DE19826714A1 - Knock detector for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Offenbarung der am 16. Juni 1997 eingereichten japani schen Patentanmeldung Nr. HEI 9-158224 mit Beschreibung, Zeichnungen und Zusammenfassung wird hier in ihrer Gesamtheit als Bezugsdokument aufgenommen.The disclosure of the japani filed on June 16, 1997 patent application no. HEI 9-158224 with description, Drawings and summary are here in their entirety included as a reference document.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klopferfassungsvorrich tung für einen Verbrennungsmotor und auf ein Klopferfassungs verfahren, wobei ein Klopfzustand unter Verwendung einer in dem Verbrennungsmotor angeordneten Zündkerze erfaßt wird.The invention relates to a knock detection device device for an internal combustion engine and on a knock detection method, wherein a knock condition using an in the spark plug arranged in the internal combustion engine is detected.
Bei einer bekannten Klopferfassungsvorrichtung für eine Ver brennungsmaschine wird eine in einem Brennraum angeordnete Zündkerze für das Erfassen eines Klopfzustands auf Grundlage eines Ionenstroms verwendet, der unmittelbar nach dem Erzeu gen eines Zündfunkens der Zündkerze durch den Brennraum fließt. Bei einer solchen Klopferfassungsvorrichtung gemäß Fig. 6 wird ein erfaßtes Ionenstromsignal durch eine Maskier schaltung 23 in ein im wesentlichen lediglich innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal eines Mikrocomputers 30 festgelegten Maskierintervalls auftretendes Signal umgewan delt. Das Maskierintervallsignal wird dann durch ein Bandpaß filter (BPF) 24 verarbeitet, um ein Signal innerhalb eines ein Klopfsignal enthaltenden Frequenzbands zu erhalten. Das gefilterte Signal wird dann durch eine Spitzenhalteschaltung 25 verarbeitet, durch einen Spitzenwerthaltevorgang innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal des Mikrocomputers 30 festgelegten Torintervalls, um ein Torintervallsignal zu erhalten. Nachdem das Torintervallsignal durch einen A/D-Um setzer 26 A/D-gewandelt wurde, wird das Signal in den Mi krocomputer 30 eingegeben. Ist der Größe des Signals größer als ein vorbestimmter Wert, so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß ein Klopfzustand vorliegt.In a known knock detection device for an internal combustion engine, a spark plug disposed in a combustion chamber is used for detecting a knock condition based on an ion current that flows through the combustion chamber immediately after generating an ignition spark of the spark plug. In such a knock detection device shown in FIG. 6, a detected ion current signal is converted by a masking circuit 23 into a signal occurring substantially only within a masking interval determined based on a timing signal of a microcomputer 30 . The mask interval signal is then processed by a band pass filter (BPF) 24 to obtain a signal within a frequency band containing a knock signal. The filtered signal is then processed by a peak hold circuit 25 by a peak hold operation within a gate interval set based on a timing signal of the microcomputer 30 to obtain a gate interval signal. After the gate interval signal has been A / D converted by an A / D converter 26 , the signal is input to the microcomputer 30 . If the magnitude of the signal is greater than a predetermined value, the microcomputer 30 determines that there is a knock condition.
Beträgt die an die Zündkerze angelegte Spannung ungefähr 100 V, so ist der Größe des unmittelbar nach dem Auftreten eines Zündfunkens in dem Brennraum erzeugten Ionenstroms gering, in der Größenordnung von µA, und daher anfällig für verschiedene Störquellen. Zum Zwecke des Erfassens des Auftretens eines Klopfzustands ohne Beeinflussung durch eine Störung wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 61-57830 eine Technologie vorgeschlagen, gemäß der ein viele während eines Klopfzustands auftretende Frequenzkomponenten enthaltendes Band von einem anderen, viele andere Frequenzkomponenten ent haltenden Band getrennt und das Verhältnis zwischen den Aus gangssignalen in den beiden Bändern mit einem Bezugspegel verglichen wird, um festzustellen, ob ein Klopfzustand, d. h. eine Verbrennungsabnormalität, aufgetreten ist.The voltage applied to the spark plug is approximately 100 V is the size of the immediately after the occurrence of a Ignition spark generated in the combustion chamber low ion, in of the order of µA, and therefore susceptible to different Sources of interference. For the purpose of detecting the occurrence of a Knock condition without interference from a fault is in Japanese Patent Laid-Open No. SHO 61-57830 a Technology proposed according to which many during one Knocking containing frequency components occurring Band from another ent, many other frequency components holding band separated and the relationship between the off output signals in the two bands with a reference level is compared to determine if a knock condition, i. H. a combustion abnormality has occurred.
Bei einer solchen lediglich auf dem Ausgabeverhältnis basie renden Bestimmung wird allerdings die Größe des Klopfsignals nicht berücksichtigt. Daher ermöglicht die vorgenannte Tech nologie keine genaue Erfassung des Auftretens eines Klopfzu stands.In such a case only based on the issue ratio The determining factor is the size of the knock signal not considered. Therefore, the aforementioned tech technology does not accurately detect the occurrence of a knock stands.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klopferfassungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine bereitzustellen, durch die ein genaues Erfassen eines Klopf zustands ohne Beeinflussung durch eine Störung möglich ist.Accordingly, it is an object of the present invention a knock detection device for an internal combustion engine to provide an accurate detection of a knock condition without interference from a fault.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Klopfer fassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei, unter Verwendung einer in einem Brennraum des Verbrennungsmotors angeordneten Zündkerze, ein unmittelbar nach dem Auftreten eines Zündfunken fließender Ionenstrom durch eine Ionen stromerfassungseinrichtung erfaßt wird, gekennzeichnet durch eine erste Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Signals innerhalb eines Klopffrequenzbands aus dem Ionen strom; eine zweite Signalextraktionseinrichtung zum Extrahie ren eines Signals außerhalb des Klopffrequenzbands aus dem Ionenstrom; und eine Klopfbestimmungseinrichtung zum Bestim men, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn eine Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Größenwerts aufweist und ein Verhältnis zwischen der Größe des durch die erste Si gnalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zu einer Grö ße des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung extra hierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Ver hältnisses aufweist.The object is achieved by a knocker Detection device for an internal combustion engine, wherein, under Use one in a combustion chamber of the internal combustion engine arranged spark plug, one immediately after the occurrence of a spark flowing ion current through an ion current detection device is detected, characterized by a first signal extraction device for extracting a Signals within a knock frequency band from the ions electricity; a second signal extraction device for extra purposes signal outside the knock frequency band from the Ion current; and a knock determination device for determination men that there is a knock condition when a size of by the first signal extractor extracted signal has at least the size of a predetermined size value and a ratio between the size of the Si signal extractor extracted signal to a size ß of the extra by the second signal extraction device here signal at least the size of a predetermined ver ratio.
Erfindungsgemäß bestimmt die Klopfbestimmungsvorrichtung, daß ein Klopfzustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, wenn die Größe des durch die erste Signalextraktionsvorrichtung extra hierten Signals in dem Klopffrequenzband größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist und das Verhältnis zwischen der Größe des Signals in dem Klopffrequenzband und der Größe des durch die zweite Signalextraktionsvorrichtung extrahierten Signals außerhalb des Klopffrequenzbands zumindest die Größe eines vorbestimmten Werts aufweist. Da die Klopfbestimmungs vorrichtung sowohl die Größe des Klopfsignals als auch das Ausgabeverhältnis zwischen dem Klopfsignal und dem Störsignal berücksichtigt, ermöglicht die erfindungsgemäße Klopferfas sungsvorrichtung ein sehr genaues Erfassen des Auftretens ei nes Klopfzustands in dem Verbrennungsmotor ohne Beeinflussung durch eine Störung.According to the knock determining device determines that there is a knock condition in the internal combustion engine when the Size of the extra by the first signal extraction device here signal in the knock frequency band is greater than or equal to is a predetermined value and the ratio between the Size of the signal in the knock frequency band and the size of the extracted by the second signal extractor Signal outside the knock frequency band at least the size has a predetermined value. Because the knock determination device both the size of the knock signal and that Output ratio between the knock signal and the interference signal taken into account, enables the knocking fiber according to the invention solution device a very precise detection of the occurrence knock condition in the internal combustion engine without interference by a disturbance.
Die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung kann weiter hin enthalten eine Zündzeitpunktsverzögerungssteuereinrich tung zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn die Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extra hierten Signal größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des durch die erste Signalextraktions einrichtung extrahierten Signals zu der Größe des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung extrahierten Signals zu mindest einen vorbestimmten Wert aufweist, und wobei eine Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, wenn ein Klopfzustand vorliegt. Daher ist es möglich, ein Klopfen anhand der auf dem ohne Beeinflussung durch eine Störung genau erfaßten Klopfzustand basierenden Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung zu steuern oder zu ver ringern. The knock detection device according to the invention can further contain a spark retard control device to determine that a knock condition exists when the Size of the extra by the first signal extraction device here signal is greater than a predetermined value and that Ratio of the size of the signal extraction by the first signal extracted to the size of the device second signal extraction device extracted signal has at least a predetermined value, and wherein a Ignition timing control of the internal combustion engine is performed when there is a knock condition. thats why it is possible to knock on the basis of the without influencing knock condition precisely detected by a disturbance To control or to control ignition timing retardation wrestle.
Die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung kann weiter hin enthalten eine Verzögerungssteuerungsverhinderungsein richtung zum Bestimmen, daß eine Störung vorliegt, und, folg lich, zum Verhindern der Durchführung der Zündzeitpunktsver zögerungssteuerung, wenn die Größe des durch die erste Si gnalextraktionseinrichtung extrahierten Signals größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des durch die erste Signalextraktionseinrichtung extrahierten Si gnals zu der Größe des durch die zweite Signalextraktionsein richtung extrahierten Signals geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Durch diesen Aufbau bestimmt die Klopferfassungs vorrichtung das Vorliegen einer Störung und verhindert die Durchführung der Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors, wenn die Größe des Signals innerhalb des Klopffrequenzbands größer als ein vorbestimmter Wert ist und das Verhältnis der Größe des Signals in dem Klopffrequenzband zu der Größe des Signals außerhalb des Klopffrequenzbands ge ringer als ein vorbestimmter Wert ist. Durch das auf diese Weise erzielte genaue Unterscheiden des Auftretens eines Klopfzustands von dem Auftreten einer Störung ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Klopfsteuersystems zu verbessern, das die Zündzeitpunktsvorverlegungs-/Verzögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durchführt.The knock detection device according to the invention can further include a delay control prevention direction to determine that there is a fault, and, follow Lich, to prevent the ignition timing from being carried out delay control when the size of the first Si gnaletraktionseinrichtung extracted signal larger than is a predetermined value and the ratio of the size of the Si extracted by the first signal extraction device gnals to the size of the by the second signal extraction direction extracted signal less than a predetermined Is worth. Knock detection is determined by this structure device the presence of a fault and prevents the Execution of the ignition timing retard control of the ver internal combustion engine if the size of the signal within the Knock frequency band is greater than a predetermined value and the ratio of the size of the signal in the knock frequency band to the size of the signal outside the knock frequency band is less than a predetermined value. By that on this Achieved accurate distinction of the occurrence of a Knocking condition from the occurrence of a disturbance it is possible improve the reliability of the knock control system that the ignition advance / retard control of the Carries out internal combustion engine.
Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor kann weiterhin enthalten eine zwischen der Ionenstromerfas sungseinrichtung und der Kombination der ersten Signalextrak tionseinrichtung und der zweiten Signalextraktionseinrichtung angeordnete Filtereinrichtung. Die Filtereinrichtung extra hiert aus dem Ionenstrom im wesentlichen lediglich Signale innerhalb eines über einer vorbestimmten Frequenz befindli chen Frequenzbands. Wird eine solche Filtereinrichtung, die im wesentlichen lediglich Signale innerhalb eines über einer vorbestimmten Frequenz befindlichen Frequenzbands durchläßt, der Extraktion der charakteristischen Wellenformen des Stör signals und des Klopfsignals vorgeschaltet, so werden Kompo nenten des Ionenstroms in dem unterhalb der vorbestimmten Frequenz befindlichen Frequenzband, innerhalb dem das Klopf signal und das Störsignal im wesentlichen gleiche Wellenfor men zeigen, vor der Extraktion des Klopfsignals und des Stör signals entfernt. Daher ist durch die Klopferfassungsvorrich tung eine genauere Feststellung dahingehend möglich, ob ein Klopfzustand oder eine Störung vorliegt, wodurch die Zuver lässigkeit des Klopfsteuersystems verbessert wird.The knock detection device for an internal combustion engine may also contain one between the ion currents solution device and the combination of the first signal extract tion device and the second signal extraction device arranged filter device. The filter device extra essentially only signals from the ion current within a above a predetermined frequency Chen frequency band. Such a filter device, the essentially just signals within one over one transmits predetermined frequency band, the extraction of the characteristic waveforms of the sturgeon signals and the knock signal upstream, so Kompo of the ion current in the below the predetermined Frequency located frequency band within which the knock signal and the interference signal essentially the same waveform men before the extraction of the knock signal and the interference signals removed. Therefore, through the knock detection device a more precise determination of whether a Knocking condition or a fault is present, which means that the ver Reliability of the knock control system is improved.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on a preferred Aus management example with reference to the drawings explained. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor; Fig. 1 is a schematic diagram of a knock detection apparatus according to the invention for an internal combustion engine;
Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm mit Frequenzkomponen ten des in der erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erfaßten Ionenstromsignals; FIG. 2 is a characteristic diagram with frequency components of the ion current signal detected in the knock detection device according to the invention for an internal combustion engine;
Fig. 3 eine Karte zum Angeben einer Ausgabeverteilung zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Klopferfassungsvorrich tung für einen Verbrennungsmotor; Fig. 3 is a map for indicating an output distribution for use in the knock detection device according to the invention for an internal combustion engine;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Bestimmung hin sichtlich eines Klopfzustands, die durch die erfindungsgemäße Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor durch geführt wird; Fig. 4 is a flowchart showing a determination of a knocking condition performed by the knock detecting device of the present invention for an internal combustion engine;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Zündzeitpunkts steuerung, die durch die erfindungsgemäße Klopferfassungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor ausgeführt; und Fig. 5 is a flowchart showing an ignition timing control executed by the knock detection device according to the invention for an internal combustion engine; and
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Klopferfassungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik. Fig. 6 is a schematic diagram of a knock detection device for an internal combustion engine according to the prior art.
Es folgt eine nähere Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. A preferred embodiment follows Example of the present invention with reference on the attached drawings.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Klopferfas sungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Bestandteile der Klopf erfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die mit denen des unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen Stands der Technik vergleichbar sind, sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 2 zeigt eincharakteristi sches Diagramm mit Frequenzkomponenten des in der Klopferfas sungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfaßten Ionenstroms. Fig. 1 shows a schematic diagram of a knocking detection device for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. Components of the knock detection device according to this exemplary embodiment, which are comparable to those of the prior art described with reference to FIG. 6, are identified by the same reference numerals. Fig. 2 shows a characteristic diagram showing frequency components of the ion current detected in the knock detection apparatus for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
Bezugnehmend auf Fig. 1 weist eine Zündspule 10 eine Primär wicklung 10a und eine Sekundärwicklung 10b auf. Eine Zündker ze 12 ist in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) angeordnet. Die Primärwicklung 10a der Zündspule 10 ist mit einem Schaltelement 11 verbunden. Wird ein Zündsignal IGt von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (nicht ge zeigt) in das Steuertor des Schaltelements 11 eingegeben, so daß das Schaltelement 11 eingeschaltet wird, so wird der Pri märwicklung 10a der Zündspule 10 ein Primärstrom I1 aus einer Batteriestromversorgung +B zugeführt.Referring to Fig. 1 comprises an ignition coil 10 having a primary winding 10a and a secondary winding 10 b on. A spark plug 12 is arranged in a combustion chamber of an internal combustion engine (not shown). The primary winding 10 a of the ignition coil 10 is connected to a switching element 11 . If an ignition signal IGt is input from an electronic control unit (ECU) (not shown) into the control gate of the switching element 11 so that the switching element 11 is switched on, the primary winding 10 a of the ignition coil 10 becomes a primary current I 1 from a battery power supply + B fed.
Ein Stromweg auf der Seite der Sekundärwicklung 10b der Zünd spule 10, durch den ein Sekundärstrom I2 zirkuliert, wird durch die Zündkerze 12, die Sekundärwicklung 10b der Zündspu le 10, eine Zenerdiode 13 und einer weitere Zenerdiode 14 ge bildet. Die Zenerdiode 14 ist bezüglich der Flußrichtung des Sekundärstroms I2 (Strom des sekundären Stromkreises) in Vor wärtsrichtung geschaltet. Die Zenerdiode 13 ist zum Laden ei nes als Ionenstromerfassungsstromquelle angeschlossenen Kon densators 15 geschaltet, der parallel zu der Zenerdiode 13 geschaltet ist. Ein Widerstand 16 ist parallel zu der Zener diode 14 geschaltet.A current path on the side of the secondary winding 10 b of the ignition coil 10 , through which a secondary current I 2 circulates, is formed by the spark plug 12 , the secondary winding 10 b of the ignition coil 10 , a Zener diode 13 and a further Zener diode 14 . The Zener diode 14 is connected in the forward direction with respect to the flow direction of the secondary current I 2 (current of the secondary circuit). The Zener diode 13 is connected to charge egg nes connected as an ion current detection current source capacitor 15 , which is connected in parallel to the Zener diode 13 . A resistor 16 is connected in parallel to the Zener diode 14 .
Der Ionenstrom wird wie folgt erfaßt. Ein Ionenstrom IION fließt von dem Kondensator 15 über die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10 zu der Zündkerze 12. Weiterhin fließt der Ionenstrom IION von dem invertierten Anschluß (-) eines Opera tionsverstärkers 20 über einen Ionenstromerfassungswiderstand 17. Der Ionenstrom IION wird durch den Ionenstromerfassungswi derstand 17 erfaßt. Ein zwischen den invertierenden Anschluß (-) und einen Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 geschalteter Widerstand 21 ist ein Verstärkungswiderstand zum Einstellen einer Verstärkung des Operationsverstärkers 20.The ion current is detected as follows. An ion current I ION flows from the capacitor 15 via the secondary winding 10 b of the ignition coil 10 to the spark plug 12 . Furthermore, the ion current I ION flows from the inverted terminal (-) of an operational amplifier 20 via an ion current detection resistor 17 . The ion current I ION is detected by the ion current detection resistor 17 . A resistor 21 connected between the inverting terminal (-) and an output terminal of the operational amplifier 20 is a gain resistor for setting a gain of the operational amplifier 20 .
Ein Ionenstromsignal SIION, d. h. ein auf dem Ionenstrom IION basierendes Ausgangssignal des Operationsverstärkers 20 zeigt einen charakteristischen Klopfsignalverlauf in einem Fre quenzband, beispielsweise im Bereich 6 kHz, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 2 angegeben ist, wenn ein Klopfzustand vorliegt. Tritt eine Störung wie beispielsweise eine Impulsspitzenstörung oder eine Brennstörung auf, so er scheint ein charakteristisches Störsignal in einem Frequenz band beispielsweise im Bereich von 4 kHz in dem Ionenstromsi gnal SIION, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 ange geben ist. In Fig. 2 ist der Signalverlauf des Ionenstromsi gnals SIION in einem Bereich unterhalb eines Frequenzbands in der Umgebung von 3 kHz durch eine durchgehende Linie angege ben, wobei weder eine Störung noch ein Klopfzustand vorliegt. Zum Extrahieren dieser charakteristischen Signalverläufe des Ionenstromsignals SIION durchläuft das Ionenstromsignal SIION zuerst ein Hochpaßfilter (HPF) 22 mit einer Grenzfrequenz von 3 kHz, so daß ein Signal in einem Frequenzband oberhalb von 3 kHz erhalten wird, in dem das Klopfsignal oder das Störsignal enthalten sind. Da das Frequenzband unterhalb 3 kHz, in dem das Klopfsignal und das Störsignal im wesentlichen denselben Signalverlauf aufweisen, anfänglich aus dem Ionenstromsignal SIION entfernt wird, kann das Auftreten eines Klopfzustands oder einer Störung mit höherer Genauigkeit festgestellt wer den.An ion current signal SI ION , ie an output signal of the operational amplifier 20 based on the ion current I ION , shows a characteristic knock signal curve in a frequency band, for example in the range 6 kHz, as indicated by the dash-dotted line in FIG. 2 when a knock condition is present. If a disturbance such as a spike disturbance or a burning disturbance occurs, a characteristic disturbance signal appears in a frequency band, for example in the range of 4 kHz, in the ion current signal SI ION , as indicated by a broken line in FIG. 2. In Fig. 2 is the waveform of the Ionenstromsi gnals SI ION in a range below a frequency band around 3 kHz by a solid line angege ben, wherein neither an error nor a knocking condition is present. To extract these characteristic waveforms of the ion current signal SI ION , the ion current signal SI ION first passes through a high-pass filter (HPF) 22 with a cut-off frequency of 3 kHz, so that a signal is obtained in a frequency band above 3 kHz in which the knock signal or the interference signal are contained are. Since the frequency band below 3 kHz, in which the knock signal and the interference signal have essentially the same waveform, is initially removed from the ion current signal SI ION , the occurrence of a knock condition or a disturbance can be determined with greater accuracy.
Danach wird das durch den HPF 22 geführte Signal in eine Mas kierschaltung 23 eingegeben, wodurch das Signal in ein im we sentlichen lediglich innerhalb eines basierend auf einem Zeitgabesignal eines nachstehend beschriebenen Mikrocomputers 30 eingestellten Maskierintervalls auftretendes Signal verar beitet wird. Das durch die Maskierschaltung 23 geführte Si gnal wird sowohl in ein Bandpaßfilter (BPF, oder ein Bandpaß filter mit spezifischer Frequenz) 24 mit beispielsweise 6 kHz, zum Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands, als auch in ein Bandsperrenfilter (BEF, oder ein Bandsperrenfil ter mit spezifischer Frequenz) 27, mit beispielsweise 6 kHz, zum Erfassen des Auftretens einer Störung eingegeben.Thereafter, the signal passed through the HPF 22 is input to a masking circuit 23 , whereby the signal is processed into a signal occurring only within a masking interval set based on a timing signal of a microcomputer 30 described below. The guided by the mask circuit 23 signal is both in a bandpass filter (BPF, or a bandpass filter with specific frequency) 24 with, for example, 6 kHz, for detecting the occurrence of a knocking condition, as well as in a bandstop filter (BEF, or a bandstop filter with specific frequency) 27 , for example 6 kHz, for detecting the occurrence of a disturbance.
Das durch das BPF 24 gefilterte Signal, in dem das Klopfsi gnal (das Frequenzband im Bereich 6 kHz) enthalten ist, wird in eine Spitzenhalteschaltung 25 eingegeben, wodurch ein Spitzenwert des Signals in einem basierend auf dem Zeitgabe signal des Mikrocomputers 30 eingestellten Torintervall bei behalten wird. Der Spitzenwert des Signals wird dann durch einen A/D-Umsetzer 26 A/D-gewandelt (Analog/Digital gewandelt). Der umgewandelte Digitalwert wird als BPF-Aus gangswert in den Mikrocomputer 30 eingegeben. Andererseits wird das durch das BEF 27 gefilterte Signal, in dem das Stör signal (das Frequenzband im Bereich von 4 kHz) enthalten ist, in eine Spitzenhalteschaltung 28 eingegeben, wodurch ein Spitzenwert des Signals in einem basierend auf dem Zeitgabe signal des Mikrocomputers 30 eingestellten Torintervall bei behalten wird. Der Spitzenwert wird dann durch einen A/D-Um setzer 29 A/D-gewandelt. Der Digitalwert wird dann als ein BEF-Ausgabewert in den Mikrocomputer 30 eingegeben. Der Mi krocomputer 30 ist als eine logische Schaltung ausgestaltet, die enthält eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) zum Durch führen verschiedener Operationen, ein Steuerprogramme spei cherndes ROM, ein verschiedene Daten speicherndes RAM, ein Hilfs-RAM, eine Eingabe-/Ausgabe-Schaltung, Busleitungen und dergleichenThe signal filtered by the BPF 24 including the knock signal (the frequency band in the 6 kHz range) is input to a peak hold circuit 25 , thereby maintaining a peak value of the signal in a gate interval set based on the timing signal of the microcomputer 30 becomes. The peak value of the signal is then digitized by an A / D converter 26 A / D-converted (analog / digital converted). The converted digital value is input into the microcomputer 30 as a BPF output value. On the other hand, the signal filtered by the BEF 27 , in which the interference signal (the frequency band in the range of 4 kHz) is contained, is input to a peak hold circuit 28 , whereby a peak value of the signal is set in a gate interval based on the timing signal of the microcomputer 30 will keep. The peak value is then A / D converted by an A / D converter 29 . The digital value is then input to the microcomputer 30 as a BEF output value. The microcomputer 30 is designed as a logic circuit which contains a central processor unit (CPU) for performing various operations, a ROM storing control programs, a RAM storing various data, an auxiliary RAM, an input / output circuit, Bus lines and the like
Fig. 3 zeigt eine Karte zum Angeben einer Ausgabeverteilung des BPF-Ausgabewerts (mV), der durch aufeinanderfolgendes Verarbeiten des Ionenstromsignals SIION des Operationsverstär kers 20 durch das HPF 22, die Maskierschaltung 23 und den mit dem BPF 24 beginnenden Schaltungspfad erhalten und danach in den Mikrocomputer 30 eingegeben wird, und des BEP-Ausgabe werts (mV), der durch aufeinanderfolgendes Verarbeiten des Ionenstromsignals SIION des Operationsverstärkers 20 durch das HPF 22, die Maskierschaltung 23 und den an dem BEF 27 begin nenden Schaltungspfad erhalten und dann in den Mikrocomputer 30 eingegeben wird. Fig. 3 shows a map for indicating an output distribution of the BPF output value (mV) obtained by sequentially processing the ion current signal SI ION of the operational amplifier 20 by the HPF 22 , the masking circuit 23 and the circuit path starting with the BPF 24 and thereafter in is input to the microcomputer 30 , and the BEP output value (mV) obtained by sequentially processing the ion current signal SI ION of the operational amplifier 20 by the HPF 22 , the mask circuit 23, and the circuit path starting at the BEF 27 , and then into the microcomputer 30 is entered.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, führt das Auftreten eines Klopfzustands zu einer Erhöhung des BPF-Aus gabewerts, und das Auftreten einer Störung zu einer Erhö hung des BEF-Ausgabewerts. Daher kann der Mikrocomputer 30 basierend auf dem eingegebenen BPF-Ausgabewert und BEF-Aus gabewert das Auftreten eines Klopfzustands gemäß der Dar stellung in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 erfassen. Es folgt eine Beschreibung der Bestimmungsoperation hinsichtlich des Erfassens eines Klopfzustands unter Bezugnahme auf das Fluß diagramm gemäß Fig. 4. Die gemäß der Darstellung in Fig. 4 durchgeführte Bestimmungsoperation bildet eine Klopfbestim mungseinrichtung.As is apparent from the above description, the occurrence of a knock condition leads to an increase in the BPF output value, and the occurrence of a disturbance leads to an increase in the BEF output value. Therefore, based on the input BPF output value and BEF output value, the microcomputer 30 can detect the occurrence of a knock condition as shown in the flowchart of FIG. 4. The following is a description of the determination operation regarding the detection of a knock condition with reference to the flowchart of FIG. 4. The determination operation performed as shown in FIG. 4 constitutes a knock determination means.
Im Schritt S100 setzt der Mikrocomputer 30 eine Klopfkennung F1 zurück (auf 0), die beim Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands in der Bestimmungsoperation gesetzt wird, und auch eine Störungskennung F2 (auf 0) die beim Feststellen des Auftretens einer Störung gesetzt wird. Danach nimmt der Mi krocomputer 30 im Schritt S102 die Eingabe eines BPF-Aus gabewerts und eines BEF-Ausgabewerts entgegen. Im Schritt S102 wird festgestellt, ob sich der BPF-Ausgabewert innerhalb eines Bereichs befindet, in dem der BPF-Ausgabewert größer oder gleich einem zuvor eingestellten vorbestimmten Wert α ist (Fig. 3). Trifft diese Bestimmungsbedingung zu (JA), so wird danach im Schritt S103 festgestellt, ob sich die Kombi nation des BPF-Ausgabewert und des BEF-Ausgabewerts innerhalb eines Bereich befindet, in dem das Verhältnis zwischen diesen größer oder gleich einem vorbestimmten Wert β ist, der in der Karte gemäß Fig. 3 als ein Gradient dargestellt ist, d. h. (BPF-Ausgabewert)/(BEF-Ausgabewert) ≧ β, insbesondere ein in diesem Fall anhand durchgehender Linien in Fig. 3 schattier ter Bereich. Trifft diese Bestimmungsbedingung zu (JA), so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß gerade ein Klopfzustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, und setzt die Klopfkennung F1 im Schritt S104 auf "1". Basierend auf dem Ergebnis dieser Bestimmung führt der Mikrocomputer 30 eine Zündzeitpunktsver zögerungssteuerung des Verbrennungsmotors durch. Es folgt ei ne Beschreibung der Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung unter Bezugnahme auf Fig. 5.In step S100, the microcomputer 30 resets a knock flag F1 (to 0) that is set when a knock condition is detected in the determination operation, and also a fault flag F2 (to 0) that is set when the occurrence of a fault is detected. Thereafter, the microcomputer 30 accepts the input of a BPF output value and a BEF output value in step S102. In step S102, it is determined whether the BPF output value is within a range in which the BPF output value is greater than or equal to a previously set predetermined value α ( FIG. 3). If this determination condition is true (YES), it is then determined in step S103 whether the combination of the BPF output value and the BEF output value is within a range in which the ratio between them is greater than or equal to a predetermined value β, shown in the map of FIG. 3 as a gradient, ie (BPF output value) / (DIF output value) ≧ β, in particular a schattier in this case, on the basis of solid lines in Fig. 3 ter area. If this determination condition is true (YES), the microcomputer 30 determines that there is a knock condition in the engine and sets the knock flag F1 to "1" in step S104. Based on the result of this determination, the microcomputer 30 performs ignition timing retard control of the internal combustion engine. The following is a description of the ignition timing retard control with reference to FIG. 5.
Wird im Schritt S102 festgestellt, daß der BPF-Ausgabewert kleiner als der vorbestimmte Wert α ist (NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 30, daß weder ein Klopfen noch eine Störung vorliegt, und beendet die Klopfzustandsbestimmungsoperation. Wird im Schritt S102 festgestellt, daß der BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist (JA), und im Schritt S103, daß die Kombination des BPF-Ausgabewerts und des BEF-Ausgabewerts innerhalb eines Bereichs liegt, in dem das Verhältnis zwischen diesen geringer als der vorbestimmte Wert β ist, d. h. (BPF-Ausgabewert)/(BEF-Ausgabewert) < β, insbesondere ein in diesem Fall durch die gestrichelten Lini en in Fig. 3 schattierter Bereich (NEIN), so bestimmt der Mi krocomputer 30, daß eine Störung vorliegt und setzt die Stö rungskennung F2 auf "1". In diesem Fall verhindert der Mikro computer 30 die Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors, da kein Klopfzustand vorliegt.If it is determined in step S102 that the BPF output value is smaller than the predetermined value α (NO), the microcomputer 30 determines that there is neither knocking nor failure, and ends the knocking state determination operation. It is determined in step S102 that the BPF output value is greater than or equal to the predetermined value α (YES), and in step S103 that the combination of the BPF output value and the BEF output value is within a range in which the relationship between this is less than the predetermined value β, ie (BPF output value) / (BEF output value) <β, in particular an area (NO) shaded in this case by the dashed lines in FIG. 3, the microcomputer 30 determines that there is a fault and sets the fault identifier F2 to "1". In this case, the microcomputer 30 prevents the ignition timing control of the internal combustion engine because there is no knocking condition.
Es folgt eine Beschreibung der für den Verbrennungsmotor durchgeführten Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung beim Er fassen eines Klopfzustands unter Bezugnahme auf Fig. 5. Die gemäß der Darstellung in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 5 durch geführte Steuerung bildet eine Zündzeitpunktsverzögerungs steuerungseinrichtung.The following is a description of the ignition timing retard control performed for the internal combustion engine upon detection of a knock condition with reference to FIG. 5. The control performed as shown in the flowchart of FIG. 5 constitutes an ignition timing retard control means.
Im Schritt S200 nimmt der Mikrocomputer 30 die Eingabe von Daten über Betriebszustände des Verbrennungsmotors (nicht ge zeigt) entgegen, beispielsweise die Motordrehzahl NE und die Ansaugluftmenge Q, die durch einen bekannten Drehzahlsensor bzw. einen bekannten Ansaugluftströmungssensor erfaßt werden. In step S200, the microcomputer 30 accepts the input of data about operating states of the internal combustion engine (not shown), for example the engine speed NE and the intake air quantity Q, which are detected by a known speed sensor and a known intake air flow sensor.
Danach wird ein Bezugszündzeitpunkt θB basierend auf der Mo tordrehzahl NE und der Ansaugluftmenge Q berechnet. Die Be rechnung des Bezugszündzeitpunkts θB dient lediglich zur Be rechnung eines optimalen Zündzeitpunkts in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und wird hier nicht näher beschrieben. Im Schritt S202 wird festge stellt, ob die Störungskennung F2 "1" beträgt, d. h. ob das Auftreten einer Störung erfaßt wurde. Wird festgestellt, daß die Störungskennung F2 nicht "1" beträgt (NEIN), so schreitet der Ablauf zum Schritt S203, wo bestimmt wird, ob die Klopf kennung F1 "1" beträgt, d. h. ob das Auftreten eines Klopfens erfaßt wurde. Wird festgestellt, daß die Klopfkennung F1 "1" beträgt (JA), so schreitet der Ablauf zum Schritt S204, wo ein Zündzeitpunkt θ durch Subtrahieren einer vorbestimmten Größe Rθ von dem im Schritt S201 berechneten Bezugszündzeit punkt θB berechnet wird. Basierend auf dem so berechneten Zündzeitpunkt θ führt der Mikrocomputer 30 die Zündzeit punktssteuerung durch. Zusammengefaßt wird das Klopfen beim Auftreten eines Klopfens durch Verzögern des Zündzeitpunkts auf den durch Subtrahieren des vorbestimmten Größes Rθ von dem Bezugszündzeitpunkt θB erhaltenen Wert gesteuert.Then, a reference ignition timing θB is calculated based on the engine speed NE and the intake air amount Q. The calculation of the reference ignition timing θB only serves to calculate an optimal ignition timing in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine and is not described in more detail here. In step S202, it is determined whether the fault identifier F2 is "1", that is, whether the occurrence of a fault has been detected. If it is determined that the failure flag F2 is not "1" (NO), the flow advances to step S203, where it is determined whether the knock flag F1 is "1", that is, whether the occurrence of knocking has been detected. If it is determined that the knock flag F1 is "1" (YES), the flow advances to step S204, where an ignition timing θ is calculated by subtracting a predetermined quantity Rθ from the reference ignition timing θB calculated in step S201. Based on the ignition timing θ thus calculated, the microcomputer 30 performs the ignition timing control. In summary, the knocking when knocking occurs is controlled by retarding the ignition timing to the value obtained by subtracting the predetermined quantity Rθ from the reference ignition timing θB.
Wird im Schritt S202 festgestellt, daß die Störungskennung F2 "1" beträgt (JA), d. h. eine Störung erfaßt wurde, oder wird im Schritt S203 festgestellt, daß die Klopfkennung F1 "1" be trägt (NEIN), d. h. das Auftreten eines Klopfzustands erfaßt wurde, so schreitet der Ablauf zum Schritt S205, wo die Zünd zeitpunktssteuerung basierend auf dem im Schritt S201 berech neten Bezugszündzeitpunkt θB durchgeführt wird.It is determined in step S202 that the failure flag F2 "1" is (YES), i.e. H. a malfunction has been or is being detected found in step S203 that the knock flag F1 is "1" carries (NO), d. H. the occurrence of a knock condition is detected the process proceeds to step S205 where the ignition Timing control based on the computed in step S201 neten reference ignition timing θB is performed.
In der Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden durch die vorstehend beschriebenen Elemente verschiedene Einrichtungen gebildet. Eine Ionenstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines in einem Brennraum des Verbrennungsmotor unmittelbar nach dem Auftreten eines durch die Zündkerze 12 erzeugten Zündfunkens fließenden Ionenstroms IION als das Ionenstromsignal SIION wird gebildet durch den Kondensator 15, die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10, die Zündkerze 12, den Ionenstromerfassungs widerstand 17, den Operationsverstärker 20 und dergleichen. Das BPF 24 bildet eine erste Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Signals im Bereich von 6 kHz, d. h. in einem Klopffrequenzband, aus dem durch die Ionenstromerfassungsein richtung erfaßten Ionenstromsignal SIION. Das BEF 27 bildet eine zweite Signalextraktionseinrichtung zum Extrahieren im wesentlichen aller Signale außerhalb des Klopffrequenzbands im Bereich von 6 kHz, aus dem durch die Ionenstromerfassungs einrichtung erfaßten Ionenstromsignal SIION. Durch den Mikro computer 30 wird eine Klopfbestimmungseinrichtung realisiert zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, unter der Vor aussetzung, daß der BPF-Ausgabewert basierend auf dem durch das BPF 24 extrahierten Signal größer oder gleich dem vorbe stimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Aus gabewerts zu dem BEF-Ausgabewert basierend auf dem durch das BEF 27 extrahierten Signal größer oder gleich dem vorbe stimmten Wert β ist.In the knock detection device for an internal combustion engine according to this embodiment, various devices are formed by the above-described elements. An ion current detection device for detecting an ion current I ION flowing in a combustion chamber of the internal combustion engine immediately after the occurrence of an ignition spark generated by the spark plug 12 as the ion current signal SI ION is formed by the capacitor 15 , the secondary winding 10 b of the ignition coil 10 , the spark plug 12 Ion current detection resistor 17 , the operational amplifier 20 and the like. The BPF 24 forms a first signal extraction device for extracting a signal in the range of 6 kHz, ie in a knock frequency band, from the ion current signal SI ION detected by the ion current detection device. The BEF 27 forms a second signal extraction device for extracting essentially all signals outside the knocking frequency band in the range of 6 kHz, from the ion current signal SI ION detected by the ion current detection device. A knock determination device is implemented by the microcomputer 30 to determine that there is a knock condition, provided that the BPF output value based on the signal extracted by the BPF 24 is greater than or equal to the predetermined value α and that the ratio of the BPF output values to the BEF output value based on the signal extracted by the BEF 27 is greater than or equal to the predetermined value β.
Zusammengefaßt bestimmt der Mikrocomputer 30, daß ein Klopf zustand in dem Verbrennungsmotor vorliegt, wenn der als Klopfbestimmungseinrichtung dienende Mikrocomputer 60 fest stellt, daß der durch das BPF 24 erhaltene BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem durch das BEF 27 er haltenen BEF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert β ist. Da die Klopfbestimmungseinrichtung sowohl die Größe des Klopfsignals als auch das Ausgabeverhältnis zwi schen dem Klopfsignal und dem Störsignal berücksichtigt, kann das Auftreten eines Klopfzustands in einem Verbrennungsmotor mit hoher Genauigkeit ohne Beeinflussung durch das Auftreten von Störungen erfaßt werden.In summary, the microcomputer 30 determines that there is a knock condition in the internal combustion engine when the knock determining device 60 determines that the BPF output value obtained by the BPF 24 is greater than or equal to the predetermined value α and that the ratio of the BPF- Output values for the BEF output value obtained by the BEF 27 are greater than or equal to the predetermined value β. Since the knock determination device takes into account both the size of the knock signal and the output ratio between the knock signal and the interference signal, the occurrence of a knock condition in an internal combustion engine can be detected with high accuracy without being influenced by the occurrence of interference.
Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält weiterhin eine durch den Mikrocomputer 30 realisierte Verzögerungssteuerungsver hinderungseinrichtung. Ist der auf dem durch das BPF 24 ex trahierten Signal basierende BPF-Ausgabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α und darüber hinaus das Ver hältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem auf dem durch das BEF 27 extrahierten Signal basierenden BEF-Ausgabewert geringer als der vorbestimmte Wert β, so bestimmt die Verzögerungssteue rungsverhinderungseinrichtung, daß eine Störung vorliegt, und verhindert die Zündzeitpunktsverzögerungssteuerung des Ver brennungsmotors.The knock detection device for an internal combustion engine according to this embodiment further includes a deceleration control prevention device implemented by the microcomputer 30 . If the BPF output value based on the signal extracted by the BPF 24 is greater than or equal to the predetermined value α and, moreover, the ratio of the BPF output value to the BEF output value based on the signal extracted by the BEF 27 is less than the predetermined value Value β, the delay control preventing means determines that there is a trouble, and prevents the ignition timing control of the internal combustion engine.
Zusammengefaßt bestimmt der Mikrocomputer 30, daß eine Stö rung vorliegt, und verhindert die Zündzeitpunktsverzögerungs steuerung des Verbrennungsmotors, wenn der als die Verzöge rungssteuerungsverhinderungseinrichtung dienende Mikrocompu ter 30 feststellt, daß der durch das BPF 24 erhaltene BPF-Aus gabewert größer oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist und daß das Verhältnis des BPF-Ausgabewerts zu dem durch das BEF 27 erhaltenen BEF-Ausgabewert geringer als der vorbe stimmte Wert β ist.In summary, the microcomputer 30 determines that there is a malfunction and prevents the ignition timing control of the internal combustion engine when the microcomputer 30 serving as the deceleration control preventing device determines that the BPF output value obtained by the BPF 24 is greater than or equal to the predetermined value α and that the ratio of the BPF output value to the BEF output value obtained by the BEF 27 is less than the predetermined value β.
Durch das auf diese Weise mögliche genaue Unterschieden zwi schen dem Klopfzustand und der Störung kann die Zuverlässig keit des Klopfsteuersystems verbessert werden, das die Zünd zeitpunktsvorverlegungs-/Verzögerungssteuerung eines Verbren nungsmotors entsprechend dem Auftreten eines Klopfzustands durchführt.Because of the exact differences between The knock condition and the malfunction can make it reliable speed of the knock control system can be improved, the ignition timing advance / delay control of combustion motor according to the occurrence of a knock condition carries out.
Die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält weiterhin eine durch das HPF 22 mit einer Grenzfrequenz von 3 kHz gebildete Fil tereinrichtung. Die Filtereinrichtung befindet sich zwischen der durch den Kondensator 15, die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10, die Zündkerze 12, den Ionenstromerfassungswi derstand 17, den Operationsverstärker 20 und dergleichen ge bildeten Ionenstromerfassungseinrichtung und der Kombination der durch das BPF 24 gebildeten ersten Signalextraktionsein richtung und der durch das BEF 27 gebildeten zweiten Signal extraktionseinrichtung. Die durch das HPF 22 gebildete Fil tereinrichtung extrahiert im wesentlichen lediglich Signale eines oberhalb einer vorbestimmten Frequenz befindlichen Fre quenzbands aus dem Ionenstromsignal SIION der Ionenstromerfas sungseinrichtung.The knock detection device for an internal combustion engine according to this embodiment further includes a filter device formed by the HPF 22 with a cutoff frequency of 3 kHz. The filter device is between the capacitor 15 , the secondary winding 10 b of the ignition coil 10 , the spark plug 12 , the ion current detection resistor 17 , the operational amplifier 20 and the like ge ion current detection device and the combination of the first signal extraction device formed by the BPF 24 and the device by the BEF 27 formed second signal extraction device. The filter device formed by the HPF 22 essentially extracts only signals of a frequency band located above a predetermined frequency from the ion current signal SI ION of the ion current detection device.
Durch das in einer der Extraktion der für das Klopfsignal und das Störungssignal charakteristischen Signalverläufe vorge schalteten Stufe angeordnete HPF 22, d. h. die Filtereinrich tung, entfernt die Klopferfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor der Extraktion des Klopf- und Stö rungssignals Signalkomponenten in dem Frequenzband unterhalb 3 kHz, innerhalb dem das Klopfsignal und das Störungssignal im wesentlichen denselben Signalverlauf zeigen, aus dem Io nenstromsignal SIION. Daher ermöglicht die Klopferfassungsvor richtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine genauere Be stimmung dahingehend, ob ein Klopfzustand oder eine Störung vorliegt, wodurch die Zuverlässigkeit des Klopfsteuersystems verbessert wird.By means of the HPF 22 arranged upstream of the extraction of the signal curves characteristic of the knock signal and the interference signal, ie the filter device, the knock detection device according to this exemplary embodiment removes signal components in the frequency band below 3 kHz before the extraction of the knock and interference signal, within which the knock signal and the interference signal show essentially the same signal profile, from the ion current signal SI ION . Therefore, the knock detection device according to this embodiment enables more accurate determination of whether there is a knock condition or a malfunction, thereby improving the reliability of the knock control system.
Obwohl die erste Signalextraktionseinrichtung in dem vorge nannten Ausführungsbeispiel durch das BPF 24 zum Extrahieren eines Signals innerhalb eines Klopffrequenzbands im Bereich von 6 kHz gebildet ist, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, daß das Extraktionsfrequenzband der ersten Signalextraktionseinrich tung in Übereinstimmung mit den Klopffrequenzbandeigenschaf ten desjenigen Verbrennungsmotors gewählt wird, für den die Erfindung eingesetzt wird.Although the first signal extraction device in the aforementioned embodiment is formed by the BPF 24 for extracting a signal within a knocking frequency band in the range of 6 kHz, the invention is not limited to this structure. According to the invention, it is essential that the extraction frequency band of the first signal extraction device is selected in accordance with the knock frequency band properties of the internal combustion engine for which the invention is used.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird die zweite Ex traktionseinrichtung durch das BEF 27 zum Extrahieren im we sentlichen aller Signale außerhalb des Bands im Bereich von 6 kHz gebildet, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Klopf frequenzband festgelegt ist. Daher führt eine Verschiebung des Störungsfrequenzbands aus dem Bereich von 4 kHz in Abhän gigkeit der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors zu keiner wesentlichen Beeinflussung der Wirksamkeit des extrahierten Signals. Folglich ist durch die Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem vorgenannten Ausfüh rungsbeispiel eine exzellente und zuverlässige Trennung des Auftretens eines Klopfzustands von einer Störung möglich und damit eine genaue Bestimmung des Auftretens eines Klopfzu stands.In the aforementioned embodiment, the second extraction device is formed by the BEF 27 for extracting essentially all signals outside the band in the range of 6 kHz, which is defined as the knock frequency band in this embodiment. Therefore, a shift of the interference frequency band from the range of 4 kHz depending on the engine speed of the internal combustion engine does not have any significant influence on the effectiveness of the extracted signal. As a result, the knock detection device for an internal combustion engine according to the aforementioned embodiment enables an excellent and reliable separation of the occurrence of a knock condition from a malfunction, and thus an accurate determination of the occurrence of a knock condition.
Obwohl in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel die Spitzen halteschaltungen 25, 28 eingesetzt wurde, ist die Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Beispielsweise können statt dessen Integrationsschaltungen zum entsprechenden Integrieren der Ausgangssignale des BPF 24 und des BEF 27 verwendet werden.Although the peak holding circuits 25 , 28 have been used in the aforementioned embodiment, the invention is not limited to such a structure. For example, instead of this, integration circuits can be used for integrating the output signals of the BPF 24 and the BEF 27 accordingly.
In einer Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmo tor wird ein in einem Brennraum unmittelbar nach dem Erzeugen eines Zündfunkens mittels einer Zündkerze fließender Ionen strom unter Verwendung eines Operationsverstärkers erfaßt. Das Ionenstromsignal durchläuft ein Bandpaßfilter (BPF) zum Bereitstellen eines ein Klopffrequenzband abdeckenden BPF-Aus gabewerts. In einem anderen Schaltungspfad durchläuft das Ionenstromsignal ein Bandsperrenfilter (BEF) zum Bereitstel len eines im wesentlichen alle Frequenzbänder mit Ausnahme des Klopffrequenzband abdeckenden BEF-Ausgabewerts. Die BPF- und BEF-Ausgabewerte werden in einen Mikrocomputer eingege ben, der sowohl die Größe des BPF-Ausgabewerts als auch das Verhältnis des BEF-Ausgabewerts zu dem BEF-Ausgabewert unter sucht. Die Klopferfassungsvorrichtung ermöglicht daher ein genaues Erfassen des Auftretens eines Klopfzustands in dem Verbrennungsmotor ohne Beeinflussung durch eine Störung.In a knock detection device for an internal combustion engine gate becomes a in a combustion chamber immediately after generation a spark by means of a spark plug flowing ions current detected using an operational amplifier. The ion current signal passes through a bandpass filter (BPF) to Providing a knock frequency band covering BPF out given. In another circuit path, this goes through Ion current signal to provide a bandstop filter (BEF) len one essentially all frequency bands except of the knock frequency band covering BEF output value. The BPF and BEF output values are input to a microcomputer ben, which is both the size of the BPF output value and that Ratio of the BEF output value to the BEF output value below is looking for. The knock detection device therefore enables one accurately detect the occurrence of a knock condition in the Internal combustion engine without interference from a fault.
Claims (13)
- a) eine erste Signalextraktionseinrichtung (24) zum Extra hieren eines innerhalb eines Klopffrequenzbands befindlichen Signals aus dem Ionenstrom;
- b) eine zweite Signalextraktionseinrichtung (27) zum Extra hieren eines außerhalb des Klopffrequenzbands befindlichen Signals aus dem Ionenstrom; und
- c) eine Klopfbestimmungseinrichtung (30) zum Bestimmen, daß ein Klopfzustand vorliegt, wenn eine Größe des durch die Si gnalextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals zumin dest die Größe eines vorbestimmten Größenwerts aufweist und ein Verhältnis zwischen der Größe des durch die erste Signa lextraktionseinrichtung (24) extrahierten Signals und einer Größe des durch die zweite Signalextraktionseinrichtung (27) extrahierten Signals zumindest die Größe eines vorbestimmten Verhältnisses aufweist.
- a) a first signal extraction device ( 24 ) for extracting a signal located within a knock frequency band from the ion current;
- b) a second signal extraction device ( 27 ) for extracting a signal outside the knock frequency band from the ion current; and
- c) a knock determination device ( 30 ) for determining that a knock condition exists when a size of the signal extracted by the signal extraction device ( 24 ) has at least the size of a predetermined size value and a ratio between the size of the signal extraction device ( 24 ) extracted signal and a size of the signal extracted by the second signal extraction device ( 27 ) has at least the size of a predetermined ratio.
- a) Extrahieren einer Klopfkomponente aus einem dem erfaßten Ionenstrom entsprechenden Signal, wobei sich die Klopfkompo nente innerhalb eines vorbestimmten Klopffrequenzbands befin det;
- b) Extrahieren einer Störkomponente aus dem dem erfaßten Ionenstrom entsprechenden Signal, wobei sich die Störkompo nente außerhalb des vorbestimmten Klopffrequenzbands befin det;
- c) Berechnen eines Klopf-/Stör-Verhältnisses zwischen einer Größe der Klopfkomponente und einer Größe der Störkomponente; und
- d) Bestimmen, ob ein Klopfzustand vorliegt, basierend auf der Größe der Klopfkomponente und dem Klopf-/Stör-Verhältnis.
- a) extracting a knock component from a signal corresponding to the detected ion current, the knock component being within a predetermined knock frequency band;
- b) extracting an interference component from the signal corresponding to the detected ion current, the interference component being outside the predetermined knock frequency band;
- c) calculating a knock / interference ratio between a size of the knock component and a size of the interference component; and
- d) determining whether there is a knock condition based on the size of the knock component and the knock / noise ratio.
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