DE4124751A1 - Zuendzeitpunktregelvorrichtung mit einem klopfen-sensor fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Zum Hintergrund der Erfindung: Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Zündzeitpunktregelvorrichtung zur Erfassung einer Anormalität in einem Klopfen-Sensor, der als Beschleunigungssensor ausgebildet ist.

Im allgemeinen ist es erwünscht, den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine derart einzustellen, daß der Betriebswirkungsgrad der Brennkraftmaschine maximiert wird. Somit ist es allgemeine Praxis, den Zündzeitpunkt so nahe wie möglich zu einem maximalen Frühzündungswinkel oder einer Position innerhalb eines zulässigen Bereichs einzustellen, bei dem kein Klopfen in der Brennkraftmaschine auftritt. Diesbezüglich sind jedoch die meisten bekannten Zündzeitpunktregelvorrichtungen mechanischer Bauart und haben im allgemeinen ein ungleichmäßiges und instabiles Frühzündungsverhalten, bedingt hauptsächlich durch vergleichsweise bedeutsame Fertigungsschwankungen und allmähliche, im Verlauf der Zeit erfolgende Qualitätsänderungen. Um daher ein mögliches Klopfen in der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist eine Tendenz vorhanden, daß der Zündzeitpunkt tatsächlich an einem Punkt eingestellt wird, der beträchtlich gegenüber der am meisten erwünschten Frühzündungsposition verzögert ist.

In diesem Falle wird jedoch der Betriebswirkungsgrad der Brennkraftmaschine verringert. Darüber hinaus ist noch die Wahrscheinlichkeit eines Klopfens der Brennkraftmaschine vorhanden, selbst falls der Zündzeitpunkt so eingestellt ist, daß in einem gewissen Betriebszustand der Brennkraftmaschine kein Klopfen auftritt, durch Verwendung einer Zündzeitpunktregelvorrichtung, die genau mit gleichmäßiger Qualität gefertigt und gegenüber zeitabhängigen Änderungen höchst beständig ist, weil die Frage, ob ein Klopfen erfolgt oder nicht erfolgt, von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise der Temperatur und Feuchtigkeit der Ansaugluft, des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines Gemisches und dergleichen.

Jedoch kann eine derartige Wahrscheinlichkeit eliminiert werden, indem das Klopfen in einer Brennkraftmaschine erfaßt und der Zündzeitpunkt bei Erfassung eines Klopfens in Richtung einer Spätzündung entsprechend geregelt wird. Entsprechend dieser Zündzeitpunktregelung wird es möglich, den Zündzeitpunkt ordnungsgemäß zu regeln, um ein Klopfen zu verhindern, selbst wenn Schwankungen im Zündzeitpunkt Vorverlegungsverhalten der Zündzeitpunktregelvorrichtung vorhanden sind, bedingt durch mechanische Schwankungen zwischen diesen oder durch Änderungen im Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Zu diesem Zweck wird ein Bezugszündzeitpunkt, bei dem die Zündung gewöhnlich stattfindet, wenn kein Klopfen vorhanden ist, auf einen Punkt nahe an einer maximalen Frühzündungsposition eingestellt, und falls ein Klopfen erfolgt, wird der Zündzeitpunkt entsprechend verzögert, um einen optimalen Zündzeitpunkt zur Verhinderung des Klopfens zu ergeben.

Selbst bei dieser Bauart einer Zündzeitpunktregelvorrichtung tritt eine Schwierigkeit auf, wenn ein Klopfen-Sensorsystem anormal oder fehlerhaft wird. Entwickelt sich insbesondere eine Anormalität im Klopfen-Sensorsystem, so können keine Daten bezüglich des Klopfens erhalten werden, so daß es unmöglich wird, eine genaue Zündzeitpunktsverzögerungsregelung zum Unterdrücken des Klopfens durchzuführen, falls die Brennkraftmaschine klopft. Infolgedessen ist die Brennkraftmaschine ernsthaften Schwingungen als Folge des Klopfens ausgesetzt, die beträchtlichen Schaden an der Brennkraftmaschine verursachen könnten.

Um einer derartigen Schwierigkeit zu begegnen, ist es erwünscht, falls eine Anormalität im Klopfen-Sensorsystem auftritt, den Zündzeitpunkt im Sinne einer Zündzeitpunktsverzögerung zu regeln, um das Auftreten eines Klopfens zu verhindern, oder den Betreiber der Brennkraftmaschine bezüglich einer derartigen Anormalität zu warnen.

Die Erfindung ist darauf abgestellt, die vorausgehend beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden, die bei der bekannten Zündzeitpunktregelvorrichtung auftreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine Anormalität oder einen Fehler in einem Klopfen-Sensorsystem genau erfassen kann.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die den Zündzeitpunkt entsprechend regeln kann, um jegliches mögliche Klopfen zu verhindern, selbst wenn eine Anormalität im Klopfen-Sensorsystem vorliegt.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabenstellungen wird erfindungsgemäß eine Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die gekennzeichnet ist durch: einen ersten Schalter zur Steuerung der Leistungszufuhr an eine Zündspule; einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Zündsignals synchron mit dem Umlauf der Maschine, um den Schalter zu öffnen und zu schließen; einen mit Resonanz arbeitenden Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Schwingungsbeschleunigung der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals; einen Regler zur Betätigung des ersten Schalters abhängig vom Ausgangssignal des Beschleunigungssensors, so daß die Maschine mittels der Zündspule ordnungsgemäß gezündet wird; eine kapazitive Last, deren eines Ende über einen zweiten Schalter mit der Ausgangsseite des Beschleunigungssensors verbunden ist und deren anderes Ende an Masse liegt; eine Anormalität- Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Anormalität in einem Klopfen-Sensorsystem, das den Beschleunigungssensor und den Regler enthält, auf der Grundlage einer Änderung im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors in Abhängigkeit vom Schließen des zweiten Schalters, so daß der Regler den ersten Schalter abhängig vom Ausgangssignal aus der Anormalität-Erfassungsvorrichtung in solcher Weise betätigt, daß er den Zündzeitpunkt der Maschine von einem vorgegebenen Ausmaß gegenüber einem normalen Zündzeitpunkt verzögert, bei dem die Zündung erfolgt, wenn von der Anormalität-Erfassungsvorrichtung kein Ausgangssignal vorliegt.

Vorzugsweise ist der Regler dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt: einen Pufferverstärker mit einer Eingangsseite, die an den Beschleunigungssensor angeschlossen ist; eine analoge Torschaltung zum Durchtritt des Ausgangssignals vom Pufferverstärker im geöffneten Zustand und Unterbrechung desselben im geschlossenen Zustand; eine Torsteuerung zur Steuerung der Öffnung und des Schließens der analogen Torschaltung in solcher Weise, daß die analoge Torschaltung für eine vorgegebene Zeitspanne ausgehend von jeder Zündung der Maschine geschlossen wird; einen Rauschpegelsensor zur Erfassung der Rauschpegelkomponenten, die im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors enthalten sind und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals; einen Komparator zum Vergleich des Ausgangssignals aus der analogen Torschaltung mit dem Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor und Erzeugung eines Ausgangssignals, falls das Ausgangssignal aus der analogen Torschaltung höher als das Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor ist; einen Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals aus dem Komparator und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals; einen Wellenformer zur Bildung der Wellenform des Ausgangssignals aus dem Signalgenerator in eine zum Steuern des ersten Schalters geeignete Form; und einen Phasenschieber zur Verschiebung der Winkelphase des Ausgangssignals des Wellenformers, abhängig vom Ausgangssignal aus dem Integrator unter Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals für den ersten Schalter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anormalität-Erfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: einen zweiten Komparator zum Vergleich des Ausgangssignals aus dem Rauschpegelsensor mit einer Bezugsspannung und Erzeugung eines Ausgangssignals, falls das Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor größer als die Bezugsspannung ist; und einen dritten Schalter, der zwischen dem zweiten Komparator und dem Integrator derart angeschlossen ist, daß er zum Durchtritt eines Ausgangssignals vom zweiten Komparator zum Integrator geschlossen ist und das Ausgangssignal des Integrators auf einem konstanten Wert hält, wenn der zweite Komparator ein Ausgangssignal erzeugt. Bei einer Ausführungsform ist die Bezugsspannung konstant, bei einer anderen Ausführungsform ändert sich die Bezugsspannung entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine.

Die vorstehenden und weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der allgemeinen Anordnung einer erfindungsgemäßen Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2a bis 2h Wellenformdarstellungen, die die Wellenformen von Signalen an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung der Fig. 1 angeben, wenn in der Brennkraftmaschine kein Klopfen vorliegt;

Fig. 3a bis 3h Wellenformdarstellungen, die die Wellenformen von Signalen an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung nach Fig. 1 angeben, wenn die Brennkraftmaschine klopft,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Kennlinie eines Klopfsensors (d. h. der Beziehung zwischen der Sensorausgangsspannung und der Frequenz der Schwingungen der Brennkraftmaschine) nach Fig. 1, wobei die Kapazität eines mit dem Klopfen-Sensor verbundenen Kondensators verändert wird,

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer weiteren Kennlinie des Klopfen-Sensors (d. h. der Beziehung zwischen der Sensorausgangsspannung und der Drehzahl (rpm) der Brennkraftmaschine) der Fig. 1, wobei die Kapazität des mit dem Klopfen-Sensor verbundenen Kondensators geändert wird,

Fig. 6a eine erläuternde Darstellung, die zeigt, daß keine Unterbrechung der Verdrahtung zwischen dem Klopfen-Sensor und dem Kondensator vorhanden ist,

Fig. 6b eine erläuternde Darstellung, die zeigt, daß eine Unterbrechung der Verdrahtung zwischen dem Klopfen-Sensor und dem Kondensator vorliegt,

Fig. 6c eine graphische Darstellung, die eine konstante Bezugspannung und den Hintergrundpegelausgang eines Rauschpegelsensors nach Fig. 1 zeigt, wenn ein Klopfen-Erfassungssystem jeweils normal und anormal ist.

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer abgeänderten Ausführung eines erfindungsgemäßen Anormalität-Erfassungssystems,

Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Bezugspannung, die in einem Speicher für eine Bezugspannungskarte gemäß Fig. 7 gespeichert ist, sowie modifizierte Bezugspannungen, die durch einen Bezugspannungsmodifizierer gemäß Fig. 7 berechnet wurden, und

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die den Schaltvorgang eines Schalters der Anormalität-Erfassungsvorrichtung unter Bezug auf die Last der Brennkraftmaschine angibt.

In den Zeichnungen werden gleiche oder einander entsprechende Teile durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Einige bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Es wird auf die Zeichnungen und zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine erfindungsgemäß aufgebaute Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die gezeigte Vorrichtung enthält einen Klopfen-Sensor, der als Beschleunigungssensor ausgebildet und an einer Brennkraftmaschine zur Erfassung des Klopfens als Schwingungsbeschleunigung der Maschine befestigt ist, einen Pufferverstärker 2, eine analoge Torschaltung 3 zur Entfernung eines Rauschens aus dem Ausgangssignal des Pufferverstärkers 2, das die Erfassung des Klopfens behindert, eine Torschaltungssteuerung 4 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der analogen Torschaltung 3, abhängig von einem Auftreten eines störenden oder behindernden Rauschens, einen Rauschpegelsensor 5 zur Erfassung des Rauschpegels als Folge von mechanischen Schwingungen der Brennkraftmaschine, die sich vom Klopfen unterscheiden und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals, einen Komparator 6 zur Bildung eines Vergleichs zwischen der Ausgangsspannung der analogen Torschaltung 3 und der Ausgangsspannung des Rauschpegelsensors 5 und Erzeugung eines Ausgangssignals in Gestalt von Klopfen-Impulsen, falls die erste Spannung größer als die letztere ist, einen Integrator 7 zum Integrieren der Ausgangsimpulse aus dem Komparator 6 und Erzeugung eines Ausgangs in Form einer integrierten Spannung, die proportional der Intensität oder Größe des Klopfens ist, einen Phasenschieber 8 zur Verschiebung der Winkelphase eines Bezugszündsignals, das durch einen Signalgenerator 9 bei vorgegebenen Kurbelwinkeln einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchron mit deren Drehung erzeugt wird, einen Wellenformer 10, der zwischen dem Phasenschieber 8 und dem Signalgenerator 9 liegt, um die Wellenform des Ausgangssignals des Signalgenerators 9 in eine brauchbare Form zu bringen, und einen Schalter 11 zur Steuerung der Stromversorgung zur Zündspule 12 abhängig vom Ausgangssignal aus dem Phasenschieber 8. Der Klopfer-Sensor 1 dieser Ausführungsform ist als mit Resonanz arbeitender Beschleunigungssensor ausgebildet, der ein piezoelektrisches Element verwendet, das selektiv eine spezifische Frequenzkomponente unter den Schwingungen der Brennkraftmaschine abgibt.

Eine kapazitive Last 21 in Form eines Kondensators ist mit einem Ende über einen Schalter 22 mit der Ausgangsseite des Beschleunigungssensors 1 verbunden und sein anderes Ende ist an Masse angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30 zur Erfassung einer Anormalität in einem Klopfen-Sensorsystem, das die Elemente 1 bis 6 umfaßt. Die Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30 enthält einen Komparator 23 mit einer ersten Eingangsklemme, die an die Ausgangsseite des Rauschpegelsensors 5 angeschlossen ist, eine zweite Eingangsklemme, die an eine Bezugsspannungsquelle 24 angeschlossen ist, und eine Ausgangsklemme, die über einen Schalter 25 mit der Eingangseite des Integrators 7 verbunden ist. Der Komparator 23 vergleicht den Ausgang des Rauschpegelsensors 5 mit der von der Bezugspannungsquelle 24 gelieferten Bezugspannung und erzeugt einen Ausgang mit Betriebspegel, um den Schalter 25 abzuschalten, falls die Ausgangsspannung des Rauschpegelsensors 5 größer als die Bezugspannung ist. Im anderen Falle erzeugt der Komparator 23 einen Ausgang mit Hochpegel, um den Schalter 25 einzuschalten.

Die Betriebsweise dieser Ausführungsform wird nunmehr nachstehend detailliert beschrieben. Zuerst erzeugt der Signalgenerator 9 synchron zur Drehung der nicht-dargestellten Kurbelwelle ein Umlaufsignal der Brennkraftmaschine in Form eines Zündsignals, abhängig von einer vorgegebenen Zündzeitpunktkennlinie der Brennkraftmaschine. Das Signal aus dem Signalgenerator 9 ist eine vom Wellenformer 10 gebildete Wellenform, um einen Steuerimpuls zu ergeben, der über den Phasenschieber 8 dem Schalter 11 zugeführt wird, so daß dieser mit einem vorgegebenen Timing ein- und ausgeschaltet wird, um die Stromzufuhr zur Zündspule 12 zu steuern, womit der Zündzeitpunkt der mit dieser verbundenen (nicht dargestellten) Zündkerzen für die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert wird. Schwingungen der Brennkraftmaschine, die während ihres Betriebs auftreten, werden durch den Schwingungs-Beschleunigungssensor 1 erfaßt.

Tritt in der Brennkraftmaschine kein Klopfen auf, so werden keine Schwingungen der Maschine durch Klopfen veranlaßt, aber in diesem Falle enthält das Ausgangssignal des Beschleunigungssensor 1 im allgemeinen ein Rauschen, das eine mechanische Rauschkomponente enthält, die sich aus den mechanischen Schwingungen der Maschine als Folge äußerer, auf sie einwirkender Kräfte ergeben, sowie eine Zündungsrauschkomponete, die aus einem elektrischen Rauschen resultiert, das während der Zündungen der Maschine auftritt. Unter diesen Rauschkomponenten wird die mechanische Rauschkomponente im Beschleunigungssensorausgang durch den Pufferverstärker 2 in einen beträchtlichen Umfang gemäß Fig. 2b unterdrückt oder beseitigt, jedoch ist die Zündungsrauschkomponente sehr stark und kann häufig durch den Pufferverstärker 2 nicht ausreichend verstärkt werden, so daß sie als Klopfen-Signal fehlinterpretiert werden kann. Um dies zu vermeiden, wird mittels eines Ausgangssignals aus der Torschaltungsteuerung 4 gemäß Fig. 2c, das durch einen Ausgang des Phasenschiebers 8 getriggert wird, die analoge Torschaltung 3 während einer vorgegebenen Zeitspanne ausgehend von jedem Zündzeitpunkt geschlossen, um dadurch jegliche Zündungsrauschkomponente zu unterbrechen oder zu beseitigen, die sonst im Ausgangssignal des Pufferverstärkers 2 enthalten wäre. Infolgedessen verbleibt lediglich eine mechanische Rauschkomponente mit einem Niedrigpegel im Ausgangssignal der analogen Torschaltung 3, was klar durch m in Fig. 2d angegeben ist. Andererseits hat der Rauschpegelsensor 5 ein Betriebsverhalten, wonach er lediglich auf eine allmähliche Änderung im Scheitelwert des Ausgangssignals der analogen Torschaltung 3 als Folge eines normalen mechanischen Rauschens ansprechen kann, und er erzeugt eine Gleichspannung s, die geringfügig größer als der Scheitelwert der mechanischen Rauschkomonente m ist, wie aus Fig. 2d hervorgeht. Entsprechend ist das Ausgangssignal s des Rauschpegelsensors 5 größer als ein üblicher oder durchschnittlicher Scheitelwert des Ausgangssignals der analogen Torschaltung 3, wie aus Fig. 2b hervorgeht, so daß der Komparator 6 kein Ausgangssignal oder ein Ausgangssignal mit Niedrigpegel erzeugt, wie in Fig. 2e angegeben ist. Auf diese Weise werden alle Rauschkomponenten im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 beseitigt. Entsprechend bleibt die Ausgangspannung des Integrators 7 gemäß Fig. 2f Null, und es ist keine Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal (siehe Fig. 2g) und dem Ausgangssignal (siehe Fig. 2h) des Fersenschiebers 8 vorhanden, so daß der Schalter 11 betätigt wird, um sich mittels des Ausgangssignals des Phasenschiebers 8 zu öffnen und zu schließen, das das gleiche ist, wie das Ausgangssignal des Wellenformers 10. Somit wird die Stromzufuhr zur Zündspule 12 mittels des Schalters 11 auf der Grundlage des Ausgangssignals des Signalgenerators 9 gesteuert, mit dem Ergebnis, daß die durch die Zündspule 12 bedingten Zündungen im vorgeschriebenen Bezugszündzeitpunkten veranlaßt werden, die durch das Ausgangssignal oder Zündsignal des Signalgenerators 9 bestimmt werden.

Entsteht hingegen ein Klopfen in der Maschine, so enthält das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 eine Klopfen-Komponente oder einen Impuls zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeitspanne später als ein Zündzeitpunkt ist, wie aus den Fig. 3a bis 3b hervorgeht, so daß die Ausgangssignale des Pufferverstärkers 2 und der analogen Torschaltung 3 eine mechanische Rauschkomponente m enthalten, die durch eine Klopfen-Komponente n überlagert ist, wie aus Fig. 3d hervorgeht. Da dabei die Klopfen-Komponente n im Ausgangssignal der analogen Torschaltung 3 steil ansteigt, spricht die Ausgangsspannung des Rauschpegelsensors 5 mit einer gewissen Verzögerung auf die Klopfen-Komponente n an. Infolgedessen enthält das Ausgangssignal des Rauschpegelsensors 5, das der zweiten Eingangsklemme des Komparators 6 zugeführt wird, eine Gleichstromdurchschnittskomponente s, während das Ausgangsignal der analogen Torschaltung 3, das der ersten Eingangsklemme des Komparators 6 zugeführt wird, eine mechanische Rauschkomponente m mit Niedrigpegel enthält, die von einer Rauschen-Komponente n überlagert ist, die größer als die Gleichstromkomponente s ist, wie aus Fig. 3d hervorgeht. Entsprechend erzeugt der Komparator 6 ein Ausgangssignal mit Hochpegel solange wie die Rauschen-Komponente n höher als die Gleichstromkomponente s ist, wie aus Fig. 3e hervorgeht. Der Integrator 7 integriert das Ausgangssignal des Komparators 6, um gemäß Fig. 3f eine integrierte Spannung zu erzeugen. Abhängig von der Ausgangsspannung des Integrators 7 verschiebt der Phasenschieber 8 die Winkelphase des Ausgangssignals des Wellenformers 10 im Sinne einer Verzögerung, wie aus Fig. 3g hervorgeht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das um einen Winkel proportional der Integratorausgangspannung gegenüber dem Bezugszündsignal des Wellenformers 10 verzögert ist. Infolgedessen wird der Schalter 11 gesteuert, um in verzögerter Weise gegenüber dem Bezugszündsignal zu öffnen und zu schließen, wie aus Fig. 3h hervorgeht, womit der Zündzeitpunkt zwecks Unterdrückung des Klopfens ordnungsgemäß verzögert wird.

Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt optimal entsprechend einer normalen Zündzeitpunktregelweise gemäß den Fig. 2a bis 2h gesteuert, um eine normale Zündung durchzuführen, wenn kein Klopfen vorliegt, und mit einer verzögerten Zündzeitpunkt-Regelweise gemäß Fig. 3a bis Fig. 3h zur Unterdrückung des Klopfens, wenn bei der Maschine ein Klopfen auftritt.

Als nächstes werden die Betriebsweisen des Beschleunigungssensors 1, des Kondensators 21 und der Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30 nachstehend beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß verwendeten Klopfen-Sensors 1 ist ein mit Resonanz arbeitender Beschleunigungssensor, der eine kreisförmige Platte aufweist, die an ihrem Aussenumfang fest an einen Maschinenblock montiert ist. Diese Bauart eines Beschleunigungssensors erzeugt ein Ausgangssignal, das sich wenig ändert, selbst wenn ein Kondensator an die Ausgangsseite des Sensors angeschlossen ist.

Fig. 4 zeigt die Ausgangsspannung des mit Resonanz arbeitenden Beschleunigungssensors bezüglich der Frequenz von Schwingungen, die durch Beschleunigungen verursacht werden, wobei ein Kondensator in Gestalt eines abgeschirmten Drahts an die Ausgangsseite des Sensors angeschlossen ist. Der Draht hat eine Kapazität von 300 pF/m, und die Länge des Drahtes wird zwischen 1 m und 5 m verändert. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Ausgangsspannung des Beschleunigungssensors im wesentlichen konstant, selbst wenn sich die Kapazität des mit der Ausgangsseite des Sensors verbundenen Kondensators ändert.

Fig. 5 zeigt die Ausgangsspannung des mit Resonanz arbeitenden Beschleunigungssensors, unabhängig von der Anzahl von Umdrehungen je Minute der Maschine, wobei die Kapazität des mit der Ausgangsseite des Sensors verbundenen Kondensators in gleicher Weise wie in Fig. 4 verändert wird. Auch in diesem Falle ist die Ausgangsspannung des Beschleunigungssensors im wesentlichen konstant, selbst bei einer großen Änderung der Kapazität des Kondensators.

Gem. Fig. 1 ist der Kondensator 21 über den Schalter 22 mit der Ausgangsseite des Beschleunigungssensors 1 verbunden, zwecks Feststellung, ob der Beschleunigungssensor 1 normal oder anormal ist, jedoch ist in diesem Falle keine merkliche Änderung im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 vorhanden, das wie vorstehend angegeben dem Pufferverstärker 2 zugeführt wird.

Es sei zunächst der Fall betrachtet, bei dem das Klopfen-Sensorsystem gemäß Fig. 6a normal arbeitet. In diesem Falle bleibt, da keine wesentliche Änderung im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 vorhanden ist, die durch den an der Ausgangsseite desselben verbundenen Kondensators 21 verursacht wird, der Ausgang des Rauschpegelsensors 5, der eine Bezugsvergleichsspannung darstellt (die anschließend als Hintergrundpegel bezeichnet wird), die der zweiten Eingangsklemme des Komparators 6 zugeführt wird, beim Einschalten des Schalters 22 im wesentlichen unverändert. Darüber hinaus ist der Hintergrundpegelausgang des Rauschpegelsensors 5, der ebenfalls der ersten Eingangsklemme des Komparators 23 der Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30 zugeführt wird, höher als die Bezugspannung Vref der Bezugspannungsquelle 24, die auf die zweite Eingangsklemme des Komparators 23 gelegt ist, so daß der Komparator 23 ausser Betrieb bleibt oder einen Ausgang mit Niedrigpegel erzeugt, der den Schalter 25 ausschaltet.

Als nächstes sei der Fall betrachtet, bei dem eine Anormalität im Klopfen-Sensorsystem vorliegt, beispielsweise ein Bruch in der Verdrahtung zwischen dem Beschleunigungssensor 1 und dem Pufferverstärker 2, wie in Fig. 6b angegeben ist. Dabei sind die Elemente 2 bis 11 der Fig. 1 im wesentlichen in einer (nicht dargestellten) Regeleinheit enthalten, und somit ist der Kondensator 21 mit der Eingangsseite des Pufferverstärkers 2 verbunden. Entsprechend erfolgt eine derartige Unterbrechung in der Verdrahtung im allgemeinen an einer Stelle zwischen dem Beschleunigungssensor 1 und einem Verbindungspunkt, an dem der Kondensator 21 mit der Verdrahtung verbunden ist, die den Beschleunigungssensor 1 und den Pufferverstärker 2 verbindet. Beispielsweise kann eine Unterbrechung in einer Drahtbewehrung vorliegen, die den Beschleunigungssensor 1 und die nicht-dargestellte Regeleinheit verbindet. Liegt eine derartige Unterbrechung vor, so fällt der Hintergrundpegelausgang aus dem Rauschpegelsensor 5 unter die Bezugspannung Vref der Bezugspannungsquelle 24 ab, so daß der Komperator 23 ein Ausgangssignal mit Hochpegel erzeugt, womit der Schalter 25 eingeschaltet wird. Auf diese Weise erzeugt die Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30 ein Anormalitätssignal, das dem Integrator 7 zugeführt wird, um den Ausgang desselben auf einem konstanten Pegel zu halten. Infolgedessen verschiebt der Phasenschieber 8 abhängig von dem konstanten Ausgangssignal des Integrators 7 die Winkelphase des Ausgangssignals des Wellenformers 10 um einen vorgeschriebenen Winkel im Sinne einer Verzögerung, der durch das Integratorausgangssignal bestimmt wird, wodurch der Zündzeitpunkt entsprechend gegenüber dem normalen Zündzeitpunkt, der durch das Zündsignal aus dem Signalgenerator 9 bestimmt ist, verzögert wird, um ein Klopfen in der Maschine zu unterdrücken, falls ein solches auftritt.

Diesbezüglich sei angemerkt, obgleich die Bezugsspannung Vref der Bezugsspannungsquelle 24 im Prinzip auf einen Wert festgelegt ist, der niedriger als der Hintergrundpegelausgang ist, der durch den Rauschpegelsensor 5 bei normalem Klopfen-Sensorsystem erzeugt wird, wie vorstehend ausgeführt wurde, neigt der Hintergrundpegel dazu, sich allmählich mit steigender Drehzahl der Maschine zu erhöhen, wie in Fig. 6c gestrichelt dargestellt ist, da der elektrische Rauscheingangswert zum Pufferverstärker 2 sich bei steigender Drehzahl der Maschine erhöht. Anders ausgedrückt, es ist schwierig, die Bezugspannung Vref auf einen konstanten Wert einzustellen, der über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich der Maschine wirksam ist. Es ist daher erforderlich, die Bezugspannung Vref auf einen Wert einzustellen, der niedriger als ein Mindestwert des Hintergrundpegels während des Normalbetriebs des Klopfen-Sensorsystems über den gesamten Betriebsbereich der Maschine ist, und der höher als ein Maximalwert des Hintergrundpegels zum Zeitpunkt der Störung im Klopfen-Sensorsystem ist. Dies gilt im Grunde auch in bezug auf das Verhalten des Hintergrundpegels gegenüber der Maschinenlast über die Betriebsbereiche der Maschine für eine Vielfalt von Maschinenregelarten.

Fig. 7 zeigt in einem Blockschaltbild eine abgeänderte Form einer erfindungsgemäßen Anormalität-Erfassungsvorrichtung. Bei dieser Abänderung ist eine Bezugspannungskarte vorab hergestellt, bei der die Bezugspannung Vref über einen Betriebsbereich einer Maschine aufgetragen ist, und eine aus der Karte ausgewählte Bezugspannung wird durch einen Hintergrundpegel modifiziert, der abhängig vom Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 bestimmt wird, so daß er auf einen für die Maschine geeigneten Wert eingestellt werden kann. Diesbezüglich wird wie folgt festgelegt, ob eine derartige Modifizierung durchgeführt werden kann. Eine solche Modifizierung kann dabei erfolgen, falls im wesentlichen keine Änderung im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1 auftritt, wenn der Schalter 22 eingeschaltet wird, um den Kondensator 22 mit der Ausgangsseite des Beschleunigungssensors 1 zu verbinden, oder falls das Klopfen-Erfassungssystem als normal beurteilt wird, beispielsweise wenn eine Klopfgrenzeregelung in einem Hochlastbereich der Maschine durchgeführt wird.

Um das vorausgehend Ausgeführte zu erzielen, wird bei dieser modifizierten Form einer Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30a die Bezugsspannungsquelle 24 der Fig. 1 ersetzt durch einen Puffer 33, einen Verstärker 34, einen Speicher 35 zur Speicherung einer Bezugspannungskarte, und einen Bezugswertrechner 36. Insbesondere enthält die Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30A gemäß dieser Modifizierung zusätzlich zu den obigen Elementen 33 bis 36 einen Komparator 23, dessen erste Eingangsklemme mit der Ausgangsseite des Rauschpegelsensors 5 verbunden ist, dessen zweite Eingangsklemme an die Ausgangsklemme des Bezugswertrechners 36 angeschlossen ist und der eine Ausgangsklemme hat, sowie einen Schalter 25, dessen eines Ende an die Ausgangsklemme des Komparators 23 angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit der Eingangsseite des Integrators 7 gemäß Fig. 1 verbunden ist. Der Puffer 33 ist mit seiner Eingangsseite an die Ausgangsseite des Rauschpegelsensors 5 gemäß Fig. 1 angeschlossen, und seine Ausgangsseite ist über einen Verstärker 34 mit einer ersten Eingangsklemme des Bezugswertrechners 36 verbunden, der eine zweite Eingangsklemme hat, die an den Bezugsspannungskarte-Speicher 35 angeschlossen ist. Das Hintergrundpegelausgangssignal des Rauschpegelsensors 5 wird durch den Puffer 33 und den Verstärker 34 an die erste Eingangsklemme des Bezugswertrechners 36 eingegeben, der in einem Lernzustand, in dem der Betriebszustand der Maschine weiterhin innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs liegt, (der durch den Rechner 36 abhängig von den verschiedenen Ausgangssignalen der verschiedenen Sensoren bestimmt wird, die maßgeblich für die verschiedenen Aspekte des Maschinenbetriebs sind, wie beispielsweise die Maschinendrehzahl, die Maschinenlast, die Maschinentemperatur, die Temperatur und Menge der Ansaugluft, etc.) eine geeignete Bezugsspannung findet, abhängig von gewissen Maschinenbetriebsparametern, wie beispielsweise die Maschinendrehzahl, und der, während er die im Speicher 35 gespeicherte Bezugsspannungskarte einsieht, einen Modifikatioanswert berechnet, abhängig vom Hintergrundpegel aus dem Rauschpegelsensor 5 und den Maschinenbetriebsparametern, und die vorstehend gefundene Bezugsspannung mittels des in dieser Weise berechneten Modifizierungswertes modifiziert, um gemäß Fig. 8 eine modifizierte oder korrekte Bezugsspannung zu liefern, die dann der zweiten Eingangsklemme des Komparators 23 zugeführt wird. Der Modifizierungswert kann willkürlich in jeweiligen Maschinenbetriebsbereichen auf der Basis einer grundlegenden Beziehung zwischen einem normalen Hintergrundpegel, der das Ausgangssignal des Rauschpegelsensors 5 bei normalem Klopfen-Sensorsystem ist, und einem anormalen Hintergrundpegel, der das Ausgangssignal des Rauschpegelsensors 5 bei anormalem Klopfen-Sensorsystem ist, gesetzt werden. Der normale und der anormale Hintergrundpegel können vorab auf der Grundlage der Betriebseigenschaften der Maschine, sowie des Aufbaus und der Eigenschaften eines Maschinenregelsystems bestimmt werden, wie beispielsweise in Fig. 6c angegeben ist. Abhängig von dem in dieser Weise vorgegebenen normalen und anormalen Hintergrundpegel kann der Bereich (d. h. ein Maximum) des Modifizierungswerts bestimmt werden, d. h. der Maximalwert der Modifizierung ist der größere Wert des Unterschieds zwischen dem normalen Hintergrundpegel und der nicht modifizierten Bezugsspannung und des Unterschieds zwischen der nicht-modifzierten Bezugsspannung und des annormalen Hintergrundpegels. Diesbezüglich kann unter Verwendung eines derartigen Bereichs für den Wert der Modifzierung die Anormalität-Erfassungsvorrichtung 30A als anormal bestimmt werden, falls der vom Bezugswertrechner 36 berechnete Modifizierungswert den Modifizierungswertbereich überschreitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Ausgangskennlinie des Bezugswertrechners 36 ist in Fig. 8 angegeben, in der eine voll ausgezogene Kurve eine Bezugsspannung darstellt, die in dem Bezugsspannungskarte-Speicher 35 gespeichert ist und die abhängig vom Rauschpegel und der Maschinendrehzahl aufgetragen ist; eine strichpunktiert gezeichnete Kurve bezeichnet eine modifizierte Bezugsspannung, die die Bezugsspannung zuzüglich eines Modifizierungswerts darstellt; und eine durch -..- angegebene Linie zeigt eine modifzierte Bezugsspannung, die die Bezugsspannung abzüglich eines Modifizierungswerts darstellt.

Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird die Klopfgrenzeregelung im allgemeinen durchgeführt, um eine Maschine von Beschädigung als Folge eines Klopfens zu beschützen, wenn der Betrieb der Maschine in einem Klopfgrenzeregelbereich erfolgt. Entsprechend wird der Schalter 25 gesteuert, um sich in einem Leichtlastbereich zu öffnen, wenn die Maschinenlast gering ist, und um sich in einem Schwerlastbereich zu schließen, wenn die Maschinenlast schwer ist, so daß das Ausgangssignal des Komparators 23, das ein Maß für eine Anormalität im Klopfen-Sensorsystem darstellt, dem Integrator 7 der Fig. 1 nur eingegeben wird, wenn die Maschinenlast höher als ein vorgeschriebener Wert ist.

Claims (5)

1. Zündzeitpunktregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
einen ersten Schalter (11) zur Steuerung der Leistungszufuhr an eine Zündspule (12);
einen Signalgenerator (9) zur Erzeugung eines Zündsignals synchron mit dem Umlauf der Maschine, um den Schalter (11) zu öffnen und zu schließen;
einen mit Resonanz arbeitenden Beschleunigungssensor (1) zur Erfassung einer Schwingungsbeschleunigung der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Regler (2-10) zur Betätigung des ersten Schalters (11) abhängig vom Ausgangssignal des Beschleunigungssensors (1), so daß die Maschine mittels der Zündspule ordnungsgemäß gezündet wird;
eine kapazitive Last (21), deren eines Ende über einen zweiten Schalter (22) mit der Ausgangsseite des Beschleunigungssensors (1) verbunden ist und deren anderes Ende an Masse liegt;
eine Anormalität-Erfassungsvorrichtung (30) zur Erfassung einer Anormalität in einem Klopfen-Sensorsystem, das den Beschleunigungssensor (1) und den Regler (2-10) enthält, auf der Grundlage einer Anderung im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors in Abhängigkeit vom Schließen des zweiten Schalters (22), so daß der Regler (2-10) den ersten Schalter (11) abhängig vom Ausgangssignal aus der Anormalität-Erfassungsvorrichtung (30) in solcher Weise betätigt, daß er den Zündzeitpunkt der Maschine ein einem vorgegebenen Ausmaß gegenüber einem normalen Zündzeitpunkt verzögert, bei dem die Zündung erfolgt, wenn von der Anormalität- Erfassungsvorrichtung (30) kein Ausgangssignal vorliegt.

2. Zündzeitpunktregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (2-10) umfaßt:
einen Pufferverstärker (2) mit einer Eingangsseite, die an den Beschleunigungssensor (1) angeschlossen ist;
eine analoge Torschaltung (3) zum Durchtritt des Ausgangssignals vom Pufferverstärker im geöffneten Zustand und Unterbrechung desselben im geschlossenen Zustand;
eine Torsteuerung (4) zur Steuerung der Öffnung und des Schließens der analogen Torschaltung in solcher Weise, daß die analoge Torschaltung für eine vorgegebene Zeitspanne ausgehend von jeder Zündung der Maschine geschlossen wird;
einen Rauschpegelsensor (5) zur Erfassung der Rauschpegelkomponenten, die im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors enthalten sind und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Komparator (6) zum Vergleich des Ausgangssignals aus der analogen Torschaltung mit dem Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor und Erzeugung eines Ausgangssignals, falls das Ausgangssignal aus der analogen Torschaltung (3) höher als das Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor (5) ist;
einen Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals aus dem Komparator und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Wellenformer (10) zur Bildung der Wellenform des Ausgangssignals aus dem Signalgenerator (9) in eine zum Steuern des ersten Schalters geeignete Form; und
einen Phasenschieber (8) zur Verschiebung der Winkelphase des Ausgangssignals des Wellenformers, abhängig vom Ausgangssignal aus dem Integrator unter Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals für den ersten Schalter (11).

3. Zündzeitpunktregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anormalität-Erfassungsvorrichtung (30) umfaßt:
einen zweiten Komparator (23) zum Vergleich des Ausgangssignals aus dem Rauschpegelsensor mit einer Bezugsspannung und Erzeugung eines Ausgangssignals, falls das Ausgangssignal aus dem Rauschpegelsensor (5) größer als die Bezugsspannung ist; und
einen dritten Schalter (25), der zwischen dem zweiten Komparator (23) und dem Integrator (7) derart angeschlossen ist, daß er zum Durchtritt eines Ausgangssignals vom zweiten Komparator zum Integrator geschlossen ist und das Ausgangssignal des Integrators auf einem konstanten Wert hält, wenn der zweite Komparator ein Ausgangssignal erzeugt.

4. Zündzeitpunktregelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung konstant ist.

5. Zündzeitpunktregelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bezugsspannung im Einklang mit einem Betriebszustand der Maschine ändert.