DE4128577C2

DE4128577C2 - Gerät zur Unterdrückung des Klopfens bei einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4128577C2
Application number: DE4128577A
Authority: DE
Inventors: Atsuko Hashimoto; Toshio Iwata; Yasuhiko Hosoya; Atushi Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2011-08-29
Also published as: DE4128577A1; KR920008323A; KR940004349B1; US5205258A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Unterdrückung des Klopfens bei einem Verbrennungsmotor mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen a) bis g), wie es aus der DE 28 32 594 A1 bekannt ist.

Bei diesem bekannten Gerät wird die Verstärkung des Verstärkers mit variabler Verstärkung kontinuierlich in Abhängigkeit vom Hintergrundgeräusch des Verbrennungsmotors geändert. Unabhängig hiervon wird ein Schwellenwertsignal für die Klopfbestimmung erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Unterdrückung des Klopfens bei einem Verbrennungsmotor zu schaffen, welches auf einfache Weise das Klopfen über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors unterdrückt.

Die Aufgabe wird durch ein Gerät zur Unterdrückung des Klopfens bei einem Verbrennungsmotor mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hierbei erfolgt eine stufenweise Umschaltung des Verstärkers mit variabler Verstärkung auf solchen Weise, daß das Schwellenwertsignal in einem vorbestimmten Bereich zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze bleibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.

Zur Erleichterung des Verständnisses wird nachstehend kurz der technischen Hintergrund der Erfindung erläutert.

Wenn bei einem Verbrennungsmotor der Zündzeitpunkt zu weit vorverlegt ist, können anormale Vibrationen auftreten, die als Klopfen bezeichnet werden. Da das Klopfen die Zylinder des Motors beschädigen kann, sind viele Motoren mit Klopfunterdrückungsgeräten ausgerüstet, die das Auftreten des Klopfens erfassen und dann einen Motorbetriebsparameter (wie etwa den Zündzeitpunkt) so steuern, daß das Klopfen unterdrückt wird.

Ein typisches Klopfunterdrückungsgerät ist mit einem Klopfsensor ausgestattet, der am Motor montiert ist. Der Klopfsensor erfaßt die Vibrationen des Motors einschließlich der durch das Klopfen hervorgerufenen Vibrationen und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal wird verstärkt und so bearbeitet, daß ein Vibrationspegelsignal erzeugt wird, welches für die Stärke der Motorvibrationen während einer vorgeschriebenen Zeitperiode kennzeichnend ist, in der das Klopfen mit größter Wahrscheinlichkeit auftritt. Das Vibrationspegelsignal wird mit einem Schwellenwertsignal verglichen, das so gewählt ist, daß es größer als der Hintergrundstörpegel des Vibrationssignals ist. Wenn das Vibrationspegelsignal das Schwellenwertsignal übersteigt, entscheidet das Klopfunterdrückungsgerät, daß Klopfen stattfindet und verzögert den Zündzeitpunkt solange, bis kein Klopfen mehr auftritt.

Das Vibrationspegelsignal und das Schwellwertsignal steigen im allgemeinen in ihrer Stärke in dem Maße an, wie die Motorumdrehungsgeschwindigkeit zunimmt. Wenn daher die Motorumdrehungsgeschwindigkeit über einen großen Bereich variiert, werden die Dynamikbereiche des Vibrationspegelsignals und des Schwellenwertsignals sehr groß. Die großen Dynamikbereiche dieser Signale erschweren die exakte Erfassung des Klopfens über den gesamten Betriebsbereich des Motors.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Nachfolgend wird der wesentliche Inhalt der Figuren kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt das Wellenformdiagramm verschiedener Signale dar, die während des Betriebes der Ausführungsform der Fig. 1 erzeugt werden;

Fig. 3 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung des Schwellenwertsignals in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit (Motordrehzahl) während des Betriebes der Ausführungsform der Fig. 1 dar;

Fig. 4 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Ausführungsform der Fig. 1 dar;

Fig. 5 stellt das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 6 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung des Schwellenwertsignals in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit während des Betriebes der Ausführungsform der Fig. 5 dar;

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Ausführungsform der Fig. 5 dar;

Fig. 8 stellt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 9 stellt ein Wellenformdiagramm der verschiedenen Signale dar, die während des Betriebes der Ausführungsform der Fig. 8 erzeugt werden;

Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Ausführungsform der Fig. 8 dar;

Fig. 11 stellt das Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 12 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung des Verstärkerausgangssignals in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit während des Betriebes der Ausführungsform der Fig. 11 dar; und

Fig. 13 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Ausführungsform der Fig. 11 dar.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild der ersten Ausführungsform dar. Gemäß Fig. 1 ist ein bekannter Klopfsensor 10 mit einem passenden Filtervermögen auf einem nicht dargestellten Mehrzylinder-Verbrennungsmotor an einer Stelle angebracht, die auf das Motorklopfen ausreichend sensibel anspricht. Es kann für jeden Zylinder des Motors ein getrennter Klopfsensor 10 vorgesehen werden; es können sich aber auch eine Vielzahl von Zylindern in einen einzelnen Klopfsensor teilen. Wenn beispielsweise der Motor in Zylinderreihen unterteilt ist, kann für jede Reihe ein getrennter Klopfsensor montiert werden. Der Klopfsensor 10 erzeugt als Ausgangssignal ein Klopfsensorsignal A, das typischerweise die in Fig. 2 dargestellte Wellenform besitzt. Das Ausgangssignal A umfaßt sowohl die durch das Motorklopfen verursachten Komponenten, als auch Komponenten, die durch andere mechanische Vibrationen des Motors hervorgerufen werden. Normalerweise verbrennt in einem Verbrennungsmotor der Kraftstoff im Bereich von 10-60° hinter dem oberen Totpunkt (ATDC), so daß im Falle, daß Klopfen auftritt, dieses Klopfen in der genannten Periode auftritt und das Ausgangssignal A des Klopfsensors während dieser Periode seinen größten Wert besitzt.

Das Ausgangssignal A wird in eine Schnittstelle 20 eingegeben, das einen Verstärker 21 mit variabler Verstärkung und einen Spitzenwerthaltekreis 22 aufweist. Der Verstärker 21 verstärkt das Ausgangssignal A, und der Spitzenwerthaltekreis 22 hält den während der vorgeschriebenen Periode der Motorumdrehung auftretenden Spitzenwert des verstärkten Signals fest. Die Verstärkung G des Verstärkers 21 wird zwischen einem ersten Verstärkungswert G1 und einem zweiten Verstärkungswert G2 (G1 < G2) durch ein Verstärkungsumschaltsignal umgeschaltet, das von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 40 in den Verstärker 21 eingegeben wird. Der Spitzenwerthaltekreis 22 wird durch ein von der ECU 40 geliefertes Rückstellsignal R periodisch rückgesetzt, so daß der Spitzenwerthaltekreis 22 nur während derjenigen Perioden arbeitet, in denen das Motorklopfen auftreten kann. Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel der Wellenform des Rückstellsignals R. Bei der vorliegenden Ausführungsform beginnt der Spitzenwerthaltekreis 22 mit dem Halten des Spitzenwertes des Verstärkerausgangssignals, wenn das Rückstellsignal R vom hohen auf niedrigen Pegel wechselt, während der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird, wenn das Rückstellsignal R vom niedrigen auf hohen Pegel wechselt. Der Spitzenwerthaltekreis 22 arbeitet solange nicht, wie das Rückstellsignal R hochpegelig ist. Das Rückstellsignal R ändert seine Pegel bei Kurbelwellenwinkeln, die vorgeschriebenen Kolbenstellungen entsprechen, nämlich jeweils solchen, bei denen sich einer der Kolben in einer Stellung von 75° oder 5° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) befindet.

Anstatt eines Spitzenwerthaltekreises kann auch ein Integrator in der Schnittstelle 20 verwendet werden, um ein den Pegel der Motorvibrationen anzeigendes Signal zu erzeugen.

Das Ausgangssignal des Spitzenwerthaltekreises 22 wird durch einen A/D-Umsetzer 30 in ein digitales Signal umgewandelt. Dieses Signal, das im folgenden als Vibrationspegelsignal V_p bezeichnet wird, zeigt den in einem Zylinder während der vorgeschriebenen Periode auftretenden Klopfpegel an. Das Vibrationspegelsignal V_p wird von der ECU 40 in vorgeschriebenen Intervallen abgetastet, nämlich jedesmal dann, wenn einer der Kolben des Motors sich in der Stellung 75° BTDC befindet. Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Vibrationspegelsignals V_p. In jeder Abtastperiode schwankt es entsprechend den Änderungen des Pegels des Ausgangssignals A des Klopfsensors 10.

Die ECU 40 weist u. a. folgende Komponenten auf: ein erstes Digitalfilter 41, welches das Vibrationspegelsignal V_p glättet und einen ersten Durchschnittswert BGL1 erzeugt; ein zweites Digitalfilter 42, welches den ersten Durchschnittswert BGL1 glättet und einen zweiten Durchschnittswert BGL2 erzeugt; und einen Schwellenwertrechner 43, der ein Schwellenwertsignal V_TH zur Bestimmung des Klopfens auf der Basis des zweiten Durchschnittswertes BGL2 berechnet. Das Schwellenwertsignal V_TH und das Vibrationspegelsignal V_p werden in einen Komparator 44 eingegeben, der ein Klopfbestimmungssignal Vk erzeugt, wenn das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH übersteigt. Das Klopfbestimmungssignal Vk wird in einen als Motorsteuereinrichtung dienenden Verzögerungswinkelrechner 45 eingegeben, der einen Motorbetriebsparameter, nämlich einen Verzögerungswinkel Θ_R zur Verzögerung des Zündzeitpunkts des Zylinders entsprechend dem aktuellen Vibrationspegelsignal V_p berechnet. Der Verzögerungswinkel Θ_R wird einer nicht dargestellten Steuereinheit zur Steuerung des Zündzeitpunkts des Motors zugeführt. Das Schwellenwertsignal V_TH wird weiter in eine Verstärkungsumschaltsteuerung 46 eingegeben, die auf der Basis des Schwellenwertsignals V_TH das Verstärkungsumschaltsignal C erzeugt.

Die vom ersten Digitalfilter 41, vom zweiten Digitalfilter 42 und vom Schwellenwertrechner 43 benutzten genauen Algorithmen sind nicht zwingend. Vorzugsweise werden die Algorithmen so gewählt, daß das Schwellenwertsignal V_TH einen etwas höheren stabilen Wert als das Vibrationspegelsignal V_p im klopffreien Betrieb besitzt, so daß das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH nur dann übersteigt, wenn Klopfen tatsächlich auftritt. Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet das erste Digitalfilter 41 den ersten Durchschnittswert BGL1 in vorbestimmten Intervallen unter Verwendung folgender Formel:

BGL1=BGL1*×(N₁-1)/N₁+V_p/N₁ (1)

Darin bedeutet: N₁ - eine vorbestimmte Konstante; V_p - den vorliegenden Wert des Vibrationspegelsignals bei der letzten Abtastung; und BGL1* - den vorhergehenden Wert des ersten Durchschnittswertes BGL1, der zur Zeit der vorhergehenden Abtastung des Vibrationspegelsignals V_p berechnet wurde. Jedesmal, wenn der erste Durchschnittswert BGL1 berechnet wird, wird er gegenüber seinem vorhergehenden Wert BGL1* um einen Betrag verändert, der dem vorliegenden Vibrationspegelsignal V_p proportional ist. Je kleiner die Konstante N₁ ist, umso schneller reagiert der erste Durchschnittswert auf Änderungen des Vibrationspegelsignals V_p. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Durchschnittswert BGL1 jedesmal dann aktualisiert, wenn das Vibrationspegelsignal V_p von der ECU 40 getastet wird, was jedesmal der Fall ist, wenn der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird.

Jedesmal, wenn der erste Durchschnittswert BGL1 berechnet wird, berechnet das zweite Digitalfilter 42 den zweiten Durchschnittswert mit Hilfe folgender Formel:

BGL2=BGL2*×(N₂-1)/N₂+BGL1/N₂ (2)

Darin stellt N₂ eine vorbestimmte Konstante und BGL2* den vorhergehenden Wert des zweiten Durchschnittswertes BGL2 dar. Jedesmal, wenn der zweite Durchschnittswert BGL2 berechnet wird, wird er also gegenüber seinem vorhergehenden Wert BGL2* um einen Wert geändert, der dem aktuellen Wert des ersten Durchschnittswertes BGL1 proportional ist. Der zweite Durchschnittswert BGL2 ist ein stabiler Wert, der nicht übermäßig durch Fluktuationen des Vibrationspegelsignal V_p beeinträchtigt wird. Die Werte der Konstanten N₁ und N₂ können gemäß der gewünschten Ansprechempfindlichkeit der ersten und der zweiten Durchschnittswerte BGL1 und BGL2 auf Änderungen des Vibrationspegelsignals V_p gewählt werden. Die Konstante N₁ kann erhöht werden, wenn ein Klopfen erfaßt wird, so daß der erste Durchschnittswert BGL1 durch Anstiege des Vibrationspegel V_p aufgrund des Klopfens weniger stark beeinträchtigt wird.

Jedesmal, wenn der zweite Durchschnittswert BGL2 berechnet wird, berechnet der Schwellenwertrechner 43 das Schwellenwertsignal V_TH mit Hilfe der folgenden Formel:

V_TH=(K×BGL2)+V_OF, (3)

wobei K eine vorbestimmte Konstante und V_OF eine vorbestimmte Gegen- bzw. Offsetspannung ist. Da das erste und das zweite Digitalfilter 41 und 42 das Vibrationspegelsignal V_p wunschgemäß glätten, besitzt das Schwellenwertsignal V_TH einen stabilen Wert, der weitgehend von Fluktuationen des Vibrationspegelsignals V_p verschont bleibt.

Das vom Komparator 44 ausgegebene Klopfbestimmungssignal V_k kann so beschaffen sein, daß es einen ersten Pegel (etwa einen hohen Pegel) besitzt, wenn das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH übersteigt, und einen zweiten Pegel (wie etwa einen niedrigen Pegel), wenn das Vibrationspegelsignal V_p kleiner als das Schwellenwertsignal V_TH ist oder diesem entspricht. Um eine präzisere Steuerung des Verzögerungswinkels zu ermöglichen, besitzt bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung das Klopfbestimmungssignal Vk jedoch einen Wert, der der Differenz zwischen dem Vibrationspegelsignal V_p und dem Schwellenwertsignal V_TH proportional ist, wenn das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH übersteigt. Es nimmt den Wert 0 an oder wird nicht erzeugt, wenn das Vibrationspegelsignal V_p kleiner als das Schwellenwertsignal V_TH ist oder diesem entspricht. Beispielsweise kann das Klopfbestimmungssignal Vk dem Wert V_p-V_TH entsprechen.

Wenn das Klopfbestimmungssignal Vk einen das Auftreten von Klopfen anzeigenden Wert besitzt, berechnet der Verzögerungswinkelrechner 45 einen Steuerwinkel ΔΘ_R entsprechend der folgenden Formel:

ΔΘ_R=(Vk/V_TH)×L (4)

wobei L eine vorbestimmte Konstante ist. Der Verzögerungswinkelrechner 45 berechnet dann den Verzögerungswinkel Θ_R gemäß der folgenden Formel:

Θ_R=Θ_R*+ΔΘ_R (5)

wobei Θ_R* der vorherige Wert des Verzögerungswinkels ist.

Andererseits wird, wenn das Klopfbestimmungssignal Vk 0 ist oder nicht erzeugt wird, der Steuerwinkel ΔΘ_R zu 0, so daß der Verzögerungswinkel Θ_R seinen vorherigen Wert beibehält.

Immer wenn das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH aufgrund des Auftretens von Klopfen übersteigt, wird also der Verzögerungswinkel Θ_R solange vergrößert, bis kein Klopfen mehr erfaßt wird.

In dem Maße, wie sich die Motorumdrehungsgeschwindigkeit ändert, ändern sich sowohl das Vibrationspegelsignal V_p, als auch das Schwellenwertsignal V_TH. Es ist aber erwünscht, das Schwellenwertsignal V_TH innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches zu halten, der für die Bestimmung des Klopfens optimal ist. Dieser Bereich besitzt eine vorbestimmte obere Grenze V_H und eine untere Grenze V_L, die zuvor in einem nicht dargestellten Speicher innerhalb eines geeigneten Teils der ECU 40, wie etwa der Verstärkungsumschaltsteuerung 46, gespeichert wurden. Die Verstärkungsumschaltsteuerung 46 schaltet die Verstärkung des Verstärkers 21 so um, daß das Schwellenwertsignal V_TH innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches gehalten wird. Gemäß Fig. 3, die das Kurvendiagramm des Schwellenwertsignals V_TH in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne darstellt, wird die Verstärkung G des Verstärkers 21 anfänglich auf den ersten Verstärkungswert G1 eingestellt. Mit dem Anwachsen der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne nimmt auch das Schwellenwertsignal V_TH zu, wie die obere Kurve in Fig. 3 zeigt. Wenn das Schwellenwertsignal V_TH den oberen Wert V_H erreicht, erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 46 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung G des Verstärkers 21 vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungwert G2 umschaltet, der niedriger als der erste Verstärkungswert G1 ist. Die Verringerung der Verstärkung G vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungwert G2 verursacht den Abfall des Schwellenwertsignals V_TH entlang der unteren Kurve der Fig. 3 auf einen Punkt, der dem zweiten Verstärkungswert G2 entspricht, so daß selbst dann, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit weiter ansteigt, das Schwellenwertsignal V_TH innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches zwischen der oberen und der unteren Grenze V_H und V_L bleibt.

Wenn andererseits die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne abzunehmen beginnt, fällt das Schwellenwertsignal V_TH entlang der unteren Kurve der Fig. 3 ab. Wenn das Schwellenwertsignal V_TH die untere Grenze V_L erreicht, erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 46 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den höheren ersten Verstärkungswert G1 umschaltet. Dementsprechend nimmt die Schwellenwertspannung V_TH entlang der oberen Kurve der Fig. 3 auf einen dem ersten Verstärkungswert G1 entsprechenden Punkt zu, so daß selbst dann, wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit weiter abnimmt, das Schwellenwertsignal V_TH innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches zwischen der oberen und der unteren Grenze V_H und V_L bleibt.

Da das Vibrationspegelsignal V_p von der Verstärkung G des Verstärkers 27 abhängt, hält das Umschalten der Verstärkung G zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungswert G1 und G2 das Vibrationspegelsignal V_p innerhalb eines geeigneten Bereiches. Die Folge ist, daß unabhängig von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit das Vibrationspegelsignal V_p und das Schwellenwertsignal V_TH für die Klopfbestimmung innerhalb optimaler Bereiche gehalten werden können, so daß der Komparator 44 keinen großen Dynamikbereich benötigt und die Erfassung des Klopfens mit hoher Präzision erfolgen kann.

Der obere und der untere Grenzwert V_H und V_L werden vorzugsweise so gewählt, daß sich die Umdrehungsgeschwindigkeit, bei der die Verstärkung G vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet wird, von der Umdrehungsgeschwindigkeit unterscheidet, bei der die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 umgeschaltet wird. Die Verstärkungsumschaltung erfolgt auf Hysteresebasis. Die Hysterese verhindert das unerwünschte Pendeln um die genannten Werte.

Nunmehr wird ein Beispiel für das Verfahren zur Unterdrückung des Klopfens unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Vibrationen des Motors werden durch den Klopfsensor 10 erfaßt, der ein entsprechendes Ausgangssignal A erzeugt. Das Signal A wird durch den Verstärker 21 mit der Verstärkung G verstärkt und dann durch den Spitzenwerthaltekreis 22 und den A/D-Umsetzer 30 zur Erzeugung eines Vibrationspegelsignals V_p verarbeitet. Das Vibrationspegelsignal V_p wird durch das erste Digitalfilter 41, das zweite Digitalfilter 42 und den Schwellenwertrechner 43 zur Erzeugung eines Schwellenwertsignals V_TH weiterverarbeitet. Das Vibrationspegelsignal V_p wird mit dem Schwellenwertsignal V_TH verglichen. Wenn das Vibrationspegelsignal V_p das Schwellenwertsignal V_TH übersteigt, wird entschieden, daß Klopfen stattfindet, so daß der Zündzeitpunkt so verzögert wird, daß das Klopfen unterdrückt wird.

Wenn das Schwellenwertsignal V_TH bis zur oberen Grenze V_H ansteigt, wird die Verstärkung des Verstärkers 21 vom ersten Verstärkungswert G1 auf den niedrigen zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet. Wenn das Schwellenwertsignal V_TH bis zur unteren Grenze V_L absinkt, wird die Verstärkung vom zweiten Schwellenwertsignal G2 auf den ersten Schwellenwert G1 umgeschaltet. Wenn das Schwellenwertsignal V_TH zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert V_H und V_L liegt, behält die Verstärkung ihren aktuellen Wert bei.

Fig. 4 veranschaulicht eine Programmroutine, die von der ECU 40 der Fig. 1 ausgeführt werden kann, um die Verstärkung auf den passenden Pegel umzuschalten. Zunächst wird in Schritt S1 entschieden, ob die Verstärkung G mit dem ersten Verstärkungswert G1 übereinstimmt. Falls es tatsächlich der erste Verstärkungswert G1 ist, wird in Schritt S2 entschieden, ob das Schwellenwertsignal V_TH mindestens der obere Grenzwert V_H ist. Falls das Schwellenwertsignal V_TH mindestens dem oberen Grenzwert V_H entspricht, wird in Schritt S3 die Verstärkung G auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet und ein Rücksprung durchgeführt. Falls jedoch das Schwellenwertsignal V_TH kleiner als der obere Grenzwert V_H ist, wird von Schritt S2 aus ein Rücksprung ohne Änderung der Verstärkung G durchgeführt.

Falls im Schritt S1 entschieden wird, daß die Verstärkung G nicht die Größe des ersten Verstärkungswertes G1 besitzt, muß es sich bei der Verstärkung G um den zweiten Verstärkungswert G2 handeln, so daß in Schritt S4 ermittelt wird, ob das Schwellenwertsignal V_TH kleiner als der untere Grenzwert V_L ist. Falls er kleiner als die untere Grenze V_L ist, wird in Schritt S5 die Verstärkung G auf den ersten Schwellenwert G1 umgeschaltet und ein Rücksprung durchgeführt. Falls andererseits in Schritt S4 das Schwellenwertsignal V_TH mindestens dem unteren Grenzwert V_L entspricht, wird von Schritt S4 aus ein Rücksprung ohne Änderung der Verstärkung G durchgeführt.

Die Routine der Fig. 4 wird durch die ECU 40 in vorbestimmten Intervallen wiederholt, d. h. jedesmal, wenn der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird.

Anstatt die Verstärkung zwischen nur zwei Pegeln S1 und S2 umzuschalten, kann sie auch zwischen drei und mehr Pegeln umgeschaltet werden. Wenn beispielsweise die Verstärkung vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet wurde, kann im Falle, daß das Schwellenwertsignal danach auf den oberen Grenzwert V_H ansteigt, die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf einen dritten Verstärkungswert G3 umgeschaltet werden, der kleiner als der zweite Verstärkungswert G2 ist. Nach dem Abfallen des Schwellenwertsignals auf den unteren Grenzwert V_L würde die Verstärkung wieder vom dritten Verstärkungswert G3 auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet. Wenn dann das Schwellenwertsignal erneut auf den unteren Grenzwert V_L abfallen würde, würde die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 umgeschaltet.

Bei der Auführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird die Verstärkung des Verstärkers 21 nur auf der Basis des Schwellenwertsignals V_TH umgeschaltet. Fig. 5 veranschaulicht demgegenüber eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verstärkung auf der Basis sowohl des Schwellenwertsignals V_TH als auch der Motorumdrehungsgeschwindigkeits Ne umgeschaltet wird. Die Struktur dieser Ausführungsform entspricht derjenigen der Ausführungsform nach Fig. 1, abgesehen davon, daß die Verstärkungsumschaltsteuerung 46 der Fig. 1 durch eine Verstärkungsumschaltsteuerung 47 ersetzt worden ist, die ein Verstärkungsumschaltsignal C auf der Basis des vom Schwellenwertrechners 43 gelieferten Schwellenwertsignals V_TH sowie ein Eingangssignal Q erzeugt, welches eine Betriebsbedingung des Motors anzeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das Eingangssignal Q für die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne kennzeichnend und wird von einem Motorumdrehungsgeschwindigkeitssensor 11 eines Typs erzeugt, mit dem Verbrennungs-Motoren allgemein ausgerüstet sind.

Fig. 6 veranschaulicht den Verlauf des Schwellenwertsignals V_TH in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit während des Betriebes der Ausführungsform nach Fig. 5. Wie bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird die Verstärkung G des Verstärkers 21 anfänglich auf den ersten Verstärkungswert G1 eingestellt. In dem Maße, wie sich die Motorumdrehungsgeschwindigkeit erhöht, nimmt das Schwellenwertsignal V_TH ebenfalls entlang der mit G1 markierten oberen Kurve der Fig. 6 zu. Wenn das Schwellenwertsignal V_TH eine vorbestimmte obere Grenze V_H erreicht, die in einem Speicher der ECU 40 abgelegt ist, speichert die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 den Wert der aktuellen Motorumdrehungsgeschwindigkeit in einem Speicher. Die aktuelle Motorumdrehungsgeschwindigkeit wird im Falle, daß das Schwellenwertsignal V_TH der oberen Grenze V_H entspricht, als obere Umschaltgeschwindigkeit Ne_H bezeichnet. Gleichzeitig erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung G des Verstärkers 21 vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 umschaltet, der kleiner als der erste Verstärkungswert G1 ist. Die Verringerung der Verstärkung G vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 führt zum Absinken des Schwellenwertsignals V_TH entlang der unteren Kurve der Fig. 6 auf einen Punkt, der dem zweiten Verstärkungswert G2 entspricht, so daß selbst dann, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit über die obere Umschaltgeschwindigkeit Ne_H ansteigt, das Schwellenwertsignal V_TH die obere Grenze V_H nicht überschreitet.

Auf der Basis der oberen Umschaltgeschwindigkeit Ne_H berechnet die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 eine untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L, die durch folgende Formel definiert ist:

Ne_L=Ne_H-X, (6)

wobei X eine vorbestimmte, in einem Speicher der ECU 40 abgelegte Konstante ist. Nach Berechnung der unteren Umschaltgeschwindigkeit Ne_L wird dieser Wert in einem Speicher der ECU 40 gespeichert. Das der unteren Umschaltgeschwindigkeit Ne_L entsprechende Schwellenwertsignal V_TH wird im folgenden mit V_L′ bezeichnet. Wenn die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 entscheidet, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit auf die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L abgesunken ist, erzeugt sie ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den höheren ersten Verstärkungswert G1 umschaltet. Infolgedessen steigt das Schwellenwertsignal V_TH entlang der oberen Kurve der Fig. 6 auf einen Punkt an, der dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht, so daß selbst dann, wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit unter die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L absinkt, das Schwellenwertsignal V_TH innerhalb des erforderlichen Bereiches für die Klopfbestimmung bleibt.

Wenn die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 die obere Umschaltgeschwindigkeit Ne_H sowie die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L bestimmt hat, kann die Verstärkung G auf der Basis der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne anstatt auf der Basis des Schwellenwertsignals V_TH umgeschaltet werden. Wenn nämlich die Umschaltgeschwindigkeiten Ne_H und Ne_L einmal festgesetzt worden sind, kann die Verstärkungsumschaltsteuerung 47 die Verstärkung vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 immer dann umschalten, wenn sie entscheidet, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne größer als die obere Umschaltgeschwindigkeit Ne_H ist oder dieser entspricht; und kann die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 jedesmal dann umschalten, wenn sie entscheidet, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit kleiner als die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L ist oder dieser entspricht.

Das Schwellenwertsignal V_TH wird neben der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne auch durch andere Faktoren beeinflußt und ist weniger stabil als die Motorumdrehungsgeschwindigkeit. Wenn die Umschaltung der Verstärkung allein auf der Basis des Schwellenwertsignals V_TH durchgeführt wird, müssen der obere und der untere Grenzwert V_H und V_L genügend weit voneinander entfernt eingestellt werden, um ausreichend Hysterese zur Verhinderung des Pendelns verfügbar zu machen. Da die Verstärkungsumschaltung auf der Grundlage der Motorumdrehungsgeschwindigkeit erfolgt, kann bei der Ausführungsform der Fig. 5 der Unterschied zwischen der oberen Grenze V_H, die der oberen Umschaltgeschwindigkeit Ne_H entspricht, und dem Schwellenwertsignal V_L′, die der unteren Umschaltgeschwindigkeit Ne_L entspricht, kleiner als der Unterschied zwischen V_H und V_L sein, so daß das Schwellenwertsignal V_TH, des Dynamikbereiches verringert werden kann, was vorteilhaft ist.

Fig. 7 stellt das Flußdiagramm einer Programmroutine dar, die von der ECU 40 bei der Ausführungsform der Fig. 5 zum Umschalten der Verstärkung G abgearbeitet wird. Zunächst wird in Schritt S10 entschieden, ob die Verstärkung G dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht oder nicht. Falls sie dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht, wird in Schritt S11 entschieden, ob das Schwellenwertsignal V_TH mindestens der oberen Grenze V_H entspricht oder nicht. Entspricht das Schwellenwertsignal V_TH mindestens der oberen Grenze V_H, wird in Schritt S12 die aktuelle Umfangsgeschwindigkeit Ne_H, die der oberen Grenze V_H entspricht, in einem Speicher abgelegt, und in Schritt S13 wird die Verstärkung G auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet, wonach ein Rücksprung erfolgt. Andererseits wird im Falle, daß in Schritt S11 das Schwellenwertsignal V_TH kleiner als die obere Grenze V_H ist, von Schritt S11 aus ein Rücksprung ohne Änderung der Verstärkung G ausgeführt.

Wird in Schritt S10 entschieden, daß die Verstärkung G nicht dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht, muß die Verstärkung G der zweite Verstärkungswert G2 sein, so daß in Schritt S14 bestimmt wird, ob die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne kleiner als die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L ist. Ist sie kleiner als die untere Umschaltgeschwindigkeit Ne_L, wird in Schritt S15 die Verstärkung auf den ersten Verstärkungswert G1 umgeschaltet und ein Rücksprung durchgeführt. Andererseits wird im Falle, daß in Schritt S14 die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der unteren Umschaltgeschwindigkeit Ne_L entspricht, ein Rücksprung direkt von Schritt S14 aus durchgeführt.

Die Routine der Fig. 7 wird in vorbestimmten Intervallen wiederholt, und zwar jedesmal, wenn der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird.

Mit Ausnahme der Art der Umschaltung der Verstärkung ist die Betriebsweise der Ausführungsform der Fig. 5 die gleiche wie die der Ausführungsform der Fig. 1. Basierend auf dem Schwellenwertsignal V_TH und dem Vibrationspegelsignal V_p erzeugt der Komparator 44 ein Klopfbestimmungssignal Vk, wohingegen der Verzögerungswinkelrechner 45 einen Verzögerungswinkel Θ_R erzeugt, der die Motorzündzeitgabe verzögert, so daß das Klopfen unterdrückt wird.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Fig. 1 und 5 ändert sich aufgrund der durch das erste und das zweite Digitalfilter 41 und 42 durchgeführten Glättung das Schwellenwertsignal V_TH langsamer als das Vibrationspegelsignal V_p. Wenn die Verstärkung G zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungswert G1 und G2 umgeschaltet wird, erfährt das Vibrationspegelsignal V_p eine plötzliche Wertänderung, ändert sich jedoch nur graduell, so daß unmittelbar nach einer Änderung der Verstärkung G das Schwellenwertsignal V_TH entweder größer ist als es sein sollte (wenn die Verstärkung G von G1 nach G2 abfällt), oder kleiner als es sein sollte (wenn die Verstärkung G von G2 nach G1 ansteigt), um das Klopfen genau zu erfassen. Ehe das Schwellenwertsignal V_TH einen neuen Wert entsprechend der neuen Verstärkung erreicht, ist es nicht möglich, das Klopfen genau zu erfassen. Falls das Schwellenwertsignal V_TH unmittelbar nach der Änderung der Verstärkung zu groß ist, erzeugt der Komparator 44 kein Klopfbestimmungssignal Vk, selbst dann nicht, wenn Klopfen auftritt, während dann, falls das Schwellenwertsignal V_TH zu klein ist, der Komparator 44 fälschlicherweise bei nicht vorhandenem Klopfen ein Klopfbestimmungssignal Vk erzeugt.

Dieses Problem wird durch die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 8 gelöst. Die Gesamtstruktur dieser Ausführungsform entspricht derjenigen der vorhergehenden beiden Ausführungsformen, unterscheidet sich aber von ihnen hinsichtlich der Struktur der ECU 40.

Die ECU 40 umfaßt eine Verstärkungsumschaltsteuerung 48, die ein Verstärkungsumschaltsignal C auf der Basis eines vom Motorgeschwindigkeitssensor 11 gelieferten Eingangssignal Q erzeugt, das die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne anzeigt. Das Verstärkungsumschaltsignal C schaltet die Verstärkung des Verstärkers 21 zwischen einem ersten Verstärkungswert G1 und einem zweiten Verstärkungswert G2 um, der kleiner als der erste Verstärkungswert G1 ist, entsprechend der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne um.

Im einzelnen stellt das Verstärkungsumschaltsignal C die Verstärkung G des Verstärkers 21 auf den ersten Verstärkungswert G1 ein, wenn sich die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne in einem ersten Bereich mit einer vorbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a als oberem Grenzwert befindet, während sie die Verstärkung G auf den zweiten Verstärkungswert G2 einstellt, wenn sich die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne in einem zweiten Bereich mit der vorbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a als unterer Grenze befindet. Wenn mit anderen Worten die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne kleiner als die vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a ist, wird die Verstärkung G auf den ersten Verstärkungswert G1 eingestellt, und wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der vorgeschriebenen Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a entspricht, wird die Verstärkung G auf den zweiten Verstärkungwert G2 eingestellt. Die vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a ist vorzugsweise nicht größer als die obere Umschaltgeschwindigkeit Ne_H der Ausführungsform der Fig. 5, so daß das Schwellenwertsignal V_TH den oberen Grenzwert V_H nicht überschreitet.

Jedes Mal, wenn die Verstärkungsumschaltsteuerung 48 ein Verstärkungsumschaltsignal C erzeugt, um die Verstärkung G umzuschalten, erzeugt sie zugleich Datenumschaltsignale C1 bis C3. Diese Signale C1 bis C3 werden jeweils an ein erstes Digitalfilter 49, ein zweites Digitalfilter 50 und einen Schwellenwertrechner 51 geliefert. Das erste Digitalfilter 49 glättet das Vibrationgspegelsignal V_p und erzeugt einen ersten Durchschnittswert BGL1; das zweite Digitalfilter 50 glättet den ersten Durchschnittswert BGL1 und erzeugt einen zweiten Durchschnittswert BGL2; und der Schwellenwertrechner 51 berechnet ein Schwellenwertsignal V_TH auf der Basis des zweiten Durchschnittswertes BGL2.

Wenn das Verstärkungsumschaltsignal C nicht erzeugt wird, werden auch die Datenumschaltsignale C1 bis C3 nicht erzeugt. Im Falle, daß die genannten Signale nicht erzeugt werden, berechnet das erste Digitalfilter 49 den ersten Durchschnittswert BGL1 entsprechend der Gleichung (1), das zweite Digitalfilter 50 den zweiten Durchschnittswert BGL2 entsprechend der Gleichung (2) und der Schwellenwertrechner 51 das Schwellenwertsignal V_TH entsprechend der Gleichung (3). Wenn jedoch die Verstärkungsumschaltsteuerung 48 das Verstärkungsumschaltsignal C zur Umschaltung der Verstärkung G tatsächlich erzeugt, werden die Datenumschaltsignale C1 bis C3 erzeugt, wobei das erste Digitalfilter 49, das zweite Digitalfilter 50 und der Schwellenwertrechner 51 jeweils den ersten Durchschnittswert BGL1 und das Schwellenwertsignal V_TH mit Hilfe von Algorithmen berechnen, die sich von den durch die Gleichungen (1) bis (3) ausgedrückten Algorithmen unterscheiden, so daß eine schnelle Änderung von BGL1, BGL2 und V_TH herbeigeführt wird.

Wenn nämlich die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne größer als die vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a wird oder dieser entspricht, und wenn das Verstärkungsumschaltsignal C zur Umschaltung der Verstärkung G vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 erzeugt wird, werden die Datenumschaltsignale C1 bis C3 mit dem Ziel erzeugt, die Berechnung des ersten Durchschnittswertes BGL1, des zweiten Durchschnittswertes BGL2 und des Schwellenwertsignals V_TH entsprechend der nachfolgenden Algorithmen zu veranlassen:

BLG1=BGL1*/α, (7)

BGL2=BGL2*/α, (8)

V_TH=V_TH*/α, (9)

wobei BGL1*, BGL2* und V_TH* die alten Werte BGL1, BGL2 und V_TH sind und α = G1/G2 ist. Das Ergebnis ist, daß BGL1, BGL2 und V_TH im wesentlichen gleichzeitig und mit dem gleichen Prozentsatz geändert werden, wie die Verstärkung G und das Vibrationspegelsignal V_p. Das Schwellenwertsignal V_TH bleibt also nicht hinter den Änderungen des Vibrationspegelsignals V_p zurück, so daß ein fälschliches Feststellen von Klopfen verhindert wird.

Andererseits werden im Falle, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne unter die vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a fällt und das Verstärkungsumschaltsignal C zum Umschalten der Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 erzeugt wird, die Datenumschaltsignale C1 bis C3 mit dem Ziel erzeugt, die Berechnung des ersten Durchschnittswertes BGL1, des zweiten Durchschnittswertes BGL2 und des Schwellenwertsignals V_TH auf der Basis folgender Algorithmen zu veranlassen:

BLG1=BGL1*×α, (10)

BGL2=BGL2*×α, (11)

V_TH=V_TH*×α, (12)

Als Ergebnis werden BGL1, BGL2 und V_TH im wesentlichen gleichzeitig und mit dem gleichen Prozentsatz geändert, wie die Verstärkung G und das Vibrationspegelsignal V_p verändert werden. Daher bleibt das Schwellenwertsignal V_TH nicht hinter den Änderungen des Vibrationspegelsignals V_p zurück, so daß eine irrtümliche Erfassung von Klopfen verhindert wird, genauso wie im Falle einer ansteigenden Motorumdrehungsgeschwindigkeit.

Jedesmal, wenn ein Wechsel der Verstärkung stattfindet, werden die Berechnungen gemäß den Gleichungen (7) bis (9) oder (10) bis (12) jeweils einmal durchgeführt, woraufhin die Werte BGL1, BGL2 und V_TH jeweils unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (3) berechnet werden, bis eine neue Änderung der Verstärkung stattfindet.

Fig. 9 veranschaulicht die Wellenform des Vibrationspegelsignals V_p und des Schwellenwertsignals V_TH während des Betriebes der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 8. Es sei angenommen, daß α=3 ist, daß dabei die Verstärkung dem zweiten Verstärkungswert G2 entspricht und daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne absinkt. Weiter sei angenommen, daß in einem Zeitpunkt vor dem Auftreten des durch die Kurve (a) wiedergegebenen Vibrationspegelsignals V_p die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne unter die vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a fällt. Wenn Ne kleiner als Ne_a wird, erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 48 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 umschaltet, so daß das Vibrationspegelsignal V_p vom dem durch die voll ausgezogene Kurve angezeigten Wert auf den durch die Kurve (a) angezeigten Wert ansteigt. Fehlen die Datenumschaltsignale C1 bis C3, würde das Schwellenwertsignal V_TH gemäß der Kurve (b) nur graduell ansteigen, jedenfalls viel langsamer als das Vibrationspegelsignal V_p; und es würde eine Zeitperiode geben, in der das Schwellenwertsignal V_TH für den Komparator 44 zu klein wäre, um exakt ein Klopfbestimmungssignal Vk zu erzeugen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch, wenn das Verstärkungsumschaltsignal C zum Umschalten der Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 erzeugt wird, die Datenumschaltsignale C1 bis C3 erzeugt, so daß das Schwellenwertsignal V_TH, wie es die Kurve (c) anzeigt, schnell und im wesentlichen gleichzeitig mit einer Änderung der Verstärkung G auf einen Wert ansteigt, der dem Komparator 44 die exakte Erfassung des Klopfens ermöglicht. Es gibt also keine Übergangsperiode, bei der das Klopfen nicht genau erfaßt werden könnte.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung werden das Vibrationspegelsignal V_p und das Schwellenwertsignal V_TH in den Komparator 44 eingegeben, der ein Klopfbestimmungssignal Vk erzeugt. Das Klopfbestimmungssignal Vk wird in den Verzögerungswinkelrechner 45 eingegeben, der einen Verzögerungswinkel Θ_R in gleicher Weise berechnet wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen.

Fig. 10 veranschaulicht das Flußdiagramm einer Programmroutine, die in Verbindung mit der Ausführungsform der Fig. 8 zur Umschaltung der Verstärkung durchgeführt wird. Zunächst wird in Schritt S20 entschieden, ob die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der vorgeschriebenen Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt S21 ermittelt, ob die Verstärkung G dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt S22 die Verstärkung G auf den ersten Verstärkungswert G1 geschaltet. In Schritt S23 erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 48 Datenumschaltsignale C1 bis C3, die das erste Digitalfilter 49, das zweite Digitalfilter 50 und den Schwellenwertrechner 51 veranlassen, die Werte von BGL1, BGL2 und V_TH entsprechend den Gleichungen (10) bis (12) zu berechnen. Dann erfolgt ein Rücksprung. Falls in Schritt S21 die Verstärkung G bereits dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht, wird ohne Änderung des Wertes der Verstärkung G der Rücksprung durchgeführt.

Falls in Schritt S20 entschieden wird, daß Ne Ne_a ist, wird in Schritt S24 bestimmt, ob die Verstärkung G dem zweiten Verstärkungswert G2 entspricht. Entspricht die Verstärkung G bereits dem zweiten Verstärkungswert G2, erfolgt unmittelbar ein Rücksprung. Wenn aber die Verstärkung G nach wie vor dem ersten Verstärkungswert G1 entspricht, wird in Schritt S25 die Verstärkung G auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet; und in Schritt S26 werden die Datenumschaltsignale C1 bis C3 erzeugt, um die Berechnung von BGL1, BGL2 und V_TH entsprechend den Gleichungen (7) bis (9) zu veranlassen. Dann erfolgt ein Rücksprung.

Die in Fig. 10 dargestellte Routine wird in vorbestimmten Intervallen wiederholt, jedesmal dann, wenn der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird.

Da bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen die Verstärkung G im Rahmen einer Vielzahl von Pegeln entsprechend dem Motorbetriebszustand umgeschaltet wird, können das Vibrationspegelsignal V_p und das Schwellenwertsignal V_TH für den Komparator 44 innerhalb eines optimalen Bereiches gehalten werden, so daß die Genauigkeit der Klopfbestimmung groß ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Verstärkung zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungswert G1 und G2 immer dann umgeschaltet, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit eine vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a passiert. Es ist aber auch möglich, die Verstärkung G vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 bei Vorliegen einer ersten vorgeschriebenen Geschwindigkeit Ne_a umzuschalten und die Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 bei einer niedrigeren, zweiten vorgeschriebenen Geschwindigkeit Ne_b zurückzuschalten, so daß die Verstärkungsumschaltung mit Hystereseeffekt erfolgt. Die erste und die zweite vorgeschriebene Umdrehungsgeschwindigkeit Ne_a und Ne_b können beispielsweise der oberen Umschaltgeschwindigkeit Ne_H und der unteren Umschaltgeschwindigkeit Ne_L der Fig. 6 entsprechen.

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung wird die Verstärkung G zwischen zwei verschiedenen Verstärkungswerten G1 und G2 geschaltet. Die Anzahl der verschiedenen Verstärkungswerte, die verwendet werden können, ist jedoch nicht auf zwei beschränkt. Fig. 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verstärkung G zwischen drei verschiedenen Verstärkungswerten umgeschaltet wird, d. h., einem ersten Verstärkungswert G1, einem zweiten Verstärkungswert G2 und einem dritten Verstärkungswert G3 entsprechend dem Motorbetriebszustand, wie er durch die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne angezeigt wird. Die Struktur dieser Ausführungsform entspricht derjenigen der Ausführungsform der Fig. 1, abgesehen davon, daß die Verstärkungsumschaltsteuerung 46 der Fig. 1 durch die Verstärkungsumschaltsteuerung 52 ersetzt wird, die vom Motorgeschwindigkeitssensor 11 ein Eingangssignal Q empfängt, das die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne anzeigt und ein Verstärkungsumschaltsignal C auf der Basis der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne erzeugt.

Die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne wird durch die Verstärkungsumschaltsteuerung 52 in eine von drei Bereichen eingeteilt. Der erste Bereich weist eine erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ als obere Grenze auf. Der zweite Bereich ist durch die erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ und eine zweite Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ begrenzt, die größer als die erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ ist. Der dritte Bereich hat die zweite Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ als untere Grenze. Wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit in den ersten Bereich, den zweiten Bereich oder den dritten Bereich fällt, stellt das Verstärkungsumschaltsignal C die Verstärkung G jeweils auf einen ersten Verstärkungswert G1, einen zweiten Verstärkungswert G2 bzw. einen dritten Verstärkungswert G3 ein, wobei G1 < G2 < G3 ist.

Fig. 12 veranschaulicht den Pegel des Ausgangssignals des Verstärkers 21 in Abhängigkeit von der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne. In der Figur zeigt D den passenden Bereich für den Pegel des Verstärkerausgangssignals an. Die Verstärkung G des Verstärkers 21 wird anfänglich auf den ersten Verstärkungswert G1 eingestellt, so daß mit dem Ansteigen der Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne das Verstärkerausgangssignal entlang der im Diagramm ganz links eingezeichneten und mit G1 markierten Kurve ansteigt. Würde die Verstärkung G konstant gehalten, würde das Verstärkerausgangssignal möglicherweise mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit über den passenden Bereich D hinaus ansteigen. Daher erzeugt im Falle, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne die erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ erreicht, die Verstärkungsumschaltsteuerung 52 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung G vom ersten Wert G1 auf den zweiten Wert G2 umschaltet. Dementsprechend fällt das Verstärkerausgangssignal entlang der mittleren und mit G2 markierten Kurve auf einen dem zweiten Verstärkungswert G2 entsprechenden Punkt ab. In dem Maße, wie die Motorumdrehungsgeschwindigkeit innerhalb des zweiten Bereiches zwischen der ersten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ und der zweiten Umdrehungsgschwindigkeit Ne₂ zunimmt, steigt das Verstärkerausgangssignal entlang der mittleren Kurve an. Wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne die zweite Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ erreicht, erzeugt die Verstärkungsumschaltsteuerung 52 ein Verstärkungsumschaltsignal C, das die Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den dritten Verstärkungswert G3 umschaltet. Daher fällt das Verstärkerausgangssignal auf einen den Wert G3 entsprechenden Punkt entlang der rechts im Diagramm eingezeichneten und mit G3 markierten Kurve ab und verbleibt innerhalb des passenden Bereiches D, auch dann, wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit bis in den dritten Geschwindigkeitsbereich ansteigt. Umgekehrt wird die Verstärkung, wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit im dritten Geschwindigkeitsbereich abnimmt und die zweite Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ erreicht, vom dritten Verstärkungswert G3 auf den zweiten Verstärkungswert G2 heraufgeschaltet, während dann, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit auf die erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ abnimmt, die Verstärkung vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 heraufgeschaltet wird. Die Werte G1 und G2 sowie die erste und die zweite Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ und Ne₂ sind so gewählt, daß am Ende jedes der drei Geschwindigkeitsbereiche das Verstärkerausgangssignal innerhalb des zulässigen Bereiches D bleibt.

Die Anzahl der Geschwindigkeitsbereiche, in welche die Motorgeschwindigkeit eingeteilt ist, ist nicht auf drei beschränkt. Es können auch vier oder mehr Bereiche sein, von denen jeder einer entsprechenden Verstärkung zugewiesen ist. Je größer die Anzahl der Geschwindigkeitsbereiche und der Verstärkungen ist, umso eher kann der Bereich D, innerhalb dessen das Verstärkerausgangssignal variiert, reduziert werden, wodurch der Dynamikbereich des Schwellenwertsignals V_TH und des Vibrationspegelsignals V_p verkleinert und damit die Genauigkeit der Klopferfassung vergrößert wird.

Wie Fig. 12 zeigt, überlappen sich bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Geschwindigkeitsbereiche nicht, so daß das Umschalten der Verstärkung zwischen zwei Werten (wie etwa zwischen G1 und G2) bei der gleichen Motorumdrehungsgeschwindigkeit stattfindet, unabhängig davon, ob die Motorumdrehungsgeschwindigkeit zunimmt oder abnimmt. Es kann jedoch vorgesehen werden, daß sich die Geschwindigkeitsbereiche überlappen, so daß Hysterese erzeugt wird. Beispielsweise könnte bei zunehmender Motorumdrehungsgeschwindigkeit bei der ersten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ die Verstärkung vom ersten Verstärkungswert G1 auf den zweiten Verstärkungswert G2 umgeschaltet werden; und wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit abnimmt, könnte die Verstärkung G vom zweiten Verstärkungswert G2 auf den ersten Verstärkungswert G1 bei einer unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁′ umgeschaltet werden, die kleiner als die erste Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ wäre.

Bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen hält der Spitzenwerthaltekreis 22 den Spitzenwert des Verstärkerausgangssignals über eine vorbestimmte Periode, während der A/D-Umsetzer 30 das Ausgangssignal des Spitzenhaltekreises 22 digitalisiert, um das Vibrationspegelsignal V_p zu erzeugen. Das erste Digitalfilter 41, das zweite Digitalfilter 42 und der Schwellenwertrechner 43 stellen dann jeweils den ersten Durchschnittswert BGL1, den zweiten Durchschnittswert BGL2 und das Schwellenwertsignal V_TH auf der Basis des Vibrationspegelsignals V_p und unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (3) zur Verfügung. Der Komparator 44 vergleicht das Vibrationspegelsignal V_p und das Schwellenwertsignal V_TH zur Erzeugung eines Klopfbestimmungssignals Vk, auf dessen Grundlage der Verzögerungswinkelrechner 45 einen Verzögerungswinkel Θ_R unter Verwendung der Gleichungen (4) und (5) erzeugt. Eine nicht dargestellte Steuereinheit kontrolliert dann den Zündzeitpunkt auf der Basis des Verzögerungswinkels Θ_R, um Klopfen zu verhindern.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen reduziert das Umschalten der Verstärkung G zwischen einer Vielzahl von Pegeln gemäß den Motorbetriebszuständen den Dynamikbereich der an den Komparator 44 gelieferten Eingabesignale, so daß über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges eine exakte Erfassung des Klopfens erfolgen kann.

Fig. 13 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Programmroutine, die bei der Ausführungsform der Fig. 11 abgearbeitet wird, für die Auswahl der Verstärkung dar. In Schritt S30 wird entschieden, ob die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der ersten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₁ entspricht. Ist das nicht der Fall, wird bestimmt, daß der Motor im ersten Geschwindigkeitsbereich arbeitet, so daß in Schritt S31 die Verstärkung G auf den ersten Verstärkungswert G1 eingestellt und ein Rücksprung durchgeführt wird. Falls in Schritt S30 bestimmt wird, daß die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der ersten Umdrehungsgeschwindigkeit entspricht, wird in Schritt S32 entschieden, ob die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Ne mindestens der zweiten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ entspricht. Ist das nicht der Fall, wird festgestellt, daß der Motor im zweiten Geschwindigkeitsbereich arbeitet, so daß in Schritt S33 die Verstärkung E auf den zweiten Verstärkungswert G2 eingestellt und ein Rücksprung durchgeführt wird. Falls die Umdrehungsgeschwindigkeit Ne im Schritt S32 mindestens der zweiten Umdrehungsgeschwindigkeit Ne₂ entspricht, wird bestimmt, daß der Motor im dritten Geschwindigkeitsbereich arbeitet, so daß in Schritt S34 die Verstärkung E auf den dritten Verstärkungswert S3 eingestellt und ein Rücksprung durchgeführt wird.

Die in Fig. 13 dargestellte Routine wird in vorgeschriebenen Intervallen wiederholt, und zwar jedesmal dann, wenn der Spitzenwerthaltekreis 22 rückgesetzt wird.

Es ist möglich, die Merkmale der Ausführungsform der Fig. 8 mit den Merkmalen der Ausführungsform der Fig. 11 zu kombinieren, um ein Klopfsteuergerät zu erhalten, bei dem die Verstärkung G des Verstärkers 21 zwischen mindestens drei verschiedenen Verstärkungen umgeschaltet werden kann, wie das bei der Ausführungsform der Fig. 11 der Fall ist, und wobei die Verstärkungsumschaltsteuerung Datenumschaltsignale C1 bis C3 erzeugt, die das erste Digitalfilter, das zweite Digitalfilter und den Schwellenwertrechner steuern, wie das bei der Ausführungsform nach Fig. 8 der Fall ist.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 5, 8 und 11 wird die Verstärkung auf der Basis eines Motorbetriebsparameters in Gestalt der Motorumdrehungsgeschwindigkeit umgeschaltet. Es ist jedoch auch möglich, verschiedene Betriebsparameter heranzuziehen, wie beispielsweise die Motorlast.

Obwohl die vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung das Klopfen durch Steuern des Zündzeitpunkts unterdrücken, ist es weiter möglich, einen anderen Betriebsparameter des Motors so zu steuern, daß Klopfen unterdrückt wird.

Wenn auch die dargestellte ECU 40 getrennte Komponenten aufweist, kann sie ebensogut einen Mikrocomputer besitzen, der die Funktionen einiger der dargestellten Komponenten oder aller Komponenten wahrnimmt.

Claims

1. Gerät zur Unterdrückung des Klopfens bei einem Verbrennungsmotor, mit

a) einem Klopfsensor (10) zur Erfassung eines durch Motorvibrationen und gegebenenfalls Klopfen hervorgerufenen Klopfsensorsignals (A);
b) einem an den Klopfsensor (10) angeschlossenen Verstärker (21) mit variabler Verstärkung (G);
c) einer an den Verstärker (21) angeschlossenen Einrichtung (22, 30) zur Erzeugung eines Vibrationspegelsignals (V_P);
d) einer Schwellenwerterzeugungseinrichtung (41, 42, 43) zur Erzeugung eines Schwellenwertsignals (V_TH);
e) einem Komparator (44), der das Vibrationspegelsignal (V_P) und das Schwellenwertsignal (V_TH) vergleicht und, wenn Klopfen vorliegt, ein Klopfbestimmungssignal (V_K) erzeugt;
f) einer Motorsteuereinrichtung (45) zur Steuerung eines Motorbetriebsparameters (Θ_R) in Abhängigkeit vom Klopfbestimmungssignal (V_K) und
g) einer Verstärkungssteuereinrichtung (46; 47, 11; 48, 11; 52, 11) zur Erzeugung eines Verstärkungssteuersignals, das dem Verstärker (21) mit variabler Verstärkung zugeführt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

h) die Verstärkungssteuereinrichtung (46; 47, 11; 48, 11; 52, 11) als Verstärkungssteuersignal ein Verstärkungsumschaltsignal (C) erzeugt, das die Verstärkung des Verstärkers (21) zumindest von einem ersten Verstärkungswert (G1) auf einen zweiten Verstärkungswert (G2) beziehungsweise vom zweiten Verstärkungswert (G2) auf den ersten Verstärkungswert (G1) umschaltet;
i) wobei für das Schwellenwertsignal (V_TH) ein vorbestimmter Bereich zwischen einer oberen Grenze (V_H) und einer unteren Grenze (V_L) festgelegt ist, die in einem Speicher gespeichert sind, und bei Erreichen der unteren (V_L) bzw. oberen Grenze (V_H) die Umschaltung auf den jeweils anderen Verstärkungswert so erfolgt, daß das Schwellenwertsignal (V_TH) innerhalb des vorbestimmten Bereiches bleibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Verstärkungswerten (G1, G2) mit Hysterese erfolgt.

3. Gerät nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, daß die Motorsteuereinrichtung (45) zur Berechnung eines Verzögerungswinkels (Θ_R) als Motorbetriebsparameter zur Verzögerung des Zündzeitpunkts eines Zylinders des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Verstärker (21) angeschlossene Einrichtung (22, 30) zur Erzeugung des Vibrationspegelsignals (V_P) einen Spitzenwerthaltekreis (22) aufweist.

5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motorgeschwindigkeitssensor (11) zur Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit (Ne) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und daß die Verstärkungssteuereinrichtung (47, 11) zur Speicherung einer oberen Umschaltgeschwindigkeit (Ne_H) entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit (N_e) an der oberen Grenze (V_H) des Schwellenwertsignals (V_TH) und zur Berechnung einer unteren Umschaltgeschwindigkeit (Ne_L) ausgebildet ist, die um eine Konstante (X) kleiner als die obere Umschaltgeschwindigkeit (Ne_H) ist, wobei die Verstärkungssteuereinrichtung (47, 11) die Umschaltung zwischen den Verstärkungswerten (G1, G2) durchführt, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit (Ne) des Verbrennungsmotors die obere bzw. untere Umschaltgeschwindigkeit (Ne_H, Ne_L) erreicht.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berechnungseinrichtung (40; 49, 50, 51) vorgesehen ist, welche bei einer Umschaltung vom einen Verstärkungswert (61 oder 62) auf den anderen Verstärkungswert (62 bzw. 61) das Vibrationspegelsignal (V_P) und das Schwellenwertsignal (V_TH) entsprechend dem Verhältnis (61/62 bzw. 62/61) der Verstärkungswerte (61, 62) gewichtet.

7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiterer, dritter Verstärkungswert (63) vorgesehen ist.