DE3026097C2

DE3026097C2 -

Info

Publication number: DE3026097C2
Application number: DE3026097A
Authority: DE
Inventors: Erwin 8751 Stockstadt De Hartung; Martin 7141 Kirchberg De Klenk; Heinz 7000 Stuttgart De Moeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1987-11-26
Also published as: US4466406A; JPS5749073A; JPH0380983B2; DE3026097A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bekannt sind Zündanlagen für Kraftfahrzeuge, die Signale eines Klopf sensors zur Zündzeitpunktverstellung auswerten und zwar dergestalt, daß mit stärker werdendem Klopfen der Zündzeitpunkt in Richtung spät verstellt wird. Bei diesen bekannten Regeleinrichtungen für den Zündzeitpunkt wird unmittelbar das Signal eines Klopfsensors ausge wertet. Dies kann jedoch zu Störungen führen.

Aus der DE-OS 29 46 897 ist beispielsweise eine elektronische Einrichtung für einen Zündsignalgenerator bekannt, bei dem durch eine drehzahlpro portionale Zeitverzögerung des Zündsignals eine Erkennung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine ohne Verwendung eines besonderen Gebers möglich wird. Mit der Erkennung des oberen Totpunkts wird durch eine Winkeladdition oder Winkelsubtraktion ein annähernd festes Meßfenster für die Klopferkennung gebildet. Die Klopfer kennung beruht dabei auf der Eliminierung von Störschwingungen eines von einem Sensor gelieferten Signals mit Hilfe eines Bandpaßfilters als Frequenzerkennungsstufe.

Aus der DE-OS 28 32 594 ist eine Vor richtung zur Zündzeitpunktsteuerung beim Klopfen von Brennkraftma schinen bekannt. Das Ausgangssignal eines Klopfsensors wird über einen geregelten Verstärker und ein Bandpaßfilter einem Integrator zugeführt, dessen Ausgangssignal mit einer Referenzschwelle ver glichen wird, wonach das beim Vorliegen einer klopfenden Verbrennung als Impulsfolge erscheinende Vergleichsergebnis einem Zähler zuge führt wird. Über den Zählerstand des Zählers wird der Zündwinkel der Brennkraftmaschine nahe der Klopfgrenze gehalten.

Aus der DE-OS 28 01 512 ist schließlich eine Klopfregelanlage zur Zündzeitpunkt einstellung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der Maßnahmen zur Vorverlegung des Zündzeitpunkts vorgesehen sind, wenn die Drosselklappe voll geöffnet ist, d. h. wenn die Brennkraftmaschine stark beschleunigt wird.

Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Er findung, eine Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftma schine so zu verbessern, daß Klopfsignale sehr zuverlässig und sicher erkennbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brenn kraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß willkürlich auftretende Störgrößen weitestgehend ohne Einfluß auf die zu regelnde Größe sind und somit ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Hierbei ist von besonderem Vorteil, daß das Ausgangssignal des Klopfsensors sowohl auf seine Frequenz als auf seine Amplitude hin untersucht wird. Erst wenn beide Größen für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp charak teristische Werte annehmen, erfolgt ein gezielter Eingriff der Regeleinrichtung. Störsignale sind daher kaum in der Lage, auf die Regeleinrichtung einzugreifen. Die Regeleinrichtung wird daher ins gesamt sehr betriebssicher.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Regeleinrichtung möglich. Die Sicherheit kann noch er höht werden, wenn erst nach einer vorbestimmten Anzahl von Klopfsi gnalen ein Einfluß auf die Steuergröße der Brennkraftmaschine er folgt. Weiterhin ist es günstig, wenn die Amplitudenerkennungsstufe eine Vergleichsstufe aufweist, die das Sensorsignal mit einem Schwellwert vergleicht, und dabei dieser Schwellwert in Abhängigkeit von in einem Kennfeld gespeicherten motorspezifischen Werten ver änderbar ist. Dadurch ist es möglich, die Regeleinrichtung in be sonders vorteilhafter Weise an unterschiedliche Motortypen anzu passen und somit die Betriebssicherheit weiter zu erhöhen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine grob schematische Dar stellung der Regeleinrichtung in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 Impulsdiagramme bezüglich der Signalauswertung und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung selbst. In den

Fig. 4 und 5 sowie in Fig. 6 sind Einzelheiten der Regeleinrichtung nach Fig. 3 dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in grob schematischer Anordnung eine Brenn kraftmaschine mit Fremdzündung zusammen mit Regeleinrich tungen für die Zündung sowie die Kraftstoffeinspritzung. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet. Sie weist ein Ansaugrohr 11 sowie eine Abgasleitung 12 auf. Ein Kraftstoffzumeßsystem umfaßt eine Steuereinrichtung 13 sowie eine Einspritzdüse 14, wobei das Kraftstoffzumeß signal ausgehend von Drehzahl, Last und dem Ausgangssignal einer Klopfsignal-Auswertestufe 15 bestimmt wird. Ent sprechend verarbeitet ein Zündsystem 16 verschiedene Ein gangsgrößen und gibt ausgangsseitig an Zündkerzen 17 Hoch spannungssignale ab. Die Klopfsignal-Auswertestufe 15 er hält eingangsseitig Signale von Klopfsensoren 18, von denen in Fig. 1 vier gezeichnet sind, die mittels eines Schalters 19 anwählbar sind. Auf diese Weise können die Klopfsignale zylinderweise erfaßt und verarbeitet werden oder jedoch im Multiplexbetrieb seriell der Klopfsignal auswertestufe 15 zur Verfügung stehen.

Fig. 2 zeigt vier Diagramme. In Fig. 2a ist der Druck im Brennraum über der Zeit dargestellt, Fig. 2b zeigt das Schließwinkelsignal der Zündanlage, Fig. 2c ein Meßzeit dauersignal und schließlich Fig. 2d das aus Fig. 2a ausgefilterte Klopfsignal.

Erkennbar ist aus der Darstellung von Fig. 2a ein gezack ter Signalverlauf bei der Abfallflanke des Drucksignals. Diese überlagerten Spitzen rühren vom Klopfen der Brenn kraftmaschine her, d. h. daß lokale Zündvorgänge im Brenn raum sowie dadurch ausgelöste Druckwellen diesen Druck signal-Gesamtverlauf ergeben.

Die Erfindung zielt darauf ab, die einzelnen Spitzen im Druckverlauf während der Drucksignal-Abfallflanke heraus zufiltern, sie entsprechend aufzubereiten, auszuwerten und schließlich die einzelnen Steuergrößen der Brenn kraftmaschine, insbesondere die Kraftstoffzumessung und den Zündzeitpunkt, entsprechend nachzustellen. Ziel ist, die Verbrennung in den einzelnen Zylindern möglichst nahe der Klopfgrenze zu halten aus Gründen der Wirtschaftlich keit.

Die sogenannte Klopffrequenz - z. B. aus Fig. 2a ersicht lich - ist spezifisch für jeden Brennkraftmaschinentyp. Insoweit ist eine exakte Anpassung der Klopfsignal-Aus wertestufe an den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp er forderlich.

Nach Fig. 2d wird das Klopffrequenzsignal aus dem Si gnalverlauf nach Fig. 2a herausgefiltert und für eine weitere Signalverarbeitung aufbereitet.

Ein Beispiel für eine Klopfsignal-Auswertestufe zeigt Fig. 3. Dort ist mit 20 eine Impulsformerstufe bezeich net, an deren Eingang das Signal von einem oder mehreren Klopfsensoren anliegt. Es folgt eine parallele Anordnung von Frequenz- und Amplitudenerkennungsstufe 21 und 22, die ausgangsseitig auf ein UND-Gatter 23 geschaltet sind. Diesem UND-Gatter 23 schließt sich eine Reihenschaltung von Synchronisationsflipflop 24, einem Klopfimpulszähler 25 sowie einem Speicherflipflop 26 an. Das Zündsystem der Brennkraftmaschine ist mit 27 bezeichnet. Eines seiner Ausgangssignale steuert eine Meßzeitsteuerstufe 28 und diese wiederum über einen zweiten Eingang den Klopfim pulszähler 25. Schließlich führen zu Frequenz- und Ampli tudenerkennungsstufe 21 und 22 jeweils mehrpolige Leitun gen 29 und 30, die Steuergrößen für die jeweiligen Er kennungsstufe symbolisieren.

Wesentlich beim Anmeldungsgegenstand ist, daß das Aus gangssignal des Klopfsensors sowohl auf seine Frequenz, als auch auf seine Amplitude hin untersucht wird. Erst wenn beide Größen für den jeweiligen Brennkraftmaschinen typ charakteristische Werte erreicht bzw. überschritten haben, und darüber hinaus noch an eine vorbestimmte An zahl von Klopfsignalen aufgetreten sind, erfolgt ein gezielter Eingriff auf die Steuergrößen der Brennkraft maschine. Im Falle von Fig. 1 sind dies die Kraftstoff zumessung sowie die Zündung.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer digital arbeitenden Ampli tudenerkennungsstufe, wie sie beim Gegenstand von Fig. 3 verwendet werden kann. Sie umfaßt eine Vergleichsstufe 32, der über einen ersten Eingang 33 unmittelbar über einen schnell arbeitenden Analog-Digital-Wandler 34 Eingangssi gnale von einem Anschlußpunkt 35 zugeführt werden und über einen zweiten Eingang 36 ein steuerbares Schwellensignal. Dieses entstammt einer Addierstufe 37, in dem die Schwelle abhängig von einem Wert aus einem Kennfeld 38 und eingangs größenabhängig gebildet wird. Für die eingangsgrößenab hängige Steuerung der Schwelle dient ein Tiefpaß 39 und in Serie dazu ein langsamer Analog-Digital-Wandler 40 zwischen der Eingangsklemme 35 und der Addierstufe 37.

Aufgrund ihres Aufbaus bildet die Amplitudenerkennungs stufe 22 im wesentlichen die Kurve des Impulsverlaufes nach Fig. 2a, und die einzelnen Signalspitzen während der Abfallflanke dieses Eingangssignals werden herausgefiltert und somit in eine weiterverarbeitbare Form gebracht. Die im Kennfeld 38 gespeicherten Werte sind auf den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abgestimmt und sorgen dafür, daß möglichst unabhängig vom Lastzustand und der Drehzahl der Brennkraftmaschine lediglich die Spitzen im Signal verlauf nach Fig. 2a erfaßt werden.

Fig. 5a zeigt ein Beispiel der Frequenzerkennungsstufe 21 von Fig. 3 zusammen mit einem nachfolgenden Klopfimpuls zähler. Im einzelnen hat der Gegenstand von Fig. 5a folgen den Aufbau. Einem Eingang 45 folgt eine Impulsformerschal tung 46, deren Ausgang wiederum mit dem Lade-Eingang eines Zählers 47, mit dem J-Eingang eines JK-Flipflops 48 sowie mit einem ersten Eingang 49 eines NAND-Gatters 50 verbun den ist. Der Überlauf-Ausgang des Zählers 47 führt zum Lade-Eingang 51 eines nachfolgenden Zählers 52, dessen Zählbereich die Bandbreite des zu erkennenden Signals be stimmt. Beide Zähler 47 und 52 weisen mehrpolige Eingänge 54 und 55 auf, mit denen ein jeweiliger Anfangs-Zähler stand für den Zählvorgang vorgegeben werden kann. Weitere Eingänge 56 und 57 sind sogenannte Count-Enable-Eingänge, über die der Zählvorgang generell gesteuert werden kann. Das eigentliche Zählsignal gelangt über Eingänge 58 und 59 zu den Zählern 47 und 52.

Während der Q-Ausgang des Flipflops 48 mit dem Count-Enable-Eingang 56 des ersten Zählers 57 verbunden ist, ist dem Count-Enable-Ein gang 57 des nachfolgenden Zählers 52 der Q-Ausgang eines zweiten JK-Flipflops 60 vorgeschaltet. Dieses Flipflop 60 erhält für den J-Eingang das Ausgangssignal vom Überlauf- Ausgang 62 des Zählers 52 und der K-Eingang steht mit dem Überlauf-Ausgang des Zählers 47 sowie mit dem K-Eingang des Flipflops 48 in Verbindung. Das Taktsignal erhalten beide Flipflops 48 und 60 über nicht näher dargestellte Taktleitungen von einer Taktsignalquelle.

Der zweite Eingang 63 des NAND-Gatters 50 erhält sein Si gnal vom -Ausgang des zweiten Flipflops 60. Ausgangsseitig ist das NAND-Gatter 50 mit dem Zähleingang eines nachfol genden Zählers 65 verknüpft, dem wiederum eine Impulsfor merstufe 66 nachgeschaltet ist. Sowohl der Zähler 65 als auch die Impulsformerstufe 66 erhalten als weiteres Steuer signal ein Signal z. B. von der Meßzeitsteuerstufe 28 nach Fig. 3.

Erläutert wird die Wirkungsweise des Gegenstandes von Fig. 5a zweckmäßigerweise anhand der Impulsdiagramme nach Fig. 5b. Mit A ist dort das Eingangssignal an der Eingangsklemme 45 bezeichnet, mit B das Ausgangssignal der Impulsbildnerstufe 46. Der Zählerstand im Zähler 47 ist in C dargestellt und es wird deutlich, daß mit jeder positiven Anstiegsflanke des Eingangssignals am Eingang 45 der Zähler auf einen bestimmten Zählerstand gesetzt wird. Erreicht der Zählerstand den Wert Null, somit den Überlauf, dann stoppt der Zählvorgang und er wird erst bei der nächsten Anstiegsflanke wieder eingeleitet. Beim Erreichen des Zählerstandes Null im ersten Zähler wird jedoch der Zählvorgang im zweiten Zähler 52 entsprechend dem Signalverlauf D gestartet und beendet, wenn dieser Zähler einen vorgegebenen Wertbereich durchlaufen hat. Erscheint während des Zählvorgangs im zweiten Zähler 52 eine Anstiegsflanke beim Eingangssignal, dann wird dies im Sinne der gewünschten Eingangsfrequenz erkannt - mit tels des NAND-Gatters 50 - und es erscheint ein Ausgangs signal entsprechend Fig. 5b E. Mit F ist das Ausgangs signal der Meßzeitsteuerstufe 28 bezeichnet, was bedeutet, daß lediglich Eingangsimpulse während des entsprechenden Signals F auf ihre Frequenz hin untersucht werden. Die Signale nach E werden im Zähler 65 gezählt und sind z. B. zwei derartige Impulse aufgetreten, dann wird nach H ein Verstellsignal für die Zündung ausgegeben. Zweck dieser Ansprechverzögerung ist es, Störsignale mit der zufälligen Frequenz des Klopfsignales nicht zur Wirkung kommen zu lassen.

Die Impulsbilder nach Fig. 5b machen deutlich, daß bei einer zu hohen Eingangsfrequenz der gesamte Zählbereich des ersten Zählers 47 nie durchlaufen wird und somit auch kein Überlauf-Impuls auftritt. Dieser Überlauf tritt erst ein, wenn die Eingangsfrequenz einen bestimmten oberen Grenzwert unterschreitet. Somit wird mit dem Zählbereich des ersten Zählers diese obere Grenzfrequenz eingestellt.

Die Bandbreite des erfaßbaren Frequenzspektrums ist durch den Zählbereich des zweiten Zählers einstellbar. Ein Aus gangssignal tritt nämlich nur dann auf, wenn beim Ein treffen des nächsten Eingangsimpulses der erste Zähler nicht mehr, der zweite Zähler jedoch noch zählt.

Unterschreitet die Eingangsfrequenz einen unteren Grenz wert, dann kommt die Anstiegsflanke des nächsten Ein gangsimpulses erst nach Ende des Zählvorgangs im zweiten Zähler und die entsprechende Logik gibt kein Ausgangs signal mehr ab.

Mit der in Fig. 5a dargestellten Schaltungsanordnung ist es somit möglich, Eingangssignale auf das Vorkommen eines ganz bestimmten Frequenzbereichs hin abzufragen. Da die Klopffrequenz bei einer Brennkraftmaschine für den jeweiligen Typ spezifisch ist, kann aus diesem Grund mit der vorgeschlagenen Schaltung das Auftreten des Klopfens sehr genau erfaßt und entsprechend gehandelt werden.

Ein zweites, etwas geändertes Ausführungsbeispiel einer Frequenzerkennungsstufe - oder besser gesagt einer Fre quenzbanderkennungsstufe - zeigt Fig. 6. Dort findet sich wieder die Reihenschaltung von Impulsformerstufe 46, erstem und zweitem Zähler 47 und 52. Die Übertragausgänge beider Zähler sind zu einem Flipflop 70 geführt, dessen Ausgangssignal sowie das Ausgangssignal der Impulsformer stufe 46 zu einem UND-Gatter 71 geleitet werden. Ihm folgt der Zähler 65, dessen Ausgangszählerstand einem vorwähl baren Störabstand entspricht und dessen Ladeeingang 72 vom Ausgangssignal der Meßzeitsteuerstufe 28 beschickt wird. Im Hinblick auf ein konstantes Ausgangssignal an einer Aus gangsklemme 74 wird ein Flipflop 75 noch von Signalen des Übertragausgangs des Zählers 65 sowie von der Meßzeit dauerstufe 28 beschickt. Wesentlich ist auch hier, daß die Taktfrequenz der Zähler 47 und 52 wesentlich höher als die Eingangsfrequenz an der Eingangsklemme 45 ist.

Von der prinzipiellen Art her entsprechen sich die beiden Gegenstände der Fig. 5a und 6. Unterschiedlich ist lediglich die Art der Signalverknüpfung, wobei jedoch die Wirkungsweise und das Ergebnis der logischen Schalt verknüpfung gleich ist.

Nachzutragen ist, daß die Erfindung nicht auf ihre Anwen dung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen beschränkt ist, da sie auch bei Diesel-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann. In diesem Fall entspricht das Zündsignal ei nem Spritzbeginnsignal und die Zündverstellung der Spritz beginnverstellung.

Claims

1. Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine, ins besondere für Kraftstoffzumeß- und Zündsignale,

- mit einem Klopfsensor zur Abgabe eines Sensorsignals (Fig. 2a) abhängig von Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine,
- mit einer Frequenzerkennungsstufe zur Erkennung klopftypischer Frequenzen innerhalb des Sensorsignals und
- mit einer Amplitudenerkenungsstufe zur Erkennung von Amplituden aus dem Sensorsignal,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Amplitudenerkennungsstufe (22) das gesamte Sensorsignal zuge führt wird,
- ein Verknüpfungsglied (23) vorgesehen ist, das ein Ausgangssignal abgibt, wenn sowohl die Frequenzerkennungsstufe (21) als auch die Amplitudenerkennungsstufe (22) Ausgangssignale abgeben,
- eine Meßzeitsteuerstufe (28) zur Abgabe eines Meßzeitsteuersignals (Fig. 2c) vorgesehen ist, und
- das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes (23) nur während der Dauer des Meßzeitsteuersignals zur Beeinflussung der Störgröße ausgewertet wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Steuergröße der Brennkraftmaschine zur Einleitung einer klopfmindernden Maßnahme dann erfolgt, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Ausgangssignalen des Verknüpfungsgliedes (23) aufgetreten ist.

3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Amplitudenerkennungsstufe (22) eine Ver gleichsstufe (32) aufweist, die das Sensorsignal mit einem Schwell wert vergleicht.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert abhängig von der Amplitude des über einen Tiefpaß (39) geleiteten Sensorsignals veränderbar ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schwellwert in Abhängigkeit von in einem Kenn feld (38) gespeicherten motorspezifischen Werten veränderbar ist.

6. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergröße die Kraftstoffzumeßmenge erhöht und/oder bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung die Zündung oder bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung der Spritzbeginn in Richtung "spät" verstellt wird.