-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klopferkennung bei
einer Brennkraftmaschine auf der Basis der Charakteristik eines
Ionenstroms.
-
Bei
einem typischen Verfahren zur Klopferkennung bei einer Brennkraftmaschine
findet ein Schwingungen erfassender Klopfsensor zur Erkennung von
Klopferscheinungen Verwendung. Die von diesem Klopfsensor erhaltenen
Signale werden zur Klopferkennung in einem vorgegebenen Bereich ausgewertet,
d.h., aus den Signalen des Klopfsensors werden in einem vorgegebenen
Frequenzbereich liegende Signale abgeleitet und sodann zur Klopferkennung
verarbeitet.
-
Aus
der DE-A1-198 10 523 ist in diesem Zusammenhang bereits ein Ionenstrom-Detektionssystem
für eine
Brennkraftmaschine bekannt, die eine Spitzenwert-Detektionseinrichtung zur Erfassung
eines Spitzenwertes eines Ionenstroms sowie eine Stromkorrektureinrichtung
zur Korrektur des Ionenstroms auf der Basis des erfassten Spitzenwertes umfasst.
-
Weiterhin
ist in jüngerer
Zeit eine Klopferkennung vorgeschlagen worden, bei der ein Ionenstrom unmittelbar
nach der Zündung
durch einen Brennraum hindurchgeführt und sodann eine den Ionenstrom überlagernde
Klopfkomponente erfasst wird. Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift H6-159
129 ist es z.B. in diesem Zusammenhang bekannt, eine den Ionenstrom überlagernde
Klopfkomponente abzuleiten und das Vorliegen oder Nichtvorliegen
von Klopferscheinungen auf der Basis der auf diese Weise abgeleiteten
Klopfkomponente zu bestimmen. Darüber hinaus ist es aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
H11-2 174 bekannt, einen Bezugswert für die Beurteilung des Vorliegens
von Klopferscheinungen auf der Basis des Mittelwertes eines bis
zu diesem Zeitpunkt erhaltenen Ionenstroms festzulegen und eine
Klopfkomponente zur Erfassung des Vorliegens von Klopferscheinungen mit
dem auf diese Weise erhaltenen Bezugswert zu vergleichen.
-
Bei
dieser Art der Klopferkennung unter Verwendung eines Ionenstroms
ist jedoch zu berücksichtigen,
dass sich der Verlauf des zu erfassenden Ionenstroms in Abhängigkeit
von den elektrischen Eigenschaften einer Verarbeitungsschaltung
und anderen Bedingungen bei der Messung verändert. Bei einem Ionenstromverlauf
wird dessen Spitzen- oder Maximalwert im wesentlichen gleichzeitig
mit der Verbrennungsspitze erreicht, bei der der Verbrennungsdruck
seinen Maximalwert erreicht. Im allgemeinen überlagert sich hierbei eine
Klopfkomponente dem Ionenstrom zu einem nach dem Spitzenwert des
Ionenstromverlaufs liegenden Zeitpunkt.
-
Wenn
sich z.B. der Spitzenwert eines Ionenstroms auf Grund von Änderungen
des Betriebszustands oder der Messbedingungen weitgehend verdoppelt,
verdoppelt sich auch im wesentlichen eine den Ionenstrom überlagernde
Klopfkomponente. Wenn somit der Klopf-Beurteilungswert auf der Basis eines
solchen unstetigen Ionenstroms festgelegt wird, ist der auf diese
Weise bestimmte Klopf-Beurteilungswert ebenfalls unstetig, sodass
bei jeder Erfassung des Ionenstroms eine Adaption erforderlich wird.
Da sich jedoch der Spitzenwert des Ionenstroms im wesentlichen gleichzeitig
mit dem Verbrennungs-Spitzendruck ändert, können durch eine solche Adaption
des Klopf-Beurteilungswertes Schwankungen des Klopf-Beurteilungswertes
nicht absorbiert werden, wenn nicht diese Adaption in jedem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine vorgenommen wird. Eine solche Adaption muss
daher jeweiligen Betriebsbereichen zugeordnete unterschiedliche Adaptionsbereiche
umfassen und im Rahmen sämtlicher
Adaptionsbereiche durchgeführt
werden, was eine komplexe Steuerung erfordert. Außerdem weist dieses
Verfahren des Standes der Technik nur eine begrenzte Bewertungsgenauigkeit
auf, da die Beurteilung des Vorliegens von Klopferscheinungen bei einem
Verbrennungsvorgang in Bezug auf einen Referenzwert erfolgt, der
auf der Basis eines Ionenstroms bei einem in Bezug auf den derzeit
zu messenden Verbrennungsvorgang vorhergehenden Verbrennungsvorgang
festgelegt worden ist.
-
Im
Rahmen der Erfindung wird angestrebt, diese Nachteile des Standes
der Technik zu beheben.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Klopferkennung bei einer Brennkraftmaschine durch Erfassung
eines in einem Zylinder der Brennkraftmaschine mit dem Einsetzen
der darin stattfindenden Verbrennung fließenden Ionenstroms und Bewertung einer
den Ionenstrom überlagernden
Klopfkomponente auf der Basis eines Beurteilungswertes angegeben,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ermittlung eines
Spitzenwertes des Ionenstroms und Relativkorrektur des Beurteilungswertes und/oder
der Klopfkomponente auf der Basis des auf diese Weise ermittelten
Spitzenwertes zur genaueren Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens von
Klopferscheinungen mit dem Anstieg des ermittelten Spitzenwertes.
-
Das
Verfahren führt
somit zu einer erschwerten und damit genaueren Beurteilung des Vorliegens oder
Nichtvorliegens von Klopferscheinungen mit dem Anstieg des ermittelten
Spitzenwertes, indem eine Relativkorrektur der Klopfkomponente und/oder des
Beurteilungswertes vorgenommen wird. Auch wenn die Klopfkomponente
anscheinend auf einen in Bezug auf ihren Realwert höheren Wert
mit steigendem Spitzenwert des Ionenstroms ansteigt, kann eine solche,
anscheinend über
dem Realwert liegende Klopfkomponente von der Klopferkennung ausgeschlossen
werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit eine
höhere
Klopferkennungsgenauigkeit erzielbar. Bei diesem Verfahren tritt
z.B. auch kein Messfehler dahingehend auf, dass eine eigentlich
für die
Klopferkennung zu kleine jedoch auf Grund eines durch Betriebszustandsschwankungen erhöhten Spitzenwertes
des Ionenstroms scheinbar auf einen höheren Wert als den Realwert
angestiegene Klopfkomponente fehlerhaft als Anzeichen für das Vorliegen
von Klopferscheinungen bewertet wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden somit nur auf das Vorliegen tatsächlich vorhandener Klopferscheinungen
hinweisende Klopfkomponenten erfasst, wodurch eine genauere Klopferkennung
ermöglicht
wird. Außerdem
können
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch Klopferscheinungen bei einem momentanen Verbrennungsvorgang auf
der Basis des hierbei auftretenden Spitzenwertes erfasst werden,
sodass Klopferscheinungen ohne Messfehler auch bei Übergangszuständen der
Verbrennung in einem unstetigen Betriebszustand erkannt werden können.
-
Im
Rahmen des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann die Korrektur
des Beurteilungswertes und/oder der Klopfkomponente in Richtung
einer Verringerung der Klopfkomponente bei steigendem Spitzenstrom
und/oder in Richtung einer Anhebung des Beurteilungswertes mit steigendem
Spitzenstrom erfolgen. Da die Korrektur derart vorgenommen wird,
dass die Klopfkomponente mit steigendem Spitzenwert des Ionenstroms
relativ verringert wird, ist auf diese Weise gewährleistet, dass ein Messfehler
auch dann nicht auftritt, wenn nur anscheinend vorhandene Klopferscheinungen
eine der Größenordnung
von realen Klopferscheinungen entsprechende Größenordnung aufweisen, sodass
auch hierdurch eine höhere
Erkennungsgenauigkeit erzielt wird.
-
Vorzugsweise
wird der Beurteilungswert auf der Basis eines Bezugswertes für die Beurteilung
der Klopfkomponente bestimmt, wobei dieser Bezugswert aus einem
Spitzenwert des Ionenstroms bei einem klopffrei verlaufenden normalen
Verbrennungsvorgang berechnet wird. Auf diese Weise lässt sich eine
Korrektur des Beurteilungswertes auf einen geeigneten Wert erzielen,
indem der bei einem normalen klopffreien Verbrennungsvorgang erhaltene
und berechnete Bezugswert durch einen tatsächlich gemessenen Wert korrigiert wird.
Vorzugsweise wird der Beurteilungswert als Wert bestimmt, der sich durch
Multiplikation des Bezugswertes mit einem Faktor in Form eines positiven
Zahlenwertes N und Vergleich mit der Klopfkomponente ergibt, oder
der Beurteilungswert wird bei seiner Bestimmung dem Bezugswert gleichgesetzt
und mit einem Wert verglichen, der sich durch Teilung der Klopfkomponente durch
einen Faktor in Form eines positiven Zahlenwertes M ergibt. Hierdurch
kann der Beurteilungswert in geeigneter Weise Änderungen des Bezugswertes angepasst
werden. Wenn der Faktor, mit dem der Bezugswert multipliziert oder
durch den die Klopfkomponente dividiert werden, in Abhängigkeit
von Betriebszuständen
wie z.B. der Drehzahl der Brennkraftmaschine oder der jeweiligen
Last der 8rennkraftmaschine variabel ist, lässt sich eine weitere Verbesserung
der Erkennungsgenauigkeit erzielen.
-
Zur
Minimierung des Einflusses von Störungen bei tatsächlichen
Betriebszuständen
einer Brennkraftmaschine umfasst das Verfahren vorzugsweise den
weiteren Schritt der Erfassung einer den Ionenstrom in einem klopffreien
Betriebszustand während
einer Klopfkomponenten-Erfassungsperiode überlagernden Störkomponente,
wobei der Beurteilungswert oder die Klopfkomponente dann auf der Basis
der auf diese Weise erfassten Störkomponente korrigiert
wird. Hierdurch können
Klopferscheinungen unter Ausschluss von verschiedenen Störungen wie
z.B. insbesondere statistischem Rauschen und analogen Störungen beurteilt
werden, die von herstellungsbedingten Abweichungen der zur Verarbeitung
des Ionenstroms verwendeten elektrischen Schaltungsanordnung oder
durch unterschiedliche Betriebszustände verursacht werden, wodurch
eine weitere Verbesserung der Beurteilungsgenauigkeit erzielt wird.
-
Weitere
Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
2 ein
Blockschaltbild einer Ionenstrom-Messschaltung
dieses Ausführungsbeispiels,
-
3 ein
Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem ein Klopfstrom
einen Ionenstrom bei diesem Ausführungsbeispiel überlagert,
-
4 ein
Ablaufdiagramm, das einen allgemeinen Steuerablauf bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht,
-
5 ein
Diagramm, das den Betrieb dieses Ausführungsbeispiels veranschaulicht,
-
6 ein
Ablaufdiagramm, das den allgemeinen Steuerablauf bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht, und
-
7 ein
Diagramm, das den Betrieb dieses weiteren Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
-
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
beschrieben.
-
Zunächst sei
auf 1 eingegangen, die in schematischer Darstellung
eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine 100 eines
Kraftfahrzeugs zeigt, die ein Ansaugsystem 1 mit einer
Drosselklappe 2, die sich in Abhängigkeit von der Betätigung eines
(nicht dargestellten) Fahrpedals öffnet oder schließt, und
einem stromab der Drosselklappe 2 angeordneten Druckausgleichsbehälter 3 aufweist.
In einem mit dem Ausgleichsbehälter 3 in
Verbindung stehenden Saugrohr (Sammelsaugrohr) 4 ist ein
Kraftstoffeinspritzventil 5 an dem vom Ausgleichsbehälter 3 abgelegenen
Ende angeordnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 5 wird von
einer elektronischen Steuereinrichtung 6 zur unabhängig voneinander
erfolgenden Kraftstoffeinspritzung in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine
gesteuert. Ein einen Brennraum 30 bildender Zylinderkopf 31 ist
mit einer Zündkerze 18 versehen,
die zur Erzeugung eines Zündfunkens und
gleichzeitig auch als Elektrode für einen Ionenstrom dient. Außerdem umfasst
die Brennkraftmaschine 100 ein Abgassystem 20 mit
einem Sauerstoffsensor 21 zur Messung der Sauerstoffkonzentration
im Abgas an einer stromauf eines Dreifach-Katalysators 22 gelegenen
Stelle, der in einem zu einem (nicht dargestellten) Schalldämpfer führenden
Abgaskanal angeordnet ist.
-
Die
elektronische Steuereinrichtung 6 umfasst ihrerseits ein
Mikrocomputersystem mit einer Zentraleinheit 7, einem Speicher 8,
einer Eingangsschnittstelle 9, einer Ausgangsschnittstelle 11 und
einem A/D-Umsetzer 10. Die Eingangsschnittstelle 9 dient
zur Aufnahme folgender Signale: eines Ansaugdrucksignals (a), das
von einem zur Erfassung des Saugdrucks im Ausgleichsbehälter 3 vorgesehenen
Ansaugdrucksensor 13 abgegeben wird, eines Zylinder-Identifikationssignals
(G1), eines Bezugs-Kurbelwinkelsignals
(G2) und eines die Drehzahl der Brennkraftmaschine angebenden Maschinendrehzahlsignals
(b), die von einem zur Erfassung des Umdrehungszustands der Brennkraftmaschine 100 vorgesehenen
Nockenwellen-Stellungssensor 14 abgegeben
werden, eines von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 15 abgegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (c), eines Leerlaufsignals (d),
das von einem den geöffneten
oder nicht geöffneten
Zustand der Drosselklappe 2 erfassenden Leerlaufschalter 16 abgegeben
wird, eines Kühlmittel-Temperatursignals
(e), das von einem die Kühlmitteltemperatur
der Brennkraftmaschine 100 erfassenden Kühlmittel-Temperatursensor 17 abgegeben wird,
eines von dem vorstehend beschriebenen Sauerstoffsensor 21 abgegebenen
Stromsignals (h) und anderer vergleichbarer Signale. Über die
Ausgangsschnittstelle 11 werden dagegen dem Kraftstoffeinspritzventil 5 ein
Kraftstoffeinspritzsignal (f) und der Zündkerze 18 ein Zündimpuls
(g) zugeführt.
-
Die
Zündkerze 18 ist
zur Messung des Ionenstroms mit einer Vorspannungsquelle 24 über eine
Hochspannungsdiode 23 verbunden. Eine Ionenstrom-Messschaltung 25 verbindet
hierbei die Eingangsschnittstelle 9 mit der Vorspannungsquelle 24.
Die Ionenstrom-Messschaltung 25 ist z.B. in der in 2 veranschaulichten
Weise ausgestaltet und umfasst eine zur Verstärkung des Ionenstroms dienende
Ionenstromschaltung 25a, deren Zeitkonstante nicht über der
Taktfrequenz liegt, um das Entstehen von Sprungstörungen bei
Eingabe eines Signalverlaufs zu vermeiden, ein Bandpassfilter 25b zur Ableitung
eines Spitzenwertes des Ionenstroms und eines Klopfstroms In aus
den von der Ionenstromschaltung 25a abgegebenen Signalen,
eine Absolutwertschaltung 25c zur Erzeugung des Absolutwertes von
den auf diese Weise abgeleiteten Spitzenwert des Ionenstroms und
den Klopfstrom In umfassenden Signalen in einem vorgegebenen Frequenzbereich
sowie eine Integratorschaltung 25d zur Integration des
von der Absolutwertschaltung 25c abgegebenen Absolutwertsignals.
Bei dieser Schaltungsanordnung steigt der Ionenstrom unmittelbar
nach Einsetzen einer Zündung
steil an, fällt
anschließend kurzzeitig
ab und steigt sodann erneut auf einen Maximalwert oder Spitzenwert
bei einem Kurbelwinkel an, bei dem der Verbrennungsdruck einen Maximalwert
erreicht, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Da der
Klopfstrom In den Ionenstrom wahrscheinlich zu einem hinter dem
Spitzenwert liegenden Punkt überlagert,
wird der Klopfstrom In innerhalb eines Klopffensters abgeleitet,
das eine Klopferfassungsperiode von einem vor dem Spitzenwert des
Ionenstroms liegenden Zeitpunkt bis zu einem Zeitpunkt darstellt,
bei dem der Ionenstrom weitgehend verschwunden ist. In diesem Klopffenster
kann daher ein Spitzenwert des Ionenstroms sowie der Klopfstrom
In erfasst werden. In Bezug auf die Ionenstrom-Messschaltung 25 kann
hierbei eine Schaltungsanordnung bekannter Art Verwendung finden,
wobei im Falle dieses Ausführungsbeispiels
die Schaltungsanordnung 25 zur Erfassung des Ionenstroms
für jeden
der Zylinder ausgestaltet ist.
-
Die
elektronische Steuereinrichtung 6 enthält ein gespeichertes Programm
zur Korrektur einer Kraftstoffeinspritz-Basiszeitdauer mit Hilfe
verschiedener Korrekturkoeffizienten, die in Abhängigkeit von Maschinen-Betriebszuständen auf
der Basis von Informationen bestimmt werden, die im wesentlichen das
von dem Ansaugdrucksensor 13 abgegebene Ansaugdrucksignal
(a) und das von dem Nockenwellen-Stellungssensor 14 abgegebene
Maschinendrehzahlsignal (b) umfassen, wodurch eine Öffnungszeitdauer
des Kraftstoffeinspritzventils 5, d.h., eine Betätigungszeitdauer
(T) des Injektors festgelegt wird, sodass durch die Steuerung des
Kraftstoffeinspritzventils 5 auf der Basis der auf diese
Weise festgelegten Betätigungszeitdauer
eine dem Lastzustand der Brennkraftmaschine entsprechende geeignete
Kraftstoffmenge in das Ansaugsystem 1 eingespritzt wird.
-
Außerdem enthält die elektronische
Steuereinrichtung 6 ein Programm zur Erfassung des Auftretens
von Klopferscheinungen in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 100 durch
Messung des unmittelbar nach jeder Zündung im Brennraum fließenden Ionenstroms.
Dieses Klopferfassungsprogramm dient zur Erfassung des in jedem
Zylinder mit dem Einsetzen der Verbrennung fließenden Ionenstroms und zur
Beurteilung einer den Ionenstrom überlagernden Klopfkomponente
in Abhängigkeit
von dem Beurteilungswert, um auf diese Weise das Auftreten von Klopferscheinungen
zu erkennen. Bei dieser Klopferkennung werden ein Spitzenwert des
Ionenstroms erfasst und der Beurteilungswert und/oder die Klopfkomponente
auf der Basis des auf diese Weise erfassten Spitzenwertes einer
Relativkorrektur unterzogen, um eine genauere Beurteilung des Vorliegens
von Klopferscheinungen mit dem Anstieg des erfassten Spitzenwertes
des Ionenstroms zu ermöglichen.
-
Die
wesentlichen Elemente dieses Programms zur Klopferkennung mit Hilfe
eines Ionenstroms sind in 4 veranschaulicht.
Gemäß diesem
Programm werden unter Verwendung einer Funktion ein Bezugswert NKNKAPB
in einem klopffreien normalen Verbrennungszustand aus einem für den Ionenstrom
charakteristischen Spitzenwert NIONPK berechnet und eine aus dem
Klopfstrom In erhaltene Klopfkomponente NIONKNK in Bezug auf den
Bezugswert NKNKAPB zur Bestimmung des Vorliegens oder Nichtvorliegens
von Klopfen beurteilt.
-
Hierbei
wird in einem Schritt S1 gemäß 4 der
Spitzenwert NIONPK des Ionenstroms berechnet. Dieser Spitzenwert
NIONPK wird hierbei von der Integratorschaltung 25d zur
Unterdrückung impulsartiger
Störungen
als Integrationswert (Bereich) der Amplitudenkomponente einer Frequenz gebildet.
Der Betrag des Spitzenwertes des Ionenstroms verändert sich mit unterschiedlichen
Betriebszuständen,
wobei der Spitzenwert NIONPK mit zunehmendem Verbrennungsdruck ansteigt.
In einem Schritt S2 wird der auf diese Weise erhaltene Spitzenwert
NIONPK sodann zur Berechnung des Bezugswertes NKNKAPB in die nachstehende
Gleichung eingesetzt: NKNKAPB
= NKNPAKBA × NIONPK
+ NKNKAPBB (1)
-
In
der vorstehenden Gleichung (1) stellt NKNPAKBA eine Proportionalitätskonstante
dar, während
NKNKAPBB eine Additionskonstante darstellt. Die Klopfkomponente
NIONKNK steigt nämlich mit
zunehmendem Spitzenwert NIONPK auch dann an, wenn auf Grund von
Schwankungen des Ausgangssignals der Ionenstromschaltung 25a Schwankungen
des Spitzenwertes NIONPK des Ionenstroms in Aufwärtsrichtung oder Abwärtsrichtung
auftreten. Aus diesem Grund sind die Proportionalitätskonstante
NKNPAKBA und die Additionskonstante NKNKAPBB als Funktionsbeziehungen
zwischen dem Spitzenwert NIONPK und einer der Klopfkomponente NIONKNK
weitgehend analogen Stromkomponente vorgesehen, die bei einer klopffreien
Verbrennung experimentell erhalten worden ist.
-
Diese
beiden Konstanten weisen unabhängig
von einem hohen, niedrigen oder mittleren Wert des Ionenstroms im
wesentlichen die gleiche Relation auf. Die Proportionalitätskonstante
NKNPAKBA und die Additionskonstante NKNKAPBB stellen daher jeweils
einen vom Betrag des Ionenstroms unabhängigen Einzelwert dar. Der
Bezugswert NKNKAPB ist daher eine lineare Funktion des Spitzenwertes
NIONPK, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Der Bezugswert
NKNKAPB kann daher für
jeden Verbrennungstakt (Expansionstakt), d.h. für jeglichen Betriebszustand
ohne das Erfordernis einer Adaption durch Einsetzen des ermittelten
Spitzenwertes NIONPK in Gleichung (1) bestimmt werden.
-
In
einem Schritt S3 werden sodann der Bezugswert NKNKAPB zur Bestimmung
eines Beurteilungswertes CLVL mit einer Anpassungskonstante NKNKJD
multipliziert und der auf diese Weise berechnete Beurteilungswert
CLVL mit der Klopfkomponente NIONKNK zur Beurteilung des Vorliegens
oder Nichtvorliegens von Klopfen verglichen. Wenn hierbei die Klopfkomponente
NIONKNK nicht kleiner als der Beurteilungswert CLVL ist, wird dies
als Vorliegen von Klopfen bewertet, was sich durch die nachstehende
Gleichung (2) folgendermaßen
ausdrücken lässt: NIONKNK ≥ KNKNAPB × NKNKJD (2)
-
In
der vorstehenden Gleichung (2) stellt NKNKJD eine Anpassungskonstante
dar, d.h. einen zur Berücksichtigung
von Messwertschwankungen bei der Ionenstrom-Messschaltung 25 dahingehend festgelegten
Wert, dass jede Klopfkomponente NIONKNK, die in Bezug auf ihren
realen Betrag bei der Ionenstrom-Messschaltung 25 vergrößert erscheint, von
einer Bewertung ausgeschlossen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
dient die Anpassungskonstante NKNKJD zur Festlegung des Beurteilungswertes
CLVL dahingehend, dass der Beurteilungswert CLVL mit zunehmendem
Bezugswert NKNKAPB angehoben wird, d.h., es erfolgt eine Korrektur
des Beurteilungswertes CLVL in Richtung einer Anhebung des Beurteilungswertes
CLVL mit zunehmendem Spitzenwert NIONPK, da auch der Bezugswert NKNKAPB
mit zunehmendem Spitzenwert NIONPK ansteigt.
-
Bei
dieser Festlegung des Beurteilungswertes CLVL kann die Anpassungskonstante
NKNKJD ein positiver ganzzahliger Zahlenwert N von z.B. 4 sein,
mit dem der Bezugswert NKNKAPB multipliziert wird. Falls die Anpassungskonstante
NKNKJD den Wert "1" aufweist, d.h.,
wenn der Bezugswert NKNKAPB gleich dem Beurteilungswert ist, kann
die Klopfkomponente NIONKNK durch einen Faktor M (einen positiven
Zahlenwert) geteilt werden. Gemäß Gleichung
(2) entspricht somit der Fall einer Teilung der Klopfkomponente
NIONKNK durch den Faktor 4 und einer Multiplikation des Bezugswertes NKNKAPB
mit dem Faktor 4 dem Fall einer Multiplikation des Bezugswertes
NKNKAPB mit dem Faktor 1. Wenn der Bezugswert NKNKAPB nicht extrem niedrig
und die Klopfkomponente NIONKNK nicht extrem hoch sind, kann der
Beurteilungswert CLVL auf den doppelten Wert des Bezugswertes NKNKAPB festgelegt
werden, wobei die Klopfkomponente NIONKNK dann durch den Faktor
2 dividiert wird.
-
Wenn
bei dieser Konfiguration Klopfen auftritt und der Klopfstrom In
den Ionenstrom überlagert, wird
von der Ionenstrom-Messschaltung 25 die Klopfkomponente
NIONKNK abgeleitet. Hierbei werden im Schritt S2 der Bezugswert
NKNKAPB aus dem im Schritt S1 berechneten Spitzenwert NIONPK berechnet,
sodann der Beurteilungswert CLVL auf der Basis des Bezugswertes
NKNKAPB berechnet und schließlich
die Klopfkomponente NIONKNK mit dem Beurteilungswert CLVL zur Klopferkennung
verglichen. Im Schritt S3 wird sodann ein Fall, bei dem die auf
diese Weise abgeleitete Klopfkomponente NIONKNK nicht kleiner als
der Beurteilungswert CLVL ist, als Fall bewertet, bei dem Klopfen
vorliegt.
-
Da
der Bezugswert NKNKAPB aus dem Spitzenwert NIONPK des Ionenstroms
für jeden
Verbrennungstakt (Expansionstakt) in jedem Zylinder berechnet und
der Beurteilungswert CLVL wiederum auf der Basis des derart berechneten
Bezugswertes NKNKAPB berechnet werden, lässt sich der Beurteilungswert
CLVL für
sämtliche
Betriebsbereiche festlegen, ohne dass eine Adaption für jeweilige
Betriebszustände
erforderlich ist. Wenn ein hoher Spitzenwert NIONPK bei der Ableitung
der Klopfkomponente NIONKNK vorliegt, ist die Klopferkennung erschwert
und damit genauer, auch wenn die Klopfkomponente NIONKNK scheinbar
einen höheren Wert
als ihren realen Wert bei der Ionenstrom-Messschaltung 25 aufweist,
da der Beurteilungswert CLVL mit zunehmendem Spitzenwert NIONPK
angehoben wird. Auf diese Weise kann ein dahingehender Klopferkennungsfehler
vermieden werden, dass fehlerhaft das Vorliegen von Klopfen festgestellt
wird, obwohl tatsächlich
kein Klopfen auftritt. Wenn dagegen tatsächlich Klopfen in einer nennenswerten
Größenordnung
auftritt, kann dieses Klopfen zuverlässig erfasst werden, da der
Betrag des Klopfens dann ausreichend größer als der Beurteilungswert
ist.
-
Die
Klopferkennung vereinfacht sich somit im Vergleich zu einem Fall,
bei dem für
jeden Betriebsbereich eine Adaption erforderlich ist, wobei sich
eine höhere
Klopferkennungsgenauigkeit (Beurteilungsgenauigkeit) erzielen lässt, da
Schwankungen des Beurteilungswertes auf Grund von Adaptionsfehlern
nicht auftreten. Außerdem
kann die Klopferkennung auch bei Übergangsbetriebszuständen mit
veränderlichen
Betriebsbedingungen ohne jeden Beurteilungsfehler erfolgen, da ein
Spitzenwert NIONPK bei einem Verbrennungsvorgang zur Festlegung
eines Beurteilungswertes CLVL berechnet wird, durch den die Beurteilung
von Klopferscheinungen bei dem gleichen Verbrennungsvorgang erfolgt.
Da außerdem
die Festlegung des Beurteilungswertes CLVL durch Multiplikation
des auf der Basis des Spitzenwertes NIONPK berechneten Bezugswertes NKNKAPB
mit dem Faktor N erfolgt, lässt
sich die Erkennungsgenauigkeit verbessern, indem der Faktor N in
Abhängigkeit
von Betriebszuständen,
wie einem Teillastzustand mit niedriger Drehzahl, einem Teillastzustand
mit hoher Drehzahl, einem Volllastzustand mit niedriger Drehzahl
und einem Volllastzustand mit hoher Drehzahl, in geeigneter Weise
verändert
wird.
-
Nachstehend
wird ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
beschrieben.
-
Dieses
Ausführungsbeispiel
besitzt im wesentlichen die gleiche Konfiguration, ist jedoch insbesondere
zur Verhinderung einer Verringerung der Klopferkennungsgenauigkeit
auf Grund von Störungen
bzw. Abweichungen, und zwar insbesondere statistischen Störungen,
ausgestaltet, die von herstellungsbedingten Abweichungen bei der
Ionenstrom-Messschaltung 25, der Betätigung eines Kühlergebläses bzw.
Kühler-Lüfters während der
Fahrt eines Fahrzeugs oder dergleichen verursacht werden. Solche
statistischen Störungen überlagern
den Ionenstrom und führen
zu einer Verschiebung des Spitzenwertes NIONPK, sodass der Bezugswert NKNKAPB
um die statistische Störkomponente
gegenüber
seinem realen Wert erhöht
wird, was dann eine Verringerung der Klopferkennungsgenauigkeit zur
Folge hat.
-
6 zeigt
die wesentlichen Elemente eines Klopferkennungsablaufs bei diesem
Ausführungsbeispiel.
Wie der Figur zu entnehmen ist, wird hierbei in einem Schritt S11
ermittelt, ob Schwankungen eines Stromsignals NIONKNKW, die von
den im Klopffenster zu erfassenden Ionenstrom überlagernden Störungen hervorgerufen
werden, nicht größer als
ein vorher festgelegtes Beurteilungskriterium sind, d.h., wenn zwar
kein Klopfen vorliegt, jedoch statistische Störungen auftreten, die den Ionenstrom überlagern, wird
das den Ionenstrom überlagernde
Stromsignal NIONKNKW im Klopffenster wie bei der Detektion des Klopfstroms
In erfasst. Wenn das auf diese Weise erfasste Stromsignal NIONKNKW
das Beurteilungskriterium überschreitet,
wird die Beurteilung getroffen, dass dieses Stromsignal NIONKNKW
von statistischen Störungen
hervorgerufen worden ist. Das Beurteilungskriterium ist hierbei
niedriger als der Schwankungspegel des von relativ geringem Klopfen hervorgerufenen
Klopfstroms In eingestellt, um auf diese Weise die Erkennung von
statistischen Störungen
zu ermöglichen.
Wenn im Schritt S11 festgestellt wird, dass die Schwankungen des
Stromsignals NIONKNKW unter dem Beurteilungskriterium liegen, wird
der Steuerablauf beendet.
-
In
einem Schritt S12 wird eine Variable NKNBSB auf der Basis des Spitzenwertes
NIONPK des von Störungen überlagerten
Ionenstroms und des Stromsignals NIONKNKW berechnet. Wenn der Ionenstrom
nicht von Störungen überlagert
wird, entspricht der Wert des Stromsignals NIONKNKW dem Produkt
des Spitzenwertes NIONPK und der Proportionalitätskonstanten NKNKAPBA. Wenn
dagegen der Ionenstrom von Störungen überlagert
wird, ergibt sich eine diesen Störungen
entsprechende Differenz, die in diesem Schritt in Form der Variablen
NKNBSB berücksichtigt
wird, was sich durch die nachstehende Gleichung (3) folgendermaßen ausdrücken lässt: NKNBSB = NIONKNKW – NKNKAPBA × NIONPK (3)
-
In
einem Schritt S13 wird dann der Mittelwert dieser Variablen NKNBSB
berechnet, um Schwankungen bei den jeweiligen Verbrennungstakten
(Expansionstakten) auszugleichen. Anschließend wird in einem Schritt
S14 ein die Störung
berücksichtigender Offsetwert
OFFSET des Bezugswertes NKNKAPB aus dem Mittelwert NKNBSNB und dem
für einen nicht
von Störungen überlagerten Ionenstrom
erhaltenen Bezugswert NKNKAPB berechnet, was sich durch die nachstehende
Gleichung (4) folgendermaßen
ausdrücken
lässt: OFFSET = NKNKAPB – NKNBSNB (4)
-
In
einem Schritt S15 wird sodann der Beurteilungswert CLVL durch Subtraktion
des Offsetwertes OFFSET von dem Produkt des Bezugswertes NKNKAPB
und der Anpassungskonstanten NKNKJD berechnet, was sich durch die
nachstehende Gleichung (5) folgendermaßen ausdrücken lässt: CLVL = NKNKAPB × NKNKJD – OFFSET (5)
-
Wenn
eine Adaption der Additionskonstanten NKNKAPBB in Gleichung (1)
auf der Basis des von einer Störung überlagerten
Ionenstroms zur Bildung des Bezugswertes NKNKAPB vorgenommen und
der Beurteilungswert CLVL durch Multiplikation des Bezugswertes
NKNKAPB mit der Anpassungskonstanten NKNKJD berechnet werden, wird
der Störungspegel
ebenfalls mit der Anpassungskonstanten NKNKJD multipliziert. Somit
kann z.B. der Fall eintreten, dass Klopferscheinungen mit einer
vernachlässigbaren
Größenordnung
fehlerhaft als Klopfen bewertet werden oder dass die Erkennung bzw. Bewertung
geringer Störungen
nicht mehr möglich ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der Beurteilungswert CLVL unter Verwendung der Gleichungen
(3), (4) und (5) ohne eine Multiplikation des Offsetwertes OFFSET
mit der Anpassungskonstanten NKNKJD berechnet, sodass der Beurteilungswert durch
Korrektur des Bezugswertes NKNKAPB ohne Berücksichtigung des Offsetwertes
festgelegt werden kann. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass
ein Klopfen von nur vernachlässigbarer Größenordnung
fehlerhaft als Klopfen bewertet wird oder dass im Gegenzug die Erkennung
bzw. Beurteilung einer kleinen Störung unmöglich wird, wodurch sich die
Klopferkennungsgenauigkeit verbessern lässt.
-
Obwohl
bei diesem Ausführungsbeispiel
der Beurteilungswert CLVL durch Multiplikation des Bezugswertes
NKNKAPB mit der Anpassungskonstanten NKNJD festgelegt wird, können auch
die Klopfkomponente NIONKNK durch einen Faktor M (einen positiven
Zahlenwert) dividiert und der Bezugswert NKNKAPB in seiner bestehenden
Form als Bezugswert verwendet werden, wie dies in Verbindung mit dem
vorherigen Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist.
-
Wie
vorstehend beschrieben, führt
das erfindungsgemäße Verfahren
zu einer erschwerten und damit genaueren Beurteilung des Vorliegens
oder Nichtvorliegens von Klopfen während des Anstiegs eines erfassten
Spitzenwertes, indem eine Relativkorrektur der Klopfkomponente und/oder
des Beurteilungswertes vorgenommen wird. Wenn somit die Klopfkomponente
mit steigendem Spitzenwert des Ionenstroms nur scheinbar auf einen
höheren
Wert als den realen Wert ansteigt, kann eine solche, in Bezug auf
den Realwert nur scheinbar höhere
Klopfkomponente von der Klopferkennung ausgeschlossen und hierdurch
eine höhere
Klopferkennungsgenauigkeit erzielt werden. So tritt z.B. bei diesem Verfahren
kein Erkennungsfehler dahingehend auf, dass eine für die Klopferkennung
tatsächlich
zu kleine Klopfkomponente einen scheinbar höheren Wert als den realen Wert
aufweist, weil der durch Schwankungen des Betriebszustands vergrößerte Spitzenwert
des Ionenstroms fehlerhaft als Anzeichen für das Vorliegen von Klopferscheinungen
bewertet wird.
-
Das
Verfahren ermöglicht
somit die Detektion nur von tatsächlich
vorhandene Klopferscheinungen angebenden Klopfkomponenten und damit
eine sehr genaue Klopferkennung. Außerdem ermöglicht das Verfahren eine Klopferkennung
bei einem Verbrennungsvorgang auf der Basis eines bei dem gleichen
Verbrennungsvorgang auftretenden Spitzenwertes, wodurch eine Klopferkennung
ohne Erkennungsfehler auch bei Übergangsperioden
der Verbrennung in einem unstetigen Betriebszustand erfolgen kann.
-
Durch
das Merkmal, dass die Korrektur des Beurteilungswertes und/oder
der Klopfkomponente in Richtung einer Verringerung der Klopfkomponente bei
steigendem Spitzenstrom und/oder in Richtung einer Anhebung des
Beurteilungswertes mit steigendem Spitzenstrom vorgenommen wird,
lässt sich eine
dahingehende Korrektur erzielen, dass die Klopfkomponente mit steigendem
Spitzenwert des Ionenstroms relativ verringert wird, was eine zuverlässige Verhinderung
von Erkennungsfehlern auch dann ermöglicht, wenn eine Klopferscheinung
eine scheinbare Größenordnung
aufweist, die der Größenordnung
einer realen Klopferscheinung entspricht. Hierdurch lässt sich
ebenfalls eine höhere
Erkennungsgenauigkeit erzielen.
-
Durch
das Merkmal, dass der Beurteilungswert auf der Basis eines zur Beurteilung
der Klopfkomponente dienenden Bezugswertes bestimmt wird, der aus
einem Spitzenwert des Ionenstroms bei einem klopffreien normalen
Verbrennungsvorgang berechnet wird, kann eine Korrektur des Beurteilungswertes
auf einen geeigneten Wert durch Korrektur des bei dem klopffreien
normalen Verbrennungsvorgang erhaltenen und berechneten Bezugswertes in
Bezug auf einen tatsächlich
gemessenen Wert erfolgen. Weiterhin kann durch das Merkmal, dass
der Beurteilungswert in Form eines Wertes bestimmt wird, der durch
Multiplikation des Bezugswertes mit einem durch einen positiven
Zahlenwert N gegebenen Faktor und Vergleich mit der Klopfkomponente erhalten
wird, oder dass der Beurteilungswert gleich dem Bezugswert festgelegt
und mit einem Wert verglichen wird, der durch Teilung der Klopfkomponente durch
einen in Form eines positiven Zahlenwertes M gegebenen Faktor erhalten
wird, der Beurteilungswert in geeigneter Weise zur Erzielung einer
Anpassung an variable Bezugswerte festgelegt werden. Wenn der Faktor,
mit dem der Bezugswert multipliziert wird oder durch den die Klopfkomponente
dividiert wird, in Abhängigkeit
von Betriebszuständen wie
z.B. der Drehzahl oder der Last der Brennkraftmaschine verändert wird,
ergibt sich eine weitere Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit.
-
Wenn
das Verfahren den weiteren Schritt der Erfassung einer den Ionenstrom
in einem klopffreien Betriebszustand während einer Klopfkomponenten-Erfassungsperiode überlagernden
Störkomponente
umfasst, wobei eine Korrektur des Beurteilungswertes oder der Klopfkomponente
auf der Basis der auf diese Weise erfassten Störkomponente zur Minimierung
des Einflusses von in einem tatsächlichen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine auftretenden Störungen erfolgt,
wird hierdurch eine Klopferkennung unter Ausschluss von verschiedenen
Störungen,
insbesondere statistischen Störungen
oder analogen Störungen,
ermöglicht,
die von herstellungsbedingten Abweichungen bei der zur Verarbeitung
des Ionenstroms vorgesehenen elektrischen Schaltungsanordnung oder
von unterschiedlichen Betriebszuständen verursacht werden, wodurch
eine weitere Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit erzielbar ist.
-
Da
vorstehend nur bestimmte, derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung im einzelnen beschrieben worden sind, ist für den Fachmann ersichtlich,
dass bei diesen Ausführungsbeispielen gewisse Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die
Patentansprüche
definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.