Vorrichtung zur Erkennung des Klopfens bei 3renn-Device for detecting knocking in 3-race
kraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer
Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.engine prior art The invention is based on a
Device according to the preamble of the main claim.
Aus der DE-GS 31 37 016 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erkennung des Klopfens bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem ein den Klopfvorgang
zugeordneten Nutzsignal mit wenigstens einem Referenzsignal verglichen'wird und
dann ein Erkennungssignal, abgegeben wird, wenn das Nutzsignal das Referenzsignal
in vorgegebener Weise überschreitet. Dabei wird das Referenzsignal ent-sprechend
einer Ausgangsfolge in der Art eines Digitalfilters gebildet. Problematisch an der
schaltungstechnischen Realisierung einer derartigen Vorrichtung ist es, das die
Schaltungsanordnung der Vorrichtung und der zugehörige Mikroprozessor verschiedene
Versorgungsspannungen aufweisen. Die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung
beträgt
dabei mindestens 9 V, so daß beim Betrieb in einem Kraftfahrzeug
mit einer Batteriespannung von 12 V nicht mehr genügend Spannungsdifferenz zwischen
Batteriespannungsänderungen und der Versorgungsspannung liegt, da mindestens eine
,Spannungsreglerstufe.vor die Vorsorgungsspannung eingeschaltet werden muß. Damit
wirken sich Änderungen der Batteriespannung auf die Schaltungsanordnung aus, so
daß fehlerhafte Erkennung des Klopfens ermöglicht wird.DE-GS 31 37 016 already discloses a method and a device
known for detecting knocking in internal combustion engines, in which a knocking process
associated useful signal is compared with at least one reference signal and
then a detection signal is emitted when the useful signal is the reference signal
exceeds in a predetermined manner. The reference signal is accordingly
an output sequence in the manner of a digital filter. Problematic with the
circuitry implementation of such a device is that the
Circuit arrangement of the device and the associated microprocessor different
Have supply voltages. The supply voltage of the circuit arrangement
amounts to
at least 9 V, so that when operated in a motor vehicle
with a battery voltage of 12 V there is no longer a sufficient voltage difference between
Battery voltage changes and the supply voltage is because at least one
, Voltage regulator stage. Before the supply voltage has to be switched on. In order to
do changes in the battery voltage affect the circuit arrangement, see above
that erroneous detection of knocking is enabled.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Klopferkennung
mit größerer Sicherheit ausgeführt werden kann. Durch Absenken der Versorgungsspannung
und Einfügen eines Signalverstärkers an geeigneter Stelle ist nun die gesamte Schaltungsanordnung
sowie der zugehörige Mikroprozessormi einer einzigen 5 V Versorgungsspannung funktionsfähig.
Der Aussteuerungshub des Analog-Digital-Wandlers bleibt dadurch voll erhalten, so
daß die der Elopferkennung nachgeordnete:Klopfregelung voll betriebsbereit ist,
solange eine Zündung der Brennkraftmaschine möglich ist. Eine Überwachung der Batteriespannung
aus Sicherheitsgründen kann entfallen.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing
Features of the main claim has the advantage that the knock detection
can be performed with greater certainty. By lowering the supply voltage
and inserting a signal amplifier at a suitable point is now the entire circuit arrangement
as well as the associated microprocessor of a single 5 V supply voltage are functional.
The modulation range of the analog-digital converter is fully retained, see above
that the knock control subordinate to the knocking detection is fully operational,
as long as ignition of the internal combustion engine is possible. A monitoring of the battery voltage
can be omitted for security reasons.
Zeichnung Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die
schaltungsgemäße Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels und Figur 2 die
schaltungsgemäße Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels.Drawing The device according to the invention is shown in the drawing
and is explained in more detail in the following description. Figure 1 shows the
circuit design of a first embodiment and Figure 2 the
circuit configuration of a second embodiment.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist ein Klopfsensor 1 über einen Regelverstärker 2 und einem
Bandpass 3 an einen Demodulabor -4 angeschlossen.Description of the exemplary embodiments In the case of the one shown in FIG
Exemplary embodiment is a knock sensor 1 via a control amplifier 2 and a
Bandpass 3 connected to a demonstration laboratory -4.
Der Ausgang des Demodulators 4 ist einerseits über einen Regler 5
mit dem Regelverst-ärker 2 und andererseits mit einem Integrator 6 verbunden, dessen
Ausgang über einen Signalverstärker 15 einem Analog-Digital-Wandler 7 zugeführt
ist. Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 7 ist einerseits an ein Digitalfilter
8 und andererseits an einen Eingang einer Vergleichseinrichtung 9, die vorzugsweise
als digitaler Komparator ausgebildet ist, angeschlossen. Das Digitalfilter 8 ist
mit einem weiteren Eingang der Vergleichseinrichtung 9 verbunden. Integrator 6,
Analog-Digital-Wandler 7 und Digitalfilter 8 werden von einer Ablaufsteuerung 10,
vorzugsweise in Form eines Mikroprozessors, angesteuert. Die Ablaufsteuerung 10
liefert an einem Ausgang 11 ein Erkennungssignal "Klopfen jzir;eln". Außerdem empfängt
sie Steuersignale von der Vergleichseinrichtung 9, von einem Drehzahlgeber 12, vorzugsweise
einem Motordrehzahlgeber Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung
ist wie folgt: Die vom Klopfsensor 1 abgegebenen Signale werden in dem Regelverstärker
2 verstärkt und dem Bandpass 3 zugeleitet, der die KlopS-signale gegenüber anderen
Geräuschen (Frequen7) bevorzugt zum Demodulator 4, der als Gleichrich er ausgebildet
sein kann, weitergeleitet. In dem Regler 5, der im wesentlichen Tiefpasscharakter
besitzt, wird aus dem demodulierten Signal eine Stellgröße lerart
gebildet,
daß die Verstärkung des Regelverstärkers bei großen vom Klopfsensor 1 gelieferten
Signalen klein ist und bei kleinen vom Klopfsensor 1 gelieferten Signalen groß ist.
Durch die automatische Verstärkungsregelung wird erreicht, daß das Ausgangssignal
des Regelverstärkers 2 bzw. der Demodulatorschaltung 4 weitgehend konstant und unabhängig
von der Motordrehzahl ist, da die Signalamplitude des Klopfsensors 1 mit der Motordrehzahl
zunimmt. in dem Integrator 6 wird während eines kurbelwellensynchronen Meßfensters
die Ausgangsspannung des Demodulators 4 von 0 beginnend integriert. Das'Meßfenster
wird in Abhängigkeit vom Drehzahlgeber 12 von der Ablaufsteuerung 10 gebildet, die
dem Meßfenster entsprechend den Integrator 6 ansteuert. Mit dem Ende des Meßfensters
wird die verstärkte Ausgangsspannung des Integrators 6 in dem Analog-Digital-Wandler
7 digitalisiert, wobei die Ablaufsteuerung 10 den Befehl zum Wandlen abgibt und
ein das Ende der Wandlung anzeigendes Signal vom Analog-Digital-Wandler 7 empfängt.
Der Klopfsensor 1 liefert für jeden Verbrennungszyklus die entsprechenden Signale,
die in dem Analog-Digital-Wandler 7 in eine Zahlenfolge umgewandelt und auf den
Eingang des Digitalfilters 8, das als Digitalfilter erster Ordnung mit Tiefpasscharakter
ausgebildet ist, gegeben werden. Das Digitalfilter 8 liefert eine Ausgangsfolge,
deren Werte in der Vergleichseinrichtung 9, die digital ausgebildet ist, mit- dem
vom Analog-Digital-Wandler 7 digitalisierten aktuellen Meßwert verglichen wird.The output of the demodulator 4 is on the one hand via a regulator 5
connected to the control amplifier 2 and on the other hand to an integrator 6, whose
The output is fed to an analog-to-digital converter 7 via a signal amplifier 15
is. The output of the analog-to-digital converter 7 is on the one hand to a digital filter
8 and on the other hand to an input of a comparison device 9, which is preferably
is designed as a digital comparator connected. The digital filter 8 is
connected to a further input of the comparison device 9. Integrator 6,
Analog-to-digital converter 7 and digital filter 8 are controlled by a sequence control 10,
preferably in the form of a microprocessor. The sequence control 10
supplies an identification signal "knocking jzir; eln" at an output 11. Also receives
they control signals from the comparison device 9, from a speed sensor 12, preferably
an engine speed sensor. The mode of operation of the device shown in FIG
is as follows: The signals emitted by the knock sensor 1 are fed into the control amplifier
2 amplified and fed to the bandpass filter 3, which the KlopS signals to others
Noise (Frequen7) preferred to demodulator 4, which he designed as a rectifier
can be forwarded. In the controller 5, the essentially low-pass character
possesses, a manipulated variable is lerart from the demodulated signal
educated,
that the gain of the control amplifier is supplied by the knock sensor 1 at large
Signals is small and is large in the case of small signals supplied by the knock sensor 1.
The automatic gain control ensures that the output signal
of the control amplifier 2 or the demodulator circuit 4 is largely constant and independent
from the engine speed, since the signal amplitude of the knock sensor 1 increases with the engine speed
increases. in the integrator 6 is during a crankshaft-synchronous measurement window
the output voltage of the demodulator 4 is integrated starting from 0. The 'measuring window
is formed as a function of the speed sensor 12 of the sequence control 10, the
controls the integrator 6 in accordance with the measurement window. With the end of the measuring window
becomes the amplified output voltage of the integrator 6 in the analog-to-digital converter
7 digitized, the sequence control 10 issuing the command to convert and
receives a signal from the analog-to-digital converter 7 indicating the end of the conversion.
The knock sensor 1 supplies the corresponding signals for each combustion cycle,
which is converted into a sequence of numbers in the analog-to-digital converter 7 and transferred to the
Input of the digital filter 8, which is a first-order digital filter with a low-pass character
is trained to be given. The digital filter 8 supplies an output sequence,
their values in the comparison device 9, which is designed digitally, with the
the current measured value digitized by the analog-digital converter 7 is compared.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
in Figur 1 dadurch, daß
das Digitalfilter 8 von der Ablaufsteuerung
10 die als Mikroprozessor ausgebildet ist, nachgebildet wird und die Vergleichseinrichtung
9 in der Ablaufsteuerung 10 enthalten ist. Der Analog-Digital-Wandler 7 liefert
an die AblauBsteuerung 10 den digitalisierten Meßwerte. Dur-ch einen Zählvorgang
innerhalb der -laufsteuerung. 10 entsprechend der Zylinderzahl, der in Abhängi-gkeit
von der Zylindererkennung durchgeführt wird, werden die digitalisierten Ausgangssignale
des Analog-Digital-TeJqndlers 7 den Zylindern individuell zugeordneten Speicher
zugeführt. Das Referenzsignal, das für jeden einzelnen, vom Klopfsensor gelieferte
Meßwert neu bestimmt wird, wird durch die Ablaufsteuerung 10 nach Art eines digitalen
Filters entsprechend der Formel y(t1) = (1-k) . y(ti-l ) + k X(ti) errechnet, wobei
y(t) der jeweilige berechnete Referenzwert ist, i der Zählindex der Verbrennungszyklen
eines einzelnen Zylinders bedeutet, x(ti) der vom Analog-Digital-Wandler 7 an die
Ablaufsteuerung 10 abgegebene, digitalisierte Meßwert darstellt und k der Faktor
ist, mit dem der aktuelle Meßwert zur Bildung des neuen Referenzwertes gewichtet
wird. k wird empirisch gebildet und es kann zweckmäßig sein, ihn drehzahlabhängig
oder lastabhängig zu wählen. Der Faktor k wird durch die Anzahl der Shifts (Verschiebungen,
des aktuellen Meßwertes x(ti) im Register der Ablaufsteuerung 10) festgelegt, wodurch
dieser jeweils durch 2 dividiert wird, d.h. k kann 0,5; 0,25; 0,125 usw. betragen.
Der aktuelle Meßwert x(ti) verglichen und daraufhin untersucht, ob er um einen wählbaren
Faktor größer als der Referenzwert ist. Im zutreffenden
Fall wird
die Verbrennung als Klopfen gewertet, was das Signal 11 entsprechend angibt.The exemplary embodiment in FIG. 2 differs from the exemplary embodiment
in Figure 1 in that
the digital filter 8 from the sequence control
10, which is designed as a microprocessor, is simulated and the comparison device
9 is contained in the sequence control 10. The analog-to-digital converter 7 delivers
to the process control 10 the digitized measured values. Through a counting process
within the run control. 10 according to the number of cylinders, depending on the
is carried out by the cylinder detection, the digitized output signals
of the analog-digital teJqndlers 7 the cylinders individually assigned memory
fed. The reference signal that is supplied by the knock sensor for each individual
Measured value is newly determined, is by the sequence control 10 in the manner of a digital
Filters according to the formula y (t1) = (1-k). y (ti-l) + k X (ti) calculated, where
y (t) is the respective calculated reference value, i the counting index of the combustion cycles
of a single cylinder means x (ti) from the analog-to-digital converter 7 to the
Sequence control 10 represents output, digitized measured value and k is the factor
with which the current measured value is weighted to form the new reference value
will. k is formed empirically and it can be useful to make it speed-dependent
or to choose depending on the load. The factor k is determined by the number of shifts (displacements,
of the current measured value x (ti) in the register of the sequence control 10), whereby
this is divided by 2 in each case, i.e. k can be 0.5; 0.25; Be 0.125, etc.
The current measured value x (ti) compared and then examined whether it is a selectable
Factor is greater than the reference value. Im true
Case will
the combustion is rated as knocking, which signal 11 indicates accordingly.
Das Erkennen von klopfenden Verbrennungen erfolgt innerhalb der Recheneinheit
zylinderspezifisch wobei die in den Speichern gespeicherten-, den Zylindern entsprechenden
Referenzwerte abgerufen und unabhängig von dem aktuellen Meßwert neu berechnet werden.
Mit Hilfe des Klopferkennungssi-gnals 11 kann für jeden Zylinder der Zündzeitpunkt
individuell bestimmt werden, so daß der klopfenden Verbrennung in dem jeweiligen
Zylinder durch eine Klopfregelung abgeholfen werden kann.Knocking burns are recognized within the computing unit
cylinder-specific, the ones stored in the memories corresponding to the cylinders
Reference values can be called up and recalculated independently of the current measured value.
With the help of the knock detection signal 11, the ignition point can be determined for each cylinder
can be determined individually, so that the knocking combustion in the respective
Cylinder can be remedied by a knock control.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist nicht gezeigt, daß die gesamte
Vorrichtung eine einheitliche Versorgungsspannung von 5 V besitzt. Damit ist eine
saubere, von Schwankungen der Batteriespannung im Kraftfahrzeug unbeeinflußte Versorgungsspannungsregelung
und Klopfregelung möglich. Der Signalverstärker 15 sorgt für eine nahezu volle Ausnutzung
des Hubes des Analog-Digital-Wandlers 7.To simplify the illustration, it is not shown that the entire
Device has a uniform supply voltage of 5 V. That’s a
clean supply voltage regulation unaffected by fluctuations in the battery voltage in the motor vehicle
and knock control possible. The signal amplifier 15 ensures almost full utilization
the stroke of the analog-to-digital converter 7.
Für den Referenzwert kann, wie oben ausgeführt die Ausgangsfolge y(ti)
herangezogen werden, es kann aber auch der Wert y(t1) ) verwendet werden, bei dem
dann der aktuelle Meßwert nicht in der Ausgangsfolge enthalten ist. Weiter ist es
möglich, falls.y(t1) zur Klopferkennung herangezogen wurde und der entsprechende
Meßwert x(ti 1-) als klopfende Verbrennung erkannt wurde, den aktuellen Meßwert
x(ti) bei der Bildung des neuen Referenzwertes y(ti) zu unterdrücken. Das kann dadurch
geschehen, daß der Faktor k für diesen betreffenden Meßwert gleich 0 gesetzt wird.
-Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß der Referenzwert bei klopfender Verbrennung
unverhältnismäßig stark ansteigt.For the reference value, as explained above, the output sequence y (ti)
can be used, but the value y (t1)) can also be used for which
then the current measured value is not included in the output sequence. It is further
possible if y (t1) was used for knock detection and the corresponding
Measured value x (ti 1-) was recognized as a knocking combustion, the current measured value
to suppress x (ti) when forming the new reference value y (ti). It can do that
happen that the factor k is set equal to 0 for this relevant measured value.
-This measure prevents the reference value from knocking combustion
increases disproportionately.
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