DE3523230C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer fremdgezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 31 48 124 bekannt.

Diese Druckschrift beschreibt eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine, enthaltend eine Einrichtung zum Einstellen eines Zündbasiszeitpunktes, eine Einrichtung, die auf das Auftreten von Maschinenklopfen anspricht und ein erstes Signal erzeugt, eine Einrichtung, die auf eine plötzliche Beschleunigung der Maschine anspricht, um ein zweites Signal zu erzeugen, und eine Einrichtung zur Bestimmung des herrschenden Zündzeitpunktes der Maschine, um diesen hinsichtlich eines optimalen Klopfbetriebes der Maschine einzustellen. Diese Vorrichtung spricht auch auf das zweite Signal an, um den Zündbasiszeitpunkt in Übereinstimmung mit dem zweiten Signal sehr schnell so weit zu verzögern, daß die Klopfneigung bei der erwähnten starken Beschleunigung der Maschine vermieden wird, andererseits aber der Zündbasiszeitpunkt wieder eingestellt wird, wenn die Beschleunigung aufgehört hat.

Die DE-OS 31 48 075 beschreibt eine ähnliche Vorrichtung, enthaltend eine Steuereinrichtung zum Regeln des Zündvoreilwinkels auf der Grundlage eines ersten Sensorsignals, das von der Maschinendrehzahl abhängt, und eines zweiten Sensorsignals, das einen Wert hat, der der Klopfamplitude entspricht. Die Steuereinrichtung ist weiterhin empfindlich auf ein drittes Sensorsignal, das beim Hinaufschalten eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Schaltgetriebes abgegeben wird, um den Zündvoreilwinkel zu verzögern.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß bei der Vorrichtung nach der erstgenannten Druckschrift die Verzögerung des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Maschinenbeschleunigung ausgeführt wird. Bei der Vorrichtung nach der zweitgenannten Druckschrift wird die Verzögerung des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit der Ermittlung eines Schaltvorgangs im Getriebe beeinflußt.

Aus der DE-OS 31 16 593 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines optimalen Zündzeitpunktes bekannt, wobei nach einem signifikant häufigen Auftreten einer charakteristischen Betriebsgröße in Zusammenhang mit einem Klopfsignal ein entsprechend korrigierter Zündzeitpunkt in einem Korrekturkennfeld abgespeichert wird, der etwas unterhalb der Klopfgrenze liegt. Bei erneutem Auftreten derselben charakteristischen Betriebsgröße wird daher ein optimaler Zündzeitpunkt angegeben, der knapp unterhalb der Klopfgrenze liegt. Dadurch wird ein verbrauchsoptimierter Betrieb der Maschine ohne allzu häufiges Hineinfahren in den Klopfbetrieb erreicht.

Aus der DE-OS 31 28 475 ist ein Klopfsensor bekannt, der Ausgangssignale liefert, die in einem Komparator mit einem Bezugssignal verglichen werden. Klopfsignale, die das Bezugssignal in zyklisch wiederkehrenden Testintervallen, beispielsweise jeweils nach 1000 Zündungen, überschreiten, erzeugen ein Testsignal am Eingang eines Mikrocomputers, das dem Komparator zugeführt wird, um den Bezugssignalpegel herabzusetzen, so daß Geräuschsignale ein simuliertes oder Pseudoklopfsignal erzeugen. Das gleichzeitige Auftreten der Pseudoklopfsignale und der Testsignale zeigt den fehlerfreien Betrieb des Systems an. Wenn das Pseudoklopfsignal bei dem herabgesetzten Bezugssignal nicht auftritt, wird ein Steuerausgangssignal an dem Mikroprozessor erzeugt, um den Zündzeitpunkt des Zündsystems zu verzögern

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit der der Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine genau und in Abhängigkeit vom Klopfgrad unter Auschluß störender Umgebungsgeräusche verstellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist ein hervorstechendes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Klopfintensität bei auftretendem Maschinenklopfen durch das Verhältnis oder die Differenz von Druckschwingungsenergien bestimmt wird, die beim und vor dem Klopfen im Zylinder herrschen, so daß die durch die üblichen Schwingungsvorgänge innerhalb einer Maschine hervorgerufene Schwingungsenergie und die durch Klopfen hervorgerufene Schwingungsenergie voneinander unterschieden werden können. Die Aufnahme mittels eines Drucksensors vermeidet Fehler, die durch Ventilgeräusche und andere Maschinengeräusche hervorgerufen werden könnten. Eine solche Anordnung, bei der mit ein und demselben Klopfsensor ermittelte Druckschwingungssignale, die zu verschiedenen Zeiten des Betriebszyklus der Brennkraftmaschine gewonnen werden, nach Aufbereitung miteinander verknüpft werden, um hieraus einen der Klopfenergie entsprechenden Wert zur Beeinflussung des Zündzeitpunktes zu erzeugen, ist im Stand der Technik ohne Vorbild.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an vorteilhaften Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemazeichnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 (A) und 2 (B) vereinfachte Blockschaltbilder der in der Einrichtung nach Fig. 1 gezeigten Steuereinheit;

Fig. 3 ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm der Steuereinheit nach Fig. 1;

Fig. 4 (A) und 4 (B) einen Schnitt und eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderdrucksensors;

Fig. 5 den Schaltkreisaufbau eines Ausführungsbeispiels für einen Ladungsverstärker;

Fig. 6 ein Blockschaltbild von Schwingungsenergiedetekorkreisen;

Fig. 7 den Schaltkreisaufbau eines Integrators in Fig. 6;

Fig. 8 das akustische Pegelspektrum während des Klopfens und während der Normalverbrennung;

Fig. 9 (A), 9 (B), 10 (A) und 10 (B) Kurvenformen zur Erläuterung, wie das Klopfen ermittelt wird;

Fig. 11 ein Zeitdiagramm für die Schwingungsenergiedetekorkreise nach Fig. 6;

Fig. 12 (A) bis 12 (C) ein Flußdiagramm, das in einem Hauptsteuerkreis zur Ermittlung des Klopfens und zur Korrektur des Zündzeitpunktes abläuft;

Fig. 13 die typische akkumulierte Prozentverteilung des K/B-Wertes aus Fig. 12 (A) für die unterschiedlichsten Klopfgrade;

Fig. 14 eine graphische Darstellung eines Beispiels des Zusammenhangs zwischen dem Geräuschpegel und der Maschinendrehzahl für jedes Klopfmuster;

Fig. 15 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem K/B-Wert nach Fig. 12 (A) und der Korrektur des Zündzeitpunktes;

Fig. 16 ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Zündzeitpunktregelvorgangs, der in einem Hauptsteuerkreis ausgeführt wird;

Fig. 17 ein dreidimensionales Diagramm der Zusammenhänge zwischen der Maschinendrehzahl, der pro Umdrehung zugeführten Ansaugluftmenge und dem Voreilwinkel zur Verwendung bei der Berechnung eines Ausgangszündzeitpunktes nach Fig. 16;

Fig. 18 eine graphische Darstellung zur Verwendung in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform für die Bestimmung der Korrektur des Zündzeitpunktes,

Fig. 19 (A) und 19 (B) ein anderes Funktionsblockdiagramm der Steuereinheit in Fig. 1;

Fig. 20 (A) bis 20 (C) ein Flußdiagramm zum Ermitteln des Klopfens und zum Ableiten einer Zündzeitpunktkorrektur;

Fig. 21 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem K/B-Wert und der Zündzeitpunktkorrektur zur Verwendung in dem Flußdiagramm nach Fig. 20;

Fig. 22 ein Flußdiagramm über das Ableiten des Zündzeitpunktes;

Fig. 23 (A) und 23 (B) ein Flußdiagramm zum Ermitteln des Klopfens und zum Ableiten der Zündzeitpunktkorrektur in einer vierten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 24 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem K/B-Wert und der Zündzeitpunktkorrektur zur Verwendung in dem Flußdiagramm nach den Fig. 23 (A) und 23 (B) und

Fig. 25 (A) und 25 (B) ein Flußdiagramm zum Ermitteln des Klopfens und zum Ableiten der Zündzeitpunktkorrektur in einer fünften bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt allgemein ein Maschinensteuersystem, bei dem die Einrichtung zur Regelung des Zündzeitpunktes nach der Erfindung anwendbar ist.

Bei einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, bei der die vorliegende Erfindung anwendbar ist, wird eine gegebene Ansaugluftmenge über ein Luftfilter 1, einen Luftströmungsmesser 2 und eine Drosselklappe 3 in eine Ansaugzweigleitung 4 eingesaugt. Eine gegebene Kraftstoffmenge wird mit Hilfe eines Kraftstoffeinspritzers 5 zugeführt und mit der Luft durchmischt und in die Brennkammer 6 der Maschine eingesaugt. Das Luftkraftstoffgemisch wird dann mit Hilfe einer Zündkerze 7 gezündet und verbrannt. Das durch die Verbrennung des Gemischs entstehende Abgas wird an eine Abgasleitung abgegeben, durchläuft einen katalytischen Konverter 8 und einen Schalldämpfer 9.

Eine Steuereinheit zur Ausführung der allgemeinen Maschinenbetriebssteuerung empfängt verschiedene Signale, nämlich ein Ansaugluftströmungsmengensignal von dem Luftströmungsmesser 2, ein Drosselklappenstellungssignal von einem Drosselklappenschalter 12, der den voll geöffneten Zustand der Drosselklappe 3 ermittelt, ein Maschinendrehzahlsignal von einem Kurbelwinkelsensor 13, ein Neutralstellungssignal von einem Neutralstellungsschalter 15, der die neutrale Stellung eines Getriebes 14 ermittelt, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Geschwindigkeitssensor 16.

Außerdem empfängt die Steuereinheit 11 ein Kraftstofftemperatursignal von einem Kraftstofftemperatursensor 17, ein Sauerstoffkonzentrationssignal von einem Sauerstoffsensor 18, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas überwacht, ein Kühlwassertemperatursignal von einem Kühlwassertemperatursensor 19 und ein Zylinderdrucksignal von einem Zylinderdrucksensor 21, der den Verbrennungsdruck überwacht. Die Steuereinheit 11 regelt die Menge des der Maschine über die verschiedenen Kraftstoffeinspritzer 5 zugeführten Kraftstoffs und den Zeitpunkt der Zündung durch die zugehörige Zündkerze 7 des in jeden Zylinder eingesaugten Luftkraftstoffgemischs. Mit dem Ausdruck Zündzeitpunkt ist hier wie üblich der Zeitpunkt gemeint, zu welchem die Steuereinheit 11 ein Signal zur Unterbrechung des Primärstroms einer Zündspule abgibt, bezogen auf die Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.

Außerdem regelt die Steuereinheit 11 die Leerlaufdrehzahl der Maschine durch Regelung der durch einen Bypaß über ein Hilfsluftregelventil 23 strömenden Luftmenge und regelt die Rate der Abgasrezirkulierung durch Beeinflussen des Strömungsquerschnitts eines Abgasrückführventils 25 über ein im Ein/Aus-Schaltbetrieb geregeltes Ventil 24.

Es sei weiter erwähnt, daß in Fig. 1 mit 26 eine Kraftstoffpumpe, mit 27 ein Kraftstoffsteuerungstank, mit 28 ein BC-Ventil und mit 29 ein Rückschlagventil bezeichnet wird.

Die Fig. 2 (A) und (B) und Fig. 3 zeigen ein Blockschaltbild und ein Funktionsblockschaltbild der Steuereinheit 11 einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Der Kurbelwinkelsensor 13 gibt im Falle einer Sechs-Zylinder-Maschine ein Bezugssignal S₂ immer dann ab, wenn die Kurbelwelle sich um 120°C gedreht hat

Im Falle einer Vier-Zylindermaschine wird alle 180° ein Bezugssignal abgegeben. Der Kurbelwinkelsensor 13 gibt immer dann ein Positionssignal S₃ ab, wenn sich die Kurbelwelle um 2°, oder alternativ um 1° gedreht hat.

Ein Zylinderdrucksensor 21 überwacht den Brennkammerdruck, wie er sich in den Schwingungen des Motorblocks ausdrückt, und gibt ein Zylinderdrucksignal S₂₁ an einen elektrischen Ladungsverstärker 31 ab.

Der Zylinderdrucksensor 21 kann aus einem piezoelektrischen Element bestehen, wie in den Fig. 4 (A) und 4 (B) gezeigt. Der Sensor 21 umgibt die Zündkerze 7 nach Fig. 1 als eine Unterlegscheibe, und die Zündkerze 7 ist fest in den Zylinderkopf 6 A eingeschraubt. Der Sensor 21 gibt ein elektrisches Ladungssignal S₁ entsprechend dem Druck in dem Maschinenzylinder (Zylinderdruck) ab, dem die Zündkerze 7 zugeordnet ist, an der der Sensor 21 angebracht ist.

Der Ladungsverstärker 31 in der Steuereinheit 11 ist im Detail in Fig. 5 dargestellt. Wie Fig. 5 zeigt, wird das Ladungssignal S₁ vom Zylinderdrucksensor 21 einem Ladungs/Spannungs-Wandlerkreis zugeführt, der aus Widerständen R₁ und R₂, zwei antiparallel geschalteten Dioden D₁ und D₂ und einem ersten Operationsverstärker OP₁ besteht. Der Widerstand R₁ und die zwei Dioden D₁ und D₂, die zwischen den invertierenden und den nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP₁ geschaltet sind, dienen als Schutzkreis, die den Operationsverstärker OP₁ gegen Eingangspegel schützen, die die zulässige Größe des Operationsverstärkers OP₁ übersteigen. Der Ladungs/ Spannungs-Wandlerkreis wandelt das Ladungssignal S₁ in eine entsprechende Spannung um. Ihm ist ein invertierender Verstärker nachgeschaltet, bestehend aus Widerständen R₃ bis R₈, eine Diode D₃ und einem zweiten Operationsverstärker OP₂. Ein Nominaldetektorsignal S₄, das am Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers OP₂ ansteht, wird über die Diode D₃ an ein Bandpaßfilter 32 abgegeben.

Das Bandpaßfilter 32 überträgt nur jene Komponenten des Signals S₄, die Frequenzen aufweisen, die in ein vorbestimmtes Frequenzband (von etwa 6 bis 17 KHz) fallen, das sich auf die Resonanzfrequenz des Klopfens bezieht. Das extrahierte Signal wird dann von dem Bandpaßfilter an erste und zweite Schwingungsenergiedetektorkreise 33 und 34 als reguläres Detektorsignal S₅ abgegeben.

Der erste Schwingungsenergiedetektorkreis 33 erzeugt periodisch einen Wert S₆, der sich auf die Verbrennungsdruckschwingungsenergie bezieht, über eine Zeitperiode, während der Klopfen nicht auftreten kann. Diese Zeitperiode kann durch das Bezugssignal S₂ und das Positionssignal S₃, die vom Kurbelwinkelsensor 13 bezogen werden, bestimmt werden. Der erste Schwingungsenergiedetektorkreis 32 kann das Detektorsignal S₄ beispielsweise integrieren, um einen integrierten Wert zu erzeugen, der die Schwingungsenergie angibt.

Der zweite Schwingungsenergiedetektorkreis 34 ist wie der erste aufgebaut, erzeugt jedoch einen Wert S₇ der Verbrennungsdruckschwingungsenergie über eine Zeitperiode, während der Klopfen auftreten kann.

Der erste Schwingungsenergiedetektorkreis 33, wie in Fig. 6 gezeigt, enthält: a) einen Absolutwert- Integratorkreis 33 A, der eine Vollwellengleichrichtung und Integration des regulären Detektorsignals S₅ vom Bandpaßfilter 32 ausführt; b) erste und zweite voreinstellbare Zähler 33 B und 33 C, die auf Werte voreingestellt sind, die einem vorbestimmten Kurbelwinkel entsprechen, und die die Zählung der Positionssignalimpulse S₃ vom Kurbelwinkelsensor 13 in Abhängigkeit von dem Bezugssignal S₂ beginnen, und c) eine Flip-Flop-Kreis (F/F) 33 D, der die Betriebsweise des Absolutwert-Integratorkreises 33 A in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der voreinstellbaren Zähler 33 B und 33 C steuert.

Der zweite Schwingungsenergiedetektorkreis 34 weist die gleichen Elemente und den gleichen Aufbau wie der erste Schwingungsenergiedetektorkreis 33 auf, d. h. einen Absolutwertintegratorkreis 34 A, voreinstellbare Zähler 34 B, 34 C, und einen Flip-Flop-Kreis (F/F) 34 D, die sämtlich identisch mit ihren entsprechenden Gegenstücken sind.

Es sei angenommen, daß die vorliegende Erfindung bei einer Sechs-Zylindermaschine angewendet sei und daß das Bezugssignal S₂ 70° vor dem oberen Totpunkt (OT) eines jeden Verdichtungstaktes der Zylinder erzeugt wird, und daß die Schwingungsenergiewerte in dem Bereich zwischen 40° vor OT im Verdichtungstakt und 60° nach OT, jeweils auf die Kolbenstellung bezogen, erzeugt werden und daß dann die entsprechenden voreinstellbaren Zähler mit den folgenden Werten voreingestellt sind:

• (1) voreinstellbarer Zähler 33 B:
  ein Kurbelwinkel von 30° (der Kurbelwinkel bedeutet einen Winkel, um den sich die Maschinenkurbelwelle gedreht hat)
• (2) voreinstellbarer Zähler 33 C:
  ein Kurbelwinkel von 70°
• (3) voreinstellbarer Zähler 33 B:
  ein Kurbelwinkel von 70°
• (4) voreinstellbarer Zähler 34 C:
  ein Kurbelwinkel von 110°

Es sei hervorgehoben, daß das Ausgangssignal des voreinstellbaren Zählers 34 C (das Signal, das abgegeben wird, wenn der Kurbelwinkel von 110° erreicht ist) an einer Hauptsteuereinheit 35, die später noch beschrieben wird, als ein externes Unterbrechungsanforderungssignal S _INT gesandt wird.

Fig. 7 zeigt ein spezielles Beispiel für einen Absolut-Integratorkreis 33 A in dem ersten Schwingungsenergiedetektorkreis 33. Das Ausgangssignal S₈ von dem Flip-Flop-Kreis 33 D in Fig. 6 gelangt zu einem Analogschalter AS, der geschlossen wird, wenn das Ausgangssignal S₈ niedrigen Pegel "L" hat. Wenn der Analogschalter AS geschlossen ist, dann gelangt das Detektorsignal S₅ vom Bandpaßfilter 32 zum nichtintervierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers OP₃, durch den das Detektorsignal S₅ verstärkt wird. Der nichtinvertierende Verstärker enthält Widerstände R₁₀ bis R₁₄, den Operationsverstärker OP₃ und einen Kondensator C₂.

Danach gelangt das verstärkte Detektorsignal zu einem Einweggleichrichter. Der Einweggleichrichter besteht aus einem Kondensator, Widerständen R₁₅ bis R₁₈, einem Operationsverstärker OP₄ und Dioden D₄ und D₅. Das gleichgerichtete Ausgangssignal und das verstärkte Detektorsignal werden danach zusammengesetzt (d. h. konsequenterweise zweiweg-gleichgerichtet) und mit Hilfe eines Integrators integriert, der aus einem Operationsverstärker OP₅, Widerständen R₁₉ bis R₂₂, einem Kondensator C₄ und einer Zenerdiode ZD besteht.

Der integrierte Wert wird daher als ein Integrationssignal S₆ vom Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OP₅ abgegeben. Außerdem wird der Integrationswert verriegelt, sobald der Analogschalter AS öffnet. Es sei betont, daß ein Rücksetzkreis, bestehend aus einem Widerstand R₂₃ und einem Transistor Q₁, in Betrieb gesetzt wird, d. h. der Transistor Q₁ wird leitfähig gemacht, um die Anschlüsse des Kondensators C₄ kurzzuschließen, so daß die elektrische Ladung auf dem Kondensator C₄ entladen wird, d. h. der Integrator rückgesetzt wird, wenn das Bezugssignal S₂ an die Basis des Transistors Q₁ angelegt wird. Es sei auch bemerkt, daß, da der Absolutwert-Integratorkreis 34 A und der zweite Schwingungsenergiedetektorkreis 34 den gleichen Aufbau und die gleiche Betriebsweise aufweisen, die Beschreibung des Kreises 34 A hier entfallen kann.

Der Hauptsteuerkreis 35 besteht aus einem Mikrocomputer, der, wie in Fig. 2 (B) gezeigt, ein I/O-Tor einschließlich Analog/Digital- und Digital/Analog- Wandler, ein ROM 37, ein RAM 38 und eine CPU 36 aufweist.

Der Hauptsteuerkreis 35 empfängt die verschiedensten Detektorsignale, nämlich das Bezugs- und das Positionssignal S₂ bzw. S₃ vom Kurbelwinkelsensor 13, die Integrationssignals S₆ und S₇ von den ersten und zweiten Schwingungsenergiedetektorkreisen 33 und 34, das externe Unterbrechungsanforderungssignal S _INT von dem zweiten Schwingungsenergiedetektorkreis 34 und verschiedene andere Detektorsignale, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden sind.

Bei dieser Ausführungsform ermittelt der Hauptsteuerkreis 35 das Auftreten von Klopfen, ermittelt dessen Intensität, wenn Klopfen auftritt, zählt die Anzahl von Klopfauftritten, leitet einen Korrekturwert für den Zündzeitpunkt ab und löst die Zündung aus, indem der Leitzustand eines Leistungstransistors 41, der mit einer Zündspule 22 eines Zündkreises 40 verbunden ist, beeinflußt wird.

Die Zündzeitpunktregelung (Ein/Aus-Steuerung des Leistungstransistors 41) wird durch Einstellung der Winkelpositionswerte entsprechend dem bestimmten Zündzeitpunkt (Voreilwinkelwert, Einschaltzeitdauerwinkel) in einem Voreilwinkelregister (ADV) im I/O-Tor 39 (nicht dargestellt) und einem Zündzeitpunktdauerregister (DWELL) (nicht dargestellt) ausgeführt, weiterhin durch Vergleichen der Werte dieser Register mit dem Wert eines Zählers (nicht dargestellt), der die Impulse des Positionssignals S₃ zählt, und durch Abgeben eines Befehlssignals, um den Transistor 41 ein- und auszuschalten, wenn die zwei Werte mit dem Zählerwert in Übereinstimmung gelangen. Der Zündkreis 40 erregt die betreffende Zündkerze 7, indem eine Hochspannung über die Funkenstrecke der Zündkerze 7 gelegt wird, wenn die Hochspannung in der Sekundärwicklung der Zündspule 22 erzeugt wird, wenn der Transistor 41 ein- und ausgeschaltet wird.

Fig. 3 zeigt ein Funktionsblockdiagramm des Hauptsteuerkreises 35 nach Fig. 2 (B), das sich speziell auf die Zündzeitpunktsregelung bezieht.

Ein Verhältnisberechnungsblock 35 A berechnet ein Verhältnis (oder eine Differenz) zwischen dem Integrationssignal S₆ aus dem ersten Schwingungsenergiedetektorkreis 33 und dem Integrationssignal S₇ vom zweiten Schwingungsenergiedetektorkreis 34 und gibt das errechnete Verhältnis als ermittelten Verbrennungsdruckschwingungsenergiewert ab.

Ein Klopfdetektorblock 35 B vergleicht den ermittelten Schwingungswert aus dem Verhältnisberechnungsblock 35 A mit einem Bezugswert von einem Bezugswertgeneratorblock 35 C, um zu ermitteln, ob Klopfen aufgetreten ist. Der Bezugswertgeneratorblock 35 C enthält eine in dem ROM 37 des Hauptsteuerkreises 35 gespeicherte Tabelle.

Ein Korrekturableitblock 35 D leitet einen Korrekturwert für den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Verhältnisberechnungsblocks 35 A ab, wenn Klopfen festgestellt wird.

Ein Zündzeitpunkt-Steuerblock 35 E korrigiert den Ausgangszündzeitpunkt, der auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl ermittelt worden ist, mit Hilfe des Korrekturwertes, der von dem Korrekturableitblock 35 D erzeugt wird und beeinflußt den Zündkreis 40 entsprechend den Ergebnissen dieser Korrektur.

Es sei hervorgehoben, daß, obgleich der Hauptsteuerkreis 35 den übrigen Maschinenbetrieb beeinflußt, dieser Betrieb hier nicht diskutiert werden soll. Es sei weiterhin bemerkt, daß, obgleich der obenbeschriebene Zylinderdrucksensor 21 und der Ladungsverstärker 31 nur für einen Zylinder dargestellt und erläutert worden sind, solche Sensoren und Verstärker für die anderen Zylindern ebenfalls installiert sind, so daß der Ausgang eines jeden Ladungsverstärkers über einen Multiplexer dem Bandpaßfilter 32 zugeführt ist. In gleicher Weise kann dies auf den Zündkreis 40 angewandt werden. D. h. ein Zündkreis 40 kann für jeden Zylinder vorgesehen sein oder es kann ein konventioneller Verteiler oder ein entsprechendes Äquivalent installiert sein, um alle Zündkerzen 7 gemeinsam mit dem Leistungstransistor 41 und der Zündspule 22 zu verbinden.

Die Theorie der Klopfermittlung, die bei dieser Ausführungsform angewandt wird, soll anschließend unter Bezugnahme auf Fig. 8 und die folgenden Zeichnungen erläutert werden.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel des Leistungsspektrums der Zylinderdruckschwingungen während des Klopfens und während des Normalbetriebes. Die Zylinderdruckschwingung bei Abwesenheit von Klopfen wird durch die untere Kurve dargestellt, während die Kurve relativ großer Intensität (Pegel) durch die obere Kurve dargestellt wird und dem Klopfzustand entspricht. Fig. 8 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die von der Anmelderin mit Hilfe einer Vier-Zylindermaschine von 1800 cm³ Hubraum bei voller Belastung und einer Maschinendrehzahl von 4800 U/min ausgeführt worden sind. Die Anmelderin hat weiterhin gefunden, daß sich ähnliche Spektren bei anderen Maschinenarten ergeben.

Wie man aus Fig. 8 entnehmen kann, besteht ein erheblicher Unterschied in den Leistungspegeln in Einheiten von Decibel (dB) zwischen den beiden Kurven in dem Frequenzband zwischen 6 und 17 kHz.

Das elektrische Ladungssignal von jedem Zylinderdrucksensor wird in das entsprechende Spannungssignal umgewandelt, und die Signalkomponenten, die Frequenzen aufweisen, die in das obenbeschriebene Frequenzband fallen, werden aus dem gewandelten Spannungssignal extrahiert, um die Signalwellenformen zu erzeugen, die in den Fig. 9 (A) und 9 (B) dargestellt sind (nachfolgend als Extrationssignale bezeichnet), während des normalen Betriebs bzw. während des Klopfens.

Die Leistungs Φ eines Signals eines x(t) in einem speziellen Frequenzband läßt sich im allgemeinen ausdrücken durch die Gleichung:

Mit anderen Worten, die Leistung Φ ist der Mittelwert über die Zeit des Quadrates der Signalamplitude.

Die Integration des Absolutwertes des Extraktionssignals nach den Fig. 9 (A) und 9 (B) führt zu dem folgenden Ausdruck:

Da die rechte Seite der obigen Gleichung (2) den quadratischen Mittelwert (RMS) des Signals x(t) darstellt, kann man die linke Seite der obigen Gleichung (2) als Repräsentanten für die Leistung des Signals x(t) oder wenigstens als eine Funktion erster Ordnung der Leistung ansehen.

Es sei auch betont, daß es praktisch nicht von Bedeutung ist, daß das Signal x(t) eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten enthalten kann, obgleich das Signal x(t) in beiden Gleichungen (1) und (2) hier als nur eine einzige Frequenzkomponente enthaltend angenommen worden ist.

Das Integrationssignal ist in Fig. 10 (A) dargestellt, worin der absolute Integrationssignalwert (in Fig. 9 (A) dargestellt) integriert wird, während Klopfen nicht auftreten kann, speziell über den Winkelbereich von 40° vor OT bis OT. In gleicher Weise wird das andere Integrationssignal durch Fig. 10 (B) ausgedrückt, worin der absolute Extraktionssignalwert über eine Periode integriert wird, in welcher Klopfen auftreten kann, speziell über den Kurbelwinkelbereich, der von OT bis 40° nach OT reichen kann, und im Falle der Fig. 10 (B) ist Klopfen tatsächlich aufgetreten. Weil Klopfen nur nach der Zündung des Luft-Kraftstoffgemischs auftritt, kann man die erste Integrationsperiode als "Vorzündung" und letztere als "Nachzündung" bezeichnen. Die "Vorzündung"-Periode darf in diesem System nicht mit der sogenannten Pilotzündung verwechselt werden, die bei manchen Brennkraftmaschinen verwendet wird.

Die Integrationssignale, die durch die Fig. 10 (A) und 10 (B) dargestellt sind, entsprechen der Zylinderdruckschwingungsenergie. Mit anderen Worten, die Integrationssignale stellen die obige Gleichung (2) dar, aus der jedoch der Term (1/2T) entfernt ist.

Im Falle von Fig. 10 (A), die für die "Vorzündung" und klopffreie "Nachzündung" gilt, steigt der Integrationssignalwert linear an, solange kein Klopfen auftritt. Dies spiegelt die Erzeugung eines konstanten Energiepegels unabhängig vom Kurbelwinkel wieder.

Der folgende Zusammenhang wird bei Abwesenheit von Klopfen befriedigt:

wobei der obere Totpunkt bei T=0° liegt.

Andererseits kann man aus Fig. 10 (B) erkennen, daß eine Steigerung der Energie aufgrund des Klopfens im Expansionstakt nach OT auftritt.

Im allgemeinen ermittelt das menschliche Ohr das Klopfen aus der Differenz zwischen der relativen Intensität zwischen den Schalldruckpegeln, die vom normalerweise erzeugten Hintergrundgeräusch erzeugt werden, und jenen Pegeln, die von den Klopfschwingungen hervorgerufen werden.

Wenn daher die Schwingungsenergien aufgrund des Zylinderdrucks im Falle von Nicht-Klopfen und im Falle von Klopfen direkt miteinander verglichen werden, dann läßt sich die Klopfintensität enger Entsprechung zum menschlichen Empfinden ermitteln.

Die Erfahrung zeigt, daß Klopfen nicht auftritt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht. Der Integrationssignalwert, der vor OT erzeugt wird, kann daher als erwarteter Wert der Zylinderdruckschwingungsenergie während des Expansionstaktes nach OT bei Abwesenheit von Klopfen verwendet werden, was bei Gleichung (3) der Fall ist.

Der Vergleich zwischen den Integrationswerten der Zylinderdruckschwingungen innerhalb eines vorbestimmten Kurbelwinkelbereiches vor und nach OT hat die gleiche Wirkung, wie wenn man die Zylinderdruckschwingungsenergien während des Normalbetriebes und während des laufenden Verdichtungstaktes miteinander vergleicht. Dieser Vergleich führt daher zu Klopfermittlungsergebnissen, die jenen mit dem menschlichen Gehör gewonnenen eng entsprechen.

Zahlreiche Versuche der Anmelderin ergaben, daß das Verhältnis, das durch die Gleichung (3) ausgedrückt wird, fast bei allen Maschinenbetriebszuständen für alle üblichen Maschinenarten gilt.

Es sei hervorgehoben, daß ein Integrationsintervall so ausgewählt werden muß, daß das durch die Gleichung (3) wiedergespiegelte Verhältnis stets genau ist. Beispielsweise schwingt die Zündkerze 7 aufgrund von Vibrationen, die durch das Schließen und Öffnen der die zugehörigen Einlaß- und Auslaßkanäle schließenden und öffnenden Ventile hervorgerufen werden, so daß diese Schwingungen den obigen Zusammenhang stören. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird daher das Intervall zwischen 40° vor und nach OT dazu verwendet, solche zusätzlichen Schwingungen zu vermeiden.

Die Betriebsweise der ersten und zweiten Schwingungsenergiedetektorkreise 33 und 34 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert.

Zunächst gibt der Ladungsverstärker 31 im Kurbelwinkelbereich zwischen 0° und 120° das Detektorsignal S₄ ab, wie in (C) in Fig. 11 gezeigt. Nachdem das Detektorsignal S₄ durch das Bandpaßfilter 32 gelaufen ist, wird das Detektorsignal S₅, das obenbeschriebene Extraktionssignal, das in (D) in Fig. 11 dargestellt ist, den ersten und zweiten Schwingungsenergiedetektorkreisen 33 und 34 zugeführt. Es sei bemerkt, daß das Detektorsignal S₅ von den Resonanzfrequenzkomponenten des Klopfens dominiert wird.

Die Integrationskreise 33 A und 34 A in den Fig. 6 und 7 werden zum Zeitpunkt t₁ in Abhängigkeit von dem Bezugssignal S₂ (in Fig. 11 mit (A) eingezeichnet) vom Kurbelwinkelsensor 13 rückgesetzt, das als 0° definiert ist, Position (0°) des Kurbelwinkels (70° vor OT). Zur gleichen Zeit werden die obenbeschriebenen Voreinstellwerte in die voreinstellbaren Zähler 33 B, 33 C, 34 B, 34 C eingestellt, die dann die Zählung der Positionssignalimpulse S₂, die in (B) in Fig. 11 dar­ gestellt sind, beginnen.

Danach invertiert der Ausgangspegel des voreinstellbaren Zählers 33 B des ersten Schwingungsenergiedetektorkreises 33 zu einem Zeitpunkt t₂ von 30° Kurbelwinkel nach dem Zeitpunkt t₁, so daß der Ausgangspegel S₈ des Flip-Flop-Kreises 33 D auf den niedrigen Pegel "L" invertiert. Der Integrationskreis 33 A wird somit in Betrieb gesetzt, um die Integration des Absolutwertes des Detektorsignals S₅ vom Bandpaßfilter 32 über die "Vorzündung"-Periode zu beginnen.

Danach invertiert der Ausgangspegel des voreinstellbaren Zählers 33 C wieder zum Zeitpunkt t₃=70°, was dem oberen Totpunkt entspricht, so daß der Ausgangspegel S₈ des Flip-Flop-Kreises 33 D wieder auf den hohen Pegel "H" invertiert. Als Folge davon hält der Integrationskreis 33 A den Integrationsendwert vom Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt t₅ das nächste Bezugssignal S₂ empfangen wird. Der Integrationskreis 33 A gibt daher das "Vorzündung"-Integrationssignal S₆ entsprechend der Schwingungsenergie während der "Vorzündung"-Periode ab, wie in (E) von Fig. 11 gezeigt.

In gleicher Weise invertiert der Ausgangspegel des voreinstellbaren Zählers 34 B zum Zeitpunkt t₃=70°, so das der Ausgangspegel S₉ des Flip-Flop-Kreises 34 D auf den Pegel "L" invertiert, wie in (H) von Fig. 11 gezeigt. Der Absolutwert-Integrationskreis 34 A wird daher in die Lage versetzt, die Integration des Absolutwertes des Detektorsignals S₅ vom Bandpaßfilter 32 über die "Nachzündung"-Periode zu beginnen.

Danach invertiert der Ausgangspegel des voreinstellbaren Zählers 34 C wieder zum Zeitpunkt t₄=110°, so daß der Ausgangspegel S₉ des Flip-Flop-Kreises 34 D wieder auf den höheren "H"-Pegel invertiert. Als Folge davon hält der Integrationskreis 34 A den "Nachzündung"-Integrationsendwert vom Zeitpunkt t₄, bis zum Zeitpunkt t₅ das nächste Bezugssignal S₂ empfangen wird.

Der Absolut-Integrationskreis 34 A gibt das "Nachzündung"-Integrationssignal S₇ entsprechend der Schwingungsenergie über die Periode, während der Klopfen auftreten kann, ab, wie in (F) von Fig. 11 gezeigt.

Das Verfahren zur Ermittlung des Auftretens des Klopfens und zum Ableiten des Korrekturwertes für den Zündzeitpunkt wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 12 (A) bis 12 (C) erläutert.

Die CPU 36 des Hauptsteuerkreises 35 nach Fig. 3 beginnt die Ausführung des Programms nach Fig. 12, wenn der zweite Schwingungsenergiedetektorkreis 34 ein externes Unterbrechungsanforderungssignal S _INT zum Zeitpunkt t₄ (40° nach OT) abgibt.

Wie in Fig. 12 (A) gezeigt, gibt die CPU 36 einen Befehl an den A/D-Wandler ab, der Bestandteil des I/O-Tores 39 ist, um die Digitalumwandlung des Integrationssignals S₆ zu beginnen, das von dem ersten Schwingungsenergiedetektorkreis 33 beliefert wird. Dies wird im Anfangs-SCHRITT 1 ausgeführt.

Im nächsten SCHRITT 2 gibt die CPU 36 einen Befehl ab, um das digitalisierte Integrationssignal S₆ in eine vorbestimmte Adresse des RAM 38 als Menge B zu speichern, die der Schwingungsenergie während der "Vorzündung"-Periode zugeordnet ist.

In den nächsten SCHRITTEN 3 und 4 gibt die CPU 36 nachfolgende Befehle an den A/D-Wandler ab, um den digitalisierten Integrationssignalwert S₇ vom zweiten Schwingungsenergiedetektorkreis 34 in eine weitere vorbestimmte Adresse des RAM 38 als eine Menge K zu speichern, die der Schwingungsenergie während der "Nachzündung"-Periode zugeordnet ist.

Im nächsten SCHRITT 5 wählt und liest die CPU 36 einen Bezugswert SL aus einer im ROM 37 gespeicherten Bezugstabelle aus, der durch die laufende Maschinendrehzahl spezifiziert wird.

Es sei beachtet, daß die Maschinendrehzahl dadurch gemessen werden kann, daß man die Zahl der Positionssignalimpulse S₃ vom Kurbelwinkelsensor 13, die pro Zeiteinheit empfangen werden, in einer separaten Verarbeitungsroutine (nicht dargestellt) zählt und den Zählwert vorübergehend in einer vorbestimmten Adresse des RAM 38 speichert.

Im nächsten SCHRITT 6 liest die CPU 36 die zwei Mengen B und K aus, die in den vorangehenden Stufen erhalten wurden, und errechnet das Verhältnis K/B (oder die Differenz K-B), um die Menge K zu normieren. Der Verhältniswert wird einfach ausgedrückt als der K/B-Wert.

Der oben erwähnte Bezugswert SL wird nachfolgend kurz erläutert.

Die kumulative prozentuale Verteilung des K/B- Wertes für die verschiedenen Arten von Klopfphänomena in der Sechszylindermaschine ist in Fig. 13 gezeigt.

In Fig. 13 ist die kumulative Prozentsatzverteilung des K/B-Wertes bei völliger Abwesenheit von Klopfen durch die Linie I dargestellt. Die Linie II steht für gerade wahrnehmbares Klopfen, die Linie III für leichtes Klopfen, die Linie IV für mäßiges Klopfen und die Linie V für starkes Klopfen. Obgleich die kumulativen Prozentsatzverteilungen, die in Fig. 13 dargestellt sind, Versuchergebnisse sind, die unter geregelten Bedingungen erhalten wurden, lassen sich ähnliche Ergebnisse für fast alle Maschinen und die meisten Betriebszustände erhalten.

Der Bezugswert SL für die Versuchbedingungen wird auf den Wert SL = 2,6 eingestellt, wie in Fig. 13 gezeigt. Wie später erläutert, erlaubt dies ungefähr 50% Ermittlung von mäßigem Klopfen und mehr als 90% Ermittlung von starkem Klopfen.

Beispielhafte Verhältnisse zwischen den oberen Pegeln der verschiedenen Klopfgrade, die oben beschrieben sind, und der Maschinendrehzahl sind in Fig. 14 aufgetragen, in der die ausgezogene Linie die Leistungspegeländerung angibt, wenn kein Klopfen auftritt, die gestrichelte Linie leichtem Klopfen entspricht und die strichpunktierte Linie mittlerem Klopfen entspricht.

Wie man aus Fig. 14 entnehmen kann, würde eine menschliche Kontrolle zu einem relativ breiten Bereich zulässiger Klopfintensität führen, da die funktionale Empfindlichkeit des menschlichen Ohres durch den Einfluß mechanischer Schwingungen der Maschinen bei hohen Drehzahlen vermindert ist.

Die Maschinenleistungsfähigkeit läßt sich beachtenswert steigern, indem an den Bezugswert SL entsprechend der Maschinendrehzahl variiert. Der Bezugswert SL kann aber auch bei 2,6 oder einigen anderen Werten festgelegt werden.

Es sei nocheinmal auf Fig. 12 Bezug genommen. Die folgenden Abkürzungen werden in den Fig. 12 (B) und 12 (C) verwendet:
KFLG: ein Kennzeichen, das die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen darstellt.
BCNT: ein Wert, der die Zahl darstellt, wie oft Zündung stattgefunden hat, seit das Kennzeichen KFLG zum letzten Mal rückgesetzt worden ist, nachfolgend als Zählwert BCNT bezeichnet.
KCNT: ein Wert, der die Anzahl der Zündungen angibt, die seit dem Setzen des Kennzeichens KFLG ausgeführt worden sind, nachfolgend als KCNT-Wert oder Wert KCNT bezeichnet.
ADVFBK: der Korrekturwert, der zu dem Bezugswert des Zündwinkels addiert wird, nachfolgend als Korrektur-ADVFBK bezeichnet. Der Zündzeitpunkt wird vorverlegt, wenn die Korrektur ADVFBK positiv ist und wird verzögert, wenn sie negativ ist.

Das Kennzeichen KFLG, die Zählwerte KCNT, BCNT und die Korrektur -ADVFBK werden in vorbestimmten Adressen des RAM 38 gespeichert, die diesen Werten zugeordnet sind.

Wie in Fig. 12 (B) dargestellt, vergleicht die CPU 36 den K/B-Wert, der im vorausgehenden SCHRITT 6 errechnet worden ist, mit dem Bezugswert SL, um zu ermitteln, ob der K/B-Wert < SL ist. Dies wird im SCHRITT 7 durchgeführt. Wenn K/B < SL (JA) im SCHRITT 7, wird Klopfen ermittelt und die Routine geht zum Schritt 18 über, der später beschrieben wird. Wenn K/B ≦ SL (NEIN) im SCHRITT 7, dann wird kein Klopfen ermittelt und die Routine geht zum SCHRITT 8 über, wo die CPU 36 ermittelt, ob das Kennzeichen KFLG auf "0" gesetzt ist. Wenn Klopfen aufgetreten ist, dann ist das Kennzeichen KFLG auf "1" im SCHRITT 20 gesetzt, wie später noch erläurtert wird.

Wenn das Kennzeichen KFLG den Wert "0" im SCHRITT 8 hat, d. h. wenn zuvor kein Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 9 über, wo der Zählerwert BCNT um 1 (+1) erhöht wird. Immer wenn im Schritt 8 gefunden worden ist, daß das Kennzeichen KFLG = "0" ist, dann wird der Inhalt des Zählers BCNT im SCHRITT 9 erhöht. Im nächsten SCHRITT 10 ermittelt die CPU 36, ob der Zählerstand von BCNT die Größe 28 übersteigt (BCNT < 28). Wenn BCNT ≦ 28 im SCHRITT 10, dann endet die Routine. Wenn BCNT 28, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 11 über, wo die Korrektur des Zündzeitpunktes ADVFBK um 1 (+1) erhöht wird, wodurch der Zündzeitpunkt um 1° vorverlegt wird. Im nächsten SCHRITT 12 wird der Zählerstand BCNT gelöscht. Die Verarbeitungsroutine endet dann.

Wenn andererseits im SCHRITT 8 das Kennzeichen KFLG die Größe "1" hat, d. h wenn zuvor Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 13 über. Im SCHRITT 13 erhöht die CPU 36 den Zählwert KCNT um eins (+1) und danach bestimmt sie, ob der Zählerwert KCNT die Größe 28 im Schritt 14 übersteigt (KCNT < 28). Wenn KCNT ≦ 28 im SCHRITT 14, dann endet die Routine. Wenn KCNT < 28, dann wird das Kennzeichen KFLG im SCHRITT 15 rückgesetzt, der Zählerwert KCNT wird in einem SCHRITT 16 gelöscht und der Zählerwert BCNT wird in einem SCHRITT 17 gelöscht.

Wenn der K/B-Wert größer als der Wert SL im Schritt 7 ist, d. h. wenn Klopfen erkannt worden ist, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 18 über, wo ein Verzögerungswinkel X entsprechend dem laufenden K/B-Wert errechnet wird. Der Verzögerungswinkel X ist zuvor im ROM 37 in Form einer Tabelle gespeichert worden, in der jeder Verzögerungswert X einem errechneten K/B- Wert entspricht. Die CPU 36 findet den Verzögerungswert X daher durch eine wohlbekannte Tabellennachschlagtechnik. In der Praxis steigt der Verzögerungswert X, wenn der K/B-Wert steigt.

Im nächsten SCHRITT 19 ermittelt die CPU 36, ob das Kennzeichen KFLG gleich "0" ist, um das erste Auftauchen von Klopfen zu bestätigen. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Kennzeichen KFLG augenblicklich "0" ist, d. h. wenn dies das erste Auftreten von Klopfen ist, dann geht die Routine zu einem Schritt 20 über, wo das Kennzeichen KFLG auf "1" gesetzt wird. Im nächsten SCHRITT 21 wird dann der Zählerwert KCNT gelöscht und die Verarbeitungsroutine endet.

Wenn andererseits das Kennzeichen KFLG nicht gleich "0" ist, d. h. wenn dies der zweite oder spätere Zyklus ist, in welchem Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 22 über, wo die CPU 36 ermittelt, ob zuvor die Zündung wenigstens 14× ausgeführt worden ist (KCNT ≧ 14), dh. ob die Ungleichung K/B < SL für wenigstens 14 Zyklen befriedigt worden ist. Wenn dies der Fall ist, dann geht die Routine zum zuvor beschriebenen SCHRITT 21 über, um den Fehlerwert KCNT zu löschen. Wenn KCNT ≦ 14, dann geht die Routine zu einem SCHRITT 23 über, wo die Korrektur ADVFBK um den Verzögerungswinkel X(-X) vermindert wird, um den Zündzeitpunkt um den Verzögerungswinkel X zu verzögern. Anschließend geht die Routine zum obenerwähnten SCHRITT 21 über und endet dann. Der Wert 28, der in den SCHRITTEN 10 und 14 verwendet wird und der Wert 14, der im SCHRITT 22 verwendet wird, werden aus der Verteilung II in Fig. 13 abgeleitet. In den SCHRITTEN 10 und 14 und den folgenden werden 28 aufeinanderfolgende Zündzyklen im Feld K/B < SL innerhalb der zu erwartenden Rate des Auftretens von K/B-Werten, während des gerade eben wahrnehmbaren Klopfens (da K/B < SL 7% der Zeit ausmacht, was dem Verhältnis 1 : 14 entspricht) verwendet. In ähnlicher Weise kann in den SCHRITTEN 22 und folgende in jeder Kette von 14 aufeinanderfolgenden Zyklen, in denen K/B < SL ist, ein Auftreten von relativ hohem KB erwartet werden. Jedoch impliziert ein zweites Auftreten Klopfen, so daß der Voreilwinkel vermindert wird, um Klopfen zu unterdrücken. Der Maschinenzündzeitpunkt kann so geregelt werden, um den gewünschten Klopfpegel zu erreichen.

Beispielsweise können die in den Schritten 14 und 22 verwendeten Zahlen auf 12 und 6 (100/166) gesetzt werden, um ein leichtes Klopfen zu ermitteln, und wenn die obigen Zahlen auf 8 und 4 gesetzt werden (100/25=4), dann kann mittleres Klopfen ermittelt werden. Diese Tatsache ist durch Versuche, die von der Anmelderin ausgeführt worden sind, bestätigt worden.

Auf diese Weise wird die Klopfintensität aus der Häufigkeit des Auftretens von Klopfen erkannt und die Korrektur des Zündzeitpunkts wird auf der Basis der erkannten Klopfintensität bestimmt.

Nach den SCHRITTEN 11 und 23 kann die CPU 36 so instruiert werden, daß sichergestellt wird, daß die Korrektur ADVFBK in einen vorbestimmten Bereich fällt, um den Wert der Korrektur ADVFBK zu begrenzen, damit der Zündzeitpunkt nicht übermäßig vorverlegt oder verzögert wird.

Die Einrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung vorverlegt den Zündzeitpunkt um ein vorbestimmtes Winkelinkrement, wenn K/B ≦ SL (Nicht-Klopfen) kontinuierlich für eine vorbestimmte Anzahl von Zündzyklen und verzögert den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit der Größe des K/B-Wertes, wie Fig. 15 zeigt, d. h. mit der Intensität des Klopfens, wenn K/B < SL (Klopfen) kontinuierlich für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen.

Obgleich in der Verarbeitungsroutine, die in den Fig. 12 (A) bis 12 (C) gezeigt ist, der Verzögerungswinkel X linear mit dem Wert von K/B steigt, kann der Verzögerungswinkel X alternativ auch schrittweise oder in einer anderen inkrementellen Funktion steigen. Der Verzögerungswinkel X kann daher auf einen solchen Wert eingestellt werden, der eine schnelle Unterdrückung des Klopfens sicherstellt, ohne die Maschinenleistung nachteilig zu beeinflussen.

Zündzeitpunktsregelung wird in Übereinstimmung mit einem Programm ausgeführt, das in Fig. 16 dargestellt ist.

Wie Fig. 16 zeigt, wird in drei aufeinanderfolgenden SCHRITTEN 31, 32 und 33 der Grundzündzeitpunktswert AD der gemessenen Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl bestimmt. Die CPU findet den Grundzündzeitpunkt AD in Einheiten von Graden von OT mit Hilfe der Tabellennachschlagtechnik aus einer charakteristischen Tabelle, die in Fig. 17 dargestellt ist.

Im SCHRITT 32 errechnet auf der Grundlage des Grundzündzeitpunktes AD und der Korrektur ADVFBK, die zuvor gemäß den Fig. 12 (A) bis 12 (C) abgeleitet worden ist, die CPU 36 den Ausdruck (70-AD+ADVFBK)), der die Winkelverzögerung zwischen dem Eingangszeitpunkt des Bezugssignals S₂ und der Zündung darstellt, und das Ergebnis wird in einem Voreilwinkelregister (nicht dargestellt) im I/O-Tor 38 im SCHRITT 33 gespeichert.

In den nachfolgenden SCHRITTEN 34 bis 36 leitet die CPU 36 einen Grundeinschaltdauerwinkel DW auf der Basis des abgeleiteten Zündzeitpunktes ab, errechnet die Summe (DW+ADVFBK) und speichert das Ergebnis (DW+ADVFBK) in einem Zündwinkeldauerregister (DWELL) im I/O-Tor 39. Auf diese Weise beeinflußt die Korrektur des Zündzeitpunktes nicht den Verweilswinkel.

Bei dieser Ausführungsform wird die Korrektur (Verzögerung) des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit der Klopfintensität variiert, so daß das Klopfen unterdrückt wird, ohne die Maschinenleistung negativ zu beeinflussen.

Fig. 18 zeigt das Konzept einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Korrektur kann nicht nur auf der Grundlage der Klopfintensität bestimmt werden, sondern auch auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur, der Maschinendrehzahl, des Luft-Kraftstoffverhältnisses usw. Wie Fig. 18 zeigt, können die Maschinenbetriebszustände das Verhältnis zwischen dem Zündvoreilwinkel und der Klopfintensität erheblich beeinflussen. Beispielsweise kann die Verzögerung a bei den Betriebszuständen A in Fig. 18 errechnet sein, um die Klopfintensität 2 auf die Klopfintensität 1 zu vermindern, während die Verzögerung b unter den Betriebszuständen B geeignet ist.

Eine optimale Zündzeitpunktsregelung, die ein schnelles Ansprechen ohne Verminderung des Ausgangsdrehmomentes der Maschinen erlaubt, läßt sich durch Bestimmen der Verzögerung (Korrektur des Zündzeitpunktes) entsprechend der Klopfintensität und anderer Maschinenbetriebszustände erreichen.

Obgleich der Zylinderdrucksensor in den Fig. 4 (A) und 4 (B) als an der Zündkerze 7 angebracht dargestellt ist, lassen sich auch andere Arten von Schwingungssensoren verwenden, die an einem Zylinderblock der Maschine oder am Motorblock angebracht sind. Die US-PS 41 64 447 beschreibt einen solchen Maschinenklopfsensor, der an einer Ansaugleitung angebracht ist.

Außerdem, obgleich der dargestellte Kurbelwinkelsensor das Positionssignal S₃ immer dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle um 1 oder 2 Grad sich weiterdreht, kann das Positionssignal S₃ auch eine kürzere Periode aufweisen, um eine genaue Beeinflussung des Zündzeitpunktes zu erlauben.

Die Fig. 19 (A) und 19 (B) zeigen ein Funktionsblockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 19 (A) und 19 (B) dargestellt ist, unterscheidet sich die Funktion des Hauptsteuerkreises 35 von der ersten bevorzugten Ausführungsform nach den Fig. 3 (A) und 3 (B), obgleich die Verbindungen mit den anderen äußeren Schaltkreisen die gleichen bleiben.

In dem Hauptsteuerkreis 35 errechnet der Verhältnisberechnungsblock 35 A das Verhältnis (oder die Differenz) zwischen den Integrationssignalen S₆ und S₇ aus den ersten und zweiten Schwingungsenergiedetektorkreisen 33 und 34 und gibt das errechnete Verhältnis (bzw. die Differenz) als ermittelten Wert für die Verbrennungsdruck-Schwingungsenergie ab, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Der Klopfdetektorblock 35 B vergleicht den ermittelten Wert der Verbrennungsdruckschwingungsenergie mit jedem von ersten und zweiten Bezugswerten, die von den ersten und zweiten Bezugswertgeneratorblöcken 35 CC und 35 DD abgeleitet worden sind, prüft auf starke oder nur schwach wahrnehmbare Klopfpegel, wie sich in dem errechneten Verhältnis ausdrückt.

Der erste und der zweite Bezugswertgeneratorblock 35 CC bzw. 35 DD enthält in dem ROM 37 des Hauptsteuerkreises 35 nach Fig. 2 (B) gespeicherte Tabellen.

Der Korrekturbestimmungsblock 35 EE bestätigt das Auftreten von gerade wahrnehmbarem Klopfen (das eventuell von dem Klopfdetektorblock ermittelt worden ist) und leitet daraus dann die Korrektur des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit dem ermittelten Klopfpegel, so vorhanden, ab.

Der Zündzeitpunktregelblock 35 FF korrigiert den Grundzündzeitpunkt, der aus der Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl bestimmt worden ist, durch Hinzufügen der Korrektur, die durch den Korrekturbestimmungsblock 35 EE bestimmt worden ist und beeinflußt den Zündkreis 40 in Übereinstimmung mit den Ergebnissen dieser Einstellung des Zündzeitpunktes.

Die Betriebsweise der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird nun erläutert. Die Theorie der Klopfermittlung ist schon oben unter Bezugnahme auf die Fig. 8, 9 und 10 erläutert worden.

Außerdem ist die Betriebsweise der ersten und zweiten Schwingungsenergiedetektorkreise 30 und 34 bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7 und 11 erläutert worden, so daß auf eine nochmalige Beschreibung hier verzichtet werden kann.

Die Verarbeitungsroutine zur Ermittlung des Klopfens und zum Ableiten der Korrektur, die von der CPU 36 des Hauptsteuerkreises ausgeführt wird, soll nun unter Bezugnahme auf die Fig. 20 (A) bis 20 (C) erläutert werden.

Die Verarbeitungsroutine, die in den Fig. 20 (A) bis 20 (C) dargestellt ist, beginnt in Abhängigkeit von einer äußeren Unterbrechungsanforderung in Form des äußeren Unterbrechungsanforderungssignals S _INT vom zweiten Schwingungsenergiedetektorkreis 34, wie in der ersten Ausführungsform.

In einem ersten Schritt ST 1 gibt die CPU 36 einen Befehl an das I/O-Tor 39, um die A/D-Wandlung des Integrationssignals S₆ vom ersten Schwingungsenergiedetektorkreis 33 zu beginnen, wie in der Ausführungsform nach Fig. 12 (A).

Im nächsten Schritt ST 2 liest die CPU 36 den ersten Bezugswert SL₁ auf der Basis der laufenden Maschinendrehzahl aus der ersten Bezugstabelle ab, die im ROM 37 gespeichert ist. Im nächsten Schritt ST 3 liest die CPU 36 den zweiten Bezugswert SL₂ auf der Basis der laufenden Maschinendrehzahl aus der zweiten Bezugstabelle ab, die in dem ROM 37 gespeichert ist.

Die laufende Maschinendrehzahl wird auf die gleiche Weise gemesseen, wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform erläutert.

Im nächsten Schritt ST 4 wartet die CPU 36 den Abschluß der A/D-Wandlung ab, die im Schritt ST 1 begonnen wurde.

Nach Abschluß der Umwandlung geht die Routine zu einem Schritt ST 5 über, wo die CPU 36 den digitalisierten Wert in einer vorbestimmten Adresse des RAM 38 als Menge B speichert, die der Schwingungsenergie während der "Vorzündung"-Periode zugeordnet ist.

In einem Schritt ST 6 gibt die CPU 36 einen Befehl an das I/O-Tor 39, um die A/D-Wandlung des Integrationssignals S 7 zu beginnen, das von dem zweiten Schwingungsenergiedetektorkreis abgeleitet worden ist.

In dem nächsten Schritt ST 7 ermittelt die CPU 36, ob die Umwandlung, die im Schritt ST 6 begonnen wurde, abgeschlossen ist. Sobald die Umwandlung abgeschlossen ist, speichert die CPU 36 den digitalisierten Wert in einer vorbestimmten Adresse im RAM 38 als eine Menge K, die der Schwingungsenergie während der "Nachzündung"-Periode zugeordnet ist, und zwar im Schritt ST 8.

Im nachfolgenden Schritt ST 9 errechnet die CPU 36 das Verhältnis K/B (oder die Differenz K-B) der zwei Mengen B und K, um die Menge K zu normieren. Das errechnete Verhältnis wird nachfolgend als K/B-Wert, wie im ersten Ausführungsbeispiel, bezeichnet.

Die obenbeschriebenen ersten und zweiten Bezugswerte SL₁ und SL₂ werden nachfolgend im Detail erläutert. Die kumulativen prozentualen Verteilungen des K/B-Wertes, die in Fig. 13 dargestellt sind, werden auch bei dieser Ausführungsform verwendet.

Die ersten und zweiten Bezugswerte SL₁ und SL₂ werden auf die Werte gesetzt, die in Fig. 13 in gestrichelten Linien eingezeichnet sind. Der erste Bezugswert SL₁ wird dazu verwendet, das Auftreten von Klopfen zu erkennen und der zweite Bezugswert SL₂ wird dazu verwendet, zwischen leichtem und schwerem Klopfen zu unterscheiden.

Beispielsweise beträgt die Häufigkeit, mit der der K/B-Wert den zweiten Bezugswert SL₂ übersteigt, 2 oder 3% im Falle leichten Klopfens und etwa 50% im Falle mittleren Klopfens und etwa 70% im Falle starken Klopfens. Wenn der K/B-Wert den zweiten Bezugswert SL₂ übersteigt, dann erkennt die CPU 36 das Klopfen mit einer Genauigkeit von nahezu 100% (etwa 97 bis 98%).

Der Zusammenhang zwischen dem Klopfpegel und der Maschinendrehzahl ist bereits in Fig. 14 dargestellt worden.

Bei dieser Ausführungsform werden die ersten und zweiten Bezugswerte SL₁ und SL₂ in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl so eingestellt, daß eine hohe Maschinenleistung erzielt werden kann.

Es sei hervorgehoben, daß einer oder beide der ersten und zweiten Bezugswerte SL₁ und SL₂ alternativ Festwerte sein können.

Wie in Fig. 20 (B) gezeigt, wird in einem Schritt ST 10 der in diesem Schritt ST 10 errechnete K/B-Wert mit dem zweiten Bezugswert SL₂ verglichen, um starkes Klopfen zu erkennen, wenn K/B < SL₂, dann wird mittleres bis starkes Klopfen angezeigt und die Routine geht auf den Schritt ST 27 über.

Wenn andererseits K/B ≦ SL₂, d. h. wenn das Klopfen nur schwach ist oder fast nicht vorhanden ist, dann geht die Routine auf einen Schritt ST 11 über, um zu ermitteln, ob der K/B-Wert größer als der erste Bezugswert SL₁ ist, d. h. ob K/B < SL₁. Wenn K/B < SL₁, d. h. wenn relativ schwaches Klopfen auftritt, dann geht die Routine auf einen Schritt ST 22 über, der später noch beschrieben wird.

Wenn andererseits K/B ≦ SL₁, d. h. wenn kein Klopfen aufgetreten ist, dann ermittelt die CPU 36, ob das Kennzeichen KFLG auf "0" gesetzt ist. Das Kennzeichen KFLG ist in einem Schritt ST 23 auf "1" gesetzt, wenn Klopfen begrenzter Intensität auftritt, wie später noch erläutert wird.

Wenn das Kennzeichen KFLG gleich "0" im Schritt ST 12 ist, d. h. wenn kein Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu den Schritten ST 13 bis ST 16 über, wo der Zündzeitpunkt um 1° vorverlegt wird, wenn die Ungleichung K/B ≧ SL₁ kontinuierlich für wenigstens 28 Zyklen befriedigt worden ist.

Speziell im Schritt ST 13 wird der Zählwert BCNT um eins (+1) erhöht und im nachfolgenden Schritt ST 14 ermittelt die CPU 36, ob der Zählwert BCNT die Größe 28 übersteigt (BCNT < 28). Wenn BCNT ≦ 28, dann endet die Routine ohne weitere Verarbeitung. Wenn jedoch BCNT < 28 im Schritt ST 14, dann geht die Routine zum Schritt ST 15 über, wo die Korrektur ADVFBK um 1 (+1) erhöht wird, um den Zündzeitpunktwinkel um 1° weiterzuschalten. Schließlich wird der Zählerwert BCNT in dem Schritt ST 16 gelöscht (BCNT=0).

Wenn das Kennzeichen KFLG nicht gleich "0" im Schritt ST 12 ist, d. h. wenn zuvor kein Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu den Schritten ST 17 bis ST 21 über, wo das Klopfzustandskennzeichen KFLG auf den Nicht-Klopfzustand rückgesetzt wird, wenn die Ungleichung K/B ≦ SL₁ kontinuierlich für wenigstens 28 Zyklen befriedigt worden ist.

Speziell im Schritt ST 17 wird der Zählerwert KCNT um eins (+1) erhöht. Danach ermittelt im Schritt ST 18 die CPU 36, ob der Zählerwert KCNT die Größe 28 übersteigt (KCNT < 28). Wenn KCNT ≦ 28, dann endet die Routine, während, wenn KCNT < 28, geht die Routine zu einem Schritt ST 19 über, wo das Kennzeichen KFLG rückgesetzt wird. Im nachfolgenden Schritt ST 20 wird der Zählerwert KCNT gelöscht (KCNT=0). Im nachfolgenden Schritt ST 21 wird der Zählerwert BCNT gelöscht und die Verarbeitungsroutine endet dann.

Wenn im Schritt ST 11 K/B < SL₁, d. h. wenn relativ schwaches Klopfen auftritt, dann ermittelt die CPU 36 im Schritt ST 22, ob das Kennzeichen KFLG gleich "0", um zu ermitteln, ob dies das erste Auftreten von Klopfen ist. Wenn das Kennzeichen KFLG gleich "0" ist, d. h. wenn dies das erste Auftreten von Klopfen ist, dann geht die Routine auf den nachfolgenden Schritt ST 23 über, wo das Kennzeichen KFLG auf "1" gesetzt wird (KFLG=1). Im nächsten Schritt ST 24 wird der Zählerwert KCNT gelöscht (KCNT=0). Die Verarbeitungsroutine endet dann.

Wenn das Kennzeichen KFLG nicht gleich "0" ist, d. h. wenn zuvor Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine auf den Schritt ST 25 über, wo die Anzahl (KCNT) von Zündzyklen, für die K/B < SL₁ ist, geprüft wird, um zu sehen, ob KCNT ≦ 14, d. h. die CPU 36 ermittelt, ob die Ungleichung K/B < SL₁ für 14 aufeinanderfolgende Zyklen befriedigt worden ist, oder nicht. Wenn KCNT < 14, dann führt die CPU 36 den Schritt 24 aus und die Verarbeitungsprobe endet dann. Wenn KCNT < 14, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 26 über, wo die Korrektur ADVFBK um 1 vermindert wird (-1), um den Zündzeitpunkt um 1° zu verzögern. Anschließend geht die Routine zum Schritt ST 24 über, wo der Zählerstand KCNT gelöscht wird und anschließend endet die Routine.

Es sei bemerkt, daß, obgleich die Verzögerung des Zündzeitpunktes auf 1° festgesetzt ist, ein willkürlicher Wert, beispielsweise 1/4° oder 1/2° ebenfalls verwendet werden kann.

Die Einstellung der Verzögerung auf der Basis der Größe des K/B-Wertes in Abhängigkeit von starkem Klopfen erlaubt eine schnelle Unterdrückung des Klopfens ohne nachteilige Beeinflussung der Maschinenleistung.

Wenn K/B < SL₂ im Schritt ST 10, d. h. wenn starkes Klopfen auftritt, dann geht die Routine direkt zu einem Schritt ST 27 über, wo die Korrektur ADVFBK um einen vorbestimmten Betrag A (-A) vermindert wird, um den Zündzeitpunkt um den Winkel A zu verzögern. Danach endet die Routine über den Schritt ST 24.

Es sei auch beachtet, daß der vorbestimmte Betrag A eine konstante Zahl ist, die entsprechend dem Maschinenmodell oder dem Maschinenbetriebszustand festgelegt ist und größer als die Verzögerung (1°) ist, die verwendet wird, wenn leichtes bis mittleres Klopfen auftritt.

Folgend auf die Schritte ST 15, ST 26 und ST 27 kann die CPU 36 dazu bestimmt werden, zu ermitteln, ob die Korrektur ADVFBK einen vorbestimmten Wert übersteigt, um eine Grenze des Korrekturwertes ADVFBK einzurichten und so sicherzustellen, daß der Zündzeitpunkt nicht zu stark vorverlegt oder verzögert wird.

Auf diese Weise wird bei der dritten bevorzugten Ausführungsform die Korrektur des Zündzeitpunktes um einen vorbestimmten Winkel vorverlegt, wenn der K/B- Wert ≦ SL₁ (Nicht-Klopfen) über ein geeignet langes Intervall geherrscht hat, wird um einen vorbestimmten Winkel (1°) verzögert, wenn der Ausdruck SL₁ < K/B ≦ SL₂ (relativ schwaches Klopfen) für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen befriedigt worden ist, und wird unmittelbar um einen größeren vorbestimmten Winkel (A°) verzögert, wenn K/B < SL₂ (relativ starkes Klopfen).

Die Verarbeitungsroutine, die in Fig. 22 dargestellt ist, beginnt beispielsweise, wenn das Bezugssignal S₂ vom Kurbelwinkelsensor 13 empfangen wird. Die Schritte ST 31 bis ST 36 sind indentisch den oben beschriebenen SCHRITTEN 31 bis 36 von Fig. 16, so daß auf eine detalierte Beschreibung der Verarbeitungsroutine, die in Fig. 22 dargestellt ist, verzichtet werden kann.

In der dritten Ausführungsform stellt das System die Korrektur des Zündzeitpunkts auf der Basis der Klopfintensität ein.

Obgleich leichtes, mittleres und starkes Klopfen mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann, wenn der erste Bezugswert SL₁ so eingestellt ist, wie in Fig. 13 gezeigt, kann während gerade wahrnehmbarem Klopfen der K/B-Wert den ersten Bezugswert SL₁ um 10% der Zeit übersteigen. Wenn daher der Zündzeitpunkt durch Verzögerung immer dann geregelt würde, wenn der K/B-Wert den ersten Bezugswert SL₁ übersteigt, dann würde die Maschinenleistung abfallen, weil die Verzögerung gelegentlich unnötigerweise während gerade wahrnehmbaren Klopfens auftreten würde. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die Klopfintensität durch die Zusammensetzung des K/B- Wertes gemessen, der den ersten Bezugswert SL₁ übersteigt, um ein kaum wahrnehmbares Klopfen zu vernachlässigen und eine Ermittlung von leichtem, mittlerem oder starkem Klopfen mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.

Die Fig. 23 (A) und 23 (B) sind Verarbeitungsflußdiagramme zum Ermitteln von Klopfen und zum Ableiten einer Korrektur, die in dem Hauptsteuerkreis einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden.

In der vierten bevorzugten Ausführungsform errechnet die CPU 36 des Hauptsteuerkreises 35 den K/B-Wert in einem Schritt ST 41, der in Fig. 23 (A) dargestellt ist, wie in den obigen Schritten ST 1 bis ST 8. Die CPU 36 ermittelt, ob K/B < SL₂ in einem Schritt 42, um zu ermitteln, ob starkes Klopfen aufgetreten ist. Wenn KB ≦ SL₂, d. h. wenn kein starkes Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu den Schritten ST 43 bis ST 53 über, die identisch mit den Schritten ST 11 bis ST 16 nach den Fig. 20 (B) und 20 (C) sind. Eine detallierte Beschreibung dieser Schritte braucht daher nicht wiederholt zu werden.

Wenn andererseits K/B < SL₂, d. h. wenn starkes Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem Schritt 59 über, wo die CPU 36 die Verzögerung A wie folgt berechnet: A=α (K/B-SL₂). In der Gleichung bedeutet α eine konstante Zahl, die für jedes Maschinenmodell vorbestimmt ist oder eine Variable, die durch die Maschinenbetriebsbedingungen spezifiziert ist und die CPU 36 findet den Wert von α mit Hilfe der Tabellennachschlagtechnik auf der Basis des Maschinenmodells oder der Maschinenbetriebsbedingungen.

Danach geht die Routine zum Schritt ST 60 über, wo der Korrekturwert ADVFBK um die Verzögerung A (-A) verringert wird, um den Zündzeitpunkt um die Verzögerungs A zu verzögern. Dies bedeutet, daß in der vierten bevorzugten Ausführungsform die Verzögerung entsprechend der Heftigkeit des Klopfens vergrößert wird, d. h. sowie der K/B-Wert steigt, wie Fig. 24 zeigt.

Daher wird die Verzögerung für den augenblicklichen Klopfgrad optimiert und eine hochgenaue und schnelle Regelung kann erreicht werden.

Die Fig. 24 (A) und 25 (B) sind Verarbeitungsflußdiagramme zum Ermitteln von Klopfen und zum Ableiten der Korrektur des Zündzeitpunktes bei einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 25 (A) gezeigt, errechnet die CPU 36 den K/B-Wert in einem ersten Schritt ST 61 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben.

In dem nachfolgenden Schritt ST 62 bestimmt die CPU 36, ob KB < SL₁, d. h. ob Klopfen aufgetreten ist. Wenn KB ≦ SL₁, d. h. wenn kein Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine auf die Schritte ST 63 bis ST 72 über, die identisch mit den Schritten ST 12 bis ST 21 in den Fig. 20 (A) und 20 (B) sind.

Wenn andererseits KB, SL₁, d. h. wenn Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 73 über, wo die CPU 36 ermittelt, ob das Kennzeichen KFLG gleich "0" ist. Wenn das Kennzeichen KFLG gleich "0" ist, d. h. wenn dies das erste Auftreten von Klopfen ist, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 74 über, wo der vorhandene K/B-Wert in einer vorbestimmten Adresse des RAM 38 als ein K/B′- Wert gespeichert wird. In den nächsten Schritten ST 75 und ST 76 wird das Kennzeichen auf "1" gesetzt und der Zählerwert KCNT wird gelöscht und die Routine endet dann. Wenn das Kennzeichen KFLG nicht gleich "0" im Schritt ST 73 ist, d. h. wenn zuvor Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine auf einen Schritt ST 77 über, wo die CPU 36 ermittelt, ob der Zählerwert KCNT ≦ 14 ist. Es sei hier auf den Schritt ST 25 in Fig. 20 (B) Bezug genommen. Wenn KCNT < 14, dann geht die Routine zum Schritt ST 76 über und endet dann.

Wenn im Schritt ST 77 der Wert von KCNT < 14, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 78 über, wo die CPU 36 einen Wert K B₁ wie folgt berechnet:
KB₁= (K/B+K/B′) /2, so daß KB₁ der Mittelwert von den zwei letzten K/B-Werten ist. Im nachfolgenden Schritt ST 79 wird der neu abgeleitete KB₁-Wert mit dem Schwellenwerit SL₂ für starkes Klopfen verglichen.

Wenn KB₁ < SL₂, d. h. wenn starkes Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 80 über, wo die Verzögerung A wie folgt berechnet wird: A=α (KB₁-SL₂), worin α ein Wert wie oben in der vierten Ausführungsform beschrieben ist.

Danach geht die Routine zu einem Schritt ST 81 über, wo die Korrektur ADVFBK um die Verzögerung A (-A) vermindert wird, um den Zündzeitpunkt um A° zu verzögern. Das Programm endet dann über den Schritt ST 76.

Wenn andererseits KB₁ ≦ SL₂, d. h. wenn kein starkes Klopfen aufgetreten ist, dann geht die Routine zu einem Schritt ST 82 über, wo die Korrektur ADVFBK um 1 (-1) vermindert wird, um den Zündzeitpunkt um 1° zu verzögern.

Bei dieser Ausführungsform wird, wie bei den anderen, der Zündzeitpunkt um ein variables Ausmaß, das von der Klopfintensität abhängt, verzögert, wenn das Klopfen besonders stark ist. Der Mittelwertbildungprozeß am Schritt ST 78 hilft weiterhin, zu einem Fehlverhalten führende Wirkungen von "Geräusch" im K/B-Wert zu maskieren.

Claims (14)

1. Einrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer fremdgezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschine, enthaltend:

• a) einen Klopfsensor zum Ermitteln des Auftretens von Maschinenklopfen,
• b) einen Steuerkreis zum Beeinflussen des Zündzeitpunktes der Maschine in Abhängigkeit vom Auftreten von Maschinenklopfen, und
• c) eine Zündeinrichtung zum Zünden des in jedem Maschinenzylinder eingeführten Luft/Kraftstoff-Gemischs in Abhängigkeit von von dem Steuerkreis gelieferten Zeitsteuersignalen,

dadurch gekennzeichnet, daß
der Klopfsensor (13, 21, 31, 32, 33, 34) ein Drucksensor ist, der an einem Maschinenzylinder befestigt ist, um eine Druckänderung in dem Zylinder zu ermitteln und ein dieses anzeigende Signal zu erzeugen,
eine Schaltungsanordnung (31, 32, 33) vorgesehen ist, die auf die Schwingungsenergie bezogene Größen (K/B) erzeugt, die Integrationswerte gleichgerichteter, in einen spezifischen Frequenzbereich fallender, von dem Drucksensor abgegebener Signale (S 4) sind,
ein Kurbelwinkelsensor (13) vorgesehen ist, der die Stellungen der Kolben ermittelt und diese anzeigende Signale (S 2, S 3) erzeugt,
und daß der Steuerkreis (35) eine Größe K/B oder (K-B) als Maß für die Klopfintensität aus den Ausgangssignalen (S 4) des Klopfsensors (21) berechnet, wobei K sich auf Schwingungsenergie im Zylinderdruck bezieht, der während der Kolbenbewegung innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs herrscht, der einen vorgegebenen Bereich nach OT-Stellung des Kolbens umfaßt, und B sich auf die Schwingungsenergie im Zylinderdruck bezieht, der während der Kolbenbewegung innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs herrscht, der einen vorgegebenen Bereich vor OT-Stellung des Kolbens umfaßt,
und daß der Steuerkreis (35) den Zündzeitpunkt entsprechend dem Berechnungsergebnis für die Größe K/B bzw. (K-B) verzögert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) den Zündvoreilwinkel um einen Verzögerungswert verzögert, der in Übereinstimmung mit dem Berechnungsergebnis für die Größe K/B bzw. (K-B) variiert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert mit steigendem Verhältnis K/B steigt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert proportional K/B ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert schrittweise mit steigendem Verhältnis K/B steigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einstellung des Zündzeitpunktes zusätzlich andere gemessene Maschinenbetriebsbedingungen berücksichtigt werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) den Zündvoreilwinkel mit einer Häufigkeit verzögert, der von der Häufigkeit der Ermittlung des Auftretens von Klopfen bestimmt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bezugswertes (SL), eine Einrichtung (35 B) zum Vergleichen des Berechnungsergebnisses für K/B mit dem Bezugswert (SL) aufweist und den Zündvoreilwinkel um einen von zwei vorgegebenen Verzögerungswinkelwerten verzögert, wenn K/B den Bezugswert (SL) übersteigt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) den Verzögerungswert verkleinert, wenn das Vergleichsergebnis zeigt, daß K/B kleiner als der Bezugswert (SL) ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) den Zündvoreilwinkel mit einer Häufigkeit um den Verzögerungswinkelwert verzögert, die von der Häufigkeit des Auftretens von Klopfen bestimmt ist, wenn das Vergleichsbeispiel zeigt, daß K/B den Bezugswert (SL) nicht übersteigt.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) das Berechnungsergebnis für K/B zunächst mit einem ersten Bezugswert (SL₁) und dann mit einem zweiten Bezugswert (SL₂), der größer als der erste Bezugswert (SL₁) ist, vergleicht und eine Zündvoreilwinkelkorrektur entsprechend den Ergebnissen der beiden Vergleiche ausführt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) die Maschinendrehzahl aus den vom Kurbelwinkelsensor (13) gelieferten Signalen errechnet und wenigstens einen der beiden Bezugswerte (SL₁, SL₂) in Übereinstimmung mit der berechneten Maschinendrehzahl verstellt.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (35) den herrschenden Zündzeitpunkt um einen ersten vorbestimmten Winkelbetrag verzögert, wenn das Ergebnis der Berechnung K/B den zweiten Bezugswert (SL₂) übersteigt, und um einen zweiten vorbestimmten Winkelbetrag verzögert, wenn das Ergebnis der Berechnung für K/B den ersten Bezugswert (SL₁) übersteigt, aber gleich oder kleiner als der zweite Bezugswert ist (SL₁ < K/B SL₂), wobei der erste vorbestimmte Winkelwert größer als der zweite vorbestimmte Winkelwert ist.