DE4006992A1 - Klopfunterdrueckungseinrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Klopfunterdrueckungseinrichtung fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Klopfunterdrückungseinrichtung
für eine Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Zünd
zeitpunktversteller zur Verstellung des Zündzeitpunkts in
solcher Weise, daß Klopfen unterdrückt wird.
Fig. 8 zeigt eine typische konventionelle Klopfunter
drückungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, und zwar
mit einem Klopfsensor 1 in Form eines Beschleunigungssen
sors oder dgl., der an der Maschine angebracht ist und
Klopfen in dieser erfaßt, wobei z. B. Maschinenbeschleuni
gungen aufgrund von Klopfen erfaßt werden und ein entsprechendes
elektrisches Ausgangssignal gebildet wird, ferner
mit einem Klopferkennungskreis 2 zur Erkennung von auf
Klopfen zurückgehende Signale im Ausgangssignal des Klopf
sensors 1 und zum Erzeugen eines analogen Ausgangssignals
beim Erfassen von Klopfen, mit einem Analog-Digital- bzw.
A-D-Wandler zur Umwandlung des analogen Ausgangssignals des
Klopferkennungskreises 2 in ein Digitalsignal, und mit
einem Mikrocomputer 4 mit Zündzeitpunktversteller 5, dem
das Digitalsignal vom A-D-Wandler 3 zugeführt wird zur
Verstellung des Zündzeitpunkts der Maschine in solcher
Weise, daß Klopfen in der Maschine unterdrückt wird. Der
Klopferkennungskreis 2 hat ein Bandpaßfilter 22 zum Aus
filtern eines bestimmten Frequenzbandes des Ausgangssignals
des Klopfsensors 1, ein Torglied 23, das aufgrund eines
Maskensignals vom Mikrocomputer 4 freigegeben wird und be
stimmte Anteile des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 22
durchläßt, ein BGL-Glied 24, das das Ausgangssignal des
Torglieds 23 zur Bildung eines Hintergrundspannungspegel-
Ausgangssignals (BGL-Ausgangssignals) empfängt, einen Ver
gleicher 25, dessen erstem Eingang das Ausgangssignal des
Torglieds 23 und dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal
des BGL-Glieds 24 zugeführt wird, um einen Vergleich zwischen
diesen beiden Eingangssignalen durchzuführen, und ein
Integrierglied 26 mit einem dem Ausgang des Vergleichers
25 gekoppelten Eingang und einem mit dem Eingang des
A-D-Wandlers 3 gekoppelten Ausgang zur Integration des Aus
gangssignals des Vergleichers 25 und Bildung eines Analog
signals, wobei das Integrierglied 26 ferner einen mit dem
Mikrocomputer 4 gekoppelten Rücksetzeingang hat, so daß es
von einem Rücksetzsignal vom Mikrocomputer 4 rücksetzbar
ist.
Diese konventionelle Klopfunterdrückungseinrichtung arbeitet
wie folgt. Zuerst erzeugt der Klopfsensor 1 ein Aus
gangssignal [Fig. 9(a)], das dem Bandpaßfilter 22 zugeführt
wird, in dem ein bestimmtes Frequenzband ausgefiltert und
dem Torglied 23 zugeführt wird. Das Torglied 23, dessen
Steuereingang vom Mikrocomputer 4 ein Maskensignal zuge
führt wird, das in vorbestimmten Intervallen auftretende
Rechteckimpulse enthält [Fig. 9(b)], maskiert das durch das
Bandpaßfilter 2 gefilterte Ausgangssignal des Klopfsensors
1 derart, daß die Teile des Klopfsensorausgangssignals, die
den Rechteckimpulsen des Maskensignals entsprechen, ent
fernt werden unter Bildung eines Ausgangssignals, das an
Stellen, die den jeweiligen Rechteckimpulsen entsprechen,
keinen Impuls enthält [Fig. 9(c)]. Das Ausgangssignal des
Torglieds 23 wird dem ersten Eingang des Vergleichers 25
und gleichzeitig dem Eingang des BGL-Glieds 24 zugeführt,
so daß das BGL-Glied 24 ein Ausgangssignal liefert, das
einen vorbestimmten Hintergrundspannungspegel hat [Fig. 9(d)].
Der Hintergrundspannungsspegel des BGL-Glieds 24 wird
dem zweiten Eingang des Vergleichers 25 zugeführt und mit
dem Ausgangssignal des Torglieds 23, das dem ersten Eingang
des Vergleichers 25 zugeführt wird, verglichen, so daß der
Vergleicher ein Ausgangssignal liefert, wenn das Ausgangs
signal des Torglieds 23 höher als der Hintergrundspannungs
pegel ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 25 wird dem
Integrierglied 26 zugeführt und integriert. Somit erzeugt
das Integrierglied 26 ein Ausgangssignal entsprechend Fig. 9(e).
In dieser Beziehung ist zu beachten, daß im Fall
einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mehrere Klopfsensoren
1 (nicht gezeigt), und zwar jeweils einer für jeden Zylinder,
verwendet werden und die Ausgangssignale der jeweiligen
Klopfsensoren 1 dem Integrierglied 26 parallel durch
das Bandpaßfilter 22, das Torglied 23 und den Vergleicher
25 zugeführt werden, so daß sie jeweils im Integrierglied
26 integriert werden unter Bildung entsprechender Ausgangs
signale gemäß Fig. 9(e). Dazu liefert der Mikrocomputer 4
zu einem geeigneten Zeitpunkt für jedes Klopfsensoraus
gangssignal ein Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang des
Integrierglieds 26. Das integrierte analoge Ausgangssignal
des Integrierglieds 26 wird dann dem A-D-Wandler 3 zuge
führt und in ein Digitalsignal V R umgewandelt, das seiner
seits in den Mikrocomputer 4 eingelesen wird, in dem auf
der Basis des Digitalsignals V R der Zündzeitpunktversteller
5 einen geeigneten Klopfunterdrückungs-Verzögerungswinkel
ΔR R unter Anwendung der folgenden Gleichung errechnet:
ΔR R = V R × N
in der N ein Modifikationskoeffizient ist.
Bei der vorstehenden Klopfunterdrückungseinrichtung führt
die Hardware wie etwa der Klopferkennungskreis 2 die ge
samte Signalverarbeitung zur Bestimmung von Klopfen in der
Maschine aus. Eine solche Verarbeitung verlangt einen recht
komplexen Schaltungsaufbau und stellt eine starke Belastung
der Hardware dar, so daß hohe Herstellungskosten die Folge
sind.
Die vorliegende Erfindung soll die genannten Probleme des
Standes der Technik beseitigen.
Aufgabe der Erfindung ist eine Bereitstellung einer neuen
und verbesserten Klopfunterdrückungseinrichtung der ein
gangs genannten Art für eine Brennkraftmaschine, wobei die
Klopfbestimmung im Motor durch einen Mikrocomputer erfolgen
kann, wodurch die Belastung der verwendeten elektrischen
Schaltung verringert und deren Auslegung beträchtlich ver
einfacht wird. Ferner soll die Klopfunterdrückungseinrich
tung einen Ausfall eines Klopfsensors zuverlässig erfassen;
und außerdem soll die Einrichtung in der Lage sein, den
Zündzeitpunkt aus einer Zündzeitpunkteinstell-Betriebsart
mit Verzögerungswinkelmodifikation zur Klopfunterdrückung
auf eine normale Zündzeitpunkteinstell-Betriebsart ohne
Klopfunterdrückung umzustellen, wenn ein Klopfsensoraus
fall erfaßt wird.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist eine Klopfunterdrüc
kungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die
gekennzeichnet ist durch einen an der Maschine angeordneten
Klopfsensor, der Klopfen in der Maschine aufnimmt; durch
eine Klopf-Schnittstelle, die das Ausgangssignal des Klopf
senors erhält zur Bildung eines Peakhaltesignals, das
einen Peak im Klopfsensor-Ausgangssignal bezeichnet, und
zur Erzeugung eines Mittelungssignals, das einen Mittelwert
des Klopfsensor-Ausgangssignals wiedergibt; und durch einen
Mikrocomputer mit: einem Schwellenwert-Vorgabeglied, das
aufgrund des Mittelungssignals einen Schwellwert zur
Klopfbestimmung vorgibt, einem Klopfbestimmungsglied, das
das Peakhaltesignal mit dem Schwellenwert vergleicht und
aufgrund des Vergleichsergebnisses bestimmt, ob Klopfen in
der Maschine vorliegt, und einem Zündzeitpunkteinsteller,
der den Zündzeitpunkt der Maschine bestimmt und ein Ver
zögerungswinkel-Modifizierglied zur Änderung des Verzöge
rungswinkels auf der Basis des Ausgangssignals des Klopf
bestimmungsglieds aufweist und den Zündzeitpunkt auf der
Basis des so modifizierten Verzögerungswinkels verzögert,
um das Klopfen zu unterdrücken.
Dabei bestimmt die Schwellenwert-Vorgabeeinheit den Schwel
lenwert V TH wie folgt:
V TH = V A × K + Vofs
mit K=eine Konstante und Vofs=ein Offsetwert.
Die Klopfbestimmungseinheit bestimmt, daß Klopfen im Motor
vorliegt, wenn das Peaksignal V P größer als das Schwellen
wertsignal V TH ist.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verzöge
rungswinkel-Modifizierglied eine geeignete Verzögerungs
winkel-Modifikationsgröße ΔR R auf der Basis einer Dif
ferenz V K zwischen dem Peakhaltesignal V P und dem Schwel
lenwert V TH wie folgt berechnet:
ΔR R = V K × L = (V P -V TH ) × L
wobei L ein Modifikationskoeffizient ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die
Differenz V K zwischen dem Peakhaltesignal V P und dem
Schwellenwertsignal V TH mit steigender Drehzahl der Maschine
größer wird und daß das Verzögerungswinkel-Modifizier
glied eine geeignete Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße
ΔR R durch Normierung der Differenz V K mit dem Schwellen
wertsignal V TH wie folgt berechnet:
ΔR R = V K × (L′/V TH) = (V P-VTH) × (L′/V TH)
wobei L′ ein Modifikationskoeffizient ist.
Eine andere Ausführungsform der Einrichtung nach der Er
findung weist ein Ausfallbestimmungsglied auf, das be
stimmt, ob im Klopfsensor ein Ausfall vorliegt.
Dabei ist vorgesehen, daß das Ausfallbestimmungsglied das
Mittelungssignal V A des Mittelungsglieds erhält und be
stimmt, daß im Klopfsensor ein Ausfall vorliegt, wenn das
Mittelungssignal V A kleiner als ein vorbestimmter Bezugs
pegel V AF ist.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied die Verzöge
rungswinkel-Modifikation erst abbricht, nachdem das Aus
fallbestimmungsglied eine vorbestimmte Anzahl von Malen
bestimmt hat, daß im Klopfsensor ein Ausfall vorliegt.
Die Einrichtung nach der Erfindung kann ferner einen Dreh
geber aufweisen, der die Drehzahl der Maschine aufnimmt,
wobei das Ausfallbestimmungsglied die Ausfallbestimmung nur
durchführt, wenn die vom Drehgeber aufgenommene Maschinen
drehzahl in einen bestimmten Bereich fällt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungs
beispiels der Klopfunterdrückungseinrichtung
für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 2a den Signalverlauf eines Rücksetzsignals, das
einem Peakhaltekreis von Fig. 1 zugeführt
wird;
Fig. 2b den Signalverlauf des Ausgangssignals eines
Klopfsensors von Fig. 1;
Fig. 2c den Signalverlauf des Ausgangssignals des
Peakhaltekreises von Fig. 1;
Fig. 2d den Signalverlauf des Ausgangssignals eines
Mittelungsglieds von Fig. 1;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das ein von einem Mikrocom
puter von Fig. 1 ausgeführtes Steuerprogramm
zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das Schwellenwertsignal- und
Peaksignal-Verläufe über der Drehzahl der
Maschine zeigt;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das ein vom Mikrocomputer
von Fig. 1 ausgeführtes weiteres Steuerpro
gramm zeigt;
Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines
anderen Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das ein von einem Mikrocom
puter von Fig. 6 ausgeführtes Steuerprogramm
zeigt;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer konventionellen Klopf
unterdrückungseinrichtung für eine Brennkraft
maschine;
Fig. 9a den Signalverlauf des Ausgangssignals eines
Klopfsensors von Fig. 8;
Fig. 9b den Signalverlauf eines Maskensignals, das
einem Steuereingang eines Torglieds von Fig. 8
zugeführt wird;
Fig. 9c den Signalverlauf des Ausgangssignals des Tor
glieds von Fig. 8;
Fig. 9d den Signalverlauf des Ausgangssignals eines
BGL-Glieds von Fig. 8; und
Fig. 9e den Signalverlauf des Ausgangssignals eines
Integrierglieds von Fig. 8.
Fig. 1 zeigt allgemein die Auslegung des ersten Ausfüh
rungsbeispiels der Klopfunterdrückungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine. Die Einrichtung hat einen Klopfsensor
100, eine Klopf-Schnittstelle 110, zwei A-D-Wandler 121,
122 und einen Mikrocomputer 130.
Der Klopfsensor 100, der ein Beschleunigungssensor oder dgl.
ist, ist an einer Brennkraftmaschine montiert, erfaßt darin
auftretendes Klopfen und erzeugt ein hochfrequentes Aus
gangssignal [Fig. 2(b)] zur Bestimmung von Klopfen in der
Maschine.
Die Klopf-Schnittstelle 110 umfaßt ein Bandpaßfilter 111,
dessen Eingang mit dem Klopfsensor 100 verbunden ist und
ein bestimmtes Frequenzband des Ausgangssignals des Klopf
sensors 100 filtriert, einen Peakhaltekreis 112, dessen einer
Eingang mit dem Ausgang des Bandpaßfilters 111 gekoppelt
ist zur Erzeugung eines Peaksignals, dessen Amplitude jedem
Peak des vom Bandpaßfilter 111 gefilterten Ausgangssignals
des Klopfsensors entspricht, und ein Mittelungsglied 113,
das so geschaltet ist, daß ihm das Ausgangssignal des Band
paßfilters 111 zugeführt wird zur Bildung eines Mittelungs
signals, das beispielsweise in Fig. 2(d) dargestellt ist.
Der Peakhaltekreis 112 hat ferner einen Rücksetzeingang,
dem vom Mikrocomputer 130 ein Rücksetzsignal zugeführt
wird. Das vom Mikrocomputer 130 erzeugte Rücksetzsignal hat
beispielsweise Rechteckform [Fig. 2(a)], und seine ansteigende
Flanke erscheint bei einem Kurbelwinkel (d. h. einer
Kolbenwinkellage) von 75° vor OT, während seine abfallende
Flanke bei einem Kurbelwinkel von 20° nach OT auftritt.
Somit hat das dem Rücksetzeingang des Peakhaltekreises 112
zugeführte Rücksetzsignal nur während einer Periode von 75°
vor OT bis 20° nach OT den Hochpegel, was im wesentlichen
der Zeitdauer entspricht, während der kein Klopfen in der
Maschine auftritt. Der Peakhaltekreis 112 empfängt das Aus
gangssignal des Klopfsensors 100, das vom Bandpaßfilter 111
frequenzbereichsgefiltert ist, und erzeugt ein Ausgangs
signal in Form eines Peakhaltesignals mit allgemein stufen
förmigem Verlauf [Fig. 2(c)], wobei jedes Peakhaltesignal
entsprechend einer erhöhten Amplitude jedes Impulses des
Klopfsensor-Ausgangssignals stufenweise ansteigt und so
lange auf dem Peak gehalten wird, wie das Rücksetzsignal
den Niedrigpegel hat, und vertikal abfällt, wenn das Rück
setzsignal vom Niedrigpegel zum Hochpegel geht.
Der erste A-D-Wandler 121 empfängt das Ausgangssignal in
Form eines Analogsignals vom Peakhaltekreis 112 und wandelt
es in ein entsprechendes Digitalsignal V P um. Der zweite
A-D-Wandler 122 empfängt das Ausgangssignal in Form eines
Analogsignals vom Mittelungsglied 113 und wandelt es in ein
entsprechendes Digitalsignal V A um.
Der Mikrocomputer 130 hat ein Schwellenwert-Vorgabeglied
131, das aufgrund des digitalen Mittelungssignals V A einen
Schwellenwert V TH zur Bestimmung eines Ausfalls des Klopf
sensors vorgibt, ein Klopfbestimmungsglied 132, das einen
Vergleich zwischen dem digitalen Peakhaltesignal V P und dem
Schwellenwert V TH durchführt und aufgrund des Vergleichs
ergebnisses bestimmt, ob Klopfen in der Maschine vorliegt,
und einen Zündzeitpunkteinsteller 133, der den Zündzeit
punkt der Maschine in solcher Weise einstellt, daß dieser
mit zunehmender Maschinendrehzahl verzögert wird.
Das Schwellenwert-Vorgabeglied 131 ist als Verstärkungs-
und Offsetaddierglied ausgeführt, dessen Eingang das digi
tale Ausgangssignal V A des zweiten A-D-Wandlers 122 empfängt,
das aus dem analogen Ausgangssignal des Mittelungs
glieds 113 durch A-D-Umwandlung gebildet ist, und es einer
Verstärkung und Offsetaddition unterzieht unter Bildung
eines Schwellenspannungs-Ausgangssignals V TH, das als
Schwellenwert genützt wird, um zu bestimmen, ob Klopfen in
der Maschine vorliegt.
Das Klopfbestimmungsglied 132 ist als Vergleicher ausge
führt, dessen einem Eingang das digitale Ausgangssignal V P
des ersten A-D-Wandlers 121 und dessen zweitem Eingang das
den Schwellenwert bezeichnende Ausgangssignal V TH des
Verstärkungs- und Offsetaddierglieds 131 zugeführt wird, um
zwischen beiden einen Vergleich durchzuführen. Der Vergleicher
132 bestimmt, daß Klopfen in der Maschine vorliegt,
wenn die Differenz V K zwischen dem Ausgangssignal V P und
dem Schwellenwert V TH größer als Null ist
(V K = V P - V TH < 0).
Der Zündzeitpunkteinsteller 133 hat ein Verzögerungswinkel-
Modifizierglied, dem das Ausgangssignal V K des Vergleichers
132 zugeführt wird zur Bildung eines Ausgangssignals R R ,
das einem Zündzeitpunktregelkreis (nicht gezeigt), der eine
Zündspule und eine Zündkerze aufweist, zugeführt wird, um
den Zündzeitpunkt in geeigneter Weise zu regeln bzw. zu
verzögern.
Nachstehend wird der Bereich der Klopfunterdrückungsein
richtung unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben,
die den Ablauf eines Steuerprogramms zeigt, das im
Mikrocomputer 130 gespeichert ist und von diesem zur Steue
rung der Klopfunterdrückungseinrichtung ausgeführt wird.
In Schritt S 1 wird das vom Peakhaltekreis 112 gelieferte
analoge Peakhaltesignal im ersten A-D-Wandler 121 in ein
Digitalsignal V P umgewandelt. In Schritt S 2 wird dem Rück
setzeingang des Peakhaltekreises 112 vom Mikrocomputer 130
ein Rücksetzsignal zugeführt. In Schritt S 3 wird das analoge
Mittelungssignal des Mittelungsglieds 113 vom zweiten
A-D-Wandler 122 in ein Digitalsignal V A umgewandelt, das
dem Verstärkungs- und Offsetaddierglied 131 zugeführt wird,
wo es eine vorgegebene Anzahl von Malen (z. B. K-mal) ver
stärkt und ein Offsetwert Vofs hinzuaddiert wird zur Bildung
eines Klopfbestimmungs-Schwellenwerts V TH, d. h.
V TH=V A×K+Vofs. Dann vergleicht in Schritt S 5 der Ver
gleicher 132 das Ausgangssignal V P des ersten A-D-Wandlers
121, das in Schritt S 1 gebildet und dem ersten Eingang zu
geführt wurde, mit dem in Schritt S 4 erhaltenen und dem
zweiten Eingang zugeführten Klopfbestimmungs-Schwellenwert
V TH des Verstärkungs- und Offsetaddierglieds 131, um zu be
stimmen, ob Klopfen in der Maschine vorliegt. Wenn in
Schritt S 6 das Vergleichsergebnis (V K=V P-V TH) positiv
ist (also bei V K<0), wird bestimmt, daß Klopfen in der
Maschine vorliegt, und das Programm geht zu Schritt S 8, in
dem durch das Verzögerungswinkel-Modifizierglied 133 eine
Verzögerungswinkel-Modifizierung durchgeführt wird, d. h.
eine geeignete Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ΔR R
zur Änderung des Verzögerungswinkels R R für die Klopf
unterdrückung wird wie folgt berechnet:
ΔR R = V K × L = (V P - V TH) × L
wobei L ein Modifikationskoeffizient ist.
Wenn dagegen das Vergleichsergebnis nicht positiv ist (also
bei V K=V P-VTH≦0), wird bestimmt, daß kein Klopfen
vorliegt, und das Programm geht zu Schritt S 7, in dem die
Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ΔR R mit Null vor
gegeben wird ( ΔR R =0). Dann geht das Programm von
Schritt S 7 oder S 8 zu Schritt S 9, in dem ein geeigneter
Verzögerungswinkel R R ′ für die Klopfunterdrückung wie
folgt berechnet wird:
R R ′ = R R + ΔR R
wobei R R ein normaler Verzögerungswinkel ohne Berücksich
tigung der Klopfunterdrückung ist.
Dann springt das Programm zu Schritt S 1 zurück, und der
gleiche Vorgang wird wiederholt.
Fig. 4 zeigt die Verläufe des Peakhaltesignals V P und des
Klopfbestimmungs-Schwellensignals V TH, bezogen auf die
Drehzahl der Maschine, bei gleicher oder konstanter Klopf
stärke. Wie aus diesen Verläufen hervorgeht, wird die Dif
ferenz V K zwischen dem Peakhaltesignal V P und dem Klopfbe
stimmungs-Schwellensignal V TH mit zunehmender Maschinen
drehzahl größer. Wenn daher die Verzögerungswinkel-Modifi
kationsgröße ΔR R unter Anwendung der obigen Gleichung
( ΔR R = V K × L = (V P - VTH) × L)
berechnet wird, wird die
Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ΔR R bei gleicher
oder konstanter Klopfstärke mit zunehmender Maschinendrehzahl
größer, was in einer falschen Zündzeitpunkteinstellung
resultiert. Um daher eine bessere Einstellbarkeit des Zünd
zeitpunkts zu erreichen, wird empfohlen, daß der Klopfbe
stimmungs-Schwellenwert ( ΔR R =V K×L) in Schritt S 8 von
Fig. 3 durch einen anderen Schwellenwert ( ΔR R ′) von
Schritt S 8 A von Fig. 5 ersetzt wird, der auf der Basis der
Differenz zwischen dem Peakhaltesignal V P und dem Klopfbe
stimmungs-Schwellensignal V TH sowie eines Schwellenwert-
Modifikationskoeffizienten (L′/V TH), der durch Normierung
einer Konstanten L′ mit dem Klopfbestimmungs-Schwellenwert
V TH gebildet ist, wie folgt berechnet wird:
ΔR R = V R × (L′/V TH) = (V P - VTH) × L′/V TH).
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das hin
sichtlich Aufbau und Betrieb im wesentlichen dem ersten
Ausführungsbeispiel entspricht; dabei hat jedoch der Mikro
computer 130′ zusätzlich zu dem Verstärkungs- und Offset
addierglied 131, dem Vergleicher 132 und dem Zündzeitpunkt
einsteller 133 in Form einer Verzögerungswinkel-Modifika
tionseinheit, die sämtlich dem vorhergehenden Ausführungs
beispiel entsprechen, ein Ausfallbestimmungsglied 134, das
bestimmt, ob ein Ausfall eines Klopfsensors 100 vorliegt.
Dabei ist das Ausfallbestimmungsglied 134 so geschaltet,
das es das Mittelungssignal V A des zweiten A-D-Wandlers 122
und das Ausgangssignal eines Drehgebers 140, der die Anzahl
Umdrehungen der Maschine pro Minute aufnimmt, empfängt und
das Mittelungssignal V A mit einem vorbestimmten Bezugspegel
vergleicht, um zu bestimmen, ob der Klopfsensor 100 ausge
fallen ist, und der ein Ausfallsignal an die Verzögerungs
winkel-Modifiziereinheit 133 liefert, wenn bestimmt wird,
daß ein Ausfall im Klopfsensor 100 vorliegt. Im übrigen ist
der Klopfunterdrückungsbetrieb dieses Ausführungsbeispiels
praktisch gleich demjenigen des vorhergehenden Ausführungs
beispiels.
Die Ausfallbestimmung dieses Ausführungsbeispiels wird
nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert, die die
Schrittfolge eines vom Mikrocomputer 130′ von Fig. 6 aus
geführten Steuerprogramms zeigt.
In Schritt S 101 bestimmt aufgrund des Ausgangssignals des
Drehgebers 140 das Ausfallbestimmungsglied 134, ob die vom
Drehgeber 140 aufgenommene Maschinendrehzahl in einen bestimmten
Drehzahlbereich fällt. Bei NEIN geht das Programm
zu Schritt S 109. Bei JA dagegen geht das Programm zu
Schritt S 102, in dem das Ausfallbestimmungsglied 134 das
Mittelungssignal V A des zweiten A-D-Wandlers 122 mit dem
vorgegebenen Bezugspegel V AF vergleicht. Wenn das Mitte
lungssignal V A größer als der vorgegebene Bezugspegel V AF
ist, wird bestimmt, daß ein Ausfall im Klopfsensor 100 vor
liegen kann, und dann geht das Programm zu Schritt S 103, in
dem die von einem Ausfallzähler (nicht gezeigt), der in das
Ausfallbestimmungsglied 134 eingebaut sein kann und zählt,
wie viele Ausfälle (V AF<VA) im Klopfsensor 100 in Schritt
S 102 bestimmt werden, gezählte Anzahl C F um 1 erhöht wird,
so daß C F+1 (d. h. C F+1=C F+1) erhalten wird. Anschließend
wird in Schritt S 105 bestimmt, ob der Zählwert C F+1
gleich oder größer als eine vorbestimmte Anzahl N ist. Bei
NEIN geht das Programm zu Schritt S 109. Bei JA in Schritt
S 105 wird dagegen in Schritt S 107 ein Ausfallflag auf "1"
gesetzt, und gleichzeitig wird der Zählwert C F+1 auf N
gesetzt. Danach geht das Programm zu Schritt S 109, in dem
bestimmt wird, ob das Ausfallflag "1" ist. Bei JA geht das
Programm zu Schritt S 110, in dem anstelle einer Ausführung
der Klopfunterdrückungsregelung auf der Basis des Ausgangs
signals des Klopfsensors 100 das Verzögerungswinkel-Modi
fizierglied 133 eine Ausfallzeit-Verzögerungswinkelregelung
(d. h. eine normale Zündzeitpunktverstellung) ohne Berück
sichtigung des Klopfsensorausgangssignals durchführt. Bei
NEIN in Schritt S 109 (also wenn das Ausfallflag ≠0) geht
das Programm zu Schritt S 111, in dem die normale Verzöge
rungswinkel-Modifikationsregelung entsprechend den Fig. 3
oder 5 zur Klopfunterdrückung durchgeführt wird. Somit wird
die Klopfunterdrückungsregelung des Zündzeitpunkts erst
beendet, nachdem das Ausfallbestimmungsglied 134 eine vor
bestimmte Anzahl von Malen oder häufiger einen Klopfsensor
ausfall bestimmt hat (z. B. N-mal bei einem Ausführungs
beispiel), und statt dessen wird dann die normale Zündzeit
punktregelung ohne Klopfunterdrückung durchgeführt.
Wenn andererseits in Schritt S 102 das Mittelungssignal V A
gleich oder größer als der vorbestimmte Bezugspegel V AF
ist, wird bestimmt, daß der Betrieb des Klopfsensors 100
normal ist, und das Programm geht zu Schritt S 104, in dem
der Ausfallzähler gezählte Zählwerte C F um 1 verringert
wird, so daß C F-1=C F-1. Anschließend wird in Schritt
S 106 bestimmt, ob der aktualisierte Zählwert C F-1 gleich
Null ist (C F-1=0). Bei JA geht das Programm zu Schritt
S 108, in dem das Ausfallflag gelöscht wird, und gleichzeitig
wird auch der Ausfallzähler gelöscht. Danach geht das
Programm zu Schritt S 109, in dem bestimmt wird, daß das
Ausfallflag ungleich 1 ist, und somit geht das Programm zu
Schritt S 111, in dem die normale Verzögerungswinkel-Modi
fikationsregelung zur Klopfunterdrückung durchgeführt wird.
Wenn in Schritt S 106 bestimmt wird, daß C F ungleich 0 ist,
überspringt das Programm Schritt S 108 und geht direkt zu
Schritt S 109, in dem bestimmt wird, ob das Ausfallflag
gleich 1 ist. Bei JA wird in Schritt S 110 die normale Zünd
zeitpunktregelung ohne Klopfunterdrückung durchgeführt,
aber bei NEIN wird in Schritt S 111 die normale Verzöge
rungswinkel-Modifikationsregelung durchgeführt. Nach
Schritt S 110 oder Schritt S 111 springt das Programm zu Schritt S 101
zurück. Auf diese Weise wird eine Umschaltung zwischen der
normalen Zündzeitpunktregelung und der Verzögerungswinkel-
Modifikationsregelung nur dann durchgeführt, wenn die Be
stimmung eines Ausfalls oder Nichtausfalls des Klopfsensors
100 eine vorbestimmte Anzahl von Malen (d. h. N-mal) durch
geführt wurde. Dies hat den Zweck, momentane oder ungewollte
Fehler aus der Ausfallbestimmung auszuschließen und
damit die Zuverlässigkeit der Bestimmung für die Praxis zu
erhöhen.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird zwar in
Schritt S 102 zur Bestimmung eines Ausfalls des Klopfsensors
100 das Mittelungssignal V A des zweiten A-D-Wandlers 122
genützt; aber anstelle des Mittelungssignals V A kann auch
der Klopfbestimmungs-Schwellenwert V TH, der vom Verstär
kungs- und Offsetaddierglied 131 gebildet wird, zur Verfügung
stehen. In diesem Fall erfolgt in Schritt S 102 ein
Vergleich zwischen dem Klopfbestimmungs-Schwellenwert V TH
und einem vorgegebenen Bezugspegel V TH, um zu bestimmen,
ob der erstere größer als der letztere ist.
Claims (15)
1. Klopfunterdrückungseinrichtung für eine Brennkraftma
schine,
gekennzeichnet durch
einen an der Maschine angeordneten Klopfsensor (100), der Klopfen in der Maschine aufnimmt;
eine Klopf-Schnittstelle (110), die das Ausgangssignal des Klopfsensors erhält zur Bildung eines Peakhaltesignals (V P), das einen Peak im Klopfsensor-Ausgangssignal bezeichnet, und zur Erzeugung eines Mittelungssignals (V A), das einen Mittelwert des Klopfsensor-Ausgangssignals wieder gibt; und
einen Mikrocomputer (130) mit:
einem Schwellenwert-Vorgabeglied (131), das aufgrund des Mittelungssignals (V A) einen Schwellenwert (V TH) zur Klopf bestimmung vorgibt,
einem Klopfbestimmungsglied (132), das das Peakhaltesignal (V P) mit dem Schwellenwert (V TH) vergleicht und aufgrund des Vergleichsergebnisses bestimmt, ob Klopfen in der Maschine vorliegt, und
einem Zündzeitpunkteinsteller (133), der den Zündzeitpunkt der Maschine bestimmt und ein Verzögerungswinkel-Modifi zierglied zur Änderung des Verzögerungswinkels ( R R ) auf der Basis des Ausgangssignals (V K) des Klopfbestimmungs glieds (132) aufweist und den Zündzeitpunkt auf der Basis des so modifizierten Verzögerungswinkels ( R R ′) verzögert, um das Klopfen zu unterdrücken.
einen an der Maschine angeordneten Klopfsensor (100), der Klopfen in der Maschine aufnimmt;
eine Klopf-Schnittstelle (110), die das Ausgangssignal des Klopfsensors erhält zur Bildung eines Peakhaltesignals (V P), das einen Peak im Klopfsensor-Ausgangssignal bezeichnet, und zur Erzeugung eines Mittelungssignals (V A), das einen Mittelwert des Klopfsensor-Ausgangssignals wieder gibt; und
einen Mikrocomputer (130) mit:
einem Schwellenwert-Vorgabeglied (131), das aufgrund des Mittelungssignals (V A) einen Schwellenwert (V TH) zur Klopf bestimmung vorgibt,
einem Klopfbestimmungsglied (132), das das Peakhaltesignal (V P) mit dem Schwellenwert (V TH) vergleicht und aufgrund des Vergleichsergebnisses bestimmt, ob Klopfen in der Maschine vorliegt, und
einem Zündzeitpunkteinsteller (133), der den Zündzeitpunkt der Maschine bestimmt und ein Verzögerungswinkel-Modifi zierglied zur Änderung des Verzögerungswinkels ( R R ) auf der Basis des Ausgangssignals (V K) des Klopfbestimmungs glieds (132) aufweist und den Zündzeitpunkt auf der Basis des so modifizierten Verzögerungswinkels ( R R ′) verzögert, um das Klopfen zu unterdrücken.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwellenwert-Vorgabeglied (131) den Schwellenwert
(V TH) wie folgt bestimmt:
V TH = V A × K + Vofswobei K eine Konstante und Vofs ein Offsetwert ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Klopfbestimmungsglied (132) Klopfen in der Maschine
bestimmt, wenn das Peakhaltesignal (V P) größer als das Schwel
lenwertsignal (V TH) ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verzögerungs-Modifizierglied eine geeignete
Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ( ΔR R ) auf der
Basis einer Differenz (V K) zwischen dem Peakhaltesignal
(V P) und dem Schwellenwert (V TH) wie folgt berechnet:
ΔR R = V K × L = (V P - VTH) × Lwobei L ein Modifikationskoeffizient ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied den Verzöge
rungswinkel ( R R ) zur Bildung des modifizierten Verzöge
rungswinkels ( R R ′) in folgender Weise modifiziert:
R R ′ = R R + ΔR R .
6. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenz (V K) zwischen dem Peakhaltesignal (V P) und dem Schwellenwertsignal (V TH) mit steigender Drehzahl der Maschine größer wird und
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied eine geeignete Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ( ΔR R ) durch Nor mierung der Differenz (V K) mit dem Schwellenwertsignal (V TH) wie folgt berechnet: ΔR R = V K × (L′/V TH) = (V P-V TH) × (L′/V TH)wobei L′ ein Modifikationskoeffizient ist.
daß die Differenz (V K) zwischen dem Peakhaltesignal (V P) und dem Schwellenwertsignal (V TH) mit steigender Drehzahl der Maschine größer wird und
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied eine geeignete Verzögerungswinkel-Modifikationsgröße ( ΔR R ) durch Nor mierung der Differenz (V K) mit dem Schwellenwertsignal (V TH) wie folgt berechnet: ΔR R = V K × (L′/V TH) = (V P-V TH) × (L′/V TH)wobei L′ ein Modifikationskoeffizient ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied den Verzöge
rungswinkel ( R R ) zur Bildung des modifizierten Verzöge
rungswinkels ( R R ′) wie folgt modifiziert:
R R ′ = R R + ΔR R .
8. Einrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein Ausfallbestimmungsglied (134), das bestimmt, ob im
Klopfsensor (100) ein Ausfall vorliegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausfallbestimmungsglied (134) das Mittelungssignal
(V A) des Mittelungsglieds (113) erhält und bestimmt, daß im
Klopfsensor (100) ein Ausfall vorliegt, wenn das Mitte
lungssignal (V A) kleiner als ein vorbestimmter Bezugs
pegel (V AF) ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch
einen Drehgeber (140), der die Drehzahl der Maschine auf
nimmt, wobei das Ausfallbestimmungsglied (134) die Ausfall
bestimmung nur durchführt, wenn die vom Drehgeber (140)
aufgenommene Maschinendrehzahl in einen bestimmten Bereich
fällt.
11. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied die Verzöge
rungswinkelmodifikation nur abbricht, wenn das Ausfallbe
stimmungsglied (134) einen Ausfall im Klopfsensor (100)
bestimmt.
12. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verzögerungswinkel-Modifizierglied die Verzöge
rungswinkelmodifikation erst abbricht, nachdem das Ausfall
bestimmungsglied (134) eine vorbestimmte Anzahl von Malen
bestimmt hat, daß im Klopfsensor (100) ein Ausfall vor
liegt.
13. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausfallbestimmungsglied (134) das Schwellenwert
signal (V TH) vom Schwellenwert-Vorgabeglied (131) erhält
und einen Ausfall im Klopfsensor (100) dann bestimmt, wenn
das Schwellenwertsignal (V TH) kleiner als ein vorgegebener
Bezugspegel (V AF) ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13,
gekennzeichnet durch
einen Drehgeber (140), der die Drehzahl der Maschine auf
nimmt, wobei das Ausfallbestimmungsglied (134) die Ausfall
bestimmung nur durchführt, wenn die vom Drehgeber (140)
aufgenommene Maschinendrehzahl in einen bestimmten Bereich
fällt.
15. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klopf-Schnittstelle (110) aufweist:
einen mit dem Klopfsensor (100) verbundenen Peakhaltekreis (112), der das Peakhaltesignal (V P) durch einen ersten A-D-Wandler (121) dem Klopfbestimmungsglied (132) zuführt; und
ein mit dem Klopfsensor (100) verbundenes Mittelungsglied (113), das das Mittelungssignal (V A) durch einen zweiten A-D-Wandler (122) dem Schwellenwert-Vorgabeglied (131) zuführt.
einen mit dem Klopfsensor (100) verbundenen Peakhaltekreis (112), der das Peakhaltesignal (V P) durch einen ersten A-D-Wandler (121) dem Klopfbestimmungsglied (132) zuführt; und
ein mit dem Klopfsensor (100) verbundenes Mittelungsglied (113), das das Mittelungssignal (V A) durch einen zweiten A-D-Wandler (122) dem Schwellenwert-Vorgabeglied (131) zuführt.
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