DE4132832A1 - Klopfgrenze-regelverfahren und -regelvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft im wesentlichen ein Klopfgrenze-Regelverfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und zum Unterdrücken des Klopfens in einer Brennkraftmaschine (die anschließend auch einfach als Motor bezeichnet wird), beispielsweise einem Benzinmotor für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen in einem Klopfgrenze-Regelverfahren und eine Vorrichtung, die die Regelbarkeit eines Motorbetriebes verbessern kann, während eine Verringerung der Kosten für den Einsatz der Regelvorrichtung gewährleistet wird.

Im allgemeinen umfassen Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise Benzinmotoren für Kraftfahrzeuge, eine Anzahl Zylinder, in denen jeweils ein Luft-Brennstoff-Gemisch verdichtet und zu einem optimalen Zündzeitpunkt verbrannt wird. In Verbindung hiermit wurde bereits eine mikrocomputer- oder mikroprozessorgestützte Motorregeleinheit (die auch abgekürzt als ECU bekannt ist) vorgeschlagen und in großem Umfang in praktischen Anwendungen verwendet, um den Zündzeitpunkt wie auch die Folge der Brennstoffeinspritzungen in den einzelnen Motorzylindern optimal zu regeln.

In Verbindung mit einer derartigen Motorregelung ist es bekannt, daß, wenn der Zündzeitpunkt (der gewöhnlich als Kurbelwinkelposition angegeben wird, sehr stark im Sinne einer Frühzündung geregelt wird, eine anormale Kraftstoffverbrennung stattfinden kann, die zur Erzeugung ernsthafter Schwingungen oder Stöße des Motorzylinders (was als Klopfen bezeichnet wird) einer Größe führen kann, die schließlich den Motor beschädigen oder beeinträchtigen kann. Um einen derartigen unerwünschten Vorgang zu vermeiden, ist es notwendig, den Zündzeitpunkt derart zu regeln, daß bei Erfassung anormaler Schwingungen der Zündzeitpunkt in eine Richtung verschoben wird, die eine geeignete Verzögerung bezüglich des Zündzeitpunktes ermöglicht, bei dem die Kraftstoffverbrennung im Motorzylinder stattfindet.

Zum besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung wird eine bisher bekannte Klopfgrenze-Regelvorrichtung für einen Motor in einiger Ausführlichkeit unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert, die ein Blockschaltbild darstellt, das den allgemeinen Aufbau der bekannten Klopfgrenze-Regelvorrichtung angibt.

In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen (1) einen Klopfen-Sensor, der in Verbindung mit einem oder jedem der Zylinder installiert ist. Der Klopfen-Sensor (1) kann aus einem piezoelektrischen Element oder vergleichbarem Bauelement bestehen, das in der Lage ist, das Klopfen in Form von Schwingungen des zugeordneten Zylinders als ein elektrisches Signal zu erfassen.

Das Ausgangssignal (A) des Klopfen-Sensors (1) wird einer Klopfen-Erfassungsschaltung zugeführt, die allgemein mit einem Bezugszeichen (2) bezeichnet ist. Die Klopfen-Erfassungsschaltung (2) besteht aus einem Filter (21) mit einer derartigen Filterkennlinie, daß nur die Frequenzanteile hindurchtreten, die dem Schwingungsvorgang eigen sind (beispielsweise 7 kHz) , einer Torschaltung (22), die es dem Ausgangssignal des Filters (21) erlaubt, periodisch zu einem vorbestimmten Zeitpunkt hindurchzutreten, einem Grundpegel (BGL)-Generator (23), zur Erzeugung eines Grundpegelsignals (BGL) auf der Grundlage eines Ausgangssignals (A′) der Torschaltung (22), einem Komparator (24) zum Vergleich des Ausgangssignals (A′) der Torschaltung (22) mit dem Grundpegelsignal (BGL) zwecks Erzeugung eines Ausgangssignals mit "EIN"-Pegel, wenn der Ausgangspegel (A′) der Torschaltung den Grundpegel (BGL) übersteigt, und eines Integrators (25) zum Integrieren des Ausgangssignals des Komparators (24). Das Ausgangssignal des Integrators (25) wird dann einem Analog/Digital (A/D)-Umsetzer (3) zugeführt, wo es in ein digitales Signal (VR) umgesetzt wird.

Das digitale Signal (VR) wird einer Motorregeleinheit (ECU) (4) zugeführt, die aus einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor bestehen kann und die programmiert ist, um die Zündzeitpunktregelung für die Motorzylinder auf der Grundlage des Ausgangssignals (VR) des A/D-Umsetzers (3) auszuführen, während jeweils ein Maskierungsimpulssignal (M) der Torschaltung (22) und ein Rücksetzsignal (R) dem Integrator (25) aus Gründen zugeführt wird, die anschließend beschrieben werden. Ferner weist die Motorregeleinheit (4) einen Regler (4A) zur Regelung des Zündzeitpunktes der Zylinder auf. Der Regler (4A) berechnet einen optimalen Zündzeitpunkt für jeden Zylinder auf der Grundlage des Betriebszustandes des Motors bei normaler Verbrennung in bekannter Weise, sowie einen Verzögerungswinkel für einen klopfenden Zylinder auf der Grundlage des digitalen Signals (VR), das vom A/D-Umsetzer (3) ausgegeben wird, so daß der optimale Zündzeitpunkt für den klopfenden Zylinder um den Verzögerungswinkel zum Unterdrücken des Klopfens verzögert wird. Zu diesem Zweck ist der Regler (4A) derart aufgebaut, daß er ein Regelwinkelsignal (OR) auf der Grundlage des optimalen Zündzeitpunktes und des Verzögerungswinkels zur ordnungsgemäßen Regelung des Zündzeitpunktes erzeugt und insbesondere zum Unterdrücken eines Klopfens, wenn dieses stattfindet.

Es erfolgt nunmehr die Beschreibung des Betriebes der Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Fig. 6, während auf eine Wellenformdarstellung nach Fig. 7 Bezug genommen wird.

Normalerweise erfolgt in jedem der Motorzylinder die Zündung zu einem Zeitpunkt entsprechend einem Kurbelwinkel oder einer Position, die näherungsweise um etwa 5° vor dem oberen Totpunkt (TDC) liegt (der durch den Kurbelwinkel gleich 0 gegeben ist), so daß eine explosive Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, die in einem Kurbelwinkelbereich von etwa 10 bis 60° nach dem oberen Totpunkt liegt. Das Klopfen infolge der anormalen Verbrennung findet somit zu einem Zeitpunkt statt, der innerhalb eines Kurbelwinkelbereiches von etwa 10 bis 60° nach dem oberen Totpunkt liegt.

Somit nimmt bei jedem Auftreten eines Schwingungsgeräusches des Zylinders und unter anderem eines Klopfens, das Ausgangssignal (A) des Klopfen-Sensors (1), das zu einem entsprechenden periodischen Zeitintervall erzeugt wird, eine merklich erhöhte Amplitude an, wie aus der in Fig. 7 bei (a) gezeigten Wellenform ersichtlich ist.

In der Zwischenzeit gibt die Motorregeleinheit (4) der Torschaltung (22) ein Maskierungsimpulssignal (M) ab, das periodisch zu einem vorgegebenen Zeitintervall invertiert wird, um sicherzustellen, daß die Klopfen-Erfassungsschaltung (2) das Sensorausgangssignal (A) aufnehmen und effizient verarbeiten kann. Insbesondere wird das Maskierungsimpulssignal (M) in einer Wellenform erzeugt, deren Vorderflanke bei einem Kurbelwinkel von etwa 75° vor dem oberen Totpunkt auftritt (dieser Voreilungswinkel wird anschließend durch das Hinzufügen von "B" zum Winkelwert dargestellt, beispielsweise durch "B75°", während die Hinterflanke des Maskierungsimpulses (M) näherungsweise dem Zeitpunkt (B5°) entsprechend 5° vor dem oberen Totpunkt entspricht, wie aus der bei (b) in Fig. 7 gezeigten Wellenform ersichtlich ist. Solange der Maskierungsimpuls (M) einen hohen Pegel annimmt, ist die Torschaltung (22) blockiert oder unwirksam. Ferner wird, wie vorausgehend erwähnt wurde, dem Integrator (25) aus der elektronischen Regeleinheit (4) periodisch zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ein Rücksetzsignal (R) zugeführt, das mit der Vorderflanke des Maskierungsimpulssignals (M) zusammenfällt.

Das in der Klopfen-Erfassungsschaltung (2) enthaltene Filter (21) hat eine solche Filterkennlinie, daß die Frequenzkomponenten des Ausgangssignals (A) des Klopfen-Sensors, die bei Auftreten von Zylinder- oder Motorschwingungen erzeugt werden, hindurchtreten können, während die Torschaltung (22) es dem Ausgangssignal (A) des Klopfensensors nur gestattet, während einer Zeitspanne hindurchzutreten, in der das Maskierungsimpulssignal (M) sich auf einem Niedrigpegel befindet, wie bei (c) in Fig. 7 dargestellt ist. Andererseits erzeugt der Grundpegelgenerator (23) den Grundpegel (BGL), der im Ausgangssignal (A′) der Torschaltung (22) enthalten ist, indem das erstere diskriminierend vom letzteren getrennt wird, wie bei (d) in Fig. 7 dargestellt ist. Der auf diese Weise erhaltene Grundpegel (BGL) dient als Bezugssignal oder Schwellenwert für die Erfassung des Klopfens.

Überschreitet das Ausgangssignal (A′) der Torschaltung den Grundpegel (BGL), so entscheidet der Komparator (24), daß ein Klopfen aufgetreten ist und erzeugt ein Ausgangssignal mit "H"-Pegel. Der Integrator (25) beginnt das Ausgangssignal des Komparators (24), sooft er durch das ihm aus der elektronischen Regeleinheit (4) zugeführte Rücksetzsignal (R) rückgesetzt wird, wie bei (e) in Fig. 7 dargestellt ist. Das Ausgangssignal (VR) des Integrators (25) erfährt dann durch den A/D-Umsetzer (3) eine A/D-Umsetzung, und der resultierende digitale Wert wird der elektronischen Regeleinheit (4) zugeführt.

Auf diese Weise holt die elektronische Regeleinheit (4) den A/D-umgesetzten Integrationswert (VR) bei jedem Zünd- und Verbrennungsvorgang im Motorzylinder herein, um dadurch ein Regelsignal (Theta R) in Form eines verzögerten Regelwinkelsignals zur Regelung des Zündzeitpunktes im Sinne einer Unterdrückung des Klopfens zu erzeugen, falls ein solches stattfindet. Zu diesem Zweck fügt der Regler (4A), der einen Teil der elektronischen Regeleinheit (4) bildet, einen Verzögerungswinkel (delta Theta R) hinzu, der im einzelnen später beschrieben werden soll, an einen laufenden Zündregelwinkel (Theta R*) hinzu, der sich für normale oder optimale Zündung eignet, um damit ein laufendes verzögertes Regelwinkelsignal (Theta R) zu erzeugen. Somit kann der laufende verzögerte Regelwinkel (Theta R) durch folgenden Ausdruck angegeben werden:

Theta R = Theta R* + delta Theta R (1)

In obigem Ausdruck (1) wird der Verzögerungswinkel (delta Theta R) durch folgende Gleichung angegeben:

delta Theta R = Vr × L

wobei L eine Gewichtungskonstante ist.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich ist, wird im Falle der bekannten, vorstehend beschriebenen Klopfgrenze-Regelvorrichtung eines Motors die Klopfgrenze-Regelung durchgeführt, indem eine Klopfen-Erfassungsschaltung (2) in Verbindung mit der Klopfen-Entscheidungs- oder Identifizierungseinrichtung erfolgt, die durch den Grundpegelgenerator (23), den Komparator (24), den Integrator (25) und andere Bauelemente gebildet wird. Unter diesen Umständen hat die bekannte Klopfgrenze-Regelvorrichtung folgende Probleme: Es sind viele Hardware-Komponenten für die Klopfgrenze-Regelung erforderlich; die gesamte Anordnung der Hardware-Komponenten wird kompliziert; und somit sind hohe Kosten oder Ausgaben bei der Fertigung der Klopfgrenze-Regelvorrichtung als Ganzem vorhanden.

Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist die Erfindung darauf abgestellt, die Schwierigkeiten des bekannten Klopfgrenze-Regelverfahrens und der zugehörigen Vorrichtung zu überwinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Klopfgrenze-Regelverfahren für einen Motor und die zugehörige Vorrichtung zu schaffen, die die Anzahl der benötigten Hardware-Komponenten verringern können und die ihre Anordnung vereinfachen, während die Regelfähigkeit und die Flexibilität einer Motorregeleinheit verbessert werden, und die kostengünstig und vom ökonomischen Standpunkt profitabel eingesetzt werden können.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Klopfgrenze-Regelverfahren und zugehörige Vorrichtung zu schaffen, die das Klopfen in einem Zylinder mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit in solchen Fällen erfassen können, wo der Pegel der Motorvibrationen sich während einer längeren Gebrauchsdauer erhöht.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Klopfgrenze-Regelverfahren und zugehörige Vorrichtung zu schaffen, die das Klopfen in einem Zylinder mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit erfassen können, selbst wenn sich der Motor in einem Übergangs-Betriebszustand befindet.

Im Hinblick auf die vorstehend aufgeführten und andere Aufgabenstellungen, die bei der Weiterführung der Beschreibung klar werden, ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Klopfgrenze in einer Brennkraftmaschine vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
Erzeugen eines Schwingungspegels periodisch zu einem vorgegebenen Zeitintervall auf der Grundlage eines Ausgangssignals eines Klopfensensors, der zur Erfassung von Schwingungen der Maschine montiert ist;
Treffen einer Entscheidung, ob der Schwingungspegel einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht überschreitet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem ersten vorgegebenen Anteilsverhältnis zwecks Lieferung eines ersten Mittelwertes, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert nicht überschreitet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem zweiten vorgegebenen Anteilsverhältnis, das kleiner als das erste vorgegebene Anteilsverhältnis ist, zwecks Lieferung eines zweiten Mittelwertes, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert überschreitet;
Erzeugen eines Schwellenwertpegels auf den bei der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
Vergleichen des Schwingungspegels mit dem Schwellenwertpegel zur Bestimmung, ob ein Klopfen in der Maschine vorliegt; und
Regelung eines Maschinenregelparameters, um ein Klopfen der Maschine zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Klopfgrenze-Regelvorrichtung zum Unterdrücken des Klopfens in einer Brennkraftmaschine geschaffen, die gekennzeichnet ist durch:
einen Klopfen-Sensor zur Erfassung von Schwingungen der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Schwingungspegelgenerator, der operativ angeschlossen ist, um das Ausgangssignal des Klopfensensors zu empfangen, um einen Schwingungspegel zu erzeugen, der auf der Grundlage des Ausgangssignals des Klopfensensors bei jedem vorgegebenen Zeitintervall die Größe der Schwingungen der Maschine darstellt;
ein Schwingungspegel-Bestimmungsglied, das operativ an den Schwingungspegelgenerator angeschlossen ist, um eine Entscheidung dahingehend zu treffen, ob der Schwingungspegel einen vorgegebenen Wert überschreitet;
eine Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung, die jeweils operativ mit dem Schwingungspegelgenerator und der Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung verbunden ist, und die auf das Ausgangssignal der Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung derart anspricht, daß sie den Schwingungspegel mit einem ersten Anteilsverhältnis mittelt, um einen ersten Mittelwert zu liefern, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert nicht überschreitet, und mit einem zweiten Anteilsverhältnis, das kleiner als das erste Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert überschreitet;
eine Recheneinrichtung, die operativ an die Schwingungspegel-Durchschnittswertbildungseinrichtung angeschlossen ist, um einen Schwellenwertpegel zu erzeugen, auf den bei der Entscheidungsfällung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
eine Klopfen-Identifizierungseinrichtung, die operativ angeschlossen ist, um die Ausgangssignale des Schwingungspegelgenerators und der Recheneinrichtung zu empfangen, um den Schwingungspegel mit dem Schwellenwertpegel zu vergleichen und ein Klopfen-Identifizierungssignal zu erzeugen, falls der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet; und
einen Klopfgrenze-Regler, der auf das Klopfen-Identifizierungssignal aus der Klopfen-Identifizierungseinrichtung anspricht, um einen Maschinenregelparameter zu regeln, so daß das Klopfen unterdrückt werden kann.

Mittels des vorstehend beschriebenen Klopfgrenze-Regelverfahrens und der zugehörigen Vorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung können Schwankungen im Schwingungspegel, die beispielsweise durch sich erhöhende Motorschwingungen während einer höheren Gebrauchsdauer verursacht sind, zufriedenstellend ausgeglichen oder kompensiert werden, so daß ein Klopfen mit hoher Zuverlässigkeit erfaßt und unterdrückt werden kann. Insbesondere ist es unter Berücksichtigung des Umstandes, daß der Pegel der Motorschwingungen sich zeitlich erhöht, erforderlich, daß sich der Schwellenwertpegel für eine Motorklopfenbestimmung entsprechend erhöht oder den sich erhöhenden Schwingungspegel zur genaueren Bestimmung des Klopfens reflektiert. Steigt in diesem Fall jedoch der Schwingungspegel plötzlich an, beispielsweise wenn der Motor rasch beschleunigt oder verzögert, so steigt der Klopfenbestimmung-Schwellenwert ebenfalls in einem extremen Umfang anschließend an die Erhöhung des Schwingungspegels an, so daß eine genaue Erfassung des Klopfens unmöglich wird. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß, falls der Schwingungspegel niedriger als ein vorgegebener Wert ist, der Schwingungspegel auf der Grundlage eines ersten Anteilsverhältnisses gemittelt, so daß der Schwellenwertpegel den Schwingungspegel in einem verhältnismäßig hohen Ausmaß reflektiert. Überschreitet andererseits der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert, so wird der Schwingungspegel auf der Grundlage eines zweiten Anteilsverhältnisses gemittelt, das kleiner als das erste Anteilsverhältnis ist, so daß der Schwellenwertpegel den Schwingungspegel in einem verhältnismäßig geringen Umfang reflektiert. Der Schwellenwertpegel, der auf der Grundlage des geeigneten ersten oder zweiten Anteilsverhältnisses bestimmt ist, kann somit den Schwankungen des Schwingungspegels in zwei verschiedenen Weisen folgen, wodurch eine fehlerhafte Identifizierung des Klopfens infolge von Schwankungen im Schwingungspegel während einer längeren Gebrauchsdauer sicher ausgeschlossen werden kann.

Vorzugsweise wird der erste Mittelwert entsprechend der nachfolgenden Formel bestimmt:

BGL1 = BGL1*(N1-1)/N1+Vp/N1

wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Mittelwertbildung erhalten wird;
BGL1* stellt einen vorausgehenden ersten Mittelwert dar, der in einem vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N1 stellt eine erste vorgegebenen Konstante dar; und
Vp stellt den Schwingungspegel dar;
während der zweite Mittelwert in Einklang mit folgender zweiter Formel bestimmt wird:

BGL1 = BGL1*(N1′-1) /N1′+Vp/N1′

wobei N1′ eine zweite vorgegebene Konstante darstellt, die größer als die erste vorgegebene Konstante N1 ist.

Die Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung, die Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung, die Recheneinrichtung, die Klopfen-Identifizierungseinrichtung und die Klopfgrenze-Regeleinrichtung umfassen einen Mikrocomputer.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Klopfgrenze in einer Brennkraftmaschine geschaffen, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
periodische Erzeugung eines Schwingungspegels zu einem vorgegebenen Zeitintervall auf der Grundlage eines Ausgangssignals eines Klopfen-Sensors, der zur Erfassung von Schwingungen der Brennkraftmaschine montiert ist;
Treffen einer Entscheidung dahingehend, ob die Maschine sich in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem ersten vorgegebenen Anteilsverhältnis zur Lieferung eines ersten Mittelwertes, falls sich die Maschine nicht in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem zweiten vorgegebenen Anteilsverhältnis, das größer als das erste vorgegebene Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls sich die Maschine in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Erzeugen eines Schwellenwertpegels, auf den beim Treffen der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
Vergleichen des Schwingungspegels mit dem Schwellenwertpegel zur Bestimmung, ob ein Klopfen in der Maschine vorliegt; und
Regelung eines Maschinenregelparameters, um das Klopfen der Maschine zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Klopfgrenze-Regelvorrichtung zur Unterdrückung des Klopfens in einer Brennkraftmaschine geschaffen, die gekennzeichnet ist durch:
einen Klopfen-Sensor zur Erfassung der Schwingungen der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Schwingungspegelgenerator, der operativ angeschlossen ist, um das Ausgangssignal des Klopfen-Sensors aufzunehmen, um einen Schwingungspegel zu erzeugen, der die Größe der Maschinenschwingungen auf der Grundlage des Ausgangssignals des Klopfen-Sensors an jedem vorgegebenen Zeitintervall darstellt;
eine Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung, die operativ an den Schwingungspegelgenerator angeschlossen ist, um eine Entscheidung dahingehend zu treffen, ob sich die Maschine in einem Übergangszustand befindet oder nicht befindet;
eine Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung, die jeweils operativ an den Schwingungspegelgenerator und die Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung angeschlossen ist, und die auf ein Ausgangssignal der Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung derart anspricht, daß sie den Schwingungspegel mit einem ersten Anteilsverhältnis mittelt, um einen ersten Mittelwert zu liefern, falls die Maschine sich nicht in einem Übergangs-Betriebszustand befindet, und mit einem zweiten Anteilsverhältnis, das größer als das erste Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls sich die Maschine in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
eine Recheneinrichtung, die operativ mit der Schwingungspegel-Durchschnittswertbildungseinrichtung verbunden ist, um einen Schwellenwertpegel zu erzeugen, auf den bei Vornahme der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
eine Klopfen-Identifizierungseinrichtung, die operativ angeschlossen ist, um Ausgangssignale des Schwingungspegelgenerators und der Recheneinrichtung zu empfangen, um den Schwingungspegel mit dem Schwellenwertpegel zu vergleichen und ein Klopfen-Identifizierungssignal zu erzeugen, falls der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet; und
einen Klopfgrenze-Regler, der auf das Klopfen-Identifizierungssignal aus der Klopfen-Identifizierungseinrichtung anspricht, um einen Maschinenregelparameter zu regeln, so daß das Klopfen unterdrückt werden kann.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß dem vorausgehend beschriebenen dritten und vierten Aspekt der Erfindung können Schwankungen des Schwingungspegels, die in einem Übergangs-Betriebszustand des Motors auftreten, beispielsweise wenn der Motor rasch beschleunigt oder verzögert, zufriedenstellend ausgeglichen oder kompensiert werden, so daß ein Klopfen mit hoher Zuverlässigkeit erfaßt werden kann. Ist insbesondere der Motor nicht in einem Übergangs-Betriebszustand, so wird der Schwingungspegel der Motorschwingungen, wie sie vom Klopfen-Sensor erfaßt werden, mit einem ersten Anteilsverhältnis gemittelt. Befindet sich andererseits der Motor in einem Übergangs-Betriebszustand, bei dem der Pegel der Motorschwingungen stark von einer plötzlichen Änderung im Betriebszustand des Motors, wie beispielsweise einer raschen Beschleunigung, einer raschen Verzögerung oder dergleichen, beeinflußt wird, so wird der Schwingungspegel mit einem zweiten Anteilsverhältnis gemittelt, das größer als das erste Anteilsverhältnis ist, so daß der Schwellenwertpegel, der auf der Grundlage des gemittelten Schwingungspegels bestimmt ist, auf einen höheren Wert eingestellt wird, als im gleichmäßigen Betriebszustand des Motors. Infolgedessen kann der in dieser Weise bestimmte Schwellenwertpegel die Schwankungen im Schwingungspegel, die im Übergangs-Betriebszustand auftreten, reflektieren, wodurch eine fehlerhafte Identifizierung des Klopfens mit verbesserter Zuverlässigkeit verhindert werden kann.

Vorzugsweise wird der erste Mittelwert in Einklang mit einem ersten nachstehenden Ausdruck bestimmt:

BGL1=BGL1*(N3-1)N3+Vp/N3

wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Mittelwertbildung erhalten wird;
BGL1* stellt einen vorausgehenden ersten Mittelwert dar, der beim vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N3 stellt eine erste vorgegebene Konstante dar; und
Vp stellt den Schwingungspegel dar;
während der zweite Mittelwert in Einklang mit einer zweiten nachstehenden Formel bestimmt wird:

BGL1 = BGL1*(N3′-1) /N3′+Vp/N3′

wobei N3′ eine zweite vorgegebene Konstante darstellt, die kleiner als die erste vorgegebene Konstante N3 ist.

Die Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung, die Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung, die Recheneinrichtung, die Klopfen-Identifizierungseinrichtung und die Klopfgrenze-Regeleinrichtung umfassen einen Mikrocomputer.

Vorzugsweise bestimmt die Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung auf der Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl, ob der Motor sich in einem Übergangs-Betriebszustand befindet.

Weitere Aufgabenstellungen, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich mühelos aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus eines Klopfgrenze-Regelsystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Wellenformdarstellung, die die Wellenformen eines Rücksetzsignals (R′), eines Klopfensensor-Ausgangssignals (A) und eines Schwingungspegelsignals (Vp) darstellt, die von der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugt werden;

Fig. 3 eine Ablaufdarstellung zur Darstellung eines Klopfgrenze-Regelvorganges, der durch die Vorrichtung nach Fig. 1 ausgeführt wird;

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, die jedoch eine zweite Ausführung der Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine Ablaufdarstellung zur Darstellung eines Klopfgrenze-Regelvorganges, der durch die Vorrichtung nach Fig. 4 ausgeführt wird;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau einer bekannten Klopfgrenze-Regelvorrichtung angibt; und

Fig. 7 eine Wellenformdarstellung zur Angabe der Wellenformen eines Signals an verschiedenen Abschnitten der bekannten Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Fig. 6.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den allgemeinen Aufbau einer Klopfgrenze-Regelvorrichtung oder Klopfen-Unterdrückungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen (1′, 3) jeweils einen Klopfen-Erfassungssensor und einen Analog/Digital (A/D)-Umsetzer, die gleiche oder ähnliche Funktionen wie die entsprechenden Elemente der bekannten Vorrichtung haben, die vorausgehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben wurde. Somit ist eine wiederholte Beschreibung dieser Teile unnötig. Es ist jedoch anzumerken, daß der Klopfen-Sensor (1′) eine Filterfunktion hat, um Frequenzkomponenten hindurchtreten zu lassen, die charakteristisch für die Zylinderschwingungen sind, die im Verbrennungszyklus auftreten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zwischen dem Klopfen-Sensor (1′) und dem A/D-Umsetzer (3) eine Schnittstellenschaltung (20) eingefügt, die beispielsweise aus einer Spitzenwert-Halteschaltung (26) bestehen kann. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß ein Rücksetzsignal (R′) zum Rücksetzen der Spitzenwert-Halteschaltung (26) durch eine Motorregeleinheit (ECU) (40) in Gestalt eines Mikrocomputers erzeugt wird. Insbesondere wird gemäß der Wellenformdarstellung nach Fig. 2 das Rücksetzsignal (R′) synchron mit der Motordrehung erzeugt und enthält eine Reihe von Rechteckimpulsen, die jeweils bei einem ersten Bezugskurbelwinkel von B75°(d. h. 75° vor dem oberen Totpunkt) ansteigen und bei einem zweiten Bezugskurbelwinkel von B5°(d. h. 5° vor dem oberen Totpunkt) abfallen. Die Spitzenwert-Halteschaltung (26) arbeitet, um einen Spitzenwert an der ersten Bezugsposition (B75°) für jeden Zylinder zu liefern, der der elektronischen Regeleinheit (40) als Schwingungspegelsignal (Vp) mittels des A/D-Umsetzers (3) eingegeben wird.

Die Motorregeleinheit (40) umfaßt ein erstes Filter (41) zur Mittelung des aus dem A/D-Umsetzer (3) kommenden Schwingungssignals (Vp), um dadurch ein erstes Grundpegelsignal (BGL1) zu erzeugen (das anschließend auch als ein erstes Mittelwertsignal bezeichnet wird), ein zweites Glättungsfilter (42) zur Mittelung des ersten Mittelwertsignals (BGL1) periodisch an einem vorgegebenen Zeitintervall, um dadurch ein zweites Grundpegelsignal (BGL2) zu erzeugen (das auch als ein zweites Mittelwertsignal bezeichnet wird), einen Rechner (43) zur Erzeugung eines Schwellenwertpegelsignals (VTH) auf der Grundlage des zweiten Mittelwertsignals (BGL2), einen Komparator (44) zur Erzeugung eines Klopfen-Identifizierungssignal (Vk), wenn das Schwingungspegelsignal (Vp) den Schwellenwertpegel (VTH) überschreitet, einen Regler (45) zur Erzeugung eines verzögerten Pegelwinkelsignals (Theta R), um den Zündzeitpunkt für den zugeordneten Zylinder abhängig vom Klopfen-Identifizierungssignal (Vk) zu verzögern, und ein Schwingungspegel-Ermittlungsglied (46) zum Vergleich des Schwingungspegelsignals (Vp) mit einem vorgegebenen Wert, der vom zweiten Mittelwertsignal (BGL2) abgeleitet ist, um dadurch ein Filterkonstante-Umschaltsignal (C) zur Umschaltung der Filterkonstante des ersten Filters (41) auszugeben, was anschließend im einzelnen beschrieben wird.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Wellenformdarstellung nach Fig. 2 und die Ablaufdarstellung nach Fig. 3 eine Beschreibung des Betriebes der vorstehend aufgeführten Klopfgrenze-Regelvorrichtung der Fig. 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gegeben.

Zuerst erfaßt in der Stufe (S1) der Klopfen-Sensor (1′) zyklische Schwingungen eines zugeordneten Zylinders einer Brennkraftmaschine und erzeugt ein Ausgangssignal (A), das anschließend der Spitzenwert-Halteschaltung (26) der Schnittstelle (20) zugeführt wird, wo das Klopfensensor-Ausgangssignal (A) während den Perioden zwischen aufeinanderfolgenden Rücksetzsignalen aus der elektronischen Regeleinheit (40) mit seinem Spitzenwert gehalten wird, wie vorausgehend beschrieben wurde. Der Spitzenwertpegel des Klopfensensor-Ausgangssignals (A), der somit in analoger Form gehalten wird, wird anschließend durch den A/D-Umsetzer (3) in ein digitales Schwingungspegelsignal (Vp A/D) umgesetzt, das der elektronischen Regeleinheit (40) bei jedem Verbrennungszyklus des Motorzylinders eingegeben wird.

Anschließend gibt in der Stufe (S2) bei jeder Abfrage des Schwingungspegelsignals (Vp) bei der vorausgehend erwähnten Bezugsposition von B75° die elektronische Regeleinheit (40) ein Rücksetzsignal (R′) in Form eines Rechteckimpulses ab, wie bei (a) in Fig. 2 angegeben ist, wodurch die Spitzenwert-Halteschaltung (26), abhängig von der Vorderflanke eines Rücksetzimpulses (R′) an der ersten Bezugsposition (B75°) eines jeden Zylinders rückgesetzt wird (tatsächlich geringfügig verzögert gegenüber der Bezugsposition (B75°)). Solange das Rücksetzsignal (RF′) auf Hochpegel bleibt, verbleibt die Spitzenwert-Halteschaltung (26) weiterhin im Rücksetzzustand und startet erneut, um ausgehend von dem Zeitpunkt, der der Abfallflanke oder Hinterflanke des Rücksetzimpulses (R′) entspricht, zu arbeiten (beispielsweise an der zweiten Bezugsposition (B5°) entsprechend 5° vor dem oberen Totpunkt eines jeden Zylinders). Auf diese Weise führt, sooft das Schwingungspegelsignal (Vp) an der ersten Bezugsposition (B75°) eines jeden Zylinders erzeugt wird, die elektronische Regeleinheit (40) wiederholt eine sogenannte B75°-Unterbrechungs-Verarbeitungsroutine gemäß Fig. 3 durch.

Wie aus der Wellenform gemäß (c) in Fig. 2 ersichtlich ist, unterliegt das Schwingungspegelsignal (Vp), das an der Zylinderbezugsposition (B75°) verfügbar ist, Schwankungen, abhängig von Änderungen im Ausgangssignal (A) des Klopfen-Sensors (1′). Die Änderungen im Schwingungspegelsignal (Vp) enthalten nicht nur Klopfen-Komponenten, sondern auch Störspannungskomponenten. Daher ist es erforderlich, um sicher ein Klopfen mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen, während eine Änderung im Schwingungspegelsignal (Vp) infolge allmählich zunehmender Motorschwingungen während einer längeren Betriebsdauer berücksichtigt wird, den Grundpegel (BGL) zu erhalten, der dem Schwingungspegel (Vp) in gewissem Umfang folgt. Jedoch entsteht in diesem Falle die Schwierigkeit, daß, falls der Schwingungspegel (Vp) rasch ansteigt, die Klopfen-Erfassung nicht mehr genau mit befriedigender Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann. Dies beruht darauf, daß sich der Grundpegel (BGL) beim Nachfolgen oder Widerspiegeln des Schwingungspegels (Vp) ändert, so daß der Schwellenwertpegel (VTH) ebenfalls extrem abhängig von einem raschen Anstieg des Schwingungspegels (Vp) ansteigt, womit es schwierig ist, eine genaue Erfassung eines Klopfens durchzuführen.

Um der vorstehend aufgeführten Schwierigkeit zu begegnen, berechnet in der Stufe (S3) das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) zuerst einen Schwellenwertpegel (TH) auf der Grundlage eines zweiten Mittelwertes (BGL2) des Spitzenschwingungspegels (Vp), der vorausgehend mittels des zweiten Filters (42) bestimmt wurde, was im einzelnen später ausgeführt wird. Beispielsweise berechnet das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) den Schwellenwertpegel (TH) unter Verwendung folgender Formel:

TH= G·BGL2

wobei G eine Konstante, wie beispielsweise "2" ist. Das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) vergleicht dann den Schwingungspegel (Vp) aus dem A/D-Umsetzer (3) mit dem Schwellwertpegel (TH) (d. h. G × BGL2), um dadurch zu bestimmen, ob folgende Bedingung erfüllt oder nicht erfüllt ist.

Vp TH = G × BGL 2 (2)

Ist der Schwingungspegel (Vp) gleich groß wie oder kleiner als der Schwellenwertpegel (TH) (d. h. die vorstehend aufgeführte Bedingung (2) ist erfüllt), so erzeugt das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) ein Filterkonstante-Umschaltsignal (C). In diesem Falle mittelt das erste Filter (41) in der Stufe (S3) das Schwingungspegelsignal (Vp) auf der Grundlage einer vorbestimmten Konstante (N1), um ein erstes Mittelwertsignal (BGL1) in Einklang mit nachfolgender Gleichung zu erzeugen:

BGL 1 = BGL 1* (N 1-1)/N 1 + Vp/N 1 (3)

wobei BGL 1* einen vorausgehenden ersten Mittelwert darstellt, der im vorausgehenden Zyklus oder in der vorausgehenden Abfrage bestimmt wurde.

Ist andererseits der Schwingungspegel (Vp) größer als der Schwellenwertpegel (TH) (d. h., die durch obige Formel (2) gegebene Bedingung, ist nicht erfüllt), so gibt das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) ein Filterkonstante-Umschaltsignal (C) an das erste Filter (41), wo die Konstante (N1), die in obiger Gleichung (3) erscheint, in eine Konstante (N1′) geändert wird, die größer als (N1) ist.

Somit mittelt in der Stufe (S31) das erste Filter (41) den Schwingungspegel (Vp) auf der Grundlage der neuen Konstante (N1′) und erzeugt einen ersten mittleren Pegelwert (BGL1), der durch folgende Gleichung gegeben wird:

BGL 1 = BGL 1* (N 1′-1)/N 1′ + Vp/N 1′ (4)

wie aus den obigen Gleichungen (3, 4) ersichtlich ist, wird der erste, laufend bestimmte Mittelwert (BGL1) auf einen Wert verschoben oder erneuert, der den laufend erfaßten Schwingungspegel auf der Grundlage des vorausgehenden ersten Mittelwertes (BGL 1*) reflektiert, der im vorausgehenden Abtastzyklus bestimmt wurde. Auf diese Weise wird der erste Mittelwert (BGL 1*) bei jedem Zyklus einer Zylinderschwingungserfassung auf den neuen Stand gebracht. Die Filterkonstante (N1) in obiger Gleichung (3), die eine Proportion oder ein Verhältnis (d. h. ein Anteilsverhältnis, das auch als Reflexionsverhältnis bezeichnet wird) bestimmt, bei dem der Schwingungspegel (Vp) bei Bestimmung des ersten Mittelwertes (BGL1) reflektiert oder berücksichtigt wird, wird gewöhnlich gleich etwa "8" besetzt. Ist es jedoch erwünscht, den Trend des ersten Mittelwertes (BGL1) zu vergrößern, dem Schwingungspegel (Vp) zu folgen, so kann dies erreicht werden, indem die Filterkonstante (N1) so ausgewählt wird, daß sie einen kleineren Wert hat. In diesem Falle kann die Filterkonstante (N1′) in obiger Gleichung (4) beispielsweise auf einen Wert eingestellt werden, der mindestens zweimal größer als jener der Filterkonstante (N1) ist.

Andererseits ist das zweite Filter (42) so entworfen, daß es eine Zeitgeberunterbrechung-Verarbeitungsroutine bei jedem vorgegebenen Zeitintervall durchführt, um dadurch einen weiteren Mittelwertbildungsvorgang am ersten Mittelwert-BGL1-Ausgang aus dem ersten Filter (41) durchzuführen. Somit berechnet in der Stufe (S3′) das zweite Filter (42) einen zweiten Mittelwert (BGL2) unter Verwendung der folgenden Gleichung:

BGL 2 = BGL 2* (N 2-1)/N 2 + BGL 1/N 2 (5)

wobei BGL 2* einen vorausgehenden zweiten Mittelwert darstellt, der in dem vorausgehenden Zyklus erhalten wurde, und N 2 stellt eine vorgegebene zweite Mittelwertbildungskonstante (eine zweite Filterkonstante) dar.

Wie aus obiger Gleichung (5) hervorgeht, entspricht der laufend bestimmte zweite Mittelwert (BGL 2) den vorausgehenden BGL 2*, der verschoben oder auf den neuen Stand gebracht wurde, um den laufenden ersten Mittelwert (BGL1) zu reflektieren, und er wird bei jedem Zyklus neu geschrieben. Die Konstante (N 2) kann auf einen gegebenen Wert festgelegt werden, der empirisch bestimmt werden kann. Mittels des Mittelungsvorganges in der Stufe (S3′) kann das zweite Mittelwertsignal (BGL 2) erhalten werden, das einen im wesentlichen stabilisierten Wert annehmen kann, zu dem Schwankungen im Schwingungspegelsignal (Vp) geringen oder begrenzten Anteil haben.

Anschließend an die vorstehend erwähnte Zeitgeberunterbrechungsverarbeitungsroutine verstärkt in der Stufe (S4) der Rechner (43) ordnungsgemäß das zweite Mittelwertsignal (BGL2) und fügt eine Versetzung (VOF) hinzu, um schließlich einen endgültigen Schwellenwertpegel (VTH) zu bestimmen, der bei der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens verwendet wird. Zu diesem Zweck ist der Rechner (43) so ausgeführt, daß er nachfolgende arithmetische Operation durchführt:

VTH = K × BGL 2 + VOF (6)

wobei K einen Verstärkungsfaktor und VOF eine Versetzung darstellt. Diesbezüglich ist der zweite Mittelwert (BGL2) ausreichend geglättet, so daß die Reflexion oder der Einfluß der Schwankungen im Schwingungspegelsignal (Vp) auf den endgültigen Schwellenwertpegel (VTH), der aus obiger Gleichung (6) erhalten wird, zufriedenstellend unterdrückt werden kann und somit der Schwellenwertpegel (VTH) ein Wert hoher Zuverlässigkeit sein kann.

Anschließend vergleicht in der Stufe (S5) der Komparator (44), der eine Klopfenerfassungseinrichtung oder -Identifizierungseinrichtung darstellt, das Schwingungspegelsignal (Vp) mit dem Schwellenwertpegelsignal (VTH), um einen Unterschied (Vk) zwischen den Pegeln (Vp) und (VTH) zu bestimmen, wobei dieser Unterschied durch folgende Gleichung gegeben ist:

Vk=Vp-VTH.

Anschließend erfolgt in der Stufe (S6) eine Entscheidung, ob der Unterschied (Vk) ein positiver Wert ist oder nicht ist. Überschreitet der Schwingungspegel (Vp) den Schwellenwertpegel (VTH) (d. h. Vk < 0), so erzeugt der Komparator (44) ein Ausgangssignal (Vk) als Klopfen-Identifizierungssignal, das das Auftreten eines Klopfens anzeigt.

Abhängig von der Erzeugung des Klopfen-Identifizierungssignals (Vk), bestimmt in der Stufe (S7) der Regler (45) arithmetisch einen Verzögerungswinkel (delta Theta R), der zur Unterdrückung des Klopfens entsprechend folgender Gleichung erforderlich ist:

delta Theta R = (Vk/VTH) × L′ (7)

wobei L′ eine Gewichtungskonstante ist. Wie aus obiger Gleichung (7) hervorgeht, wird der Verzögerungswinkel (delta Theta R) arithmetisch als Verhältnis des Klopfen-Identifizierungssignals (Vk) zum Schwellenwertpegel (VTH) bestimmt, so daß der Verzögerungswinkel (delta Theta R) immer einen korrekten oder geeigneten Wert haben kann, ungeachtet von Schwankungen im Schwingungspegel (Vp) selbst, infolge von zeitlich allmählich ansteigenden Motorschwingungen.

Ferner bestimmt in der Stufe (S8) der Regler (45) arithmetisch einen Regelwinkel (Theta R) auf der Grundlage des Verzögerungswinkels (delta Theta R) unter Verwendung der vorausgehend aufgeführten Gleichung (1), so daß der Zündzeitpunkt ordnungsgemäß zur Unterdrückung des Klopfens verzögert wird. Die Gleichung (1) wird zur Vereinfachung erneut wie folgt angegeben:

Theta R = Theta R* + delta Theta R (1)

wobei Theta R* laufenden optimalen Zündregelwinkel darstellt, der sich für eine optimale oder normale Zündung eignet, wenn kein Klopfen vorhanden ist.

Wird andererseits in der Stufe (S6) entschieden, daß Vk 0 vorliegt, als Ergebnis des vorstehend erwähnten Vergleiches, was anzeigt, daß der Schwingungspegel (Vp) den Schwellenwertpegel (VTH) überschreitet, so erzeugt der Komparator (44) ein "kein Klopfen"-Identifizierungssignal (Vk). Infolgedessen wird in der Stufe (S9) der Verzögerungswinkel delta Theta R = 0, so daß der Regler (45) ein Reglerwinkelsignal (Theta R) erzeugt, das gleich einem laufenden optimalen Zündregelwinkel (Theta R*) ist, der sich für eine optimale oder normale Zündung eignet.

Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt für den Zylinder, der der Klopfgrenze-Regelung unterzogen ist, durch das verzögerte Regelwinkelsignal (Theta R) in dem Sinne korrigiert oder modifiziert, in dem der Zündzeitpunkt verzögert ist, wodurch das Auftreten eines Klopfens zufriedenstellend unterdrückt werden kann.

Bei der ersten Ausführungsform der vorausgehend beschriebenen Klopfgrenze-Regelvorrichtung ist allein die Spitzenwert-Halteschaltung (26) anders als der A/D-Umsetzer (3) als diskrete Hardware ausgeführt, während alle übrigen Komponenten, die für die Klopfenerfassung und -regelung erforderlich sind, in der elektronischen Regeleinheit (40) in Form eines Mikroprozessors oder Mikrocomputers ausgeführt sind. Dank dieses Aufbaus wird die Anzahl der erforderlichen Gerätekomponenten erheblich reduziert, so daß die Regelflexibilität oder -freiheit der Vorrichtung als Ganzes erhöht werden kann. Ferner können die Herstellungskosten der Vorrichtung entsprechend verringert werden.

Es folgt nunmehr die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klopfgrenze-Regelvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5, wobei Fig. 4 den allgemeinen Aufbau der zweiten Ausführungsform darstellt und Fig. 5 eine Ablaufdarstellung zur Erläuterung des Betriebes der Vorrichtung.

Bevor eine Einzelbeschreibung der zweiten Ausführungsform begonnen wird, ist zunächst anzumerken, daß die Größe der Schwingungen des Motorzylinders und somit der Schwingungspegel (Vp) sich abhängig vom Betriebszustand des Motors ändert. Insbesondere erfährt bei einem gleichmäßigen Motorbetrieb der Schwingungspegel (Vp) wenig Schwankungen oder Änderungen, während in einem Übergangs-Betriebszustand, wie beispielsweise einer raschen Beschleunigung oder Verzögerung, der Schwingungspegel merklichen Schwankungen unterliegt, was wiederum bedeutet, daß der Schwellenwertpegel (VTH) sich abhängig von den Betriebszuständen des Motors ändern sollte, um eine irrtümliche Feststellung eines Klopfens zu vermeiden. Die zweite Ausführungsform der Klopfgrenze-Regelvorrichtung ist so ausgeführt, um unter Berücksichtigung dieses Umstandes zu arbeiten.

Es wird nunmehr auf Fig. 4 Bezug genommen; die Klopfgrenze-Regelvorrichtung dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorausgehenden Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) durch ein Übergangszustand-Bestimmungsglied (47) ersetzt wurde. Alle anderen Komponenten sind im wesentlichen die gleichen, wie sie in Fig. 1 verwendet werden, so daß eine Wiederholung der Beschreibung unterbleibt. Das Übergangszustand-Bestimmungsglied (47) ist so angeordnet, daß es die Filterkonstante des ersten Filters (41) abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl (Q) oder der Umdrehungen je Minute des Motors umschaltet. Unnötig zu sagen, daß eine hohe Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl (Q) anzeigt, daß sich der Motor im Übergangszustand befindet. Ein Signal, das die Motordrehzahl (Q) darstellt, kann durch einen üblichen Tachometer oder ein ähnliches Element erzeugt werden.

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen; der Klopfgrenze-Regelvorgang gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich zu jenem der ersten Ausführungsform, die in der Ablaufdarstellung der Fig. 3 mit Ausnahme der Stufen (S21′, S3′, S31′) dargestellt ist. Somit erfolgt die nachstehende Beschreibung unter Betonung auf die Vorgänge in diesen Stufen, während die übrigen Verarbeitungsstufen aus der bisherigen Beschreibung in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich sind.

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen; in (S21′) macht das Übergangszustand-Bestimmungsglied (47) eine Entscheidung auf der Grundlage des Signals (Q), das die Motordrehzahl oder die Anzahl der Umdrehungen je Minute des Motors angibt, in bezug darauf, ob der Motor sich in einem Übergangszustand des Betriebes befindet. Ist die Antwort in dieser Entscheidungsstufe (S21′) negativ (d. h. der Motor befindet sich in einem gleichförmigen Betriebszustand), so gibt das Übergangszustand-Bestimmungsglied (47) kein Umschaltsignal (C) aus. Somit mittelt in der Stufe (S3′) die erste Filterschaltung (41) das Schwingungspegelsignal (Vp) auf der Grundlage einer vorgegebenen Konstante (N3) und erzeugt ein erstes Mittelwertsignal (BGL1) in Einklang mit nachfolgender Gleichung:

BGL 1 = BGL 1* (N 3-1)/N 3 + Vp/N 3 (8)

Ist andererseits die Antwort in der Stufe (S21′) positiv (d. h. der Motor befindet sich in einem Übergangszustand des Betriebes), so gibt das Übergangszustand-Bestimmungsglied (47) ein Filterkonstante-Umschaltsignal (C) ab, um die Konstante (N3) in obiger Gleichung (8) zu einer neuen Konstante (N3′) umzuschalten, die kleiner als N3 ist.

Somit führt in der Stufe (S31′) das erste Filter (41) die Verarbeitung zur Mittelung des Schwingungspegels (Vp) auf der Grundlage der Konstante (N3′) durch, um dadurch einen Pegelmittelwert (BGL1) abzugeben, der durch folgende Gleichung bestimmt ist:

BGL 1 = BGL 1* (N 3′-1)/N 3′ + VP/N 3′ (9)

Wie aus obiger Gleichung (9) hervorgeht, wird der erste laufend bestimmte Mittelwert (BGL1) auf einen Wert verschoben oder erneuert, der den laufend erfaßten Motorbetriebszustand auf der Grundlage des ersten Mittelwertes (BGL 1*) reflektiert, der bei der vorausgehenden Abtastung oder dem vorausgehenden Zyklus bestimmt wurde. Auf diese Weise wird der erste Mittelwert (BGL 1*) abhängig vom Motorbetriebszustand auf den neuen Stand gebracht, d. h. von einem gleichmäßigen Zustand oder einem Übergangszustand. Die Filterkonstante (N3) in obiger Gleichung (8), die den Anteil oder das Verhältnis bestimmt, mit welchem der Schwingungspegel (Vp) reflektiert oder berücksichtigt wird (d. h. das Anteilsverhältnis) für die Bestimmung des Durchschnittswertes, wird gewöhnlich auf etwa "8" gesetzt, während (N3′) in obiger Gleichung (9) mit etwa "4" gewählt wird. Anders ausgedrückt, im gleichmäßigen Betriebszustand beträgt das Anteilsverhältnis des Schwingungspegels (Vp) am ersten Mittelwert (BGL1) etwa 1/8, während im Übergangszustand des Betriebes das Anteilsverhältnis etwa 1/4 ist.

Die nachfolgenden Verarbeitungsstufen (S4, S5, S6, S7, S8, S9) sind die gleichen wie sie in Fig. 3 angegeben sind, so daß eine wiederholte Beschreibung unnötig ist.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich ist, wird gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung der Schwellenwertpegel (VTH), der einer Eingangsklemme des Komparators (44) zugeführt wird, regelbar verändert, um rasch den Betriebszustand des Motors zu reflektieren, so daß das Auftreten eines Klopfens mit verbesserter Verläßlichkeit selbst bei einem Übergangszustand des Motorbetriebes erfaßt oder identifiziert werden kann.

Ferner können ähnliche Vorteile, wie sie bei der ersten Ausführungsform vorstehend aufgeführt wurden, bezüglich des Geräteaufbaus, der Kosten, der Flexibilität oder der Regelfreiheit und anderem erzielt werden.

Bei der vorstehenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform wurde angenommen, daß die Betriebszustände des Motors auf der Grundlage der Motordrehzahl (Q) oder der Anzahl Umdrehungen je Minute des Motors unterschieden werden. In Verbindung hiermit sollte hinzugefügt werden, daß die Unterscheidung der Motorbetriebszustände auch auf der Grundlage des Schwingungspegels (Vp) durchgeführt werden kann. Insbesondere schwankt bei einem gleichförmigen Motorbetriebszustand der Schwingungspegel (Vp) weniger erheblich um den zweiten Mittelwert (BGL2), während er in einem Übergangszustand, wie einer raschen Beschleunigung oder Verzögerung der Schwingungspegel (Vp) merklich höher oder geringer als der Mittelwert bleibt, der kontinuierlich über eine entsprechende Zeitspanne vorhanden ist. Somit kann der Übergangszustand zur Unterscheidung identifiziert werden, indem der Zustand des Schwingungspegels (Vp) erfaßt wird, bei dem dieser höher oder niedriger als der Mittelwert (BGL2) aufeinanderfolgend über eine vorgegebene Anzahl Zyklen bleibt. Hierzu kann das Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46) gemäß Fig. 1 mit einer gewissen erforderlichen Änderung des Aufbaus verwendet werden.

In beiden vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Klopfgrenze-Regelvorrichtung besteht die Schnittstellenschaltung (20) zur Erzeugung des Schwingungspegelsignals (Vp) aus der Spitzenwert-Halteschaltung (26). Jedoch versteht es sich von selbst, daß die Schnittstellenschaltung (20) gleichermaßen aus einem Integrator oder dergleichen mit im wesentlichen den gleichen Wirkungen bestehen kann.

Obgleich in den beiden gezeigten Ausführungsformen eine solche Anordnung verwendet wird, daß der Unterschied (Vk) zwischen dem Schwingungspegelsignal (Vp) und dem Schwellenwertpegel (VTH) aus dem Komparator (44) als Klopfen-Identifizierungssignal ausgegeben wird, sollte es klar sein, daß der Komparator (44) so ausgestaltet sein kann, daß er einfach ein Ausgangssignal mit hohem Pegel erzeugt, wenn der Schwingungspegel (Vp) den Schwellenwertpegel (VTH) überschreitet.

Obgleich beschrieben wurde, daß der zweite Mittelwert (BGL2) zur Erzeugung des Schwellenwertpegels (VTH) verwendet wird, sollte es klar sein, daß der erste Mittelwert (BGL1) anstelle des zweiten Mittelwertes (BGL2) verwendet werden kann, soweit der Schwingungspegel (Vp) durch das erste Filter (41) ausreichend geglättet werden kann, um es zu gestatten, daß der erste Mittelwert (BGL1) zur Erzeugung des Schwellenwertpegels (VTH) verwendet wird. Es versteht sich, daß in diesem Fall das zweite Filter (42) eingespart werden kann.

Ferner sollte in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung erwähnt werden, daß die Filterkonstante (N1′), die das Anteilsverhältnis des Schwingungspegels (Vp) zum Mittelwert (BGL1) bestimmt, ziemlich willkürlich auf einen gegebenen Wert festgelegt werden kann, wie es die Umstände erfordern. Wird beispielsweise die Filterkonstante (N1′) gleich unendlich gesetzt (d. h. N1′ α), so kann die Gleichung (4) wie folgt umgeschrieben werden:

BGL1 = BGL1*.

Somit ist offensichtlich, daß der vom ersten Filter (41) ausgegebene Mittelwert und somit jener des zweiten Filters (42) daran gehindert wird, dem Schwingungspegel (Vp) zu folgen, selbst wenn dieser einem Geräuschpegel oder Klopfen-Pegel entspricht. In diesem Falle wird, wenn der Schwingungspegel (Vp) hoch ist, die Durchführung der Verarbeitung in der Stufe (S3) übergangen. Somit kann die Verarbeitungsstufe (S3) dann eingespart werden.

Die vorstehende Beschreibung erfolgte unter der Annahme, daß der Zündzeitpunkt geregelt wird, um das Klopfen zu unterdrücken. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß andere Betriebsparameter des Motors zu diesem Zweck geregelt werden können.

Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß zahlreiche Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich sind und diese werden im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims (22)

1. Verfahren zur Klopfgrenze-Regelung in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch , folgende Schritte:
Erzeugen eines Schwingungspegels (Vp) periodisch zu einem vorgegebenen Zeitintervall auf der Grundlage eines Ausgangssignals eines Klopfensensors (1′), der zur Erfassung von Schwingungen der Maschine montiert ist;
Treffen einer Entscheidung, ob der Schwingungspegel einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht überschreitet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem ersten vorgegebenen Anteilsverhältnis zwecks Lieferung eines ersten Mittelwertes (BGL1), falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert nicht überschreitet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem zweiten vorgegebenen Anteilsverhältnis, das kleiner als das erste vorgegebene Anteilsverhältnis ist, zwecks Lieferung eines zweiten Mittelwertes (BGL2), falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert überschreitet;
Erzeugen eines Schwellenwertpegels (VTH), auf den bei der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
Vergleichen des Schwingungspegels mit dem Schwellenwertpegel zur Bestimmung, ob ein Klopfen in der Maschine vorliegt; und
Regelung eines Maschinenregelparameters, um ein Klopfen der Maschine zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet.

2. Verfahren zur Klopfgrenze-Regelung einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, falls der Schwingungspegel (Vp) den vorgegebenen Wert nicht überschreitet, der Schwingungspegel gemittelt wird, auf der Grundlage einer ersten vorgegebenen Konstante, entsprechend einer ersten nachfolgenden Gleichung: BGL1 = BGL1* (N1-1)/N1+Vp/N1wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Durchschnittsbildung erhalten wird;
BGL1* einen vorausgehenden ersten Mittelwert darstellt, der in einem vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N1 eine erste vorgegebene Konstante ist; und
Vp den Schwingungspegel darstellt;
wohingegen, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert überschreitet, der Schwingungspegel auf der Grundlage einer zweiten vorgegebenen Konstante gemittelt wird, die größer als die erste vorgegebene Konstante ist, entsprechend einer zweiten nachfolgenden Gleichung:BGL1 = BGL1* (N1′-1)/N1′+Vp/N1′wobei N1′ die zweite vorgegebene Konstante darstellt.

3. Klopfgrenze-Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter der Maschine ein Zündzeitpunkt ist, der verzögert wird, um das Auftreten eines Klopfens zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwert überschreitet.

4. Klopfgrenze-Regelvorrichtung zur Unterdrückung eines Klopfens in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
einen Klopfensensor (1′) zur Erfassung von Schwingungen der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Schwingungspegelgenerator (3; 26) , der operativ angeschlossen ist, um das Ausgangssignal des Klopfensensors (1′) zu empfangen, um einen Schwingungspegel (Vp) zu erzeugen, der auf der Grundlage des Ausgangssignals des Klopfensensors bei jedem vorgegebenen Zeitintervall die Größe der Schwingungen der Maschine darstellt;
ein Schwingungspegel-Bestimmungsglied (46), das operativ an den Schwingungspegelgenerator angeschlossen ist, um eine Entscheidung dahingehend zu treffen, ob der Schwingungspegel einen vorgegebenen Wert überschreitet;
eine Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung (41; 42), die jeweils operativ mit dem Schwingungspegelgenerator und der Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung verbunden ist, und die auf das Ausgangssignal der Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung derart anspricht, daß sie den Schwingungspegel mit einem ersten Anteilsverhältnis mittelt, um einen ersten Mittelwert zu liefern, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert nicht überschreitet, und mit einem zweiten Anteilsverhältnis, das kleiner als das erste Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls der Schwingungspegel den vorgegebenen Wert überschreitet;
eine Recheneinrichtung (43), die operativ an die Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung (41; 42) angeschlossen ist, um einen Schwellenwertpegel zu erzeugen, auf den bei der Entscheidungsfällung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
eine Klopfen-Identifizierungseinrichtung (44), die operativ angeschlossen ist, um die Ausgangssignale des Schwingungspegelgenerators und der Recheneinrichtung zu empfangen, um den Schwingungspegel mit dem Schwellenwertpegel zu vergleichen und ein Klopfen-Identifizierungssignal zu erzeugen, falls der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet; und
einen Klopfgrenze-Regler (45), der auf das Klopfen-Identifizierungssignal aus der Klopfen-Identifizierungseinrichtung anspricht, um einen Maschinenregelparameter zu regeln, so daß das Klopfen unterdrückt werden kann.

5. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mittelwert in Einklang mit einer ersten nachstehenden Gleichung bestimmt wird: BGL1 = BGL1*(N1-1)/N1+Vp/N1wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Durchschnittswertverarbeitung erhalten wird;
BGL1* einen vorausgehenden ersten Mittelwert darstellt, der in einem vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N1 eine erste vorgegebene Konstante darstellt; und
Vp den Schwingungspegel darstellt;
während der zweite Mittelwert entsprechend einer nachfolgenden zweiten Gleichung bestimmt wird:BGL1 = BGL1*(N1′-1)/N1′+Vp/N1′wobei N1′ eine zweite vorgegebene Konstante darstellt, die größer als die erste vorgegebene Konstante N1 ist.

6. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter der Maschine ein Zündzeitpunkt ist, der verzögert wird, um das Auftreten eines Klopfens zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellwert überschreitet.

7. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung mindestens ein Filter (41, 42) aufweist, das Filterkonstanten hat, die jeweils dem ersten und zweiten vorgegebenen Wert entsprechen, der abhängig vom Ausgangssignal der Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung umgeschaltet werden kann.

8. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungspegelgenerator eine Spitzenwert-Halteschaltung (26) umfaßt, die periodisch mit dem Maschinenzyklus freigegeben wird, um dabei ein Schwingungssignal zu halten und auszugeben, das einen Scheitelwert der Maschinenschwingungen darstellt, die bei jedem Auftreten einer Verbrennung in der Maschine vorliegen.

9. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspegel-Bestimmungseinrichtung (46), die Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung (41, 42), die Recheneinrichtung (43), die Klopfen-Identifizierungseinrichtung (44) und der Klopfgrenze-Regler (45) einen Mikrocomputer umfassen.

10. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfgrenze-Regler (45) den Zündzeitpunkt um eine Größe verzögert, die einem Quotienten entspricht, der sich aus der Division eines Unterschiedes zwischen dem Schwellenwertpegel und dem Schwingungspegel durch den Schwellenwertpegel ergibt.

11. Verfahren zur Klopfgrenze-Regelung in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
periodische Erzeugung eines Schwingungspegels (Vp) zu einem vorgegebenen Zeitintervall auf der Grundlage eines Ausgangssignals eines Klopfen-Sensors (1′), der zur Erfassung von Schwingungen der Brennkraftmaschine montiert ist;
Treffen einer Entscheidung dahingehend, ob die Maschine sich in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem ersten vorgegebenen Anteilsverhältnis zur Lieferung eines ersten Mittelwertes, falls sich die Maschine nicht in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Mittelung des Schwingungspegels mit einem zweiten vorgegebenen Anteilsverhältnis, das größer als das erste vorgegebene Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls sich die Maschine in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
Erzeugen eines Schwellenwertpegels (VTH), auf den beim Treffen der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
Vergleichen des Schwingungspegels mit dem Schwellenwertpegel (VTH) zur Bestimmung, ob ein Klopfen in der Maschine vorliegt; und
Regelung eines Maschinenregelparameters, um das Klopfen der Maschine zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel (VTH) überschreitet.

12. Klopfgrenze-Regelverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, falls sich die Maschine nicht in einem Übergangs-Betriebszustand befindet, der Schwingungspegel auf der Grundlage einer ersten vorgegebenen Konstante entsprechend der folgenden ersten Gleichung gemittelt wird: BGL1 = BGL1* (N3-1)/N3+Vp/N3wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Mittelwertbildungsverarbeitung erhalten wird;
BGL1* einen vorausgehenden ersten Mittelwert darstellt, der in einem vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N3 eine erste vorgegebene Konstante darstellt; und
Vp den Schwingungspegel darstellt;
wobei, falls der Schwingungspegel in einem Übergangs-Betriebszustand vorliegt, der Schwingungspegel auf der Grundlage einer zweiten vorgegebenen Konstante gemittelt wird, die kleiner als die erste vorgegebene Konstante ist, entsprechend einer zweiten nachfolgenden Gleichung:BGL1 = BGL1*(N3′-1) /N3′+Vp/N3′wobei N3′ die zweite vorgegebene Konstante darstellt.

13. Klopfgrenze-Regelverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter für die Maschine ein Zündzeitpunkt ist, der verzögert wird, um das Auftreten eines Klopfens zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet.

14. Klopfgrenze-Regelverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung dahingehend, ob sich die Maschine in einem Übergangsbetriebszustand befindet, auf der Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit der Maschinendrehzahl erfolgt.

15. Klopfgrenze-Regelvorrichtung zur Unterdrückung des Klopfens in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
einen Klopfen-Sensor (1′) zur Erfassung der Schwingungen der Maschine und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Schwingungspegelgenerator (3, 26), der operativ angeschlossen ist, um das Ausgangssignal des Klopfen-Sensors (1′) aufzunehmen, um einen Schwingungspegel (Vp) zu erzeugen, der die Größe der Maschinenschwingungen auf der Grundlage des Ausgangssignals des Klopfen-Sensors an jedem vorgegebenen Zeitintervall darstellt;
eine Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung (47), die operativ an den Schwingungspegelgenerator (26) angeschlossen ist, um eine Entscheidung dahingehend zu treffen, ob sich die Maschine in einem Übergangszustand befindet oder nicht befindet;
eine Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung (41, 42′), die jeweils operativ an den Schwingungspegelgenerator und die Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung angeschlossen ist, und die auf ein Ausgangssignal der Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung (47) derart anspricht, daß sie den Schwingungspegel mit einem ersten Anteilsverhältnis mittelt, um einen ersten Mittelwert zu liefern, falls die Maschine sich nicht in einem Übergangs-Betriebszustand befindet, und mit einem zweiten Anteilsverhältnis, das größer als das erste Anteilsverhältnis ist, um einen zweiten Mittelwert zu liefern, falls sich die Maschine in einem Übergangs-Betriebszustand befindet;
eine Recheneinrichtung (43), die operativ mit der Schwingungspegel-Mittelwertbildungseinrichtung (41, 42) verbunden ist, um einen Schwellenwertpegel (VTH) zu erzeugen, auf den bei Vornahme der Entscheidung bezüglich des Auftretens eines Klopfens Bezug genommen wird, auf der Grundlage entweder des ersten oder des zweiten Mittelwertes;
eine Klopfen-Identifizierungseinrichtung (44), die operativ angeschlossen ist, um Ausgangssignale des Schwingungspegelgenerators (26) und der Recheneinrichtung (43) zu empfangen, um den Schwingungspegel (Vp) mit dem Schwellenwertpegel (VTH) zu vergleichen und ein Klopfen-Identifizierungssignal zu erzeugen, falls der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet; und
einen Klopfgrenze-Regler (45), der auf das Klopfen-Identifizierungssignal aus der Klopfen-Identifizierungseinrichtung anspricht, um einen Maschinenregelparameter zu regeln, so daß das Klopfen unterdrückt werden kann.

16. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mittelwert entsprechend einer nachfolgenden ersten Gleichung bestimmt wird: BGL1 = BGL1*(N3-1) /N3+Vp/N4wobei BGL1 einen laufenden ersten Mittelwert darstellt, der aus der laufenden Mittelwertverarbeitung erhalten wird;
BGL1* einen vorausgehenden ersten Mittelwert darstellt, der in einem vorausgehenden Betriebszyklus erhalten wurde;
N3 eine erste vorgegebene Konstante darstellt; und
Vp den Schwingungspegel darstellt;
während der zweite Mittelwert entsprechend der folgenden zweiten Gleichung bestimmt wird:BGL1 = BGL1*(N3′-1)/N3′+Vp/N3′wobei N3′ eine zweite vorgegebene Konstante darstellt, die kleiner als die erste vorgegebene Konstante N3 ist.

17. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenregelparameter ein Zündzeitpunkt ist, der verzögert wird, um das Auftreten eines Klopfens zu unterdrücken, wenn der Schwingungspegel den Schwellenwertpegel überschreitet.

18. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspegel-Durchschnittswertbildungseinrichtung mindestens ein Filter (41, 42) enthält, das Filterkonstanten jeweils entsprechend dem ersten und zweiten vorgegebenen Wert enthält, die abhängig vom Ausgangssignal der Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung (47) umgeschaltet werden.

19. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungspegelgenerator (26) eine Spitzenwert-Halteschaltung enthält, die periodisch synchron mit dem Maschinenzyklus freigegeben wird, um dabei ein Schwingungssignal zu halten und auszugeben, das einen Spitzenwert der Schwingungen des Maschinenzylinders darstellt, die bei jedem Auftreten einer Verbrennung in der Maschine vorliegen.

20. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszustand-Bestimmungseinrichtung (47), die Schwingungspegel-Durchschnittswertbildungseinrichtung (41, 42), die Recheneinrichtung (43), die Klopfen-Identifizierungseinrichtung (44) und der Klopfgrenze-Regler (45) einen Mikrocomputer umfassen.

21. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Zündzeitpunkt um eine Größe verzögert, die einem Quotienten entspricht, der sich aus Teilung eines Unterschiedes zwischen dem Schwellenwertpegel und dem Schwingungspegel durch den Schwellenwertpegel ergibt.

22. Klopfgrenze-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszustands-Bestimmungseinrichtung (47) auf der Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit der Maschinendrehzahl bestimmt, ob sich die Maschine in einem Übergangszustand befindet.