DE69025915T2

DE69025915T2 - Anlage zur steuerung des klopfens einer maschine

Info

Publication number: DE69025915T2
Application number: DE69025915T
Authority: DE
Inventors: Koji Sakakibara; Hirohiko Yamada
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-10-03
Also published as: JPH03121269A; WO1991005160A1; US5134980A; JP2730215B2; EP0446376A4; DE69025915D1; EP0446376A1; EP0446376B1

Description

TECHNISCHER BEREICH:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klopferzeugungs- Steuerungssystein für Maschinen zur Steuerung eines Klopfsteuerungsfaktors (beispielsweise der Zündzeitpunkt, das Luft-/Brennstoffverhältnis, der Aufladungsdruck oder dergleichen) durch Erfassen eines in der Maschine erzeugten Klopfens, und insbesondere ein Klopfsteuerungssystem für Maschinen einschließlich der Einstellung eines Klopfentscheidungspegels.

STAND DER TECHNIK

Im allgemeinen wird ein Klopfentscheidungspegel VKD gebildet durch Multiplizieren eines mittleren Pegels eines Klopfsensorsignals mit einer Konstanten K. In einem derartigen Klopfsteuerungssystem besteht jedoch das Problem, daß der optimale Wert von K durch Herstellungsstreuung, Anderungen im Verlauf der Zeit und dergleichen und der Maschine, des Klopfsensors usw. Anderungen unterliegt, die es sehr schwierig machen, eine genaue Klopferfassung durchzuführen. Zur Lösung dieses Problems wurde bereits ein System vorgeschlagen, das der Tatsache Rechnung trägt, daß wie in Fig. 15 gezeigt die Hülle der Frequenzverteilungskennlinie (gestrichelte Linie) von Darstellungswerten eines Klopfsensorsignals bei Auftreten von Klopfen in Richtung eines Bereichs größerer Darstellungswerte des Klopfsensorsignals im Vergleich zur Frequenzverteilungskennlinie (durchgezogene Linie), wenn kein Klopfen erzeugt wird, verzerrt wird, und die zu einer automatischen Korrektur eines Klopfentscheidungspegels auf der Basis eines Verzerrungsgrads führt (beispielsweise eine Größenbeziehung zwischen der Fläche eines Bereichs (1) und derjenigen eines Bereichs (2) gemäß Fig. 15) (siehe beispielsweise Druckschrift JP-A-62-267574).
Werden jedoch die Bereiche (1) oder (4) gemäß Fig. 15 als Parameter zur Korrektur des Klopfentscheidungspegels wie im vorstehenden System verwendet, dann ist eine lange Zeit erforderlich, bevor eine ausreichende Menge von Daten zur Korrektur des Klopfentscheidungspegels erhalten wird, da die Wahrscheinlichkeit, daß ein Darstellungswert in einen der Bereiche (1) oder (4) fällt, klein ist. Insofern tritt das Problem auf, daß eine lange Zeit ablaufen wird, bevor der Klopfentscheidungspegel automatisch auf einen annehmbaren Pegel korrigiert wird, wobei im Ergebnis innerhalb dieser Zeit eine unangemessene Klopferfassung erzielt wird.
Ferner offenbart die Druckschrift US-A-4 711 212 ein Antiklopfsteuerungssystem zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zur Verhinderung eines Klopfens in Abhängigkeit von mittels eines Klopferfassungsgeräts erfaßten Klopfbedingungen auf der Basis eines Verteilungsmusters von Klopfintensitätswerten, die aus dem Ausgangssignal eines Klopfsensors abgeleitet werden. Das Klopferfassungsgerät leitet einen Klopfintensitätswert aus dem Ausgangssignal des Klopfsensors ab, das innerhalb eines vorbestimmten Maschinendrehwinkels bei einem bestimmten Intervall erzeugt wird, wobei eine Vielzahl von Klopfintensitätswerten erhalten wird, bestimmt ein Verteilungsmuster der Vielzahl der Klopfintensitätswerte auf der Basis der Ergebnisse eines Vergleichs zwischen der Frequenz, mit der der Klopfintensitätswert einen oberen Schwellenwert überschreitet und der Frequenz, mit der der Klopfintensitätswert einen unteren Schwellenwert unterschreitet, und erfaßt eine Klopfbedingung der Maschine in Abhängigkeit vom bestimmten Verteilungsmuster. Der niedrige Schwellenwert ist ein Wert entsprechend einem kumulativen Punkt, der niedriger als der kumulative 50%-Punkt einer kumulativen Verteilung ist, und der obere Schwellenwert ist ein Wert entsprechend einem kommulativen Punkt, der höher als der kumulative 50%-Punkt der kumulativen Verteilung ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung dient der Lösung des vorstehend genannten Problems, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereit zu stellen, das eine automatische Korrektur eines Klopfentscheidungspegels ermöglicht, so daß ein angemessener Pegel innerhalb einer kurzen Zeitdauer erreicht werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Klopfsteuerungssystem gemäß Patentanspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der weiteren abhängigen Patentansprüche.
Dabei ist anzumerken, daß der Wert des bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb einer Frequenzverteilung von logarithmischen Umwandlungswerten der Darstellungswerte auftretenden Werts, der nachstehend als kumulativer Prozentpunkt der Frequenzverteilung bezeichnet wird, einen Wert betrifft, der eine Position auf der Abszisse einer graphischen Darstellung zur Veranschaulichung des kumulativen Prozentsatzes der Frequenz des erzeugten Klopfens in der graphischen Darstellung einer Frequenzverteilungskennlinie repräsentiert.
Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem vorstehend angegebenen Aufbau wird ein in der Maschine auftretendes Klopfphänomen mittels des Klopfsensors erfaßt. Darstellungswerte V des Klopfsensorsignals, die wichtig für eine Klopferfassung sind, werden mittels der Darstellungswert-Erfassungseinrichtung erfaßt.
Demgegenüber wird in der Klopfintensitätsentscheidungspegel- Einstelleinrichtung ein Klopfentscheidungspegel VKD in Abhängigkeit von einer Menge SGM entsprechend einer mittels der Standardabweichungs-Erfassungseinrichtugn erfaßten Standardabweichung und einem Wert Vp eines kumulativen Prozentpunkts eingestellt, der durch eine Einrichtung zur Bestimmung eines Werts, der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb einer Frequenzverteilung von logarithmischen
Umwandlungswerten der Darstellungswerte auftritt, d.h., durch die Kumulativ-Prozentpunkt-Erfassungseinrichtung erfaßt wird.
Die Klopferzeugung wird mittels der Klopferfassungseinrichtung in Abhängigkeit von den Darstellungswerten V und dem Klopfentscheidungspegel VKD erfaßt. Ferner paßt die Anpassungseinrichtung den Klopfsteuerungsfaktor in Abhängigkeit von einem Klopferzeugungs-Erfassungssignal der Klopferfassungseinrichtung zur Unterdrückung des Erzeugens von Klopfen an.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus der Darstellungswert-Erfassungseinrichtung gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4, 7, 9, 11, 12, 14 und 16 sind Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des ersten Aus führungsbeispiels;
Fig. 17, 18, 20, 21, 22 und 23 sind Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5, 6, 10A bis 10D, 13A und 13B, 15, 19 und 24A bis 24C sind Kennliniendiagramme zur Veranschaulichung der Frequenzverteilung der Darstellungwerte; und
Fig. 8 ist ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der Maschine und dem Wert u.

BESTE MÖGLICHKEIT ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wurde, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 16 erläutert.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels.
In Fig. 2 bezeichnet 1 eine 4-Zylinder-Viertaktmaschine (nachstehend vereinfacht als Maschine bezeichnet), welcher insaugluft durch ein Ansaugrohr 2 über einen nicht gezeigten Luftreiniger und über einen Luftdurchflußmesser zugeführt wird. Die der Maschine 1 zugeführte Ansaugluftmenge wird mittels eines Drosselventils 3 angepaßt. 4 bezeichnet einen Verteiler einschließlich eines Referenzwinkelsensors 4a zur Erfassung eines Referenzkurbelwinkels (beispielsweise einen oberen Todpunkt) und einem Kurbelwinkelsensor 4b zur Erzeugung eines Ausgangssignals bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (Kurbelwellen-Drehwinkel) der Maschine 1. Eine Maschinengeschwindigkeit wird auf der Basis des vom Kurbelwinkelsensor 4b stammenden Signals mittels einer nachstehend noch beschriebenen elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 9 berechnet.
Mit 5 ist ein Klopfsensor als Klopferfassungseinrichtung zur piezoelektrischen (unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements) oder elektromagnetischen (unter Verwendung eines Magneten und einer Spule) Erfassung der Vibration eines Motorblocks entsprechend einem Klopfphänomen der Maschine 1 bezeichnet, und 6 bezeichnet einen Wassertemperatursensor zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Temperatur eines Kühlwassers der Maschine 1. Mit 7 ist eine Einspritzeinrichtung zur Einspritzung von Brennstoff in den Ansaugkrümmer in Abhängigkeit von einem Steuerungssignal der ECU 9 bezeichnet.
Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Darstellungswerterfassungseinrichtung zur Erfassung von Darstellungswerten V aus Ausgangssignalen des Klopfsensors 5 (d.h. den Klopfsensorsignalen). Gemäß Fig. 3 besteht die Darstellungswert-Erfassungseinrichtung 8 aus einer Filterschaltung 8a zum selektiven Herausgreifen lediglich einer Klopffrequenzkomponente des Klopfsensorsignals, einer Verstärkerschaltung 8b zur Verstärkung eines Signals der Filterschaltung 8a und einer Spitzenwerthalteschaltung 8c zur Erfassung eines Spitzenwert Vpeak des Klopfsensorsignals, das innerhalb eines vorbestimmten Kurbelwinkels auftritt, als Darstellungswert V. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Kurbelwinkel beispielsweise durch eine konstante Zeitdauer (eine Klopferfassungszeitdauer) definiert nach der Erzeugung eines Zündausgangssignals zur Verhinderung einer fehlerhaften Erfassung eines Klopfens in Folge von Geräuschen, da ein Klopfen lediglich während eines Verbrennungstakts erzeugt wird.
Wie im allgemeinen bekannt ist, besteht die elektronische Steuerungseinheit ECU 9 aus einer Zentraleinheit (CPU) 9a zur Durchführung unterschiedlicher Abläufe, einem Festwertspeicher (ROM) 9b, in welchem ein Steuerungsprogramm und dergleichen gespeichert sind, einem Schreib-/Lesespeicher (RAM) 9c zur zeitweiligen Speicherung von Prozessdaten und dergleichen, einem Analog-/Digitalwandler (ADC) 9d zur Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal, einem Eingangsanschluß 9e zur Eingabe der Sensorsignale der vorstehend angegebenen verschiedenen Sensoren in die ECU 9, einem Ausgangsanschluß 9f zur Ausgabe von Steuerungssignalen zu den vorstehend angegebenen verschiedenen Betätigungsgliedern, und einem Bus 9g zur jeweiligen Verbindung der vorstehend angegebenen Komponenten miteinander.
Die ECU 9 steuert die Zündzeitpunkte, eine Brennstoffeinspritzmenge und dergleichen in Abhängigkeit von den Signalen der verschiedenen Sensoren und einem Klopferzeugungszustand.
Die Erfassung eines Klopfens und die Einstellung eines Klopfentscheidungspegels VKD wird nachstehend auf der Basis der Ablaufdiagramme der Fig. 4, 7, 9, 11, 12 und 16 erläutert.
Der nachfolgende Ablauf (Routine, Prozeß) wird bei jedem Zyklus durchgeführt und wird unmittelbar nach dem Abfallen eines von der ECU 9 zur Spitzenwerthalteschaltung 8c abgegebenen Torsignals gestartet, d.h. ummittelbar nachdem die ECU 9 den Spitzenwert Vpeak eingelesen hat.
Gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ablaufdiagramm beginnt der Ablauf mit Schritt S00. In Schritt S01 wird der mittels der Spitzenwerthalteschaltung 8c ermittelte Spitzenwert Vpeak eingelesen.
In Schritt S02, der ein Korrekturschritt ist, wird der Spitzenwert Vpeak einer logarithmischen Umwandlung in Abhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung zur Erzielung des Ausdrucks lVpk unterworfen.
lVpk = A x log (Vpeak /a)
A = 64/log (4)
a = 4 ... (1)
wobei A und a Konstanten sind (die nachstehend noch im einzelnen beschrieben werden). Im nachfolgenden Schritt S03, der ein Klopfentscheidungspegel-Einstellschritt ist, wird ein Klopfentscheidungspegel VKD eingestellt (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden
Hierbei ist VKD ein Klopfentscheidungspegel, der bestimmt wird unter Verwendung einer graphischen Darstellung der Frequenzverteilung von lVpk, die die logarithmische Umsetzung der Darstellungwerte Vpeak repräsentiert. In Schritt S04 wird eine Klopferfassung durchgeführt. Gilt: lVpk ≥ VKD, dann wird auf das Auftreten eines Klopfens entschieden.
Die Zündzeitpunkte und dergleichen werden in einem Klopfsteuerungsbereich (beispielsweise in einem Hochlastbereich) in Abhängigkeit vom Erfassungergebnis gesteuert. In Schritt S05 wird eine Entscheidung durchgeführt, ob die Betriebsbedingung der Maschine speziellen Bedingungen entspricht. Diese spezielle Bedingung ist beispielsweise definiert durch eine oder eine Vielzahl der nachfolgenden Bedingungen:
(1) eine Belastung der Maschine ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert;
(2) eine Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehzahl) Ne ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs;
(3) eine Anderungsrate der Maschinenbelastung ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert; und
(4) ein Medianwert VMED der Verteilung von lVpk ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
Der Ablauf geht über zu Schritt S06, falls das Ergebnis von Schritt S05 JA ist, und geht über zu Schritt S07, falls das Ergebnis von Schritt S05 NEIN ist. In Schritt S06, der ein Standardabweichungserfassungsschritt ist, wird ein Wert (Standardabweichung) SGM entsprechend einer Standardabweichung der Frequenzverteilung (Normalverteilung) der logarithmischen Umwandlungswerte fvpk geändert (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden). In Schritt S07, der ein Erfassungsschritt für den kumulativen Prozentpunkt ist, wird ein kumulativer Prozentpunkt der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies ein 50%-Punkt, d.h. ein Medianwerü VMED) geändert (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden)
In Schritt S08 ist der Ablauf beendet.
Nachstehend wird nun die im vorstehend genannten Schritt S02 durchgeführte logarithmische Umwandlung erläutert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird für die Konstanten A und a in Gleichung (1) folgendes angenommen:
A = 64/log 4, und
a = 4
Dabei werden die Werte der Konstanten A und a unter der Annahme bestimmt, daß
(1) die gesamte logarithmische Normalverteilung (Fig. 5) des Spitzenwerts Vpeak, wenn überhaupt kein Klopfen auftritt (wobei das Verhältnis eines größeren Ausgangssignals zu einem kleineren Ausgangssignal etwa 4 ist) in 64 Teile aufgeteilt wird; und
(2) ein durch A/D-Wandlung durch den ADC 9d erhaltenen 10-Bit-Spitzenwert Vpeak auf 8-Bit-Daten komprimiert wird, so das die Daten auf einfache Weise unter Verwendung einer 4- Bit- oder 8-Bit-CPU verarbeitet werden können.
Nachfolgend werden nun die Gleichungen hergeleitet, die die vorstehenden beiden Bedingungen erfüllen.
Eine wie in Fig. 5 gezeigte logarithmische Normalverteilung wird in eine Normalverteilung umgewandelt, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Es wird dabei folgendes angenommen.
lVL = A x log (VL/a) ... (2)
lVH = A x log (VH/a) ... (3)
Zur Aufteilung der gesamten Verteilung in 64 Teile ist es zuerst erforderlich, das die folgende Beziehung erfüllt ist.
lVH - lVL 64 ... (4)
Ferner gilt
VH = 4 x VL ... (5)
Aus den vorstehend angegebenen Gleichungen (2) bis (5) werden somit die folgenden Beziehungen erhalten:
A x log 4 = 64
A = 64/log 4
Sodann sollten zur Umwandlung des Maximalwerts 2¹&sup0; für einen 10-Bit-A/D-Umwandlungswert und zur entsprechenden Erzielung des Maximalwerts 2&sup8; der 8-Bit-Daten die folgenden Beziehungen erßüllt sein:
2&sup8; = A x log (2¹&sup0;/a)
a = 1024/exp(256/A) = 4
Entsprechend erfüllt eine logarithmische Umwandlungsgleichung die vorstehend genannten Bedingungen wie folgt:
lV = 64/log (4) x log (V/4)
(Es ist dabei nicht unbedingt notwendig, die Konstanten A und a jeweils derart zu bestimmen, daß sie die vorstehend angegebenen Werte annehmen.)
Gemäß dem Stand der Technik erfordert eine direkte logarithmische Umwandlung unter Verwendung der CPU 9a eine längere Zeit und ist daher bei einer praktischen Steuerung oder Regelung nicht anwendbar. Bei einer praktischen Steuerung ist es daher wünschenswert, daß die logarithmischen Umwandlungswerte lVpk entsprechend den Spitzenwerten Vpeak zuvor berechnet und im Festwertspeicher ROM 9b gespeichert werden, wobei sodann die gespeicherten berechneten Werte sequenziell aus dem Festwertspeicher ROM 9b ausgelesen werden können. Ferner kann in dem Falle, daß der Spitzenwert Vpeak nicht kleiner als 2&sup8; ist, der Spitzenwert Vpeak, der nicht kleiner als 2&sup8; ist, durch Lesen eines logarithmischen Umwandlungswerts lVpk entsprechend dem Wert von einem Viertel des Spitzenwerts Vpeak aus dem Festwertspeicher ROM 9b und der Addition von 64 zu dem ausgelesenen Wert bestimmt werden. Daher reichen 28 (= 256) Bytes als im Festwertspeicher ROM 9b zu speichernde Daten aus.
Die Einstellung des Klopfentscheidungspegels in Schritt S03, wie in Fig. 4 gezeigt, wird auf der Basis eines Ablaufdiagramms von Fig. 7 erläutert. Dieser Ablauf beginnt mit Schritt S030. In Schritt S031 wird eine Maschinengeschwindigkeit Ne einer logarithmischen Umwandlung unterworfen. Die Art der logarithmischen Umwandlung in Schritt S031 ist dieselbe wie diejenige von Schritt S02 gemäß Fig. 4. In Schritt S032 wird eine Abweichung dlNe zwischen dem logarithmischen Umwandlungswert lNe einer Maschinengeschwindigkeit Ne zu den gegenwärtigen Steuerungszeiten und dem logarithmischen Umwandlungswert lNe0 einer Maschinengeschwindigkeit Ne zu den vorhergehenden Steuerungszeiten erhalten. Im nachfolgenden Schritt S033 wird der gegenwärtige logarithmische Umwandlungswert lNe gespeichert, so daß er bei den nächsten Steuerungszeiten als vorhergehender logarithmischer Umwandlungswert lNe0 verwendet wird. In Schritt S034 wird ein Mittelwert VMALL von logarithmischen Umwandlungswerten lVpk des Spitzenwerts Vpeak für alle Maschinenzylinder in Abhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung korrigiert, wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden:
VMALL E VMALL + β x dlNe
wobei β eine Konstante mit dem Wert von etwa 2 ist und der Mittelwert VMALL mit jeder Steuerungszeit des in Fig. 4 gezeigten Schritts S07 geändert wird.
Im nachfolgenden Schritt S035 wird ein Medianwert VMED in Abnhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung korrigiert.
VMED E VMALL + dVMED
Wobei DVMED eine Abweichung zwischen einem Medianwert VMED für jeden Zylinder und dem Mittelwert VMALL ist. Diese Abweichung DVMED wird bei jeder Steuerungszeit des in Fig. 4 gezeigten Schritts S07 geändert.
In Schritt S036 wird in Abhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung ein Klopfentscheidungspegel VKD eingestellt:
VKD E u x SGM + VMED
wobei VKD ein unter Verwendung einer graphischen Darstellung der Frequenzverteilung von (Vpk zur Darstellung der logarithmischen Umwandlung der Darstellungswerte Vpeak erhaltener Klopfentscheidungspegel ist, u ein Wert ist, der in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit Ne eingestellt ist (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden), SGM ein Wert entsprechend einer Standardabweichung in der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk ist, und VMED ein Medianwert in der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk ist. In Schritt S037 endet der Ablauf des Programms.
Nachstehend wird nun die Korrektur des Mittelwerts VMALL gemäß dem in Fig. 7 gezeigten Schritt S034 erläutert.
Die betreffenden Erfinder haben mit verschiedenen Maschinen Experimente durchgeführt und haben ermittelt, das ein Medianwert VMED in der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk der Spitzenwerte Vpeak durch die folgende Gleichung gegeben ist:
VMED V&sub0; x (Ne)β
wobei V&sub0; und β durch die Maschine bestimmte Konstanten sind, wie beispielsweise ein Zylinder, ein Klopfsensor usw., β den Wert von etwa 1,5 bis 2,5 aufweist und Ne die Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehzahl) ist.
Es wird nun angenommen, daß sich die Maschinengeschwindigkeit Ne mit einer Ahstiegsrate von αRPM/sek vergrößert. Eine Abstiegsrate dVMED/dn des Medianwerts VMED pro Zyklus (n: die Anzahl der Zyklen) wird wie folgt angegeben:
dVMED/dn = dVMED/dNe dNe/dt dt/dn = V&sub0; β (Ne)β-1 α 120/Ne
Nimmt man β zu 2 an, dann ergibt sich
dVMED/dn = 240 α V&sub0;
Dabei kann die Nachfolge-Verzögerung eines Mittelwerts VMALL zum Zeitpunkt des Übergangs verhindert werden, indem lediglich der Wert 240 α V&sub0; zu dem Mittelwert VMALL bei jedem Zyklus addiert wird.
Da jedoch V&sub0; in erheblichem Umfang mit jeder Maschine, jedem Zylinder, einem Klopfsensor, usw. unterschiedlich ist, gibt es keinen Additionswert, der alle Kombinationen derartiger Bedingungen erfüllt. Daher ist es entsprechend schwierig, den Mittelwert VMALL in Abhängigkeit von der Anstiegsrate α in geeigneter Weise zu korrigieren.
Der Einfluß von V&sub0; kann durch Unterwerfen der Spitzenwerte Vpeak und einer Maschinengeschwindigkeit Ne unter eine logarithmische Umwandlung beseitigt werden. Genauer gesagt, beide Seiten der vorstehend angegebenen Gleichung VMED = V&sub0; x (Ne)βwerden einer logarithmischen Umwandlung unterzogen. Es ergibt sich dann:
lVMED = A x log (VMED/a)
= A x log [V&sub0; x (Ne)β /a]
= A x {log V&sub0; + (β-1) log a} + β x A x log [Ne/a]
Unter Verwendung der Gleichung (1) zur Darstellung der logarithmischen Umwandlungswerte von durch lx, ergibt sich
lVMED = A x {log V&sub0; + (β-1) log a} + βlNe
Da der erste Ausdruck auf der rechten Seite der vorstehenden Gleichung ein konstanter Ausdruck ist, führt eine Differentiation beider Seiten nach n zur folgenden Gleichung:
dlVMED/dn = β x dlNe/dn
Somit kann der Mittelwert VMALL ohne Beachtung des Werts V korrigiert werden, falls eine Ahstiegsrate der logarithmischen Umwandlung von VMED durch Erfassung von dl Ne/dn zu jedem Zyklus oder zu jedem Zündzeitpunkt erhalten wird, wobei β x dfNe/dn berechnet wird.
Nachfolgend wird die in Schritt S036 gemäß Fig. 7 durchgeführte Einstellung des Klopfentscheidungspegels erläutert.
Es wird nun ein Weg oder ein Voreilungs-/Nacheilungsbetrag als eine Nacheilung von 1ºCA (Kurbelwinkel) bei einem Klopfen und eine Voreilulng von 1ºCA in einer Sekunde bei fehlendem Klopfen angenommen. Entsprechend dieser Annahme einer oreilung/Nacheilung wird die Frequenz der Klopferfassung, bei der die Voreilung/Nacheilung stabilisiert ist, zu einmal pro Sekunde, wenn kein Klopfen erzeugt wurde. Wird der Klopfentscheidungspegel VKD derart eingestellt, daß die Frequenz der Klopfentscheidung einmal pro Sekunde ist, dann wird der Zündzeitpunkt als im wesentlichen konstant gesteuert, da der Nacheilungsbetrag R gegen einen konstanten Wert konvergiert.
Das maximale Drehmoment der Maschine wird jedoch in einem Bereich erhalten, in dem eine bestimmte Anzahl von Klopfereignissen erzeugt wird. Es ist daher erforderlich, eine Steuerung derart durchzuführen, daß der Zündzeitpunkt immer in einem voreilenden Zustand ist, wenn kein Klopfen erzeugt wird.
Es ist daher wünschenswert, daß eine Klopfentscheidungsfrequenz derart eingestellt wird, daß sie niedriger als die vorstehend genannte Klopfentscheidungsfrequenz ist, bei welcher die Voreilung/Nacheilung stabilisiert ist.
Unter der Annahme, daß die Klopfentscheidungsfrequenz im Falle einer 4-Zylinder-Maschine einmal in vier Sekunden ist, kann eine Klopfentscheidungswahrscheinlichkeit PK, d.h. eine Wahrscheinlichkeit zur Durchführung einer Klopferkennung pro Verbrennungszyklus und pro Zylinder wie nachfolgend dargestellt werden.
PK = 120/Ne x 1/4 x 1/4
Beträgt die Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehzahl) Ne 2000 U/min, dann gilt PK = 0.00375, und als Wert von u für diese Klopfentscheidungswahrscheinlichkeit Pk kann u = 2,67 aus einer Normalverteilungstabelle abgeleitet werden. Ist ferner die Maschinengeschwindigkeit Ne 4000 U/min, dann können PK = 0.001875 und u = 2,90 abgeleitet werden. Fig. 8 eigt ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen der Maschinengeschwindigkeit Ne und dem Wert von u. Hierbei bezeichnet der Parameter T eine Zeitdauer, während der ein Klopfen erfaßt wird. Wie aus dem Kennliniendiagramm von Fig. 8 klar ersichtich ist, wird der Wert von u mit sich vergrößernder Maschinengeschwindigkeit Ne größer, wenn die Klopferfassungsfrequenz konstant ist (d.h., wenn T konstant ist).
Es ist üblicherweise möglich, die Klopferfassungsfrequenz eindeutig einzustellen, da der Weg oder der Voreilungs/Nacheilungsbetrag konstant ist. Es ist daher wünschenswert, das die der Maschinengeschwindigkeit Ne entsprechenden Werte von u zuvor aus der Normalverteilungstabelle erhalten und im Festwertspeicher ROM 9b gespeichert werden, und es werden sodann die den Maschinengeschwindigkeiten Ne entsprechenden Werte von u seguentiell aus dem Festwertspeicher ROM 9b ausgelesen. Da ferner nur auf schwierige Weise unter schwacher Last ein Klopfen auftreten kann, kann der Wert von u unter schwacher Last durch Erfassen der Belastung der Maschine 1 groß gemacht werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wert von u derart eingestellt, daß sich eine vorbestimmte Klopferfassungsfrequenz (beispielsweise T = 4) ergibt. Zur Durchführung einer Steuerung in der Weise, das der Zündzeitpunkt bei fehlendem Klopfen immer im voreilenden Zustand ist, kann jedoch der Wert von u auf einen Wert größer als der durch die Kennlinie gemäß Fig. 8 für T = 1 vorgegebenen Wert eingestellt werden, beispielsweise in dem Falle des vorstehend angegebenen Wegs der Voreilung/Nacheilung.
Nachstehend werden nun Einzelheiten der Klopfentscheidung in Schritt S04 gemäß Fig. 4 auf der Basis eines in Fig. 9 gezeigten Ablaufdiagramms erläutert.
Der Ablauf beginnt mit Schritt S040. In Schritt S041 beginnt wird zuerst eine Klopfentscheidung in Abhängigkeit von einem logarithmischen Umwandlungswert lVpk- eines Spitzenwerts Vpeak durchgeführt. Genauer gesagt wird eine Entscheidung im Hinblick auf die Erzeugung von Klopfen getroffen, wenn die nachfolgende Gleichung erfüllt ist:
lVpk ≥ VKD
Der Ablauf geht zu Schritt S042 über, wenn ein Klopfen erzeugt wird, während der Ablauf zu Schritt S049 übergeht, wenn kein Klopfen auftritt.
In den Schritten S042 bis S046 wird ein Nacheilungsbetrag R in Abhängigkeit von der Größe des logarithmischen Umwandlungswerts lVpk berechnet. Im Schritt S042 wird zuerst eine Entscheidung getroffen, ob der logarithmische Umwandlungswert lVpk die folgende Gleichung erfüllt:
lVpk ≥ VKD + SGM
Wird diese Gleichung nicht erfüllt, dann wird in Schritt S046 der Nacheilungsbetrag R derart eingestellt, daß er um einen vorbestimmten Wert ΔR vergrößert wird. Der vorbestimmte Wert ΔR kann gemäß dem vorstehend angegebenen Weg der Voreilung/Verzögerung ermittelt werden. Im Falle des vorstehend angegebenen Wegs, wird ΔR = 1º CA erhalten.
Wird in Schritt S042 die vorstehend angegebene Gleichung erfüllt, dann geht der Ablauf zu Schritt S043 über.
In Schritt S043 wird entschieden, ob der logarithmische Umwandlungswert lVpk die nachfolgende Gleichung erfüllt:
lVpk ≥ VDK + 2 x SGM
Wird diese Gleichung nicht erfüllt, dann wird der Nacheilungsbetrag R in Schritt S045 derart eingestellt, daß er um einen vorbestimmten Wert von 2 x ΔR vergrößert wird.
Wird die vorstehende Gleichung in Schritt S043 erfüllt, dann wird der Nacheilungsbetrag B in Schritt S044 derart eingestellt, daß er durch einen vorbestimmten Wert von 3 x ΔR vergrößert wird.
In den Schritten S047 und S048 werden Erhaltungsmaßnahmen bezüglich des Nacheilungsbetrags R durchgeführt. In Schritt S047 wird zuerst entschieden, ob der in den Schritten S044, S045 oder S046 eingestellte Nacheilungsbetrag R größer als ein oberer Grenzwert Rmax ist. Hierbei ist der obere Grenzwert Rmax ein in Abhängigkeit vom Zustand der Maschine eingestellter Wert. Ist der Nacheilungsbetrag R größer als der obere Grenzwert Rmax, dann wird der Nacheilungsbetrag R in Schritt S048 erneut eingestellt, nunmehr auf den oberen Grenzwert Rmax.
Wird in Schritt S047 ermittelt, daß der Nacheilungsbetrag R kleiner als der obere Grenzwert Rmax ist, dann geht der Ablauf zu Schritt S049 über. In Schritt S049 wird entschieden, ob eine vorbestimmte Zeitdauer Tad abgelaufen ist. Hierbei ist die vorbestimmte Zeitdauer Tad eine Zeitdauer, die zur Bildung einer Voreilung erforderlich ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Tad beispielsweise zu einer Sekunde gewählt. Ist die vorbestimmte Zeitdauer Tad abgelaufen, dann wird in Schritt S04A der Nacheilungsbetrag R derart eingestellt, daß er um den vorbestimmten Wert ΔR vermindert wird.
In den nachfolgenden Schritten S04B und S04C werden Erhaltungsmaßnahmen bezüglich des Nacheilungsbetrags R durchgeführt. In Schritt S04B wird zuerst eine Entscheidung getroffen, ob der Nacheilungsbetrag R kleiner als ein unterer Grenzwert Rmin ist. In gleicher Weise wie die oberen Grenzwerte Rmax ist der untere Grenzwert Rmin ein in Abhängigkeit vom Zustand der Maschine eingestellter Wert. Ist der Nacheilungsbetrag R kleiner als der untere Grenzwert Rmin, dann wird der Nacheilungsbetrag R in Schritt S04C erneut auf den unteren Grenzwert Rmin eingestellt.
Auf diese Weise wird die Durchführung des Klopfentscheidungsablaufs vollendet.
Unter Berücksichtigung der Steuerbarkeit ist es voteilhaft, daß der Nacheilungsbetrag R in dem Falle, daß ein Klopfen konzentriert in einem oder zwei Zylindern auftritt, größer eingestellt wird, als in dem Falle, in dem ein Klopfen statistisch verteilt in einer Vielzahl von Zylindern auftritt. Beispielsweise wird ein Zylinder, in welchem ein Klopfen aufgetreten ist, gespeichert und ein vorbestimmter Wert von 2 x ΔR wird zum Nacheilungsbetrag R addiert zur Bildung einer vergrößerten Nacheilung, wenn ein Klopfen nachfolgend im selben Zylinder auftritt.
Nachstehend wird nun der Ablauf gemäß dem in Fig. 9 gezeigten Schritt S042 erläutert, bei welchem ein Nacheilungsbetrag R geändert wird in Abhängigkeit davon, ob ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk größer als die Summe aus dem Klopfentscheidungspegel VKD und einer Standardabweichung SGM ist.
In den Figuren 10A und 10B ist die Verteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk eine Normalverteilung, die mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, wenn kein Klopfen erzeugt wird, und die entsprechende Verteilung im Falle des Auftretens von Klopfen (insbesondere in dem Fall eines gemischten Auftretens eines Zyklusses, in welchem kein Klopfen auftritt und einem Zyklus, in welchem ein Klopfen auftritt) wird auf der Seite höherer Ausgangssignale verzerrt, wie es durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Auch in dem Falle eines Klopferzeugungszustandes derselben Art einer verzerrten Verteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk ist der Verzerrungsgrad in dem Falle, daß eine Standardabweichung SGM der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk wie in Fig. 10B gezeigt groß ist, wenn kein Klopfen erzeugt wird, vergrößert im Vergleich mit demjenigen in dem Fall, daß die vorstehend genannte Standardabweichung SGM wie in Fig. 10A gezeigt ist, klein ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß lVpk in den verzerrten Bereich fällt, ist jedoch dieselbe. Es wird dabei vorausgeschickt, daß der zur Bewertung der Intensität des Klopfens verwendete Entscheidungspegel beispielsweise durch den Ausdruck VKD'l = VKD + k (wobei k eine Konstante ist) angegeben ist im Vergleich zum grundsätzlichen Entscheidungspegel VKD, wobei ein Problem derart auftritt, daß die Wahrscheinlichkeit des Überschreitens des Klopfentscheidungspegels VKD durch die logarithmischen Umwandlungswerte (Vpk unterschiedliche Werte trotz gleicher Klopferzeugungsbedingungen annehmen kann. Da die vorliegende Beschreibung auf der Basis der logarithmischen Achse der Fig. 10A und 10B erfolgt ist, wird die Konstante k addiert. Im Falle einer Realzahlenachse als Basis wird der Klopfentscheidungspegel VKD mit der Konstanten k multipliziert. Im einzelnen ist der Entscheidungspegel VKD'l zur Bewertung der Klopfintensität ebenfalls eine Multiplikation des grundsätzlichen Entscheidungspegels VKD mit einer Konstanten. Daher kann auch bei einem optimalen Wert des grundsätzlichen Entscheidungspegels eine genaue Entscheidung der Klopfintensität nicht durchgeführt werden. Wird demgegenüber ein Klopfintensitätsentscheldungspegel unter Verwendung der Standardabweichung SGM gemäß den Figuren 10C und 10D durch VKD'2 = VKD + SGM dargestellt, dann ist es möglich, einen Klopfintensitätsentscheidungspegel VKD'2 einzustellen, der mit dem Verteilungsmuster übereinstimmt. Dabei kann die Wahrscheinlichkeit, daß die logarithmischen Umwandlungswerte lVpk den Klopfintensitätsentscheidungspegel VKD'2 überschreiten, für jedes Verteilungsmuster identisch gemacht werden.
Nachstehend wird nun die Anderung oder Erneuerung der Standardabweichung SGM gemäß Schritt S06 von Fig. 4 auf der Basis eines in Fig. 11 gezeigten Ablaufdiagramms erläutert.
Der Ablauf beginnt mit Schritt S060. In Schritt S061 wird eine Entscheidung getroffen, ob ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk innerhalb eines Bereichs zwischen VMED - SGM und VMED fällt.
Der Ablauf geht über zu Schritt S062, wenn die vorstehende Bedingung erfüllt ist, während der Ablauf zu Schritt S063 übergeht, wenn die vorstehende Bedingung nicht erfüllt ist.
In Schritt S062 wird die Standardabweichung SGM in Abhängigkeit von der folgenden Gleichung geändert.
SGM E SGM - 2 x dsgm
wobei dsgm eine Änderungsmenge der Standardabweichung SGM ist und in Abhängigkeit von einer Anderung des Zustands der Maschine eingestellt wird. Ist beispielsweise die Abweichung dfne eines logarithmischen Umwandlungswerts lNe einer Maschinengeschwindigkeit Ne groß, dann wird die Anderungsmenge dsgm auf einen großen Wert eingestellt. Tritt ferner eine große Anderung der Maschinenbelastung auf, dann wird die Anderungsmenge dsgm ebenfalls auf einen großen Wert eingestellt.
In Schritt S063 wird die Standardabweichung SGM in Abhängigkeit von der folgenden Gleichung geändert
SGM E SGM + dsgm
Auf diese Weise wird der Änderungsablauf der Standardabweichung SGM vollendet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anderung der Standardabweichung SGM wird auf der Basis eines in Fig. 12 gezeigten Ablaufdiagramms erläutert.
Der Ablauf beginnt mit Schritt S065. In Schritt S066 wird entschieden, ob ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk innerhalb eines Bereichs zwischen VMED - SGN und VMED + SGM liegt. Der Ablauf geht zu Schritt S067 über, wenn die vorstehende Bedingung erfüllt ist, und geht zu Schritt S068 über, wenn die vorstehende Bedingung nicht erfüllt ist.
In Schritt S067 wird die Standardabweichung SGM gemäß der nachfolgenden Gleichung geändert:
SGN E SGM - dsgm
In Schritt S068 wird die Standardabweichung SGM gemäß der nachfolgenden Gleichung geändert:
SGN E SGM + 2 x dsgm
Auf diese Weise wird der Anderungsablauf der Standardabweichung SGM gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel vollendet.
Es wird nun eine Erklärung hinsichtlich der Gründe, warum die Standardabweichung SGM gemäß dem vorstehenden Ablauf erhalten wird, angegeben.
Wird nun gemäß Fig. 13A angenommen, daß die Wahrscheinlichkeit, daß ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk in den (schraffierten) Bereich von VMED - SGM bis VMED fällt, durch PS angegeben ist, dann ergibt sich
-PS x 2 x dsgm + (1 - PS) x dsgm = 0
PS = 1/3
aus einem Punkt, bei dem die Standardabweichung SGM gemäß dem Ablauf entsprechend dem in Fig. 11 gezeigten Ablaufdiagramm stabilisiert ist. Wird ein Wert von u entsprechend dieser Standardabweichung SGM aus der Normalverteilungstabelle erhalten, dann erhält man u ÷ 0,97, das im wesentlichen gleich der Standardabweichung (u = 1,0) ist.
Wird in gleicher Weise gemäß Fig. 135 angenommen, daß die Wahrscheinlichkeit, daß ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk in den (schraffierten) Bereich von VMED - SGM bis VMED + SGM fällt, durch PS angegeben ist, dann ergibt sich
-PS x dsgm + (1 - PS) x 2 x dsgm = 0
PS = 2/3
aus einem Punkt, bei dem die Standardabweichung SGM gemäß dem Ablauf des in Fig. 11 gezeigten Ablaufdiagramms stabilisiert ist. Wird der Wert von u entsprechend dieser Standardabweichung SGM aus der Normalverteilungstabelle erhalten, dann wird ein Wert erhalten, der im wesentlichen gleich der Standardabweichung ist.
Somit kann die Standardabweichung SGM auf einfache Weise durch einen Ablauf gemäß dem Ablaufdiagrammen der Fig. 11 oder 12 erhalten werden.
Der Ablauf ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Abläufe beschränkt. Beispielsweise kann Schritt S062 von Fig. 11 gemäß der folgenden Gleichung abgeändert werden:
SGM E SGM - 3 x dsgm.
Somit ergibt sich in diesem Fall PS = 1/4 und es ergibt sich ferner u = 0,67. Im Ergebnis wird eine durch die vorstehende Gleichung erhaltene Standardabweichung SGM einen Wert haben, der 0,67-mal größer ist als derjenige der tatsächlichen Standardabweichung.
Wird somit die Balance der Menge einer Vergrößerung und einer Verkleinerung der Standardabweichung oder die Einfachheit des Ablaufs berücksichtigt, dann sind die in den Fig. 11 oder 12 gezeigten Abläufe vorzuziehen.
Nachstehend wird die Erneuerung eines Medianwerts VMED gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Schritt S07 auf der Basis des in Fig. 14 gezeigten Ablaufdiagramms erläutert.
Der Ablauf beginnt mit Schritt S070. In Schritt S071 wird entschieden, ob ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk größer als der Medianwert VMED ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S072, falls gilt lVpk > VMED, während der Ablauf zu Schritt S073 übergeht, falls gilt lVpk ≤ VMED.
In Schritt S072 wird die Verarbeitung dVMED E dVMED + dVm durchgeführt. Der Ablauf geht sodann zu Schritt S075 über. Hierbei bezeichnet dVm eine Anderungsmenge für die Abweichung dVMED. In Schritt S073 wird entschieden, ob ein logarithmischer Umwandiungswert lVpk kleiner als der Medianwert ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S074, falls gilt lVpk < VMED, während der Ablauf zu Schritt S075 übergeht, wenn gilt lVpk ≥ VMED. In Schritt S074 wird die verarbeitung dVMED E dVMED - dVm durchgeführt. In Schritt S075 wird die Verarbeitung VMALL E VMALL + (lVpk - VMALL)/Ns durchgeführt. Hierbei ist Ns eine Konstante, die in Abhängigkeit von einer Anderung des Zustands der Maschine eingestellt wird. Ist beispielsweise die Abweichung dlNe eines logarithmischen Umwandlungswerts einer Maschinengeschwindigkeit groß, dann wird die Konstante Ns auf einen kleinen Wert gesetzt. Es ist ferner wirksam, den Wert der Konstanten Ns lediglich dann während einer vorbestimmten Zeitdauer zu vermindern, nachdem eine Last oder die Anderungsrate einer Last eine vorbestimmte Bedingung (beispielsweise eine starke Belastung oder eine starke Belastungsänderungsrate) erfüllt.
Der vorstehend beschriebene Ablauf hat die folgenden Wirkungen.
Da der Klopfintensitätswert einer logarithmischen Umwandlung unterworfen wird, so daß ein Signal vom Klopfsensor eine Normalverteilung aufweist, und ein Klopfentscheidungspegel auf der Basis des Medianwerts und der Standardabweichung bestimmt wird, ist es möglich, eine genaue Klopfentscheidung ohne Einfluß einer Anderung in der Verteilung infolge einer Anderung jeder Maschine, jedes Zylinders, eines Klopfsensors usw. durchzuführen.
Da ferner der Medianwert und die Standardabweichung mit jedem Zyklus geändert werden, ist eine schnelle Einstellung eines geeigneten Klopfentscheidungspegels möglich.
Dabei können 10-Bit-Daten in 8-Bit-Daten komprimiert werden, indem der Klopfintensitätswert einer logarithmischen Umwandlung in Abhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung unterworfen wird.
lV = A x log [V/a]
Somit kann die Verarbeitung der Daten unter Verwendung einer 4-Bit- oder 8-Bit-Zentraleinheit CPU vereinfacht werden.
Da eine Maschinenbedingung einer logarithmischen Umwandlung unterworfen wird und ein Klopfentscheidungspegel in Abhängigkeit vom Ergebnis der logarithmischen Umwandlung korrigiert wird, ist es möglich, eine Verzögerung in der Folgesteuerung eines Klopfentscheidungspegels zum Zeitpunkt eines Übergangs zu verhindern.
Da ferner der Ablauf unter Verwendung einer logarithmischen Verarbeitung durchgeführt wird, so daß es möglich ist, eine Multiplikation als Addition auszuführen und einen Exponenten als Multiplikation auszuführen, kann die Belastung der Zentraleinheit CPU vermindert werden. Da ferner bezüglich der Einstellung eines Klopfentscheidungspegels VKD der Wert u derart eingestellt wird, daß die Klopfentscheidungswahrscheinlichkeit konstant wird, unabhängig vom Zustand der Maschine, wenn kein Klopfen erzeugt wird, ist es nicht erforderlich, einen geeigneten Wert K im voraus zu bestimmen, wie dies beim Stand der Technik durchgeführt wird.
Die nachfolgenden Abläufe können dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden.
(1) Befindet sich die Maschine in einem vorbestimmten Zustand, dann werden ein Medianwert VMED und eine Standardabweichung SGM für einen bestimmten Zylinder oder für alle Zylinder korrigiert.
Dieser Ablauf ermöglicht die Erfassung eines Falls, bei dem ein Medianwert VMED und eine Standardabweichung SGM sich nur in einem bestimmten Zustand der Maschine erheblich ändern im Vergleich zum anderen Zustand der Maschine. Als ein Beispiel wird der Fall angenommen, daß eine Standardabweichung SGM des Maschinenzylinders Nr 3 bei einem Zustand von Ne = 3000 U/min extrem groß ist im Vergleich mit dem anderen Zustand oder mit den anderen Zylindern. In diesem Falle ist es möglich, auch wenn die Standardabweichung SGM bei jedem Zyklus geändert wird, daß eine Verzögerung in der Folgesteuerung entsprechend einer Betriebsbedingung auftreten kann. Zur Lösung eines derartigen Problems wird beispielsweise die nachfolgende Korrektur durchgeführt. Dabei wird im einzelnen die Standardabweichung SGM in Schritt S036 von Fig. 7, in Schritt S061 von Fig. 11 und in Schritt S066 von Fig. 12 in Abhängigkeit von der nachfolgenden Gleichung korrigiert:
SGM E SGM + SCMT
wobei SGMT ein Korrekturausdruck für die Standardabweichung SGM ist, und der im Festwertspeicher ROM 9b in Verbindung mit den logarithmischen Umwandlungswerten lNe der Maschinengeschwindigkeit gespeichert wird. Im Falle des vorstehenden Beispiels wird eine Differenz zwischen einer extrem großen Standardabweichung SGM und einer normalen Standardabweichung SGM, d.h. ein Korrekturausdruck SGTM an einer Stelle im Festwertspeicher ROM 9b entsprechend der Nachbarschaft von Ne = 3000 U/min gespeichert. Wird hierbei ein Korrekturausdruck SGMT für die andere Bedingung oder die anderen Zylinder zu 0 gemacht, dann wird kein nachteiliger Einfluß ausgeübt. Somit ist es möglich, eine Verzögerung in der Folgesteuerung der Standardabweichung SGM vom Auftreten zu einem Zeitpunkt eines Übergangs zu verhindern und ferner zu verhindern, daß die Standardabweichung SGM unter gleichmäßigen Betriebsbedingungen bei Ne = 3000 U/min extrem groß wird im Vergleich zu derjenigen unter anderen Bedingungen. Im Rahmen der vorstehenden Beschreibung wurde eine Standardabweichung SGM als Beispiel herangezogen. Eine gleichartige Verarbeitung kann jedoch auch im Falle des Medianwerts VMED angewendet werden.
(2). Die Standardabweichung SGM wird in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit korrigiert, daß ein logarithmischer Umwandlungswert lVpk innerhalb von einem der in Fig. 15 gezeigten Bereich liegt, die in Abhängigkeit vom Medianwert VMED und der Standardabweichung SGM aufgeteilt wurden. Wird die Standardabweichung SGM in Abhängigkeit von dem in Fig. 12 gezeigten Ablaufdiagramm geändert, dann kann die Verteilung der logarithmischen Umwandlungswerte lVpk in die in Fig. 15 gezeigten Bereiche (1), (2), (3) und (4) in Abhängigkeit vom Medianwert VMED und der Standardabweichung SGM aufgeteilt werden. Es wird dabei angenommen, daß die Wahrscheinlichkeiten für die logarithmischen Umwandlungswerte lVpk, in die Bereiche (1), (2), (3) und (4) zu fallen, durch P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; angegeben sind.
Tritt kein Klopfen auf, dann gilt P&sub1; = P&sub4; 1/6 und P&sub2; = P&sub3; = 1/3. Wird jedoch ein Klopfen erzeugt, so daß die Frequenzverteilung von lVpk gemäß der gestrichelten Linie verzerrt wird, dann wird P&sub3; um einen Wert entsprechend dem schraffierten Bereich vermindert, so daß P&sub3; < 1/3 gilt. Es tritt sodann ein Phänomen auf, daß die Standardabweichung SGM größer als ein erforderlicher Wert gemacht wird, zur Erfüllung der Beziehung P&sub2; + P&sub3; = 2/3. Dieses Problem kann gelöst werden durch Erfassen des Auftretens dieses Phänomens und Korrektur der Standardabweichung SGM in einer Richtung der Verminderung ihres Werts. Tritt dieses Phänomen auf, dann gilt nicht nur die Beziehung P&sub3; < 1/3, sondern es ergeben sich auch die nachfolgenden Ergebnisse. Im einzelnen wird die Standardabweichung SGM groß, so daß gilt Pl < 1/6 und P&sub2; > 1/3. Da ferner gilt P&sub3; + P&sub4; = 1/2, ergibt sich somit P&sub4; > 1/6. Wird daher das vorstehend genannte Phänomen unter Verwendung eines Merkmals oder einer Kombination dieser Merkmale er fast, dann kann die Standardabweichung SGM in einer Richtung korrigiert werden, in der sie kleiner wird.
Beispielsweise wird der folgende Ablauf durchgeführt. Die Standardabweichung SGM wird vergrößert durch dsgm, denn die logarithmischen Umwandlungswerte lVpk in den Bereich (1) fallen, sie wird vermindert durch dsgm, wenn die Werte ffvpk in den Bereich (2) gefallen sind, und sie wird durch den Wert dsgm vergrößert, wenn die Werte lVpk in den Bereich (3) gefallen sind, und wird alle sechs Zyklen durch dsgm vermindert. Wird nun angenommen, daß die Wahrscheinlichkeiten für die logarithmischen Umwandlungswerte lVpk in die Bereiche (1) und (4) zu fallen, jeweils durch Pe und Ph angegeben sind, dann wird ein Erwartungswert ds einer Mengenänderung der Standardweichung SGM pro Zyklus gemäß der nachfolgenden Gleichung angegeben:
ds = 1 x Pe - 1 x (1/2-Pe) + 1 x (1/2-Ph) - 1/6
Und ferner
Die Bedingung der Stabilisierung der Standardabweichung SGM wird durch ds = 0 dargestellt. Wird kein Klopfen erzeugt, dann ist die Frequenzverteilung von lVpk symmetrisch bezüglich des Medianwerts VMED. Wird nun angenommen, daß gilt Pe = Ph = P, dann folgt ds = P - 1/6 = 0, und es folgt ferner P = 1/6. Somit ist es möglich, einen Wahrscheinlichkeitswert zu erhalten, der in der Nähe der Standardabweichung liegt.
Wird demgegenüber ein Klopfen erzeugt und wird die Frequenzverteilung durch eine in Fig. 15 gezeigte gestrichelte Linie dargestellt, dann gilt Ph > 1/6 und folglich gilt ds < 0. Überschreitet somit der Klopfpegel einen vorbestimmten Pegel, dann ändert sich die Standardabweichung SGM in Richtung kleinerer Werte, wodurch die Klopferfassungsfähigkeit angehoben wird.
Ferner ist es ebenso wirksam, die Standardabweichung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch Andern der Schritte S05 bis S06 in Fig. 4, wie in Fig. 16 gezeigt, zu beschränken. Dieser Ablauf beginnt mit Schritt S050. In Schritt S051, der ein erster Erfassungsschritt ist, wird entschieden, ob eine vorbestimmte Bedingung 0 erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S06, wenn die spezielle Bedingung (1) erfüllt ist, während der Ablauf zu Schritt S052 übergeht, wenn die spezielle Bedingung (1) nicht erfüllt ist. Die spezielle Bedingung (1) ist beispielsweise die gleiche wie die spezielle Bedingung in Schritt S05 von Fig. 4. Ebenso kann Schritt S06 in Fig. 16 der gleiche wie Schritt S06 in Fig. 4 sein. In Schritt S052, der ein zweiter Erfassungsschritt ist, wird entschieden, ob eine spezielle Bedingung (2) erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S053, falls die spezielle Bedingung (2) erfüllt ist, während der Ablauf zu Schritt S058 übergeht, falls die spezielle Bedingung (2) nicht erfüllt ist. Die spezielle Bedingung (2) ist beispielsweise definiert durch eine oder eine Vielzahl der nachfolgenden Bedingungen.
a) Die Belastung der Maschine ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert;
b) eine Maschinengeschwindigkeit ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs;
c) die Anderungsrate einer Maschinenbelastung ist gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert; und
d) der Wert von VMED ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
Mit anderen Worten, die spezielle Bedingung (1) ist eine Bedingung, unter der ein Klopfen leicht erzeugt wird, während die spezielle Bedingung (2) eine Bedingung ist, unter der ein Klopfen nur sehr schwierig erzeugt wird. Die speziellen Bedingungen (1) und (2) sind einander dahingehend gleich, daß eine geeignete Standardabweichung SGM erhalten werden kann, daß der Zustand der Maschine relativ stabil ist, und somit eine ausreichende Auflösung eines Sensorsignals erhalten werden kann. In Schritt S053 wird eine Standardabweichung SGM2, die eine Variable im Falle der speziellen Bedingung (2) darstellt, erneuert. Die Art und Weise dieser Erneuerung ist dieselbe wie diejenige in Schritt S06. Im nachfolgenden Schritt S054 wird ein Vergleich der Größen zwischen der Variablen SGM2 und einem oberen Grenzwert SGMLMT durchgeführt. Der Ablauf geht über zu Schritt S055, falls gilt SGM2 > SGMLMT, während der Ablauf zu Schritt S058 übergeht, falls gilt SGM2 < SGMLMT. In Schritt S055 wird der Wert der Variablen SGM2 für den oberen Grenzwert SGMLMT ersetzt.
Dem gegenüber wird in Schritt S056 ein Vergleich der Stärke durchgeführt zwischen der Standardabweichung SGM, die in Schritt S06 erneuert wurde, und dem oberen Grenzwert SGMLMT. Der Ablauf geht über zu Schritt S057, falls gilt SGM > SGMLMT, und geht über zu Schritt S058, falls gilt SGM < SGMLMT. In Schritt S057 wird die Standardabweichung SGM erneut auf den oberen Grenzwert SGMWT gesetzt. Der Ablauf endet in Schritt S058. Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel wurde lediglich die obere Grenze der Standardabweichung SGM durch den oberen Grenzwert SGMLMT beschränkt. Ferner kann jedoch auch eine untere Grenze beschränkt werden. Ferner wurde im Fall der speziellen Bedingung 2) die Standardabweichung SGM durch den Maximalwert der Standardabweichung SGM2 in diesem Falle beschränkt. Liegt jedoch keine Beschränkung bezüglich des Maximalwerts vor, dann kann der Maximalwert + α (α: Konstante) zur Beschränkung der Standardabweichung verwendet werden. Dabei kann im einzelnen die Standardabweichung SGM in Abhängigkeit von dem Wert der Variablen SGM2 in einem Bereich beschränkt werden, in dem kein Klopfen auftritt. Anstelle einer derartigen Beschränkung kann ein anderes Verfahren angewendet werden, bei dem ein Klopfen als groß bestimmt wird, falls eine Differenz zwischen der Standardabweichung SGN und der Variablen SGM2 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird und entweder ein Klopfsteuerungsfaktor oder ein Klopfentscheidungspegel in einer Richtung des Verhinderns des Entstehens von Klopfen gesteuert wird.
Mit den vorstehend beschriebenen Abläufen ist es möglich zu verhindern, daß die Standardabweichung im Falle des Erzeugens von Klopfen extrem groß wird.
Im vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die ermittelten Klopfintensitätswerte nach der Erfassung der Klopfintensitätswerte umgewandelt, so daß sie eine Normalverteilung ergeben. Alternativ ist es möglich, einen Aufbau vorzusehen, bei welchem Ausgangssignale des Klopfsensors oder Ausgangssignale eines Bandpaßfilters oder dergleichen eine Normalverteilung ergeben. Beispielsweise ist ein Verstärker mit einer logarithmischen Kennlinie vorgesehen in einer nachfolgenden Stufe eines Bandpaßfilters, und ein Klopfintensitätswert wird aus dem Ausgangssignal des Verstärkers erhalten.
Alternativ kann der Klopfsensor in der Weise ausgelegt sein, daß sein Ausgangssignal einer logarithmischen Kennlinie folgt.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Klopfentscheidung durchgeführt unter Verwendung logarithmischer Umwandlungswerte lV, die erhalten wurden aus Darstellungswerten V, die ihrerseits logarithmisch umgewandelt wurden. Es ist jedoch auch möglich, eine Klopfentscheidung unter direkter Verwendung der Darstellungswerte durchzuführen.
Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel auf der Basis des in Fig. 17 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben, bei dem die Darstellungswerte selbst ohne eine logarithmische Umwandlung verwendet werden.
In gleicher Weise wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der folgende Ablauf (Programm, Routine) ebenfalls nach dem Aus lesen des Spitzenwerts Vpeak aus der in Fig. 3 gezeigten Spitzenwerthalteschaltung 8c gestartet.
Mit Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 17 beginnt der Ablauf mit Schritt S10. In Schritt S11 werden Darstellungswerte V von Klopfsensorsignalen ermittelt. Der Darstellungswert V ist beispielsweise ein Spitzenhaltewert Vpeak eines Klopfsensorsignals, das, in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, innerhalb eines vorbestimmten Kurbelwinkels erzeugt wurde. Im Schritt S12 wird eine Klopferfassung durchgeführt. Ist die Bedingung V ≥ VKD erfüllt, dann wird auf die Anwesenheit von Klopfen entschieden. Hierbei kennzeichnet VKD einen Klopfbestimmungspegel, der aus einer Verteilungskennlinie von Darstellungswerten V bestimmt wurde, die nicht einer logarithmischen Umwandlung unterworfen wurden. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird der Zündzeitpunkt oder dergleichen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Klopfentscheidung gesteuert. In Schritt S13 wird eine Entscheidung getroffen, ob die Betriebsbedingung der Maschine eine vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt. Diese vorbestimmte Bedingung ist beispielsweise durch eine oder eine Vielzahl der nachfolgenden Bedingungen definiert:
1) Eine Belastung der Maschine ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert;
2) eine Maschinengeschwindigkeit ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs;
3) die Änderungsrate einer Maschinenbelastung ist gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert; und
4) der Wert von VMED ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
Der Ablauf geht über zu Schritt S14, falls das Ergebnis in Schritt S13 JA ist, während zu Schritt S15 übergegangen wird, wenn das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S14 wird ein Wert SGM entsprechend einer Standardabweichung der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte log (V) der Darstellungswerte V geändert (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden). In Schritt S15 wird ein Medianwert VMED der Verteilung der Darstellungswerte V geändert (wobei Einzelheiten nachstehend noch beschrieben werden).
In Schritt S16 wird der Wert von u entsprechend der Klopfentscheidungsfrequenz erhalten. Diese Größe u ist dieselbe wie die Größe u des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In Schritt S17 wird ein Klopfentscheidungspegel VKD in Abhängigkeit von der Standardabweichung SGM und dem Medianwert VMED gemäß der nachfolgenden Gleichung eingestellt.
VKD = SGMU x VMED
In Schritt S18 ist der Ablauf beendet.
Fig. 18 zeigt ein ausführliches Ablaufdiagramm zur Erneuerung der Standardabweichung SGM gemäß Schritt 14 in Fig. 17. Der Ablauf beginnt mit Schritt S140. In Schritt S141 wird entschieden, ob die Bedingung V ≤ VMED erfüllt ist. Der Ablauf geht zu Schritt 142 über, falls das Ergebnis in Schritt S141 JA ist, und geht zu Schritt S144 über, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S142 wird entschieden, ob die Bedingung SGM x V ≥ VMED erfüllt ist. Ist das Ergebnis in Schritt S142 JA, dann geht der Ablauf zu Schritt S143 über, während im Falle des Ergebnisses NEIN der Ablauf zu Schritt S144 übergeht. In Schritt S143 wird der Wert von SGM um den Wert 2 x ΔS vermindert. In Schritt S144 wird der Wert von SGM um den Wert ΔS vergrößert. Hierbei ist ΔS eine Konstante. Der Ablauf endet mit Schritt S145.
Nachfolgend werden nun die Gründe angegeben, warum SGM auf einen Wert entsprechend einer Standardabweichung der log (V)- Verteilung mittels des vorstehend beschriebenen und in Fig. 18 gezeigten Ablaufs eingestellt wird, wobei auf Fig. 19 Bezug genommen wird. Dabei wird angenommen, daß der Medianwert auf der Abszisse der Wahrscheinlichkeitsverteilung von x = log (V), wie in Fig. 19 gezeigt, durch xM = log (VM) angegeben ist, und ein Punkt X_ auf der Abszisse durch x_ = log (VM) - x angegeben ist (wobei x die Standardabweichung der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fig. 19 bezeichnet), dann wird die Integration der Wahrscheinlichkeit, daß ein Wert in den schraffierten Bereich in Fig. 19 fällt, angegeben durch
Dies bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit, daß der Wert x innerhalb des Bereichs x_ < x ≤ xM den Wert 0, 34 annimmt. Aus einer anderen Sicht führt der in Fig. 18 gezeigte Ablauf zu einer Korrektur von SGM, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Darstellungswerte V die Beziehung VMED/SGM ≤ V ≤ VMED erfüllen, 1/3 (etwa 33%) wird. Somit kann ein Erwartungswert KS der Anderungsmenge der Standardabweichung SGM pro Zyklus ausgedrückt werden durch
und der Wert der Standardabweichung SGM konvergiert gegen einen Wert, der die Beziehung
erfüllt, wobei die Beziehung aus der vorstehenden Gleichung erhalten werden kann, wenn KS zu Null wird.
Im Ergebnis ist die Beziehung
x log (SGM) erfüllt.
Wird diese Standardabweichung SGM verwendet zur Erfüllung der nachfolgenden Gleichung, beispielsweise von
VKD = SGM³ x VMED dann ergibt sich, daß der Klopfentscheidungspegel VKD auf einen Punkt x-3 auf der Abszisse der x = log (V)-Verteilung eingestellt wird.
Ferner kann ein wie im Ablaufdiagramm von Fig. 20 gezeigter Ablauf ebenso als ein anderes Ausführungsbeispiel als das in Fig. 18 gezeigte angewendet werden.
Dieser Ablauf beginnt mit Schritt S146. In Schritt S147 wird entschieden, ob die Bedingung V < VMED x SGM erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S148, falls das Ergebnis in Schritt S147 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S14A übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S148 wird entschieden, ob die Bedingung SGM x V ≥ VMED erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S149, falls das Ergebnis in Schritt S148 JA ist, während der Ablauf zu Schritt SL4A übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S149 wird SGM um ΔS vermindert. In Schritt SL4A wird SGM um 2 x ΔS vergrößert. In Schritt S14b endet dieser Ablauf.
Nachstehend wird nun ein Änderungsablauf zur Anderung eines Medianwerts VMED der Verteilung der Darstellungswerte V in Schritt S15 von Fig. 17 im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 21 beschrieben. Der Anderungsablauf zur Anderung von VMED beginnt mit Schritt S150. In Schritt S151 wird eine Entscheidung getroffen, ob die Bedingung V > VMED erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S152, wenn das Ergebnis in Schritt S151 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S153 übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S152 wird VMED um den Wert ΔV vergrößert. In Schritt S153 wird entschieden, ob die Bedingung V < VMED erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S154, falls das Ergebnis in Schritt S153 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S155 übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S154 wird VMED um den Wert ΔV vergrößert. In Schritt S155 wird ΔV geändert. Mit Schritt S156 endet der Ablauf.
Bei der vorstehenden Erklärung werden SGM und VMED bezüglich jedes Zylinders geändert.
Der Entscheidungspegel kann korrigiert werden unter Verwendung einer Konstanten zur Anderung eines Klopfsteuerungspegels in Abhängigkeit vom Zustand der Maschine oder jedes Zylinders. Beispielsweise kann VKD eingestellt werden in Abhängigkeit von der Beziehung VKD = SGM³ x C x VMED (wobei C eine Konstante ist, die in Abhängigkeit vom Zustand der Maschine oder des Zylinders eingestellt wird)
Es ist ferner wirksam, den Wert C, wie es gelegentlich gefordert wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu begrenzen.
Es ist ferner ebenfalls wirksam, einen Klopfentscheidungspegel, wie es gelegentlich gefordert wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu begrenzen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einstellung des Klopfentscheidungspegels, das von dem in den Schritten S16 und S17 von Fig. 17 angegebenen Ausführungsbeispiel abweicht, wird nachstehend anhand eines in Fig. 22 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben.
Dabei wird zuerst der Wert u' in Schritt S161 erhalten. Obwohl hierbei u' mittels eines Verfahrens erhalten wurde, das dem in Schritt S16 von Fig. 17 verwendeten Verfahren zum Erhalten von u entspricht, sollte u' einen Wert annehmen entsprechend einer Klopfentscheidungsfrequenz, die einen stabilisierten Voreilungs-/Nacheilungsbetrag gewährleistet, wenn kein Klopfen erzeugt wird. Wird beispielsweise der orstehend genannte Weg zur Bestimmung eines Voreilungs/Nacheilungsbetrags in Betracht gezogen, dann beträgt die Klopfentscheidungsfrequenz, bei welcher der Voreilungs/Nacheilungsbetrag stabilisiert wird, einmal pro Sekunde und die Klopfentscheidungswahrscheinlichkeit im Falle einer mit einer Maschinengeschwindigkeit Ne von 2000 U/min betriebenen Vierzylindermaschine beträgt 1,5%. Gemäß diesen vorstehend genannten Bedingungen ergibt sich u' = 2,17.
In Schritt S171 wird gemäß der nachfolgenden Gleichung sodann ein Klopfentscheidungspegel eingestellt:
VKD E K x SGMu' x VMED
wobei K eine Konstante größer als 1 ist. Da die Konstante K größer als 1 ist, ist die vorstehende Gleichung equivalent zu dem Fall, bei dem u auf einen kleineren Wert als den Wert entsprechend der Klopfentscheidungsfrequenz, bei welcher ein Voreilungs-/Nacheilungsbetrag stabilisiert wird, eingestellt wird. Es ist daher möglich, in dem Falle, daß kein Klopfen erzeugt wird, mit Sicherheit eine Voreilung zu erzielen.
Das Konzept bezüglich u kann beim Stand der Technik gemäß der Druckschrift JP-A-60-243369 angewendet werden. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Fig. 23 gezeigtes Ablaufdiagramm beschrieben.
Der Ablauf beginnt mit Schritt S180. In Schritt S181 wird eine Variable A gemäß dem Ausdruck A = SGMU + D berechnet, wobei D eine durch das Verteilungsmuster von Ausgangssignalen eines Klopfsensors bestimmt ist. In Schritt S182 wird ein Klopfentscheidungspegel VKD auf einen Wert eingestellt, der durch Multiplikation eines Medianwerts VMED mit dem Wert der in Schritt S181 berechneten Variablen A erhalten wird. In Schritt S183 wird entschieden, ob eine Betriebsbedingung der Maschine oder ein Klopfsensorsignal eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Der Ablauf geht zu Schritt S184 über, falls das Ergebnis in Schritt S183 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S188 übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. Diese spezielle Bedingung umfaßt beispielsweise:
i) eine Maschinenbelastung ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert;
ii) eine Maschinengeschwindigkeit ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs;
iii) die Anderungsrate der Maschinengeschwindigkeit ist gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert; und
iv) der Wert von VMED ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
In Schritt S184 wird entschieden, ob die Bedingung V ≤ VMED/A erfüllt ist. Der Ablauf geht über zu Schritt S185, falls das Ergebnis im Schritt S184 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S186 übergeht, falls das Ergebis NEIN ist. In Schritt S185 wird der Wert D durch 2 x AD vergrößert. In Schritt S186 wird entschieden, ob die Bedingung V ≥ VKD erfüllt ist. Der Ablauf geht zu Schritt S187 über, falls das Ergebnis im Schritt S186 JA ist, während der Ablauf zu Schritt S188 übergeht, falls das Ergebnis NEIN ist. In Schritt S187 wird D um ΔD vermindert. In Schritt S188 endet der Ablauf. Hierbei ist D nicht auf einen positiven Wert beschränkt und kann auch einen negativen Wert annehmen. Somit wird die Variable D im Sinne einer Verminderung korrigiert im Falle einer großen Klopfbedingung, d.h. wenn die Frequenz des Auftretens im Bereich 04 gemäß Fig. 15 groß ist, während sie im Sinne einger Vergrößerung korrigiert wird in dem Falle einer kleinen Klopfbedingung, d.h. wenn die Frequenz des Auftretens in dem Bereich 01 gemäß Fig. 15 groß ist.
Mittels der vorstehend beschriebenen Abläufe wird die Standardabweichung SGM zur Kompensation einer Abweichung geändert, wenn der Medianwert VMED von einem wahren Wert zum Zeitpunkt eines Übergangs abweicht. Somit ist auch zur Zeit eines Übergangs (Übergangszustand) eine genaue Klopfentscheidung möglich.
Nachstehend wird nun eine zusätzliche Erläuterung zu der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise unter Bezugnahme auf die Fig. 24A bis 24C gegeben. Unter der Bedingung daß zur Zeit einer Beschleunigung gilt dV/dt > 0, dann wird VMED kleiner als der wahre Wert, wie es in Fig. 24B gezeigt ist. (In einem normalen Betriebszustand stimmt VMED mit dem wahren Wert gemäß Fig. 24A überein.) Wird beispielsweise angenommen, daß VMED auf einen kumulativen Prozentpunkt von 40% gelegt wird, dann ergibt sich
(wobei V&sub5;&sub0; den wahren Wert des Medianwerts VMED darstellt). Zur Erfüllung der Gleichung
ist es erforderlich, daß die Gleichung
erfüllt ist. Im Ergebnis wird sodann SGM derart korrigiert, daß der Wert von VMED/SGM gegen einen Wert entsprechend einem kumulativen Prozentpunkt von 7% konvergiert.
Die kumulativen Prozentpunkte von 40% und 7% entsprechen jeweils einem Punkt von -0,25 und einem Punkt von -1,47 (die aus der Normalverteilungstabelle erhalten werden). Somit wird im Ergebnis SGM in Richtung eines Werts entsprechend einem Punkt von [-0,25 - (-1,47)] 1,22 in der Frequenzverteilung der Spitzenwerte korrigiert und SGM nimmt einen Wert größer als der wahre Wert an. Somit kann eine fehlerhafte Klopfentscheidung (Klopferfassung) in Abhängigkeit von der Kompensation einer Abweichung von VMED vom wahren Wert durch die Korrektur von SGM verhindert werden. Andererseits weist unter der Bedingung, daß dV/dt < 0 zum Zeitpunkt einer Verzögerung, usw. gilt, VMED einen Wert auf, der größer als der wahre Wert ist, wie es in Fig. 24C gezeigt ist. Wird beispielsweise angenommen, daß VMED auf einen kumulativen Prozentpunkt von 60% gelegt wird, dann ist ein gleichartiges technisches Konzept hier ebenfalls anwendbar und SGM wird korrigiert, so daß der Wert VMED/SGM gegen einen kumulativen Prozentpunkt von 27 (= 60 - 33)% konvergiert.
Da die kumulativen Prozentpunkte von 60% und 27% jeweils den Punkten von -0,25 und -0,61 entsprechen, wird im Ergebnis SGM in Richtung eines Werts entsprechend 0,86 (= 0,25 + 0,61) korrigiert, und nimmt einen Wert an, der kleiner als der wahre Wert ist, wobei die Abweichung von VMED vom wahren Wert kompensiert wird.
Wie vorstehend im einzelnen erläutert wurde, werden mit der vorliegenden Erfindung die folgenden hervorragenden Wirkungen erzielt.
(1) Da ein Kiopfentscheidungspegel in Abhängigkeit von einem kumulativen Prozentpunkt und einer Standardabweichung in der Frequenzverteilung der Darstellungswerte und dem Zustand der Maschine eingestellt wird, wird der Klopfentscheidungspegel nicht durch eine Anderung der Frequenzverteilung in Folge von Streuungen der Maschine, der Zylinder, des Klopfsensors, usw. beeinflußt. Im Ergebnis ist somit eine genaue Klopfentscheidung (Klopferfassung) möglich.
(2) Da der kumulative Prozentpunkt und die Standardabweichung bei jedem Zyklus ermittelt werden, ist es möglich, schnell einen geeigneten Klopfentscheidungspegel einzustellen.
(3) Da der Klopfentscheidungspegel derart eingestellt wird, daß die Klopfentscheidungsfrequenz konstant wird, wenn kein Klopfen erzeugt wird, ist es möglich, den Zündzeitpunkt derart zu steuern, daß immer eine konstante Voreilung erzielt wird.

Claims

1. Klopfsteuerungssystem für Brennkraftmaschinen, mit

einem Klopfsensor (5) zur Erfassung eines in einer Maschine (1) erzeugten Klopfens,

einer Darstellungswert-Erfassungseinrichtung (8) zur Bestimmung von Klopfintensitätswerten (Vpeak) aus Ausgangssignalen des Klopfsensors als Darstellungswerte (V), die für eine Klopfbestimmung wirksam sind,

einer Einrichtung (9) zur Bestimmung eines Werts (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb einer Frequenzverteilung von logarithmischen Umwandlungswerten (lVpk) der Darstellungswerte (V) auftritt,

einer Standardabweichungs-Bestimmungseinrichtung (9)

zur Bestimmung einer Menge (SGM) entsprechend einer Standardabweichung der Frequenzverteilung,

einer Einstelleinrichtung (9) zur Einstellung eines Werts (u) in Beziehung zu einer Zeitdauer (T), in welcher ein Klopfen erfaßt wird, und der Drehzahl (Ne) der Maschine, bei welcher der Wert (u) vergrößert wird, wenn sich die Maschinendrehzahl vergrößert,

einer Klopfentscheidungspegel-Einstelleinrichtung (9) zur Einstellung eines Klopfentscheidungspegels (VKD) in Abhängigkeit von der Gleichung VKD = u x SGM + Vp, wobei u der auf die Zeitdauer (T) und die Maschinendrehzahl (Ne) bezogene Wert ist, SGM die Menge entsprechend der Standardabweichung der Frequenzverteilung ist, und Vp der Wert ist, der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb der Frequenzverteilung auftritt,

einer Klopferfassungseinrichtung (9) zur Erfassung von erzeugtem Klopfen in Abhängigkeit von den Darstellungswerten (V) und dem Klopfentscheidungspegel (VKD) und zur Bildung eines Klopferfassungssignals, und

einer Anpassungseinrichtung, die in Abhängigkeit vom Klopferfassungssignal einen Klopfsteuerungsfaktor zur Verwendung bei der Unterdrückung der Klopferzeugung anpaßt.

2. Klopfsteuerungssystem für Maschinen gemäß Anspruch 1, mit einer logarithmischen Umwandlungseinrichtung (9a) zur Bildung logarithmischer Umwandlungswerte (IV) der

Darstellungswerte (V) in Abhängigkeit von der Beziehung (IV = A x log(V/a) (A, a: Konstanten).

3. Klopfsteuerungssystem für Maschinen gemäß Anspruch 2, bei dem die logarithmische Umwandlungseinrichtung (9a) umfaßt:

eine Speichereinrichtung (9b) mit zuvor gespeicherten logarithmischen Umwandlungswerten (IV) der Darstellungswerte (V), und

eine Leseeinrichtung (9a) zum Lesen der logarithmischen Umwandlungswerte (IV) der Darstellungswerte (V) aus der Speichereinrichtung.

4. Klopfsteuerungssystem für Maschinen gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Standardabweichungs- Erfassungseinrichtung eine Einrichtung (9) umfaßt zur Änderung der Menge (SGM) entsprechend der Standardabweichung zur Erfüllung von zumindest einer der Bedingungen, daß die Wahrscheinlichkeit zur Erfüllung der Beziehung (Vp - SGM) ≤ lV ≤ Vp zu 1/3 wird, und daß die Wahrscheinlichkeit zur Erfüllung der Beziehung (Vp - SGM ≤ lV ≤ (Vp + SGM) zu 2/3 wird, in Bezug zu den logarithmischen Umwandlungswerten (IV) der Darstellungswerte (V) und des Werts (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte (lVpk) der Darstellungswerte (V) auftritt.

5. Klopfsteuerungssystem für Maschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Einrichtung (9) zur Bestimmung eines Werts (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb einer Frequenzverteilungder logarithmischen Umwandlungswerte (lVpk)der Darstellungswerte (V) auftritt, umfaßt:

eine Geschwindigkeitserfassungseinrichtung (4b, 9) zur Erfassung einer Drehzahl der Maschine,

eine logarithmische Geschwindigkeitsumwandlungseinrichtung (9) zur Durchführung einer logarithmischen Umwandlung der mittels der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung erfaßten Drehzahl der Maschine, und

eine Korrektureinrichtung (9) zur Korrektur des Werts (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb der

logarithmischen Umwandlungswerte (Ivpk) der Darstellungswerte (V) auftritt, in Abhängigkeit von einer logarithmisch umgewandelten Maschinendrehzahl.

6. Klopfsteuerungssystem für Maschinen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Standardabweichungs- Erfassungseinrichtung eine erste Erfassungseinrichtung (9) aufweist zur Erfassung, daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in welchem leicht ein Klopfen erzeugt wird, wobei die Standardabweichungs-Erfassungseinrichtung eine Erfassung der Menge (SGM) entsprechend der Standardabweichung nur dann durchführt, wenn die erste Erfassungseinrichtung erfaßt, daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in dem leicht ein Klopfen erzeugt wird.

7. Klopfsteuerungssystem für Maschinen nach Anspruch 6, bei dem die Standardabweichungs-Erfassungseinrichtung ferner umfaßt:

eine zweite Erfassungseinrichtung (9) zur Erfassung, daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in dem ein Klopfen schwer erzeugt werden kann,

eine Obergrenzwert-Einstelleinrichtung (9) zur Erfassung der Menge (SGM) entsprechend einer Standardabweichung unter der Bedingung, daß die zweite Erfassungseinrichtung erfaßt hat, daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in welchem ein Klopfen schwer erzeugt werden kann, und zur Einstellung der erfaßten Menge (SGM) entsprechend der Standardabweichung als oberer Grenzwert für die Standardabweichung, und

eine Unterdrückungseinrichtung (9) zur Unterdrückung des oberen Grenzwerts in Abhängigkeit von der Menge (SGM) entsprechend der Standardabweichung.

8. Klopfsteuerungssystem für Maschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anpassungseinrichtung umfaßt:

eine Klopfintensitätsentscheidungspegel-Erfassungseinrichtung (9) zur Einstellung eines Klopfintensitätsentscheidungspegels (VKD'2), der höher als der Klopfentscheidungspegel (VKD) ist, in Abhängigkeit von der Menge (SGM) entsprechend der Standardabweichung und des Werts (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte (lVpk) der Darstellungswerte (V) auftritt, und

eine Anpassungsmengen-Einstelleinricl(tung (9) zur Einstellung einer Anpassungsmenge zur Anpassung des Klopfsteuerungsfaktors in Abhängigkeit von den Darstellungswerten (V) und dem Klopfintensitätserfassungspegel (VKD'2).

9. Klopfsteuerungssystem für Maschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Wert (Vp), der bei einer vorbestimmten Frequenz innerhalb der Frequenzverteilung der logarithmischen Umwandlungswerte (lVpk) der Darstellungswerte (V) auftritt, auf einen kumulativen Prozentpunkt von 50 % (einen Medianwert, VMED) gesetzt wird.