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1. Fachgebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
zum Erfassen von Klopfen, welches in der Verbrennungskraftmaschine
auftritt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es ist bekannt, dass Ionen während der Treibstoffverbrennung
in einer Verbrennungskraftmaschine auftreten. Wenn mit einer hohen
Spannung betriebene Messfühler
in einem Zylinder der Maschine vorgesehen sind, werden solche Ionen
in der Gestalt eines Ionenstromes beobachtbar. Es ist ferner bekannt,
dass eine Schwingungskomponente einer Schwingungsfrequenz, die identisch
der Frequenz des Klopfens ist, dem Ionenstrom überlagert ist, und dass die
Schwingungskomponente extrahiert wird, um eine Klopfsteuerung durchzuführen.
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Mit einer herkömmlichen Klopfsteuervorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine wird ein wie obig beschriebener Ionenstrom
so gemessen, dass eine hohe Spannung erzeugt wird, um den Ionenstrom
durch Verwendung einer Sekundärspannung,
die mittels einer Zündspule
erzeugt wird, wahrzunehmen, und die Hochspannung wird nach der Beendigung
der Zündentladung an
Zündkerzenterminals
angelegt. Die Schwingungskomponente des Klopffrequenzbandes wird
von dem Ionenstrom durch Verwendung eines Bandpassfilters (BPF)
extrahiert. Dann wird die extrahierte Komponente mittels eines Verstärkers verstärkt (Signalverstärkung), das
Signal wird mit einem Erfassungsschwellenwert verglichen, und die
Wellenform hiervon wird gemäß dem Vergleich
entwickelt. Als ein Ergebnis hiervon werden Klopfpulse erzeugt.
Nachfolgend werden die Klopfpulse zu einer Maschinensteuereinheit
(ECU) gesendet, und eine Ermittlung wird durchgeführt, woher
das Klopfen aufgetreten ist. Gemäß dem Ermittlungsergebnis
wird die zeitliche Koordinierung der Zündung gesteuert. Das heißt, es wird
eine Klopfsteuerung durchgeführt
(bezugnehmend beispielsweise auf die Patentschrift 1).
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Patentschrift 1
JP 10-9108 A (
6)
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Abhängig von der Betriebskondition
der Verbrennungskraftmaschine kann jedoch, selbst wenn ein Klopfen
nicht auftritt, ein Fall eintreten, in welchem eine Schwingungskomponente
dem Ionenstrom überlagert
ist, die identisch der Klopffrequenz ist.
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Eine Klopferfassungsvorrichtung,
wie etwa ein Bandpassfilter, welche ausgelegt ist, um eine Klopfschwingungskomponente
zu extrahieren, ist nicht in der Lage, den Unterschied zwischen
einem Klopfen und dem obig beschriebenen Rauschen, welches die gleiche
Frequenzkomponente wie eine Klopffrequenz hat, zu erfassen. Zusätzlich treten
viele Schwierigkeiten auf, um lediglich ein Klopfsignal von dem
Rauschen zu extrahieren, welches sowohl hinsichtlich der Schwingungsamplitudenintensität als auch
der Schwingungsdauer dem Rauschen äquivalent ist, welches ein
Klopfen von hohem Ausmaß enthält. Diese
Schwierigkeiten haben zu signifikanten Problemen bei der Entwicklung
von Klopferfassungsvorrichtungen, speziell von Vorrichtungen der Gestalt,
die ein Ionenstromerfassungsverfahren verwenden, geführt.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
die obig beschriebenen Probleme zu lösen, und von daher liegt eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Klopferfassungsvorrichtung
für eine Verbrennungskraftmaschine
anzugeben, die in der Lage ist, Klopfen von Rauschen genau zu unterscheiden,
selbst wenn Rauschen mit einer Frequenzkomponente, die identisch
einer Klopffrequenzkomponente ist, einem Ionenstromsignal überlagert
ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist eine Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
eine Ionenstromerfassungsvorrichtung, eine Klopferfassungsvorrichtung,
eine Schwerpunktberechnungsvorrichtung und eine Klopfermittlungsvorrichtung
auf. Die Ionenstromerfassungsvorrichtung liefert eine Spannung an
Elektroden, die in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine
vorgesehen sind, und detektiert einen Ionenstrom, welcher zwischen
den Elektronen über
Ionen fließt,
die nach der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine erzeugt
werden. Die Klopferfassungsvorrichtung erfasst Klopfen, welches als
Folge eines außerbetrieblichen
Ansteigens von entweder dem Druck oder der Temperatur in der Verbrennungskammer
der Verbrennungskraftmaschine auftritt. Die Schwerpunktberechnungsvorrichtung
berechnet eine Schwerpunktposition einer Ionenstromwellenform, die
mittels der Ionenstromerfassungsvorrichtung erfasst wird. Ferner
ermittelt die Klopfermittlungsvorrichtung Klopfen oder Rauschen
in Übereinstimmung
mit Ausgaben der Klopferfassungsvorrichtung und der Schwerpunktberechnungsvorrichtung.
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In den beigefügten Zeichnungen:
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1 ist
eine strukturelle Darstellung einer Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein funktionelles Blockdiagramm der Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm eines mit der Klopferfassungsvorrichtung verwendeten
Klopferfassungsverfahrens für
eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm eines mit der Klopferfassungsvorrichtung verwendeten
Schwerpunktberechnungsverfahrens für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Blockdiagramm eines mit der Klopferfassungsvorrichtung verwendeten
Klopfermittlungsverfahrens für
eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Darstellung einer Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine erläuternde
Darstellung eines Beispiels einer Ionenstromklopfwellenform und
einer Schwerpunktposition der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
ein Leistungsspektrum des Beispiels der Ionenstromklopfwellenform
der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine erläuternde
Darstellung eines Beispiels einer Ionenstromrauschwellenform und
einer Schwerpunktposition der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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10 zeigt
ein Leistungsspektrum des Beispiels der Ionenstromrauschwellenform
der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Vor der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung wird zunächst
die Beziehung zwischen dem Klopfen und dem Ionenstrom erläutert, welcher
in einer Verbrennungskraftmaschine auftritt. Das Klopfen wird als
ein Phänomen
dargestellt, in welchem Treibstoff eine Selbstzündung und Explosion verursacht, wenn
der Druck oder die Temperatur in einer Verbrennungskammer ungewöhnlich ansteigt.
Im Allgemeinen findet ein Klopfen in einer Verbrennungskraftmaschine
in Verbindung mit einem ungewöhnlichen Ansteigen
der Innenzylindertemperatur statt, wenn eine Verbrennungsflamme
einen Kolbenkopf in einem Zustand erreicht hat, wo der Kolben in
der Nähe des
oberen Totpunktes steht.
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Es wurde allgemein darauf hingewiesen, dass
das primäre
Auftreten des Innenstromes aus zwei Gründen begünstigt wird. Die eine Ursache
sind erzeugte Elektronen, die einer chemischen Verbrennungsreaktion
nachfolgen, und die andere Ursache sind negative Ionen, die nach
einer Ionisationsreaktion erzeugt werden, welche abhängig von
einem Anstieg der verbrannten Gastemperatur ist. Die Spitze des
Ionenstromes, der von der erstgenannten chemischen Verbrennungsreaktion
abhängt,
erscheint als erstes (was von nun an als eine "Primär-Spitze" bezeichnet wird),
und danach erscheint die Spitze, welche der letztgenannten Ionenreaktion
folgt, die von dem Temperaturanstieg abhängt (was von nun an als eine "Sekundär-Spitze" bezeichnet wird).
Es wurde darauf hingewiesen, dass die Sekundär-Spitze eng mit dem Ionenzylinderdruck
zusammenhängt.
Im Einzelnen wächst
die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Klopfens an, wenn die
Sekundär-Spitze
in der Nähe
des oberen Totpunktes besteht. Die 7 zeigt
ein Beispiel einer Ionenstromwellenform zum Zeitpunkt des Auftretens
von Klopfen.
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Im Allgemeinen heißt es, dass
Klopfen sehr einfach an einer Innenwandoberfläche der Verbrennungskammer
auftritt. Das heißt
Berichten zufolge, dass stehende Wellen von Druckvibrationen in
der Verbrennungskammer auftreten, da sich Stoßwellen, die mit dem Klopfen
auftreten, in erster Linie in Richtung des Durchmessers ausbreiten.
Die 8 zeigt ein Frequenzspektrum
der in 7 gezeigten Klopfwellenform.
Gewöhnliche
Klopferfassungsvorrichtungen ermitteln die Existenz von Klopfen
(ob oder ob nicht ein Klopfen auftritt) mittels Erfassung einer Schwingung,
die auf die stehende Welle zurückzuführen ist.
Gewöhnliche
Klopferfassungsvorrichtungen einer anderen Art, die einen Ionenstrom
verwendet, verwenden ein Verfahren der Erfassung von Wellen, die
mit einem Wechsel der Ionisationswahrscheinlichkeit auftreten, der
durch Temperaturwechsel verursacht wird, welcher auf Druckschwingungen zurückzuführen ist,
die in dem Zylinder auftreten.
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Jedoch ist heutzutage bekannt, dass
Druckschwingungen anderer Art als solche, welche vom Klopfen abhängen, ebenso
in dem Zylinder auftreten. Beispielsweise gibt es eine Druckschwingung,
die einer unregelmäßigen Verbrennung
folgend auftritt, deren Ionenstromwellenform in 9 gezeigt ist. Da jedoch die Druckschwingung
eine stehende Welle ist, ist die Schwingungsfrequenz identisch zu
der, die mit dem Klopfen auftritt, und die Amplitude ist ähnlich hierzu.
Die heutzutage entwickelten Klopferfassungsvorrichtungen, die den
Ionenstrom verwenden, sind nicht in der Lage, den Unterschied zwischen
der Schwingung und dem Klopfen zu erfassen, und dieses wurde als
ein Problem herausgestellt.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet
zwischen einer Schwingung, die auf einen Faktor zurückzuführen ist,
der anders als das Klopfen ist, und einer Schwingung, die auf Klopfen
zurückzuführen ist,
in Übereinstimmung
mit einer Schwerpunktposition eines Innenstromes, der von der obig
beschriebenen Sekundär-Spitzenposition
abhängig
ist, wodurch die Klopferfassungsgenauigkeit gesteigert wird.
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(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. 1 ist eine
strukturelle Darstellung einer Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 1 an
einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, d.h.
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Maschine (nicht dargestellt), vorgesehen. Der
Kurbelwinkelsensor 1 gibt ein Kurbelwinkelsignal SGT aus,
welches Pulse, die der Geschwindigkeit der Maschine entsprechen,
enthält.
Die einzelnen Pulsflanken des Kurbelwinkelsignals SGT geben Kurbelwinkelreferenzpositionen
eines jeden Zylinders (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine
an. Das Kurbelwinkelsignal (SGT) wird in eine ECU 2 (Maschinensteuereinheit)
eingegeben, die von einem Mikrocomputer (Mikroprozessor) ausgebildet
wird, und wird für
verschiedene Steuerberechnungen verwendet.
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Die ECU 2 enthält einen
Zähler 21 zum
Zählen
der Anzahl der Klopfpulse N in einem Klopfpulszug Kp, welcher von
einer nachfolgend beschriebenen Wellenformverarbeitungseinrichtung
eingegeben wird. Zusätzlich
weist die ECU 2 eine CPU 22 zum Ermitteln der
Existenz von Klopfen (ob oder ob nicht ein Klopfen auftritt) in Übereinstimmung
mit der Anzahl der Pulse N auf. Der Zähler 21 und die CPU 22 begründen die
Klopferfassungseinrichtung in Zusammenarbeit mit der Wellenformverarbeitungseinrichtung.
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Die ECU 2 nimmt das Kurbelwinkelsignal SGT
von dem Kurbelwinkelsensor 1 und Betriebsinformation von
verschiedenen Sensoren (nicht dargestellt) auf. Dann führt die
ECU 2 verschiedene Berechnungen durch, die zu der Betriebskondition
der Verbrennungskraftmaschine zugehören, und gibt Treibersignale
an verschiedene Aktuatoren, einschließlich einer Zündspule 4 usw.,
aus.
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Ein Treibersignal für die Zündspule 4,
nämlich
ein Zündsignal
P, wird an die Basis eines Leistungstransistors TR angelegt, welcher
mit einer Primärspule 4a der
Zündspule 4 verbunden
ist. Von daher wird die Ein/Aus-Steuerung eines Leistungstransistors
TR durchgeführt,
um einen Primärstrom
i1 abzuschalten. Das Abschalten des Primärstromes i1 verursacht, dass
eine Primärspannung
V1 ansteigt, und eine Sekundärspule 4b der
Zündspule 4 erzeugt eine
weiter erhöhte Sekundärspannung
V2, welche als eine Zündhochspannung
(einige Dutzend kV).
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Ein Verteiler 7 ist mit
dem Ausgabeterminal der Sekundärspule 4b verbunden
und verteilt nachfolgend die anzulegende Sekundärspannung V2 an die Zündkerzen 8a bis 8d innerhalb
der einzelnen Zylinder in Synchronisation mit der Umdrehung der
Verbrennungskraftmaschine. Von daher wird ein Entladungsfunken in
jeder Verbrennungskammer von beispielsweise einer Zündsteuerung
erzeugt, und eine Luft-Treibstoff-Mischung
wird darin verbrannt.
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Die Vorrichtungszusammensetzung weist eine
Reihenschaltung auf, die ausgebildet ist, um eine Gleichrichterdiode
D1, die mit einem Ende der Primärspule 4a verbunden
ist, einen Strombegrenzungswiderstand R, eine Kapazität 9,
die parallel zu einer spannungsbegrenzenden Zehnerdiode DZ verbunden
ist, und eine Gleichrichterdiode D2 aufzuweisen. Die Reihenschaltung
ist von dem einen Ende der Primärspule 4a zu
der Erde verbunden und stellt von daher eine Wegstrecke dar, um
es zu gestatten, dass Strom zu der Kapazität 9 fließt, die
als eine Voreinstellungsleistungsquelle für eine Ionenstromerfassung
verwendet wird.
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Die parallel zwischen zwei Enden
der Zehnerdiode DZ verbundene Kapazität 9 wird aufgrund der
Primärspannung
V1 mit Ladestrom auf eine vorbestimmte Voreinstellungsspannung VBi
(einige Hunderte von Volt) geladen. Von daher funktioniert die Kapazität 9 als
eine Voreinstellungsleistungsquelle, die verwendet wird, um einen
Ionenstrom i zu erfassen, um von daher den Ionenstrom i zu veranlassen,
hierdurch zu fließen,
indem eine Entladung durch eine der zündungsgesteuerten Zündkerzen 8a bis 8d durchgeführt wird.
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Die Anoden von den Hochspannungsdioden 11a bis 11d sind
mit einem Ende der Kapazität 9 verbunden,
und die Kathoden sind mit dem einem Ende der Zündkerzen 8a bis 8d verbunden,
um die gleiche Polarität
wie die Zündpolarität zu haben.
Ein für
die Ionenstromerfassung verwendeter Widerstand 12 ist mit
dem anderen Ende der Kapazität 9 verbunden, wodurch
der Ionenstrom i spannungskonvertiert und als Ionenstromerfassungssignal
Ei ausgegeben wird.
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Der Widerstand 12 ist mit
dem anderen Ende einer jeden der Zündkerzen 8a bis 8d über die
Erde verbunden, um zusammen mit der Kapazität 9 und den Hochspannungsdioden 11a bis 11d einen
Leitungsweg auszubilden, um dem Ionenstrom i das Fließen zu ermöglichen.
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Da Ionenstromerfassungssignal Ei,
welches von dem Widerstand 12 ausgegeben wurde, wird mittels
einer Wellenformgestaltungsschaltung 13 in ein Signal Fi
wellenformgestaltet, und lediglich ein Klopfsignal Ki wird im Wesentlichen über ein
Bandpassfilter 14 extrahiert. Ferner wird das Klopfsignal
Ki mittels einer Vergleichschaltung 15 in einen Klopfpulszug
Kp konvertiert, und der Klopfpulszug Kp wird dann in den Zähler 21 in
der ECU 2 eingegeben.
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Die Wellenformgestaltungsschaltung 13,
der Bandpassfilter 14 und die Vergleichsschaltung 15 begründen zusammen
eine Wellenformverarbeitungseinrichtung zum Extrahieren des Klopfpulszuges
Kp von dem Ionenstromerfassungssignal Ei. Von dem Klopfpulszug Kp
zählt die
ECU 2 die Anzahl der Pulse N, was verwendet wird um die
Existenz von Klopfen, wie obig beschrieben, zu ermitteln.
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Die 2 ist
ein funktionelle Blockdiagramm der Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 2 erfasst die Ionenstromerfassungsvorrichtung 10 Ionen,
welche innerhalb der Verbrennungskraftmaschine als Strom erzeugt
werden. Im Einzelnen wird eine Spannung an Elektroden angelegt,
die in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen
sind, und ein Ionenstrom wird erfasst, welcher zwischen den Elektroden über Ionen fließt, die
der Verbrennung nachfolgend innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt
werden. Die Ionenstromerfassungsvorrichtung 10 ist so ausgelegt, dass
sie die folgenden, in 1 gezeigten
Komponenten aufweist. Die Komponenten sind die Gleichrichterdiode
D1; der Strombegrenzungswiderstand R; die Reihenschaltung, die aus
der Kapazität 9 und der
parallel mit der Spannungsbegrenzungszehnerdiode DZ verbundenen
Gleichrichterdiode D2 aufgebaut ist; die Kapazität 9, die parallel
zwischen zwei Enden der Spannungsbegrenzungszehnerdiode DZ verbunden
ist; und der Ionenstromerfassungswiderstand 12, der den
Ionenstrom i spannungskonvertiert, um somit das Ergebnis in der
Gestalt der Ionenstromerfassungssignale Ei auszugeben.
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Eine in 2 gezeigte A/D-Konvertierungsvorrichtung 20 gehört zu der
Wellenformverarbeitungseinrichtung, die von der Wellenformgestaltungsschaltung 13,
dem Bandpassfilter 14 und der Vergleichsschaltung 15,
wie in 1 gezeigt, ausgebildet
wird. Der Ionenstrom, welcher von der Ionenstromerfassungsvorrichtung 10 ausgegeben
wurde, wird von analogen Daten auf digitale Daten über die A/D-Konvertierungsvorrichtung 20 konvertiert,
und die digitalen Daten werden in einen Mikroprozessor 2 eingegeben.
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In dem Mikroprozessor 2 werden
Operationen, wie nachfolgend beschrieben, durchgeführt. Die Eingabedaten
werden in eine Klopferfassungsvorrichtung 2A und in eine
Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B eingegeben. Die Klopferfassungsvorrichtung 2A erfasst
in Übereinstimmung
mit dem mittels der Ionenstromerfassungsvorrichtung 10 erfassten
Ionenstrom Klopfen, das auf ein ungewöhnliches Ansteigen von entweder
dem Druck oder der Temperatur in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine
zurückzuführen ist.
Die Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B berechnet eine
Schwerpunktposition der mittels der Ionenstromerfassungsvorrichtung 10 erfassten
Ionenstromwellenform. Zusätzlich
ermittelt gemäß Ausgaben
der Klopferfassungsvorrichtung 2A und der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B eine
Klopfermittlungsvorrichtung 2C, ob Klopfen oder Rauschen
aufgetreten ist.
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Nachfolgend wird die Betriebsweise
der in 2 gezeigten Klopferfassungsvorrichtung 2A unter
Bezugnahme eines in 3 dargestellten
Ablaufdiagrammes beschrieben. Zunächst wird in Schritt S41 eine
Ionenstromeingabe derart verarbeitet, dass lediglich Daten eines
notwendigen Abschnittes in einem in Schritt S42 gesetzten Segment
(Erfassungsfenster) zugeordnet werden, und sie wird mit einer Fensterfunktion
zum Unterdrücken
des Einflusses der Enden der Daten multipliziert. Die derart vorverarbeiteten
Daten unterlaufen in Schritt S43 eine Fourier-Transformation in
der Gestalt eines Leistungsspektrums. Eine Frequenzintensität, die zu
einer klopfspezifischen Schwingungsfrequenz in dem Leistungsspektrum
zugehört,
wird in Schritt S44 mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen.
Wenn die Frequenzintensität
den Schwellenwert überschreitet,
dann gibt die Klopferfassungsvorrichtung 2A ein Signal
aus, welches auf das Auftreten von Klopfen hindeutet (Schritt S45).
Wenn die Frequenzintensität
geringer als der Schwellenwert ist, dann gibt die Klopferfassungsvorrichtung 2A ein
Signal aus, welches anzeigt, dass kein Klopfen auftritt (Schritt
546).
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Die 8 zeigt
ein Beispiel des Fourier-Transformationsleistungsspektrums,
das gebildet wird, wenn ein in 7 dargestellter
Ionenstrom eingegeben wird. Gemäß dem in 8 gezeigten Spektrum wird
ein Fall betrachtet, in welchem das Leistungsspektrum nahe dieser
Frequenz gemäß einer
Daumenregel angeordnet wird, da die klopfspezifische Schwingungsfrequenz
etwa 6 kHz ist. Wie in 8 gezeigt,
wird beispielsweise der FET-Leistungswert "5" auf
der vertikalen Achse der Klopfintensität "1" zugeordnet,
und der FET-Leistungswert "25" wird der Klopfintensität "5" zugeordnet. In diesem Fall ist das
entsprechende Leistungsspektrum wesentlich größer als der Schwellenwert.
Demgemäß gibt die Klopferfassungsvorrichtung 2A fünf Pulse
aus, die das Auftreten von Klopfen hoher Intensität andeuten, wenn
die Klopfintensität
als ein Signal ausgedrückt wird,
das das Auftreten des Stoßes
mit hoher Intensität
anzeigt. Auf ähnliche
Weise wird das Leistungsspektrum wie in 10 ausgebildet, wenn ein in 9 dargestellter Ionenstrom
eingegeben wird. Die Klopferfassungsvorrichtung 2A gibt
ebenso in diesem Fall für
die Wellenform fünf
Pulse aus, welche das Auftreten von Klopfen hoher Intensität andeuten, da
das zugehörige
Leistungsspektrum wesentlich höher
im Vergleich mit dem ähnlichen
Schwellenwert "5" ist.
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Die digitalen Daten, die von der
A/D-Konvertierungsvorrichtung 2 ausgegeben
wurden, werden in die Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B eingegeben.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B unter
Bezugnahme auf ein in 4 gezeigtes
Ablaufdiagramm beschrieben. Ein Ionenstromsignal, welches in Schritt
S51 ausgegeben wurde, wird derart verarbeitet, dass Vorverarbeitungen,
wie etwa das Setzen des Erfassungssegments und das Entfernen von Rauschen,
in Schritt S52 durchgeführt
werden, um nicht-notwendige Information zu entfernen. Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Signal, welches vorverarbeitet
ist, um das Erfassungssegment als ein winkelbasierendes Segment
von der Zündzeit
zu der Zündzeit
des nachfolgenden Zylinders zu setzen, einer Berechnung der Schwerpunktposition
in Schritt S53 unterworfen.
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In der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein primärer kumulativer arithmetischer
Ausdruck verwendet, um den Schwerpunkt zu erzielen, wobei die Schwerpunktposition
als ein Wert auf einer Winkelbasis berechnet wird. Die derart berechnete
Schwerpunktposition wird von der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B ausgegeben.
Beispielsweise ist die Schwerpunktposition der in 7 gezeigten Klopfwellenform nahe dem
numerischen Wert 33 CADs (Kurbelwinkelgrad), die oberhalb der Wellenform
von 7 gezeigt sind,
und dieser numerische Wert wird von der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B ausgegeben.
Auf ähnliche
Weise ist die Schwerpunktposition der in 9 gezeigten Klopfwellenform nahe 71 CADs,
und der numerische Wert wird ebenso von der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B ausgegeben.
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Unter Bezugnahme auf 2 werden die Ausgaben der Klopferfassungsvorrichtung 2A und der
Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B in die Klopfermittlungsvorrichtung 2C eingegeben.
In einem System der Klopfermittlungsvorrichtung 2C wird die
Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A zur Verlässlichkeit
der Ausgabe erneut diagnostiziert. Nachfolgend wird die Betriebsweise
der Klopfermittlungsvorrichtung 2C unter Bezugnahme des
in 5 gezeigten Ablaufdiagrammes
beschrieben. In Schritt S61 ermittelt das System, ob die Ausgabe
(Ermittlungswert) der Klopferfassungsvorrichtung 2A größer oder
gleich einem Schwellenwert ist. Von daher ermittelt das System,
ob die Ausgabe das Auftreten von Klopfen anzeigt. Wenn die Klopferfassungsvorrichtung 2A ein
Signal ausgegeben hat, welches anzeigt, dass kein Klopfen auftritt,
dann fährt
der Prozess unabhängig
von der Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B mit
Schritt S64 fort. Dann gibt ebenso die Klopfermittlungsvorrichtung 2C ein Nicht-Klopfauftretungssignal
(Rauschermittlungssignal) aus. Wenn jedoch die Klopferfassungsvorrichtung 2A ein
Signal ausgegeben hat, das das Auftreten von Klopfen anzeigt, dann
fährt der
Prozess mit Schritt S62 fort.
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In Schritt S62 vergleicht zuerst
das System die Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2D mit
einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn die Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B größer oder
gleich dem Schwellenwert ist, dann ermittelt das System, dass die
Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A nur gering verlässlich ist,
und die Klopfermittlungsvorrichtung 2C gibt ein Nicht-Klopfauftretungssignal
(Rauschermittlungssignal) aus. Wenn im Gegensatz die Ausgabe der
Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B geringer als der Schwellenwert
ist, dann ermittelt das System, dass die Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A zuverlässig ist,
und die Klopfermittlungsvorrichtung 2C gibt ein Klopfauftretungssignal
aus. In diesem Fall ist der Schwellenwert für die Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B in Übereinstimmung
mit dem Kurbelwinkel vorbestimmt.
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Beispielsweise wird für die Ausgabe
der Klopferfassungsvorrichtung 2A für die in 7 gezeigte Wellenform fünf Pulse
angenommen. Zusätzlich
ist die Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B für die gleiche
Wellenform 33 CADs (Kurbelwinkelgrad). Wenn der Schwellenwert in Schritt
S62 auf 45 CADs gemäß einer
Daumenregel gesetzt ist, dann werden 33 CADs als Werte ermittelt, die
gleich oder weniger als der Schwellenwert sind, so dass die Ausgabe
(fünf Pulse)
der Klopferfassungsvorrichtung 2A ausgegeben wird, wie
sie von der Klopfermittlungsvorrichtung 2C ist.
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Angenommen, die Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A sei
auch für
die in 9 gezeigte Wellenform
fünf Pulse,
dann wird im Vergleich zu dem Obigen die Ausgabe von 71 CADs von
der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B mit dem Schwellenwert
von 45 CADs in dem obig beschriebenen Schritt S62 verglichen. In
diesem Fall fährt
jedoch der Prozess mit Schritt S64 fort, da die Ausgabe den Schwellenwert überschreitet,
und das System ermittelt darin, dass die Ausgabe von fünf Pulsen
von der Klopferfassungsvorrichtung 2A fragwürdig ist. Daraus
folgt, dass die Klopfermittlungsvorrichtung 2C null Pulse
ausgibt, die anzeigen, dass kein Klopfen zu dieser Zeit auftritt,
wodurch die Ermittlung der Differenz zwischen der Klopfwellenform
von 7 und der Wellenform
von 9, die auf die unregelmäßige Verbrennung
zurückzuführen ist,
ermöglicht wird.
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Von daher können gemäß der obig beschriebenen, ersten
Ausführungsform
fehlerhafte Klopfermittlungen verhindert und die Genauigkeit der
Klopferfassung der Klopferfassungsvorrichtung verbessert werden.
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(ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
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In der obig beschriebenen ersten
Ausführungsform
wird der Rauschentfernprozess als den in dem Block des Verarbeitungsschrittes
S52 von 4 gezeigten
Wellenformvorprozess ausgeführt,
um die Klopferfassungsgenauigkeit in der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B zu
verbessern. Selbst wenn jedoch der Rauschentfernprozess ausgelassen wird,
um die Berechnungsmenge zu reduzieren, können äquivalente Berechnungsergebnisse
erzielt werden.
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(DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der obig beschriebenen ersten
Ausführungsform
wird das Erfassungssegment in der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B auf
das winkelbasierende Segment des Kurbelwinkels von der Zündzeit zu
der Zündzeit
des nachfolgenden Zylinders gesetzt. Jedoch können selbst mit einem zeitbasierenden
Segment oder einem datenwertbasierenden Segment äquivalente Ergebnisse erzielt
werden. Zusätzlich
kann die Erfassungssegment-Anfangsposition
entweder eine Ionenstromerzeugungsposition oder eine Position sein,
wo der Rauscheinfluss unmittelbar nach dem Ionenstrom-Erfassungsanfang
vermieden wird. Darüber
hinaus kann die Endposition eine Ionenstromendposition gemäß dem Vergleich
mit dem vorbestimmten Schwellenwert sein. Alternativ hierzu können die
Anfangsposition und die Endposition des Erfassungssegments individuelle
Abbildungswerte sein, die willkürlich
gemäß der Maschinenbetriebskondition
gesetzt werden.
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(VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der obig beschriebenen ersten
Ausführungsform
verwendet die Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B den
primären
kumulativen arithmetischen Ausdruck, um die Position des Schwerpunktes
zu berechnen. Der Ausdruck kann jedoch entweder ein sekundärer kumulativer
arithmetischer Ausdruck oder ein kumulativer arithmetischer Ausdruck
höherer
Ordnung sein, um äquivalente
Ergebnisse zu erzielen. Alternativ hierzu können äquivalente Ergebnisse auf die
folgende Art und Weise erzielt werden. Ionenstromsignale werden
sequentiell integriert, beginnend bei der Erfassungsanfangsposition, und
die Fläche
der Ionenstromwellenform wird berechnet, und das Segment wird berechnet,
bis die Hälfte
der Fläche
erreicht ist. Dann wird das Segment mittels der Schwerpunktberechnungsvorrichtung
als Schwerpunktposition ausgegeben.
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(FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der obig beschriebenen vierten
Ausführungsform
wird das Segment als Schwerpunktposition verwendet, bis die Hälfte der
Ionenstromwellenformfläche
erreicht wird. Jedoch kann ein Segment, welches wertemäßig ansteigt,
bis ein vorbestimmtes Verhältnis
der Ionenstromwellenformfläche erreicht
wird, mittels der Schwerpunktberechnungsvorrichtung als die Schwerpunktposition
ausgegeben werden. Beispielsweise wird eine Zeit, die verstreicht,
um 30% der Ionenstromwellenformfläche zu erreichen, als Schwerpunktposition
ausgegeben. Da die Erzeugungsmenge des Ionenstromes ein Auftreten
von Klopfen proportional zum Verbrennungsmassenverhältnis involviert,
wird ebenso die Zeitperiode gekürzt,
die ansteigt, bis ein vorbestimmtes Verbrennungsmassenverhältnis erreicht
ist. Im Einzelnen kann das Auftreten von Klopfen von dem Segment ermittelt
werden, welches wertemäßig ansteigt,
bis ein Klopfauftretungsverhältnis
gemäß einer
Daumenregel erreicht wird, selbst ohne bei 50% der Ionenstromwellenformfläche haften
zu bleiben.
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Gemäß der fünften Ausführungsform kann, wie obig beschrieben,
die Existenz eines Auftretens von Klopfen unter Verwendung des Segmentes
ermittelt werden, welches wertemäßig ansteigt,
bis ein vorbestimmtes Verhältnis
der Ionenstromwellenformfläche
erreicht wird. Demgemäß können fehlerhafte Klopfermittlungen
reduziert werden, und die Genauigkeit der Klopferfassung der Klopferfassungsvorrichtung
kann verbessert werden.
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(SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der ersten Ausführungsform
wird in der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B die Schwerpunktposition
als der winkelbasierende Wert berechnet, jedoch kann sie als ein
zeitbasierender Wert oder als ein datenwertbasierender Wert berechnet
werden.
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(SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der ersten Ausführungsform
wird die Schwerpunktposition als die Schwerpunktposition in dem
Erfassungssegment (welches gesetzt wurde) verwendet. Jedoch kann
die Anordnung derart geändert
werden, dass ein Verhältnis
der Schwerpunktposition zu der Erfassungssegmentlänge von
der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B ausgegeben werden
kann, und die Zuverlässigkeit
der Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A kann gemäß der zuvor
erwähnten
Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B korrigiert
werden.
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(ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der ersten Ausführungsform
wird, wie obig beschrieben, der vorbestimmte Schwellenwert unter
Verwendung des Schwellenwertes für
die Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B gesetzt,
was in Schritt S62 der Klopfermittlungsvorrichtung 2C angezeigt
wird. Jedoch kann der vorbestimmte Schwellenwert in der Gestalt
eines Abbildungswertes, abhängig
von der Maschinenbetriebskondition einschließlich beispielsweise der Maschinengeschwindigkeit
und Belastung, gesetzt werden. Von daher kann eine Verbesserung
in der Genauigkeit der Klopferfassungsvorrichtung implementiert werden,
die Ionenstrom verwendet, der auf einfache Weise durch die Betriebskondition
beeinflusst wird.
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(NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der ersten Ausführungsform
gibt die Klopfermittlungsvorrichtung 2C, wenn das Ermittlungsergebnis
in Schritt S61 der Klopfermittlungsvorrichtung 2C fraglich
ist, unabhängig
von der Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2A das
Signal aus, welches das Nichtauftreten von Klopfen (Klopfermittlungssignal)
anzeigt. Jedoch kann der Ausgabewert entweder mit einem vorbestimmten Wert
subtrahiert oder er kann bezüglich
eines vorbestimmten Verhältnisses
reduziert werden. Beispielsweise sei angenommen, dass fünf Pulse,
die Klopfen hoher Intensität
anzeigen, in die Klopfermittlungsvorrichtung 2C eingegeben
werden, und in Schritt S62 wird die Ausgabe als fragwürdig ermittelt.
In diesem Fall werden drei Pulse von der Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A subtrahiert,
während
verhindert wird, dass das Subtraktionsergebnis geringer als null
Pulse wird. Daraus folgt, dass die Klopfermittlungsvorrichtung 2C zwei
Pulse ausgibt, wodurch die Ausgabe geändert wird, um die Möglichkeit
des Auftretens von Klopfen geringer Intensität anzuzeigen. Von daher kann
das Risiko einer fehlerhaften Ermittlung der Berechnung der Schwerpunktposition
reduziert werden, und gleichzeitig kann die Rauschverzögerung reduziert
werden, die auf eine fehlerhafte Klopfermittlung zurückzuführen ist.
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(ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der ersten und neunten Ausführungsformen
wird in Schritt S61 der Klopfermittlungsvorrichtung 2C die
Ausgabe hiervon auf zwei alternativen Wegen ermittelt; das heißt, die
Ausgabe hiervon wird ermittelt, ob sie fragwürdig oder nicht fragwürdig ist.
Jedoch kann der Kompensationswert für die Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A in Übereinstimmung
mit der Differenz von dem Schwellenwert, dem Verhältnis zu
dem Schwellenwert oder einer Funktion angepasst werden. Es sei beispielsweise angenommen,
dass die Schwerpunktposition für
den Schwellenwert von 45 CADs 71 CADs ist. Wenn in diesem
Fall das Ergebnis von (Schwerpunktposition – Schwellenwert) geringer als
10 CADs ist, werden minus zwei Pulse für die Anpassung der Ausgabe
der Klopferfassungsvorrichtung 2A gesetzt; wenn das Ergebnis
in einem Bereich von 10 bis 20 CADs ist, dann werden minus vier
Pulse hierfür
gesetzt; und wenn das Ergebnis gleich oder größer als 20 CADs ist, dann werden
minus fünf
Pulse hierfür
gesetzt. Alternativ hierzu werden, wenn die Schwerpunktposition
geringer oder gleich 1,2 mal dem Schwellenwert von 45 CADs ist,
minus drei Pulse für
die Anpassung gesetzt, und wenn die Schwerpunktposition größer oder
gleich 1,2 mal dem Schwellenwert ist, dann werden hierfür minus
fünf Pulse
gesetzt. Von daher kann der Anpassungsbereich aufgeweitet werden.
Zusätzlich
kann das Risiko der fehlerhaften Ermittlung der Berechnung der Schwerpunktposition
effizienter reduziert werden, und gleichzeitig kann Rauschverzögerung reduziert
werden, die auf fehlerhafte Klopfermittlung zurückzuführen ist. Ferner kann abhängig von
der Betriebskondition das Risiko von fehlerhaften Ermittlungen auch
effizienter durch Setzen der Differenzen, Verhältnisse, Funktionen und dergleichen vermieden
werden, die obig in der Gestalt von Abbildungswerten beschrieben
werden.
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Ferner kann der Wert, der mittels
der Klopfermittlungsvorrichtung 2C in Übereinstimmung mit dem Ergebnis
des Vergleichs der Ausgabe der Schwerpunktberechnungsvorrichtung 2B mit
dem gegenwärtigen
Schwellenwert gesetzt ist, der Addition/Subtraktion oder der Multiplikation/Division
hinsichtlich der Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2A unterworfen
werden.
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(ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Gemäß der obig beschriebenen ersten
Ausführungsform
wird die Klopferfassungsvorrichtung, die das Ionenstromerfassungssystem
verwendet, als die Klopferfassungsvorrichtung 2A benutzt.
Jedoch kann, wie in 6 gezeigt,
eine Vorrichtung als eine Klopferfassungsvorrichtung 2AA verwendet
werden, welche nicht von dem Ionenstromsystem abhängig ist.
Beispielsweise können
ein Klopfsensor vom Dissonanztyp oder ein Klopfsensor, der durch
Kombination eines Bandpassfilters mit einer Ausgabe eines Zylinderinnendrucksensors
ausgebildet ist, verwendet werden. In diesem Fall arbeitet die Vorrichtung auch
als eine Vorrichtung, die Ionenstrom lediglich zum Ermitteln der
Zuverlässigkeit
der Ausgabe der Klopferfassungsvorrichtung 2AA verwendet,
wodurch es auf ähnliche
Weise ermöglicht
wird, dass die Klopferfassungsgenauigkeit ferner verbessert wird.
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Wie obig beschrieben, kann gemäß der einzelnen
Ausführungsformen,
selbst wenn eine Rauschkomponente mit genau der gleichen Frequenzkomponente
wie die von Klopfen einem Ionenstromsignal überlagert ist, das Klopfen
genau von dem Rauschen unterschieden werden.
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Zusätzlich kann das Klopfsignal
genau erfasst werden, und das Klopfen kann effizient erfasst werden.
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Ferner sind die einzelnen Ausführungsformen
in der Lage, geeignete Funktionen bereitzustellen, die Änderungen
in der Ionenstromerfassungskondition entsprechen, wie etwa einzelne
Unterschiede von Verbrennungskraftmaschinen oder langfristige Änderungen.
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Ferner wird ein Vorteil dadurch an
den Tag gelegt, dass der Einfluss einer fehlerhaften Ermittlung
der Vorrichtung reduziert werden kann.
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Wie obig beschrieben, kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
Klopfen genau von Rauschen getrennt werden.