DE4003664A1 - Steuervorrichtung fuer zuendkerzenmotoren - Google Patents
Steuervorrichtung fuer zuendkerzenmotorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Zündkerzenmotoren und be
trifft die Steuerung solcher Motoren. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf die Steuerung eines Zündkerzenmotors
zur Verhinderung von Vorzündungen (im allgemeinen als
"Klopfen" bekannt) in solchen Motoren.
Klopfen in ausreichendem Ausmaß kann zu Beschädigungen des
Motors führen und gegebenenfalls kann es sehr schnell zu
katastrophalen Auswirkungen führen. Andererseits tritt bei
hochverdichteten Motoren der effektivste Betrieb des Motors
auf, wenn die Zündung in geeigneter Weise vor dem oberen
Totpunkt (im folgenden als "OT" bezeichnet) der Kolben in
den Zylindern des Zündkerzenmotors erfolgt, und der Aufbau
eines Zündkerzenmotors wird so gewählt, daß das Zünden in
einer geeignet gewählten Vorlaufposition erfolgt.
Ungewöhnliche Verbrennung tritt im Verbrennungsraum des
Zündkerzenmotors auf, wenn die Betriebsbedingungen von dem
vom Konstrukteur gewünschten Betriebsbereich abweichen.
Derartige Bedingungen können aufgrund von Motorablagerun
gen, einer Verstellung des Zündzeitpunktes bezüglich der
herstellerseitigen Einstellung oder des Gebrauchs von unge
bräuchlichen oder nicht den Erfordernissen entsprechenden
Brennstoffen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Steuerung des Betriebes eines Zündkerzenmotors zu
schaffen, bei der das Auftreten von Klopfen im Zündkerzen
motor für eine zum Beschädigen des Zündkerzenmotors führen
den Zeit minimiert oder vermieden wird.
Es wurde herausgefunden, daß das Einsetzen von Klopfen
einen im wesentlichen gleichzeitigen Druckanstieg von 0,5
bis 30 Bar erzeugt, der nicht nur den Motoraufbau mit Ei
genfrequenzen zwischen 800 und 2000 Hz anregt, sondern
ebenso die Eigenfrequenzen des Verbrennungsraums anregt,
was zu Zylinderdruckoszillationen mit großer Amplitude
führt, wobei Geräusche im Frequenzbereich von 6500 bis
20 000 Hz aktivieren.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Steuer
vorrichtung für einen Zündkerzenmotor geschaffen, die einen
schmalbandigen Schalldetektor aufweist, einen Vergleicher
zum Vergleichen der detektierten Schallstärke mit einem
Vorgabewert und Signalmittel zum Abgeben eines Signals,
wenn die Schallstärke den Vorgabewert um einen vorgegebenen
Betrag übersteigt.
Die Erfindung ist besonders geeignet für Zündkerzenmotoren,
die als Fahrzeugmotoren verwendet werden und bei unter
schiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Der Vergleicher
besitzt deshalb eine Vielzahl von Vorgabewerten, die mit
der detektierten Schallstärke verglichen werden, wobei die
Vorgabewerte für entsprechende verschiedene Drehzahlberei
che des Zündkerzenmotors vorgesehen sind.
Der schmalbandige Schalldetektor umfaßt vorzugsweise einen
breitbandigen Schalldetektor (im folgenden als "BBS-Detek
tor" bezeichnet) wie ein einfaches Mikrofon und ein Fre
quenzfilter, das die Übertragung von Schall nur in einem
schmalen Band von Schallfrequenzen erlaubt. Vorzugsweise
ist das Band zwischen 200 Hz (zweihundert Hertz) und 20 000 Hz
(zwanzigtausend Hertz). Insbesondere liegt das schmale
Band oberhalb von 5000 Hz. Das Filter ist vorzugsweise so
ausgeführt, daß Schall unterhalb der unteren Bandgrenze ge
dämpft wird, wobei die Dämpfung vorzugsweise auf unter
-40 dB erfolgt.
Der BBS-Detektor ist vorzugsweise im Fahrzeug nahe des
Zündkerzenmotors befestigt, insbesondere an einer Schwin
gungsdämpfungsaufhängung. Vorzugsweise ist ferner ein Dreh
zahlmesser vorgesehen zur Messung der Umdrehung pro Minute
des Zündkerzenmotors, wobei der Vorgabewert bzw. die Vorga
bewerte dem Vergleicher unter Steuerung durch die durch den
Drehzahlmesser erfaßte Drehzahl des Zündkerzenmotors zuge
führt werden. Der Drehzahlmesser kann ein Drehzahlwandler
sein, der mit dem Motor verbunden ist, um ein der Drehzahl
proportionales Signal zu erzeugen. Andererseits kann der
Drehzahlmesser auch eine Vorrichtung sein, die die Schall
frequenz mißt, die eine Funktion der Drehzahl des Zündker
zenmotors ist.
Das vom Vergleicher abgegebene Signal kann ein Warnsignal
(das sichtbar und/oder hörbar ist) für den Fahrer des Fahr
zeugs sein. Alternativ dazu kann ein automatischer Zünd
zeitpunktregler dem Zündkerzenmotor zugeordnet sein, um den
Zündwinkel relativ zum oberen Totpunkt (im folgenden als
"OT" bezeichnet) der Kolben in den Zylindern des Zündker
zenmotors vor- oder nachzustellen, wobei das Signal dem
Zündzeitpunktregler zur Verzögerung des Zündzeitpunktes
übertragen werden kann. Im ersten Fall (d.h. wenn ein Warn
signal abgegeben wird) wird der Fahrer informiert, daß dem
Zündkerzenmotor weniger Leistung abzuverlangen ist, und er
wird die Drosselstellung entsprechend ändern. Im letzten
Fall wird durch Verzögerung des Zündzeitpunktreglers die
Möglichkeit des Klopfens vermieden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beige
fügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs
mit der öffnungsgemäßen Steuervorrichtung und
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der
Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Zündkerzenmotor
12 in einem Motorraum 14. Der Zündkerzenmotor besitzt einen
automatischen Zündzeitpunktregler im Verteiler, der mit den
Zündkerzen verbunden ist, zum Festlegen des Zündzeitpunktes
der Zündkerzen im Umlauf jedes Kolbens im Zylinder. Der
Zündzeitpunktregler 16 ist auf einem maximalen Vorlaufwert
zum effektiven Betrieb des Zündkerzenmotors 12 eingestellt
und auf diese Einstellung vorgespannt. Ein drehzahlabhängi
ger Wandler (allgemein mit 18 bezeichnet) ist am Zündker
zenmotor 12 befestigt, um ein durch die Drehzahl des Zünd
kerzenmotors 12 festgelegtes Signal abzugeben.
Innerhalb des Motorraums 14 und auf einer Schwingungsdämp
fungsunterlage 20 ist ein Mikrofon 22 vorgesehen, das so
angeordnet ist, daß es den von den Zündkerzenmotor 12 abge
gebenen Schall erfassen kann. Der Ausgang 24 des Mikrofons
22 ist mit einer Filtervorrichtung 26 (vgl. Fig. 2) verbun
den, die das dem Schall unterhalb von 5550 Hz entsprechende
Signal des Mikrofons 22 auf unter -40 dB dämpft. Die Filter
vorrichtung 26 ist mit einer Steuereinheit 28 verbunden.
Diese Einheit 28 beinhaltet eine Speichervorrichtung 30 zum
Abgeben eines Vorgabewertes für jede Drehzahl (oder einen
schmalen Drehzahlbereich) des Zündkerzenmotors 12. Die
Speichervorrichtug 30 empfängt Signale vom Wandler 18 wo
durch festgestellt wird, welches Vorgabewertsignal entspre
chend abzugeben ist. Des weiteren beinhaltet die Einheit 28
einen Vergleicher 32, der ein Signal erzeugt und mit dem
Zündzeitpunktregler 16 verbunden ist, um dessen Werte ein
zustellen.
Wenn das Fahrzeug 10 in Betrieb ist, ergibt sich ein großer
von dem Mikrofon 22 erfaßter Bereich von Geräuschen, ein
schließlich Straßengeräuschen, Klappern und anderen Ge
räuschen, die dem Klang des Zündkerzenmotors 12 entspre
chen. Des weiteren erfaßt das Mikrofon 22 die Geräusche des
Zündkerzenmotors 12 und insbesondere jeden vom Klopfen des
Zündkerzenmotors herrührenden Schall.
Es wurde herausgefunden, daß der Zündkerzenmotor Geräusche
abgibt, wenn er zu klopfen beginnt. Es wurde ferner heraus
gefunden, daß der Klang des Klopfens des Zündkerzenmotors
in einem anderen Frequenzbereich liegt als andere durch das
Mikrofon 22 erfaßte Geräusche, und tatsächlich bei höheren
Frequenzen als diese Geräusche liegt. Die Filtervorrichtung
26 ist zur Ausfilterung der tieffrequenten Geräusche ausge
legt, so daß die einzigen Geräusche, die der Komparator 32
zu verarbeiten hat, die vom Zündkerzenmotor 12 beim Begin
nen des Klopfens emittierten relevanten Geräusche sind.
Wenn der Zündkerzenmotor 12 unter Bedingungen betrieben
wird, die abweichend vom durch den Konstrukteur vorgegebe
nen Betriebsbereich sind, wird er beginnen zu klopfen. Wenn
dies auftritt, erfaßt der Vergleicher 32 das vom Motor zu
Beginn des Klopfens abgegebene Geräusch und betätigt den
Zündzeitpunktregler gegen seine Vorspannung, um den Zünd
winkel zu verzögern, bis der Zündkerzenmotors 12 ohne Klop
fen läuft. Wenn die Belastung des Zündkerzenmotors 12 ab
sinkt, ermöglicht die Vorspannung des Zündzeitpunktreglers
16 den Zündzeitpunkt vorzustellen, so daß der Motor effek
tiver läuft. Auf diese Weise läuft der Zündkerzenmotor 12
mit optimaler Zündzeitpunktseinstellung während des Be
triebs.
Alle oben beschriebenen Bauteile sind dem Durchschnitts
fachmann bekannt, wobei aber ihre Anordung und gegensei
tige Zuordnung eine neue und effektive Vorrichtung zur Ein
stellung des Zündzeitpunktes ergibt, die einfach in einem
Fahrzeug angeordnet werden kann.
Anstatt den Komparator 32 mit dem Zündzeitpunktregler 16 zu
verbinden, oder zusätzlich dazu, kann der Vergleicher 32
mit einer optischen Signalanzeige in der Fahrgastzelle
und/oder mit einer hörbaren Warnvorrichtung verbunden sein
(das Signallicht und die hörbare Warnvorrichtung sind sche
matisch in Fig. 1 mit 34 und 36 bezeichnet). Bei der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung sieht bzw. hört der Fahrer das ab
gegebene Signal und kann dann die Leistungsbelastung des
Zündkerzenmotors reduzieren, so daß die Wahrscheinlichkeit
des Klopfens reduziert ist.
Anstatt des Wandlers 18 kann die Drehzahl des Motors durch
eine Vorrichtung festgestellt werden, die den vom Motor ab
gegebenen Klang (z.B. bei jeder Umdrehung) während des Be
triebes erfaßt. Das von dieser Vorrichtung abgegebene Si
gnal kann in die Steuereinheit eingegeben werden, um den
Betrieb der Speichervorrichtung 30 zu steuern.
Claims (14)
1. Steuervorrichtung für einen Zündkerzenmotor, ge
kennzeichnet durch einen schmalbandigen
Schalldetektor (22, 26), einen Vergleicher (32) zum Ver
gleichen der detektierten Schallstärke mit einem Vorgabe
wert, und Signalmittel (28) zum Abgeben eines Signals, wenn
die Schallstärke den Vorgabewert um einen vorgegebenen Be
trag übersteigt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zündker
zenmotor in verschiedenen Drehzahlbereichen betrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher
(32) eine Vielzahl von Vorgabewerten aufweist, mit denen
die erfaßte Schallstärke verglichen wird, wobei jeder Vor
gabewert einem anderen Drehzahlbereich des Zündkerzenmotors
entspricht.
3. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der schmalbandige
Schalldetektor einen breitbandigen Schalldetektor (22) und
ein Frequenzfilter (26) aufweist, der die Übertragung von
Schallsignalen nur in einem schmalen Band von Schallfre
quenzen erlaubt.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der breitbandige Schalldetek
tor (22) ein Mikrofon ist.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das schmale Band zwischen
200 Hz und 20 000 Hz liegt.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das schmale Band oberhalb von
5000 Hz liegt.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Filter so
ausgelegt ist, daß es Schallsignale unterhalb des unteren
Bandpegels auf unter -40 dB dämpft.
8. Kraftfahrzeug mit einem Motorraum und einem Zündker
zenmotor im Motorraum, gekennzeichnet durch
eine Steuervorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 3 bis
7, wobei der breitbandige Schalldetektor im Fahrzeug in der
Nähe des Zündkerzenmotors angeordnet ist.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der breitbandige Schalldetektor (22)
auf einer schwingungsdämpfenden Befestigung (20) befestigt
ist.
10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ge
kennzeichnet durch einen Drehzahlmesser (18)
zur Feststellung der Umdrehungen pro Minute des Zündkerzen
motors, wobei der Drehzahlmesser mit dem Vergleicher ver
bunden ist, so daß der Vorgabewert oder die Vorgabewerte,
die in den Vergleicher eingegeben werden, durch die von dem
Drehzahlmesser erfaßte Drehzahl gesteuert werden.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehzahlmesser ein mit dem Motor
verbundener Drehzahlwandler ist, der ein der Drehzahl pro
portionales Signal erzeugt.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehzahlmesser eine Vorrichtung
zum Messen von Schallfrequenzen ist, die eine Funktion der
Drehzahl des Zündkerzenmotors sind.
13. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ge
kennzeichnet durch Warnmittel (34, 36), die
für die Abgabe eines vom Fahrer erfaßbaren Signals betätig
bar sind, wobei die Signalmittel (28) zur Betätigung der
Warnmittel mit den Warnmitteln verbunden sind.
14. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei
dem Zündkerzenmotor ein automatischer Zündzeitpunktregler
(16) zugeordnet ist, um den Zündwinkel relativ zum oberen
Totpunkt des Kolbens im Zylinder vor- oder zurückzustellen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmittel
(28) mit dem automatischen Zündzeitpunktregler (16) verbun
den sind, um die Vorrichtung für die Verzögerung des Zünd
zeitpunktes zu betätigen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |