DE3523017A1

DE3523017A1 - Einrichtung und verfahren zum ermitteln und beeinflussen des klopfens einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3523017A1
Application number: DE19853523017
Authority: DE
Inventors: Toshimi Yokohama Kanagawa Abo; Yoshihisa Yokosuka Kanagawa Kawamura; Tatsuo Yokohama Kanagawa Morita; Hatsuo Nagaishi; Hiroyuki Fujisawa Kanagawa Naito; Kunifumi Yokosuka Kanagawa Sawamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3523017C2; US4750103A

Description

Einrichtung und Verfahren zum Ermitteln und Beeinflussen des Klopfens einer Brennkraftmaschine

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ermitteln und Beeinflussen des Klopfens einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 23-

Ein Klopfphänomen (auch einfach Klopfen genannt), das in einer Brennkraftmaschine auftritt, rührt von einer anomalen Verbrennung aufgrund einer Frühzündung unverbrannten Luftkraftstoffgemischs (Endgas genannt) im Maschinenzylinder her. Die anomale Verbrennung äußerst sich in Form einer resonanten Druckschwingung im Maschinenzylinder (Zylinderdruck), die eine Mehrzahl von Eigenfrequenzen aufweist, die von den Abmessungen des Zylinders (speziell dem Bohrungsdurchmesser) und den Temperaturen der verbrannten Gase abhängen.

Diese Eigenfrequenzen fallen in einen Bereich von etwa 5 bis 6 KHz oder mehr.

Eine solche Druckschwingung überträgt sich auf die Luft über die Zylinderwand, den Zylinderblock usw. und wird akustisch als unangenehmer, hochfrequenter Ton wahrgenommen. Dies ist das sogenannte Klopfgeräusch.

Ein solches Klopfphänomen tritt in erheblichem Maße auf, wenn die Maschinenbelastung oberhalb eines konstanten Wertes liegt und der Zündzeitpunkt zu weit

auf einen Winkel vorverlegt wird, der früher liegt, als ein normaler Zündvoreilungswinkel. Solch starkes Klopfen verursacht unangenehme Geräusche und eine heftige Schwingung innerhalb des Zylinders. Als Folge wird eine abnorm hohe Temperatur im Inneren des Zylinders aufgrund einer säulenförmigen Schwingung erzeugt, die von dem starken Klopfen hervorgerufen wird,so daß schließlich die Maschine beschädigt werden kann.

Ein niedriger Klopfpegel hat hingegen keinen

nachteiligen Einfluß auf die Maschine und ihre Leistungscharakteristik. Wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird und ein solcher niedriger Klopfpegel auftritt, dann steigt die Verbrennungsleistung der Maschine, so daß der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. Es ist daher vorteilhaft, die Maschine bei einem geeigneten Klopfpegel zu betreiben, um eine optimale Verbrennung im Hinblick auf die Ver-

2Q besserung des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen.

Um die Maschinenleistung zu verbessern und den vom Klopfen hervorgerufenen Geräuschpegel unter einem vorbestimmten Pegel zu halten, ist es notwendig, 2g eine Regelung in der Hinsicht zu erzielen, daß der Klopfpegel zu den verschiedensten Maschinenbetriebsbedingungen paßt.

Die üblichen Klopfermittlungs- und Regelungs „₀ einrichtungen bei Brennkraftmaschinen sind im allgemeinen derart ausgeführt, daß ein aufgrund anomaler Verbrennung der Maschine hervorgerufenes Klopfen mittels eines Klopfdetektors, der einen Drucksensor enthält, ermittelt wird und das Ermittlungsergebnis, _ d.h. ein Klopfpegel mit einem vorbestimmten Bezugs-

wert verglichen wird, so daß das Auftreten oder Fehlen des Klopfens bestimmt werden kann. Außerdem wird der Zündzeitpunkt dann auf der Basis des Bestimmungsergebnisses so eingestellt, daß ein Wiederauftreten des Klopfens vermieden und eine geeignete Kraftstoffverbrennung ausgeführt wird.

In diesem Falle ermittelt der obenbeschrieben Klopfdetektor jedoch nicht nur das Klopfen, sondern auch Druckschwankungen, die in jedem Zylinder aufgrund der normalen Verbrennung und bei der Beschleunigung oder Verzögerung der Maschine erzeugt werden. Diese durch solche Druckänderungen hervorgerufenen Hintergrundgeräusche sind jedoch nicht fest sondern schwankend mit der Zeit, je nach den unterschiedlichen Maschinenbetriebszuständen. Da die Ausgangscharakteristik des Klopfdetektors ebenfalls Schwankungen zeigt, führt auch dies zu einem Hintergrundgeräusch. Die Vermeidung des Wiederauftretens des Klopfens hängt in der Hauptsache davon ab, wie genau das Klopfen von solchen Hintergrundgeräuschen unterschieden werden kann.

Um mit dem beschriebenen, bekannten Problem fertig zu werden, sind verschiedene Systeme zum Ermitteln und Regeln des Klopfens in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen worden.

Die JP-OS 59-39972 beschreibt ein System der obenbeschriebenen Art. Danach wird ein Durchschnittswert des Ausgangspegels des Klopfdetektors für ein vorbestimmtes Kurbelwinkelintervall (um einen vorbestimmten Winkel, um den sich die Maschinenkurbelwelle gedreht hat) als Hintergrundgeräuschpegel verwendet, und der Hintergrundgeräuschpegel wird mit

k (eine konstante Zahl) multipliziert, um als erster Bezugswert zu dienen. Das System vergleicht dann einen Maximalwert des Ausgangspegels des Klopfdetektors

c für das vorbestimmte Kurbelwinkelintervall mit dem ο

ersten Bezugswert.

Wenn der erwähnte Maximalwert größer als der erste Bezugswert ist, dann bestimmt das System hieraus das Auftreten des Klopfens und verzögert den Zündzeitpunkt um einen vorbestimmten Verzögerungswinkel. Außerdem vergleicht das System den Maximalwert mit einem vorbestimmten zweiten Bezugswert, der fest ist, und bestimmt das Auftreten des Klopfens, wenn der be-

._ schriebene Maximalwert größer als der zweite Bezugs-Ib

wert ist. Daraus wird der Zündzeitpunkt so eingestellt, daß er um den Verzögerungswinkel verzögert wird. Dies bedeutet, daß das System den Zündzeitpunkt regelt, um diesen in Bezug auf den laufenden Zündzeitpunkt zu verzögern, wenn der Maximalwert vom Klopfsensor größer als der erste oder zweite Bezugswert ist. Es sei hervorgehoben, daß der Mittelwert des Ausgangspegels des Klopfdetektors von einem Wert eines integrierten Ausgangssignals eines Integrierkreises

nach Gleichrichtung einer Ausgangswelle des Klopf-25

detektors durch einen Gleichrichter abgeleitet wird.

Es besteht bei dem vorbeschriebenen System jedoch ein Problem. Da der Mittelwert des Ausgangspegels des Klopfdetektors , der mit der konstanten 30

zahl k multipliziert wird, als Bezugswert für den

Vergleich verwendet wird, setzt sich ein hoher Pegel eines Hintergrundgeräusches für eine lange Zeitdauer fort, obgleich im Bereich hoher Maschinendrehzahlen kein Klopfen auftritt. Da außerdem der 35

Pegel des Hintergrundgeräusches in Abhängigkeit vom maschinenbetriebszustand schnell geändert wird, wird der Bezugswert (der erste Bezugswert) so berechnet, daß ein Wert hohen Pegels eingestellt wird, so daß es unmöglich ist, das Klopfgeräusch vom Hintergrundgeräusch genau zu unterscheiden. Es ist daher nicht möglich, das Wiederauftreten des Klopfens ausreichend genau zu vermeiden und zu unterdrücken. Daher läßt sich das maximale Ausgangsdrehmoment der Maschine nicht erreichen und es tritt ein lautes Klopfen auf, wodurch die Lebensdauer der Maschine beeinträchtigt wird. Die JP-AS 58-137^9 beschreibt einen anderen Klopfdetektor. Dieser besteht aus einem Klopfsensorblock mit einem druckempfindlichen Sensor, der an einer Zündkerze als Unterlegscheibe derselben installiert ist, einem Signalverstärker, einem tiefpaßfilter, einem Mittelwertbildungskreis mit einem die Hüllkurve des Klopfsignals verarbeitenden kreis, einem Komparator und einem Zündzeitpunktregelkreis.

In dem beschriebenen System wird eine Signalkompomente des dem Zylinderinnendruck- entsprechenden ermittelten Signals, die ein spezielles Frequenzband von 5 oder 6 KHz oder mehr hat, als Klopfsignal extrahiert und das Klopfsignal wird dann in einem Spitzenwertdetektorkreis verarbeitet, um ein Hüllsignal zu erzeugen. Das Hüllsignal wird als ein Signal angenommen, daß einer Klopfenergie entspricht und wird direkt mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen. Der Klopfpegel wird dann auf einen gewünschten Pegel geregelt, indem man den zündzeitpunkt auf der Basis des Vergleichsergebnisses vorverlegt oder verzögert.

-β.

Aber auch bei diesem Klopfdetektor existiert ein Problem. Die oben beschriebene spezielle Frequenzbandkomponente ist auch im Ausgangssignal des Sensors enthalten, wenn kein Klopfen auftritt, d.h. wenn Schwankungen im Verbrennungsdruck nicht auftreten.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Kraftspektrums der Druckschwingungen innerhalb der Maschinenzylinder der Brennkraftmaschine. Es sei hervorgehoben, daß obgleich das in Fig. 1 gezeigte Spektrum auf Versuchsergebnissen, die mit einer Vierzylindermaschine eines Hubraums von 1800 cm³ unter Vollast bei 4800U/min erzielt worden sind, im wesentlichen das gleiche Ergebnis bei anderen Maschinenarten, die bei einer Versuchsserie verwendet wurden, beobachtet werden konnten.

Bei dem in der genannten Veröffentlichung beschriebenen System wird die Bestimmung des Klopfpegels daher schwierig.

Fig. 1 zeigt solches Klopfen mit einem relativ großen Pegel. Eine Differenz im Pegel zwischen jenen beim Nicht-Auftreten von Klopfen (A) und beim Auftreten von Klopfen (B) ist gleich oder größer als etwa 10 dB.

Diese Differenz beträgt jedoch nur etwa 2 oder 3 dB in einem Zustand, wo ein Klopfkurvenmuster, das eine Grenze zwischen den Bestimmungen von Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen darstellt, gegeben ist. In diesem Falle ist es extrem schwierig, das Auftreten eines solchen Klopfmusters zu bestimmen.

Da außerdem der Ausgangssignalpegel selbst des druckempfindlichen Sensors während des Nicht-Auftretens des Klopfens aufgrund einer Anfangscharakteristik und von Abweichungen aufgrund Alterung und aufgrund des

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Einflusses des mechanisch vibrierenden Systems, verursacht durch Belastung an einer Sensorelementoberfläche oder durch Befestigungsdrehmoment im Falle der Befestigung eines druckempfindlichen Sensors an der Zündkerze stark verändert wird, wird eine solche Pegeländerung häufig größer als jene des Ausgangssignals während des Auftretens des Klopfens aufgrund der obigen Einflüsse.

Die Versuche, die die Anmelderin mit unterschiedlichen Maschinentypen angestellt hat, zeigten, daß die Ausgangsschwankungen der druckempfindlichen Sensoren während des Nicht-Auftretens des Klopfens drei- oder vierfach waren in Bezug auf eine Maschinenbelastung im Maschinenleerlauf oder mit weit offener Drosselklappe oder waren zwei- oder dreifach in Bezug auf die Maschinendrehzahl bei 800 U/min oder 4800 U/min,

Da bei dem in der beschriebenen Veröffentlichung dargestellten Detektor das Signal des druckempfindlichen Sensors mit solch großer Schwankungsbreite direkt mit dem Bezugswert verglichen wird, ist eine zusätzliche Anzahl von Versuchen für jeden druckempfindlichen Sensor für jede Maschinenart und für jeden maschinenbetriebszustand notwendig, um ein System zu schaffen, das die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen bestimmt.

Angesichts der obigen Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Ermitteln und Regeln des Klopfens einer Brennkraftmaschine und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, mit dem das Auftreten des Klopfens unabhängig von den verschiedensten Faktoren, die die Ermittlung des Maschinenklopfens beeinträchtigen könnten, zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Erfindung ist es möglich, den Klopfpegel der Brennkraftmaschine beim Auftreten des Klopfens ohne Rücksicht auf Hintergrundgeräusche zu ermitteln.

Bei der Erfindung wird eine Schwingung eines

Verbrennungsdrucks, der während jedes Verbrennungszyklus in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, ermittelt und physikalische Größen, die mit den Verbrennungsschwingungsenergien sowohl bei Abwesenheit als uch bei Anwesenheit des Klopfphänomens einhergehen, werden aus den Druckschwingungen in der Brennkammer abgeleitet, ein Bezugswert und ein Vergleichssignalwert, die miteinander zu vergleichen sind, werden aus diesen berechneten Größen abgeleitet, und die Ergebnisse der entsprechenden Berechnungen werden miteinander verglichen, so daß sich die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen ermitteln läßt.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen,

das Ausgangssignal des Klopfdetektors für das vorbestimmte Intervall des Maschinenkurbelwinkels zu quantifizieren, das quantifizierte Signal dann zu verarbeiten, um einen Mittelwert des Signalpegels zu erhalten und das Klopfen wird dann aus dem Hintergrundgeräusch durch Addition und Subtraktion zwischen dem Mittelwert und dem laufenden quantifizierten Signalwert unterschieden, und das berechnete Ergebnis wird mit einem Bezugswert verglichen, so daß die

Klopfintensität genau gemessen werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Verlauf des Kraftspektrums von Brennkammerdruckschwingungen im Falle des Nichtauftretens von Klopfen und des Auftretens von Klopfen hohen Pegels über der Frequenz;

Fig. 2(A) und 2(B) zeigen Wellenformen von Ausgangssignalen eines druckempfindlichen Sensors, die durch ein Bandpaßfilter geleitet worden sind, während des Auftretens und Nicht-Auftretens von Klopfen;

Fig. 3(A) bis 3(C) zeigen Wellenformen von Signalen entsprechend einem Maschinenkurbelwinkel zur Erläuterung einer grundlegenden Technik nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5(A) und 5(B) zeigen einen Schnitt und eine Draufsicht auf einen auf den Zylinderinnendruck absprechenden Sensor, der an einer in einen Zylinderblock eingeschraubten Zündkerze installiert und Teil der Anordnung nach Fig. 4 ist;

Fig. 6 zeigt ein spezielles Blockschaltbild der ersten Ausführungsform anch Fig. 4;

Fig. 6(A) zeigt ein Beispiel des inneren Aufbaus eines Absolutwert-Integrationskreises in Fig. 6;

Fig. 7 zeigt ein Kurvenformdiagramm von Ausgangssignalen eines jeden Kreises in Fig. 6;

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines Programmes, das ein Mikrocomputer in Fig. 6 ausführt;

Fig. 9 zeigt ein spezielles Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ist ein Kurvenformdiagramm zur Erläuterung der Quantifizierungseinrichtung in der zweiten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 11 bis 13(B) zeigen Flußdiagramme, nach denen der Mikrocomputer in Fig. 9 arbeitet, wobei Fig. 11 das Flußdiagramm einer Initialisierungsroutine, Fig. 12 das Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine und die Fig. 13(A) und 13(B) zusammen das Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine sind, die bei 50° nach OT im Verdichtungstakt des Kurbelwinkels der Maschine ausgeführt wird;

Fig. 14 zeigt den Zusammenhang zwischen einem zuvor in einem ROM eines Mikrocomputers in Fig. 9 gespeicherten Bezugswertes über der Maschinendrehzahl;

Fig. 15 zeigt ein graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Pegel von Daten S und der akkumulativen Frequenz von ermittelten Daten S in %;

Fig. 16 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der akkumulativen Frequenz von 10% der ermittelten Daten S und jedem Klopfmuster nach Fig. 15;
35

4}

Fig. 17 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der akkumulativen Frequenz von 10% einer Differenz (S-SA) nach Fig. 15;

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm für den Betrieb einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das Teil des Flußdiagramms nach den Fig. 13(A) und 13(B) ist;

Fig. 19 zeigt eine graphische Darstellung eines Mittelwertes SAn der zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit einem Bezugswert S/L und Daten Sn;

Fig. 20 ist ein Flußdiagramm einer vierten bevorzugten Ausführungsform, das Teil des Flußdiagramms nach den Fig. 13(A) und 13(B) ist und

Fig. 21 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Differenzwert DSn (DSn = Sn - SAn) für jede der zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsformen, der akkumulativen Frequenz von 10% von Sn und jedem Klopfmuster nach Fig. 15.

Vor der Erläuterung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, soll der wesentliche technische Hintergrund derselben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert werden.

Wie man aus Fig. 1 entnehmen kann, erscheint eine große Differenz bei jedem Pegel in den Frequenzkomponenten, die innerhalb eines speziellen Frequenzbandes liegen, zwischen dem Zustand des Klopfens mit hohem Pegel (A) und dem Zustand des Nicht-Auftretens

von Klopfen (B). Ein Bandpaßfilter, das diese spezielle Frequenzbandkomponente durchläßt, wird daher dazu verwendet, eine solche Frequenzkomponente, die z.B. von 8 KHz bis 17 KHz reicht, durchzulassen. In diesem Bereich ist der Pegelunterschied bemerkenswert, wie Fig. 1 zeigt.

Die Fig. 2(A) und 2(B) zeigen Signalformen des Ausgangssignals des auf Druck ansprechenden Sensors nach dem Durchleiten durch das Bandpaßfilter. Es sei bemerkt, daß diese Signalformen die Hochfrequenzschwingungen im Inneren der Zylinder der Brennkraftmaschine nach der Zündung angeben.

Eine elektrische Leistung in einem speziellen Frequenzband, d.h. ein Mittelwert einer Schwingungsenergie in Bezug auf die Zeit, läßt sich wie folgt berechnen.

Eine elektrische Leistung eines Wechselstromsignals x(t) läßt sich im allgemeinen ausdrucken als

T S - (1/2T)/ X^Z(t)dt (1)

-T

Wie man aus der Gleichung (1) erkennt, läßt sich die Leistung 0 aus einem Mittelwert des Quadrats einer Amplitude des Signals x(t) über der Zeit ableiten.

Eine Integration eines Absolutwertes des Signals (x)t nach den Fig. 2(A) und 2(B) läßt sich wie folgt ausdrücken:

-T m

Jj/ |x(t)|dt=r|/ ^VX²(t) dt (2)

-T ^2T -τ

3523C17 -j*-

Da die rechte Seite der Gleichung (2) den geometrischen Mittelwert (RMS) des Signals x(t) angibt, kann die linke Seite der Gleichung (2) als Angabe einer Quantität der Leistung des Signals x(t) angesehen werden oder wenigstens als Quantität einer Ein-Wert-Funktion, die sich auf die Leistung bezieht.

Es sei betont, daß, obgleich das Signal x(t) der obenbeschriebenen Gleichungen (1)und (2) ledig- IQ lieh als ein Signal einer Grundfrequenz angenommen wird, das Signal x(t) auch eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten enthalten kann.

Fig. 3(A) zeigt das Ausgangssignal des auf Druck jg ansprechenden Sensors nach dem Durchleiten durch das Bandpaßfilter vor und nach einer Zündung eines Luftkraftstoffgemischs in einem Maschinenzylinder.

Fig. 3(B) zeigt eine Signalform, die einen 2Q integrierten Wert eines Absolutwertes des Signals nach Fig. 3(A) für einen Verdichtungstaktwinkelbereich darstellt, der 40° vor OT in einer Einheit des Kurbelwinkels zum oberen Totpuntk beginnt.

2J- Fig. 3(C) zeigt eine ähnliche Signalform in einem nachfolgenden Taktbereich, der bei OT beginnt und bis 40° nach OT reicht.

Es sei hervorgehoben, daß die Fig. 3(B) und O₀ 3(C) Schwingungsenergien der inneren Zylinder in

den entsprechenden Bereichen in Einheiten des Kurbelwinkels angeben. Mit anderen Worten, die Schwingungsenergien, die man durch Integration des Absolutwerts erhält', werden durch die Gleichung (2) ausge- __R drückt, in der ein Ausdruck 1/2T weggelassen ist.

Fig. 3(B) zeigt die Signalform, die im Intervall zwichen 40° vor OT bis OT reicht, ein integriertes Signals zum Zeitpunkt des Nichtauftretens von
Klopfen an. In diesem Intervall steigt der integrierte Signalpegel im wesentlichen linear an und die

Energie mit konstanter Amplitude ist vorhanden ohne
Rücksicht auf eine Position des Kurbelwinkels.

Dies bedeutet, daß der folgende Zusammenhang erzielt wird, wenn kein Klopfen auftritt, unter der Annahme, daß der obere Totpunkt (OT) ausgedrückt wird
als T=O:

O T=+4 0°

/ x(t)dt = / x(t)dt (3)

T=-40° °

Entsprechend der verschiedenen Versuche, die ausgeführt worden sind, darf angenommen werden, daß das durch die Gleichung (3) ausgedrückte Verhältnis unter

*^w fast allen Maschinenbetriebsbedingungen gilt.

Es sei hervorgehoben, daß das Integrationsintervall (in diesem Falle von 40° vor OT bis OT) sorgfältig ausgewählt werden muß,da eine falsche Aus-

wahl des Integrationsintervalles nicht zu einer
Erzielung der durch die Gleichung (3) ausgedrückten
Verhältnisse führt, weil der Öffnungs- und Schließbetrieb der Einlaß- und Auslaßventile der Maschine
einen Einfluß auf die Druckschwingungen hat.

Andererseits zeigt das Integrationsintervall
zwischen OT und 40° nach OT in Fig. 3(C) ein integriertes Signal während des Auftretens von Klopfen an. In diesem Falle erscheint eine Steigerung der Energie, die durch Klopfen im Expansionstakt nach OT des Ver-

dichtungstaktes hervorgerufen wird.

Im allgemeinen nimmt man an, daß die Bestimmung des Klopfpegels mittels des menschliehen Hörorgans auf der Grundlage einer relativen Differenz der Intensität von Geräuschpegeln ausgeführt wird, und zwar von Geräuschpegelrii, die stationär durch Hintergrundgeräusch und solche die durch Klopfschwingungen hervorgerufen werden.
10

Wenn daher die Schwingungsenergie des Innendrucks beim Nichtauftreten von Klopfen direkt mit jener während des Auftretens von Klopfen verglichen wird, dann läßt sich eine Ermittlung des Klopfpegels mit hoher Genauigkeit erzielen, die einer funktionellen Auswertung durch das menschliche Organ entspricht.

Da die Erfahrung lehrt, daß Klopfen nicht auftritt, bevor jeder Kolben im Verdichtungstakt den oberen Totpunkt erreicht hat, kann gemäß dem oben durch die Gleichung (3) ausgedrückten Zusammenhang das vor OT integrierte Signal als ein Voraussagewert für die Schwingungsenergie innerhalb des Zylinderdrucks im Expansionstakt nach OT beim Nichtauftreten von Klopfen angesehen werden, ohne Rücksicht auf das Auftreten oder Nichtauftreten von Klopfen im Expansionstakt, nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat.

Wenn daher ein Wert einer Halbwellengleichrichtung und eine Integration für die Druckschwingungen während eines vorbestimmten Intervalls, d.h. innerhalb eines Bereiches eines vorbestimmten Kurbelwinkels vor OT im Verdichtungstakt mit jenem während eines anderen vorbestimmten Intervalls, d.h. innerhalb

-Μ

ι eines vorbestimmten Kurbelwinkelbereiches nach OT im Expansionstakt oder in einem Kurbelwinkelbereich, der vor OT bis nach OT reicht, verglichen wird, dann kann die Schwingungsenergie innerhalb des Zylinders während des Nichtauftretens von Klopfen direkt mit der Schwingungsenergie im Zylinder, die während des Verdichtungstakts der Maschine erzeugt wird, verglichen werden. Auf diese Weise läßt sich daher das Auftreten von Klopfen mit extrem hoher Genaugkeit ermitteln.

Die erste bevorzugte Ausführungsform ermittelt die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen auf der Grundlage der obenbeschriebenen Ermittlungstheorie.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusammen mit einem Zündzeitpunktregelsystem, das später zu beschreiben ist.

In Fig. 4 bezeichnet 1 einen druckempfindlichen Sensor zur Ermittlung von Druckschwingungen in einem Maschinenzylinder. Der Sensor 1 kann eine Druckschwingung innerhalb einer Brennkammer der Maschine messen. Mit 2 ist ein elektrischer Ladungsverstärker bezeichnet, der eine elektrische Ausgangsladung des Sensors 1 in eine entsprechende Spannung umsetzt, da der Sensor 1 beispielsweise ein piezoelektrisches, druckempfindliches Element enthält. Mit 3 ist ein Bandpaßfilter (BPF) bezeichnet, das die Durchleitung einer Sinaikomponente mit einer Frequenz erlaubt, die in eJn spezielles Frequenzband von beispielsweise etwa 6 KHz bis 17 KHz fällt. Mit den Bezugszeichen 4 und 5 sind erste und zweite Signalverar- be itungs einrichtung en bezeichnet, mit denen eine erste

und eine zweite physikalische Größe erhalten werden, die den Verbrennungsdruckschwingungsenergien während des Nichtauftretens und Auftretens von Klopfen zugeordnetsnd. Diese Größen werden aus Signalen gewonnen, die den Verbrennungsdruckschwingungen ent-,?· sprechen, die durch die zuvor bezeichneten Elemente 1, 2 und 3 ermittelt worden sind.

Mit 6 und 7 sind erste und zweite Berechnungseinrichtungen zum Errechnen eines Bezugswertes und eines Vergleichssignalwertes aus einem oder beiden ersten oder zweiten physikalischen Größen bezeichnet.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Klopfbe-Stimmungseinrichtung, enthaltend einen Komparator, der den Bezugswert und den Vergleichssignalwert miteinander vergleicht , um die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen zu bestimmen.

Es sei betont, daß, da das Zündzeitpunktregelsystem 10 mit dem Klopfermittlungs- und Regelsystem

, kombiniert ist, eine Berechnungseinrichtung 9 zur Korrektur des Zündzeitvoreilwinkels in dem System 10 enthalten ist, die einen Korrekturwert für den Zündzeitvoreilwinkel entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Klopfbestimmungseinrichtung 8 errechnet.

Mit 11 ist ein Kurbelwinkelsensor bezeichnet, der ein Bezugssignal S. und ein Einheitswinkelsignal Sp erzeugt. Im Falle einer Sechszylindermaschine wird das Bezugssignal S. immer dann erzeugt, wenn die Maschinenkurbelwelle sich um 120° gedreht hat, und das Einheitswinkelsignal S_ wird immer dann erzeugt, wenn sich die Kurbewelle um beispielsweise 1° gedreht

3U17 ->β-

* hat. Mit 12 ist ein Sensor oder sind mehrere Sensoren zur Ermittlung weiterer Maschinenbetriebsparameter der Brennkraftmaschine bezeichnet.

Der Aufbau und die Betriebsweise eines jeden Elementes in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unten beschrieben.

Der druckempfindliche Sensor 1 enthält beispielswei· ¹^ se ein piezoelektrisches Element, das während der Verbrennung im Maschinenzylinder einen Druck in eine entsprechende elektrische Ladungsgröße umwandelt.

Wie in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt ist, besteht der druckempfindliche Sensor 1 aus einer Unterlegscheibe für eine Zündkerze 14 und ist um das obere Ende des Einschraubgewindes der Zündkerze 14 angeordnet und wird zwischen dem Sechskant 14a der Zündkerze 14 und dem Zylinderkopf 13 eingespannt, in den die Zündkerze 14 eingeschraubt ist. Wie Fig.5(B) zeigt, ist ein Kabel an der Mittelelektrode der Zündkerze 14 angeschlossen und mit einem Verteiler eines Zündkreises verbunden. Außerdem ist ein weiterer Anschlußdraht mit dem Ladungsverstärker 2 in Fig. 6 verbunden.

Fig. 6 zeigt ein spezielles Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der elektrische Ladungsverstärker 2 besteht beispielsweise aus einem konventionellen Ladungs-/Spannungs-Wandlerverstärker, enthaltend einen Widerstand R₁, der mit dem druckempfindlichen Sensor 1 verbunden ist einem Operationsverstärker OP, einem Kondensator C,

der zwischen einen invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers geschaltet ist, einem Widerstand Rp, der über den Kondensator C geschaltet ist, wobei der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OP geerdet ist.

Die erste Signalverarbeitungseinrichtung 4 enthält einen ersten Kreis zur Ermittlung einer Schwingungsenergie während des Nichtauftretens von Klopfen in der Maschine. Der Kreis 4 enthält: einen Absolutwertintegrationskreis 41, der einen Absolutwert des Ausgangssignals S_ des Bandpaßfilters 3 integriert, hält und in Abhängigkeit von dem Bezugssignal S. vom Kurbelwinkelsensor 11 rücksetzt. Der detaillierte Aufbau des Absolutwertintegrationskreises 41 ist in Fig. 6a dargestellt. Der Kreis 4 enthält weiterhin : erste und zweite voreinstellbare Zälhler 42, 43) die die Anzahl von Impulsen des Einheitswinkelsignals S^ vom Kurbelwinkelsensor 11 in Abhängigkeit von dem Bezugssignal S- vom Kurbelwinkelsensor 11 zählen.

Der Kreis 4 enthält weiterhin ein Flip-Flop(F/F) 44, das den Betrieb des Absolutwertintegrationskreises 41 in Abhängigkeit von einer Pegeländerung des Ausgangssigals der ersten und zweiten Zähler 42 und 43 steuert.

Die zweite Signalverarbeitungseinrichtung 5 enthält einen Kreis zum Ermitteln der Sehwingungsenergie während des Auftretens von Klopfen. Der Kreis 5 enthält einen Absolutwertintegrationskreis 51, dritte und vierte voreinstellbare Zähler 52 und 53 und ein Flip-Flop (F/F) 54.

Die«erste bevorzugte Ausführungsform, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist bei einer Sechszylinder-

OZ J J! / .20-

Maschine anwendbar. Außerdem wird das Bezugssignal S. vom Kurbelwinkelsensor 11 bei 70° vor OT im Verdichtungstakt für einen der Zylinder abgegeben und die entsprechenden Ermittlungen der Schwingungsenergien während des Auftretens und Nichtauftretens von Klopfen werden zwischen UO⁰ vor OT und 40° nach OT im Verdichtungstakt bzw. Expansionstakt ausgeführt. In diesen Fällen sind die ersten und zweiten voreinstellbaren Zähler 42 und 43 auf Werte entsprechend 30° und 70° des Kurbelwinkels eingestellt. Die dritten und vierten voreinstellbaren Zähler 52 und 53 sind auf die Werte eingestellt, die 70° und 110° des Kurbelwinkels entsprechen.

Die ersten und zweiten Berechnungseinrichtungen 6 und 7 und die Klopfbestimmungseinrichtung 8 uöw., die in Fig. 4 dargestellt sind, sind mit einem Mikrocomputer 20 verbunden (Fig. 6). Außerdem.übernimmt der Mikrocomputer die Funktionen der Korrekturwertberechnungseinrichtung 9, der Zündzeitpunktsteuereinrichtung 10 und der verschiedenen anderen, den Maschinenbetrieb steuernden Einrichtungen, beispielsweise für die Abgasrezirkulierungsrate, die Leerlaufdrehzahlregelung usw.

Ein Eingabe/Ausgabe-Interface (I/O Port) übernimmt Mikrocomputerfunktionen, wie A/D-Umwandlungen der Eingangssignale S_ und Sg, die Übertragung eines Unterbrechungssignals Sr an einen Mikroprozessor 22, wie später erläutet, die Berechnung eines endgültigen Zündzeitpunkts aus einem voreilenden Grundzündzeitpunktwert und einem später zu beschreibenden Korrekturwert und eine Übertragung eines Zündsteuersignals zu dem errechneten endgültigen Zündzeitpunkt zum Zündkreis 18 (in Fig. 6 nicht, jedoch in Fig. 9 dargestellt) .

3523C17 J₁*.

Der Mikroprozessor (MPU) 22 führt die verschiedenen Verarbeitungsprogramme zur Regelung der Maschinenbetriebszustände, einschließlich des in Fig.8 dargestellten Verarbeitungsprogramms, aus.

Ein ROM 23 speichert die oben erwähnten Verarbeitungsprogramme und ein RAM 24 dient als Zwischenspeicher für die zu verarbeitenden Daten.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer jeden Signalform in den typischen Kreisen, die in Fig. 6 gezeigt sind, wenn der Kurbelwinkel im Bereich zwischen 0 (d.h. 70° vor OT) und 120° (d.h. 50° nach OT) liegt.

Im einzelnen zeigt (A) von Fig. 7 das Bezugssignal S₁, das vom Kurbelwinkelsensor 11 erzeugt wird, (die Periode desselben ist 120° im Falle einer Sechs-Zylinder-Maschine). (B) von Fig. 7 zeigt das Einheitswinkelsignal S^, das von demselben Kurbelwinkelsensor 11 erzeugt wird und eine Impulsbreite von 1° des Kurbelwinkels hat (Maschinenkurbelwellendrehwinkel)..(C) von Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal S_Q des Ladungsverstärkers 2. (D) von Fig. 7 zeigt ein Ausgangsignal S^ des Flip-Flop-Kreises (F/F)

(F) von Fig. 7 zeigt ein Ausgangssignal Su des Flip-Flop-Kreises (F/F) 54. (G) von Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal S₇ des Absolutwertintegrationskreises (nachfolgend einfach als Integratorc-bezeichnet) 41. (H) von Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal Sg des anderen Integrators 51.

Nachfolgend soll die Betriebsweise der ersten und zweiten Signalverarbeitungseinrichtungen 4 und 5 beschrieben werden, die mit gestrichelten Linien in Fig. 6 eingezeichnet sind.

as

Zunächst, wenn das Bezugssignal S₁ erzeugt und an die Integratoren 41 und 51 übertragen wird, werden beide Integratoren rückgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt werden die ersten bis vierten voreinstellbaren Zähler (nachfolgend einfach als Zähler bezeichnet) 42, 43, 52 und 53 auf die vorbestimmten Werte (30°, 70°, 70°, 110°) 'voreingestellt. Anschließend beginnt jeder Zähler mit der Zählung der Anzahl von Impulsen im Einheitswinkelsignal S-. Wenn der Kurbelwinkel 30° von 70° vor OT erreicht, d.h. wenn der Kurbelwinkelwert, der 0 angibt (bei welchem das Bezugssignal S. erscheint) erreicht, dann wird das Ausgangssignal des ersten Zählers 42 invertiert. Das Ausgangssignal S^, des Flip-Flop-Kreises (F/F) 44 wird wiederum auf niedrigen Pegel "L" gesetzt, wie in (E) von Fig. 7 gezeigt, so daß der Rücksetzzustand des Integrators 41 freigegeben wird, um die Integration des Ausgangsignals S_ des Bandpaßfilters 3 zu ermöglichen,

■ Wenn dann der Kurbelwinkel 70° erreicht, d.h. OT von 70° vor OT (bei welchem das Bezugssignal S. erzeugt wird), dann wird das Ausgangssignal des zweiten Zählers 43 invertiert, so daß das Ausgangssignal S₁. des Flip-Flops (F/F) 44 wiederum auf hohen Pegel "H" gestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt hält der Integrator 41 den augenblicklichen integrierten Wert. Außerdem wird, da das Ausgangssignal des dritten Zählers 52 invertiert wird, das Ausgangssignal S₁-des Flip-Flops 54 auf niedrigen Pegel "L" gesetzt, wie in (F) von Fig. 4 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rücksetzzustand des Integrators 51 freigegeben, um die Integration des Ausgangssignals S-. des Bandpaßfilters 3 zu beginnen.

Da das Ausgangssignal des Zählers 53 zum Zeitpunkt des Kurbelwinkels von 110° invertiert wird, wird das Ausgangssignal S^ des Flip-Flop 54 auf hohen Pegel "H" gesetzt, so daß der Integrator 51 den augenblicklichen integrierten Wert hält.

Daher wechselt das Ausgangssignal S„ des Integrators 41, wie in (G) von Fig. 7 gezeigt, und andererseits wechselt das Ausgangssignal Sn des Integrators 51, wie in (H) in Fig. 7 gezeigt.

Auf diese Weise können die ersten und zweiten Signalverarbeitungseinrichtungen 4 und 5 den integrierten Wert innerhalb des Intervalls von 40° vor Of im Verdichtungstakt bis zum oberen Totpunkt erhalten, d.h. einen Signalwert, der der ersten physikalischen Größe entspricht, die der Schwingungsenergie beim Nichtauftreten von Klopfen zugeordnet ist, und der integrierte Wert innerhalb des Intervalls von OT bis 40° nach OT, d.h. ein Signalwert, der der zweiten physikalischen Größe entspricht, die der Schwingungsenergie während des Auftretens vonKlopfen zugeordnet ist.

Es sei hervorgehoben, daß das Ausgangssignal S,-des vierten Zählers 53 beim Erreichen eines Kurbelwinkels von 110° von einem Zeitpunkt, wo das Bezugssignals S₁ erzeugt wird, als Unterbrechungssignal für den Mikrocomputer 20 verwendet wird, so daß der Mikrocomputer 20 eine Initialisierung für den Beginn der A/D-Wandlung, die später noch zu beschreiben ist, ausführt.

Fig. 8 zeigt eine Unterbrechungsverarbeitungsroutine des Mikrocomputers 20 nach Fig. 6.

Wenn ein Unterbrechungsverlangen vom Signal S,-an den Mikrocomputer 20 abgegeben wird, dann startet der Mikrocomputer 20 die Ausführung einer Unterrechungsroutine, die in Fig. 8 dargestellt ist.

In einem ersten Schritt SP1 speichert der MPU eine Digitaldateninformation, die eine A/D-Wandlung des Ausgangssignals S_ des Integrators ^41 ist, in eine vorbestimmte Adresse im RAM 24 als erste physikalische Größe N ein, die der Schwingungsenergie während des Nichtauftretens von Klopfen zugeordnet ist.

In einem zweiten Schritt SP2 speichert der MPU wiederum eine Digitaldateninformation, die eine A/D-Wandlung des Ausgangssignals Sg des Integrators 51 ist, in eine weitere vorbestimmte Adresse im RAM 24 als zweite physikalische Größe S, die der Schwingungsenergie während des Auftretens von Klopfen zugeordnet ist.

In einem dritten Schritt SP3 errechnet der MPU einen Vergleichssignalwert RATIO, in diesem Beispiel die zweite Größe S pro erste Größe N, d.h. S/N.

Andererseits wird ein Bezugswert BGL, der mit RATIO zu vergleichen ist, berechnet, in diesem Beispiel als Addition eines Gewichtsmittelwertes won RATIO, d.h. eine Addition zum vorherigen BGL und zum laufenden RATIO zu den entsprechenden Werten, von denen ( ) und k/n gewichtet werden. Das laufende BGL wird so ausgedrückt, als BGL = n-k)/n χ vorangehender

Wert von BGL +k/n χ gegenwärtiger Wert von RATIO,

worin k und η konstante Zahlen sind. Diese Gleichung wird im Schritt SP5 berechnet und das vorangehende BGL wird durch das laufende BGL ersetzt. 5

In einem Schritt SP4 liest der MPU 22 den vorausgehendenBezugswert BGL und vergleicht ihn mit dem Vergleichssignalwert RATIO, der nun im Schritt SP3 errechnet wird.
10

Wenn RATIO I BGL, dann geht die Routine zum Schritt SP5 über, da MPU 22 bestimmt, daß Klopfen nicht aufgetreten ist. Im Schritt SP5 wird der in der nächsten Verarbeitungszeit zu verwendende Bezugswert BGL errechnet und gespeichert, um den vorausgehendenWert BGL zu aktualisieren, wie oben erläutert.

In einem Schritt SP6 setzt der MPU 22 ein Kennzeichen KN, das das Auftreten von Klopfen anzeigt, auf 0 (KN = 0).

In einem Schritt SP7 führt danach der MPU 22 die Berechnung eines Korrekturwertes für den Zündzeitpunktvoreilwinkelwert aus.
25

Wenn andererseits im Schritt SP4 RATION BGL, dann bestimmt der MPU 22, daß Klopfen aufgetreten ist, und die Routine geht zum Schritt SP8 über, in welchem das Kennzeichen KN auf 1 gesetzt wird (KN = 1). Danach geht die Routine zum Schritt SP7 über.

Es sei bemerkt, daß es vorteilhaft ist, daß das Aktualisieren des Bezugswertes BGL nicht ausgeführt wird, wenn das Auftreten von Klopfen bestimmt wird, a der Bezugswert BGL ein Maß für das Nichtauftreten

von Klopfen ist. Dies deshalb, weil der Bezugswert BGL größer wird, wenn die Aktualisierung ausgeführt wird, wenn Klopfen aufgetreten ist,, d.h. wenn der Wert von RATIO groß ist. Je größer der Wert BGL wird, umso mehr wird die Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen unmöglich, wenn solche Aktualisierungenohne Rücksicht auf das Auftreten von Klopfen wiederholt werden.

Obgleich in der ersten Ausführungsform, die in Fig. 8 dargestellt ist, der Vergleichssignalwert RATIO als Verhältnis der ersten und zweiten physikalischen Größen S und N (S/N) berechnet wird, kann der Vergleichssignalwert RATIO doch auch als Differenz zwischen den zweiten und ersten physikalischen Größen (S-N) ermittelt werden oder alternativ als Verhältnis der oben errechneten Differenz (S-N) zur ersten physikalischen Größe N, d.h. als (S-N)/N. Außerdem wird der Bezugswert BGL in dieser Ausführungsform als ein Wert berechnet, der dem Gewichtsmittelwert des Vergleichssignalswertes RATIO zugeordnet ist. Der Bezugswert BGL kann aber auch als ein Mittelwert des Vergleichssignalwerts RATIO für einen spätesten vorbestimmten Maschinenzyklus oder alternativ als Mittelwert der ersten physikalischen Größe N für den spätesten vorbestimmten Maschinenzyklus oder als Gewichtsmittelwert desselben errechnet werden.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform , die auf eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine anwendbar ist.

In Fig. 9 ist der Ladungsverstärker 2 für jeden druckempfindlichen Sensor 1 vorgesehen, der der züge-

hörigen Zündkerze 14 zugeordnet ist, wie unter Bezugnahme 5(A) und 5(B) erläutert.

Ein Multiplexer 15 empfängt das Signal von jedem Ladungsverstärker 2 und gibt eine Signalwelle aus, die von jedem druckempfindlichen Sensor 1 für ein vorbestimmtes Intervall des Kurbelwinkels in zeitversetzter Weise in Abhängigkeit einer Serie von Steuersignalen von einem Mikrocomputer 2 ermittelt worden sind. Es sei hervorgehoben, daß das vorbestimmte Intervall in Einheiten des Kurbelwinkels auf ein Intervall festgelegt ist, in welchem das Klopfen und Hintergrundgeräusch für jeden Maschinenzylinder in ausreichender Weise ermittelt werden kann (z.B.

ein Intervall von 70° vor OT im Verdichtungstakt bis 70° nach OT im Expansionstakt).

Ein Gleichrichter 16 richtet eine Signalkomponente gleich, die durch das Bandpaßfilter 7 gelaufen ist.

Der Integrator 17 integriert das gleichgerichtete Signal für das vorbestimmte Intervall des Kurbelwinkels, wobei Beginn und Abschluß der Integration vom Mikrocomputer 20 gesteuert werden. Bei dieser Ausführungsform liegt der Beginn der Integration bei 10° nach OT und der Abschluß liegt bei 50° nach OT. Der Mikrocomputer 20 enthält einen A/D-Wandler 2OA, ein Eingabe/Ausgabetor 2OB, eine CPU 2OC, ein RAM 2OD und ein ROM 2OE von im wesentlichen gleicher Anordnung, wie beider ersten Ausführungsform.

Es sei betont, daß der A/D-Wandler 2OA den integrierten Wert des Integrators 17 in ein entsprechendes Digitalsignal umwandelt und das Digitalsignal dem I/O-Tor 2OD zuleitet. Das I/0-Tor 2OB empfängt das Digitalsignal vom A/D-Wandler 2OA, empfängt ein

-ködern Kurbelwinkel entsprechendes Signal vom Kurbelwinkelsensor 11 und gibt ein Steuersignal an den Multiplexer 15 und den Integrator 17 ab. Die CPU 2OC liest die notwendigen externen Daten über das I/O-Tor 2OA in Übereinstimmung mit einem im ROM 2OE gespeicherten Programmm, führt arithmetische Operationsverarbeitungen von Daten durch, die von und zum RAM 2OD übertragen werden und gibt das arithmetisch verarbeitete Ergebnis an das I/O-Tor 2OA. Es soll auch bemerkt werden, daß der RAM 2OD ein nichtflüchtiger Speicher ist, in dem Daten, die für die arithmetischen Operationen verwendet werden, in Form einer Datenkarte gespeichert sind. Da der nichtflüchtige Speicher als RAM 2OD verwendet wird, wird der Speicherinhalt gehalten, nachdem die Maschine angehalten wird. Der Zündkreis 18 mit einem Leistungstransistor 19 ist d-ev gleiche wie in der erstbeschriebenen Ausführungsform.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der zweiten

bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Wie in (A) in Fig. 10 gezeigt, ist die Ausgangssignalwelle des druckempfindlichen Sensors 1 eine Welle, die eine Druckänderung innerhalb des zugehörigen Maschinenzylinders angibt, der eine Verbrennung ausführt, wobei dieser eine Welle überlagert ist, die eine hochfrequente Klopfschwingung ausdrückt. Es ist daher notwendig, eine solche hochfrequente

Signalswelle aus einem Teil der niederfrequenten Druckschwankung zu extrahieren. Da außerdem die Hochfrequenzwelle weiterhin Hintergrundgeräuschkomponenten enthält, ist es notwendig, die Klopfwelle

aus der hochfrequenten Mischwelle zu diskriminieren. 35

In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zunächst die hochfrequente Signalkomponente aus der niederfrequenten Signalkomponente großer Amplitude, die aus der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs in der Brennkammer resultiert, extrahiert und die extrahierte Hochfrequenzsignalkomponente wird mit einer Quantifizierungseinrichtung quantifiziert, bestehend aus den Ladungsverstärkern 2,dem Bandpaßfilter 3, dem Multiplexer 15, dem Gleichrichter 16 und dem Integrator 17. Außerdem wird in einer zweiten Verarbeitung das Klopfen aus dem hochfrequenten Hintergrundgeräusch ermittelt und der Zündzeitpunkt wird geregelt, um das Wiederauftreten von Klopfen zu vermeiden und um das Ausgangsdrehmoment der Maschine zu steigern und Kraftstoff zu sparen. Dieses Diskriminieren des Klopfens wird mit Hilfe des Mikrocomputers 20 ausgeführt.

Zunächst wird das obenerwähnte erste Verarbeitungsverfahren beschrieben.

Die Ausgangssignalwelle von jedem druckempfindlichen Sensor 1 ist ein Niederfrequenzsignal, das durch die Verbrennung von Kraftstoff hervorgerufen wird. Diesem Niederfrequenzsignal ist ein Hochfrequenzsignal überlagert, wie aus (A) in Fig. 10 hervorgeht. Eine solche Niederfrequenzsignalwelle von Druckänderungen erscheint einmal für jeden Tag im entsprechenden Maschinenzylinder, unabhängig vom Auftreten von Klopfen. Der Ladungsverstärker 2 wandelt die abgegebene elektrische Ladung des entsprechenden druckempfindlichen Sensors 1 in ein entsprechendes Spannungssignal um. Der Multiplexer(MPX) 15 verarbeitet das Spannungssignal, das vom Sensor eines jeden Zylinders abgeleitet wird, in zeitver-

31ο

setzter Weise für jedes vorbestimmte Intervall in
Einheiten des Kurbelwinkels (beispielsweise 120°,
beginnend bei 70° vor OT im Verdichtungstakt und endend bei 50° nach OT im Expansionstakt) in Übereinstimmung mit einem Steuersignal vom Mikrocomputer 20. Die Ausgangssignalform des Multiplexers 15 ist in (B) in Fig.10 gezeigt. ~

Das Bandpaßfilter 3 ermöglicht dann den Durchlaß nur der Hochfrequenzsignalkomponenten. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 3 ist daher in (C) in Fig.10 gezeigt.

Der Gleichrichter 16 richtet eine Halbwelle des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 3 gleich, wie in

(D) in Fig. 10 gezeigt. Die gleichgerichtete Halbwelle wird dann vom Integrator 17 integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 17 ist (E) von Fig. 10 gezeigt. Auf diese Weise wird die Hochfrequenzsignalkomponente größenmäßig erfaßt. Der Druckwechsel der Hochfrequenzwelle aufgrund von Klopfen oder anderen Ursachen kann so aus der Druckänderung innerhalb des entsprechenden Zylinders, die durch die Verbrennung hervorgerufen wird, extrahiert und größenmäßig erfaßt werden.

Es sei hervorgehoben, daß eine Nadelwelle mit
großer Amplitude, wie in (C) und (D) von Fig. 10
gezeigt, erzeugt wird, aufgrund eines Stoßes, der
während des Austauschbetriebs des Multiplexers 15 erscheint.

Nachfolgend wird die zweite Verarbeitung unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in den Fig. 11 bis 13 (B) erläutert, wie sie vom Mikrocomputer 20 ausgeführt wird. 35

Fig. 11 zeigt eine Initialisierungsroutine des Mikrocomputers 20 in Fig. 9· Wenn ein Zündschalter der Maschine eingeschaltet wird, dann löscht die
CPU 2OC den Inhalt des RAM 2OD und setzt Anfangsdaten in das RAM 2OD in einem ersten Schritt M. .

Dann errechnet die CPU 2OC andere Maschinenbetriebsvariable, z.B. eine in die Maschine einzuspritzende kraftstoffmenge usw., obgleich ein solcher Berechnungsschritt in Fig.11 nicht dargestellt ist.

In einem zweiten Schritt M_? sucht die CPU 2OC eine Datentafel, die im ROM 2OE gespeichert ist, nach einem Grundzündzeitvoreilwinkelwert Ta ab, z.B. auf der Basis einer Maschinendrehzahl oder Maschinenbelastung (oder vorzugsweise eine Grundkraftstoffeinspritzmenge für ein Einspritzventil). Dies wird in üblicher Tabellenabsuchtechnik ausgeführt. Im nächsten Schritt M_ korrigiert die CPU 2OC den Grundzündzeitpunktvoreilwinkelwert Ta auf der Basis einer augenblicklichen Maschinenkühlmitteltemperatur, die beispielsweise mittels eines Kühlwassersensors (in Fig.9 nicht dargestellt) ermittelt wird, so daß ein augenblicklicher Zündzeitpunktswinkel Tav ermittelt
wird.

Als nächstes wird eine Unterbrechungsverarbeitungsroutine, die in Fig. 12 dargestellt ist, erläutert.

In Fig. 12 führt ein Schritt R- eine solche Verarbeitung aus, daß die CPU 2OC bestimmt, ob der augenblickliche Kurbelwinkel bei 50° nach OT im Verdichtungstakt liegt. Wenn der Kurbelwinkel bei 50° nach OT (JA) im Schritt R₁ liegt, dann führet die CPU 2OC
eine Unterbrechungsverarbeitung aus, die in den Fig.13 (A) und (B) gezeigt ist und zwar in einem Schritt R„.

Wenn der Kurbelwinkel nicht bei 50° nach OT ist (NEIN) im Schritt R-, dann geht die Routine zu einem Schritt R, über, in dem die CPU 2OC bestimmt, ob der Kurbelwinkel bei 10° nach OT im Verdichtungstakt liegt. Wenn der Kurbelwi,nkel bei 10° nach OT ist, (JA) im Schritt R,, dann geht die Routine zu einem Schritt R^ über, wo die CPU 2OC einen Befehl über das I/O-Tor 20Banden Integrator 17 abgibt, um die Integration des Ausgangssignals des Gleichrichters IQ 16 zu beginnen.

Die Unterbrechungsverarbeitungsroutine bei 50° nach OT wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig.12 erläutert.

In einem Schritt P- bestimmt die CPU 2OC, in

welcher Reihenfolge der Maschinenzylinder der Kurbelwinkel bei 50° nach OT ist aus dem Ausgangssignal, das vom Kurbelwinkelsensor geliefert wird, d.h. die CPU 2OC führt eine Identifikation für einen der Maschinenzylinder aus. In einem Schritt P_? gibt die CPU 2OC einen Befehl an den A/D-Wandler 2OA ab, um den Ausgangswert des Integrators 17, der aus einem gleichgerichteten Halbwellensignal, das dem identifizierten Maschinenzylinder zugeordnet ist, in einen Digitalwert umzuwandeln. In einem Schritt P~ speichert die CPU 2OC das Ergebnis der Integration S des Integrators 17 in eine Adresse des RAM 2OD, die der Zylinderzahl η entspricht, als Dateninformation Sn auf der Zylinderzahl n. In einem Schritt P₁, errechnet die CPU einen Differenzwert DSn (DSn = Sn SAn), wobei SAn einen Gewichtsmittelwert angibt,der noch zu beschreiben ist. In einem Schritt P_r sucht die CPU 2OC nach einem Bezugswert S/L, der im

gg ROM 2OE gespeichert ist, in einer Tabellenabsuchtechnik

Der Bezugswert S/L ist zuvor im ROM 2OE gespeichert worden und wird entsprechend der gemessenen Maschinendrehzahl N extrahiert, wenn die Maschinendrehzahl N gemessen wird. Der Bezugswert S/L wird beispielsweise durch einen zweidimensionalen Graphen dargestellt, der in Fig. 14 gezeigt ist.

Im nächsten Schritt P₆ vergleicht die CPU 2OC den errechneten Differenzwert DSn mit dem gefundenen Bezugswert S/L. Wenn DSN = S/L im Schritt Pg, dann bestimmt die CPU 2OC, daß kein Klopfen aufgetreten ist, und die Routine geht zu einem Schritt P₇ über, wo die CPU 20C wiederum den Differenzwert DSn mit einem Wert des Bezugswertes S/L vergleicht, der mit 1/2 multipliziert ist, d.h. mit 1/2 χ S/L. Wenn DSn = 1/2 χ S/L im Schritt S₇, geht die Routine zu einem Schritt Pg über. Wenn DSn<1/2 χ S/L ist, dann geht die Routine zu einem Schritt S» über, wo ein Korrekturwert, d.h. Ten für den Zündzeitpunktvoreilwinkelwert für den bezeichneten Maschinenzylinder so errechnet wird, daß eine Gleichung Ten = Ten - K₁ erfüllt wird (K. gibt eine konstante Zahl des Kurbelwinkels, z.B. C,5° bis 0,2° an), so daß der Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tav leicht zur weiter voreilenden Seite gesteigert wird, da ein endgültiger Zündzeitpunktwert Tavn definiert ist als Tavn = Tav - Tch, wie später noch zu beschreiben ist.

Wenn andererseits DSn j> S/L im Schritt P/-, dann bestimmt die CPU 2OC, daß Klopfen aufgetreten ist und die Routine geht zu einem Schritt P₁₀ über, wo der Differenzwert DSn mit einem vervielfachten Wert verglichen wird, d.h. der Bezugswert S/L wird mit 4 vervielfacht, ausgedrückt als 4 χ S/L , um einen Klopfpegel (die Klopfintensität) zu bestimmen.

MO

Wenn DSn = 4 χ S/L , dann bestimmt die CPU 2OC, daß der Klopfpegel nicht so groß ist und die Routine geht zu einem Schritt P₁₁ über, wo der Korrekturwert Ten des Zündzeitpunktvoreilwinkelwertes Tav so errechnet wird,daß Ten i Ten + Κ» (K_ gibt eine konstante Zahl des Kurbelwinkels, z.B. von etwa 1° an), so daß der Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tav entsprechend vermindertwir4, in Richtung auf die Verzögerungsseite.

Wenn DSn > 4 χ S/L, dann bestimmt die CPU 2OC, daß der Klopfpegel erheblich größer ist und die Routine geht zu einem Schritt P₁₂ über, wo der Korrekturwert Ten errechnet wird als Ten = Ten + K^ (K_ gibt eine konstante Zahl des Kurbelwinkels, z.B. von etwa 2° bis etwa 4° an), so daß der Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tav erheblich vermindert wird, in Richtung auf die Verzögerungsseite.

Auf diese Weise wird der Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tav in Übereinstimmung mit dem Klopfpegel beeinflußt.

Nach jedem der Schritte P„, Pq, P₁₂ und P..., geht die Routine zu einem Schritt Pg über, wo die CPU 2OC bestimmt, ob der Korrekturwert Ten einen negativen Wert angibt. Wenn Ten <, 0 (negativer Wert),dann geht die Routine zu einem Schritt P₁^ über, wo der Korrekturwert Ten zu 0 gemacht wird (Ten = 0), um zu verhindern, daß der Kraftstoffverbrauch und die Abgascharakteristik vermindert werden aufgrund eines zu stark vorgeschobenen Zündzeitpunktes, da der negative Wert des Korrekturwertes die Addition eines Winkelwertes zu dem Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tav bedeutet.

^ Wenn Ten = O im Schritt P_1?, dann geht die Routine zu einem Schritt P.j, über, wo die CPU 20 wiederum den Korrekturwert Ten mit einem oberen Grenzwert UL vergleicht. Wenn Ten > UL im Schritt P-jh, dann geht die g Routine zu einem Schritt P₁,- über, wo der Korrekturwert Ten auf den oberen Grenzwert gesetzt wird. (Ten = UL), um zu verhindern, daß eine überstarke Verzögerung des Zündzeitpunktes stattfindet. Es sei beachtet, daß der obere Grenzwert UL vorzugsweise auf ungefähr 10° bis 20° eingestellt wird, wobei der Einfluß auf die Maschinenleistung usw. beachtet wird und bei jenem Zündzeitpunkt wird Maschinenklopfen nicht wieder auftreten.

_Ί,- Nach einem der Schritte P₁₁, oder P₁₁. geht die Ib in \o

Routine zu einem Schritt P-_c über, wo die CPU 2OC den obenerwähnten Gewichtsmittelwert SAn wie folgt berechnet:

_nn SAn = Sn x1/i6 + SAn χ 15/16 (1)

Diese Formel resultiert aus der allgemeinen Formel

SAn = Sn χ + - SAn, η η

wobei für n=i6 und k= 15 eingesetzt worden sind.

Aus der obigen Gleichung (1) ist zu entnehmen, daß, selbst wenn die Daten Sn während der laufenden

_ Ausführung des Flußdiagramms nach den Fig. 13 (A) oU

und 13 (B) einen großen Wert angeben (der Klopfpegel ist beachtlich groß), der Gewichtsmittelwert sich nicht so start ändert. Der Gewichtsmittelwert SAn kann daher niedriger gesetzt werden, selbst wenn das

_o_ Hintergrundgeräusch von hohem Pegel für eine lange ob

Zeitdauer fortfährt. Das Klopfen kann daher sehr ge-· nau durch den Vergleich des im Schritt P₁. errechneten Differenzwertes DSn mit dem im Schritt P_n. abgeleiteten Bezugswert S/L ermittelt werden.

In einem Schritt P.„ berechnet die CPU 2OC den endgültigen Zündzeitpunktvoreilwinkelwert Tavn für den bezeichneten Maschinenzylinder nach der vorliegenden Gleichung:·
Tavn = Tav - Ten (2)

In der Gleichung (2) ist Tav der Grundzündzeitpunktvoreilwinkelwert, der in der Initialisierungsroutine nach Fig. 11 erhalten wurde.

Im nächsten Schritt P.g gibt die CPU 2OC einen Befehl an den Integrator 17 über das I/O-Tor 2OB ab, um den Integrator 17 rückzusetzen. In einem Schritt P₁Q gibt die CPU 2OC einen Befehl an den Multiplexer 15 über das I/O-Tor 2OB ab, um das Eingangssignal vom einen der druckempfindlichen Sensoren 1, der einem der Maschinenzylinder zugeordnet ist, auf den bezeichneten nächsten umzuschalten.

Auf diese Weise wird die Unterbrechungsverarbeitungsroutine nach den Fig. 13(A) und 13(B) für jeden maschinenzylinder ausgeführt und daher kann die Zündzeitpunktregelung getrennt für jeden Zylinder ausgeführt werden.

Der obenbeschriebene Betrieb des Mikrocomputers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 17 erläutert.

Der Zusammenhang zwischen dem Pegel von Daten S, die digital mit Hilfe des A/D-Wandlers 2OA umgewandelt werden, und der akkumulativen Frequenz der Daten S in Prozent ist derart, daß die Variation von Daten S ° groß wird, wenn der Klopfpegel steigt, wie Fig. 15 zeigt, wenn der Pegel des Klopfmusters sich in vier StufenCA., Ap, A_, A₁JvOn Nicht-Klopfen zu einem am meisten beachtenswerten Klopfpegel ändert. In Fig.15 geben Markierungen X die Intensitäten von Daten S an, die 10% des am häufigsten auftauchenden Pegels von Daten S für jede Pegelstufe des Klopfens entsprechen (nachfolgend als 10%S bezeichnet. Das 10%S ist ein Maß für die Auswahl des obenbeschriebenen Bezugswertes

S/L, um eine stabile Klopfregelung auszuführen. 15

Außerdem gibt das 10%S eine solche Charakteristik an, die im wesentlichen durch den Ursprung von Fig. 16 verläuft,wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, während der Pegel von 10%S eine weite Variationsbreite selbst in der gleichen Pegelstufe des Klopfens aufweist, und der Pegel von Daten S gibt einen großen Wert selbst in der Stufe A. in einem nichtklopfenden Zustand an, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, wie Fig. 16 zeigt. Daher kann in dem obenbeschriebenen konventionellen System das Auftreten des Klopfens nicht genau ermittelt werden, selbst wenn ein Wert von Daten S, der mit einer konstanten Zahl vervielfältigt wird, mit einem Bezugswert verglichen wird. Da jedoch, wie Fig. 17 zeigt, ein 10%-Wert (10%(S-SA)) der Daten S, von dem der Gewichtsmittelwert SA abgezogen wird(S-SA) eine geringe Änderungsweite hat,selbst wenn dieMaschinendrehzahl hoch ist und eine solche Charakteristik angibt, daß sie im wesentlichen durch den Ursprung von Fig. 17 läuft, kann durch Vergleich dieses 10%-Wertes mit dem Bezugswert S/L das Klopfen

* aus dem Hintergrundgeräusch diskriminiert werden, so daß eine genaue Ermittlung des Klopfens erreicht wird.

Die Fig. 18(A) und 18 (B) bilden zusammen ein Flußdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. E sei hervorgehoben, daß der Aufbau der dritten Ausführungsform der gleiche wie jener der zweiten Ausführungsform nach Fig. 9 ist. Da zusätzlich die Schritte vom Schritt P₁ zum Schritt P₁J. und vom Schritt P₁₇ bis zum Ende den gleichen Inhalt wie jene der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 13 (A) und 13(B) haben, kann auf eine detaillierte Beschreibung dieser Schritte hier verzichtet werden.

!5 Nach jedem der Schritte P₇, F„ , P₁₁ und P₁₂ geht die Routine zu einem Schritt P₁₀₁ über, wo die Daten Sn mit dem Gewichtsmittelwert SAn verglichen werden. Wenn Sn = SAn, geht die Routine zu einem Schritt P_1n^ über, wo der Gewichtsmittelwert wie folgt berechnet wird:

SAn = Sn χ (1/4) + SAn χ (3/4) (3)

Wenn Sn-VSAn im Schritt P-iq-i» dann geht die Routine zu einem Schritt P_inp über, so der Gewichtsmittelwert San berechnet wird als SAn = Sn χ -r-r- + SAn

15
χ jr- in der gleichen Weise wie in der zweiten Ausführungsform.

Dies bedeutet, daß, wenn die Dateninformation Sn größer als der Gewichtsmittelwert SAn, berechnet während der Ausführungen der gleichen vorgenannten Routine (Sn y SAn) ist, dann wird der Einfluß von Sn auf die Berechnung von SAn vermindert. Wenn Sn gleich oder kleiner als der Gewichtsmittelwert SAn ist (Sn iSAn), dann beeinflußt Sn die Berechnung des

Gewichtsmittelwerts SAn erheblich. Wenn der Gewichtsmittelwert SAn auf einen größeren Wert übergeht, dann verschiebt sich der Gewichtsmittelwert SAn langsam, um jenen großen Wert anzuzeigen. Wenn andererseits der Gewichtsmittelwert SAn auf einen kleineren Wert übergeht, dann verschiebt sich der Gewichtsmittelwert SAn schnell, wodurch der kleinere Wert angezeigt wird. Der Gewiehtsmittelwert SAn in der dritten Ausführungsform kann daher niedriger gesetzt werden als im zweiten Ausführungsbeispiel. Letzterer ist strichpunktiert in Fig. 19 eingezeichnet, während der der dritten Ausführungsform mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist. Die Empfindlichkeit der Ermittlung des Auftretens von Klopfen ist verbessert.

Fig. 20 zeigt ein Flußdiagramm einer vierten bevorzugten Ausführungsform. Da die Schritte vom P₁ bis zum Schritt P₁₂. und vom Schritt P₁₇ bis zum Ende den gleichen Inhalt wie jene bei den zweiten und dritten Ausführungsformen haben, kann auf eine detaillierte Beschreibung dieser Schritte hier verzichtet werden.

Nach jedem der Schritte P„, Pq, P-- geht die Routine auf einen Schrit P₁₁₁ über, wo der Differenzwert DSn mit dem Bezugswert S/L verglichen wird. Wenn DSn = S/l, dann bestimmt die CPU 2OC daß kein Klopfen auftritt und die Routine geht zu einem Schritt P₁₁P über, wo der Gewiehtsmittelwert SAn in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (1) berechnet wird, d.h.

1 15

SAn : Sn χ jr + SAn χ J

Wenn DSn> S/L, dann bestimmt die CPU 2OC das Auftreten von Klopfen und daß die Dateninformation Sn nicht für die Berechnung des Gewichtsmittelwertes SAn verwendet wird. In einem Schritt Ρ-,-,ο verwendet

der vorhandene Gewichtsmittelwert SAn den zuvor berechneten Gewichtsmittelwert SAn ohne Verwendung der augenblicklichen Daten S.

Der Gewichtsmittelwert SAn kann daher auf einen noch niedrigeren Wert gesetzt werden, da der große Wert der Dateninformation S die Berechnung von SAn nicht beeinflußt, wie mit einer Phantomlinie in Fig.19 dargestellt ist.

Die Empfindlichkeit der Ermittlung des Auftretens von Klopfen läßt sich hierdurch noch bemerkenswert verbessern.

Wenn die Differenzwerte DSn in der zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform miteinander veiglichen werden, dann werden entsprechende Neigungen der Differenzwerte DSn größer in einer solchen Reihenfolge wie jene in der zweiten, vierten und dritten Ausführungsform, wie in Fig. 21 gezeigt. Wenn daher einer der Zylinder plötzlich einen kleinen Klopfpegel (A_?) einmalig unter der Bedingung (A₁) des Nichtauftretens von Klopfen erzeugt, dann wird die Empfindlichkeit der Klopfermittlung größer in der Reihenfolge der zweiten, vierten und dritten Ausführungsformen. 30

In Fig. 21 haben A. bis Au die gleichen Symbole, wie in Fig. 15 verwendet.

Obgleich der Differenzwert DSn zwischen der Dateninformation Sn und dem Gewichtsmittelwert SAn mit dem Bezugswert S/L bei jeder Ausführungsform verglichen wird , um den Klopfpegel zu bestimmen, kann die gleiche Klopfpegelbestimmung auch im Falle ausgeführt werden, daß eine Addition von Sn zum Gewichtsmittelwert SAn mit einem anderen vorbestimmten Bezugswert S/L verglichen wird. Außerdem kann, obgleich der Zündzeitpunkt verändert (verzögert) wird, um das Auftreten von Klopfen zu vermeiden, ein anderes Verfahren zum Vermeiden des Wiederauftretens von Klopfen verwendet werden.

Da, wie oben beschrieben, das System und das Verfahren zur Ermittlung und Regelung des Maschinenklopfens nach der vorliegenden Erfindung die Ermittlung des Auftauchens von Maschinenklopfen auf der Grundlage von vorhandenen Mengendaten der ermittelten Druckschwingungsenergie in einem Maschinenzylinder und einem Wert durchführt, der vorausgehenden Mengendaten der ermittelten Druckwellenenergie zugeordnet ist, kann das Klopfen stets genau ermittelt werden, unbeeinflußt von solchen Faktoren, wie Maschinenart, Montagezustand des druckempfindlichen Sensors und Maschinenbetriebsbedingungen. Bei der vorliegenden Erfindung wird weiterhin das Klopfen mit hoher Genauigkeit aus dem hochfrequenten Hintergrundgeräusch diskriminiert, selbst wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Der Zündzeitpunkt wird verzögert, wenn das Auftreten von Klopfen ermittelt wird und ein Verzögerungswinkel wird entsprechend dem Klopfpegel verändert. Das Wiederauftreten von Klopfen kann daher ohne Rücksicht aufdie Maschinenbetriebszustände genau vermieden werden.

Da bei den dritten und vierten Ausführungsformen der geglättete Wert auf einen kleineren Wert gesetzt werden kann,-läßt sich die Empfindlichkeit der Klopfermittlung bemerkenswert steigern.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

I 1./Einrichtung zum Ermitteln und Regeln des

Klopfens einer Brennkraftmaschine, enthaltend:

a) eine erste Einrichtung (1) zum Ermitteln einer Druckschwingungsenergie innerhalb einer Maschinenbrennkammer eines Maschinenzylinders; und

b) zweite Einrichtungen (8) zum Bestimmen des Auftretens des Klopfens auf der Grundlage einer gegenwärtigen Mengendateninformation.über die ermittelte Druckschwingungsenergie und eines Wertes, der einer vorausgehenden Mengendateninformation über ermittelte Druckschwingungsenergie zugeordnet ist.

BAD ORIGINAL

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>■ 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung (8) das Auftreten des Klopfens auf der

Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen 5

der Mengendateninformation über die ermittelte Druckschwingungsenergie innerhalb der Brennkammer für ein erstes vorbestimmtes Intervall vor dem oberen Totpunkt in einem Verdichtungstakt und der Mengendateninformation über die ermittelte Druckschwingungsenergie

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darin für ein zweites vorbestimmtes Intervall nach

dem oberen Totpunkt bestimmt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrich-

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tung (8) das Auftreten des Maschinenklopfens auf

* der Grundlage des Vergleichsergebnisses zwischen einem Verhältniswert, der aus der Mengendateninformation

* über die ermittelte Druckschwingungsenergie in der

Brennkammer für das erste vorbestimmte Intervall

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vor dem oberen Totpunkt und aus jener für das zweite

vorbestimmte Intervall abgeleitet ist, und einem Bezugswert, der dem genannten Verhältniswert zugeordnet ist, bestimmt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung (8) das Auftreten des Klopfens auf der Grundlage

des Vergleichsergebnisses zwischen einem Differenzwert, der aus der Mengendateninformation über die

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ermittelte Schwingungsenergie in der Brennkammer

für das zweite vorbestimmte Intervall nach dem oberen Totpunkt und aus jener für das erste vorbestimmte Intervall vor dem oberen Totpunkt abgeleitet ist, und einem dem Differenzwert zugeordneten Bezugs-

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wert bestimmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung (8) das Auftreten des Klopfens auf der Grundlage des Vergleichergebnisses zwischen einem Verhältniswert aus einem Differenzwert der Mengendateninformation über die ermittelte Druckschwingungsenergie für das erste vorbestimmte Intervall vor dem oberen Totpunkt und einem dem Verhältniswert zugeordneten Bezugswert bestimmt, wobei der Differenzwert jener zwischen der Mengendateninformation für die ersten und zweiten vorbestimmten Intervalle vor und nach dem oberen totpunkt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß der dem Verhältniswert zugeordnete Bezugswert ein Gewichtsmittel des Verhältniswertes ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß der dem Verhältniswert zugeordnete Bezugswert ein Durchschnittswert des Verhältniswertes bei einem letzten vorbestimmten Maschinenzyklus ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der dem Verhältniswert zugeordnete Bezugswert ein Durchschnittswert der Mengendaten über die ermittelte Druckschwingungsenergie für das erste vorbestimmte Intervall vor dem oberen Totpunkt beim letzten vorbestimmten maschinenzyklus ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der dem Verhältniswert zugeordnete Bezugswert ein Gewichtsmittelwert

der Mengendaten über die ermittelte Druckschwingungsenergie für das erste vorbestimmte Intervall vor dem oberen Totpunkt bei einem letzten vorbestimmten Maschinenzyklus ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e ken η··.ζ e i c h η e t , daß der Bezugswert ein Gewichtsmittelwert des Differenzwertes ist.

11..Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet , daß der Bezugswert ein Gewichtsmittelwert des Verhältniswertes ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die erste Einrichtung umfaßt: eine dritte Einrichtung (1) zum Ermitteln eines Schwingungsdrucks innerhalb der Brennkammer und zum Ausgeben eines diese anzeigenden Signals, und vierte Einrichtungen (4) zum Gleichrichten und Integrieren des Ausgangssignals der dritten Einrichtung (1), um Werte zu erzeugen, die den Druckschwingungsenergien innerhalb der Brennkammer für das erste vorbestimmte Intervall vor dem oberen Totpunkt und für das zweite vorbestimmte Intervall nach dem oberen Totpunkt entsprechen.

13- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kenn zeichnet , daß die zweite Einrichtung (8) das Auftreten des Klopfens auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen einem Differenzwert und einem Bezugswert bestimmt, wobei der Differenzwert aus einer Dateninformation über die ermittelte Druckschwingungsenergie für ein vorbestimmtes Intervall und einem Gewichtsmittelwert davon abgeleitet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Bezugswert entsprechend dem Maschinenbetriebszustand variabel ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß sie dritte Einrichtungen zum Bestimmen des Klopfpegels aufweist, wenn die Differenz zwischen den Daten darüber für das vorbest'immte Intervall und dem Gewichtsmittelwert davon den Bezugswert übersteigt.

16. Einrichtung nach Anspruch. 15, dadurch gekennzeichnet , daß die dritte Einrichtung die Differenz zwischen dem Bezugswert multipliziert mit eine vorbestimmten Zahl vergleicht, um so den Klopfpegel zu bestimmen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die vorbestimmte Zahl 4 ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß ein Nenner des Gewichtsmittelwertes 16 ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e kenn zeichnet , daß ein Nenner des Gewichtsmittelwertes 4 ist.

°® 20. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der achte Mittelwert der vorausgehende Mittelwert der Daten ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung (8) das Auftreten von Klopfen auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen einem Additionswert von Daten über die ermittelte Druckschwingungsenergie für ein vorbestimmtes Intervall und einem Gewichtsmittelwert einerseits und einem Bezugswert andererseits bestimmt.

22. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin vierte Einrichtungen (9, 10) zum Verzögern eines Zündvoreilwinkelwertes um einen vorbestimmten Winkel enthält, wobei der vorbestimmte Winkel entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung des Klopfpegels in der dritten Einrichtung verändert wird.

23- Verfahren zum Ermitteln und Regeln des Klopfens einer Brennkraftmaschine, g e k e η nzeichnet durch folgende Schritte:

a) Ermitteln einer Druckschwingung innerhalb einer Maschinenbrennkammer eines Maschinenzylinders;

b) Ermitteln einer Verbrennungsdruckschwingungsenergie auf der Basis der im Schritt a) ermittelten Druckschwingung und

c) Bestimmen des Auftretens des Klopfens auf der Grundlage einer Mengendateninformation über die augenblicklich ermittelte Verbrennungsdruckschwingungsenergie und einem Wert, der den Mengendaten der zuvor ermittelten Verbrennungsdruckenergie zugeordnet ist.