DE2832594A1 - Vorrichtung und verfahren zur zuendzeitpunktsteuerung beim klopfen von brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur zuendzeitpunktsteuerung beim klopfen von brennkraftmaschinen

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DE2832594A1
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William H King
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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selbsttätigen Steuerung des Zündzeitpunktes beim Klopfen von Brennkraftmaschinen mit elektronischer Zündung. Dabei handelt e· sich im besonderen um die Verzögerung des Zündzeitpunktes des Motors, wenn das Klopfen eintritt und die Rückstellung auf den Normalzustand, wenn das Klopfen aufhört.
Bei Brennkraftmaschinen tritt unter bestimmten Bedingungen ein unerwünschtes Klopfen auf. In der Vergangenheit hat man versucht, das Klopfen zu verhindern, indem man das Kompressionsverhältnis auf 10,5 : 1 oder geringer einstellte und indem man Brennstoff mit einer hinreichend hohen Oktanzahl, d. h. bis zu 100 RON zur Verfügung stellte, um diese Motoren zufriedenzustellen. Das seit 1975 und später verlangte unverbleite Benzin ist im allgemeinen nur mit einer geringeren Oktanzahl erhältlich, die etwa bei 91 RON liegt. Dieses Oktanniveau stellt Motoren mit einem Kompressionsverhältnis von nicht höher als etwa 8 : 1 zufrieden. Wenn man jedoch das Kompressionsverhältnis auf 8 :1 von dem historischen Duchrschnitt von etwas über 9 :1 herabsetzt, führt dies zu einem Absinken der Brennstoffürtschaf tlichkeit von etwa 7 %.
Ein gewisser Teil dieses Wirtschaftliehkeitsverlustes kann wieder gutgemacht werden, wenn man ein höheres Kompressionsverhältnis zusammen mit anderen Maßnahmen zur Verhinderung des Klopfens unter solchen Bedingungen einsetzt, bei denen der
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Motor am stärksten klopfempfindlich ist, wie beispielsweise bei voller Beschleunigung. Zwei bekannte Verfahren zur Vermeidung des Klopfens sind die Zündzeitpunktverzögerung und die Kreislauf führung von Abgas. Beide Techniken setzen die Spitzenverbrennungstemperaturen herab und damit auch die Neigung zum Klopfen. Dementsprechend sind auch beide für Motoren mit höherem Kompressionsverhältnis geeignet.
Jüngste Entwicklungen hinsichtlich der elektronischen Steuerung des Zündzeitpunktes von Brennkraftmaschinen haben dazu geführt, daß man im wesentlichen die Verzögerung des Zündzeitpunktes als Hilfsmittel zur Verminderung oder Regelung des Motorklopfens einsetzte Das Klopfen kann von der Maschine mit Hilfe von Umsetzern abgetastet werden, wie z. B. mittels eines Dehnungsmeßgerätes, oder eines Beschleunigungsmessers, der an der Maschine angebracht wird, wie etwa auf der Hauptlagerkappe, den Zylinderköpfen, dem Einlaßkrümmer oder dem Motorblock. Ein Klopfvorgang bewirkt eine merklich höhere Kraft, die in bekannter Weise von dem Umsetzer in ein Millivoltsignal übertragen wird. Das Klopfen ist durch ein stärkeres Vibrieren des Motors gekennzeichnet, im allgemeinen im Frequenzbereich von 4 000 bis 6 000 Hz und 9 000 bis 11 000 Hz, wobei man Umsetzer wählt, die in diesen Bereichen ansprechen. Das Klopfen kann einmal in jedem Zylinder bei jedem Verbrennungsvorgang in diesen Zylinder eintreten. Die Amplitude eines Klopfimpulses in Form von durch den Umsetzer erzeugten Millivoltsignale können zwanzigmal größer sein als das Signal des Hintergrundgeräusches,
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das durch den normalen Motorbetrieb ohne Klopfen entsteht. Das Hintergrundgeräusch verändert sich im allgemeinen in unmittelbarer Abhängikgeit von der Maschinengeschwindigkeit und der Maschinenbelastung, wobei die Klopfimpulse gekennzeichnet sind durch bis zu zwölf Zyklen in den oben genannten Frequenzbereichen, deren Amplituden höher sind als die Hintergrundgeräusche bei dieser Geschwindigkeit.
Es sind in der Vergangenheit vfele elektronische Schaltungen zur Steuerung des Zündzeitpunkte entwickelt worden, um die Maschinenleistung zu verbessern oder den Kraftstoffbedarf zu verringern. Die US-PS 3 822 583 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Klopfhäufigkeit des Benzins und zur Anzeige der Oktanerfordernisse für einen Motor. Diese Vorrichtung verwendet einen Umsetzer, um die Motorhintergrundgeräusche und die Klopfgeräusche abzutasten. Diese Signale werden dann in dem bevorzugten Klopffrequenzbereich gefiltert und verstärkt. Die Motorsignale .einschließlich der Klopfsignale werden mit dem durchschnittlichen Hintergrundgeräuschniveau verglichen, und jede positive Differenz, die durch das Klopfen erzeugt wird, wird integriert, um ein Rückschleifensignal bereitzustellen, das über eine Servoanlage die Zündzeitpunktsteuerung übernimmt.
Die US-PS 4 002 155 beschreibt eine Zündzeitpunktsteuerung unter Verwendung eines an dem Motor befestigten Accelerometer zur Überwachung des Klopfens. Wenn die Klopfimpulse eine vorbestimmte Anzahl überschreiten, wird der Zündzeitpunkt zurückge-
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stellt. Der Zündzeitpunkt wird wieder vorgestellt, wenn eine geringere Zahl als die der vorbestimmten Klopfvorgänge vorliegt.
Bei diesen Systemen wird das KlopfSignalniveau für das Ver— gleichsignalniveau herangezogen, womit sich der Vergleicheausgang und die Emfpindlichkeit zu Klopfen verringert.
Es besteht demnach ein Bedürfnis für ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine flexible Steuerung der Parameter ermöglichen, die den Motorbestrieb beeinflussen, wie der Grad der Verzögerung, die Klopfempfindlichkeit, die Verzögerungszeit sowie die Geschwindigkeit der Zündzeitpunktvorstellung.
Man sucht außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zündzeitpunktsteuerung, die eine Steuerung des Signalausganges ermöglicht, der die Geschwindigkeit und Intensität des Klopfens repräsentiert, ungeachtet der Veränderungen der Motorhintergrundgeräusche. Dabei soll auch ein Nachhinken der Steuerung verhindert werden, wenn die Klopfperioden durch kurze zeitliche Zwischenräume unterbrochen werden.
Der Erfindung liegt dementspre-chend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einem klopffreien Zustand des Motors eine konstante2ündzeitpunkteinstellung ermöglichen, unabhängig der Veränderungen der Hintergrundgeräusche des Motors während ein selbsttätiges An-
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sprechen auf die Klopfintensität erfolgt, oberhalb des Motorhintergrundgeräusches·»
Dabei soll eine selbsttätige Verstärkungssteuerung der Signale vorgesehen sein, wenn kein Klopfen vorliegt, während beim Klopfen eine feste Verstärkung gegeben sein soll.
Der Zündzeitpunkt soll sowohl In Abhängigkeit von der Intensität als auch der Aufeinanderfolge der Klopfsignal selbsttätig verzögert werden. Wenn sich der Zündzeitpunkt durch das eintretende Klopfen selbsttätig verhögert hat, soll eine Rückstellung des Zeitpunktes auf die Normalstellung über einen Zeitraum erfolgen, dessen Dauer unmittelbar von der Klopffolge abhängt, die die Verzögerung des Zündzeitpunktes einleitete.
Schließlich sollen das Verfahren und die Vorrichtung bezüglich der Steuerung der Parameter, die die Funktion beeinflussen, flexibel sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Einrichtung zur Erzeugung eines Klopfimpulses beim Auftreten des Motorklopfens, wobei jeder der Klopfimpulse einen Klopfvorgang repräsentiert, eine Schaltung zur Abgabe von Impulsen in regelmäßigen Zeitabschnitten, die geringer sind als die verteilergesteuerten Motorzündzelt— abstände, wobei der Verteiler mit der elektronischen Zündsteuerung zusammenarbeitet, ein Auf/Abzähler, der die■-Klopf-
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Signalausgänge von der Anordnung zur Erzeugung der Klopfsignale sowie die Ausgangsimpulse von der Schaltung empfängt, wobei der Zähler jedes empfangene Klopfsignal aufzählt, während er jeden
von der Schaltung empfangenen Impuls abzählt, womit der Zählerausgang die Momentansumme der addierenden und subtrahierenden
Signale und Impulse ist, sowie eine Schaltung zur Zuführung des Auf/Abzählerausganges zur elektronischen Zündsteuerung des
MOtors, wobei der Zündzeitpunkt des Motors verzögert wird, wenn der Zählerausgang ein endliches Signal ist, währendkeine Verzögerung eintritt, wenn der Zählerausgang null ist und der Verzögerungsgrad der Größe dee augenblicklichen Zäherlausgangs
proportional ist, womit die Zündzeitpunktverstellung der Häufigkeit des Klopfens entspricht.
Es werden somit die Klopfgeräusche der Brennkraftmaschine abgetastet, versferkt, in die Klopffrequenzen gefiltert, gleichgerichtet und integriert, um für jeden Klopfvorgang einen Gleichstromimpuls zu erzeugen, der der Intensität des Klopfvorganges
entspricht. Dieser Gleichstomimpials wird dann einem Auf/Abzähler zugeführt, um die Zählerausgangsspannung porportional zur Klopfgeschwindigkeit zu erhöhen. Nach einer Verzögerung wird die
Spannung in dem Zähler wieder in einer gesteuerten Geschwindigkeit verringert durch Signale, die von dem Motorverteiler abgeleitet sind. Der positive Ausgang des Auf/Abzählers und die
Klopfintensität bewirken eine proportionale Verzögerung des
Zündzeitpunktes, der zu seiner normalen Stellung zurückkehrt,
wenn der Zählerausgang auf null zurückgegangen ist. Zusätzlich
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wird ein integriertes Klopfsignal zu dem Signalverstärker zurückgeführt, um die Verstärkung zu steuern, wenn sich das Hintergrundgeräusch der Maschine verändert. Die Zeitkonstanten der Rückkopplungsschaltung sind hinreichend niedrig,und die Verstärkungssteuerung wird durch den Klopfvorgang gehemmt, so daß die Verstärkung durch kurze Klopfimpulse nicht geändert wird. Somit werden die Klopfimpulse oberhalb eines Geräuschniveaus verstärkt, welches sonst durch die Rückkopplungsschaltung konstant gehalten wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnung.
Die Fig. 1 zeigt ein halbschematisches Blockdiagramm der Scahltungen für die Zundzeitpunktsteuerung gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine mit einer Zündkerze bestückte Brennkraftmaschine 10 dargestellt, mit einem Beschleunigungsmesser oder Accelerometer 12. Der Beschleunigungsmesser 12 ist an dem Motor 10 an einem äußeren Punkt befestig:, wo die Vibrationskräfte innerhalb des Motors, die auf den Verbrennungsexplosionen beruhen, in Wechselspannungsignale an den Beschleunigungsmesserausgang 13 umgesetzt werden. Die Stelle der Anbringung des Beschleunigungsmessers 12 an dem Motor 10 zur Erzeugung zufriedenstellender Signale sind beispielsweise der Zylinderkopf, der Einlaßkrümmer, die Ladehauptkappe und der Block.
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Die Wechselstromsignale von dem Motor 10 werden hier zunächst beschrieben, ohne daß dabei ein Klopfen auftritt. Von dem Beschleunigungsmesser 12 werden die Signale 13 in einem Wechselstromverstärker 14 mit einer selbsttätigen Verstärkungssteuerung, die nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, verstärkt. Der AiKjang 15 des Wechselstromverstärkers 14 wird einem Bandfilter 16 zugeführt, welches im wesentlichen Signale einer bevorzugten Bandbreite durchläßt, wobei es sich um den Bereich der Frequenzen handelt, die dem Klopfen entsprechen. Klopffrequenzen liegen bekanntlich etwa in den Bereichen von 4 000 bis 6 000 Hz und 9 000 bis 11 000 Hz, obwohl andere Klopffrequenzen für Motoren mit anderem Aufbau ebenfalls auftreten. Die bevorzugten gefilterten Wechselstromsignale warden dann innerhalb des Gleichrichters 18 in Gleichstrom-signale gerichtet und in zwei parallele Wege geteilt. Ein Weg führt zu einem ersten Integrator 20, wo ein stetiges Niveau eines Wechselstromsignals von dem Beschleunigungsmesser 12 als proportionaler, stetiger Gleichstcomausgang von dem ersten Integrator 20 vorliegt. Wenn das Hintergrundgeräusch des Motors zunimmt, was auf einen Anstieg der Maschinengeschwindigkeit oder -belastung beruhen kann, neigt der Ausgang des ersten Integrators 20 dazu, anzusteigen und umgekehrt abzusinken, wenn das Motorgeräusch abnimmt.
Der Ausgang des ersten Integrators 20 führt als Eingang zu einem ersten Differentialverstärker 24 mit einer Bezugsspannung als Eingang 26. Der Ausgang von dem ersten Differentialver-
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stärker 24 wird über eine Speicherabfrageinheit 28 oder Verzögerungssteuerung der Verstärkungssteuerung des Gleichstromverstärkers 14 zugeführt. Der Ausgang des Differentialverstärkers 24 nimmt direkt mit dem Ausgang des ersten Integrators 20 zu oder ab, und die selbsttätige Verstärkungssteuerung des Wechselstromverstärkers 14 vermindert die Verstärkung, wenn die Rückkopplung ansteigt. Dementsprechend werden die Ausgänge des Gleichrichters 18 und der Integratoren 20 und 22 im wesentlichen konstant gehalten, solange kein Motorklopfen vorliegt. Die SpeicherabSageeinheit 28 hat keine Auswirkung auf die Verstärkung des Wechselstromverstärkers 14, wenn kein Klopfen vom Motor 10 vorliegt. Jedes Element dieser selbsttätigen Verstärkungssteuerungsschleife ist hinlänglich bekannt, und die einzelnen Bestandteile können entsprechend dem Aufbau eines speziellen Motors ausgewählt werden.
Das Signal 15 mit konstanter Amplitude von dem Wechselstromverstärker 14 tritt nach dem Filtern und der Gleichrichtung, wie bereits erwähnt, als Ausgang des zweiten Integrators 22 auf, wo es ohne Klopfen des Motors als stetiges Signal vorliegt, das das Hintergrundgeräusch des Motors 10 repräsentiert, der bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Belastungen be- " trieben wird. Die Größe des Bezugsspannungseinganges 26 zum ersten Differentialverstärker 24 bestimmt über die selbsttätige SpeicherabJEagesteuerungseinbeit die Größe der Signale mit konstanter Amplitude, die an den Ausgängen der beiden Integratoren 2o und 22 vorliegen.
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Der Ausgang des zweiten Integrators 22 stellt einen Eingang 29 zu dem zweiten Differentialverstärker 30 dar, der einen Bezugs- oder Schwellenwertspannungseingang 32 besitzt. Die Bezugsspannung 32 führt zu einem Nullausgang des zweiten Differentialverstärkers 10, wenn kein Klopfsignal von dem Motor erscheint. Die Amplitude der Bezugsspannung 32 kann auf jedes Niveau eingestellt werden, so daß eine vorbestimmte Klopfintensität über die Schwellenwertspannung 32 hinaus zu einem Klopfsignalausgang 34 des zweiten Differentialverstärkers 30 führt. Die Schwellenwertspannung 32 kann beispielsweise so eingestellt werden, daß ein Klopfsignal 34 auftritt, wenn ein Motorbrennstoff verwendet wird, der die geringsthörbare Klopfintensität besitzt, die ein hochwertiges Oktanmeßgerät aufzunehmen vermag.
Wenn innerhalb des Motors 10 ein Klopfen eintritt, wird das von dem Beschleunigungsmesser 12 ausgehende Signal, das sowohl Klopf- als auch Hintergrundgeräuschkomponenten enthält, beim Durchgang durch den Verstärker 14 verstärkt und gefiltert (16), so daß lediglich noch Frequenzen im Klopfbereich vorliegen, worauf es gleichgerichtet (18) und in den parallel geschalteten Integratoren 20 und 22 integriert wird. Die Intensität der Klopfvibrationen übersteigt im allgemeinen bei weitem die Intensität der Hintergrundgeräusche des Motors bei der Betriebsgeschwindigkeit.
Die Reaktion der Ausgänge der beiden Integratoren 20 und 22 unterscheidet sich, sobald ein Klopfen auftritt. Beides sind
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insofern nachgiebige Integratoren als ihre Ausgänge nicht kontinuierlich ansteigen, wenn ein kontinuierlich fließendes Eingangssignal vorliegt. Wenn ein stetiges Hintergrundgeräusch vorliegt, sinkt die Spannung an den Integratoren mit der gleichen Geschwindigkeit ab wie die Eingabe erfolgt, so daß die Integratorausgänge, wie oben erläutert, stetig sind. Wenn Klopfsignale mit etwa 12 bis 18 Wechselstromschwingungen von erhöhter Amplitude auftreten, gibt der erste Integrator mit einer langen Zeitkonstante in bezug auf den kurzlebigen Klopfvorgang eine vernachlässigbare Reaktion an dessen Ausgang ab und führt weiterhin ein Signal der Speicherabfrageeinheit zu, welches nur das Hintergrundgeräusch des Motors repräsentiert.
Andererseits besitzt der zweite Integrator 22 eine kurze Zeitkonstante und reagiert auf die höhere Intensität der Spannungsschwingungen durch einen Aufbau auf ein neues Ausgangsniveau. Nach jeder gleichgerichteten Schwingung sinkt jedoch die Spannung teilweise ab, bevor die nächste gleichgerichtete Schwingung ankommt, um die Spannung weiter ansteigen zu lassen. Wenn der Klopfimpuls beendet ist, d. h. nach bis zu achtzehn gleichgerichteten Wechselstromschwingungen, sinkt der Spannungsausgang des Integrators 22 rasch ab, bis auf das stetige Hintergrundgeräüschniveau, bis ein weiterer Klopfvorgang auftritt. Dementsprechend reitet der Ausgang des· Integrators 22 als Klopfimpuls auf dem stetigen Gleichspannungsni^au, welches durch das Hintergrungeräusch erzeugt wird. Der GleichspannungsklopfimpulsaiKjang des Integrators 22 liegt in Wellenform vor, wie dfes in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 36 angegeben ist.
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Der ansteigende Teil ist geglättet dargestellt. Tatsächlich besteht er aus einer Anzahl kleiner ansteigender Spitzen, wobei ds Spitzen jeweils durch eine Wechselstromschwingung des Klopfvorganges erzeugt werden, wie dies bereits oben beschrieben wurde. Die Amplitude 38 des Impulses 36 hängt von der Intensität der Klopfschwingungen und der Anzahl der Wechselstromschwingungen innerhalb eines Klopfimpulses ab. Die Impulsweite 40 ergibt sich aus der Anzahl der Wechselstromschwingungen innerhalb eines Klopfimpulses.
Dem Sachverständigen auf diesem Gebiet leuchtet ein, daß gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung anstelle des nachgiebigen Integrators 22 ein herkömmlicher Hüllkurvenfolgedetektor ebenfalls einen geeigneten Ausgangsimpuls erzeugt, der auf dem Hintergrundgeräuschniveau reitet. Ein derartiger Detektor reagiert jedoch rasch mit seinem Ausgang auch auf eine einzige Wechselstromschwingung eines KlopfVorganges, während der nachgiebige Integrator 22 eine längere Klopfimpulsdauer mehrerer Gleichstromschwingungen braucht, um die Spannung , die über den Schwellenwert 32 hinausgeht, aufzubauen. Somit ist der nachgiebige Integrator 22 toleranter im Hinblick auf kurze Klopfvorgänge niedrigen Niveaus und ist nicht so schnell hinsichtlich der Einstellung des Zündzeitpunktes, wenn lediglich ein geringes und noch akzeptables Klopfniveau auftritt.
Die Klopfwellenform 36 wird dem zweiten Differentialverstärker 30 zugeführt, und wenn die Amplitude 38 dieser Wellenform 36
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die vorbestimmte Schwellenwerteingangsspannung 32 übersteigt, wird ein Klopfsignal am Ausgang 34 des Differentialverstäkers 30 erzeugt, das hinsichtlich seiner Wellenform dem Impuls 36 entspricht. Dieser KlopfSignalausgang 34 wird einem Auf-Abzähler 42 zugeführt, bei welchem es sich um ein in der Elektronik hinlänglich bekanntes Bauteil handelt. Der Auf/Abzähler setzt den Klopfsignaleingangsimpuls 34 in eine binär kodierte Dezimalsteuerspannung 44 um, welche nach einer weiteren Bearbeitung für die Verzögerung des Zündzeitpunktes eingesetzt wird. Dieser Zähler 42 zählt auf, jedesmal, wenn ein KlopfSignalimpuls 34 eingegeben wird, wobei ein binärer Ausgang 44 erzeugt wird, de jeweils gleichförmig um einen Schritt ansteigt, wenn ein Eingang 34 erfolgt, bis eine obere Genze einer Ausgangsspannung 44 erreicht ist.
Diese Ausgangsspannung 44 von dem Auf/Abzähler 42 wird einem Digital-in-Analogumsetzer 46 zugeführt, der einen Gleichstromspannungsaugang 48 erzeugt, mit einer Amplitude, die im wesentlichen von dem ausdrücklichen Niveau des Ausganges 44 des Auf/ Abzählers 42 abhängt. Wenn der Auf/Abzähler 42 an seinem Nullhaltepunkt angekommen ist, d. h. wenn der Ausgang 44 null ist, ist auch der Ausgang des Digital-in-Analogumsetzers 46 null und die elektronische Zündzeitpunktsteuerung 50 stellt den Zündzeitpunkt auf die vom Hersteller eingestellte Marke ein. Wenn der Auf/Abzähler 42 ein Binärsignal abgibt, das größer als null ist, erzeugt der Digital-in-Analogumsetzer 46 ein Analogsignal 48, das zu einer gewissen Zündzeitpunktverzogerung führt.
980 7^0806 ORBINAt
Die logische Teilerschaltung 52 führt eine Reihe von Eingangsimpulsen 54 dem Auf/Abzähler 42 zu. Jeder Impuls bewirkt, daß der Auf/Abzähler 42 einen Schritt abzählt, obwohl dieser nie unter seine Nullstellung absinkt. Die Quelle für die Ausgangsimpulse 54 der Teilerschaltung sind Impulse 56, die kontinuierlich von dem (nicht dargestellten) Motorverteiler zugeführt werden. Somit verändert sich dieser Verteilereingang 56 in seiner Frequenz mit der Maschinengeschwindigkeit, wobei jeder Verteilerimpuls der Zündung in einem Motorzylinder entspricht. In der logischen Teilerschaltung 52 nimmt eine (nicht dargestellte) Teilerschaltung einen Strom von Verteilerimpulsen 56 auf und gibt als Ausgang Impulse 54 mit einer Frequenz ab, die ein vorbestimmte Unterteilung der Verteilereingangsfrequenz ist. Somit sind die dem Auf/Abzähler 42 zugeführten Eingangsimpulse 54 von einer geringeren Zeitfolge als die Klopfsignale, die beispielsweise erzeugt werden würden, wenn jeder Zylinder bei jeder Zündung einen KlopfVorgang erzeugen würde. In einer solchen Lage überschreitet die Zahl der addierenden Klopfsignaleingänge 34 die abziehenden Eingänge 54,und der Auf/Abzähler 42 erreicht seine obere Ausgangsgrenze und verbleibt dort, bis diese selbsttätige Verzögerungseinstellung des Zündzeitpunktes oder ein anderer Zustand der Betriebsbedingungen des Motors
bei
das Klopfen auf eine Frequenz vermindert, welcher die abziehenden Eingänge den Ausgang 44 des Auf/Abzählers 42 vermindern. Wenn das Motorklopfen vollständig aufgehört hat, oder wenn große zeitlich Zwiscteiräume dazwischen liegen, zählt die logische Teilerschaltung 52 den Auf/Abzähler 42 auf null herab,
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und der Zündzeitpunkt wird in seine ursprüngliche Stellung · zurückgeführt. Grundsätzlich führt die logische Teilerschaltung 52 kontinuierlich subtrahierende Impulse 54 dem Auf/Abzähler 42 zu, während die addierenden Impulse 34 jeweils dann zugeführt werden, wenn ein Klopfsignal auftritt, das das Schwellenwertniveau 32 übersteigt. Der effektive Augang 44 liegt stets im Bereich von null bis zu maximalen Grenze des Zählers 42 und erzeugt innerhalb des Digital-in-Analogumsetzers 46 eine Verzögerung des Zündzeitpunktes und damit eine Verringerung des Klopfens jeweils dann, wenn der Auf/Abzählerausgang 44 nicht null ist.
Der Teiler innerhalb der (nicht dargestellten) Teilerschaltung 52 wird, wie erwähnt, von dem Verteiler beschickt. Innerhalb des Teilers werden die von dem Verteiler hergeleiteten Impulse 56 gezählt. Der Zähler erzeugt jeweils für eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen einen subtrahierenden Ausgangsimpuls 54 für den Auf/Abzähler, worauf innerhalb des Teilers die Zählung erneut beginnt. Ein Klopfsignal 34 von dem zweiten Differentialverstärker 30 stellt den Zähler innerhalb der Teilerschaltung 52 auf null zurück, so daß unmittelbar im Anschluß an jedes Klopfsignal 34 immer eine Verzögerung einer im wesentlichen vorbestimmten Dauer erfolgt, bevor der nächste subtrahierende Impuls 54 sich auf die Verminderung des Ausganges des Auf/Abzählers 42 auswirkt. Unabhängig von dem Niveau des Auf/Abzählers 42 bewirkt ein neues Klopfsignal 34 eine vorbestimmte Verzögerung hinsichtlich des nächsten abzählenden Impulses 54.
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Somit zählt sogar ein Klopfimpuls oberhalb des Schwellenwertes auf und wirkt sich somit auf die Zündzeitpunktsteuerung aus, bevor er abgezählt werden kann.
Die den zweiten Differentialverstärker 30 verlassenden Klopfsignale werden außerdem dem Klopfverstärker-Steuerverstärker 60 zugeführt, der einen Ausgang 62 besitzt, welcher in einer proportionalen Weise den Ausgang 48 des Digital-in-Analogum setzers 46 beeinflußt, wenn das Klopfsignal 34 den Verstärkungssteuerschwellenwert 64 überschreitet. Somit beeinflußt eine rasche Aufeinanderfolge der Klopfvorgänge die Zündzeitpunkteinstellung über den Auf/Abzähler 42, während gleichzeitig eine hohe Klopfintensität die Zündzeitpunkteinstellung über den Klopfverstärkungs-Steuerverstärker 60 beeinflußt.
Außerdem sind die Schaltungen so programmiert, daß ausgewählte Klopfsignale 44 von dem Auf/Abzähler 42 vorzugsweise in dem Digital-in-Analogumsetzer 46 gewichtet werden, daß sie die angestrebten Zündzeitpunktverstellungen bewirken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform zählt beispielsweise der Auf/Abzählerausgang 44 binär von 0000 bis 0001 auf und erzeugt bei diesem Schritt beispielsweise eine Zündzeitpunktzurückstellung um 3°. Bei der nächsten Aufzählung von 0001 bis 0010 führt beispielsweise ein zweiter Klopfvorgang vor einem Abzählungsimpuls von der Teilerschaltung 42 zu einer zusätzlichen Verzögerung des Zündzeitpunktes von 2 und damit einer Gesamtverzögerung von 5°. Bei allen weiteren Aufschritten um 0001
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zu dem Ausgang des Zähler 42 werden 2° Verzögerung bis zu einem vorbestimmten Maximum zugefügt. Jeder Abzählungsimpuls 54 um 0001 zieht 2 von der Verzögerungseinstellung ab, mit der Ausnahme, daß beim letzten Schritt von 0001 bis 0000 ein Schritt von 3° nach vorn gemacht wird. Somit erzeugt der erste Klopfvorgang den größten Ausgangsschritt 48 bei der Einteilung der Zündzeitpunktverzögerung.
Es ist noch bemerkenswert, daß bei einem Anstieg der Motorgeschwindigkeit auch die Klopffolge ansteigt, wobei jedoch gleichzeitig die abziehende Impulsfolge 54, die durch den Verteiler gesteuert wird, sich ebenfalls erhöht, was entsprefcthend umgekehrt bei einem Abnehmen der Motorgeschwindigkeit der Fall ist.
Die elektronische Zündzeitpunktsteuerung 50 kann einen beliebigen Aufbau besitzen, wobei sie lediglich in der Lage sein muß, entsprechend einem Spannungssignal den Zündzeitpunkt zu verzögern. Die tatsächliche Verdrahtung der einzelnen in Fig. dargestellten Elemente braucht nicht näher erläutert zu werden.
Es soll an dieser Stelle noch angeführt werden, daß die Beschreibung lediglich beispielhaft der Erläuterung dient und keine Einschränkung des Rahmens der Erfindung bedeutet. Es können beispielsweise gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung Zweiteiler statt der Teilerschaltung 52 vorgesehen sein, wie dieser oben beschrieben wurde, um die Ausgangssignale als einen Teil der Verteilerfrequenz zu erzeugen. Der erste Teilerausgang führt dem zweiten Teiler Impulse mit einerFre-
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quenz zu, die einen Teil der Frequenz des asten Teilers ist. Beim Betrieb der Teilerschaltung 52 stellt das Klopfsignal beide Teiler zurück, und der erste nachfolgende Impuls aus der zweiten Teilerschaltung ist der erste abziehende Impulseingang 54 für den Auf/Abzähler 42. Danach wird der Auf/Abzähler mit abziehenden Impulsen 54 von einer höheren Frequenz durch den ersten Teiler beschickt. Jedes Klopfsignal 58 stellt die Teiler zurück und schickt den nächsten nachfolgenden abziehenden Ausgang von dem zweiten Teiler zu dem Auf/Abzähler 42. Gemäß dieser anderen Ausführungsform erzeugt nach jtfedem Klopfen der zweite Teiler eine längere Zeitverzögerung hinsichtlich des ersten abziehenden Impulses und verhindert eine rasche Veränderung der Zündzeitpunktverzögerungseinstellung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ersetzt ein Vergleicher den zweiten Differentialverstärker 30,oder der Verstärker 30 wird auf einen Sättigungsauagang auch bei der geringsten Klopfintensität oberhalb des Schwellenwertes 32 eingestellt. Die KlopfVerstärkungssteuerung 60 erübrigt sich. Bei dieser anderen Ausführungsform wird der Grad der Zündzeitpunktverhögerung lediglich durch die Anzahl der auftretenden Klopfvorgänge 34 beeinflußt und nicht durch die Klopfintensität. Eine zufriedenstellende Betriebsweise wird erreicht, wenn die Klopfamplitude oberhalb des Hintergrundgeräusches hinlänglich konstant ist, unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit und -belastung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wild der Beschleunigungsmesser selektiv auf den Klopf frequenzbereiche eingestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden parallele Filter eingesetzt, wobei einer auf den unteren Klopffrequenzbereich eingestellt ist, d. h. auf etwa 4 000 bis 6 000 Hz, während der andere Filter für den höheren Klopffrequenzberich vorgesehen ist, nämlich 9 000 bis 11 000 Hz,
die
worauf die Filterausgänge für weitere Verarbeitung vereinigt
werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Speicherabfrageeinheit 28 aus der selbsttätigen Verstärkungssteuerungsschleife 28 herausgenommen, wobei die Zeitkonstante des ersten Integrators 20 hinreichend groß in bezug auf den Klopfimpuls ist, so daß die Verstärkung des WechselStromverstärkers 14 durche den Klopfimpuls beeinflußt wird.
Schließlich wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für Anwendungsbereiche, in denen das Motorhintergrundgeräusch während des Klopfens im wesentlichen konstant bleibt, d. h., wenn der Motor im wesentlichen bei nur einer Bedingung klopft, die Verstärkungssteuerungsschleife herausgenommen, wobei es sich um den Integrator 20, den Verstärker 24 und die Speicherabfrageeinheit 28 handelt, wobei der"Steuerungsverstärker 14 durch einen Verstärker mit konstanter Verstärkung ersetzt wird.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, einen anderen Umsetzer
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als den Beschleunigungsmesser einzusetzen. So kann beispielsweise ein Dehnungsmeßgerät oder Zylinderdruckmesser ebenfalls eingesetzt werden. £s können auch mehrere Umsetzer verwendet werden, deren Ausgänge vereinigt werden.
Zusammengefaßt,verzögert die Vorrichtung unmittelbar nach einem Klopfvorgang den Zündzeitpunkt, wartet während eines vorbestimmten Zeitabschnittes und stellt die Zündzeitpunkteinstellung zurück, wenn kein weiteres Klopfen erfolgt. Ein weiteres Klopfen führt zu einem zusätzlichen Verzögerungsschritt für jeden Klopfvorgang, wobei eine weitere Wartedauer auf jeden Klopfvorgang erfolgt, nach welchem der Zündzeitpunkt in Schritten zurückgestellt wird, die der Anzahl der Klopfvorgange entsprechen, welche die Verzögerung der Zündzeitpunkteinstellung bewirken. Das zusätzliche Auftreten von Klopfvorgängen unterbricht jeweils und verzögert die Rückstellung der Zündzeitpunkteinstellung auf den Normalwert. Die Vorrichtung übt damit eine Tätigkeit aus, die vergleichbar ist mit einer Person, die beim Fahren eines alten Automobils von Hand den Zündzeitpunkteinstellungshebel veränderte.
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Claims (19)

  1. DR-KARLTH-HEGEIL . DIPL.-ING. KLAUS DICKEIL
    PATENTANWÄLTE
    HAMBURG 5O GROSSB BBRGSTRASSB 223 8 MÜNCHEN 60 JULIUS-KREIS-STRASSE 33 POSTFACH 500682 TELEFON (0 4O) 39 6295 TELEFON (O 89) 88 52 IO
    Γ 1 '
    Telegramm-Adresse: Doellnerputent München
    Ihr Zeichen: Unser Zeichen: 8000 München, den
    H 2861
    Exxon Research And Engineering Company P. 0. Box 55
    Linden, N.J. 07036
    V. Sto A.
    Vorrichtung und Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung beim Klopfen von Brennkraftmaschinen
    Patentansprüche Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung des Zündzeitpunktes beim Kloben von Brennkraftmaschinen mit elektronischer Zünd-
    909807/0806
    Postscbeckkonto: Hamburg 291220-205 · Bank: Dresdner Bank AG. Hamburg, Kto.-Nr. 3 813 8ST
    ORIÖINAL
    steuerung, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung (12) zur erzeugung einss Klopfimpulses beim Auftreten des Motorklopfens, wobei jeder Klopfimpuls einen Klcpfvorgang repräsentiert,
    eine Schaltung (52) zur Abgabe von Impulsen in regelmäßigen Zeitabständen, die geringer sind als die verteilergesteuerten Motorzundzeitabstände, wobei der Verteiler mit der elektronischen Zündsteuerung zusammenarbeitet,
    einen Auf/Abzähler (42), der die KlopfSignalausgänge (34) von der Anordnung zur Erzeugung der Klopfsignale sowie die Ausgangsimpulse (54) von der Schaltung (52) empfängt, wobei der Zähler (42) jedes empfangene Klopfsignal (34) aufzählt, währerd er jeden von der Schaltung (52) empfangenen Impuls (54) abzählt, womit der Zählerausgang (44) die Momentansumme der addierenden und subtrahierenden Signale und Impulse ist, sowie
    eine Schaltung zur Zuführung des Auf/Abzählerausganges (44) zur elektronischen Zündsteuerung (50) des Motors (10), wobei der Zündzeitpunkt des Motors (10) verzögert wird, wenn der Zählerausgang (44) ein endliches Signal ist, während keine Verzögerung eintritt, wenn der Zählerausgang (44) null ist, wobei der Verzögerungsgrad der Größe des augenblicklichen Zählerausganges proportional ist, womit die Zündzeitpunktverstellung der Häufigkeit des Klopfens entspricht.
    009807/0800
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ' jeder Klopfimpuls (34) eine Verzögerung für den Eintritt des nächsten Auagangsimpulses (54) der Schaltung (52) in dem Auf/Abzähler (42) darstellt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (44) des Zählers (42) begrenzt und stets größer oder gleich null ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Erzeugung der Klopfimpulssignale die folgenden Merkmale umfaßt, nämlich
    einen Signalumformer (12) zur Aufnahme der Klopf- und Hintergrundgeräusche des Motors und Erzeugung von elektrischen Signalen, die die Klopf- und Hintergrundgeräusche repräsentieren, wobei die Amplitude der Klopfsignale höher ist.als die der Hintergrundgeräuschsignale,
    einen Wechselstromverstärker (14) zur Verstärkung der Klopf- und Hintergrundgeräuschsignale,
    ein abgestimmtes Filter (16), das vorzugsweise nur die vom Verstärker (14) ausgehenden Signale im Frequenzbereich der Klopfsignale durchläßt,
    einen Gleichrichter (18) für die das Filter verlassenden Signale,
    909807/0808
    einen ersten Integrator (20) zur Integration der von dem Filter (16) ausgehenden, gleichgerichteten Signalen, wobei der Ausgang des Integrators (20) ein stetiges Signal ist, das das Hintergrundgeräusch repräsentiert, wenn kein Klopfen auftritt, und ein pulsierendes Signal, wenn das Klopfen eintritt, wobei jeder der Impulse einen Klopfvorgang darstellt und die Amplitude des Impulses über dem Hintergrundgeräuschniveau liegt, sowie
    einen ersten Differentialverstärker (24) zur Aufname des Ausganges des ersten Integrators (20), der einen Klopfimpulssignalausgang erzeugt, wenn der Ausgang des ersten Integrators (20) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wobei der Schwellenwert nur bei dem Klopfvorgang des Motors überschritten wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Auf/Abzählers (42) ein binär kodiertes Dezimalformat besitzt und die Schaltung zur Zuführung des Zählerausganges zur elektronischen Zündsteuerung (50) einen Digital-Analog-Umsetzer umfaßt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (48) des Analog-in-Digital-Umsetzers (46) gewichtet wird, womit ein· selektiertes Klopfimpulssignal eine stärkere Verzögerung des Zündzeitpunktes bewirkt als ein anderes, und jederselktierte logische Ausgangsimpuls
    δ09807/080β
    ;■ ■--■■. - 5 -
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    eine stärkere Zündzeitpunktrückstellung als ein anderer logischer Ausgangsimpuls erzeugt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
    eine selbsttätige Verstärkungssteuerung für den Wechselstromverstärker (14),
    einen zweiten Integrator (22) zur Integration der von dem Verstärker ausgehenden, gleichgerichteten Signale, wobei der Ausgang des zweiten Integrators (22) ein stetiges Signal darstellt, das das Hintergrundgeräusch des laufenden Motors repräsentiert und der Ausgang des zweiten Integrators (22) nicht auf das Klopfen der Maschine (10) anspricht,
    einen zweiten Differentialverstärker (24) zur Verstärkung des Integratorausganges, wobei der Ausgang des Differential-Verstärkers (24) der selbsttätigen Verstärkungssteuerung zugeführt wird und
    einen konstanten Ausgang des Vers&rfcers bei sich ändernder Amplitude des Motorhintergrundgeräusches.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung (28), die die Klopfimpulssignale (34) des ersten Differentialveräärkers (30) aufnimmt und dem Wechselstomverstärker (14) zuführt, womit das
    §09807/0801
    2832534
    Auftreten eines Klopfsignals eine konstante Verstärkung des Wechselstromverstärkers (14) während des Klopfens bewirkt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Klopfverstärkungssteuerung (60), der die Klopfimpulssignale (34) des ersten DifferentialVerstärkers (30) zugeführt werden, wobei der Ausgang der Klopfverstärkungssteuerung (60) an den Digital-in-Analog-LJmsetzer (46) angeschlossen ist, womit der Ausgang des Digital-in-Analog-Umsetzers (46) der Intensität des Motorklopfens proportional ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der Eingangsimpulse zu dem Auf/Abzähler (42) für die ersten Impulse unmittelbar im Anschluß an das Auftreten eines Klopfvorganges länger ist als die zeitliche Folge zwischen den nachfolgenden Impulsen aus der logischen Schaltung, wobei keine zusätzlichen Klopfimpulse erzeugt werden.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gkennzeichnet, daß die erste Differentieranordnung ein Differentialverstärker (24) ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Integrator ein nachgiebiger Integrator (20) ist.
    909807/0800
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Integrator ein Hüllkurvendetektor ist.
  14. 14· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert für den ersten Differentialverstärker (24) einstellbar ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Integrator (22) ein nachgiebiger Integrator ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der logischen Schaltung erzeugte Impulsfolge variabel ist.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Klopfimpulssignale eine Verzögerung des Einganges zum Auf-Abzähler (42) bewirkt, hinsichtlich des nächsten Ausgangsimpulses der logischen Schaltung.
  18. 18. Verfahren zur selbsttätigen Zündzeitpunktsteuerung beim Klopfen von Brennkraftmaschinen mit einer elektronischen Zündsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) das Klopfen des Motors abtastet,
    b) ein Klopfsignal erzeugt, wenn ein Klopfvorgang eintritt, wobei jedes Klopfsignal einen Klopfvorgang des Motors repräsentiert,
    909807/0806
    c) Impulse in regelmäßigem Abstand erzeugt, wobei die Impulsfolge geringer ist als die verteilergesteuerte Zündfolge des Motors, wobei der Verteiler mit der elektronischen Steuerung zusammenarbeitet,
    d) die Klopfsignale und die regelmäßig erzeugten Impulse einem Auf/Abzähler zuführt, der jedes empfangene Klopfsignal aufzählt und jeden regelmäßig aufgenommenen Impuls abzählt, womit der Ausgang des Zählers die Momentansumme der addierenden und subtrahierenden Signale und Impulse darstellt und
    e)den Ausgang des Auf/Abzählers der elektronischen Zündsteuerung des Motors zuführt, wodurch die Zündeinstellung des Motors verzögert wird, wenn der Zählerausgang ein endliches Signal darstellt, während die Zündeinstellung nicht verzögert wird, wenn der Zählerausgang null ist, wobei der Grad der Zündzeitverzögerung der Größe des momentanen Zählerausganges proportional ist.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man den Eingang zu dem Auf/Abzähler des ersten regelmäßigen Impulses unmittelbar im Anschluß an das Auftreten eines Klopfvorganges verzögert.
    909807/080S
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