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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Unterdrücken von
Impulsrauschen in einem Ionenstromverarbeitungssystem des Typs,
der in Verbindung mit der Zündsteuerung
in einer Verbrennungskraftmaschine nützlich ist.
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2. Beschreibung des verwandten
Stands der Technik
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Ein
Ansatz zum Detektieren einer Verbrennungsbedingung wie Klopfen oder
einer Fehlzündung
beinhaltet die Verwendung eines sogenannten Ionenerfassungssystems.
Bekanntlich führt
die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Motor dazu,
dass Moleküle
in dem Zylinder ionisiert werden. Ferner ist bekannt, eine relativ
hohe Spannung z.B. knapp nach der Zündung über die Elektroden einer Zündkerze
anzulegen, um einen Strom zwischen den Elektroden zu erzeugen. Ein
solcher Strom ist als Ionenstrom bekannt. Der fließende Ionenstrom
ist allgemein gesprochen proportional zu der Anzahl von z.B. in
dem Bereich des oben angesprochenen Elektrodenabstands vorliegenden
Ionen. Außerdem
kann das Niveau eines solchen Ionenstroms ein Maß für das Niveau der Ionisierung über den
gesamten Zylinder liefern, während
die Verbrennung stattfindet. Das Gleichstromniveau oder die Menge
des Ionenstroms gibt die Qualität
des Verbrennungsereignisses an, oder ob überhaupt eine Verbrennung stattgefunden
hat (z.B. ein Fehlzündungszustand).
Eine Wechselstromkomponente des Ionenstroms kann verarbeitet werden,
um das Vorliegen von Klopfen zu bestimmen. Der Ionenerfassungsansatz
ist für Motoren
mit beliebiger Anzahl von Zylindern und verschiedenen Motordrehzahl-
und Lastkombinationen wirksam.
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Die
US-Patentschrift 6,367,318 offenbart eine Vorrichtung mit einer
Ionenstromerfassungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, eine Zündkerze vorzuspannen,
um ein Ionenstromsignal zu erzeugen, einer Verarbeitungsschaltung
mit einer Integrierschaltung zum Integrieren des Ionenstromsignals, und
einer Austastschaltung, die dazu konfiguriert ist, Rauschspitzen
in dem Ionenstromsignal zu unterdrücken, wobei die Austastschaltung
durch einen Schalter getriggert wird, der den Ladungsprozess steuert.
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Die
US-Patentschrift Nr. 5,534,781 (Lee et al.) mit dem Titel „COMBUSTION
DETECTION VIA IONIZATION CURRENT SENSING FOR A ,COIL-ON-PLUG' IGNITION SYSTEM" offenbart ein Ionenerfassungssystem
des oben beschriebenen Typs mit einer Ionenerfassungsspannungsquelle
und einer Integrierschaltung, wobei die Integrierschaltung einen
analogen Ausgang entwickelt, der eine integrierte Version eines
Ionenstromsignals ist. Dieser analoge Ausgang wird an eine elektronische
Steuereinheit geliefert. Bei Zündsystemen
des Typs, der in Lee et al. offenbart ist und die Zündkerzenelektroden zur
Ionisierungserfassung verwendet, ergibt sich darin ein Problem,
dass Impulsrauschspitzen als Ergebnis von Koronateilentladungen
aus den in dem Zündsystem
enthaltenen dielektrischen Hochspannungsmaterialien dem Ionenstromsignal
eingeprägt
werden können;
z.B. Isolatoren in der Zündspule,
Zündkerzen
und Zündkerzendrähte. Zündsysteme,
welche Ionenstromerfassung verwenden, um das Verbrennungs-„Klopfen" zu steuern, hängen häufig von einer
Integrationsfunktion ab, wie sie bei Lee et al. beschrieben ist,
um das Klopfsignal zu verarbeiten. Diese Systeme werden durch die
Anwesenheit der Koronaentladungsspannungsspitzen (d.h. Impulsrauschen)
nachteilig beeinflusst, die die Integrierschaltung selbst bei Abwesenheit
von Klopfen inkrementell nach oben vorschieben und dadurch eine
falsche Verzögerung
der Zündungseinstellung
bewirken können.
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Ein
bekannter Ansatz, der im Stand der Technik zum Lösen des oben angesprochenen
Problems verwendet worden ist, beinhaltet die Beobachtung des Ionenstromsignals
innerhalb des Integrierschaltungsfensters für einen Burst relativ kurzer
Dauer mit hoher Amplitude, der charakteristisch für das oben
beschriebene Koronateilentladungsphänomen ist. Wenn eine solche
Signaturcharakteristik erfasst wird, ist ein solches bekanntes System
dazu konfiguriert, das Klopfsignal für dieses spezielle Verbrennungsereignis
einfach zu verwerfen oder zu ignorieren. Ein solcher bekannter Ansatz
kann jedoch insofern verbessert werden, als bei dem bekannten System überhaupt
keine Daten bezüglich
des Klopfens verwendet werden, selbst wenn sich die Daten zum größten Teil
(anders als der anomale Beitrag zu dem Klopfsignal aufgrund der
Impulsspitze) als nützlich erweisen
können.
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Deshalb
besteht ein Bedarf daran, eine verbesserte Vorrichtung zum Erfassen
einer Verbrennungsbedingung wie Klopfen vorzusehen, die einen oder
mehrere der oben dargelegten Mängel
minimiert oder beseitigt.
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ZUSAMMENFASSSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Lösung für eines
oder mehrere der oben identifizierten Probleme vorzusehen. Ein Vorteil der
vorliegenden Erfindung liegt darin, dass sie die Möglichkeit
bietet, ein geschlossenes Klopfregelsystem vorzusehen, wobei die
Notwendigkeit für
diskrete Klopfsensoren und zugehörige
Kabelbäume
beseitigt ist, die bei herkömmlichen
Systemen verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung liegt darin, dass sie eine Vorrichtung vorsieht, die Klopfdaten
liefert, die für
mehrere, wenn nicht alle Verbrennungsereignisse gültig sind;
anders als der herkömmliche,
im Hintergrund dargelegte Ansatz, der Klopfdaten verwirft, wenn
Impulsrauschen erfasst wird. Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt
bei einer Ausführungsform
darin, dass sie die Mechanisierung zum nicht digitalen Verarbeiten
eines Klopfintensitätssignals
ermöglicht,
das an der Zündspule
liegen kann und danach einem Motorsteuermodul oder ähnlichem
mitgeteilt wird.
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Eine
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ionenstromerfassungsschaltung
und eine Verarbeitungsschaltung. Die Ionenstromerfassungsschaltung
ist dazu konfiguriert, eine Zündkerze
in einem Motorzylinder vorzuspannen, um ein Ionenstromsignal zu
erzeugen, das einen Ionenstrom durch die Zündkerze angibt. Die Verarbeitungsschaltung
umfasst eine Austastschaltung und eine Integrierschaltung. Die Austastschaltung
ist dazu konfiguriert, Rauschspitzen in dem Ionenstromsignal zu
unterdrücken.
Die Integrierschaltung ist dazu konfiguriert, das Ionenstromsignal
ohne Rauschspitzen zu integrieren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Das Ausgangssignal gibt Klopfen an, und es gibt bei einer bevorzugten
Ausführungsform
eine Klopfintensität
an.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Verarbeitungsschaltung ferner ein Bandpassfilter, das
dazu konfiguriert ist, das Ionenstromsignal aus der Ionenstromerfassungsschaltung
zu filtern. Der Bandpass ist derart ausgelegt, dass ein vorbestimmter
Frequenzbereich durchgelassen wird, der Frequenzkomponenten enthält, die einen
Klopfzustand angeben. Das bandpassgefilterte Ionenstromsignal wird
einem Gleichrichter zur Gleichrichtung zugeführt und ferner einem Schwellenwertdetektor,
um ein Triggersignal zu erzeugen, wenn eine Rauschspitze einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Die Austastschaltung spricht auf das Triggersignal an und ist dazu
konfiguriert, die Rauschspit zen in dem gefilterten Ionenstromsignal
während
eines Klopffensters zu unterdrücken.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen deutlich, die Merkmale dieser Erfindung beispielhaft,
aber nicht einschränkend
veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vereinfachte diagrammatische und schematische Ansicht eines
Zündungssystems für eine Verbrennungskraftmaschine
mit einer Verarbeitungsschaltung nach der Erfindung.
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2 zeigt
genauer die Verarbeitungsschaltung von 1.
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3A-3B sind
vereinfachte Steuerdiagramme, die ein bandpassgefiltertes Ionenstromsignal
vor und nach der Rauschunterdrückung
nach der Erfindung zeigen.
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4A-4C sind
vereinfachte Steuerdiagramme, die den Effekt der Unterdrückung einer Rauschspitze
in dem Klopfintegrierschaltungsausgang während eines Klopffensters zeigen;
und
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5 ist
eine vereinfachte schematische Blockdiagrammansicht einer bevorzugten
Ausführungsform
nach der Erfindung.
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DETAILLLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezug auf die Zeichnungen, wo gleiche Bezugsziffern zur Identifizierung
von identischen Komponenten in den verschiedenen Ansichten verwendet
werden, ist 1 eine vereinfachte schematische
Blockdiagrammansicht einer Zündvorrichtung 10 mit
Impulsrauschunterdrückung
nach der Erfindung. Die Zündvorrichtung 10 umfasst
eine Ionenstromerfassungsfähigkeit
und ist zur Installation an einer herkömmlichen Zündkerze 12 mit beabstandeten
Elektroden 14 und 16 geeignet, die in einer Zündkerzenöffnung einer
Verbrennungskraftmaschine 18 aufgenommen sind. Bekanntlich
liegen die Elektroden der Zündkerze 12 in
der Nähe
eines Verbrennungszylinders des Motors 18.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Primärwicklung 22, eine
Sekundärwicklung 24,
einen Kern 26, die Zündungsschaltanordnung 28,
einen Primärschalter 30,
eine Ionenstromerfassungsschaltung 32 und eine Ionenstromsignalverarbeitungsschaltung 34 (erste
Ausführungsform)
mit Impulsrauschunterdrückungsfähigkeit.
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Allgemein
wird die Gesamtzündungseinstellung
(Schließwinkelsteuerung)
von einer Motorsteuereinheit (ECU) 20 oder ähnlichem
geliefert. Die Steuereinheit 20 kann außer der Zündungssteuerung auch die Kraftstofflieferung,
Luftsteuerung und ähnliches
steuern. In einem globalen Sinn ist die Steuereinheit 20 dazu
konfiguriert, die Gesamtverbrennung in dem Motor 18 zu
steuern. Die Steuereinheit 20 kann z.B. eine Zentralverarbeitungseinheit
(CPU), einen Speicher und Eingang/Ausgang umfassen, die alle nach
vorprogrammierten Strategien arbeiten.
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Außerdem kann
die Motorsteuereinheit 20 dazu konfiguriert sein, ein Klopffenstersignal
zu liefern, das mit KWI bezeichnet ist (d.h. Start, Ende und Dauer).
Das Klopffenster ist derart definiert, dass es die Klopferfassung
aktiviert oder optimiert. Ansätze für die Erzeugung
des Klopffensters sind im Stand der Technik bekannt (z.B. allgemein
bestimmt auf der Basis der Motorposition oder dem Bereich von Positionen,
in denen am wahrscheinlichsten Klopfen auftritt). Alternativ, wenn
ein Klopffenstersignal nicht von der Motorsteuereinheit 20 geliefert
wird, können
die Zündschaltungen 28 dazu
konfiguriert sein, ein Klopffenster z.B. zur Verwendung von der
Verarbeitungsschaltung 34 zu erzeugen, wie dies in der
gleichzeitig anhängigen
Anmeldung mit dem Titel „IGNITION COIL
INTEGRATED ION SENSE WITH COMBUSTION AND KNOCK OUPUTS", US-Anmeldung Nr._______,
eingereicht am _______, Anwaltsregister Nr. DP-304,842 beschrieben
ist, die an den gemeinsamen Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung
abgetreten und hiermit insgesamt bezugsweise aufgenommen ist.
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Ein
H-Seitenende der Primärwicklung 22 kann
mit einer von einer Stromversorgung gelieferten Versorgungsspannung
wie einer (nicht gezeigten) Fahzeugbatterie verbunden sein, die
im folgenden in den Zeichnungen mit „B+" bezeichnet ist. Die Versorgungsspannung
B+ kann nominell etwa 12 Volt sein. Ein zweites Ende der Primärwicklung
gegenüber dem
H-Seitenende ist mit dem Schalter 30 verbunden. Das Hochspannungsende
der Sekundärwicklung 24 ist
mit der Zündkerze 12 gekoppelt.
Das gegenüberliegende
Ende der Sekundärwicklung 24 ist mit
der Ionenstromerfassungsschaltung 32 verbunden.
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Die
Zündschaltungsanordnung 28 ist
dazu konfiguriert, selektiv mittels des Schalters 30 die
Primärwicklung
auf der Basis eines elektronischen Zündungseinstellungssignals mit
Masse zu verbinden, das z.B. von der Motorsteuereinheit 20 geliefert
wird. Wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist, wird eine
solche Verbindung bewirken, dass ein Primärstrom IP durch
die Primärwicklung 22 fließt. Der Schalter 30 kann
herkömmliche
Komponenten aufweisen, z.B. einen Bipolartansistor, einen MOSFET-Transistor oder einen
Dünnschicht-Bipolartransistor.
Die Zündschaltungsanordnung 28 kann
dazu konfiguriert sein, zusätzliche
Funktionen vorzusehen, z.B. Aufbringen von wiederholten Funken an
die Verbrennungskammer während
eines einzigen Verbrennungsereignisses.
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Das
oben angesprochene EST-Signal wird von der Steuereinheit 20 nach
bekannten Strategien auf der Basis mehrerer Motorbetriebsparameter
sowie anderer Eingänge
erzeugt. Die Schließwinkelsteuerung
beinhaltet allgemein die Steuerung des Timings der Initiierung des
Funkenereignisses (d.h. an einer Kurbelwellenposition und Grade
relativ zu einer oberen Totlagenposition eines Kolbens in dem Zylinder)
sowie einer Zeitspanne. Das abgegebene Zündsteuersignal EST ist der
Befehl, das Laden der Zündspule
für ein
Funkenereignis zu beginnen. Nach dem Laden wird die Primärwicklung 22 von
Masse getrennt, wodurch der Primärstrom
IP unterbrochen wird. Der Fachmann auf dem
Gebiet der Zündsteuerung
versteht wohl, dass eine solche Unterbrechung dazu führt, dass
eine relativ hohe Spannung sofort über die Sekundärwicklung
aufgebaut wird, und zwar aufgrund der zusammenbrechenden Magnetfelder
in Zusammenhang mit der Unterbrechung des Primärstroms. Die Sekundärspannung
wird weiter ansteigen, bis sie eine Durchschlagsspannung über die Elektroden 16, 14 der
Zündkerze 12 erreicht.
Danach wird sich Strom über
den Spalt (d.h. Funkenstrom) entladen, was vom Fachmann allgemein
verstanden wird. Das Funkenereignis, so versteht es allgemein der
Fachmann, ist dazu vorgesehen, ein in den Zylinder eingebrachtes
Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden.
Während
des Funkenereignisses fließt
ein Funkenstrom mit der Bezeichnung ISPARK über die
beabstandeten Elektroden 16, 14. Außerdem ist
die Zündkerze 12 derart
konfiguriert, dass bei Vorspannung durch eine relativ hohe, von
der Ionenstromerfassungsschaltung 32 erzeugte Span nung
ein Ionenstrom über
die Elektroden 14, 16 geführt werden kann. In den Figuren
ist der Strom mit IION bezeichnet. Die Größe einer
Gleichstromkomponente des Ionenstroms gibt einen Verbrennungszustand
wie Verbrennung und/oder Fehlzündung
an. Insbesondere ist bekanntlich die Verbrennung umso vollständiger,
je stärker
der Ionenstrom (d.h. aufgrund der Anwesenheit von mehr ionisierten
Molekülen
in dem Zylinder ist. Außerdem
gibt die Anwesenheit einer Wechselstromkomponente des Ionenstroms
einen Klopfzustand an. Ein erster Klopfmodus kann auf der Basis der
Wechselstromkomponente des Ionenstroms in einem Bereich zwischen
etwa 5-6 kHz definiert sein. Alternativ kann ein zweiter Klopfmodus
auf der Basis einer Größe der Wechselstromkomponente
in einem Bereich zwischen etwa 10-12 kHz definiert sein. Es ist
beobachtet worden, dass Klopfen am wahrscheinlichsten an der Spitze
des Ionenstroms auftritt, die von 10-15 Grad nach OT reichen kann.
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Die
Ionenstromerfassungsschaltung 32 ist dazu konfiguriert,
mehrere Funktionen zu erfüllen. Zunächst ist
die Schaltung 32 dazu konfiguriert, eine Vorspannung über die
Elektroden 14, 16 aufzubauen, um das Fließen eines
Ionenstroms zu bewirken. Die Struktur zur Erfüllung dieser Funktion kann
jeden beliebigen, im Stand der Technik bekannten Ansatz umfassen.
Bei einer Ausführungsform
wird eine Z-Diode parallel mit einem Speicherkondensator verwendet;
dies ist jedoch nur beispielhaft und natürlich nicht einschränkend. Die
Schaltung 32 ist ferner dazu konfiguriert, die Mittel zum
Erfassen des Ionenstrom vorzusehen und in Reaktion darauf ein Ionenstromsignal zu
erzeugen.
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Die
Verarbeitungsschaltung 34 ist allgemein dazu konfiguriert,
Rauschspitzen in dem von der Schaltung 32 gelieferten Ionenstromsignal
zu unterdrücken
und ferner ein solches Signal zu integrieren und ein Ausgangssignal
zu erzeugen, das die Klopfintensität angibt.
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2 ist
eine vereinfachte schematische Blockdiagrammansicht, die genauer
eine erste Ausführungsform
der Verarbeitungsschaltung 34 von 1 zeigt.
In der vorliegenden Verwendung bezüglich der elektrischen Komponenten
in 2 wird ein beispielhafter Wert, der in einer konstruierten
Ausführungsform
verwendet wird, in Klammern nach der Elementbezugsziffer folgen.
Die Verarbeitungsschaltung 34 umfasst ein Bandpassfilter/Verstärker 36,
einen Gleichrichter/Schwellenwertdetektor 38, eine Austastschaltung 40,
eine optionale Verstärkerschaltung 42,
eine Integrierschaltung 43 und Eingangsschaltungen mit
einem Widerstand 46 (27 kΣ), einen Kondensator 48 (47nF)
und einen variablen Widerstand 50 (100 kΣ).
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Die
Bandpassfilter-/Verstärker-Schaltung 36 ist
dazu konfiguriert, das Ionenstromsignal IION zu
filtern, um Klopffrequenzkomponenten zu extrahieren. In der veranschaulichten
Ausführungsform
von 2 ist das Bandpassfilter/Verstärker 36 so konfiguriert, dass
es einen vorbestimmten Frequenzbereich passieren läßt, insbesondere
den ersten Klopfmodus in dem Bereich 5-6 kHz. Ein Ausgang der Schaltung 36 wird
an einem Ausgangsknoten 52 erzeugt, wobei das resultierende
bandpassgefilterte Ionenstromsignal hier als S52 bezeichnet
ist.
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Der
Gleichrichter/Schwellenwertdetektor 38 ist dazu konfiguriert,
die Wechselstromkomponente des gefilterten Ionenstromsignals gleichzurichten und
zusätzlich
das gleichgerichtete, gefilterte Signal mit einem vorbestimmten
Schwellenwertpegel zu vergleichen. Der vorbestimmte Schwellenwertpegel ist
derart ausgewählt,
dass er einem Burst mit hoher Amplitude und kurzer Dauer entspricht,
der charakteristisch für
ein Koronateilentladungsphänomen
ist, wie dies im Hintergrund beschrieben ist. Diese Funktion kann
durch die Verwendung herkömmlicher Komponenten
er füllt
werden, die dem Fachmann bekannt sind (z.B. Komparator). Wenn eine
solche Impulsrauschspitze erfasst wird, ändert der Ausgang der Schaltung 38 Logikzustände von
einem logischen L zu einem logischen H an einem Ausgangsknoten 54.
Der Logiksignalausgang von der Schaltung 38 ist hier als
ein Triggersignal bezeichnet, dessen Bedeutung im folgenden genauer
beschrieben wird.
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Die
Austastschaltung 40 spricht auf das Triggersignal an und
ist dazu konfiguriert, Rauschspitzen (z.B. die in 3A gezeigte
Rauschspitze 44) in dem gefilterten Ionenstromsignal während eines
Klopffensters KWI zu unterdrücken.
Die Austastschaltung 40 umfasst bei der veranschaulichten
Ausführungsform
einen ersten monostabilen Multivibrator (Monoflop) 56 mit
einem ersten Timing-Widerstand 58 (39 kΣ) und einen zugeordneten ersten
Timing-Kondensator 60 (10 nF), einen zweiten monostabilen
Multivibrator (Monoflop) 62 mit einem zweiten Timing-Widerstand 64 (100
kΣ) und
einem zugeordneten zweiten Timing-Kondensator 66 (47 nF),
den Eingangswiderstand 68 (10 kΣ), den Widerstand 70 (10
kΣ) und den
Widerstand 72 (10 kΣ),
den Ausgangswiderstand 74 (10 kΣ), den Widerstand 76 (22
kΣ) und
den Widerstand 78 (11 kΣ),
und zwei Schalter wie NPN-Bipolartransistoren 80 und 82.
Das oben angesprochene Klopffenster wird am Knoten 84 vorgesehen.
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Die
Monoflops 56 und 62 können herkömmliche im Handel erhältliche
Bauelemente aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind, wie z.B. ein
Bauelement mit der Modell-Nr. 74HC4538, das als ein zweifacher nachtriggerbarer
monostabiler Multivibrator oder ähnliche
Funktionalität
bekannt ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform beziehen sich die
Ziffern ohne Hinweislinien um den Umfang jedes der Monoflop-Blöcke auf eine
Pinanordnungsbezeichnung des Chips HC 4538, nur beispielhaft und nicht
einschränkender
Natur.
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Zu
anderen Zeiten als während
des Klopffensters hält
das Klopffenstersignal KWI, das an die Rückstelleingänge („R") der Monoflops 56 und 62 angelegt
wird, die Monoflops in einem Rückstellzustand oder
deaktivierten Zustand. Wenn sich das Klopffenster öffnet, gesteuert
durch das Klopffenstersignal KWI am Knoten 84 (z.B. ein
logischer L-Pegel, der zu einem logischen H-Pegel übergeht),
sind die Monoflops 56, 62 zum Betrieb aktiviert,
was weiter beschrieben wird. Wenn der Transistor 82 aus
ist, was der normale Fall ist, da der Ausgang „Q" des Monoflops 56 L ist, läuft das
Ionenstromsignal weiter, um Steuerschaltungen am Eingang der Integrierschaltung 43 zu
erreichen, wo sein Pegel z.B. zum richtigen Betrieb einer integrierten
Klopfprozessorschaltung eingestellt werden kann.
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Der
Monoflop 56 wird von dem am Knoten 54 erzeugten
Triggersignal initiiert oder getriggert. Ein Ausgangsaustastimpuls,
der am Knoten 86 erzeugt wird, ist dazu konfiguriert, den
Transistor 82 in einen leitfähigen Zustand vorzuspannen,
was einen Eingangsknoten 88 der Integrierschaltung 43 für die Dauer
des Austastimpulses auf Masse zieht. Die dem Monoflop 56 zugeordneten
Timing-Bauelemente 58 und 60 sind derart ausgewählt, dass
der Austastimpuls 86 breit genug ist, um einen wesentlichen
Anteil einer Impulsrauschspitze 44 auszutasten, aber nicht so
breit, dass das gesamte Klopfsignal in dem Klopffenster KWI maskiert
ist. Bei einer Ausführungsform ist
der Austastimpuls 86 für
6-kHz-Klopfsignale derart ausgewählt,
dass er eine Impulsbreite zwischen etwa 200-250 Mikrosekunden hat.
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Der
Monoflop 62 erzeugt einen Impuls mit einer längeren Dauer
als der Monoflop 56 und wird von der hinteren Flanke des
Austastimpulses 86 getriggert, der den Klemmtransistor 80 einschaltet,
um zu gewährleisten,
dass nur ein Austastimpuls 86 pro Klopffenster erzeugt
wird. Dies ist nämlich
ein Failsafe-Merkmal um zu gewährleisten,
dass selbst dann, wenn der Schwellenwertpegel im Detektor 38 fehleingestellt
wird, nicht die gesamte, während
des Klopffensters verfügbare
Information unabsichtlich ausgetastet oder maskiert wird, indem
mehrere Austastimpulse erzeugt werden. Selbstverständlich können alternative
Strategien verwendet werden (z.B. zwei Austastimpulse pro Klopffenster).
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Weiter
unter Bezug auf 2 ist die Schaltung 42 konfiguriert,
um den Pegel des gefilterten Ionenstromsignals, das am Knoten 88 vorgesehen wird,
auf jede Dämpfung
wegen des Filters einzustellen. Die Schaltung 42 erzeugt
einen Ausgang am Knoten 90, der eine verstärkte Version
ihres Eingangs ist. Die Schaltung 42 umfasst einen Verstärker 92,
den Eingangswiderstand 94 (470 kΣ), den Widerstand 96 (10
kΣ) und
den Widerstand 98 (100 kΣ), den
Eingangskondensator 100 (47 nF), den Rückkopplungs- und Ausgangswiderstand 102 (100
kΣ), den
Widerstand 104 (51 kΣ),
den Widerstand 106 (220 kΣ) und den Kondensator 108 (47
nF). Der Verstärker 92 kann
herkömmliche
Bauelemente aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind, z.B. das im Handel
erhältliche
Bauelement mit der Modell-Nr. TLC272. Die Schaltung 42 ist
optional.
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Die
Integrierschaltung 43 ist dazu konfiguriert, das gefilterte
Ionenstromsignal wie von der Schaltung 42 (falls eingeschlossen)
zu integrieren. Die Integrierschaltung 43 erzeugt einen
Ausgang 91, der eine integrierte Version ihres Eingangs
ist und eine Klopfintensität
angibt. Die Integrierschaltung 43 kann eine analoge Integrierschaltung
oder eine digitale Integrierschaltung sein, die beide bekannt sind. Die
Integrierschaltung 43 kann (wie gezeigt) in der Verarbeitungsschaltung
oder in der Zündschaltanordnung 28 enthalten
sein.
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Unter
Bezug auf 2, 3A-3B und 4A-4C wird
nun der Gesamtbetrieb einer Ausführungsform
nach der Erfindung dargelegt. Nachdem es zur Funkenbildung gekommen
ist, spannt die Ionenstromerfassungsschaltung 32 die Zündkerze 12 vor,
um dadurch einen Ionenstrom IION zu erzeugen.
Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erzeugt die Motorsteuereinheit 20 ein
Klopffenstersignal KWI, das in 3A durch
die Linie 84 bezeichnet ist. Das Ionenstromsignal wird
von dem Bandpassfilter/Verstärker 36 bandpassgefiltert,
und ein Ausgang davon wird am Ausgangsknoten 52 vorgesehen,
was in 3A durch die Linie 52 bezeichnet
ist. Es sei bemerkt, dass das am Knoten 52 erscheinende
Signal S52 eine Impulsrauschspitze 44 umfasst.
Der Gleichrichter/Schwellenwertdetektor 38 erfasst das Impulsrauschen 44 und
erzeugt das Triggersignal am Knoten 54. Das durch die Linie 84 gezeigte
Klopfsignal, das bereits an die Monoflopschaltungen 56 und 62 geliefert
worden ist, aktiviert die Monoflopschaltungen zum Betrieb. Bei Empfang
des Triggersignals S54 über den Widerstand 72 erzeugt
die Monoflopschaltung 56 einen Austastimpuls am Ausgangsknoten 86.
Der Austastimpuls, der in 4C als
Linie 86 gezeigt ist, hat eine vorbestimmte Dauer, die
in 4C mit „T" bezeichnet ist und
derart gewählt
ist, einen wesentlichen Teil der Impulsrauschspitze 44 zu maskieren,
ohne übermäßig gültige Klopfinformationen
im Rest der Linie 52 zu maskieren oder auszutasten. Das
in 4C als Linie 86 gezeigte Austastsignal
ist wirksam, um zu bewirken, dass der Transistor 82 in
einen leitfähigen
Zustand gesetzt wird, was das gefilterte Klopffenster am Knoten 88 an
Masse klemmt. Wenn der Transistor 82 aus ist, wird das
Signal, wie oben beschrieben, weiter zum Eingang der Integrierschaltung 43 laufen. 3B zeigt
den Effekt der Klemmwirkung des Transistors 82 relativ
zu dem Signal am Knoten 88. Es sei bemerkt, dass der Maßstab von 3B sich
etwas von dem Maßstab
in 4A-4C unterscheidet.
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Unter
Bezug auf 4B ist gezeigt, dass die Erfindung
bewirkt, dass die Integrierschaltung 43 effektiv ihren
Ausgang 91 während
des Austastimpulses 86 hält. 4C zeigt
ferner den Austastimpuls in Relation zu einem Zylinderdrucksignal 110,
das dem Druck in dem erfassten Zylinder entspricht.
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5 zeigt
genauer eine bevorzugte Ausführungsform
der Verarbeitungsschaltung 34 von 1, die mit
Schaltung 34a bezeichnet ist. Die bevorzugte Schaltung 34a ist
die gleiche wie die Schaltung 34 in 2, abgesehen
von dem im folgenden Beschriebenen. Die Schaltung 34a umfasst
ein Hochpassfilter 112, das die Diskriminierung zwischen einer
Spitze und Klopfen verbessert, die Ansprechzeit verbessert und die
unabsichtliche Auslösung
des Monoflopaustastimpulses bei Konfrontation mit Bursts sauberer
Klopfsignale minimiert.
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Der
Eingang IION zur Schaltung 34a wird
zu einem Eingangsknoten 114 geliefert. 5 zeigt
ferner die Kondensatoren 116 und 118. Das Ionensignal IION wird zu dem Hochpassfilter 112 (nicht über das Bandpassfilter 36)
geliefert. Der Rauschimpuls umfasst allgemein Breitbandfrequenzkomponenten.
Bevorzugt ist der Schnitt auf die Frequenz derart gewählt, dass
er gleich oder höher
als der Klopfmodus ist, der in dem Signal vorliegen kann. Für einen 6-kHz-Klopfmodus
hat das Hochpassfilter z.B. bevorzugt einen Schnitt auf die Frequenz,
der gleich oder größer als
6 kHz ist. Darüber
hinaus kann das Filter eine Filteranordnung erster Ordnung, zweiter
Ordnung oder dritter Ordnung sein. Für einen Schnitt auf die Frequenz
von etwa 6 kHz (d.h. gleich dem erfassten Klopfmodus) beeinflusst
die Ordnung des Filters nicht merklich die Unterscheidung einer
Spitze von Klopfsignalen. Wenn jedoch der Schnitt auf die Frequenz
erhöht
wird (z.B. 8 kHz, 10kHz, 12 kHz usw.), dann ist die Diskriminierungsfähigkeit
zum Unterscheiden einer Spitze von richtigen Klopfsignalen, sogar
sauberen, starken Klopfsignalen umso größer, je höher die Ordnung für das Filter 112 ist.
Diese Anordnung minimiert das Auftreten von falschen Auslösungen des
Austastimpulses.
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Der
Eingang IION läuft durch das Bandpassfilter 36 (wie
in der Schaltung 34), dessen Ausgang dem Eingangsknoten 88 zugeführt wird.
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Es
versteht sich, dass das oben Erläuterte nur
beispielhaft und nicht einschränkender
Natur ist. Die Integrierschaltung 43 kann z.B. digitale
Integrationsschaltungen oder, bei einer weiteren Ausführungsform,
eine Schaltung mit einer eingebauten „Halte"-Funktion haben, die durch ein Signal
an einer Eingangsklemme davon aktiviert wird, die direkt von dem
durch den Monoflop 56 erzeugten Austastimpuls betrieben
werden kann, der am Knoten 86 erzeugt wird.