Stand der Technik

Die Erfindung geht aus τon einem Verfahren bzv. einer Vorrichtung zur Durch ührung des Verfahrens nach der Gat¬ tung des Hauptanspruches hzv. des Anspruches 9-

Es ist bekannt, die im Brennraum e ^' iner Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgänge vährend des Betriebes der Brennkraftmaschiae nach verschiedenen Gesich spunkten unter Erfassung verschiedenartiger physikalischer Parameter zu messen. Hierzu gehört beispielsveise die Erfassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungs¬ vorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfas¬ sung von Einspritzvorgängen sovie die Ausmessung von irre¬ gulären Verbrennungen.

Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört das sogenannte "Klopfen", das bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingungen au tritt. Man versteht hierunter ton- frequente Schvingungen des komprimierten Kraftstoff-Luf - Gemisches, die durch eine Stoßvelle ausgelöst verdeu. Wäh¬ rend dieser Schvingungen ist der Wärme bergang an Kolben- und Zylindervänden der 3rennkraftmaschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Fläche zur Folge, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den zu Verfügung stehenden Arbeitsbereich der Brennkraft¬ maschine δglichs-t veitgehend auszunutzen, ist es erfor¬ derlich, Mittel vorzusehen, die das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigen, um auf diese Weise eine Regelung der

Brennkraftmaschine realisier <en zu können, bei der die Brenn- kraftmaschine stets kurz unterhalb der Klopfgrenze betrie¬ ben vird.

.Teben dem Problem, zur Erfassung des Klopfens geeignete Geber bereitzustellen, besteht auch das meßtechnische Problem, aus den vom ^' Geber- erfaßten Schvingungen der Brenn¬ kraftmaschine das Klopfsignal zuverlässig und s ^* tδrungs- frei herauszulesen, um die Brennkraftmaschine in Abhängig¬ keit von einem Klopferkennungssignal "Klopfen ja" oder "Klopfen nein" entsprechend regeln zu können..

In der US-PS 3 5^0 262 is ^* t hierzu ein Klopfdetektor beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal a t ^* einem vorgegebenen, vom Mo-torsignal unabhängigen Schvellvert- signal verglichen vird und bei Überschreiten des Schvell- vertes ein Klop erkennungssignal abgegeben vird. Diese Vorrichtung hat jedoch den Sachteil, daß keine Klopf- erkennung in Bezug auf das Hintergrundgeräusch der Brenn¬ kraftmaschine erfolgt sondern lediglich ein Vergleich mit einem externen, notorunabhängigen Signal durchgeführt vird.

In der US-PS 012 0^2 ist veiterhin ein Klop detektor beschrieben, bei dem das gemessene Klopfsignal mit einem Re erenzsignal verglichen vird, das über einen Funktions¬ generator in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erzeugt vird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eben¬ falls das tatsächlich auftretende Hintergrundgeräusch der Brennkraftmaschine nicht mit einbezogen, sondern le¬ diglich über einen Funktionsgenerator simuliert vird. Damit vird insbesondere keine Rücksicht auf die jeveilige Betriebsveise, die Einstellung und den Alterungszust nd der Brennkra tmaschine genommen.

Schließlich ist aus der DE-OS 29 - 6 591 ein Verfahren zur Feststellung des Klopfens von Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem der Spitzenvert de-s Klop signals über- vacht und zu den jeveils vorhergehenden erfaßten Spitzen— verten vorhergehender Verbrennungszyklen in 3ezug gesetzt vird. Dabei ist unter anderem vorgesehen ¹ , die Messung nur vährend eines sogenannten Meßfensters, d.h. eines zu einem; bestimmten Winkelbereich der Drehung der Kurbelwelle korre- lierten Zeitintervalles vorzunehmen.

Die genannten Vorrichtungen bzw. Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß Nebengeräusche, die keinen Bezug zum Klopfen haben, nich-fr immer zuverlässig ausgefiltert werden und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses eintritt. Dies gilt insbesondere für die Störsignale, die durch das sogenannte "Kolbenkippen" auftreten und durch ihre Amplitude eine erhebliche Überlagerung der Klopfsignale bewirken können.

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Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches bzw. die erfindungs emäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 haben demgegenüber den Vorteil, daß die Klopferkennung nicht mehr auf einer festen oder von außen veränderlich vorgegebenen Schalt¬ schwelle äufbau-fc sondern die Signalform des hochpaßge— filterten Signals in sich zur Erkennung von irregulären Verbrennungen untersucht wird.

Durch die in den ünteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bz.w___ iex_ er indun sgemäßen Vorrichtung möglich.

So wird in vorteilhafter Aus estaltung der Erfindung ein dem zeitlichen Auftreten des Signalma__iι_ums entsprechen¬ der Symmetrieimpuls (SYM) gebildet und Kennver-e für den Signalverlauf vor bzv. nach diesem Impuls gebildet und diese Kennwerte nach jedem Verbrennungsz-yklus miteinan¬ der verglichen. Besonders vorteilhaft ist dabei, diese Kennwer-fce durch Integration des Signalverlau s vor bzw. nach dem Symmetrieimpuls SYH zu gewinnen, da dann die Erkennung irregulärer Verbrennungen durch Quotienten¬ bildung der Integrale vorgenommen werden kann. Bei dieser Quotientenbildung ist nämlich ohne 3elang, wie die Absolut¬ beträge der Kennwerte sind, so daß sich Alt rumgserschei- nungen, beispielsweise ?ens ^* _rtrü.3ungen bei Erfassung des Signales durch einen optischen Sensor, nicht s-tδrend auf das Meßergebnis auswirken»

In weiterer bevorzugter Aus estaltung der Erfindung vird die Messung des Singales nur vährend eines sogenannten Meßfensters, d.h. eines zeitlich begrenz~en Bereiches des Kurbelvellenwinkies, vorgenommen, um Störgrößen,

etwa durch Zündung oder dgl. , auszublenden. Durch feste Vorgabe dieses Meßfensters vird dabei erreicht, daß der Meßvorgang zu einem bestimmten Zeitpunkt abgebrochen vird, so daß störende Erscheinungen, vie beispielsweise ITach- verbrennungen, das Meßergebnis nicht verfälschen.

Zur Anpassung de3 Meßver ahrens bzw. der Meßvorrichtung an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine wird schließlich in einer weiteren bevorzugten Aus ührungsform der Erfindung die ermittelte Symmetrieachse des gemes¬ senen Signales in .Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebs¬ punkt der Brennkraftmaschine um einen Korrekturwert ver¬ schoben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nach olgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen für. einen Verbrennungs¬ vorgang einer Brennkraftmaschine typischen Signalverlauf bei normaler- und. klopfender Verbrennung; Figur 2a ein aus dem Signalverlauf gemäß Figur 1 ermitteltes Me signal bei normaler Verbrennung; Figur 2b ein aus dem Signalverlauf gemäß Figur 1 ermitteltes Meßsignal bei irregulärer Verbrennung; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Signalverlau es zur Erläuterung von Schaltschwellen, Figur a zeit'lich Verläufe von weiterverarbeiteten Meßsignalen entsprechend einer ersten Ausfüir ngs orm des erfindungs emäßen Ver ahrens; Figur b zeitliche Verläufe von weiterverarbeiteten Meßsignalen gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 5 das Blockschaltbild einer ^* ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur X-urch-Tühru g des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 6 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungs orm einer erfindungs emäßen Vor-

richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens; Figur 7 das Blockschaltbild einer dritten Ausfüh¬ rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durch¬ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ; Figur 8a bis 8e Blockschaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen von Zeitsteuerungen, zur Verwendung in einer der in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Vorrichtungen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist über den Kurbelwellenwinkel KW ein Signal S aufgetragen, wie es für einen Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine typisch, ist. Ein derartiges Signal kann z.B. ein Licht-, Temperatur— oder Drucksignal sein, wobei die vorliegende Erfindung auf verschiedenen physikalischen Parametern aufbauen kann.

Wie aus Figur 1 ^'* ersichtlich, beginnt der Signalverlauf vor der mit OT bezeichneten oberen Totpunktlage des Zylin¬ ders und hat im Regelfalle einen näherungsweise glocken¬ förmigen Verlauf. Auf der KW-Achse ist dabei zusätzlich mit ZZP der Zündzeitpunkt bezeichnet. Zusätzlich ist in Figur 1 der Verlauf des Signales für eine klopfende Verbrennung S_ aufgetragen. Man erkenn ^* t, daß diese klopfende Verbren¬ nung nach Durchlauf des Signalmaximums auftritt.

In Figur ^* 2a ist ein Signal S aufgetragen, wie es in einer üblichen Hochpaßanordnung gewonnen wird. Das Signal S macht sich dabei als Hüllkurve eines amplitudenmoduliert n Stδr- signales bemerkbar- Während Figur 2a dabei das Meßsignal für eine reguläre Verbrennung darstellt, ist in Figur 2b zusätzlich der Verlauf für eine klopfende Verbrennung dargestellt. Denkt man sich nun eine Symmetrieachse durch

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das Signalmaximum in Figur 2a bzw. Figur 2b, wird ohne weiteres ersichtlich, daß der Signalverlauf der klopfen¬ den Verbrennung, vie er in Figur 2b dargestellt ist, hin¬ sichtlich dieser Symmetrieachse unsymmetrisch ist.

Erfindungsgemäß vird daher ein Kriterium dafür, ob eine irreguläre Verbrennung vorliegt oder nicht, aus einer Untersuchung der Symmetrie des Signales zur Achse durch das Si nalmaximum gewonnen.

Zur.Markierung der Symmetrieachse vird "dabei erfindungs— gemäß ein Symmetrieimpuls SYM gebildet. Dieser Symmetrie¬ impuls wird in einer Ausführungsform der Erfindung in ein¬ facher- Weise dadurch gebildet, daß das Zündsignal ZZP bzw. das OT-Signal um einen vorgegebenen Betrag zeitlich. rex_-__ setzt wird. In einer weiteren Ausführungs orm der Erfindun wird der SYK—Impuls aus dem tatsächlichen Signalmaximum ermittelt und zwar während eines oder durch Mittelwertbil¬ dung während mehrerer Verbrennungszy l n. Schließlich ist es möglich, das Signal S auf Über-bzv. Un erschreiten eines Schwellwertes S zu un-tersuchen, wie dies- in Figur 3 ver¬ anschaulicht ist. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann der SYM-Impuls durch Bildung des arithmetischen Mittelwertes der Punkte gewonnen werden, die dem Über- bzw. Unterschreit der Schwelle S zugeordne ^* t sind. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Ermittlung des Signalmaximums unabhängig von der Signalamplitude ist.

In Figur ha. ist ein erstes Verfahren zur- Bildung eines Er¬ kennungssignales veranschaulicht. Danach wird in einem Me߬ fenster, das durch einen Startimpuls STASI un einen Stop- impuls STOP begrenzt vird., eine Messung des Signalverlaufs nach Figur 2a bzw. 2b vorgenommen, vobei_der Augenblicksver des Signales S.. im Si nalmaximum, d.h. zum Zeitpunkt des Auftretens des SYM-Impulses festgehalten wird. Das Signal S

charakterisiert dabei den vor dem Signalma__imum liegenden Signalverlauf. Im Falle einer regulären Verbrennung schließ sich ein Signalverlauf S„ an, im Fall einer irregulären Verbrennung ein Signalverlauf S-.. Durch Vergleich dieser den zweiten Teil des Signalverlaufes charakterisierenden Großen S ₂ bzw. S^ mit der Große S kann nun ermittelt werden, ob eine reguläre oder eine irreguläre Verbrennung vorgelegen hat.

Ein weiteres Verfahren ist in Figur h"b veranschaulicht. Im

Gegensatz zu dem anhand von Figur ka. erläuterten Verfahren wird dabei nicht die Signalamplitude S sondern das hier mit S' bezeichnete zeitliche Integral des Signals ausgewerte . Hierzu wird der Signalverlauf S in der Zeit von STAET bis SYM integriert, wie dies durch S ¹ in Figur k dargestellt ist. Der Ξndwert zum Zeitpunkt SYM ist dann S ' . Läuft der Integrator nun weiter, ergibt sich zum Zeitpunkt STOP ein Ξndwer-fc S ' bei regulärer Verbrennung und ein Ξndwer ^* t S_, ' für irreguläre Verbrennung. Wegen der bei regulärer Ver¬ brennung zu SYM symmetrischen Kurve ist der Wert S« ¹ doppel so groß wie der Wert ^* S ' . Bei irregulärer Verbrennung ist der ^* Wert S«, ' entsprechend großer. Ein Kriterium f r das Vorliegen bzw. Uich vorliegen einer irregulären— Verbrennun läßt sich dann in einfacher Weise durch Differenz-oder Quotientenbildung erreichen.

In Figur 5 ist das Blockschaltbild einer ersten Vorrich¬ tung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Sensor 10, beispielsweise ein Licht—, Druck- oder Temperatursensor ist an einen Schalter 11 ange¬ schlossen, der in Abhängigkeit vo STAHT/STOP-Signal betätigt wird und damit das Meßfenster bestimmt. Der Schalterausgang führt auf einen ersten SjLgnalzweig. 12. und einen zweiten Signalzweig 13. Der erste Signalzweig 12 enthält eine Sample-and Hold-Stufe 1 k , die vom SYM-

Impuls gesteuert wird. Der zweite Signalzweig 13 leitet das Signal im wesentlichen unverändert auf einen Diffe¬ renzpunkt 15 an den auch der Ausgang der Sample and Hold- Stufe 1 « angeschlossen ist. Der Differenzpunkt 15- bildet d Eingang eines Komparators . 6 , der an eine Ausgangsklemme 17 angeschlossen ist. Durch die in Figur 5 dargestellte An ordnung wird ein Verfahren durchgeführt, wie es oben zu Figur ha. erläutert wurde. Vor Auftreten des SYM-Impulses wird das Signal S über den ersten Zweig 12 und den zweiten Zweig 13 gleichermaßen an den Dif erenzpunkt 15 geleitet, so daß dessen Ausgang H ll ist. ^" Tritt de SYM—Impuls auf, wird der Augenblickswert S. festgehalten und auf dem zwei¬ ten Zweig 13 der sich anschließende Signalverlauf S„ bzw. S ₂ . weitergeleitet. Im nachgeschalteten Komparator . 6 wird nun erkannt, ob das nach dem SYM-Impuls auftretende Signal größer als der ^* festgehaltene Wert ist oder nicht und es wir 'entsprechend ein Erkennungssignal an die Klemme 17 weiter— geleitet. Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß ^' auch möglich, das Signal hinter dem Schalter 11 über einen Spitzenwertmesser zu leiten, so daß die 2_eßdauer nach Auf¬ treten des SYM-Impulses beliebig lang gewählt werden kann.

Bei der in Figur β dargestellten Anordnung wird im Gegensat zu der in Figur 5 dargestellten nicht die Signalamplitude sondern das zeitliche Integral des Signals überwacht, wie dies oben anhand von Figur tb erläutert wurde. Hierzu ist dem Schalter 11 ein Integrator 20 nachgeschaltet, der auf die beiden Signalzweige 12, 13 führt, wobei in dieser Aus¬ fuhrungsform beide Signaizweige eine Sa ple-and-Ξold-Stufe 21 bzw. 22 enthalten. Die Ausgänge dieser Stufen 21 , 22 sin auf einen Quotientenbildner 23 geführt, der an den Kompa- rator 16 mit nachgeordneter Klemme 17 angeschlossen ist. De Schalter 11 bestimmt auch in diesem Falle die Länge des Meß fensters. Der Integrator 20 wird zum Zeitpunkt START auf Nu

gesetzt und beginnt das vom Sensor 10 eintreffende Signal zu integrieren. Zum Zeitpunkt SYM wird der Augenblickswert des Integrators S ' in der Sa ple-and-Eold-Stu e 21 ge¬ speichert. Zum Zeitpunkt STOP geschieht dies analog in der Sample-and-Hold-Stu e 22. Die in den Stufen 22 und 21 ge¬ speicherten Werte werden alsdann im Quotientenbildner 23 durcheinander dividiert, wobei bei regulärer Verbrennung am Ausgang der Stufe 23 der Wert 2 und bei irregulärer Verbrennung ein Wert größer als 2 au ritt, was durch den Komparator 16 ^* erkannt wird. Natürlich ist es auch möglich, den Integrator 20 zum Zeitpunkt SYM auf Null zurückzusetzen wodurch der Quotientenbildner 23 bei regulärer Verbrennung den Wert 1 und bei irregulärer Verbrennung einen Wert größe als 1 ermitteln würde. Statt eines Quotientenbildners 23 kann- selbstverständlich auch ein Subtrahierer eingesetzt werden, wodurch sich die Be ^' dingung für das Erkennen einer irregulären Verbrennung entsprechend verändert.

In Figur; _. - 'ist schließlich eine dritte Ausführung einer, erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, die eine Verein¬ fachung der in Figur ^* 6 dargestellten Anordnung ist. Der Integrator ist in diesem Fall durch einen Addierer/Sub¬ trahierer 30 ersetzt, der ^* von einem Taktgenerator 31 ge¬ steuert wird, der ^* weiterhin einen vor dem Addierer/Subtra— hierer 30 angeordneten weiteren Schalter- 32 steuert. Die Integration wird danach in diesem. Falle dur.ch Addition von hintereinanderliegenden Signalwerten übernommen, wobei der ^* Signalverlau.? vor* dem. Auftreten des SYM—Impulses auf¬ addiert und nach Auftreten des SYM-Impulses subtrahiert wird, so daß bei regulärer- Verbrennung am Ende der Messung am Ausgang des Addierer/Subtrahierers 30 der Wert Null liegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, in der

ersten Meßphase zu subtrahieren und in der zweiten Me߬ phase zu addieren oder die Signalverläufe in den beiden Meßphasen jeweils zu addieren und zwischenzuspeichern und • die Endwerte miteinander zu vergleichen, ähnlich wie dies in Figur 6 mit den Signalamplituden erfolgt oder in ent¬ sprechender Weise statt eines Addierers einen Vorwärts/ Rückwärtszähler zu verweiaden.

In- Figur 8a bis 8e sind verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen dargestellt, die zur. Erzeugung des SYM-Impulses verwendet werden.

In Figur 8a wird der SYM-Impuls von einer Zündanlage kO der Brennkraftmaschine durch zeitlichen Versatz gegenüber dem Zündzeituunkt ZZP bzw. dem OT-Signal gewonnen. Der Zündanlage ist dabei gegebenenfalls ein Kennfeld h l zur betriebspunkt bhängigen Verschiebung des SYM-Impulses "nachgeschaltet.

In Figur 8b .wird der SYM—Impuls aus dem. Signal S des Sensors 10 selbst ermittelt, wobei mit einem Spitzen— ^' Wertmesser Z das Auftreten des- S gnal amimums bei einer regulären Verbrennung gemessen und. daraus die Lage des SYM-Impulses ermittelt wird.

Auch bei der Vorrichtung gemäß Figur 3c wird die Lage des SYM-Impulses aus dem Signalverlauf S selbst ermittelt, je¬ doch nicht aus einem sondern als Mittelwert aus mehreren Verbrennungszyklen. Eierzu ist dem Spitzenwertmesser 1.2 ein Mittelwertbildner 1.3 nachgeschaltet, der von einem Takt enerator kk- angesteuert wird. Der Mittelwertbildner k3 bildet den zeitlichen Mittelwert der die Lage des SYM-Impulses charakterisierenden Werte. "

Bei der Vorrichtung gemäß Figur 8d wird der SYM—Impuls nach dem Verfahren ermittelt, wie es oben zu Figur 3 er¬ läutert wurde. Dem Sensor 10 ist dabei ein Komparator $

nachgeschaltet, der auf die Schaltschwelle S eingestellt ist. Die dem Über— _zv. Unterschreiten des Schvellvertes S zugeordneten Werte des Kurbelwellenwinkels bzw. der Zeit a und b werden in einem nachfolgenden Mittelwertbildner kB arithmetisch gemittelt, so daß sich insgesamt die Lage des SYM-Impulses ergibt.

In Figur 8e ist die Vorrichtung nach Figur 8d erweitert dar¬ gestellt, so daß auch hier zeitliche Mittelwertmessungen möglich sind, wie dies bereits oben zu Figur 8c erläutert wurde. Hierzu ist ein zeitlicher Mittelwertbildner 1.3 mit Taktgenerator h dem Komparator 1.5 nachgeschaltet, "so daß die Werte a, b zunächst zeitlich gemittelt und erst dann arithmetisch gemittelt werden.