DE3045441A1

DE3045441A1 - Klopferfassungseinrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3045441A1
Application number: DE19803045441
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yokosuka Kanagawa Yoshida
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1981-06-11
Also published as: GB2066894A; DE3045441C2; US4368635A; JPS5679918A; GB2066894B; JPS6152928B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elopferfassungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine.

Wenn ein starkes Klopfen bei einer Brennkraftmaschine beibehalten wird, wird deren Lebensdauer ungünstig beeinträchtigt. Es ist jedoch bekannt, daß ein leichtes Klopfen bei relativ niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die beste Ausgangsleistung und KraftstoffWirtschaftlichkeit bewirkt. Es besteht eine enge Beziehung zwischen dem Auftreten des Klopfens und dem Zündzeitpunkt, wobei das Klopfen umso stärker auftritt, je weiter der Zündzeitpunkt voreilt.

Es wurde bereits eine Anordnung vorgeschlagen, bei der der Klopfzustand der Brennkraftmaschine erfaßt wird, um den Zündzeitpunkt einzustellen, so daß ein leichter Klopfzustand aufrechterhalten wird, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verbessert werden.

Es ist bekannt, daß beim Klopfen die Brennkraftmaschine schwingt, wodurch sich ein Anstieg der Amplitude der Schwingungskomponente mit einer bestimmten Frequenz ergibt. Die zuvor erwähnte herkömmliche Anordnung benutzt diese Tatsache und weist einen Fühler auf_} der die Schwingung des Brennkraftmaschinenblocks erfaßt, ein Band einer be-

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stimmten Frequenz der Schwingungskomponenten auswählt, eine dem Hintergrundrauschpegel entsprechende Komponente beseitigt, um die Klopfstärke aus dem übrigen Teil zu bestimmen, und den Zündzeitpunkt verzögert, wenn das Klopfen stärker als ein bestimmter Pegel wird, so daß das Klopfen auf eine geeignete Stärke begrenzt wird.

Tatsächlich ist es jedoch sehr schwierig, den Pegel des Hintergrundrauschens zu bestimmen. Wenn z.B. das Ausgangssignal eines Schwingungsfühlers gleichgerichtet und damit geglättet wird, um ein dem Hintergrundrauschpegel entsprechendes Signal zu erhalten, so enthält dieses Signal Klopfkomponenten und gibt daher den Hintergrundrauschpegel nicht genau wieder. Wenn daher Klopfen auftritt, erscheint die Klopfstärke meist niedriger als ihr tatsächlicher Wert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klopferfassungseinrichtung zu schaffen, die die Klopfstärke mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Eine erfindungsgemäße Klopferfassungseinrichtung erfaßt die Brennkraftmaschinenschwingung und erzeugt ein dieser Schwingung entsprechendes erstes Eingangssignal. Dieses Signal wird dann gleichgerichtet, um ein zweites, gleichgerichtetes Eingangssignal zu erzeugen. Dieses zweite Signal wird geglättet, um ein Hintergrundrauschpegelsignal zu erzeugen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die auf das Hintergrundrauschpegelsignal anspricht, um die Amplitude des zweiten, gleichge- . richteten Eingangssignals zu begrenzen, wenn die Amplitude des Hintergrundrauschpegelsignals größer als ein bestimmter Bezugswert ist. Es ist eine Generatoreinrichtung für ein

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das Klopfen angebendes Signal vorgesehen, die auf das Eingangssignal und auf das Hintergrundrauschpegelsignal anspricht, um ein das Klopfen angehendes Signal zu erzeugen, wenn das Eingangssignal in seiner Stärke größer als das Hintergrundrauschpegelsignal ist.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung erfaßt also die Klopferfassungseinrichtung die Schwingung der Brennkraftmaschine und erzeugt ein dieser Schwingung entsprechendes elektrisches Signal. Dieses Signal wird dann gleichgerichtet und geglättet, um ein Hintergrundrauschsignal zu erzeugen. Wenn die Größe des Signals für den Hintergrundrauschpegel größer als ein Bezugswert ist, wird die Amplitude des gleichgerichteten Signals derart begrenzt, daß das Signal für den Hintergrundrauschpegel einen im wesentlichen konstanten Wert hat. Dieses begrenzte Signal für den Hintergrundrauschpegel wird dann mit dem ursprünglichen Signal von der Fühl einrichtung verglichen, und, wenn das ursprüngliche Signal von der Fühleinrichtung in seiner Stärke größer als das Hintergrundrauschsignal ist, wird ein Klopfzustand der Brennkraftmaschine erfaßt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Uhteransprüchen angegeben. Die vorstehend genannte Aufgabe sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Bauelemente angeben. Im einzelnen zeigt:

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Pig. 1 ein Blockschaltbild eines "bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Schaltung der in Fig. 1 gezeigten Klopferfassungseinrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung des gleichgerichteten Signals und des Signals für den Hintergrundrauschpegel,

Fig. 4- ein der Fig. 1 ähnliches Blockschaltbild eines zwexten Ausführungsbeispiels der Klopferfassungseinrichtung und

Fig. 5 eine Schaltung ähnlich der Fig. 2 des zwexten Ausführungsbeispiels.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klopferfassungseinrichtung 10 gezeigt. Die Erfassungseinrichtung umfaßt einen Fühler 20, der eine Schwingung erfaßt, die bei einer Brennkraftmaschine auftritt. Ein Halbweggleichrichter 30 ist vorgesehen, der einen Operationsverstärker 31» einen Eingangswiderstand 32, der den Ausgang des Fühlers und den invertierenden Eingang des Verstärkers 31 verbindet, eine Diode 33 j deren Kathode mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers und dessen Anode mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, und eine zweite Diode J4- aufweist, deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers und deren Anode über einen Rückkopplungswider stand 35 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist«.

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Ein Amplitudenbegrenzer 40 ist vorgesehen, der einen Operationsverstärker 41, einen Eingangswiderstand 42, der die Anode der Diode 34 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 41 verbindet, einen Bückkopplungswiderstand 43, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 41 verbindet, und einen Transistor 44 aufweist, dessen Kollektor mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 41 und dessen Emitter mit dem Ausgang des Verstärkers 41 verbunden ist, und dessen Basis mit einer Speisequelle Vcc über einen Widerstand 45, ein. Paar von antiparallel geschalteten Dioden 46 und 47 zur Einstellung des Arbeitspegels des Transistors und einen Widerstand 48 verbunden ist.

Eine Glättungsschaltung 50 weist einen Operationsverstärker 51> einen Eingangswiderstand 52, der den Ausgang des Verstärkers 41 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 51 verbindet, und eine Mickkopplungsschaltung auf, deren parallelgeschalteter Kondensator 53 und Widerstand 54- den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 51 verbinden.

Eine Verstärkerschaltung 60 weist einen Operationsverstärker 61, einen Eingangswider-stand 62, <?2.r den Ausgang des Verstärkers 51 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 61 verbindet, und einen Rückkopp]ongswiderstand 63 auf, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 61 verbindet.

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Eine Bezugsspannung Vcc/2, die von dem Verbindungspunkt eines Paares von gleichen Widerständen 64- und 65 erhalten wird, die in Reihe über die Speisequelle Vcc geschaltet sind, wird an die jeweiligen nichtinvertierenden Eingänge der Verstärker 31» ²H, 51 und 61 gegeben.

Ein Vergleicher weist einen Operationsverstärker 71» einen Eingangswiderstand 72, der den Ausgang des Verstärkers 61 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 71 verbindet, einen Eückkopplungswiderstand 73» der den nicht invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 71 verbindet, und einen zweiten Eingangswiderstand 74- auf, der den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 71 "und den Verbindungspunkt eines Paares von Widerständen 75 und 76 verbindet, die in Reihe über die Speisequelle Vcc geschaltet sind.

Ein Analogschalter 80 verbindet den Ausgang des Verstärkers 61 und den Widerstand 48 und wird vom Aus gangs signal des Verstärkers 71 betätigt.

Ein Vergleicher 90 weist einen Operationsverstärker 91» einen Eingangswiderstand 92, der den Ausgang des Fühlers und den invertierenden Eingang des Verstärkers 91 verbindet, und einen zweiten Eingangswiderstand 93 auf, der den Ausgang des Verstärkers 61 und den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 91 verbindet«

Beim Betrieb wird das Aus gangs signal des Fühlers von dem Halbweggleichrichter 30 gleichgerichtet, wie dieses durch B in I"ig. 3 gezeigt ist, dessen Ausgangssignal an den

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Begrenzer 40 gegeben wird. Wenn der Analogschalter 80 geöffnet ist, wird der Basisspannungspegel des Transistors 44 nach oben gezogen, wodurch der Transistor 44 gesperrt wird. Der Begrenzer 40 dient daher nur als ein Verstärker ohne Begrenzung der Amplitude des ihn durchlaufenden Signals. Venn andererseits der Analoges ehalt er geschlossen ist, wird der Transistor 44 leitend, vorausgesetzt, daß das Ausgangssignal 4A des Verstärkers 41 höher als der Spannungspegel an einem Punkt 4B ist, der der Verbindungspunkt des Widerstandes 48 und des Analogschalters 80 ist. Daher wird die Amplitude des den Verstärker 41 durchlaufenden Signals einer Begrenzung unterworfen. Wenn der Analogschalter 80 geschlossen ist, und der Ausgangsspannungspegel 4A niedriger als der Spannungspegel 4B ist, wird die Amplitude des den Begrenzer 40 durchlaufenden Signals keiner Begrenzung ausgesetzt.

Das Ausgangssignal von dem Begrenzer 40 wird mit Hilfe der Glättungsschaltung 50 geglättet, dessen Ausgangssignal seinerseits durch die Verstärkerschaltung 60 um eine geeignete Größe verstärkt wird, wodurch sich ein Signal für den Hintergrundrauschpegel ergibt, das unter A in Fig. 3 gezeigt ist und mit einem Bezugsspannungspegel REF 1 im Vergleicher 70 verglichen wird» Wenn das Eauschpegelsignal höher als der Bezugspegel ist, schließt das Ausgangssignal des Vergleichers 70 den Analogschalter 80, während, wenn das Eauschpegelsignal niedriger als der Bezugspegel EEF 1 ist, der Vergleicher 70 den Analogschalter 80 öffnet.

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Dadurch werden die relativ großen Amplitudenteile des gleichgerichteten Signals infolge eines Klopfens daran gehindert, der Glättungsschaltung 50 zugeführt zu werden. Dadurch wird das Signal für den Hintergrundrauschpegel nicht so stark durch das Klopfen beeinflußt und an den Vergleicher 90 gegeben, wo es mit dem Ausgangssignal des Fühlers verglichen wird, um ein dem Klopfen entsprechendes Impulssignal zu erzeugen.

In den Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Klopferfassungseinrichtung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den gleichen Aufbau, mit der Ausnahme, daß anstelle des Analogschalters 80, des Widerstandes 4-8 und des Vergleichers 70 eine selektive Verstärkerschaltung 100 vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker 101, einen Eingangswiderstand 102, der den Ausgang der Glättungsschaltung 50 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 101 verbindet, einen Rückkopplungswiderstand 1OJ, der den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers verbindet, und eine Diode 104 aufweist, deren Anode mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 101 und deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist über ein Paar von antiparallel geschalteten Dioden 46 und 4? mit dem Transistor 44 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers erhält einen Bezugsspannungspegel EEF 2, das von dem Verbindungspunkt der zwei Widerstände 105 und 106 erhalten wird. Diese zwei Widerstände und ein dritter Widerstand 107 sind in Seihe über eine Speisequelle Vcc geschaltet. Wenn das

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Ausgangssignal des Verstärkers 5I niedriger als der Bezugsspannungspegel BEF 2 ist, arbeitet die selektive Verstärkerschaltung 100 als ein Verstärker, so daß der Transistor 44 nicht arbeitet. Wenn andererseits das Ausgangssignal des Verstärkers 51 höher als der Bezugsspannungspegel BEF 2 ist, wird der Transistor 44· leitend geschaltet, wodurch die Amplitude des durch den Begrenzer hindurchgehenden Signals begrenzt wird.

Das Au s gangs signal des Vergleichers 90 in den Jig. 1 und kann über die Zeit integriert werden, um die Klopfstärke zu bestimmen. Wenn das Klopfen relativ stark ist, ist der Ausgangspegel des Fühlers hoch, so daß die Anzahl und Dauer der Impulse von dem Vergleicher 90 relativ groß sind.

Bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen ist der Gleichrichter 30 als ein Halbweggleichrichter gezeigt, jedoch kann er auch ein Volltreggleichrichter sein. Außerdem ist gezeigt, daß ein Eingangssignal für den Vergleicher 90 von dem Fühler 20 erhalten wird, jedoch kann es auch von dem Gleichrichter 30 erhalten werden, wie dieses durch gestrichelte Linien jeweils in den Fig. 1, 2, 4- und 5 gezeigt ist.

Der Fachmann erkennt sofort, daß die vorstehende Beschreibung sich auf ein bevorzugtes und dazu alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, in denen verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch jedoch der durch die Patentansprüche umrissene allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde.

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Leerseite

Claims

HISSiIi MOTOR COMPMY, LIMITED
2, Takara-cho, Kanagawa-ku,
Yokohama-slii, Kanagawa-ken, Japan

Kl opf erf assxingse inrichtung für eine Brennkraftmaschine

Pate η tansprüche

Λ J Klopferfassungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, _ekennzeichnet durch: '

a) eine Fühl einrichtung (20) zum Erfassen der Schwingung der Brennkraftmaschine und Erzeugen eines der Schwingung entsprechenden ersten Eingangssignals,

b) eine Einrichtung (30) zum Gleichrichten des ersten Eingangssignals und zum Erzeugen eines zweiten, gleichgerichteten Eingangssignals,

c) eine Einrichtung (50) zum Glätten des zweiten,gleichgerichteten Eingangssignals zum Erzeugen eines Hintergrundrauschpegelsignals,

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ORIGINAL INSPECTED

d) eine auf das Hintergrundrau s clip egel signal ansprechende Einrichtung (40, 70, 80) zum Begrenzen der Amplitude des zweiten, gleichgerichteten Eingangs signals, wenn die Amplitude des Hintergrundrauschpegelsignals größer als ein bestimmter Bezugswert ist, und

e) eine auf das erste Eingangssignal und das Hintergrund— rauschpegelsignal ansprechende Einrichtung (90) zum Erzeugen eines Klopfen angebenden Signals, wenn das Eingangssignal in seiner Stärke größer als das Hintergrundrauschpegelsignal ist.
2. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzungseinrichtung (40, 70, 80) eine zwischen der Gleichrichtereinrichtung (30) und der Glättungseinrichtung (50) angeordnete erste Verstärkereinrichtung, die einen ersten Operationsverstärker (41) und eine ßückkopplungsschaltung aufweist, die einen den Eingang und Ausgang des Verstärkers verbindenden Widerstand (43) umfaßt, sowie eine Einrichtung (44, 70, 80) zum Steuern des Widerstandswertes der Riickkopplungsschaltung nach Maßgabe des Ausgangssignals der Glättungseinrichtung aufweist.
3. Klopferfassungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichnet , daß die Steuereinrichtung einen Transistor (44), der den Ausgang und Eingang des Verstärkers verbindet, einen Analogschalter (80) zum Zuführen des Ausgangssignals der Glättungseinrichtung (50) an den Transistor, um diesen leitend zu schalten oder zu sperren, und eine Einrichtung (70) zum Vergleichen des Ausgangssignals der Glättungseinrichtung mit einem bestimmten Bezugsspannungspegel aufweist, um den Analogschalter zu schließen oder zu öffnen.

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4. ELopf erfassungseinrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennz e ich.net , daß die Steuereinrichtung einen Transistor (44-), der den Ausgang und Eingang des Verstärkers verbindet, und eine zweite selektive Verstärkereinrichtung (110) aufweist, die einen zweiten Operationsverstärker (101) zum Aufnehmen des Ausgangssignals der Glättungseinrichtung und eine einen Widerstand (103) TiBd. eine Diode (104) aufweisende Rückkopplungsschaltung aufweist, die parallel geschaltet sind und den Eingang und Ausgang des zweiten Verstärkers verbinden, um ein Ausgangssignal zum Leitendschalten des Transistors abgibt, wenn das Eingangssignal der zweiten Verstärkereinrichtung (100) höher als ein bestimmter Bezugspegel ist, um den Transistor leitend zu schalten.
5. Klopferfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, gekennzeichnet durch eine dritte Verstärkereinrichtung, die zwischen die Glättungseinrichtung (50) und die Vergleichseinrichtung (70) geschaltet ist.

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