DE4124065C2 - Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Mehrzylinder- Verbrennungsmotor mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 39 16 024 A1 an sich bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung wird jedesmal dann, wenn ein Rauschbestimmungssignal erzeugt wurde, das Klopfbestimmungssignal gesperrt.

Weiterhin ist aus der DE 34 16 358 A1 eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen (a) bis (c) bekannt.

Hierbei werden durch ein Zündgeräusch-Sperrglied die vorhersehbaren Zündstörgeräusche maskiert. Hierdurch kann vermieden werden, daß Zündstörgeräusche irrtümlich als Klopfbestimmungssignale erfaßt werden.

Aus der DE 37 43 613 A1 ist bekannt, einen Rauschpegeldetektor und ein Rauschsperrgate zu verwenden. Das Rauschsperrgate ist ein analoges Gerät, welches Zündrauschen dadurch ausschaltet, daß die Messung eines Klopfbestimmungssignals für einen vorbestimmten Zeitraum nach einem Zündimpuls gesperrt wird.

Die DE 37 42 120 A1 beschreibt einen zweiten Detektor zur Ermittlung eines Rauschpegels, um ein Bezugsspannungssignal zu erzeugen. In der DE 34 19 727 A1 wird vorgeschlagen, adaptive Kennlinienfelddaten, die in einem Mikrocomputer gespeichert sind, zum adaptiven Heranführen der Signalverarbeitung für ein Signal einzusetzen, welches von einem Klopfsensor geliefert wird.

Aus der DE 31 03 605 A1 ist es bekannt, Zündimpulse bei der Klopfbestimmung zu maskieren. Hierzu ist am Eingang eines Bandpaßfilters ein erstes Gate vorgesehen, welches durch einen ersten monostabilen Multivibrator getriggert wird. Ein ähnliches, zweites Gate, welches von einem zweiten monostabilen Multivibrator getriggert wird, ist am Eingang einer Schwellwert-Ermittlungsschaltung angeordnet. Die beiden Gates werden zur Maskierung von Zündimpulsen verwendet.

Die DE 30 18 554 A1 beschreibt eine Klopfunterdrückungseinrichtung, bei welcher keine Zündzeitpunkt-Einstellung auf der Grundlage der Ermittlung eines Klopfbestimmungssignals vorgenommen werden soll, wenn der Verbrennungsmotor bei niedrigen Drehzahlen läuft, insbesondere wenn er angelassen wird. Hierzu ist eine Sperrschaltung vorgesehen, um den Ausgang eines Komparators abhängig vom Signal eines Verbrennungsmotor-Drehzahlsensors zu sperren, so daß keine Zündzeitpunkt-Verstellung durchgeführt wird, wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen läuft.

In der DE 29 42 250 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit einem die Schwingungen erfassenden Sensor und einer die Sensorsignale verarbeitenden Auswerteschaltung bekannt, welche Mittel zur Erkennung eines Ausfalls des Sensors aufweist.

Hierzu sind Meßphasen zur Klopferkennung und Prüfphasen zur Ausfallerkennung vorgesehen. Während einer Prüfphase wird eine Erfassung der Hintergrundgeräusche des Motors vorgenommen, und der erfaßte Wert dient dann als Schwellenwert in einer darauffolgenden Meßphase. Hierbei wird während der Prüfphase der erfaßte Wert für das Hintergrundgeräusch als Bezugswert verwendet, der mit einem Maximalpegel bzw. einem Minimalpegel verglichen wird, um festzustellen, ob ein Ausfall des Sensors oder der mit ihm verbundenen Schaltung vorliegt oder nicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem in der DE 39 16 024 A1 beschriebenen, gattungsbildenden Stand der Technik, eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, bei welchen eine irrtümliche Klopfbestimmung infolge von Rauschen noch weiter vermieden werden kann.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst auf Grundlage von Fig. 4 deren technischer Hintergrund erläutert, bevor zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden.

Grundsätzlich weisen Verbrennungsmotoren, wie z. B. Kraftfahrzeugmotoren, mehrere Zylinder auf, deren Zündpunkteinstellung, die Reihenfolge der Benzineinspritzung etc. in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Motors, wie z. B. der Motorbelastung, ordnungsgemäß gesteuert werden müssen, um effektiv das Ausgangsdrehmoment zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die Zündpunkteinstellung so gesteuert, daß sie mit zunehmender Drehzahl vorverlegt wird; wenn diese jedoch zu weit vorverlegt wird, so können aufgrund ungleichmäßiger Verbrennung anormale, als Klopfen bekannte Vibrationen entstehen, was den Motor dadurch möglicherweise beschädigt. Um eine solche unerwünschte Situation zu verhindern, werden üblicherweise beim Detektieren von anormalen Vibrationen des Motors nach einer Zündung die Betriebsparameter des Motors so gesteuert, daß das Klopfen unterdrückt wird, beispielsweise wird die Zündpunkteinstellung in Übereinstimmung mit den Motorvibrationen verzögert.

Fig. 4 zeigt eine typische bekannte Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Verbrennungsmotor. Die Vorrichtung enthält einen Klopfsensor 1 in Form eines piezoelektrischen Elementes oder ähnlichem, das an dem Motor installiert ist, um das Klopfen in diesem zu erfassen, d. h. um Vibrationen des Motors aufgrund von Klopfen zu erfassen und ein entsprechendes Ausgangssignal A zu erzeugen.

Ein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Schnittstellenschaltkreis empfängt das Ausgangssignal A des Klopfsensors 1 und erzeugt einen Spitzenpegel P und einen Durchschnittspegel A* während jedes Zündzyklus. Der Schnittstellenschaltkreis 2 enthält einen Bandpaßfilter 21, der den Durchgang eines bestimmten Frequenzbandes (z. B. ca. 7 KHz) erlaubt, in dem Klopfen auftritt, einen Spitzenwertspeicher 22 zum Festhalten des Spitzenpegels P des Ausgangssignals A von dem Filter 21 bei einer vorgeschriebenen Referenzkurbelposition für jeden Zylinder, die dessen Zündzeitpunkteinstellung entspricht, und einen Mittelwertschaltkreis 23 zum Bilden eines Mittelwerts des Ausgangssignals A von dem Filter 21 und zum Erzeugen eines entsprechenden Mittelwertpegels A*.

Ein erster A/D-Wandler 31 wandelt den analogen Spitzenpegel P von dem Spitzenwertspeicher 22 in einen digitalen Wert V_P. Ein zweiter A/D-Wandler 32 wandelt den analogen Mittelwertpegel A* von dem Mittelwertschaltkreis 23 in einen digitalen Wert V_A.

Eine elektronische Steuereinheit 4 (im folgenden der Einfachheit halber mit ECU bezeichnet) steuert die Zündzeitpunkteinstellung für einen Zylinder auf der Grundlage des A/D-gewandelten Spitzenwerts V_P und des A/D-gewandelten Mittelwertpegels V_A und erzeugt ein Maskierungssignal M für den Spitzenwertspeicher 22. Die ECU 4 enthält einen Spitzenschwellwertrechner 41 zum Verstärken des digitalisierten Mittelwertpegels V_A und zum Addieren eines Offset-Wertes zu diesem, um einen Spitzenschwellwert V_TH zu erzeugen, einen Subtrahierer 42 zum Vergleichen des Spitzenpegels V_P und des Spitzenschwellwerts V_TH um einen Abweichungspegel ΔV zu erzeugen, sowie eine Verzögerungswinkelsteuerung 43, die einen verzögerten Steuerwinkel Θ_R zur Steuerung der Zündverzögerung erzeugt, basierend auf dem Abweichungspegel ΔV, der ein Klopfbestimmungssignal bildet.

Die Verzögerungswinkelsteuerung 43 umfaßt einen Verzögerungswinkelberechner 44 zum Berechnen des Betrages des Verzögerungswinkels ΔΘ_R für jede Zündung auf der Grundlage des Abweichungspegels ΔV und einen Verzögerungswinkeladdierer 45 zum nacheinanderfolgenden Summieren der Beträge oder Winkel der somit erhaltenen Verzögerung ΔΘ_R, um nachfolgend einen verzögerten Zündwinkel Θ_R zu erzeugen.

Der Subtrahierer 42 erzeugt einen Abweichungspegel in Form eines Klopfbestimmungssignals ΔV, basierend auf dem Spitzenpegel V_P entsprechend dem Ausgangssignal A von dem Klopfsensor 1. Auch steuert die Verzögerungswinkelsteuerung 43 die Betriebsparameter des Motors so, daß ein Klopfen auf der Grundlage des Abweichungspegels, also des Klopfbestimmungssignals ΔV unterdrückt wird.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß das Maskierungssignal M eine Serie von Rechteckimpulsen enthält, die durch die ECU 4 in vorgeschriebenen Intervallen erzeugt werden, d. h. zu vorbestimmten Referenzwinkelpositionen des Zylinders während der Motorumdrehung. Dadurch steigt beispielsweise jeder Rechteckimpuls bei einer ersten Referenzwinkelstellung von 75° vor dem oberen Totpunkt (OT) für jeden Zylinder, und fällt bei einer zweiten Referenzkurbelstellung von 5° vor OT ab, wie aus Fig. 2 bei M klar zu erkennen ist. Dementsprechend wird der Spitzenwertspeicher durch das Maskierungssignal M in einem Winkelbereich zwischen der ersten Referenzkurbelstellung (z. B. 75° vor OT) bis zu der zweiten Referenzkurbelstellung (z. B. 5° vor OT) unwirksam gemacht, wohingegen er zum Speichern des Spitzenpegels P während einer Zeitdauer zwischen dem zweiten Referenzkurbelwinkel und dem ersten Referenzkurbelwinkel aktiviert wird.

Die Betriebsweise der oben beschriebenen Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen wird nachfolgend detailliert beschrieben.

Grundsätzlich wird in jedem Zylinder bei einer Referenzkurbelstellung von ca. 5° vor OT gezündet, so daß die explosive Verbrennung des darin enthaltenen Gemisches bei einer Kurbelwinkelstellung stattfindet, die zwischen 10° und 60° nach OT variiert. Demzufolge würde grundsätzlich ein Klopfen aufgrund normaler Verbrennung bei einer derartigen Kurbelwinkelstellung (ca. 10° bis 60° nach OT) auftreten. Wenn demzufolge in einem Zylinder Klopfen auftritt, so wird das Ausgangssignal A von dem Klopfsensor 1 eine Wellenform aufweisen, deren Amplitude periodisch bei ca. 10° bis 60° nach jedem OT ihren Maximalwert erreicht, wie aus Fig. 2 klar zu sehen ist.

Der Filter 21 in dem Schnittstellenschaltkreis 2 erlaubt den Durchgang einer in dem Ausgangssignal A von dem Klopfsensor 1 enthaltenen Klopfkomponente, die durch Vibrationen eines Zylinders aufgrund von Klopfen erzeugt wird. Der Spitzenwertspeicher 22 gibt den Spitzenwertpegel eines jeden Ausgangssignals A aus. Der Mittelwertschaltkreis 23 erzeugt einen Mittelwertpegel A* entsprechend einem Grundpegel des Ausgangssignals A. Die ECU 4 erzeugt ein Maskierungssignal M für den Spitzenwertspeicher 22, so daß dieser auf effektive Weise den Spitzenwert des Ausgangs A des Klopfsensors empfangen kann.

Die ECU 4 empfängt den analog-digital gewandelten Spitzenpegel V_P und den Mittelwertpegel V_A, wobei letzterer dann durch den Schwellwertberechner 41 ordnungsgemäß verstärkt wird und ein Offset zu dem Grundpegel des Ausgangs A des Klopfsensors hinzuaddiert wird, um einen Spitzenschwellwert V_TH als Referenzwert für ein Detektieren des Klopfens zu erhalten.

Der Subtrahierer 42 stellt ein Klopfen fest, wenn der Spitzenpegel V_P den Spitzenschwellwert V_TH überschreitet, und gibt einen Abweichungspegel ΔV (ΔV = V_P-V_TH) als einen H-Pegel (hohen Pegel) an die Verzögerungswinkelsteuerung 43 aus.

Der Verzögerungswinkelberechner 44 in der Verzögerungswinkelsteuerung 43 berechnet den Betrag oder Winkel der Verzögerung ΔΘ_R, der für jede Zündung zum Unterdrücken von Klopfen benötigt wird, basierend auf dem Abweichungspegel ΔV. Basierend auf dem Betrag der Verzögerung ΔΘ_R gibt der Verzögerungswinkeladdierer 45 einen verzögerten Steuerwinkel Θ_R aus, um einen Zündzeitpunkt so zu verzögern, daß Klopfen unterdrückt ist. In diesem Zusammenhang wird der verzögerte Steuerwinkel Θ_R wie folgt ausgedrückt:

Θ_R = Θ_R* + ΔΘ_R

wobei Θ_R* der letzte verzögerte Steuerwinkel ist. Damit wird der zu steuernde Zündzeitpunkt eines Zylinders in Richtung einer Zündverzögerung so gesteuert, daß in dem Zylinder kein Klopfen mehr auftritt.

In diesem Fall sind die Zylinder jedoch verschiedenen physikalischen Vibrationen während ihres Betriebs unterworfen, und deshalb enthält das Ausgangssignal A von dem Klopfsensor 1 üblicherweise ein zusammengesetztes Rauschen.

Beispielsweise werden die Einlaß- und Auslaßventile in jedem Zylinder in richtiger Reihenfolge wechselweise geöffnet und geschlossen, um einen Zylinder ein Luft/Kraftstoffgemisch zuzuführen, das Gemisch zu komprimieren, die nach der Explosion erzeugten Verbrennungsgase auszustoßen usw., so daß die beim Öffnen und Schließen dieser Ventile zum Zeitpunkt des Zündens entwickelten auftretenden Kräfte manchmal eine Vibration eines Zylinders hervorrufen, die fehlerhafterweise durch einen Klopfsensor 1 als Klopfen gemessen werden kann. Grundsätzlich dauern derartige Zylindervibrationen aufgrund von Geräuschen eine gewisse Zeit an. Sogar wenn der Vibrationspegel aufgrund von Rauschen geringer ist als der aufgrund des Klopfens, kann dieser den Spitzenschwellwert V_TH überschreiten.

Wenn in diesem Fall eine verzögerte Zündsteuerung durchgeführt wird, die auf der fehlerhaften Feststellung beruht, daß das Rauschen irrtümlich als Klopfen detektiert wird, so wird jedesmal, wenn ein Klopfen irrtümlicherweise detektiert wird, ein Zündzeitpunkt kumuliert in Richtung einer Zündverzögerung gesteuert, was den Wirkungsgrad der Zylindersteuerung beträchtlich beeinträchtigt. Insbesondere wenn man voraussetzt, daß nur ein Klopfsensor 1 an einem Zylinder montiert ist, so bewirkt eine Klopfdetektierung eine Herabsetzung des Gesamtsteuerwirkungsgrades für sämtliche Zylinder, was vom Standpunkt einer wirksamen Motorkontrolle sehr große Probleme verursacht.

Somit ist es bei der oben beschriebenen Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen, bei der der Zündzeitpunkt jedes Zylinders in Richtung einer Zündverzögerung auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Spitzenpegel V_P und dem Spitzenschwellwert V_TH erfolgt, nicht möglich, in den Fällen eine genaue Bestimmung des Klopfens durchzuführen, in denen der Ausgang A des Klopfsensors eine Rauschkomponente enthält, die größer ist als der Spitzenschwellwert V_TH. In diesem Fall wird die Rauschkomponente irrtümlicherweise als Klopfen detektiert, so daß der Zündzeitpunkt kontinuierlich verzögert wird, was den Wirkungsgrad bei der Motorsteuerung beträchtlich reduziert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen in einem Mehrzylinderverbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen der Signale an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtungen von Fig. 1 und 4 zeigt, um deren Betrieb zu erläutern;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches das Betriebsverfahren der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt; und

Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer bekannten Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei für gleiche oder entsprechende Teile dieser Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, die in Fig. 4 verwendet worden sind.

In Fig. 1 ist die grundsätzliche Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen in einem Mehrzylinderverbrennungsmotor gezeigt. Auch wenn es nicht dargestellt ist, enthält die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen eine Klopfsensoreinrichtung, die mehrere Klopfsensoren in Form von Beschleunigungs- oder Vibrationssensoren etc. umfaßt, von denen jeder an einem entsprechenden Zylinder installiet ist, einen Klopfschnittstellenschaltkreis, und einen ersten und zweiten A/D-Wandler, die alle den Bauteilen 1, 2, 31 und 32 von Fig. 4 entsprechen. Neben diesen Bauteilen enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen eine ECU 4A, die einen Rauschmesser 5 als Rauschmeßeinrichtung, eine Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung, einen Spitzenschwellwertberechner 41, einen Klopfbestimmer 42 in Form eines Subtrahierers und eine Motorbetriebsparameter-Steuerung 43 in Form einer Verzögerungswinkelsteuerung, die alle nachfolgend in dieser Reihenfolge beschrieben werden.

Basierend auf dem Betrag oder Winkel der Zündverzögerung ΔΘ_R für jede Zündung bestimmt die Rauschmeßeinrichtung 5, ob ein Klopfbestimmungssignal ΔV für jeden Zylinder aufgrund von Rauschen fehlerhaft ist, und er erzeugt ein Rauschbestimmungssignal V_K für einen Zylinder, dessen Klopfbestimmungssignal fehlerhaft ist.

Die Rauschmeßeinrichtung 5 enthält einen oberen Schwellwerterzeuger 51 zum Erzeugen eines oberen Schwellwerts V_N1, einen unteren Schwellwerterzeuger 52 zum Erzeugen eines unteren Schwellwertes V_N2, einen ersten Komparator 53 zum Vergleichen des Betrags oder Winkels der Verzögerung ΔΘ_R mit dem oberen Grenzwert V_N1, einen zweiten Komparator 54 zum Vergleichen des Betrags oder Winkels der Verzögerung ΔΘ_R und des unteren Grenzwerts V_N2, und ein UND-Gatter 55, das ein Rauschbestimmungssignal V_K erzeugt, wenn die Ausgangssignale der ersten und zweiten Komparatoren 53 und 54 beide auf H (hoch) liegen.

Der erste Komparator 53 erzeugt ein Signal auf hohem Pegel, wenn ΔΘ_RV_N1, und der zweite Komparator 54 erzeugt ein "hohes" Ausgangssignal, wenn ΔΘ_RV_N2 ist. Das UND-Gatter 55 erzeugt ein Rauschbestimmungssignal V_K auf hohem Pegel, wenn V_N1 ΔΘ_R V_N2.

Die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung erzeugt ein Sperrsignal V_C für die Verzögerungswinkelsteuerung für jeden Zylinder auf der Grundlage des Rauschbestimmungssignals V_K. Die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung dient dazu, ein Klopfbestimmungssignal ΔV zu blockieren, so daß dieses sich nicht auf die Zündverzögerungssteuerung eines Zylinders auswirkt, für den ein Rauschbestimmungssignal V_K ausgegeben ist.

Die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung enthält mehrere nicht dargestellte Zähler zum Zählen der Anzahl von Zündungen jedes Zylinders wie auch der Anzahl der erzeugten Rauschbestimmungssignale V_K. Das Sperrsignal V_C für die Verzögerungswinkelsteuerung wird in den Verzögerungswinkeladdierer 45 in der Verzögerungswinkelsteuerung 43 eingegeben, um die Berechnung des Betrages oder Winkels der Verzögerung ΔΘ_R zu blockieren.

Beispielsweise enthält die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung mehrere erste Zähler, die jeweils die Rauschbestimmungssignale V_K für einen entsprechenden Zylinder bei jeder Zündung zählen, und blockiert das Klopf­ bestimmungssignal ΔV, damit dieses sich nicht auf die Zündverzögerungssteuerung eines Zylinders auswirkt, für den die Anzahl an Rauschbestimmungssignalen V_K einen ersten vorbestimmten Wert n₁ überschreitet.

Die Blockiereinrichtung 6 kann auch ein Klopfbestimmungssignal ΔV blockieren, damit sich dieses nicht auf die Zündverzögerungssteuerung eines Zylinders auswirkt, für den mehr als eine vorbestimmte Anzahl an Rauschbestimmungssignalen V_K nacheinander erzeugt worden ist.

Ferner enthält die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung mehrere zweite Zähler, die jeweils die Anzahl der Zündungen für einen entsprechenden Zylinder zählen, und arbeitet so, daß sie einen zweiten Zähler für einen Zylinder immer dann löscht, wenn ein Rauschbestimmungssignal V_K für den Zylinder erzeugt wird, und einen ersten Zähler für den Zylinder löscht, wenn die Anzahl von Zündungen des Zylinders zu dem Zeitpunkt, zu dem die Anzahl an Rauschbestimmungssignalen V_K, die für den Zylinder erzeugt worden sind, einen ersten vorbestimmten Wert n₁ überschreitet, größer ist als ein zweiter vorbestimmter Wert n₂, der wesentlich größer ist als der erste vorbestimmte Wert n₁.

Darüber hinaus enthält die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung mehrere dritte Zähler, die jeweils die Anzahl von Zündungen eines entsprechenden Zylinders zählen. Die Blockiereinrichtung 6 arbeitet so, daß sie ein Klopfbestimmungssignal ΔV blockiert, damit sich dieses nicht auf die Zündverzögerungssteuerung eines Zylinders auswirkt, wenn die Anzahl an Rauschbestimmungssignalen V_K, die für den Zylinder erzeugt worden sind, einen vorbestimmten Wert, wie z. B. n₁, innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen überschreitet.

Die Betriebsweise der oben beschriebenen Vorrichtung wie auch ein mit dieser durchgeführtes Verfahren zur Steuerung des Klopfens wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 1 wie auch auf das Wellenformdiagramm von Fig. 2 und das Flußdiagramm von Fig. 3 beschrieben.

In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß der obere Grenzwert V_N1, der untere Grenzwert V_N2 und die ersten und zweiten vorbestimmten Werte n₁, n₂ (n₁«n₂) anfangs eingestellt werden, und daß alle nicht dargestellten Zähler in der Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungssteuerung anfangs gelöscht sind.

Die Klopfsensoreinrichtung mißt die Vibrationen der jeweiligen Zylinder und erzeugt ein Ausgangssignal A zur Klopfbestimmung. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das somit erzeugte Ausgangssignal A Hochfrequenzimpulse, die Gruppen von Spitzenimpulsen für den jeweiligen Zylinder #1, #2, #3 und #4 enthalten, die in der Reihenfolge der Verbrennung oder Zündung periodisch erscheinen. Wie aus Fig. 2 klar zu sehen ist, entstehen in diesem Beispiel die Rauschimpulse bei den Zylindern #1 und #2, und die Spitzenpegel derartiger Rausch- oder Geräuschimpulse sind zu allen Zeitpunkten im wesentlichen konstant und geringer als die Spitzenpegel während des Klopfens. Der Schnittstellenschaltkreis erzeugt einen Spitzenpegel P und einen Mittelwertspegel A* nach jeder Zündung jedes Zylinders, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 ausführlich beschrieben wurde, und die ECU 4A empfängt einen analog-digital gewandelten Spitzenpegel V_P und einen in gleicher Weise gewandelten Mittelwertspegel V_A. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise der Spitzenpegel V_P bei einer Referenzkurbelstellung von 75° vor OT für jeden ersten Zylinder entnommen.

Zunächst bestimmt die ECU 4A im Schritt S1, von welchem Zylinder der Spitzenpegel V_P und der Durchschnittspegel V_A stammen. Wenn bestimmt ist, daß diese von dem n-ten Zylinder stammen, wird eine diesem Zylinder entsprechende Routine durchgeführt. In diesem Zusammenhang wird vorausgesetzt, daß die in Fig. 3 gezeigte Verzögerungswinkelsteuerung für jeden Zylinder durchgeführt wird.

Anschließend subtrahiert im Schritt S2 der Subtrahierer 42 in der ECU 4A einen Spitzenschwellwert V_TH von dem Spitzenpegel V_P wie folgt:

ΔV = V_P - V_TH

Im Schritt S3 bestimmt die Verzögerungswinkelsteuerung 43, ob das Klopfbestimmungssignal ΔV größer als Null ist.

Wenn ΔV<0 ist, berechnet der Verzögerungswinkelberechner 44 anschließend im Schritt S4 den Betrag oder Winkel der Verzögerung ΔΘ_R für jede Zündung, basierend auf einem Klopf­ bestimmungssignal ΔV unter Verwendung der folgenden Gleichung, damit sich das Klopfbestimmungssignal beim Verzögern des Zündzeitpunkts des n-ten Zylinders auswirkt:

ΔΘ_R = L′ × ΔV/V_TH

wobei L′ ein Koeffizient ist. In diesem Fall wird der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R durch den Spitzenschwellwert V_TH normiert, wobei ein passender Verzögerungsbetrag ΔΘ_R immer erzielt werden kann, sogar wenn der Spitzenpegel V_P und/oder das Klopfbestimmungssignal ΔV variieren. Andererseits vergleicht im Schritt S5 der erste Komparator 53 in der Rauschmeßeinrichtung 5 den Verzögerungsbetrag ΔΘ_R mit der oberen Rauschschwelle V_N1 und bestimmt, ob ΔΘ_RV_N1. Auch vergleicht der zweite Komparator 54 im Schritt S6 den Verzögerungsbetrag ΔΘ_R mit der unteren Rauschschwelle V_N2 und bestimmt, ob ΔΘ_RV_N2.

Grundsätzlich ist der in dem Spitzenpegel V_P enthaltene Rauschpegel geringer als ein Klopfbestimmungspegel in Form des oberen Rauschschwellwerts V_N1 und größer als ein vorbestimmter Pegel in Form des unteren Rauschschwellwerts V_N2. Hier ermöglicht die Verwendung des durch den Spitzenschwellwert V_TH normierten Verzögerungsbetrags ΔΘ_R eine äußerst zuverlässige Rauschbestimmung.

Der erste Komparator 53 erzeugt einen H-Pegel (hohen Pegel), wenn ΔΘ_RV_N1, und der zweite Komparator 54 erzeugt einen H-Pegel, wenn ΔΘ_RV_N2. Demzufolge erzeugt das UND-Gatter 55 ein Rauschbestimmungssignal V_K mit H-Pegel für den Blockierer 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung, wenn V_N1ΔΘ_RV_N2.

Im Schritt S7 liest die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung einen ersten Zähler für einen Zylinder aus und vergleicht den gezählten Wert oder das ausgelesene Ergebnis des ersten Zählers CN₁ mit einem ersten vorbestimmten Wert n₁ (z. B. mehrmals, oder 2-5), um zu bestimmen, ob CN₁<n₁ ist.

Wenn CN₁<n₁, dann wird im Schritt S8 der erste Zähler inkrementiert; die Zahl an erzeugten Rauschbestimmungssignalen V_K wird berechnet, und ein zweiter Zähler zum Zählen der Anzahl von normalen Zündungen für den Zylinder wird gelöscht.

Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung kein Sperrsignal V_C für die Verzögerungswinkelsteuerung, so daß der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R, der auf dem Klopfbestimmungssignal ΔV basiert, sich als Verzögerungssteuerwinkel Θ_R auswirkt. Mit anderen Worten wird die Zündverzögerungssteuerung nicht unterdrückt, wenn die Zahl an Rauschbestimmungssignalen V_K noch nicht den vorbestimmten Wert n₁ erreicht hat, sogar wenn das Klopf­ bestimmungssignal ΔV einem Rauschpegel gleicht. Dies ist deshalb der Fall, da es in der Anfangsphase des Zählers der Zündungen schwierig ist, zu bestimmen, ob das Klopfbestimmungs­ signal ΔV von Rauschen oder von wirklichem Klopfen hervorgerufen ist, und somit liegt man auf der sicheren Seite, wenn man das Klopfbestimmungssignal ΔV als von Klopfen verursacht annimmt.

Anschließend wird im Schritt S9 der zweite Zähler inkrementiert, und anschließend berechnet der Verzögerungswinkeladdierer 45 im Schritt S10 einen verzögerten Steuerwinkel Θ_R unter Verwendung der folgenden Gleichung:

Θ_R = Θ_R* + ΔΘ_R

Andererseits, wenn im Schritt S3 ΔV0 ist, so wird dann im Schritt S11 der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R auf Null gesetzt, und im Schritt S12 wird der erste Zähler gelöscht. Anschließend wird im Schritt S9 der zweite Zähler inkrementiert.

Wenn ferner im Schritt S5 festgestellt wird, daß ΔΘ_R<V_N1, oder im Schritt S6 festgestellt wird, daß V_N2<ΔΘ_R<0 ist, so wird im Schritt S12 der erste Zähler gelöscht und der zweite Zähler im Schritt S9 inkrementiert. Anschließend wird im Schritt S10 der verzögerte Steuerwinkel Θ_R so berechnet, daß die Zündverzögerungssteuerung basierend auf dem Klopfbestimmungssignal ΔV durchgeführt wird.

In diesem Fall erreicht der erste Zähler, der im Schritt S12 gelöscht worden ist, niemals den ersten vorbestimmten Wert n₁, um basierend auf dem Verzögerungsbetrag ΔΘ_R eine Zündverzögerungssteuerung zu ermöglichen, so lange, wie die Zahl an nacheinander erzeugten Rauschbestimmungssignalen V_K den ersten vorbestimmten Wert n₁ überschreitet.

Wenn andererseits mehr hintereinander erzeugte Rauschbestimmungssignale V_K erzeugt werden als der erste vorbestimmte Wert n₁, so daß im Schritt S7 CN₁n₁ bestimmt wird, so erzeugt die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung ein Sperrsignal V_C für die Verzögerungswinkelsteuerung für den Verzögerungswinkeladdierer 45 und führt die folgenden Schritte S21-S24 durch.

Zunächst liest im Schritt S21 die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung den zweiten Zähler aus und vergleicht das ausgelesene Ergebnis des zweiten Zählers CN₂ mit dem zweiten vorbestimmten Wert n₂ (z. B. 100-200), um zu bestimmen, ob CN₂<n₂ ist.

Wenn die Auslesung des zweiten Zählers CN₂ kleiner ist als der zweite vorbestimmte Wert N₂, so wird im Schritt S22 der erste Zähler auf den ersten vorbestimmten Wert n₁ begrenzt, und der zweite Zähler wird gelöscht.

Im Schritt S23 wird der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R auf Null gesetzt, und anschließend geht das Programm zum Schritt S9 über. Wenn andererseits im Schritt S21 festgestellt wird, daß CN₂n₂, so wird im Schritt S24 der erste Zähler gelöscht, und im Schritt S23 wird der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R auf Null gesetzt.

Entsprechend dem Begrenzen des ersten Zählers im Schritt S22 gelangt das Programm vom Schritt S7 zum Schritt S21, wenn sofort nach dem Schritt S22 ein Rauschbestimmungssignal V_K erzeugt wird. Demzufolge wird die Zündverzögerungssteuerung weiterhin blockiert, bis die Anzahl an nacheinander ausgeführten Blockierschritten S23 für die Zündverzögerungssteuerung den zweiten vorbestimmten Wert n₂ überschreitet. Wenn die Zahl nacheinander durchgeführter Schritte S23 den zweiten vorbestimmten Wert n₂ erreicht, so wird der erste Zähler im Schritt S24 zurückgesetzt, und das Programm gelangt vom Schritt S7 zum Schritt S8 mit dem Ergebnis, daß die Schritte S21-S24 nicht länger durchgeführt werden. Zur gleichen Zeit wird im Schritt S8 auch der zweite Zähler zurückgesetzt.

Grundsätzlich endet die Rauscherzeugung in dem Motor nach Verstreichen einer bestimmten festgesetzten Zeitdauer, so daß kein Problem auftritt, wenn der erste und zweite Zähler zu der Zeit zurückgesetzt werden, wenn die Blockierung der Zündverzögerungssteuerung öfters durchgeführt worden ist als der zweite vorbestimmte Wert n₂.

Auf diese Weise wird die Verzögerungswinkelsteuerungsroutine, die in Fig. 3 gezeigt ist, jedesmal wiederholt, wenn eine Zündung stattfindet. Da diese Routine für die jeweiligen Zylinder unabhängig durchgeführt wird, werden die übrigen Zylinder nicht gleichzeitig derartig gesteuert, wenn nur ein Zylinder der Zündverzögerungssteuerung unterliegt. Ferner wird in der Anfangsperiode des Zündbeginns oder in der Anfangsperiode der Erzeugung von Rauschbestimmungssignalen V_K eine fehlerfreie Zündverzögerungssteuerung durchgeführt in Hinblick auf einen Spitzenpegel V_P, der den Spitzenschwellwert V_TH überschreitet, wobei eine Zündverzögerungssteuerung blockiert wird, wenn die Anzahl an hintereinander erzeugten Rauschbestimmungssignalen V_K den ersten vorbestimmten Wert n₁ erreicht.

Auch wenn in der oben beschriebenen Ausführungsform die Verzögerungswinkelsteuerung oder die Zündverzögerungssteuerung für einen Zylinder blockiert wird, wenn die Anzahl an hintereinander erzeugten Rauschbestimmungssignalen V_K für den Zylinder den ersten vorbestimmten Wert n₁ erreicht, so kann doch der Schritt S21 ausgelassen werden und die Zündverzögerungssteuerung für einen Zylinder kann blockiert werden, wenn die Gesamtanzahl an Rauschbestimmungssignalen V_K für den Zylinder den ersten vorbestimmten Wert n₁ erreicht. In diesem Fall enthält die Blockiereinrichtung 6 für die Verzögerungswinkelsteuerung mehrere Zähler, die jeweils die Anzahl an Zündungen eines entsprechenden Zylinders zählen, und arbeitet derart, daß sie die Zündverzögerungssteuerung für einen Zylinder blockiert, für den die Anzahl an innerhalb einer vorgeschriebenen Anzahl von Zündungen des Zylinders erzeugten Rauschbestimmungssignalen V_K den ersten vorbestimmten Wert n₁ überschreitet.

Auch wenn in der oben beschriebenen Ausführungsform zwei Komparatoren 53 und 54 zum Vergleichen eines Klopfbestimmungssignals ΔV mit dem oberen und unteren Grenzwert in den Schritten S5 und S6 verwendet werden, um festzustellen, ob das Klopfbestimmungssignal ΔV aufgrund von Rauschen fehlerhaft ist, so kann doch der zweite Komparator 54 weggelassen werden, und die Rauschmeßeinrichtung 5 erzeugt ein Rauschbestimmungssignal V_K, wenn der Verzögerungsbetrag ΔΘ_R geringer ist als der obere Schwellwert V_N1.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Unterdrücken von Klopfen für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, insbesondere durch Zündzeitpunktverstellung, mit

• a) zumindest einem Klopfsensor (1) zum Messen der Vibrationen der Zylinder und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals (A);
• b) einer Klopfmeßeinrichtung (21, 22, 31, 23, 32, 41, 42) zur Erzeugung eines Klopfbestimmungssignals (ΔV), wenn auf der Grundlage des Ausgangssignals (A) des Klopfsensors (1) in einem Zylinder Klopfen ermittelt wird;
• c) einer der Klopfmeßeinrichtung (21, 22, 31, 23, 32, 41, 42) nachgeschalteten Motorbetriebsparameter- Steuerung (43), welche Betriebsparameter des Motors so steuert, daß auf der Grundlage des Klopfbestimmungssignals (ΔV) das Klopfen in dem Zylinder unterdrückt wird;
• d) einer an die Motorbetriebsparameter-Steuerung (43) angeschlossenen Rauschmeßeinrichtung (5), die ein Rauschbestimmungssignal (V_K) erzeugt, wenn das Klopfbestimmungssignal (ΔV) infolge von Rauschen fehlerhaft ist; und
• e) einer Blockiereinrichtung (6), die in Reaktion auf das Rauschbestimmungssignal (V_K) ein Sperrsignal (V_C) an die Motorbetriebsparameter-Steuerung (43) ausgeben kann, welches diese blockiert,

dadurch gekennzeichnet, daß

• f) die Blockiereinrichtung (6) zum Sperren des Klopfbestimmungssignals (ΔV) für einen Zylinder ausgebildet ist, für welchen nacheinander mehr Rauschbestimmungssignale (V_K) als ein vorbestimmter Wert erzeugt wurden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klopfsensoren (1) vorgesehen sind, jeweils einer an einem Zylinder.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebsparameter-Steuerung (43) eine Zündverzögerungssteuerung (44, 45) enthält, die den Zündzeitpunkt (Θ*_R) eines klopfenden Zylinders in Abhängigkeit von dem Klopfbestimmungssignal (ΔV) für den Zylinder verzögert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (6) mehrere Zähler enthält, die jeweils Rauschbestimmungssignale (V_K) für einen entsprechenden Zylinder zählen, und die Zündverzögerungssteuerung (44, 45) für einen Zylinder blockiert, für den mehr Rauschbestimmungssignale (V_K) erzeugt werden als ein erster vorbestimmter Wert (n₁).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (6) mehrere Zähler enthält, die jeweils die Anzahl von Zündungen eines entsprechenden Zylinders zählen, und die Blockiereinrichtung (6) die Zündverzögerungssteuerung (44, 45) für einen Zylinder blockieren kann, für den die Anzahl an Rauschbestimmungssignalen (V_K), die innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen des Zylinders erzeugt worden sind, einen vorbestimmten Wert (n₁) überschreitet.