DE4003664A1 - Steuervorrichtung fuer zuendkerzenmotoren - Google Patents

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.