfaktor vom berechneten Grundwert ab, um den Zündzeitpunkt vorzuverlegen. Um die Betriebsstabilität und die Zündzeitpunktsempfindlichkeit der Klopfpegelregelvorrichtung zu optimieren, kann der Kor rekturfaktor ein variabler Wert sein, der vom Verhältnis der Vibrationen B 2 zu den Vibrationen B 1 abhängt.

Obgleich diese Ausführungsform die Verwendung eines einzi gen Drucksensors bei der Ermittlung der auf Maschinengeräu sche beruhenden und der auf Klopfen beruhenden Vibrationen erlaubt, indem das Ausgangssignal des Drucksensors entspre chend der unterschiedlichen Kurbelwinkelbereiche, bei denen die vorgenannten Vibrationen auftreten, ausgewertet wird, sei doch betont, daß es auch möglich ist, zwei getrennte Sensoren zu verwenden, von denen der eine der Ermittlung der von Maschinengeräuschen hervorgerufenen Vibrationen und der andere der Ermittlung der vom Maschinenklopfen her vorgerufenen Vibrationen dient.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung. In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen 30, 32, 34 und 44 einen Zylinderdrucksensor, einen Ladungs verstärkerkreis, einen Bandpaßfilterkreis und eine Zündvor richtung. Diese Elemente entsprechen den in Fig. 2 mit 10, 12, 14 und 22 bezeichneten Elementen.

Das Ausgangssignal des Bandpaßfilterkreises 34 wird einem Gleichrichterkreis 36 zugeführt, wo es gleichgerichtet wird. Das gleichgerichtete Signal wird einem Integrator kreis 38 zugeführt, der das gleichgerichtete Signal inte griert und ein Analogsignal erzeugt, das der Fläche unter dem gleichgerichteten Signal proportional ist. Das Aus gangssignal des Integratorkreises 38 wird einem Analog/Di gital-Wandler 40 zugeführt, der es in ein entsprechendes Digitalsignal umwandelt, das einem Digitalrechner 42 zuge führt wird.

Der Digitalrechner 42 weist einen Analogmultiplexer, einen Analog/Digital-Wandler, eine Zentralprozessoreinheit, einen Speicher, einen Unterbrecherkreis und einen Taktos zillator auf und arbeitet unter einer Steuerprogrammfolge in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsbedingungen der Ma schine, um die verschiedenen Betriebsparameter der Maschine zu regeln. Der Digitalrechner spricht auf ein Unterbre chungssignal an und unterbricht dann zeitweise die Ausfüh rung der Steuerprogrammfolge, um die Ausführung einer Un terbrechungsroutine zu beginnen, um die Parameter während einer speziellen Betriebsbedingung zu regeln.

Der Digitalrechner 42 hat zusätzliche Eingänge für die ver schiedenen Sensorsignale. Die Eingangssignale zum Digital rechner enthalten, sind jedoch darauf nicht notwendigerwei se beschränkt, ein Bezugspositionssignal S 1, das einem vor bestimmten Kurbelwinkel der Maschine entspricht, ein Kur belwellenpositionssignal S 2, das einem vorbestimmten Dreh winkel der Kurbelwelle entspricht, ein Signal S 3, das die gemessene Luftströmungsrate Q angibt, ein Signal S 4, das die gemessene Maschinenkühlmitteltemperatur Tw angibt. Bei spielsweise besteht das Bezugspositionssignal S 1 aus einer Serie von Bezugsimpulsen, jeder entsprechend einem Kurbel winkel von 720 Grad, und das Kurbelwellenpositionssignal S 2 besteht aus einer Serie von Impulsen, jeder entsprechend einem Kurbelwinkel von 1 Grad. Die beiden Signale S 1 und S 2 werden dazu benutzt, ein Unterbrechungssignal zu erzeugen, das zeitweilig die Ausführung der Steuerprogrammfolge un terbricht und die Ausführung einer Unterbrechungsroutine beginnt. Die Signale S 1 und S 2 werden auch einem Frequenz zähler zugeführt, der ein Signal erzeugt, das der Maschi nendrehzahl N entspricht. Die Analogsignale S 3 und S 4 wer den dem Analog/Digital-Wandler zugeführt, der sie in ent sprechende Digitalsignale umwandelt, die die gemessene Luftströmungsrate Q und die gemessene Maschinenkühlmittel temperatur Tw angeben.

Der Digitalrechner 42 berechnet einen Grundwert für den Zündzeitpunkt der Maschine auf der Grundlage von Betriebs parametern der Maschine, wie Maschinenbelastung, Drehzahl und Maschinentemperatur. Der Digitalrechner setzt den In tegrator 38 in Betrieb, der das die Vibration anzeigende Signal (das Ausgangssignal des Gleichrichters 36) inte griert, am Beginn eines ersten vorbestimmten Kurbelwinkel bereichs, der auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens bezo gen ist, unterbricht den Integriervorgang am Integrator kreis 38 am Ende des ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbe reiches und erzeugt ein erstes Signal, das dem Ergebnis der Integration dieses vibrationsanzeigenden Signals im er sten vorbestimmten Winkelbereich entspricht. Es sei daher betont, daß das erste Signal dem Pegel der durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen entspricht. Der Digitalrechner setzt den Integratorkreis 38, der das die Vibration anzei gende Signal integriert, zu Beginn eines zweiten vorbestimm ten Kurbelwinkelbereiches in Betrieb und unterbricht den Integrationsvorgang am Ende des zweiten vorbestimmten Win kelbereichs wieder und erzeugt ein Signal, das dem Ergebnis der Integration des der Vibration entsprechenden Signals im zweiten vorbestimmten Winkelbereich entspricht. Das zweite Signal entspricht daher dem Pegel der Ventilgeräusche. Der Digitalrechner erzeugt auch ein drittes Signal, das einem Begrenzungspegel entspricht.

Der Digitalrechner entscheidet auf Auftreten von Maschinen klopfen, wenn das erste Signal das zweite und/oder das dritte Signal übertrifft. Der Digitalrechner modifiziert den Grundwert des Zündzeitpunktes als Folge der Maschinen klopfentscheidung und erzeugt ein Zündzeitpunktnachstell signal entsprechend dem modifizierten Grundwert für die Zündvorrichtung 44, die den Zündzeitpunkt der Maschine ent sprechend einstellt.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das die Programmierung des Digitalrechners 42 darstellt, wie sie verwendet wird, um den Maschinenklopfpegel zu regeln, indem der Zündzeitpunkt modifiziert wird, der separat auf bekannte Weise auf der Grundlage von Daten berechnet wird, zu denen die gemessene Maschinendrehzahl N, die Luftströmungsrate Q und die Ma schinenkühlmitteltemperatur Tw gehören.

Der Eintritt in das Rechnerprogramm erfolgt am Punkt 702 jedesmal, wenn ein Kurbelwellenpositionsimpuls S 2 auftritt. Am Punkt 704 im Programm liest die Zentralprozessoreinheit des Digitalrechners den Zählerstand des Zählers, der die Positionsimpulse S 2 zählt und löscht den Zähler beim Auf treten eines Bezugspositionsimpulses S 1. Anschließend fin det beim Punkt 706 im Programm eine Bestimmung statt, ob oder ob nicht der Kurbelwinkel 40° vor OT beträgt.

Ist die Antwort auf diese Frage ein "Ja", dann fährt das Programm am Punkt 708 fort, wo der Integratorkreis 38 aus einem Rücksetzzustand freigegeben wird. Als Folge davon beginnt der Integratorkreis die Integration des Ausgangs signals des Gleichrichterkreises 36 bei 40 Grad Kurbelwin kel vor OT. Ist die Antwort auf die Frage ein "Nein", dann wird beim Punkt 710 eine weitere Bestimmung durchgeführt. Diese Bestimmung beinhaltet, ob oder ob nicht der Kurbel winkel 0° ist, d. h. sich der Kolben in OT-Stellung befin det.

Wenn die Antwort auf diese Frage ein "Ja" ist, dann geht das Programm zum Punkt 712 über, wo die Zentralprozessor einheit des Digitalrechners den Analog/Digital-Wandler 40 veranlaßt, das Ausgangssignal des Integratorkreises 38 in Digitalform umzusetzen. Der Rechner liest das umgewandelte Signal in den Rechnerspeicher ein. Dieser gelesene Wert ist jener, der aus der Integration des Ausgangssignals des Gleichrichterkreises 36 im Kurbelwinkelbereich zwischen 40 Grad vor OT und OT resultiert. Mit anderen Worten, der abgelesene Wert gibt den Pegel der gemessenen Vibrationen an, die erzeugt werden, wenn das Einlaßventil auf dem zu gehörigen Ventilsitz aufsitzt. Im nachfolgenden Punkt 714 im Programm wird der Integratorkreis 38 rückgesetzt, und am Punkt 716 wird der Integratorkreis 38 dann aus dem Rück setzzustand wieder freigegeben. Folglich wird der Integra torkreis rückgesetzt und er beginnt die Integration des Ausgangssignals des Gleichrichterkreises 36 wieder, wenn der Kurbelwinkel die OT-Stellung erreicht.

Wenn der beim Punkt 710 eingegebene Kurbelwinkel nicht 0° ist, dann wird beim Punkt 718 eine weitere Bestimmung durch geführt. Bei dieser Bestimmung wird untersucht, ob der Kur belwinkel 50 Grad nach OT beträgt oder nicht. Wenn die Ant wort auf diese Frage ein "Ja" ist, dann geht das Programm zum Punkt 720 über, wo die Zentralprozessoreinheit des Di gitalrechners den Analog/Digital-Wandler 40 veranlaßt, das Ausgangssignal des Integratorkreises 38 in Digitalform um zusetzen. Die Zentralprozessoreinheit liest das umgewandel te Signal in den Rechnerspeicher ein. Dieser Wert gibt je nen an, der aus der Integration des Ausgangssignals des Gleichrichterkreises 36 im Kurbelwinkelbereich zwischen OT und 50 Grad nach OT resultiert. Mit anderen Worten, der gelesene Wert gibt den Pegel der gemessenen Vibrationen an, die vom Maschinenklopfen herrühren. Am Punkt 722 im Pro gramm wird der Integratorkreis 38 rückgestellt. Anschlie ßend entscheidet am Punkt 724 die Zentralprozessoreinheit des Digitalrechners das Auftreten von Maschinenklopfen in der gleichen Weise, wie unter Bezugnahme auf den Punkt 518 von Fig. 5 erläutert worden ist. Am nachfolgenden Punkt 726 verändert die Zentralprozessoreinheit des Digitalrechners den Grundwert für den Zündzeitpunkt der Maschine in der gleichen Weise, wie unter Bezugnahme auf Punkt 518 von Fig. 5 bereits erläutert worden ist.

Diese Ausführungsform weist gegenüber der erstbeschriebenen den Vorteil auf, daß der Analog/Digital-Wandler 40 kein Hochgeschwindigkeits-Wandler zu sein braucht, weil er nur dann angesprochen wird, wenn der Kurbelwinkel die OT-Stel lung (Punkt 712) erreicht und wenn der Kurbelwinkel 50 Grad nach OT (Punkt 720) erreicht.

Der Zähler, der die Kurbelwinkelpositionsimpulse S 2 zählt, kann in Kombination mit einem Entscheidungskreis verwendet werden, der ein Unterbrechungssignal erzeugt, wenn der Zäh lerstand des Zählers 40 Grad Kurbelwinkel vor OT oder den Kurbelwinkel 0 Grad oder den Wert 50 Grad nach OT erreicht. Diese Zähler/Entscheidungskreis-Kombination kann die Zeit verringern, die benötigt wird, um dieses Programm durchzu führen und kann die gesparte Zeit für andere Steuerungen bereitstellen.

Fig. 8 zeigt die Klopfpegelregelvorrichtung in Blockdia grammform. Die Blöcke von Fig. 8 stellen die Funktionsteile des programmierten Digitalrechners 100 dar. Ist dem Fach mann die vorangehende Beschreibung an die Hand gegeben, kann er geeignete digital und/oder analog arbeitende Einrichtun gen für diese Funktionsabschnitte aussuchen, wenn er die Flußdiagramme nach den Fig. 5 und 7 als Grundlage für eine Schaltungsanordnung verwendet.

Claims

1. Verfahren zum Beeinflussen des Klopfpegels einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, die Ventilgeräusche und durch Klop fen hervorgerufene Vibrationen erzeugt, durch

a) Berechnen eines Grundwertes für den Zündzeitpunkt der Maschine auf der Grundlage von Betriebsparame tern der Maschine;
b) Erzeugen eines vibrationsanzeigenden Signals in Ab hängigkeit von durch Klopfen erzeugten Vibrationen und von Ventilgeräuschen;
c) Erzeugen eines ersten und eines zweiten Signals aus dem vibrationsanzeigenden Signal, wobei das erste Signal einen Wert aufweist, der dem Pegel der durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen entspricht, und das zweite Signal einen Wert aufweist, der dem Pegel der Ventilgeräusche entspricht;
d) Entscheiden auf Auftreten von Maschinenklopfen, wenn der Pegel des ersten Signals den des zweiten Signals übersteigt, und
e) Verändern des Grundwertes des Zündzeitpunktes auf der Grundlage der Entscheidung über das Auftreten von Maschinenklopfen,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) ein drittes Signal mit einem Grenzpegel vorgegeben wird, der heftigen, die Gefahr einer Beschädigung der Maschine hervorrufenden Vibrationen entspricht,
g) der Pegel des ersten Signals mit dem des dritten Signals verglichen wird, und
h) unabhängig vom Ergebnis des Vergleichs zwischen erstem und zweitem Signal auf Auftreten von Maschinenklopfen entschieden wird, wenn der Pegel des ersten Signals den des dritten Signals überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste und das zweite Signal erzeugt werden durch:
Messen des Pegels des vibrationsanzeigenden Signals in einem ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in bezug auf die OT-Stellung des Kolbens;
Erzeugen des ersten Signals mit einem Wert entsprechend dem vibrationsanzeigenden Signalpegel, der im ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich gemessen wird;
Messen des Pegels des vibrationsanzeigenden Signals in einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in bezug auf die OT-Stellung des Kolbens, und
Erzeugen des zweiten Signals mit einem Wert entsprechend dem vibrationsanzeigenden Signalpegel, der in dem zwei ten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich gemessen wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Messung des Pegels des vibra tionsanzeigenden Signals in den ersten und zweiten vor bestimmten Kurbelwinkelbereichen jeweils umfaßt:
Einlesen der Werte des vibrationsanzeigenden Signals in konstanten Zeitintervallen in dem betreffenden Kurbel winkelbereich und Addieren der abgelesenen Werte, um eine Summe entsprechend dem Pegel des vibrationsanzei genden Signals im betreffenden Kurbelwinkelbereich zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten und zweiten Signale erzeugt werden durch
Integrieren des vibrationsanzeigenden Signals im jewei ligen vorbestimmten Kurbelwinkelbereich.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, da durch gekennzeichnet, daß der erste vor bestimmte Winkelbereich vom Kurbelwinkel 0 Grad bzw. OT bis 50 Grad nach OT reicht und der zweite vorbestimmte Kurbelwinkelbereich von 40 Grad vor OT bis OT reicht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das dritte Signal einen vorbe stimmten konstanten Wert hat.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das dritte Signal einen variablen Wert aufweist, der von der Maschinendrehzahl abhängt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend:

a) eine Einrichtung (10; 30) zum Erzeugen eines ersten Signals mit einem Wert, der dem Pegel der durch Klopfen hervorgerufenen Vibrationen entspricht;
b) eine Einrichtung (10; 30) zum Erzeugen eines zweiten Signals, das einen Wert hat, der dem Pegel der Ventilgeräusche entspricht;
c) einen Steuerkreis (20; 42) zum Entscheiden auf Auf treten von Maschinenklopfen, wenn der Pegel des er sten Signals den des zweiten Signals übersteigt, wo bei der Steuerkreis (20; 42) eine Einrichtung zum Errechnen eines Grundwertes für den Zündzeitpunkt auf der Grundlage von Betriebsparametern der Maschi ne aufweist und der Steuerkreis weiterhin eine Ein richtung zum Verändern dieses Grundwertes auf der Grundlage der Entscheidung über das Auftreten von Maschinenklopfen aufweist, und daß der Steuerkreis (20; 42) weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen ei nes Zündzeitpunkt-Einstellsignals entsprechend dem veränderten Wert des Zündzeitpunkts aufweist, und
d) eine Einrichtung (22; 44), die auf das Zündzeit punkt-Einstellsignal anspricht, um den Zündzeit punkt der Maschine einzustellen,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) eine Einrichtung (20; 42) zum Erzeugen eines drit ten Signals, das einen Wert entsprechend einem Be grenzungspegel hat, der heftigen, die Gefahr einer Beschädigung der Maschine hervorrufenden Vibrationen entspricht, vorgesehen ist, und
f) ein Steuerkreis (20; 42) vorgesehen ist, dem auch das dritte Signal zugeführt ist und der den Pegel des dritten Signals mit dem des ersten Signals vergleicht und auf Auftreten von Klopfen auch dann ent scheidet, wenn der Pegel des ersten Signals den des dritten übersteigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekenn zeichnet durch:
einen Sensor (10; 30), der an der Maschine angebracht ist und sowohl auf die durch Klopfen hervorgerufenen Vi brationen als auch auf Ventilgeräusche anspricht, um ein vibrationsanzeigendes Signal zu erzeugen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerkreis (20; 42) zum Er zeugen des ersten und des zweiten Signals enthält:
eine Einrichtung (30) zum Messen des Pegels des vibra tionsanzeigenden Signals in einem ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in bezug auf die OT-Stellung des Kolbens;
eine Einrichtung (32-38) zum Erzeugen des ersten Signals mit einem Wert, der dem in dem ersten Kurbelwinkelbe reich gemessenen Signalpegel des vibrationsanzeigenden Signals entspricht;
eine Einrichtung (30) zum Messen des Pegels des vibra tionsanzeigenden Signals in einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in bezug auf die OT-Stellung des Kolbens, und
eine Einrichtung (32-38) zum Erzeugen des zweiten Si gnals mit einem Wert, der dem im zweiten vorbestimmten Kurbelwinkelbereich gemessenen Signalpegel des vibra tionsanzeigenden Signals entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Messen des Pegels des vibrationsanzeigenden Signals je weils eine Einrichtung (30) zum Ablesen der Werte des vibrationsanzeigenden Signals in konstanten Zeitinter vallen innerhalb des jeweiligen vorbestimmten Kurbel winkelbereichs und Einrichtungen (38) zum Addieren der Ablesewerte aufweisen, um ein Summensignal entsprechend dem Pegel des vibrationsanzeigenden Signals in dem be treffenden Kurbelwinkelbereich zu erhalten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Steuerkreis zum Er zeugen des ersten und des zweiten Signals enthält:
einen Integrator (38) zum Integrieren des vibrationsan zeigenden Signals;
eine Steuereinrichtung (42) zum Starten des Integrators (38) am Beginn des ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbe reichs, um das vibrationsanzeigende Signal zu integrie ren, und zum Unterbrechen des Integrationsvorgangs am Ende des genannten ersten vorbestimmten Kurbelwinkelbe reiches, wobei die Steuereinrichtung (42) den Integra tor (38) zur Integration des vibrationsanzeigenden Si gnals am Beginn des zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel bereichs in Betrieb setzt und ihn am Ende des zweiten vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs wieder stillsetzt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorbestimm te Kurbelwinkelbereich von 0 Grad bzw. der OT-Stellung des Kolbens bis 50 Grad nach OT reicht und der zweite vorbestimmte Kurbelwinkelbereich von 40 Grad vor OT bis OT reicht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das dritte Signal einen vorbestimmten konstanten Wert hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das dritte Signal einen von der Maschinendrehzahl abhängigen, variablen Wert hat.