DE4034411A1

DE4034411A1 - Klopferfassungseinrichtung und -verfahren fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4034411A1
Application number: DE4034411A
Authority: DE
Inventors: Toshio Iwata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1991-05-02
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: DE4034411C2; KR940000346B1; KR910008262A; US5140962A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Klopfen in einer Brennkraftmaschine. Klop fen ist eine Form von Maschinenschwingung, die aufgrund von inkorrekter Verbrennung in den Zylindern einer Maschine auftritt. Über längere Zeit auftretendes Klopfen kann die Maschine beschädigen, und daher sind viele Maschinen mit einer Klopferfassungseinrichtung ausgerüstet, die auf Klop fen zurückgehende Maschinenschwingungen erfaßt. Beim Er fassen von Klopfen wird ein Betriebsparameter der Maschine so verstellt, daß das Klopfen unterdrückt wird. Das am meisten angewandte Verfahren zur Klopfunterdrückung besteht in der Verzögerung des Zündzeitpunkts der Maschine auf einen Punkt, an dem kein Klopfen mehr auftritt.

Eine typische Klopferfassungseinrichtung umfaßt einen Klopfsensor in Form eines Beschleunigungssensors, der an der Maschine angeordnet ist und aufgrund von Maschinen schwingungen ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal des Klopfsensors wird verarbeitet unter Trennung von solchen Signalkomponenten, die auf Klopfen zurückgehen, von Signalkomponenten, die auf verschiedene mechanische Schwingungen und elektrisches Rauschen zurück gehen. Der Zündzeitpunkt der Maschine wird dann verzögert, bis die auf Klopfen basierenden Signalkomponenten nicht mehr erfaßt werden können.

Die Signalverarbeitung, der das Ausgangssignal des Klopf sensors unterzogen werden muß, ist kompliziert, so daß eine konventionelle Klopferfassungseinrichtung eine erhebliche Anzahl von einzelnen elektronischen Hardware-Bauelementen zur Durchführung der Signalverarbeitung verwendet. Die große Anzahl Bauelemente führt dazu, daß eine konventionel le Klopferfassungseinrichtung viel Platz benötigt, und die Herstellungskosten sind wegen des zur Montage der Bauteile erforderlichen Arbeitsaufwands hoch. Außerdem können die Charakteristiken der einzelnen Hardware-Bauelemente einer konventionellen Klopferfassungseinrichtung nicht ohne wei teres bzw. in einem weiten Bereich verstellt werden, so daß der Freiheitsgrad der Steuerung der Klopferfassungseinrich tung beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Klopferfassungseinrichtung und eines entsprechenden Ver fahrens für eine Brennkraftmaschine, wobei weniger Hard ware-Bauelemente als bei einer konventionellen Einrichtung benötigt werden und ein höherer Freiheitsgrad der Steuerung ermöglicht wird.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Klopferfas sungseinrichtung Klopfen auch dann präzise erfassen kann, wenn sich die Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine ändern.

Ferner ist es ein Vorteil der Erfindung, daß die Klopfer fassungseinrichtung Abweichungen der Geräuschpegel von massengefertigten Brennkraftmaschinen ausgleichen kann.

Eine Klopferfassungseinrichtung nach der Erfindung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine hat einen Klopfsensor, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das Schwingungen der Maschine entspricht. Eine Pegelanzeigeeinrichtung er zeugt ein Pegelsignal, das den Pegel des Ausgangssignals des Klopfsensors über eine vorbestimmte Zeitdauer bezeich net. Das Pegelsignal wird mit einem durch den Betriebsbe reich der Maschine bestimmten Schwellenwert verglichen. Wenn das Pegelsignal den Schwellenwert übersteigt, wird bestimmt, daß die Maschine klopft.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Schwel lenwert auf der Basis der Ausgangssignale einer Vielzahl von Sensoren bestimmt, die verschiedene Betriebszustände der Maschine erfassen. Bei einem bevorzugten Ausführungs beispiel umfassen diese Sensoren einen Sensor zur Erfassung der Maschinendrehzahl und einen Sensor zur Erfassung der Maschinenlast. Durch Vorgabe des Schwellenwerts nach Maß gabe einer Mehrzahl von Betriebszuständen kann der Schwel lenwert im Hinblick auf Änderungen des Maschinengeräusch pegels infolge von sich ändernden Betriebsbedingungen exakt eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Schwellenwert auf der Basis des Ausgangssignals wenigstens eines Sensors bestimmt, der einen Betriebszustand der Maschine erfaßt. Der Schwellenwert wird dann nach Maßgabe der Differenz zwischen dem wahren Geräuschpegel der Ma schine entsprechend einem Mittelwert des Pegelsignals und einem erwarteten Geräuschpegel, der durch den vom Sensor erfaßten Betriebszustand bestimmt ist, korrigiert. Der kor rigierte Schwellenwert wird dann mit dem Pegelsignal ver glichen, um das Vorliegen von Klopfen zu bestimmen.

Durch die Korrektur des Schwellenwerts können Abweichungen der Geräuschpegel von massengefertigten Brennkraftmaschinen ausgeglichen werden, und die Klopferfassung kann genauer durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs beispiels einer Klopferfassungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Impulsdiagramm, das das Ausgangssignal des Klopfsensors, das Taktsignal und das Höchst pegelsignal für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, das ein Beispiel für die Bezie hung zwischen der Maschinendrehzahl, der Ma schinenlast und dem Schwellenwert für die Klopfbestimmung zeigt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungs beispiels der Erfindung; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Betriebs des Ausführungs beispiels von Fig. 4.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Klopfer fassungseinrichtung. Dabei ist ein konventioneller Klopf sensor 1 zur Aufnahme von Maschinenschwingungen an einem geeigneten Teil einer nicht gezeigten Mehrzylinder-Brenn kraftmaschine befestigt. Es können zwar mehrere Klopfsen soren 1 zur Aufnahme von Schwingungen der einzelnen Maschi nenzylinder vorgesehen sein, der Einfachheit halber wird aber der Fall beschrieben, daß nur ein Klopfsensor 1 zur Aufnahme von Schwingungen sämtlicher Zylinder vorgesehen ist. Der Ort der Befestigung des Klopfsensors 1 hängt vom Aufbau der Maschine ab, aber es sollte sich um einen Ort handeln, an dem Maschinenschwingungen leicht aufnehmbar sind. Der Klopfsensor 1 ist ein Beschleunigungsmesser, z. B. mit einem Piezoelement, das im Schwingungszustand ein elektrisches Ausgangssignal einer Größe erzeugt, die der Stärke der Schwingungen entspricht. Der Impulszug (a) von Fig. 2 zeigt das Ausgangssignal A des Klopfsensors 1. Die Maschine erzeugt ständig Schwingungen, so daß auch ohne Auftreten von Klopfen das Ausgangssignal des Klopfsensors 1 Schwingungen mit kleiner Amplitude enthält, die auf normale mechanische Maschinenschwingungen (z. B. bewirkt durch das Öffnen und Schließen der Ventile) und elektrisches Rauschen zurückgehen. Wenn Klopfen auftritt, erhöht sich die Ampli tude des Ausgangssignals A jedoch stark. Klopfen wird durch die Verbrennung in den Maschinenzylindern erzeugt, so daß die Schwingungen großer Amplitude des Ausgangssignals A aufgrund von Klopfen allgemein dann auftreten, wenn der Kolben in einem Zylinder, in dem Klopfen auftritt, sich im Bereich von 10-60° nach dem oberen Totpunkt (OT) befindet.

Das Ausgangssignal A des Klopfsensors 1 wird einem Pegel sensor in Form eines Höchstpegelhalteglieds 2 zugeführt, das ein Höchstpegelsignal P erzeugt, das den Höchstpegel des Ausgangssignals A während einer vorbestimmten Periode bezeichnet, und dieses Signal P bis zum Rücksetzen hält. Die Kurve (c) von Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Ausgangs signals des Höchstpegelhalteglieds 2. Das Höchstpegelsignal P wird in einem Analog-Digital-Wandler 3 in ein Digitalsi gnal umgewandelt.

Ein Kurbelwinkelsensor 4 nimmt die Rotation eines Teils der Maschine (allgemein der Kurbel- oder der Nockenwelle) auf und erzeugt ein Kurbelwinkelsignal R, dessen Wert sich jedesmal ändert, wenn einer der Kolben der Maschine eine bestimmte Lage in bezug auf den OT hat. Das Kurbelwinkel signal R wird einem Taktsignalgeber 6 zugeführt, der ein Taktsignal T erzeugt, das das Höchstpegelhalteglied 2 bei einer vorbestimmten Kolbenlage rücksetzt. Die Kurve (b) zeigt ein Beispiel des Taktsignals T, das in Form von Im pulsen vorliegt, die jedesmal, wenn einer der Kolben der Maschine eine erste Lage hat (beispielsweise 75° vor OT), eine Anstiegsflanke haben und jedesmal, wenn einer der Kolben eine zweite Kolbenlage hat (z. B. 5° vor OT), eine Abfallflanke haben. Bei diesem Beispiel wird das Höchst pegelhalteglied 2 geöffnet, wenn das Taktsignal T einen niedrigen Wert hat, und gesperrt, wenn das Taktsignal T einen hohen Wert hat. Ferner wird das Höchstpegelhalteglied 2 bei jeder Anstiegsflanke des Taktsignals T rückgesetzt. Außerdem wird das Höchstpegelhalteglied 2 bei jeder An stiegsflanke des Taktsignals T rückgesetzt. Kurbelwinkel sensoren zur Erzeugung eines Ausgangssignals bei bestimmten Kurbelwinkeln sind dem Fachmann allgemein bekannt, und jeder geeignete Sensortyp kann verwendet werden.

Eine Vielzahl von Sensoren ist vorgesehen, um verschiedene Betriebszustände der Maschine aufzunehmen. Bei dem Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 1 umfassen diese Sensoren einen Kur belwinkelsensor 4 und einen Lastsensor 5. Der Lastsensor 5 nimmt einen Betriebszustand des Fahrzeugs auf, der die Ma schinenlast repräsentiert, und erzeugt ein Lastsignal L. Der Lastsensor 5 ist z. B. ein Halbleiter-Drucksensor, der den Unterdruck im Ansaugkrümmer der Maschine aufnimmt.

Die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 4 und des Last sensors 5 werden einem Betriebsbereichbestimmer 7 zuge führt, der einen Maschinenbetriebsbereich D auf der Basis der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast auswählt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Der Betriebs bereichbestimmer 7 umfaßt einen Drehzahlsensor, der die Maschinendrehzahl N aus dem Kurbelwinkelsignal R berech net. Ferner hat er einen internen Speicher, in dem die Be ziehung zwischen der Drehzahl N, der Maschinenlast L und den Maschinenbetriebsbereichen D in Form einer zweidimen sionalen Tabelle gespeichert ist. Nach der Berechnung der Drehzahl N greift der Betriebsbereichbestimmer 7 auf seinen internen Speicher zurück und liefert ein aus der Tabelle ausgewähltes Betriebsbereichssignal, das den Betriebsbe reich D bezeichnet.

Für jeden Betriebsbereich D der Maschine gibt es einen ent sprechenden Schwellenwert TH, der zur Klopfbestimmung dient. Der Schwellenwert TH für jeden Betriebsbereich D ist in einem ROM 8 gespeichert. Jedesmal, wenn der Betriebs bereichbestimmer 7 den Betriebsbereich D bestimmt, wird auf den ROM 8 zurückgegriffen, und ein Schwellenwertsignal wird erzeugt, das den dem Betriebsbereich D entsprechenden Schwellenwert TH bezeichnet.

Es besteht eine Übereinstimmung von Eins zu Eins zwischen den Betriebsbereichen D und den Schwellenwerten TH. Es ist daher möglich, den Zwischenschritt der Bestimmung des Be triebsbereichs D entfallen zu lassen und den Schwellenwert TH direkt aus der Drehzahl N und der Last L zu bestimmen. Beispielsweise können der Speicher im Betriebsbereichbe stimmer 7, in dem eine Beziehung zwischen der Maschinen drehzahl N, der Maschinenlast L und dem Betriebsbereich D gespeichert ist, und der ROM 8 zur Speicherung einer Be ziehung zwischen dem Betriebsbereich D und dem Schwellen wert TH durch einen einzigen Speicher ersetzt werden, in dem eine Beziehung zwischen der Drehzahl N, der Maschinen last L und dem Schwellenwert TH gespeichert ist.

Wegen der Eins-zu-Eins-Übereinstimmung zwischen den Be triebsbereichen D und den Schwellenwerten TH bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner ersichtlich, daß der Schwel lenwert TH tatsächlich eine Funktion einer Mehrzahl von Maschinenbetriebszuständen, d. h. der Maschinendrehzahl N und der Maschinenlast L, ist. Der Schwellenwert TH wird auf der Grundlage einer Mehrzahl von Maschinenbetriebszuständen bestimmt, weil der Geräuschpegel der Maschine mit einem einzigen Betriebszustand wie etwa der Maschinendrehzahl N nicht vollständig bestimmt werden kann. Das Maschinenge räusch nimmt zwar mit steigender Drehzahl N zu, aber auch bei Niedrigdrehzahl und geringer Maschinenlast L ist der Maschinengeräuschpegel hoch, und die Erfassung von Klopfen ist schwierig. Wenn daher der Schwellenwert TH nur eine Funktion der Maschinendrehzahl N wäre, hätte er bei Niedrigdrehzahl und geringer Last einen niedrigen Pegel. Aufgrund des hohen Geräuschpegels zu diesem Zeitpunkt könn te eine exakte Klopferfassung nicht durchgeführt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher die Beziehung zwi schen der Drehzahl N, der Last L, dem Betriebsbereich D und dem Schwellenwert TH derart, daß der Schwellenwert TH mit steigender Drehzahl N größer wird. Ferner wird der Schwel lenwert TH größer, wenn die Maschinenlast L bei konstanter Drehzahl N der Maschine abnimmt. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Drehzahl N, der Maschinen last L und dem Schwellenwert TH. Dabei sind L₁ und L₂ zwei verschiedene Lastpegel mit L₁<L₂. Infolgedessen ist auch bei niedriger Drehzahl N und geringer Last L der Schwellen wert TH mit einem ausreichend hohen Pegel vorgegeben, so daß der hohe Maschinengeräuschpegel unter diesen Betriebs bedingungen ein exaktes Erfassen von Klopfen nicht verhin dern kann.

Das Ausgangssignal des A-D-Wandlers 3 und das Schwellen wertsignal TH aus dem ROM 8 werden in einen Klopfbestimmer 9 eingegeben, in dem das Höchstpegelsignal P mit dem Schwellenwertsignal TH verglichen und ein Ausgangssignal C erzeugt wird, das anzeigt, ob Klopfen stattfindet. Der Klopfbestimmer 9 kann einen Vergleicher enthalten, der ein Ausgangssignal C erzeugt, dessen Wert sich ändert (z. B. zwischen einem H- und einem L-Pegel), wenn das Höchstpe gelsignal P das Schwellenwertsignal TH übersteigt. Alter nativ kann der Klopfbestimmer 9 einen Differenzverstärker enthalten, der ein Ausgangssignal C erzeugt, dessen Größe der Differenz zwischen dem Pegel des Höchstpegelsignals P und dem Pegel des Schwellenwertsignals TH proportional ist.

Das Ausgangssignal C des Klopfbestimmers 9 wird in einen Verzögerungswinkelrechner 10 eingegeben, der einen Verzö gerungswinkel RR berechnet und ein entsprechendes Aus gangssignal erzeugt, das einer Zündzeitpunktsteuerung 11 zugeführt wird. Der Verzögerungswinkel RR ist der Winkel, um den der Zündzeitpunkt der Maschine relativ zu einem Grundzündzeitpunkt, der der Zündzeitpunkt für den besten Wirkungsgrad bei Abwesenheit von Klopfen und unter den momentanen Maschinenbetriebsbedingungen ist, verzögert wird. Der Grundzündzeitpunkt wird von der Zündzeitpunkt steuerung 11 auf der Basis von verschiedenen Maschinenbe triebsparametern wie der Drehzahl gemäß dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 4 und der vom Lastsensor 5 aufge nommenen Maschinenlast berechnet. Algorithmen, die von der Zündzeitpunktsteuerung 11 zum Berechnen des Grundzündzeit punkts genützt werden können, sind wohlbekannt. Nach Be stimmung des Grundzündzeitpunkts berechnet die Zündzeit punktsteuerung 11 einen korrigierten Zündzeitpunkt unter Subtraktion des Verzögerungswinkels RR vom Grundzündzeit punkt. Dann wird der korrigierte Zündzeitpunkt zur Steue rung des Zeitpunkts genützt, zu dem die nicht gezeigten Zündkerzen der Maschine gezündet werden.

Der Verzögerungswinkelrechner 10 ändert den Verzögerungs winkel RR schrittweise. Wenn das Ausgangssignal des Klopfbestimmers 9 anzeigt, daß Klopfen stattfindet, ver größert der Verzögerungswinkelrechner 10 den Verzögerungs winkel RR schrittweise in vorgegebenen Intervallen. Wenn das Ausgangssignal C des Klopfbestimmers 9 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer einen Pegel annimmt, der anzeigt, daß kein Klopfen mehr auftritt, verkleinert der Verzögerungswinkelrechner 10 den Verzögerungswinkel RR wiederum schrittweise in Richtung Null. Durch das wieder holte Verstellen des Verzögerungswinkels RR wird die Maschine möglichst nahe dem Grundzündzeitpunkt für den besten Wirkungsgrad betrieben, ohne daß Klopfen auftritt.

Wenn der Klopfbestimmer 9 einen Differenzverstärker enthält und dessen Ausgangssignal C der Größe der Differenz zwi schen dem Höchstpegelsignal P und dem Schwellenwert TH pro portional ist, kann der Verzögerungswinkelrechner 10 den Verzögerungswinkel RR schrittweise proportional der Größe des Ausgangssignals C verstellen. Damit kann der Verzöge rungswinkelrechner 10 den Verzögerungswinkel RR schnell (in großen Schritten) ändern, wenn C einen hohen Pegel hat, und den Verzögerungswinkel RR langsamer (in kleineren Schritten) ändern, wenn C einen niedrigen Pegel hat.

Es ist möglich, daß die Elemente 6-11 der Fig. 1 diskrete elektronische Bauelemente sind, die in der gezeigten Weise miteinander verbunden sind. Bevorzugt umfassen diese Ele mente jedoch einen Mikrocomputer mit einer CPU, die die Funktionen der Elemente 6-11 mittels Software ausführt. Die meisten modernen Brennkraftmaschinen sind bereits mit einer elektronischen Steuereinheit ausgerüstet, die einen Mikro computer zur Steuerung des Zündzeitpunkts, des Kraftstoff einspritzzeitpunkts und weiterer Aspekte der Maschine auf weist. Ein bereits vorhandener Mikrocomputer für eine elek tronische Steuereinheit kann durch einfaches Ändern der von ihm ausgeführten Programme an die Durchführung der Funk tionen der Elemente 6-11 von Fig. 1 angepaßt werden.

Da die Elemente 6-11 einen Mikrocomputer umfassen können, kann die angegebene Klopferfassungseinrichtung unter An wendung einer sehr kleinen Anzahl von Hardware-Komponenten hergestellt werden. Infolgedessen sind die Kosten für Hard ware und Montage niedrig, und es kann eine kleine Einrich tung gebaut werden. Da ferner die Funktionen dieser Ele mente mittels Software durchführbar sind, können Änderungen hinsichtlich der Betriebsweise der Einrichtung ohne weite res vorgenommen werden, indem die vom Mikrocomputer ausge führte Software geändert wird, so daß viel Freiheit hin sichtlich der Steuerung durch die Einrichtung gegeben ist.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 hat nur zwei Sensoren zur Aufnahme von Maschinenbetriebszuständen. Es ist jedoch möglich, eine größere Anzahl Sensoren zu verwenden, und es können auch andere Sensortypen verwendet werden. Als einer der Vielzahl von Sensoren kann beispielsweise ein Tempera tursensor für die Kühlwassertemperatur der Maschine einge setzt werden. In diesem Fall wählt der Betriebsbereichbe stimmer 7 den Betriebsbereich D so aus, daß der Schwellen wert TH mit steigender Kühlwassertemperatur größer wird.

Wenn die Klopferfassungseinrichtung bei massengefertigten Brennkraftmaschinen verwendet wird, sind die im ROM 8 ge speicherten und zur Klopfbestimmung genützten Schwellen werte TH Werte, die empirisch bestimmt sind, um Klopfen in einer typischen Maschine genau erfassen zu können. Durch Herstellungstoleranzen bedingt sind jedoch keine zwei mas sengefertigten Maschinen gleich, so daß der Rauschpegel bei zwei verschiedenen Maschinen des gleichen Typs auch dann stark unterschiedlich sein kann, wenn die Maschinen unter identischen Bedingungen laufen. Ebenso sind keine zwei massengefertigten Klopfsensoren genau gleich, und die Aus gangscharakteristiken von zwei eigentlich identischen Sen soren können voneinander abweichen, obwohl die von jedem Sensor aufgenommenen Rauschpegel identisch sind.

Wegen solcher Abweichungen zwischen Maschinen und Klopf sensoren kann der für einen bestimmten Maschinenbetriebs bereich D vorbestimmte Schwellenwert zu hoch oder zu niedrig sein. Wenn er zu hoch ist, kann der Höchstpegel P den Schwellenwert TH auch bei Auftreten von Klopfen nicht überschreiten, so daß Klopfen nicht erfaßt und nicht unter drückt wird. Wenn dagegen der Schwellenwert TH zu niedrig ist, führen Schwankungen des Höchstpegelsignals P, die durch andere Quellen als Klopfen, etwa durch willkürliche mechanische Schwingungen, hervorgerufen sind, dazu, daß der Höchstpegel P den Schwellenwert TH häufig überschreitet, so daß der Klopfbestimmer 9 das Auftreten von Klopfen fest stellt, obwohl die Maschine tatsächlich normal läuft. In diesem Fall wird der Zündzeitpunkt unnötig verzögert, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert wird.

Dieses Problem wird beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 beseitigt. Dabei wird das Schwellenwertsignal TH im Hinblick auf den tatsächlichen Geräuschpegel einer Maschine bei Abwesenheit von Klopfen so korrigiert, daß ein korri gierter Schwellenwert TH* erhalten wird, und die Klopfbe stimmung erfolgt auf der Basis des korrigierten Schwellen werts TH*.

Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels gleicht demjenigen von Fig. 1, wobei gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen aufweisen. Zusätzlich zu den Elementen des Ausführungsbei spiels von Fig. 1 enthält dieses Ausführungsbeispiel wei tere Elemente 12-15. Ein Mittelwertbildner 12 mittelt das Höchstpegelsignal P vom Höchstpegelhalteglied 2 über eine bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen der Maschine und erzeugt ein Mittelwertsignal P*. Das Mittelwertsignal P* ist eine Anzeige für den Geräuschpegel der Maschine bei Abwesenheit von Klopfen. Ein dem ROM 8 von Fig. 1 entspre chender erster ROM 8 enthält eine Tabelle, die für jeden Betriebsbereich D der Maschine einen Schwellenwert TH liefert. Ein zweiter ROM 13 enthält eine Tabelle, die für jeden Betriebsbereich D einen Bezugsgeräuschpegel N′ ent hält. Der Bezugsgeräuschpegel N′ bezeichnet den erwarteten Geräuschpegel, d. h. den erwarteten Pegel des Höchstpegel signals P in einer typischen Maschine in einem gegebenen Betriebsbereich D. Für jeden Betriebsbereich D ist der im ersten ROM 8 gespeicherte entsprechende Schwellenwert TH der zur Klopferfassung geeignete Schwellenwert, wenn der Maschinengeräuschpegel gleich dem Bezugsgeräuschpegel N′ dieses Betriebsbereichs D ist.

In vorbestimmten Intervallen werden der Bezugsgeräuschpegel N′ aus dem zweiten ROM 13 und das Mittelwertsignal P* aus dem Mittelwertbildner 12 einem Dividierer 14 zugeführt, der das Mittelwertsignal P′ durch den Bezugsgeräuschpegel N′ dividiert und ein Ausgangssignal erzeugt, das den Wert des Verhältnisses K = P*/N′ bezeichnet. Das Ausgangssignal des Dividierers 14 und das Schwellenwertsignal TH aus dem ersten ROM 8 werden einem Multiplizierer 15 zugeführt, der einen korrigierten Schwellenwert TH* mit dem Wert TH* = K × TH errechnet. Das Ausgangssignal des Multipli zierers 15 (der korrigierte Schwellenwert TH*) wird dann einem Klopfbestimmer 9 zugeführt, der den korrigierten Schwellenwert TH* mit dem digitalisierten Wert des Höchst pegelsignals P von einem A-D-Wandler 3 vergleicht und ein Ausgangssignal C entsprechend dem Vergleichsergebnis erzeugt. Auf der Basis des Ausgangssignals C wird der Zünd zeitpunkt in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungs beispiel eingestellt.

Wenn das Mittelwertsignal P* gleich dem Bezugsgeräuschpegel N′ ist, hat K den Wert 1, und der korrigierte Schwellenwert TH* ist gleich dem Schwellenwert TH. Wenn das Mittelwert signal P* größer als der Bezugsgeräuschpegel N′ ist, heißt das, daß der Maschinengeräuschpegel höher als der für den momentanen Betriebsbereich D erwartete Geräuschpegel ist, so daß K größer als 1 und TH* größer als TH ist. Infolge dessen wird der Schwellenwert für die Klopfbestimmung erhöht, und eine fehlerhafte Klopferfassung durch den Klopfbestimmer 9 kann vermieden werden. Wenn andererseits das Mittelwertsignal P* kleiner als der Bezugsgeräuschpegel N′ ist, bedeutet das, daß der Maschinengeräuschpegel niedriger als der für den momentanen Betriebsbereich D erwartete Pegel ist, so daß K kleiner als 1 und TH* kleiner als TH ist. Infolgedessen wird der Schwellenwert für die Klopfbestimmung durch den Klopfbestimmer 9 gesenkt, und Klopfsignale können ungeachtet des niedrigen Pegels des Höchstpegelsignals P genau erfaßt werden.

Mikrocomputer, der die Funktionen dieser Elemente mit Hilfe eines Programms ausführt.

Das Flußdiagramm von Fig. 5 zeigt eine von dem Ausführungs beispiel nach Fig. 4 durchgeführte Methode zur Korrektur des Schwellenwerts TH. In Schritt S1 werden verschiedene im Programm verwendete Flags und Variablen initialisiert. Dann wird in Schritten S2 und S3 abgefragt, ob die Maschinen drehzahl und die Maschinenlast zur Durchführung der Klopf erfassung ausreichend hoch sind. Wenn die Drehzahl oder die Maschinenlast unter einer entsprechenden Untergrenze liegt, erfolgt ein Rücksprung. Wenn jeder dieser Parameter größer oder gleich der entsprechenden Untergrenze ist, errechnet in Schritt S4 der Mittelwertbildner 12 den momentanen Mit telwert P* des Höchstpegelsignals P. In Schritt S5 wird aus dem zweiten ROM 13 der Bezugsgeräuschpegel N′ ausgelesen, und in Schritt S6 wird im Dividierer 14 das Verhältnis K = P*/N′ berechnet. In Schritt S7 wird ein korrigierter Schwellenwert TH* im Multiplizierer 15 unter Anwendung der Gleichung TH* = K × TH berechnet, wonach ein Rücksprung durchgeführt wird.

Das Programm nach Fig. 5 kann beliebig oft wiederholt wer den. Es kann beispielsweise jedesmal bei der Erzeugung eines neuen Höchstpegelsignals P durchgeführt werden, was bei dem Beispiel von Fig. 4 jedesmal erfolgt, wenn ein Kolben der Maschine die erste Kolbenlage von 75° OT hat.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 verwendet eine Mehrzahl von Sensoren (einen Kurbelwinkelsensor 4 und einen Last sensor 5) zur Erfassung der Maschinenbetriebszustände. Es ist zwar möglich, den Betriebsbereich D der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals eines einzigen Sensors zu bestimmen, wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erläutert wurde, aber der Betriebsbereich D kann bei Verwendung von mehreren Sensoren genauer bestimmt werden.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 4 verwenden ein Höchstpegelhalteglied 2 zur Erzeugung eines Pegelsignals, das den Pegel des Ausgangssignals A des Klopfsensors 1 anzeigt, aber zu diesem Zweck kann auch ein anderes Element verwendet werden. Beispielsweise kann das Höchstpegelhalte glied 2 durch einen Integrierer ersetzt werden, der das Ausgangssignal des Klopfsensors 1 über eine vorgegebene Periode integriert und ein dem Integrationswert entspre chendes Pegelsignal erzeugt.

Wie oben gesagt, kann eine Klopferfassungseinrichtung gemäß der Erfindung mehr als einen einzigen Klopfsensor 1 auf weisen. Beispielsweise kann an jedem Zylinder der Maschine ein gesonderter Klopfsensor 1 vorgesehen sein. Wenn die Zylinder in Reihen unterteilt sind, kann alternativ jede Reihe einen gesonderten Klopfsensor 1 aufweisen.

Claims

1. Klopferfassungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
einen Klopfsensor (1), der ein Schwingungen einer Maschine entsprechendes elektrisches Ausgangssignal er zeugt;
eine Pegelanzeigeeinrichtung (2), die ein den Pegel des Ausgangssignals des Klopfsensors während einer vorgegebenen Periode bezeichnendes Pegelsignal erzeugt;
eine Mehrzahl von Sensoren (4, 5), die eine Mehrzahl von Betriebszuständen der Maschine aufnehmen;
eine Schwellenwertbestimmungseinrichtung (7, 8), die aufgrund der Ausgangssignale der Mehrzahl von Sensoren einen auf der Mehrzahl von Betriebszuständen basierenden Schwellenwert bestimmt; und
eine Vergleichseinrichtung (9), die das Pegelsignal mit dem Schwellenwert vergleicht und ein Klopfen bezeichnendes Signal erzeugt, wenn das Pegelsignal den Schwellenwert überschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren umfassen:
einen Drehzahlsensor (4), der die Maschinendrehzahl aufnimmt und ein diese bezeichnendes Signal erzeugt; und
einen Lastsensor (5), der ein die Maschinenlast bezeich nendes Signal erzeugt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertbestimmungseinrichtung eine erste Auswahleinheit zur Auswahl eines Maschinenbetriebsbereichs auf der Basis der Mehrzahl von Betriebsbedingungen und eine zweite Auswahleinheit (8) zur Auswahl eines dem ausgewähl ten Betriebsbereich entsprechenden Schwellenwerts umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Auswahleinrichtung (7) Mittel zum Berech nen der Maschinendrehzahl auf der Basis des Ausgangssignals des Drehzahlsensors und einen ersten Speicher aufweist, in dem eine Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, der Maschinenlast und dem Maschinenbetriebsbereich gespeichert ist; und
daß die zweite Auswahleinrichtung einen Speicher (8) umfaßt, in dem eine Beziehung zwischen dem Maschinenbe triebsbereich und dem Schwellenwert gespeichert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertbestimmungseinrichtung Mittel auf weist, um den Schwellenwert bei zunehmender Maschinendreh zahl und konstanter Maschinenlast zu erhöhen bzw. den Schwellenwert bei abnehmender Maschinenlast und konstanter Maschinendrehzahl zu erhöhen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Einheit (12) zur Erzeugung eines Geräuschpegelsi gnals, das auf der Basis des Pegelsignals den Geräuschpegel der Maschine anzeigt; und
eine Schwellenwertkorrektureinheit, die einen erwarteten Maschinengeräuschpegel bestimmt und den Schwellenwert kor rigiert, wenn der durch das Geräuschpegelsignal bezeichnete Geräuschpegel von dem erwarteten Maschinengeräuschpegel verschieden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertkorrektureinheit ein Element (15) zur Multiplikation des Schwellenwerts von der Schwellen wertbestimmungseinheit mit dem Verhältnis des vom Geräusch pegelsignal bezeichneten Geräuschpegels zum erwarteten Maschinengeräuschpegel aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Erzeugung eines Geräuschpegelsignals einen Mittelwertbildner (12) aufweist, der das Pegelsignal von der Pegelanzeigeeinrichtung (2) über eine vorbestimmte Periode mittelt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelanzeigeeinrichtung ein Höchstpegelhalte glied (2) aufweist, das ein Pegelsignal erzeugt, das den Höchstpegel des Ausgangssignals des Klopfsensors (1) über eine vorbestimmte Periode bezeichnet.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelanzeigeeinrichtung einen Integrierer auf weist, der das Ausgangssignal des Klopfsensors über eine vorbestimmte Periode integriert und ein den Integrations wert bezeichnendes Pegelsignal erzeugt.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit (10) zum Verzögern des Zündzeitpunkts der Maschine, wenn das Signal vom Vergleicher das Vorhandensein von Klopfen bezeichnet.

12. Klopferfassungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
einen Klopfsensor (1), der ein Schwingungen einer Ma schine entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt;
eine Pegelanzeigeeinrichtung (2), die ein den Pegel des Ausgangssignals des Klopfsensors während einer vorbe stimmten Periode bezeichnendes Pegelsignal erzeugt;
eine Mehrzahl von Sensoren (4, 5), die jeweils einen Betriebszustand der Maschine aufnehmen;
eine Schwellenwertbestimmungseinheit (7, 8), die auf grund der Ausgangssignale der Mehrzahl von Sensoren einen auf dem Betriebszustand basierenden Schwellenwert bestimmt;
eine Einheit (12) zur Erzeugung eines Geräuschpegelsi gnals, das auf der Basis des Pegelsignals ein den Geräusch pegel der Maschine bezeichnendes Geräuschpegelsignal erzeugt;
eine Einheit zur Bestimmung eines erwarteten Maschinen geräuschpegels auf der Basis des Maschinenbetriebszustands;
eine Einheit zur Korrektur des Schwellenwerts und zum Berechnen eines korrigierten Schwellenwerts, wenn der durch das Geräuschpegelsignal bezeichnete Geräuschpegel von dem erwarteten Maschinengeräuschpegel verschieden ist; und
einen Vergleicher (9), der das Pegelsignal und den kor rigierten Schwellenwert miteinander vergleicht und ein Klopfen bezeichnendes Signal erzeugt, wenn das Pegelsignal den korrigierten Schwellenwert übersteigt.

3. Klopferfassungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Erfassen von Schwingungen der Maschine mit einem Klopf sensor und Erzeugen eines die erfaßten Schwingungen be zeichnenden Ausgangssignals;
Erzeugen eines Pegelsignals, das den Pegel des Ausgangs signals des Klopfsensors über eine vorbestimmte Periode bezeichnet;
Berechnen eines Schwellenwerts auf der Basis einer Mehr zahl von Maschinenbetriebsbedingungen; und
Vergleichen des Pegelsignals mit dem Schwellenwert und Feststellen von Klopfen der Maschine, wenn das Pegelsignal den Schwellenwert übersteigt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenbetriebsbedingungen die Maschinendreh zahl und die Maschinenlast umfassen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsschritt umfaßt: Erhöhen des Schwel lenwerts bei zunehmender Maschinendrehzahl und konstanter Maschinenlast bzw. Erhöhen des Schwellenwerts bei abneh mender Maschinenlast und konstanter Maschinendrehzahl.

16. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte:
Bestimmen eines erwarteten Geräuschpegels auf der Basis der Maschinenbetriebsbedingungen;
Bestimmen eines tatsächlichen Maschinengeräuschpegels auf der Basis des Pegelsignals; und
Korrigieren des Schwellenwerts, wenn der erwartete Geräuschpegel von dem tatsächlichen Maschinengeräuschpegel verschieden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des Schwellenwerts dieser mit dem Verhältnis des eigentlichen Maschinengeräuschpegels zum erwarteten Geräuschpegel multipliziert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des eigentlichen Maschinengeräusch pegels die Bildung eines Mittelwerts des Pegelsignals über eine vorgegebene Periode umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verzögern des Zündzeitpunkts der Maschine bei Festellung von Klopfen der Maschine.