DE4206809A1

DE4206809A1 - Verfahren und vorrichtung zur klopferfassung fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4206809A1
Application number: DE4206809A
Authority: DE
Inventors: Kouji Kitano; Mitsuo Kayano; Masayoshi Kaneyasu; Kouzou Katougi; Takanobu Ichihara; Nobuo Kurihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1992-09-10
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JP2587543B2; DE4206809C2; US5347846A; KR0137452B1; JPH04279751A; KR920018343A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klopferfassungs einrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein hierfür verwendetes Verfahren und insbesondere eine Klopferfas sungseinrichtung für einen in einem Kraftfahrzeug verwen deten Benzinmotor und ein hierfür verwendetes Verfahren.

Wenn in einem Motor Klopfen auftritt, wird eine Vibration mit charakteristischen Resonanzfrequenzkomponenten her vorgerufen. Daher wird das Auftreten des Klopfens durch die Erfassung dieser Vibration festgestellt.

Für die jeweilige Beurteilung, ob ein Klopfen vorliegt, ist es notwendig, aus einer von einem Vibrationssensor erfaßten Motorvibration die durch ein Klopfen hervor gerufene Vibration von einer Hintergrundvibration, die in keinerlei Beziehung zum Klopfen steht, abzutrennen.

Daher werden in herkömmlichen Klopferfassungseinrichtun gen, wie sie etwa aus JP 58-45 520-A (1983) bekannt sind, vorgegebene Resonanzfrequenzkomponenten im Bereich von 5 bis 12 kHz aus dem Ausgangssignal eines Vibrationssen sors mittels eines Bandpaßfilters ausgeblendet; dann wird beurteilt, ob ein Klopfen vorliegt, indem geprüft wird, ob der integrierte Wert des Ausgangs des Bandpaßfilters einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

In dieser herkömmlichen Klopferfassungseinrichtung wird die für die Feststellung des Vorliegens eines Klopfens erforderliche Integration der Resonanzfrequenzkomponenten mittels einer Analogschaltung ausgeführt.

In diesen oben angegebenen herkömmlichen Klopf erfassungseinrichtungen werden die Einflüsse, die durch im Ausgangssignal des Vibrationssensors enthaltene und von der Klopfvibration verschiedene Vibrationen ver ursacht werden, etwa Ventilsitz-Vibrationen und Kol bengleit-Vibrationen, nicht ausreichend berücksichtigt, so daß herkömmliche Klopferfassungseinrichtungen bei ho hen Drehzahlen des Motors gegenüber Rauschen empfindlich sind. Daher besteht bei derartigen herkömmlichen Einrich tungen wegen der geringen Erfassungsempfindlichkeit be züglich einer genauen Klopferfassung ein Problem.

Ferner werden in herkömmlichen Klopferfassungseinrichtun gen Verfahren für eine genaue Verarbeitung der Ausgangs signale vom Vibrationssensor, etwa eine schnelle Fourier- Transformation, nicht berücksichtigt, um das Klopfen festzustellen, so daß von der im Ausgangssignal des Vi brationssensors enthaltenen Information kein ausreichen der Gebrauch gemacht werden kann und somit das Problem besteht, daß eine genaue Beurteilung, ob ein Klopfen vor liegt, nicht erzielt werden kann.

Weiterhin wird bei herkömmlichen Klopferfassungseinrich tungen die Tatsache nicht berücksichtigt, daß die durch das Klopfen erzeugte Vibration nicht notwendig über die gesamte Dauer eines Verbrennungshubes verteilt sein muß, so daß Vibrationssignale der gesamten Periode des Ver brennungshubes, die auch solche Vibrationen enthalten, die nicht mit dem Klopfen in Beziehung stehen, für die Beurteilung des Klopfens verwendet werden. Daher besteht während des Betriebes des Motors mit hoher Last und mit hoher Drehzahl, in dem der Pegel der Rauschvibration zu nimmt, das Problem, daß die Erfassung der Klopfvibration schwierig ist und somit die Beurteilung, ob ein Klopfen vorliegt oder nicht, unmöglich ist, weil es schwierig ist, das Klopfen in einem Motordrehzahlbereich von mehr als 3000 min^-1 und im Motorhochleistungsbereich genau zu erfassen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klopferfassungseinrichtung für Verbrennungsmotoren und ein hierfür verwendetes Verfahren zu schaffen, mit denen eine genaue Erfassung und eine genaue Beurteilung des Klopfens im gesamten Betriebsbedingungsbereich des Ver brennungsmotors, selbst im Bereich hoher Lasten und hoher Drehzahlen des Motors, möglich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorlie genden Erfindung gelöst durch eine Klopferfassungsein richtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Einrich tung für die Frequenzanalyse und Frequenzverarbeitung, die nacheinander in mehreren Zeitperioden während eines Verbrennungshubes des Motors Ausgangssignale des Vibra tionssensors empfängt und diese mittels einer digitalen Frequenzanalyse verarbeitet, und eine Hauptresonanzfre quenz-Einstelleinrichtung, die eine für die Beurteilung des Klopfens erforderliche Hauptresonanzfrequenz in Ab hängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen festlegt, um faßt.

Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorlie genden Erfindung gelöst durch eine Klopferfassungsein richtung, die eine Einrichtung für die vorherige Bestim mung eines Zeitperioden-Teilabschnittes, in dem das Vi brationssignal während eines Verbrennungshubes die größte Intensität besitzt, und eine Einrichtung für die Frequenzanalyse der Vibrationssignale, die die Vibrati onssignale in der Mitte des bestimmten Abschnittes loka lisiert, umfaßt.

Die Frequenzanalyse- und -verarbeitungseinrichtung und die Hauptresonanzfrequenz-Einstelleinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung empfangen wäh rend eines jeden Verbrennungshubes nacheinander die Aus gangssignale des Vibrationssensors, wandeln diese in di gitale Signale um und führen an den jeweiligen digitalen Signalen eine Frequenzanalyse aus, wodurch es möglich ist, nur diejenigen Daten auszublenden, die eine für das Klopfen charakteristische Vibration in vergleichsweise hohem Grad besitzen. Im Ergebnis wird das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein des Klopfens selbst während des Motorbetriebs mit hoher Last und hoher Drehzahl, in dem der Hintergrundvibrationspegel ansteigt, genau fest gestellt.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung su chen die Einrichtung für die Bestimmung eines Zeitperi oden-Teilabschnittes während eines Verbrennungshubes, in dem das Vibrationssignal die größte Intensität besitzt, und die Einrichtung für die Frequenzanalyse der Vibra tionsintensitätssignale, die das Vibrationssignal im Mit telpunkt des Teilabschnittes lokalisiert, denjenigen Datenbereich, der unter den Ausgangssignalen des Vibrationssensors die größte Vibrationsintensität be sitzt, wobei die Frequenzanalyse auf diesen Datenbereich konzentriert wird, um so ein Klopfen festzustellen. Im Ergebnis kann selbst ein schwaches Klopfsignal erfaßt werden, so daß ein Klopfen im gesamten Motorbetriebsbe reich festgestellt werden kann.

Da das Klopfen kein statisches Phänomen ist, kann nicht vorhergesagt werden, wann das Klopfen in einem Verbren nungshub auftritt und wie lange es andauert, da der Zeit punkt und die Dauer des Klopfens selbst unter gleichen Motorbetriebsbedingungen ständig wechseln. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Inter vall eines Verbrennungshubes in eine Mehrzahl von konti nuierlichen Abschnitten unterteilt, so daß die Vibra tionssignale in den jeweiligen Teilabschnitten lokal un tersucht werden können und anschließend die Klopfanalyse auf diejenigen Daten konzentriert werden kann, die mögli cherweise Klopfvibrationssignale enthalten, so daß erfin dungsgemäß die Erfassungsempfindlichkeit gesteigert wer den kann.

Die Resonanzfrequenzen, anhand derer das Auftreten eines Klopfens festgestellt wird, verändern sich in Abhängig keit von den Motorbetriebsbedingungen, etwa in Abhängig keit von der Motordrehzahl; gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Frequenzanalyse jedoch in einem Frequenzbereich ausgeführt, in dem die für das Klopfen charakteristischen Frequenzkomponenten in hohem Grad auftreten, so daß selbst unter Motorbetriebsbedin gungen mit hoher Last und hoher Drehzahl, in denen der Hintergrundvibrationspegel ansteigt, genau festgestellt werden kann, ob ein Klopfen vorliegt. Wenn die Vibra tionssignale, die die für das Klopfen charakteristischen Frequenzkomponenten enthalten, jeweils in mehrere Ab schnitte unterteilt werden, können die für das Klopfen charakteristischen Frequenzkomponenten sicher erfaßt wer den, indem die Ausgangssignale des Vibrationssensors ana lysiert werden, wobei die Teilabschnitte in jeweils glei chem Ausmaß miteinander überlappt werden.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zunächst der Datenbereich, in dem die mit einem Klopfen in Beziehung stehenden Vibrationssignale mit größter Wahrscheinlichkeit enthalten sind, gesucht und bestimmt, woraufhin die Beurteilung des Klopfens auf der Grundlage der so bestimmten Daten ausgeführt wird, so daß eine Klopferfassung mit hoher Empfindlichkeit erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß kann selbst dann genau beurteilt werden, ob ein Klopfen vorliegt, wenn der Motor unter hoher Last oder mit hoher Drehzahl betrieben wird, so daß einerseits die Ausgangsleistung und andererseits der Kraftstoffver brauch des Verbrennungsmotors verbessert werden.

Darüber hinaus wird die in den Ausgangssignalen des Vi brationssensors enthaltene Information effektiv genutzt, so daß sowohl die Motorleistung als auch der Kraft stoffverbrauch des Verbrennungsmotors optimal gesteuert werden können.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, die sich auf bevorzugte Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, ange geben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung für die Erläuterung des Funkti onsprinzips einer Klopferfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer herkömmlichen Klopferfassungseinrichtung;

Fig. 2 verschiedene Klopfsensorsignaldiagramme, die in der Erläuterung in Verbindung mit Fig. 1 verwen det werden;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Motor steuersystems für einen Verbrennungsmotor, das eine Klopferfassungseinrichtung gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 4 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Klopf steuerungsverarbeitung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Klopfbe urteilungsverarbeitung im Schritt 203 in dem in Fig. 4 gezeigten Flußdiagramm;

Fig. 6 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Klopfbe urteilung im Schritt 304 in dem Fig. 5 gezeigten Flußdiagramm;

Fig. 7 eine Tabelle, in der die für die Klopfvibration charakteristischen Resonanzfrequenzkomponenten dargestellt sind und die im Schritt 3042 im Fluß diagramm von Fig. 6 verwendet wird;

Fig. 8 eine Darstellung für die Erläuterung des Funkti onsprinzips einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor; und

Fig. 9 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Klopf steuerungsverarbeitung in der erfindungsgemäßen Ausführungsform von Fig. 8.

Zunächst wird das Prinzip erläutert, gemäß dem mit der erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung beurteilt wird, ob ein Klopfen vorliegt.

Wie bekannt, sind in den Motorvibrationen eine Mehrzahl von Vibrationskomponenten enthalten, die durch die Rei bung der Kolben, die Drehung der Kurbelwelle und die Be tätigung der Ein- und Auslaßventile erzeugt werden. Au ßerdem verändern sich diese Vibrationskomponenten in Ab hängigkeit von den Verbrennungsbedingungen im Motor. Wenn im Motor ein Klopfen erzeugt wird, werden zu den durch die Verbrennung verursachten Vibrationen solche Vibratio nen, die durch Druckschwankungen in den einzelnen Zylin dern des Motors erzeugt werden und die für ein Klopfen charakteristisch sind, hinzugefügt. Die Feststellung, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht, wird durch die Aus blendung der für das Klopfen charakteristischen Vibratio nen aus den von einem Vibrationssensor erfaßten Gesamtmo torvibrationen ausgeführt.

In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wer den die Ausgangssignale des Vibrationssensors unter Ver wendung von Frequenzanalyseverfahren wie etwa einer schnellen Fourier-Transformation oder einer Walsh/Fou rier-Transformation analysiert, wobei die Vibrationssi gnale des Vibrationssensors während eines Verbrennungshu bes nacheinander in eine Mehrzahl von Datenbereichen un terteilt werden, die durch Kurbelwinkelbereiche darge stellt werden. Anschließend werden die Daten in den je weiligen Bereichen unter Verwendung eines der oben er wähnten Frequenzanalyseverfahren einer Frequenzanalyse unterzogen, um die für das Klopfen charakteristischen Frequenzkomponenten zu erhalten; die sich daraus erge bende Frequenzanalyse, die in Form eines S/R-Verhältnis ses in den Kurbelwinkelbereichen zwischen 10° und 21°, zwischen 21° und 33°, zwischen 33° und 44° und zwischen 44° und 56° gegeben ist, verändert sich abschnittsweise, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Andererseits werden in der herkömmlichen Klopferfassungs einrichtung die entsprechenden Vibrationssignale des Vi brationssensors, die in einem vorgegebenen Kurbelwinkel bereich zwischen 10° und 56° eines jeden Verbrennungshu bes enthalten sind und ebenfalls in Fig. 1 gezeigt sind, ausgeblendet, dann wird im herkömmlichen Fall eine vorge gebene Frequenzkomponente in den ausgeblendeten Signalen, die beim Auftreten eines Klopfens erzeugt wird, über den vorgegebenen Kurbelwinkelbereich, in dem das Auftreten des Klopfens überwacht wird, integriert, wobei jedoch ein wesentlicher Teil dieser Periode keine Klopffrequenz ent hält, so daß im herkömmlichen Fall ein unzureichendes S/R-Verhältnis erhalten wird, durch das die Klopferfas sungsempfindlichkeit abgesenkt wird.

Erfindungsgemäß werden, wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt, die Ausgangssignale des Vibrationssensors während eines Verbrennungshubes nacheinander in eine Mehrzahl von Ab schnitten unterteilt, wobei nur diejenigen Daten für die Feststellung des Klopfens verwendet werden, die sich in einem besonderen Teilabschnitt befinden, der eine inten sive für das Klopfen charakteristische Vibration enthält, wodurch die Klopferfassungsempfindlichkeit verbessert wird.

In Fig. 2 ist die Veränderung der Kurbelwinkelpositionen gezeigt, bei denen durch die Verbrennung bei gleichem Zündzeitpunkt, jedoch unter verschiedenen Motorbetriebs bedingungen erzeugte Vibrationen auftreten. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind in der nicht veränderbaren, kon stanten Kurbelwinkelperiode, in der die Klopffrequenzkom ponente gemäß dem herkömmlichen Verfahren mit breitem Einzelfenster integriert wird, Vibrationssignale einer Periode, in der keine Klopfvibrationen vorhanden sein können, in diesem breiten Einzelfenster ebenfalls enthal ten, so daß das S/R-Verhältnis für die Erfassung des Klopfens abgesenkt wird.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Klopferfassungs einrichtung mit Bezug auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen im einzelnen erläutert.

In Fig. 3 ist ein Beispiel eines Motorsteuersystems für einen Verbrennungsmotor gezeigt, das eine Klopferfas sungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung enthält. Das Motorsteuersystem umfaßt ein Steuerblock, der aus einer Eingabe-Einheit 20 einer Eingabe-/Ausgabe-Einheit, einem A/D-Umsetzer 21, einem RAM 22, einer Ausgabe-Einheit 23 einer Eingabe-/Ausgabe- Einheit, einem ROM 24 und einer CPU 25 aufgebaut ist, und einen Motorvibrations-Aufnahmeblock, der aus einem Ver stärker 26, einem Bandpaßfilter 27 und einem A/D-Umsetzer 28 aufgebaut ist. Das Motorsteuersystem nimmt Signale von einem am Motor angebrachten Vibrationssensor 1, von einem Kurbelreferenzpositionssensor 2, von einem Kurbelwinkel sensor 3 und von einem Luftströmungsratensensor 4 auf, berechnet auf der Grundlage der Eingangssignale ein Kraftstoffeinspritzsignal Ti und ein Zündzeitpunktsignal R_ign und gibt die berechneten Signale aus.

Die Ansaugluftmenge Q, die vom Luftmengenmesser 4, etwa einem Luftmengenmesser vom Hitzdrahttyp, erfaßt wird, wird mittels des A/D-Umsetzers 21 in einen digitalen Wert umgewandelt und in die CPU 25 eingegeben. Ein vom Kurbel referenzpositionssensor 2 erfaßtes REF-Signal und ein vom Kurbelwinkelsensor 3 erfaßtes POS-Signal werden über die Eingabe-Einheit 20 der E/A-Einheit in die CPU 25 eingege ben und von der CPU 25 für die Gewinnung der Motordreh zahl verwendet.

Die CPU 25 führt eine Verarbeitung gemäß einem im ROM 24 gespeicherten Programm aus, bestimmt das Kraftstoffein spritzsignal Ti und das Zündzeitpunktsignal R_ign überträgt über die Ausgabe-Einheit 23 der E/A-Einheit die so bestimmten Signale an die jeweiligen (nicht gezeigten) Betätigungselemente.

Andererseits wird das Ausgangssignal vom Vibrationssensor 1, der als Klopfsensor bezeichnet wird, über den Verstär ker 26 und das Bandpaßfilter 27 in den A/D-Umsetzer 28 eingegeben, der das Signal aufgrund des REF-Signal-Erzeu gungszeitpunktes digitalisiert und die für die Klopfer fassung erforderlichen Daten abtastet. Wenn der A/D-Um setzer 28 die für die Klopffeststellung erforderlichen Daten aufnimmt, erzeugt er ein Unterbrechungssignal für die CPU 25.

Aufgrund des Unterbrechungssignals vom A/D-Umsetzer 28 beginnt die CPU 25 mit der Verarbeitung des abgetasteten Vibrationssensor-Ausgangssignals gemäß einem im ROM 24 gespeicherten Klopfbeurteilungsprogramm, stellt fest, ob ein Klopfen vorhanden ist, und bewirkt, daß das Beurtei lungsergebnis bei der Erzeugung des Zündzeitpunktsignals Ti geeignet berücksichtigt wird, um so das Klopfen zu steuern.

Zunächst wird die Zündzeitpunktverarbeitung in der CPU 25 mit Bezug auf das in Fig. 4 gezeigte Flußdiagramm erläu tert. Die Verarbeitung in dem in Fig. 4 gezeigten Fluß diagramm beginnt jeweils nach einem vorgegebenen Zyklus, beispielsweise nach jeweils 20 ms.

Im Schritt 201 werden aus bestimmten Registern im RAM 22 die Motordrehzahl N und eine Ansaugluftmenge Q geholt. Im Schritt 202 wird die Ansaugluftmenge pro Motorumdrehung Q/N berechnet, anschließend werden auf der Grundlage des Rechenergebnisses und unter Bezugnahme auf eine Basis- Kraftstoffmengentabelle und auf eine Basis-Zündzeitpunkt tabelle, die im ROM 24 gespeichert sind, eine Basis-Ein spritzimpulsbreite Ti bzw. ein Basis-Zündzeitpunkt R_Basis erhalten. Im Schritt 203 wird unter Bezugnahme auf den Informationsgehalt eines später erläuterten Klopf-Zu standsbits festgestellt, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht.

Wenn im Schritt 203 festgestellt wird, daß ein Klopfen auftritt, wird im Schritt 205 vom vorhergehenden Vorei lungswinkel R_adv ein vorgegebener Verzögerungswinkel R_ret subtrahiert, um den neuen Voreilungswinkel R_adv zu be stimmen. Durch diese Subtraktion wird der Zündzeitpunkt im Vergleich zum vorhergehenden Zündzeitpunkt verzögert, wodurch das Klopfen gesteuert bzw. unterdrückt wird.

Wenn andererseits im Schritt 203 festgestellt wird, daß kein Klopfen vorliegt, wird im Schritt 204 zum vorherge henden Voreilungswinkel R_adv ein vorgegebener Voreilungs winkel R_adv1 addiert, um den neuen Voreilungswinkel R_adv zu bestimmen. Durch diese Addition wird nach der der Klopfsteuerung dienenden Verzögerung der Zündzeitpunkt schrittweise wieder auf den alten Wert eingestellt.

Im Schritt 206 wird der so erhaltene neue Voreilungswin kel R_adv zum Basis-Zündzeitpunkt R_Basis addiert, um so den Zündzeitpunkt R_ign zu bestimmen. Im Schritt 207 wird auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Ansaugluftmenge pro Motordrehzahl Q/N der maximale Voreilungswinkel R_max bestimmt, indem auf die im ROM 24 gespeicherte Tabelle für maximale Voreilungswinkel Bezug genommen wird.

Im Schritt 208 wird festgestellt, ob der Zündzeitpunkt R_ign den maximalen Voreilungswinkel R_max übersteigt. Wenn der Zündzeitpunkt R_ign den maximalen Voreilungswinkel R_max übersteigt, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 209, in dem der maximale Voreilungswinkel R_max als Zündzeit punkt R_ign bestimmt wird, anschließend ist die Verarbei tung bezüglich der Zündzeitpunktsteuerung beendet; wenn andererseits festgestellt wird, daß der Zündzeitpunkt R_ign den maximalen Voreilungswinkel R_max nicht übersteigt, wird der berechnete Zündzeitpunkt R_ign als tatsächlicher Zündzeitpunkt bestimmt, woraufhin auch in diesem Fall die Verarbeitung bezüglich der Zündzeitpunktsteuerung abge schlossen ist.

Nun wird mit Bezug auf das in Fig. 5 gezeigte Flußdia gramm die Verarbeitung im Schritt 203, in der durch die CPU 25 festgestellt wird, ob ein Klopfen vorhanden ist, erläutert. Die Verarbeitung gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Flußdiagramm beginnt, nachdem der A/D-Umsetzer 28, der durch ein ein Unterbrechungssignal darstellendes REF-Si gnal aktiviert worden ist, die Aufnahme und die Umsetzung der für die in der CPU 25 ausgeführte Frequenzanalyse er forderlichen Daten abgeschlossen hat.

Im Schritt 301 wird das Ausgangssignal des Vibrationssen sors 1 auf der Grundlage der Daten des A/D-Umsetzers 28 einer Frequenzanalyse unterzogen. In der Frequenzanalyse, die auf eine erstmalige Analyse folgt, kann der in der vorherigen Frequenzanalyse verwendete Datenteil mit den momentanen Daten überlappt werden; statt dessen kann zwi schen den in der vorherigen Frequenzanalyse verwendeten Daten und den momentanen Daten auch eine Lücke gebildet werden.

Im Schritt 302 wird festgestellt, ob die vorgegebene An zahl von Analysen, die für die Klopfbeurteilung während eines Verbrennungshubes bestimmt wurde, erreicht ist. Wenn die vorgegebene Anzahl von Analysevorgängen noch nicht erreicht worden ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 303, in dem auf den Abschluß der nachfolgen den A/D-Umsetzung gewartet wird. Wenn die erforderliche Anzahl von Analysevorgängen erreicht ist, wird im Schritt 304 eine Hauptresonanzfrequenz wie etwa 6,3 kHz, 10,4 kHz, 13,0 kHz, 14,3 kHz und 18,1 kHz eingelesen. Die im Schritt 304 eingelesene Hauptresonanzfrequenz variiert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und von der Motorlast.

Nun wird mit Bezug auf das in Fig. 6 gezeigte Flußdia gramm die Verarbeitung im Schritt 304 im einzelnen erläu tert. Zunächst werden in einem Schritt 3041 eine Motor drehzahl und eine Motorlast geholt. Im Schritt 3042 wird die in Fig. 7 dargestellte Tabelle anhand der geholten Motordrehzahl und der geholten Motorlast abgerufen, um so die bei der momentanen Klopfbeurteilung verwendete Hauptresonanzfrequenz zu bestimmen; anschließend wird im Schritt 3043 die bestimmte Hauptresonanzfrequenz eingele sen, die in den folgenden Schritten verwendet wird.

Nun wird wieder auf das in Fig. 5 gezeigte Flußdiagramm Bezug genommen. Im Schritt 305 wird gemäß der folgenden Gleichung (1) unter Verwendung der im Schritt 304 erhal tenen Hauptresonanzfrequenz für die jeweiligen Frequenz analysedaten ein Klopfindex I bestimmt:

I = A₁X₁ + A₂X₂ + . . . + A_nX_n (1)

wobei X_i das Leistungsspektrum der Resonanzfrequenzkompo nente ist und wobei gilt: A_i = 1 für eine vorgegebene An zahl von größeren X_i; A_i = 0 für alle anderen X_i.

Im Schritt 306 wird das Produkt aus dem Hintergrundpegel BGL und einem Kappungspegel Kr, der für die Klopfbeurtei lung einen Schwellenpegel darstellt, mit dem größten im Schritt 305 bestimmten Klopfindex I verglichen; wenn der Klopfindex I größer als dieses Produkt ist, wird im Schritt 307 festgestellt, daß ein Klopfen vorhanden ist, so daß das Klopf-Zustandsbit auf den Wert "Klopfen = 1" eingestellt wird und anschließend die Klopfbeurteilungs verarbeitung abgeschlossen ist.

Wenn andererseits im Schritt 306 festgestellt wird, daß der Klopfindex I kleiner als das erwähnte Produkt ist, wird im Schritt 308 festgestellt, daß kein Klopfen vor liegt, so daß das Klopf-Zustandsbit auf den Wert "Klopfen = 0" eingestellt wird und der Hintergrundpegel BGL gemäß der folgenden Gleichung (2) aktualisiert wird:

momentaner BGL = (1 - 1/N) · vorheriger BGL + (1/N) · Klopfindex I (2)

wobei N die Abtastanzahl ist. Anschließend ist die Klopf beurteilungsverarbeitung auch in diesem Fall beendet.

Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich, wird erfin dungsgemäß aus einer Mehrzahl von Datenbereichen, die in einem Verbrennungshub nacheinander angeordnet sind, ein Datenbereich, der die spezifische Resonanzfrequenzkompo nente der größten Intensität enthält und der auf der Grundlage der momentanen Motorbetriebsbedingungen be stimmt worden ist, für die Klopfbeurteilung ausgewählt, so daß eine genaue Klopfbeurteilung mit hoher Empfind lichkeit möglich ist. Auf diese Weise kann daher eine Klopfsteuerung des Motors leicht und zuverlässig ausge führt werden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 8 eine weitere Ausführungs form der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Klopfbeurteilung gemäß dieser Ausführungsform wird zunächst ein Datenbereich gesucht, der unter den Aus gangsdaten des Vibrationssensors die höchste Ausgabe be sitzt. Danach wird die Ausgabe in einem begrenzten Kur belwinkelbereich einer Frequenzanalyse für die Klopfbeur teilung unterzogen, derart, daß der die höchste Ausgabe besitzende Datenbereich im wesentlichen in der Mitte des begrenzten Analysebereichs angeordnet ist.

Der Vibrationssensor erzeugt normalerweise während der Verbrennung des Kraftstoffs in einem Verbrennungsmotor ein Ausgangssignal, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Vibrationssi gnal während der Verbrennung in positiver Zeitrichtung in eine Mehrzahl von Intervallen unterteilt, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist. Anschließend werden die Vibrationsin tensitäten in den jeweiligen Intervallen analysiert, wie in Fig. 8(c) gezeigt ist. Wenn hierbei Intervalle auftre ten, in denen die durch die vorhergehende Analyse be stimmte Vibrationsintensität P das Produkt KBGL aus dem Hintergrundpegel BGL und dem Kappungspegel Kr übersteigt, wird ein Intervall, das die höchste Vibrationsfrequenz enthält, als Bereich bestimmt, in dem während des Ver brennungshubes möglicherweise die höchste Klopfintensität vorhanden ist. Dann wird der Kurbelwinkelbereich dieses Intervalls gespeichert, anschließend wird der Analysebe reich oder der Klopfbeurteilungsabschnitt, mit dem der gespeicherte Kurbelwinkelbereich vollständig abgedeckt wird, bestimmt, wie in Fig. 8(d) gezeigt ist, derart, daß der gespeicherte Kurbelwinkelbereich, in dem die die höchste Intensität zeigende Vibration auftritt, im we sentlichen in der Mitte des Analysebereichs angeordnet ist. Anschließend wird das Vibrationssignal in diesem be grenzten Bereich einer Frequenzanalyse unterzogen, um festzustellen. Im Ergebnis wird eine Klopferfassung mit hohem S/R-Verhältnis und mit hoher Empfindlichkeit er zielt, wie in Fig. 8(e) gezeigt ist.

Nun wird mit Bezug auf das in Fig. 9 gezeigte Flußdia gramm eine Klopferfassung gemäß dieser Ausführungsform erläutert.

Wenn ein den Abschluß der A/D-Umsetzung anzeigendes Un terbrechungssignal erzeugt wird, wird zunächst im Schritt 401 die Anzahl der Vibrationsintensitäts-Berechnungen ge zählt. Im Schritt 402 werden die ausgegebenen Vibrations komponenten innerhalb eines vorgegebenen, schmalen Kur belwinkelbereichs analysiert, um deren Vibrationsintensi tät P zu bestimmen. Im Schritt 403 wird die bestimmte Vi brationsintensität P mit dem Produkt KBGL aus dem Hinter grundpegel BGL und dem Kappungspegel Kr, das einen Schwellenwert für die Vibrationsintensität darstellt, verglichen, wobei die Verarbeitung zum Schritt 404 weiter geht, wenn die bestimmte Vibrationsintensität die Schwel len-Vibrationsintensität KBGL übersteigt, wobei der Da tenbereich oder der Kurbelwinkelbereich, in dem die Vi brationsintensitätsanalyse ausgeführt wird, gespeichert wird.

Im Schritt 405 wird festgestellt, ob die vorgegebene An zahl von Vibrationsintensitätsanalysen erreicht worden ist. Wenn diese vorgegebene Anzahl von Analysen noch nicht erreicht worden ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 406 und wartet auf den Abschluß der A/D-Um setzung. Wenn die vorgegebene Anzahl von Analysen er reicht worden ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 407, in dem auf der Grundlage des im Schritt 404 gespeicherten Datenbereichs der Frequenzanalysebereich bestimmt wird, wie mit Bezug auf Fig. 8(d) erläutert wurde; danach geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 408, in dem das Vibrationssignal im begrenzten, bestimm ten Kurbelwinkelbereich einer Frequenzanalyse für die nachfolgende Klopfbeurteilung unterzogen wird.

Somit kann in dieser Ausführungsform eine Klopferfassung mit hohem S/R-Verhältnis und hoher Empfindlichkeit er zielt werden, wie in Verbindung mit Fig. 8 erläutert wor den ist, so daß auf einfache und zuverlässige Weise eine Klopfsteuerung für einen Verbrennungsmotor erhalten wird.

Claims

1. Klopferfassungseinrichtung für Verbrennungsmoto ren, die einen Vibrationssensor (1) aufweist, der die Mo torvibration und/oder die Zylinderinnendruckvibration er faßt, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (28) für die Aufnahme der vom Vibrationssensor (1) ausgegebenen Vibrationssignale in mehreren aufeinanderfolgenden Intervallen während eines Verbrennungshubes des Verbrennungsmotors;
eine Einrichtung (25) für die Verarbeitung der aufgenommenen Vibrationssignale in den jeweiligen aufein anderfolgenden Intervallen mittels einer digitalen Fre quenzanalyse;
eine Einrichtung (25) für die Festlegung einer für die Feststellung des Klopfens erforderlichen Hauptre sonanzfrequenz in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszu stand des Verbrennungsmotors;
eine Einrichtung (25) für die Berechnung von Klopfindizes (I) für die einer digitalen Frequenzanalyse unterzogenen Vibrationssignale in den jeweiligen aufein anderfolgenden Intervallen auf der Grundlage der einge stellten Hauptresonanzfrequenzkomponente; und
eine Einrichtung (25) für den Vergleich des größ ten berechneten Klopfindexes (I) mit einem vorgegebenen Schwellenwert, der durch einen Hintergrundvibrationspegel (BGL) und einen Kappungspegel (Kr) gegeben ist, um so ein Auftreten des Klopfens zu bestimmen.

2. Klopferfassungseinrichtung für Verbrennungsmoto ren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hintergrundvibrationspegel (BGL) unter Verwendung der be rechneten Klopfindizes (I) aktualisiert wird, wenn kein Klopfen festgestellt wird.

3. Klopferfassungseinrichtung für Verbrennungsmoto ren, die einen Vibrationssensor (1) aufweist, der die Mo torvibration und/oder die Zylinderinnendruckvibration er faßt, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (28) für die Aufnahme der vom Vibrationssensor (1) ausgegebenen Vibrationssignale in mehreren aufeinanderfolgenden Intervallen während eines Verbrennungshubes des Verbrennungsmotors;
eine Einrichtung (25) für die Auswahl eines der aufeinanderfolgenden Intervalle, in dem die ausgegebenen Vibrationssignale die höchste Intensität oberhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes (KBGL) besitzen;
eine Einrichtung (25) für die Bestimmung eines Frequenzanalyse-Intervalls, derart, daß sich das ausge wählte Intervall im wesentlichen in der Mitte des Fre quenzanalyse-Intervalls befindet;
eine Einrichtung (25) für die Ausführung einer Frequenzanalyse an den Vibrationssignalen im bestimmten Frequenzanalyse-Intervall;
eine Einrichtung (25) für die Festlegung einer für die Feststellung des Klopfens erforderlichen Hauptre sonanzfrequenz in Abhängigkeit von der momentanen Be triebsbedingung des Verbrennungsmotors;
eine Einrichtung für die Berechnung eines Klopf indexes (I) für die einer Frequenzanalyse unterzogenen Vibrationssignale im bestimmten Frequenzanalyse-Intervall auf der Grundlage der eingestellten Hauptresonanzfre quenzkomponente; und
eine Einrichtung (25) für den Vergleich des be rechneten Klopfindexes (I) mit einem zweiten vorgegebenen Schwellenwert, der durch einen Hintergrundvibrationspegel (BGL) und einen Kappungspegel (Kr) gegeben ist, um da durch das Auftreten eines Klopfens festzustellen.

4. Verfahren zur Erfassung des in einem Verbren nungsmotor erzeugten Klopfens, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufnehmen von Vibrationssignalen, die von einem Vibrationen des Verbrennungsmotors erfassenden Vi brationssensor (1) ausgegeben werden, in mehreren aufein anderfolgenden Intervallen während eines Ver brennungshubes des Verbrennungsmotors;
Frequenzanalyse (301) der in den jeweiligen auf einanderfolgenden Intervallen aufgenommenen Vibrationssi gnale;
Festlegen (304) einer für die Feststellung des Klopfens erforderlichen Hauptresonanzfrequenz in Abhän gigkeit vom momentanen Betriebszustand des Verbrennungs motors;
Berechnen (305) von Klopfindizes (I) für die der Frequenzanalyse unterzogenen Vibrationssignale in den je weiligen aufeinanderfolgenden Intervallen auf der Grund lage der eingestellten Hauptresonanzfrequenzkomponente;
Vergleichen (306) des größten berechneten Klopf indexes (I) mit einem vorgegebenen Schwellenwert, der durch einen Hintergrundvibrationspegel (BGL) und einen Kappungspegel (Kr) gegeben ist, um damit das Auftreten von Klopfen zu bestimmen; und
Aktualisieren der jeweiligen Hintergrundvi brationspegel (BGL) durch die Verwendung der berechneten Klopfindizes (I), wenn kein Klopfen festgestellt wird.

5. Verfahren zur Erfassung des in einem Verbren nungsmotor erzeugten Klopfens, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufnehmen von Vibrationssignalen, die von einem die Vibrationen des Verbrennungsmotors erfassenden Vibra tionssensor (1) ausgegeben werden, in mehreren aufeinan derfolgenden Intervallen während eines Verbrennungshubes des Verbrennungsmotors;
Auswählen (401-406) eines der aufeinander folgenden Intervalle, in dem die ausgegebenen Vibrations signale die größte Intensität oberhalb eines ersten vor gegebenen Schwellenwertes (KBGL) besitzen;
Bestimmen (407) eines Frequenzanalyse-Intervalls, derart, daß sich das ausgewählte Intervall im we sentlichen in der Mitte des Frequenzanalyse-Intervalls befindet;
Frequenzanalyse (408) der ausgegebenen Vibrati onssignale im bestimmten Frequenzanalyse-Intervall;
Festlegen (304) einer für die Feststellung des Klopfens erforderlichen Hauptresonanzfrequenz in Ab hängigkeit vom momentanen Betriebszustand des Ver brennungsmotors;
Berechnen eines Klopfindexes (I) für die der Fre quenzanalyse unterzogenen Vibrationssignale im bestimmten Frequenzanalyse-Intervall auf der Grundlage der einge stellten Hauptresonanzfrequenzkomponente; und
Vergleichen des berechneten Klopfindexes (I) mit einem zweiten vorgegebenen Schwellenwert, der durch einen Hintergrundvibrationspegel (BGL) und einen Kappungspegel (Kr) gegeben ist, um damit das Auftreten eines Klopfens festzustellen.