SE451892B - Forfarande jemte en anordning for att astadkomma en antiknackningsreglering vid forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

451 892 2 förbränningsmotorn och detekterar motorsvängningar eller -ljud inom ett bestämt frekvensband och vidarebefordrar denna detek- tering till en knackningsdetekteringskrets, i vilken detekter- ingen jämförs med ett referens-~ eller tröskelvärde, som an- tingen år konstant eller härleds exempelvis ur själva givar- signalen.

De över tröskelvärdet liggande delarna av givarsignalen bearbetas till en regleringsparameter, som bringas att inverka på tändningstidpunkten i riktning mot en senareläggning av denna. Knackningssignalen är emellertid icke alltid proport- ionell mot den faktiska "knackningen", då denna endast är med stor svårighet särskiljbar från andra ljud, som likaså detek- teras av givaren och vidarebefordras till knackningsdetekterings-' kretsen.

Ett pricipiellt problem vid detekteringen av motor- knackningar är det förhållandet att också i icke knackande driftstillstånd alstras signaler (t.ex. i stomljudet) genom exempelvis kolvkantringar, ventilstängningar och liknande, som till sin intensitet, pulsform och spektrala sammansättning är mycket lika knackningsstötarna.

Dessa signaler kan ändå skiljas från knackningsstötarna om man tar hänsyn till att dessa bl.a. kan elimineras genom en seninställning av tändningen (eller andra knackníngshämmande åtgärder), medan "störande buller" icke kan ändras genom om- ställning av tändningen. Detta innebär att via regleringsför- hållandena hos antiknackningsregleríngen kan "störningar" som sådana identifieras. Kriteriet för detta, som lätt låter sig fastställas exempelvis elektroniskt, är: "en störning föreligger om en seninställning av tändningen icke leder till en minskning av knackningsintensiteten eller -benägenheten“.

Förfarandet enligt uppfinningen är därför så upplagt att det undersöker om den av en knackningssignal åstadkomna ökningen av regleringsparametern, alltså en senareläggning av tändningstidpunkten, medför en minskning eller ett försvinnande av knackningssignalen. Är detta fallet, upphävs senareläggningen av tändningstidpunkten långsamt. Är det däremot icke fallet, ut- går man från att det icke rör sig om knackningar. Då återställs senareläggningen av tändningstidpunkten genast och tröskelvärdet stegras tillsknackningssignalen försvinner.

När någon störning icke längre detekteras sänks åter tröskelvärdet med en tidskonstant, som är stor i förhållande _» 3, 451 892 till den för ökningen dimensionerande tidskonstanten. Härigenom undviks att motorn under hela varaktigheten för störningen arbetar med ogynnsam tändinställning (ur förbrukningssynpunkt).

Den maximala höjningen av tröskelvärdet begränsas på sådant sätt att det icke uppkommer någon kritisk minskning av knacknings- känsligheten. Om det inom ett bestämt tidsintervall från den senaste minskningen av regleringsparametern icke längre upp- kommer några ytterligare minskningar, vilket ju innebär att vid ökande seninställning knackningssignalerna icke försvinner, så är detta ett ytterligare bevis på ett för lågt tröskelvärde, vilket därför då ökas tills knackningssignalen och reglerings- parametern åter minskats.

Förfarandet enligt uppfinningen innebär alltså en adap- tiv reglering, genom vilket tröskelvärdet antingen bildas för sig eller påverkas i och för undertryckning av störningen. I stället för en senareläggning av tändningstidpunkten kan regleringsparametern också åstadkomma andra knackningshämmande åtgärder, exempelvis en sänkning av laddningstrycket vid motorer med överladdning genom avgasturbin.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilket fig. 1 visar ett blockschema över anordningen, fig. 2 är ett blockschema över en framåt/ bakåtreglering och fig. 3 visar ett pulsdiagram.

Blockschemat enligt fig. 1 visar en knackningsgivare 1, som är anordnad vid ett bestämt ställe i den icke närmare visade motor, som skall regleras, och en knackningsdetekteringskrets 2, exempelvis en sådan som beskrivits i DE-PS 29 23 056, dock med undantag för tröskelvärdesbildningen, till vilken krets knack- ningsgivaren avger sina signaler. Vid utgången från knacknings- detekteringskretsen 2 uppträder den bearbetade knackningssignalen, som kan betyda "knackning" eller någon annan "störning" och som förs till en regleringsparameterbearbetningsanordning, som be- står av en framåt/bakåtregulator 5 (i det följande benämnd V/R- regulator),en framåt/bakåträknare U (i det följande benämnd V/R-räknare) och ett fördröjningsorgan 5. I fördröjningsorganet blir tändningssignalen, som i beroende av motornñ Qriftßbêtingßlße bildas i en icke visad generator och i normalfallet ligger vid eller nära knackningsgränsen, mer eller mindre fördröjd i be- roende av utgångssignalen från V/R-räknaren 4 innan den förs till en likaså icke närmare visad tändningskopplingsapparat.

Den maximala fördröjningen kan exempelvis ligga vid 200 på vevaxeln. ' 451 892 14 I . V _ h H n-.- i _. 2,.. ,_ .22- _"- V/R-regulatorn 3 visas närmare i fig. 2. Den består av en oscillator 19 med en efterkopplad frekvensdelare 20, som alstrar en framåträknesignal fv med en bestämd frekvens och en bakåtråknesignal fR med en i förhållande till framåträkne- signalen väsentligt lägre frekvens. Framåträknesignalen fv förs till ingången av en OCH-grind 21, medan bakåträknesignalen fR förs till en ingång på en NELLER-grind 22. Till de bägge andra ingångarna på OCH- och NELLER-grindarna förs knacknings- * signalen K. Utgångarna på OCH-grinden 21 och NELLER-grinden 22 leder till varsin ingång på en ELLER-grind 25, vars utgång ut- gör utgången från V/R-regulatorn 3. a Funktionssättet hos V/R-regulatorn 3 är följande. Vid uppträdandet av en knackningssignal K ("1"-signal vid utgången från knackningsdetekteringskretsen 2) öppnas OCH-grinden 21 för framåtråkesignalen fv, medan däremot NELLER-grinden 22 stängs. Vid utebliven förekomst av en knackningssignal ("0"-signal) öppnats NELLER-grinden 22 för bakåträknesignalen fR och OCH-grinden stängs, så att vid utgången från ELLER- grinden 23 uppkommer antingen en framåt- eller en bakåträkne- signal. Såsom ytterligare framgår av fig. 1 är utgången från 7 ELLER-grinden 23 förbunden med räkneingången till V/R-räknaren Ä, som uppräknas med frekvensen hos framåträknesignalen fv om en knackningssignal K förefinns, och nedräknas med frekvensen hos bakåträknesignalen fR, om ingen knackningssignal finns.

Räknaren är så uppbyggd att den vid uppnående av sin högsta kapacitet kvarstår vid denna och icke slår över till 0 resp kvarstår vid 0 vid nedräkning. Dessutom har räknaren en "preset enable"-ingång, via vilken ett lämpligt värde kan inskrivas i densamma, såsom närmare skall beskrivas senare.

Det aktuella räknetillståndet utgör regleringspara- metern Z, som är tillordnad fördröjningen eller seninställningen av tändningen. Sålunda motsvarar exempelvis vid en fyrställig binärräknare med maximikapacitet "16" och en maximal senin- ställning av tändningen av 20° på vevaxeln en ökning av räknaren med talet 1 en tändningsfördröjning av 1,25 vevaxelgrader. 1.1; Knackningsstyrkedetektorn innehåller en oscillator 6, som ger en signal med en bestämd frekvens till den ena ingången på en OCH-grind 7, vars andra ingång matas med knackningssignalen K. Utgången från OCH-grinden 7 är förbunden med räkneingången till en räknare 8, vars innehåll kan överföras till ett skift- 451 892 register 9 och en komparator 10. Innehållet i skiftregistret kan likaså överföras till komparatorn.

Knackningsstyrkedetektorn arbetar på följande sätt.

Vid uppträdandet av knackningssignaler förs signalen från ossillatorn 6 via OCH-grinden 7 till räkneingången hos räknaren 8, som så att säga uträknar knackningsstyrkan digitalt och vars räknetillstånd K* alltså är proportionellt mot knackningsstyrkan.

' Räknaren 8, skiftregistret 9 och komparatorn 10 arbetar taktvis.

Taktfrekvensen regleras proportionellt mot motorns varvtal och taktsignalen T består av en "1"-signal, som avbryts av korta "O"-signalpulser. Under taktpulsen ("1"~signal) frigörs räknaren för räkning, och under taktpausen ("0"-signalpulsen) överförs först innehållen i räknaren 8 och skiftregístret 9 till kompa- ratorn 10 och sedan innehållet i räknaren 8 till skiftregistret 9 varefter räknaren 8 slutligen återställs till räknetillståndet 0. I komparatorn finns alltså med räknetillståndet K* dels ett « mot knackningsstyrkan hos den sista takten proportionellt tal och med skiftregisterinnehållet ett mot knackningsstyrkan hosikm näst sista talcten proportionellt tal. Medan räknarinnehållet överförs till skiftregistret och räknaren återförs bildar komparatorn skillnaden av räknartillståndet minus skiftregisterinnehållet AK* och avger vid sin signalutgång en "1"-signal, om AK* 3 0, dvs. alltså om knackningssignalen icke har minskat från den näst sista till den sista takten.

Parameterstorleksdetektorn består av två efter varandra (vid detta utföringsexempel parallellt) kopplade skiftregister 12 och 13, vilkas_utgångar är förbundna med ingångarna till en komparator lå. Ingången hos det första skiftregistret 12 är även förbunden med utgången från V/R-räknaren U. Förloppregleringen hos regleringsparameterdetektorn sker med samma takt T som den med vilken knackningsstyrkedetektorn arbetar, och detta på följande sätt. Under varje taktpaus överförs först innehållen hos de bägge skiftregistren 12 och 15 till komparatorn lü och därefter innehållet i det första skiftregistret 12 till det andra skiftregistret 15 och slutligen det momentana räknetill- ståndet (regleringsparametern Z) hos V/R-räknaren H i det första skiftregistret 12. Så snart som skiftregisterinnehållen överförts till komparatorn bildar denna följande differens, nämligen inne- hållet i det första skiftregistret 12 minus innehållet i det andra skiftregistret 13 =AZ och avger vid sin signalutgång en en "1"-signal om AZ>0. Då råknartillståndet Z hos V/R-råknaren Ä 451 892 6 motsvarar tillståndet (vid slutet) av den sista takten och därmed innehållet hos det första skiftregistret 12 räknartill- ståndet hos det sistnämnda på samma sätt som innehållet i det andra skiftregistret 13 motsvarar räknartillståndet hos den näst sista takten, betyder en "1"-signal vid utgången från komparatorn lfl alltså att regleringsparametern Z (senareläggning av tändningstidpunkten) har ökat från den näst näst sista till den näst sista takten.

Utgångarna från knackningsstyrkedetektorn och reglerings- parameterdetektorn, alltså komparatorerna 10 och lü, går till ingångarna hos en OCH-grind, vid vars utgång uppträder en "1"-signal, om följande påstående är sant, nämligen: "även om en senareinställning av tändningen från den näst näst sista takten till den näst sista takten har ökat, har knacknings- signalen icke avtagit från den näst sista till den sista takten".

Såsom redan tidigare nämnts tolkas detta tillstånd icke som en motorknackning utan som andra typer av "störningar" och skall enligt uppfinningen elimineras genom att dels bringas räknartillståndet hos V/R-räknaren Ä till tillståndet vid den näst näst sista takten, varigenom alltså senareinställningen annuleras, och dels ökas tröskelvärdet för knackningsdetekteringen.

Den förstnämnda åtgärden åstadkommes genom att utgången från det andra skiftregistret förutom med komparatorn lü också förbinds med V/R-räknaren 4, så att denna ständigt erbjuds inne- hållet i det andra skiftregistret men detta innehåll endast kan överföras till räknaren om den redan tidigare nämnda "preset enable"-ingången PE uppvisar en "1"-signal. Denna "preset enable"-ingång är därför förbunden med utgången från OCH-organet 11. Däremellan ligger ett differentieringsorgan D för att ut- föra en överföring till V/R-räknaren före ändringen av regi- streringen i skíftregistret.

Den andra åtgärden, nämligen ökningen av tröskelvärdet, sker i en tröskelvärdesinställningsanordning, vilken består av en V/R-regulator 16, en V/R-räknare 17 och en digital-analog- omvandlare 18. Ingångssignalen till tröskelvärdesinställnings- anordningen utgörs av utgångssignalen från OCH-grinden 11. V/R- regulatorn 16 har samma uppbyggnad som V/R-regulatorn 3 i fig. 2, dock möjligtvis med en annan oscillator-, framåt- och bakåträkne- frekvens. På samma sätt som vid regleringsparameterbearbetnings- anordningen räknas V/R-räknaren 17 vid förekomsten av en "1"- signal vid utgången av OCH-grinden 11 framåt, medan den räknas 14 7s 451 sezlc -bakåt när någon signal icke finns. Räknarinnehället omvandlas i digital-analogomvandlaren 14 till en analog storhet, vilken bildar tröskelvärdet för knackningsdetekteringen 2.

I det fall att det mellan två minskningar av reglerings- parametern Z går en alltför lång tid har en ytterligare åtgärd vidtagits. Ett sådant tillstånd kan uppträda om reglerings- parametern Z ökats ända till sitt maximivärde utan att en knackningsfri fas följer efter bestämd tid på grund av av- tagande knackningsstyrka. För detta ändamål är anordnat ett i form av en omtriggbar monovippa utfört tidsorgan 24, som är påverkbart av bakåträknesignalen fR vid utgången från NELLER- grinden 22 och så länge som dessa signaler uppträder med in- bördes avstånd som är mindre än exempelvis 500 millisekunder hindrar uppkomsten av en "1"-signal vid dennas utgång. Utgången från tidsorganet 24 och från OCH-grinden 11 leder via en ELLER-grind 15 till ingången på tröskelvärdesinställningsan- ordningen. En "1"-signal vid utgången från tidsorganet 24 medför alltså en höjning av tröskelvärdet, nämligen ända tills bakåträknesignalen fR åter uppträder och tidsorganet återställts.

Fig. 3 visar ett impulsdiagram för antiknackningsreg- leringen enligt fig. 1. I diagrammet har visats impulsförlopp som utmärkts med de till vänster angivna hänvisningsbeteckningarna för de element i fig. 1, vid vilkas utgångar de uppträder. Im- pulsförloppet enligt den översta kurvan i diagrammet utgör takten T, som bestämmer arbetsförloppet för knackningsstyrke- och regleringsparameterdetektorn. Därunder har åskådliggjorts sådana knackningssignaler som uppträder vid utgången från knackningsdetekteringskretsen 2. Den tredje kurvan visar räkne- tillståndet hos räknaren 8, som vid varje taktpaus återställs till 0. Därunder har visats kurvan för utgångssignalerna från komparatorn 10. Den därunder följande kurvan utgör reglerings- parametern Z som räknetillstånd hos V/R-räknaren 4, bakåträkne- signalen vid utgången från NELLER-grinden 22, utgångssignalen från tidsorganet 24 liksom även utgångssignalerna från kompa- ratorn 14, OCH-grinden 11, ELLER-grinden 15 samt digital-analog- omvandlaren 18. Denna sista pulskurva utgör tröskelvärdet S för knackningsdetekteringen. Denna pulskurva ger sig av sig själv i samband med beskrivningen av utföringsexemplet.

Som exempel på en störsignal skall nämnas att knacknings- styrkan K* har ökat från takten T2 till T3 fastän reglerings- 451 892 _ ___.__.._. 8 ' parametern Z likaså ökat från T1 till T2. Med T3 återförs alltså regleringsparametern Z till tillståndet vid T1 (se pilen vid pulskurvan Z vid T1 och TB) och samtidigt har tröskelvärdet S höjts vid TB (se pilen). Bakåträknesignalen ffi vid utgången från NELLER-grinden 22 består av enswmætrisk fyrkantsignal såsom antytts vid den högra änden av pulskurvan och den mot- svarande räknaren i delaren 20 äterställs till 0 vid varje uppträdande puls med knackningsstyrkan K*, varför vid var och en av dessa pulser pulspausen tD för bakåträknesignalen börjar gå på nytt och avslutar den positiva pulsvaraktigheten, se de tre första pulserna.

Efter takten TÅ när regleringsparametern Z sitt maximi- värde, så att efter den tredje pulsen (vid utângen från NELLER- grinden 22) uppträder icke längre några bakåträknesignaler.

Därför inställs efter utlöpandet av tiden tR tidsorganet QÄ, varigenom tröskelvärdet S ökas ända tills en bakåträknesignal åter uppträder vid utgången från grinden 22, vilken signal minskar regleringsparametern. Överföringen av värdena från räknarna, skiftregistren etc kan antingen ske parallellt eller i serie (med motsvarande ändringar av taktsignalerna), och vid beskrivningen av utförings- exemplen har man utgått från parallell överföring utan att detta uttrycklingen nämnts. .l/J- “s

Claims (7)

4> 01 .à æ \fl| 's P a t e n t k r a v

1. Förfarande för att åstadkomma en antiknackningsreglering vid förbränningsmotorer, särskilt vid motorfordon och med en knackningsgivare och en knackningsdetekteringskrets, vars ut- signaler - knackningssignalerna - erhålles genom jämförelse av de bearbetade givarsignalerna med ett tröskelvärde och utnyttjas för bildande av en regleringsparameter för påverkan av motorn, vilken parameter under uppträdandet av knackningssignaler (K) förstoras i en parameterbearbetningsanordning med en bestämd hastighet ända till ett maximivärde och vid utebliven knacknings- signal minskas med en bestämd hastighet ända till ett minimi- värde, k ä n n e t e c k n a d a v att vid uppträdandet av knackningssignaler ökas tröskelvärdet (S) med bestämd hastighet ända till ett maximivärde, så länge som antingen knacknings- signalerna icke avtar, trots att regleringsparametern (Z) dess- förinnan ökats, och att i detta fall denna ökning av reglerings- parametern avbryts, eller en bestämd tidsperiod (exempelvis 500 ms) gått sedan den sista minskningen av regleringspara- metern, utan att en förnyad minskning skett, och att vid ute- bliven uppkomst av knackningssignaler minskas tröskelvärdet med en bestämd hastighet till ett minimivärde eller hålles vid detta.

2. Anordning för utövande av förfarandet enligt patent- kravet 1 innefattande en knackningsgivare och en knacknings- detekteringskrets, vars utsignaler - knackningssignaler - erhålles genom jämförelse av de bearbetade givarsignalerna med ett tröskelvärde och utnyttjas för bildande av regleringspara- metrar för påverkan av motorn, k ä n n e t e c k n a d a v att den även innefattar dels en knackningsstyrkedetektor (6, 7, 8, 9, 10), vilken är anordnad att alstra en utsignal, när knackningsstyrkan (K*) icke avtar, dels en regleringsparameter- detektor (12, 13, 14), som är anordnad att alstra en utsignal när (Z) ökats, dels en OCH-grind (11), med vars ingångar är förbundna utgångarna från knackningsstyrke- en regleringsparameter detektorn och regleringsparameterdetektorn, dels ett tidsorgan (24), som är anordnat att övervaka pauserna mellan minskningar- na av regleringsparametern (Z) och vid överskridande av en bestämd tidsperiod alstra en utsignal, dels en ELLER-grind (15), med vars ingångar är förbundna utgångarna från OCH-grinden (11) och tidsorganet (24) och dels en tröskelvärdesinställningsan- 1.451 892 '10 ' i ordning (16, 17, 18), vars ingång är förbunden med utgången från ELLER-grinden (15) och som vid förekomsten av en utsignal från ELLER-grinden (15) är anordnad att öka tröskelvärdet (S) men minska detta vid utebliven förekomst av sådan signal, varjämte utgången från tröskelvärdesinställningsanordningen är förbunden med knackningsdetekteringskretsen (2).

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att knackningsstyrkedetektorn består av en oscillator (6) med en OCH-grind (7), en räknare (8), ett skiftregister (9) och en komparator (10), varvid oscillatorns utgång leder till den ena och utgången från knackningsdetekteringskretsen (2) till' den andra ingången hos OCH-grinden (7), vars utgång är förbunden med ingången till räknaren (8), att utgången från räknaren är förbunden med ingången till skiftregistret (9) och att utgången från skiftregistret och utgången från räknaren (8) är förbundna med ingångarna till komparatorn (10), vars utgång utgör ut- gången från knackningsstyrkedetektorn, varvid inom en takt räk- naren framräknas med oscíllatorfrekvensen vid uppträdandet av knackningssignaler, varefter räknartillståndet under taktpausen i komparatorn jämföres med innehållet i skiftregistret, varvid komparatorn i händelse av att räknartillståndet icke är mindre än innehållet i skiftregistret avger en signal vid sin utgång, varjämte före påbörjandet av nästa takt räknetillståndet över- föres till skiftregistret och räknaren därefter återställes till 0.

4. Ånordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att regleringsparameterdetektorn består av ett första och ett andra skiftregister (12, 13) och en komparator (14), varvid ingången till det första skiftregistret (12) är förbunden med utgången från en framåt/bakåträknare (4) hos en regleringsparameter- bearbetningsanordning och utgången från det första skift- registret är förbunden med ingången till det andra skift- registret (13), och att utgångarna från de bägge skiftregistren är förbundna med ingångarna till komparatorn (14), varvid inne- hållet i det andra skiftregistret taktvis ersättes med innehål- let i det första skiftregistret och innehållet i det första skiftregistret ersättes av det momentana innehållet i framåt/ bakåträknaren (4) och därefter innehållet hos de bägge skift- registren jämföres med varandra i komparatorn (14), varvid komparatorn avger en utsignal, om innehållet i det första skift- PJ, 451 892 11 registret (12) är större än innehållet i det andra skiftregist- ret (13).

5. Anordning enligt patentkrav 2 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d a v att utgången hos OCH-grinden (11) är för- bunden med en “preset-enable"-ingång till en framåt/bakåträknare (4) hos en regleringsparameterbearbetningsanordning och att vid uppträdandet av en signal vid utgången hos OCH~grinden (11) ersättes innehållet i framåt/bakåträknaren (4) med innehållet i det andra skiftregistret (13).

6. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att som tidsorgan är anordnad en omtriggbar monovippa, som är anordnad att triggas av utsignalen från en i en framåt/bakåt- regulator (3) för en regleringsparameterbearbetningsanordning befintlig NELLER-grind (22). _ i

7. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att tröskelvärdesinställningsanordningen uppvisar en framåt/bakåtregulator (16) och en framåt/bakåträknare (17) och att efter framåt/bakâträknaren (17) är inkopplad en digital- -analogomvandlare (18), vid vars utgång uppträder det för knackningsdetekteringen bestämda tröskelvärdet (S).