AT528104B1 - System und Verfahren zur Feststellung von Verbrennungsanomalien von Verbrennungsmotoren mittels einer indirekten Messung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren (100) zur Feststellung von Verbrennungsanomalien mittels einer indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors (1, 1a, 1b, 1c) durch einen Klassifikator (2), wobei Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1, 1a, 1b, 1c) erfasst werden, wobei wenigstens ein Merkmal für den Klassifikator (2) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten erzeugt wird und wobei Zustandsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1, 1a, 1b, 1c) durch Anwenden des Klassifikators (2) auf die erzeugten Merkmale bestimmt werden.

Description

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Beschreibung

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR FESTSTELLUNG VON VERBRENNUNGSANOMALIEN VON VERBRENNUNGSMOTOREN MITTELS EINER INDIREKTEN MESSUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein System und computerimplementiertes Verfahren zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors, insbesondere Feststellung von Verbrennungsanomalien durch einen Klassifikator. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System und Verfahren zum Trainieren eines solchen Klassifikators.

[0002] Der sichere und effiziente Betrieb eines Verbrennungsmotors ist für die Funktionsfähigkeit moderner Fahrzeuge oder Antriebsysteme von entscheidender Bedeutung.

[0003] Aktuelle Verfahren zur Anzeige von Verbrennungsanomalien sind jedoch oft aufwändig, teuer oder haben begrenzte Genauigkeit. Zum Beispiel können direkte Messmethoden wie die Überwachung von Temperatur- und Druckmesswerten, insbesondere im Zylinder, schwierig zu implementieren sein, insbesondere in Situationen, in denen der Zugriff auf den Verbrennungsmotor eingeschränkt ist.

[0004] Die DE 195 34 994 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung durch Auswertung von Drehzahlschwankungen mittels getrennter Klassifikation von Einzel- und Daueraussetzern. Das Klassifikationssystem basiert auf einem Merkmalsignal, welches mittels Signalmodulation gewonnen wird.

[0005] Das Dokument EP 1 139 086 A2 befasst sich mit dem zylinderindividuellen Bestimmen von Zündaussetzern mittels einer Klassifikationseinheit, anhand von Messdaten, welche Information über die Kurbelwellendrehzahl enthalten. Dabei kommt ein einzelner Messdatenaufnehmer in Form eine auf die Kurbelwelle aufgebrachten Zahnringes mit angekoppeltem Bewegungssensor zum Einsatz.

[0006] Die EP 3 693 588 A1 offenbart einen Klopfsensor, der die Vibration eines Motorkörpers erfasst, und einen Drucksensor, der den Druck in einem Brennraum erfasst. Aus den Ausgangswerten des Drucksensors wird ein Wert gewonnen, der die Klopfstärke repräsentiert. Gewichte eines neuronalen Netzes werden unter Verwendung eines Wertes, der die durch den Klopfsensor erfasste Vibration des Motorkörpers darstellt, als Eingangswert des neuronalen Netzes und unter Verwendung des erfassten Wertes, der die Klopfstärke darstellt, als Trainingsdaten gelernt. Der Wert, der die Klopfstärke repräsentiert, wird aus den Ausgangswerten des Klopfsensors unter Verwendung des gelernten neuronalen Netzes geschätzt.

[0007] Die US 5,093,792 A offenbart eine Vorrichtung zur Vorhersage und Unterscheidung anhand des Zylinderdrucks unter Verwendung eines dreischichtigen neuronalen Netzwerks, ob Fehlzündungen, Klopfen und dergleichen auftreten werden, bevor die Fehlzündungen, das Klopfen und dergleichen auftreten. Der von einem Zylinderdrucksensor erfasste Zylinderdruck wird abgetastet und in jedes der Elemente der Eingabeschicht eingegeben. Das Signal wird dann entsprechend der Stärke (Gewicht) der Verbindung zwischen den einzelnen Elementen moduliert und an die verborgene und die Ausgangsschicht weitergeleitet. Die Größe des Signals von den Elementen der Ausgabeschicht stellt die Vorhersage- und Unterscheidungsergebnisse dar. Das Gewicht wird durch ein Backpropagation-Verfahren erlernt und bestimmt.

[0008] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System und Verfahren zur Feststellung von Verbrennungsanomalien bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Feststellung von Verbrennungsanomalien im Normalbetrieb, insbesondere bei einem Serienmotor, zuverlässiger und eine Differenzierung zwischen verschiedenen Verbrennungsanomalien genauer zu machen.

[0009] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors, insbesondere zur Feststellung von Verbrennungsanomalien durch einen Klassifikator, folgende Arbeitsschritte aufweisend:

* Erfassen von Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors, wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

* Erzeugen wenigstens eines Merkmals für den Klassifikator durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

* Bestimmen von Zustandsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors durch Anwenden des Klassifikators auf die erzeugten Merkmale;

[0010] wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl des zu analysierenden Verbrennungsmotors umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des zu analysierenden Verbrennungsmotors erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des zu analysierenden Verbrennungsmotors charakterisieren.

[0011] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Erzeugen eines Klassifikators zum Bestimmen von Zustandsdaten eines Verbrennungsmotors, insbesondere zur Feststellung von Verbrennungsanomalien des Verbrennungsmotors durch Trainieren eines Klassifikationsalgorithmus, folgende Arbeitsschritte aufweisend:

* Erfassen von Betriebsdaten einer Mehrzahl von Verbrennungsmotoren einer bestimmten Gattung von Verbrennungsmotoren, wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Verhalten während eines Betriebs charakterisieren, und von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors während des Betriebs;

* Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

* Trainieren des Klassifikationsalgorithmus mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator erzeugt wird;

[0012] wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl der Verbrennungsmotoren umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten WMinkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des jeweiligen Verbrennungsmotors erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums der Verbrennungsmotoren charakterisieren.

[0013] Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors, aufweisend:

* einen Drehgeber zum Erfassen von Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors, wobei die Betriebsdaten einen Werteverlauf wenigstens einer Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und einen Werteverlauf einer Motordrehzahl des zu analysierenden Verbrennungsmotors als Messparameter umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

* eine Datenverarbeitungseinrichtung mit Mitteln zum Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten, wobei als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des zu analysierenden Verbrennungsmotors erzeugt werden, und mit Mitteln zum Bestimmen von Zustandsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors durch Anwenden des Klassifikators auf die

erzeugten Merkmale, wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des zu analysierenden Verbrennungsmotors charakterisieren.

[0014] Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines Klassifikators zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines Verbrennungsmotors durch Trainieren eines Klassifikationsalgorithmus, aufweisend:

* einen Drehgeber zum Erfassen von Betriebsdaten einer Mehrzahl von Verbrennungsmotoren einer Gattung, wobei die Betriebsdaten einen Werteverlauf einer Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und einen Werteverlauf einer Motordrehzahl des jeweiligen Verbrennungsmotors als zeitaufgelöste Messparameter umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

* einen Sensor zum Erfassen von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors während des Betriebs, wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums der Verbrennungsmotoren charakterisieren; und

* eine Datenverarbeitungseinrichtung mit Mitteln zum Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten, wobei als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment der Verbrennungsmotoren erzeugt werden, und mit Mitteln zum Trainieren des Klassifikationsalgorithmus mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator erzeugt wird.

[0015] Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft einen computerimplementierten Klassifikator zur indirekten Messung von Zustandsdaten in Bezug auf von Verbrennungsanomalien eines Verbrennungsmotors, wobei der Klassifikator durch ein Training eines Klassifikationsalgorithmus erzeugt ist, wobei der Klassifikationsalgorithmus durch folgende Arbeitsschritte, welche für jede Trainingseingabe einer Vielzahl an Trainingseingaben durchgeführt werden, konfiguriert wurde:

* Erfassen von Betriebsdaten eines Verbrennungsmotors einer bestimmten Gattung von Verbrennungsmotoren, wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Verhalten während eines Betriebs charakterisieren, und von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors während des Betriebs;

* Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

* Trainieren des Klassifikationsalgorithmus mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator erzeugt wird;

[0016] wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl Brennraums des jeweiligen Verbrennungsmotors umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des jeweiligen Verbrennungsmotors erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des jeweiligen Verbrennungsmotors charakterisieren.

[0017] Vorzugsweise ergibt sich das innere Motormoment als Funktion von Zylinderdruck und Kolbenstellung bzw. Kurbelwellenwinkel.

[0018] Ein Verbrennungsmotor im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise ein Hubkolbenmotor oder ein Wankelmotor.

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[0019] Eine Verbrennungsanomalie im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise eine ungewollte frühe oder späte Vorzündung, eine verzögerte Zündung, eine Fehlzündung oder ein Klopfen.

[0020] Ein Erfassen im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise ein Einlesen von gemessenen Betriebsdaten über eine Datenschnittstelle. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet ein Erfassen eine Bestimmung eines Messsignals mittels eines Sensors und/oder eine Nachbearbeitung eines Messignals zum Erzeugen der Betriebsdaten.

[0021] Eine mathematische Operation im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind vorzugswiese Statistiken, insbesondere Mittelwert, Minimum, Maximum oder Standardabweichung, oder Aggregation, Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division, Differenzierung und/oder Integration über bestimmte Dauern und/oder auch multivariate Integrale, bei welchen Messparameter multipliziert und dann integriert werden.

[0022] Eine Gattung von Verbrennungsmotoren im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise eine Gesamtheit von technischen Einrichtungen, welche in ihren wesentlichen Merkmalen übereinstimmen und daher weiter vorzugsweise baugleich sind. Vorzugsweise sind die wesentlichen Komponenten der Verbrennungsmotoren einer Gattung baugleich. Ein bestimmter Verbrennungsmotor ist mithin vorzugsweise eine Realisierung der Gattung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere unterscheiden sich Verbrennungsmotoren einer Gattung durch Toleranzen, insbesondere Fertigungstoleranzen und/oder Alterungs- bzw. Abnutzungserscheinungen.

[0023] Eine indirekte Messung im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise ein Ermitteln eines gesuchten Messwerts eines Parameters mittels anderer zur Verfügung stehender Information eines zu vermessenden Systems. Weiter vorzugsweise wird der gesuchte Messwert eines Parameters aus wenigstens einem anderen physikalischen Parameter ermittelt.

[0024] Zustandsdaten im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind vorzugsweise ein Zylinderdruck, ein Indizierparameter des Zylinderdrucks, insbesondere ein indizierter mittlerer effektiver Druck (IMEP) und/oder ein Kurbelwinkel bei dem die Hälfte bzw. 50% des Kraftstoffes verbrannt ist(MFB50), ein Verbrennungsspitzendruck und/oder eine Wärmfreisetzungsrate.

[0025] Der Verbrennungsspitzendruck (Peak Firing Pressure, PFP) im Sinne der vorliegenden Offenbarung beschreibt vorzugsweise den maximalen Druck im Brennraum während des Arbeitstaktes. Es ist der höchste Druck, der erreicht wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, und ein kritischer Parameter für die Motorleistung und -haltbarkeit. Ein hoher PFP kann zu höherer Motorleistung und Effizienz führen, aber wenn er zu hoch ist, kann er zu Motorklopfen, erhöhtem Verschleiß und potenziellen Schäden an Motorkomponenten führen. Die Kontrolle des PFP ist wichtig, um den Motorbetrieb zu optimieren und ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Kraftstoffeffizienz und Langlebigkeit zu erreichen, ohne den Motor mechanisch zu überlasten.

[0026] Eine Wärmfreisetzungsrate (Rate of Heat Release, RoHR) in Verbrennungsmotoren im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist vorzugsweise die Rate, mit der Energie aus der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum des Motors freigesetzt wird. Sie wird typischerweise in Joule pro Grad Kurbelwinkel (J/°KW) oder Watt (W) gemessen und liefert wichtige Informationen über den Verbrennungsprozess, einschließlich seiner Effizienz und des Zeitpunkts der Verbrennung.

[0027] Die RoHR ist aus mehreren Gründen ein wichtiger Parameter: * Verbrennungseffizienz: Sie hilft zu verstehen, wie effektiv der Kraftstoff verbrannt wird.

* Leistungsabstimmung: Durch die Analyse der RoHR kann die Zeit und Menge der Kraftstoffeinspritzung optimiert werden, um die Motorleistung zu verbessern.

* Emissionskontrolle: Die Kontrolle der RoHR kann zur Reduzierung schädlicher Emissionen beitragen.

* Motorklopfen: Das Überwachen und Steuern der RoHR kann Motorklopfen verhindern, das Schäden verursachen kann.

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[0028] Das Verständnis und die Kontrolle der RoHR sind wichtig, um optimale Motorleistung, Kraftstoffeffizienz und Emissionskontrolle zu erreichen.

[0029] Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Mit anderen Worten kann es sich bei den Mitteln um eine Hardware- und/oder Softwareeinheit handeln, die eine Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungs- bzw. Mikroprozessoreinheit kann mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbunden sein. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien, aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere wenigstens eine technische Einrichtung analysieren oder einen Klassifikationsalgorithmus trainieren kann.

[0030] Der hier verwendete Begriff Mittel erstreckt sich auf alle hierin dargelegten Strukturen, Materialien oder Handlungen sowie auf alle Äquivalente davon. Ferner umfassen die Strukturen, Materialien oder Handlungen und deren Äquivalente alles, was in der Zusammenfassung, der Kurzbeschreibung der Figuren, der detaillierten Beschreibung, der Zusammenfassung und den Ansprüchen selbst beschrieben ist. Ein System und/oder dessen Mittel können vorzugsweise die Form einer reinen Hardware-Variante, einer reinen Software-Variante (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder einer Kombination von Software- und Hardware-Aspekten annehmen, die allgemein als "Schaltkreis", "Modul" oder "System" bezeichnet werden. Jede Kombination aus einem oder mehreren computerlesbaren Medien kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein.

[0031] Die Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können vorzugsweise in Verbindung mit einem entsprechend eingerichteten Computer, einem programmierten Mikroprozessor oder Mikrocontroller und einem oder mehreren peripheren integrierten Schaltungselementen, einem ASIC oder einer anderen integrierten Schaltung, einem digitalen Signalprozessor, einer fest verdrahteten elektronischen oder logischen Schaltung, wie z. B. einer Schaltung mit diskreten Elementen, einer programmierbaren logischen Vorrichtung oder Gatteranordnung, wie z. B. einer programmierbaren logischen Vorrichtung (PLD), einer programmierbaren logischen Anordnung (PLA), einer feldprogrammierbaren Gatteranordnung (FPGA), einer programmierbaren logischen Anordnung (PAL), oder einem vergleichbaren Mittel, implementiert werden. Im Allgemeinen können alle Geräte oder Mittel, die in der Lage sind, die hier dargestellte Methodik zu implementieren, zur Umsetzung der verschiedenen Aspekte dieser Offenbarung verwendet werden. Beispielhafte Hardware umfasst Computer, Handheld-Geräte, Telefone (z. B. zellulare, internetfähige, digitale, analoge, hybride und andere) und andere in der Technik bekannte Hardware. Einige dieser Geräte umfassen Prozessoren (z. B. einen einzelnen oder mehrere Mikroprozessoren), Speicher, nichtflüchtige Speicher, Eingabegeräte und Ausgabegeräte. Darüber hinaus können alternative Software-Implementierungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, verteilte Verarbeitung oder verteilte Verarbeitung von Komponenten/Objekten, parallele Verarbeitung oder Verarbeitung durch virtuelle Maschinen, entwickelt werden, um die hier beschriebenen Verfahren zu implementieren.

[0032] Die Erfindung basiert auf der Analyse von Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors und verwendet einen Klassifikator, um die erzeugten Merkmale in Zustandsdaten umzuwandeln.

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[0033] Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass keine direkte Messung von Zustandsparametern der Verbrennung bzw. des Verbrennungsprozesses, insbesondere Temperatur oder Druck im Brennraum, vorgenommen werden muss. Stattdessen werden Betriebsdaten des Verbrennungsmotors erfasst und bearbeitet, um Merkmale zu erstellen, die den Zustand des Motors widerspiegeln. Hierdurch wird eine Diagnose des Verbrennungsmotors im Normalbetrieb, insbesondere bei einem Serienmotor, ermöglicht, die sonst nur im Testbetrieb, insbesondere auf dem Prüfstand, zur Verfügung steht. Die Lage des 50%-Massenumsatzpunktes (MFB50) kommt als Führungsgröße für die Regelung der Verbrennung zur Anwendung. Diese Merkmale können dann von einem Klassifikator ausgewertet werden, um die Zustandsdaten des Verbrennungsmotors festzustellen. Durch diese indirekte Messung kann das Verfahren auch in Situationen eingesetzt werden, in denen direkte Messmethoden nicht möglich sind oder Schwierigkeiten bereiten.

[0034] Die vorliegende Erfindung bietet die Vorteile einer nicht-invasiven Messmethode, welche in Echtzeit arbeiten kann, jedoch ohne eine Druckmessung im Zylinder auskommt. Die Erfindung kann in verschiedenen Industriebranchen eingesetzt werden, wie zum Beispiel im Bereich der Kraftfahrzeugindustrie oder in industriellen Anwendungen.

[0035] Die Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich der Antriebswelle eines Verbrennungsmotors ist ein Messparameter, welcher direkt bzw. unmittelbar an der Antriebswelle gemessen werden kann. Der Messparameter gibt an, wie schnell sich die Welle um einen definierten Winkelbereich gedreht hat. Der Messparameter hat den Vorteil, dass dieser mit Messmethoden des Stands der Technik, beispielsweise einem Drehgeber, für vergleichsweise kleine Winkelbereiche einer Rotation der Antriebswelle direkt bestimmt werden kann. Hierdurch stehen pro Umdrehung der Antriebswelle eine Vielzahl von Einzelmessungen bereit, welche die jeweilige Rotationsdauer angeben. Da die Rotationsdauer jeweils für gleiche Winkelbereiche gemessen wird, ist diese unmittelbar aussagekräftig und muss nicht in einen Quotienten überführt werden. Hierdurch kann ein Informationsverlust aufgrund einer Berechnung, beispielsweise aufgrund von Rundungen, vermieden werden. Weiters ist die Berechnung dieser Rotationsdauer für einen bestimmten Winkelbereich eine Basisgröße in einem Motorsteuergerät, welche direkt aus dem Wert eines Zeitnehmers berechnet wird, welcher wiederum von der hochgenauen Taktfrequenz eines Prozessors des Motorsteuergeräts abgeleitet wird.

[0036] In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf: Steuern des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der bestimmten Zustandsdaten.

[0037] Durch eine Berücksichtigung der Zustandsdaten bei der Steuerung des Verbrennungsmotors können kritische Zustände des Verbrennungsmotors besser und früher erkannt oder vorhergesagt werden. Daher kann der Verbrennungsmotor in Optimalbereichen betrieben werden, welche noch näher an diesen kritischen Zuständen liegen.

[0038] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt ist der Verbrennungsmotor ein Wasserstoffverbrennungsmotor.

[0039] Eine genaue Analyse des Verbrennungsvorgangs ist bei Wasserstoffmotoren besonders wichtig: Wasserstoff ist gegenüber anderen Kraftstoffen sehr leicht entzündlich, weist also eine viel höhere Zündfähigkeit auf, und dies bei \-Werten von 0,1 bis 10,0. Ottomotoren sind zum Vergleich bei A -Werten von 0,8 bis 1,5 zündfähig, Gasmotoren bis zu einem ) -Wert von 3. Daher zünden Wasserstoffgemische oftmals schon bei der Komprimierung. Insbesondere kleineste sogenannte Hotspots an einer Zündkerze oder ein heißes Ölteilchen können zur Zündung führen, so dass Brenngas schon vor der Zündung im Zylinder vorhanden ist. Dies führt zu einem hohen Druck bei der Kompression, so dass die Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich stark zunimmt. Zudem ist der Einlassdruck in diesem Fall sehr hoch und weist hohe Frequenzen auf. Mitunter kommt zur Zündung des Wasserstoffs im Zylinder ein sogenannter Diesel Pilot, das Einspritzen einer definierten Dieselmenge, zum Einsatz. Dieses führt zu einer kontrollierten Selbstzündung und kann eine frühzeitige Zündung an einem Hotspot der Zündkerze vermeiden.

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[0040] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt charakterisieren die Zustandsdaten jeweils eine Abweichung eines ersten Werts eines Parameters von einem Referenzwert des Parameters, wobei die Parameter die physikalischen Zustände sind oder aus den physikalischen Zuständen abgeleitet sind und wobei der Referenzwert vorzugsweise in einem Betrieb ohne Verbrennungsanomalie auftritt.

[0041] Dabei ist vorzugsweise der Verbrennungsmotor ein Hubkolbenmotor und der erste Wert des Parameters tritt in einem Betrieb eines ersten Zylinders einer Hubkolbenmaschine auf und der Referenzwert tritt in einem Betrieb anderer Zylinder, insbesondere der übrigen Zylinder, der Hubkolbenmaschine auf.

[0042] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt wird die Rotationsdauer mittels eines Drehgebers auf einer Kurbelwelle der Verbrennungsmotoren oder der zu analysierenden Verbrennungsmotor bestimmt, wobei Messsignale fehlender Rasterelemente eines Abtastrasters des Drehgebers ergänzt werden, in der Weise, dass alle Rasterelemente denselben Winkelsektor beschreiben. In einer Variante werden Messsignale derart ergänzt, dass sie alle nach demselben Winkelsektor auftreten.

[0043] Durch das Ergänzen der Messsignale fehlender Rasterelemente kann eine gleichmäßige Abfolge an Messsignalen gewährleistet werden.

[0044] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt wird eine Winkelposition der fehlenden Rasterelemente auf der Grundlage eines vorhergehenden Rasterelements und eines nachfolgenden Rasterelements interpoliert.

[0045] Durch das Interpolieren der fehlenden Rasterelemente können fehlende Messsignale besonders einfach ergänzt werden.

[0046] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt wird der Klassifikator zur Analyse einer Vorzündung, insbesondere einer frühen Vorzündung und/oder einer späten Vorzündung, als Verbrennungsanomalie eingesetzt.

[0047] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt umfassen die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren einen Werteverlauf wenigstens eines Messparameters aus folgender Gruppe von Messparametern: eine Kühlmitteltemperatur, ein Ansaugdruck, eine Ansaugtemperatur, ein Zündwinkel in BeZug auf die Kurbelwellenposition, ein Einspritzwinkel in Bezug auf die Kurbelwellenposition, ein Signal des Klopfsensors, ein Druck im Abgaskrümmer, ein Abgasmassefluss.

[0048] Durch das Berücksichtigen weiterer kurbelwellenwinkelaufgelöster oder zeitaufgelöster Messparameter kann die Genauigkeit des Klassifikators bzw. der indirekten Messung der Zustandsdaten erhöht werden.

[0049] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt, in welcher die festzustellenden Verbrennungsanomalien eine frühe Vorzündung und eine Fehlzündung sind, umfassen die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren einen Wertverlauf des Ansaugdrucks und vorzugsweise einen Wertverlauf des Signals des Klopfsensors.

[0050] Das weitere Berücksichtigen des Werteverlaufs eines Ansaugdrucks und des Werteverlaufs der Signale eines Klopfsensors kann eine frühe Vorzündung und eine Fehlzündung besonders gut von anderen Verbrennungsanomalien unterschieden werden.

[0051] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt, in welcher die festzustellenden Verbrennungsanomalien eine späte Vorzündung ist, umfassen die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren einen Wertverlauf des Signals des Klopfsensors.

[0052] Durch Berücksichtigen des Werteverlaufs des Signals des Klopfsensors als Messparame-

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ter kann eine späte Vorzündung besonders gut von anderen Verbrennungsanomalien unterschieden werden.

[0053] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt ist ein Verbrennungsmotor ein Hubkolbenmotor, insbesondere mit Fremdzündung durch Zündkerze oder Diesel Pilotzündung, wobei ein Datenbereich von 30° bis 90°, bevorzugt etwa 60°, Kurbelwellenwinkel für einen Sechszylinder, von 45° bis 135°, bevorzugt 90°, Kurbelwellenwinkel für einen Vierzylinder oder von 60° bis 180°, bevorzugt etwa 120°, Kurbelwellenwinkel für einen Dreizylinder vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) eines einzelnen Zylinders ausgewählt wird, um Verbrennungsanomalien dieses Zylinders festzustellen.

[0054] Durch das Berücksichtigen von bestimmten Kurbelwellenwinkelbereichen in Abhängigkeit von der Zylinderzahl eines Hubkolbenmotors können Verbrennungsanomalien der einzelnen Zylinder besonders gut von anderen Verbrennungsanomalien differenziert werden.

[0055] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt, ist ein Verbrennungsmotor ein Hubkolbenmotor, insbesondere mit Fremdzündung durch Zündkerze oder Diesel Pilotzündung, wobei Datenbereiche von 60° Kurbelwellenwinkel für einen Sechszylinder, von 90° Kurbelwellenwinkel für einen Vierzylinder oder von 120° Kurbelwellenwinkel für einen Dreizylinder vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) aller Zylinder ausgewählt wird, um Verbrennungsanomalien aller Zylinder festzustellen.

[0056] Durch das Ausschließen von Ereignissen von anderen Zylindern kann eine unbeeinträchtigte Auswertung des Signals durchgeführt werden. Hierbei kann oder können sowohl ein einzelner Zylinder als auch alle Zylinder eines Hubkolbenmotors analysiert werden.

[0057] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt wird der Datenbereich für jeden Zylinder in zwei bis sechs, vorzugsweise vier, Kurbelwellenwinkelsektoren unterteilt, wobei in jedem Kurbelwellenwinkelsektoren ein Wert der Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den jeweiligen Kurbelwinkelsektor bestimmt wird, wobei jeder Wert der Änderung der Rotationsdauer in Verbindung mit dem jeweils betrachteten Kurbelwellenwinkelsektor ein Merkmal bildet.

[0058] Durch das Bestimmen von Merkmalen der Änderung der Rotationsdauer für bestimmte Kurbelwellenwinkelsektoren können besonders aussagekräftige Merkmale erzeugt werden.

[0059] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt wird zur Berechnung der Änderung der Rotationsdauer jeweils eine Steigung zwischen einem ersten Wert der Rotationsdauer am Anfang jedes Kurbelwellenwinkelsektors und einem zweiten Wert am Ende jedes Kurbelwellenwinkelsektors bestimmt.

[0060] Eine Berechnung der Steigung über die angegebenen Werte lässt eine besonders einfache Bestimmung von Merkmalen zu.

[0061] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ist der Klassifikator mittels eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt erzeugt.

[0062] Die in Bezug auf den ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

[0063] Figur 1: ein funktionales Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Systems zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines zu anaIysierenden Verbrennungsmotors;

[0064] Figur 2: ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines zu analysierenden Verbrennungsmotors;

[0065] Figur 3: ein funktionales Blockdiagramm eines Systems zum Erzeugen eines

Klassifikators zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines

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Verbrennungsmotors;

[0066] Figur 4: ein Verfahren zum Erzeugen eines Klassifikators zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines Verbrennungsmotors;

[0067] Figur 5: ein Detail eines Drehgebers zur Messung einer Rotationsdauer in BeZug auf einen definierten Winkelbereich und einer Motordrehzahl;

[0068] Figuren 6a bis 6d: Diagramme eines Zylinderdrucks in Verbindung mit Diagrammen einer Rotationsdauer für vier Winkelbereiche der Kurbelwelle, jeweils in Bezug auf den Oberen Totpunkt; und

[0069] Figur 7: ein ergänztes Diagramm einer Rotationsdauer in Bezug auf den Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) aus Fig. 6a bis 6d.

[0070] Figur 1 zeigt ein funktionales Blockdiagramm als Ausführungsbeispiel eines Systems 10 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines zu analysierenden Verbrennungsmotors 1. Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 100 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien des zu analysierenden Verbrennungsmotors 1. Vorzugsweise wird das Verfahren 100 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien mittels des Systems 10 aus Figur 1 ausgeführt. Entsprechend wird das Verfahren 100 in unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläutert. Die Beschreibung nimmt nachfolgend Bezug auf einen Anwendungsfall, in welchem der zu analysierende Verbrennungsmotor 1 ein mit Wasserstoff betriebener Hubkolbenmotor, nachfolgend Wasserstoffmotor genannt, ist. Es ist für den Fachmann jedoch ein Einfaches, die beschriebene Lehre, auf eine andere Art von Verbrennungsmotor, insbesondere auf eine andere Art von Hubkolbenmotor, zu übertragen.

[0071] In einem ersten Arbeitsschritt 101 des Verfahrens 100 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien werden Betriebsdaten des zu analysierenden Wasserstoffmotors 1, welcher als Prüfling auf einem Prüfstand oder auch in einem realen Fahrzeug 4 betrieben wird, erfasst. Vorzugsweise werden hierbei Werteverläufe von Messparametern über Sensoren 11 gemessen. Auf diese Weise charakterisieren die Betriebsdaten ein Betriebsverhalten des Wasserstoffmotors 1. Als Sensor 11 wird wenigstens ein sogenannter Drehgeber eingesetzt, in welcher eine Rotationsdauer gemessen wird, während welcher sich eine Antriebswelle oder Kurbelwelle des Wasserstoffmotors um einen definierten Winkelbereich, insbesondere 6°KW, dreht. In dem Kasten 11 von Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Ansicht eines solchen Drehgebers, auch Inkrementalgeber genannt, beispielhaft dargestellt.

[0072] Darüber hinaus können weitere Sensoren 11 zum Erfassen von Messparametern vorgesehen sein. Als weitere Sensoren 11 sind ein Klopfsensor, ein Drucksensor zur Messung des Ansaugdrucks, ein Temperatursensor zur Messung der Kühlmitteltemperatur und/oder der Ansaugtemperatur, ein Sensor zur Feststellung des Zündzeitpunkts und weitere Sensoren möglich. Insbesondere kann das in Figur 1 dargestellte System 10 hierbei auf Motorsteuerdaten zurückgreifen, welche üblicherweise über ein Bussystem einer Motorsteuerung zur Verfügung stehen.

[0073] In einem zweiten Arbeitsschritt 102 werden auf der Grundlage der erfassten Betriebsdaten Merkmale erzeugt, welche sich als Eingangsdaten für einen Klassifikator 2 eigenen. Diese Merkmale werden insbesondere durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/ oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten erzeugt. Hierfür weist das System 10 vorzugsweise eine Datenverarbeitungseinrichtung 12 auf. Darüber hinaus weist das System 10 Mittel 12a zum Erzeugen der Merkmale auf. Vorzugsweise sind diese Teil einer der Datenverarbeitungseinrichtung 12.

[0074] In dem in Figur 1 dargestellten Kasten 12a wird als Merkmal eine Steigung in Bezug auf eine Messkurve bestimmt. Das Erzeugen der Merkmale umfasst in diesem Fall vorzugsweise ein Auswählen des entsprechenden Datenbereichs aus den Betriebsdaten und das Bearbeiten der Betriebsdaten mittels einer mathematischen Operation durch Errechnen der Steigung beziehungsweise einer Ableitung der Messkurve nach dem Kurbelwellenwinkel KW. Weitere Signalverarbeitungen zum Erzeugen der Merkmale sind möglich. Eine Signalverarbeitung kann beispielsweise darin bestehen, dass Messsignale fehlender Rasterelemente eines Abtastrasters ei-

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nes Drehgebers 11 ergänzt werden. Das Ergänzen von Messsignalen dient dazu, dass alle Messsignale nach einem identischen Winkelsektor auftreten. Eine detaillierte Beschreibung zum Ergänzen von Messsignalen wird unten in Bezug auf Figur 5 gegeben.

[0075] Beim Erzeugen der Merkmale können die Datenbereiche darüber hinaus in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in Bezug auf einen Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) von Zylindern ausgewählt werden. Bei einem Sechszylinder sind diese Datenbereiche +/-60 Grad Kurbelwellenwinkel KW, bei einem Vierzylinder +/-90 Grad Kurbelwellenwinkel KW um den Zünd-Oberen Totpunkt und bei einem Dreizylinder +/- 120 Grad Kurbelwellenwinkel vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt. Vorzugsweise werden die Verbrennungsanomalien in Bezug auf jeden Zylinder einzeln analysiert.

[0076] Als Merkmale werden wenigstens eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich der Antriebswelle des Wasserstoffmotors 1, eine mittlere Motordrehzahl, also die Drehzahl der Antriebswelle oder Kurbelwelle des Wasserstoffmotors 1, und ein Motormoment des Wasserstoffmotors 1 bestimmt. Das Motormoment wird vorzugsweise mittels eines Motormodells, insbesondere einem Kennfeld, auf der Grundlage der erfassten Motordrehzahl und von Steuerdaten des Wasserstoffmotors ermittelt.

[0077] In einem dritten Arbeitsschritt 103 werden schließlich Zustandsdaten des Wasserstoffmotors 1 durch Anwenden eines Klassifikators auf die in dem zweiten Arbeitsschritt 102 erzeugten Merkmale bestimmt.

[0078] Die Zustandsdaten charakterisieren vorzugsweise physikalische Zustände des Brennraums oder der Brennräume des Wasserstoffmotors 1. Die physikalischen Zustände beschreiben die Verbrennung. Physikalische Zustände können vorzugsweise ein Druck oder eine Wärme, insbesondere eine Wärmeenergie, sein, welche in dem Brennraum oder den Brennräumen vorliegen. Die Zustandsdaten können entsprechend Werte des Drucks und/oder der Wärme sein.

[0079] Weitere Zustandsdaten können aus, insbesondere diesen, Messparametern abgeleitet werden. Beispiele für mögliche Parameter der Zustandsdaten sind ein Indizierparameter des Zylinderdrucks, welcher das innere Moment des Verbrennungsmotors charakterisiert, insbesondere IMEP, d.h. ein indizierter mittlerer effektiver Druck IMEP der betrachteten Zylinder, und/oder ein sogenannter MFB50, d.h. eine Verbrennungsschwerpunktlage oder ein Winkel in Bezug zum oberen Totpunkt für die betrachteten Zylinder, bei welchem 50% des Kraftstoffes verbrannt ist, ein Verbrennungsspitzendruck oder eine Wärmefreisetzungsrate RoHR. MFB50 wird in der SIEinheit Grad eines Winkels angegeben, der IMEP wird in der Sl-Einheit Pascal angegeben.

[0080] Anhand solcher Zustandsdaten können Verbrennungsanomalien ermittelt werden. Vorzugsweise werden Verbrennungsanomalien eines Betriebs eines zu analysierenden Verbrennungsmotors 1 in Bezug auf einen Betrieb von anderen Verbrennungsmotoren derselben Gattung mittels Referenzwerten ermittelt. Insbesondere weisen die anderen Verbrennungsmotoren keine Verbrennungsanomalien auf. Weiter vorzugsweise wird als Beispiel ein Betrieb eines ersten Zylinders eines zu analysierenden Hubkolbenmotors in Bezug auf den Verbrennungsvorgang der anderen Zylinder des zu analysierenden Hubkolbenmotors ermittelt. Insbesondere weisen die anderen Zylinder keine Verbrennungsanomalien auf. Mit anderen Worten kann ein erster Zylinder 1, welcher eine Verbrennungsanomalie aufweist, in Bezug auf Referenzwerte von Zustandsdaten von Zylindern bewertet werden, welche keine Verbrennungsanomalie aufweisen.

[0081] Als weitere Zustandsdaten können die Abweichung von Parametern, insbesondere den oben genannten Parametern, zu dem jeweiligen Referenzwert dienen. Nachfolgend wird für einzelne Zustandsdatenwerte der Begriff „Zustandsdatum“ verwendet.

[0082] Beispielsweise kann ein Zustandsdatum Cyl1Status.MFB50 durch eine Abweichung des gemessenen MFB50 in Grad Kurbelwinkel KW von Zylinder 1 als MFB50_Cyl1 zum erwarteten MFB50 als MFB50_Ref gebildet werden: MFB50_Ref ist hierbei vorzugsweise ein durchschnittlicher MFB50 aller Zylinder eines Hubkolbenmotors, die keine Verbrennungsanomalie aufweisen. Eine beispielhafte Bewertung des Zustandsdatums Cyl1Status.MFB50 kann für diese Abweichung wie folgt sein:

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0083] Cyl1Status.MFB50 =

Bewertung MFB50_Cyl1 - MFB50_ref „2°Schlecht 2° <= x <5° - 6° Kritisch 5° <= x <7° X° <= - 6° oder x >=7 deg Notfall [0084] Weiter beispielsweise kann ein Zustandsdatum Cyl1Status.IMEP durch eine relative prozentuale Abweichung des gemessenen IMEP von Zylinder 1 als IMEP_Cyl1 zum erwarteten IMEP als IMEP_Ref zur Bewertung eigesetzt werden. IMEP_Ref kann hierbei vorzugsweise als durchschnittlicher IMEP aller Zylinder eines Hubkolbenmotors berechnet werden, die keine Verbrennungsanomalie aufweisen. Eine beispielhafte Bewertung des Zustandsdatums Cyl1Status.IMEP kann für diese Abweichung wie folgt sein: 0085] 100% * (IMEP_Cyl1 — IMEP_ref) / IMEP_ref Bewertung -3%Schlecht 3% <=x<7% -8%Kritisch 7%” <=X<10 % x % <= - 8 % oder Notfall X >=10 % [0086] Entsprechend sind weitere Beispiele für Zustandsdaten eine relative Abweichung von RoHR (Rate of Heat Release) zur Referenz oder eine relative Abweichung von Cyl1Status_PFP als relative Abweichung von PFP (Peak Firing Pressure) zur Referenz. Auch die Bewertungen, welche die physikalischen Zustände charakterisieren, können die Zustandsdaten im Sinne der Offenbarung sein. [0087] Die aufgelisteten Parameter eines ersten Zylinders 1 werden vorzugsweise auch für die restlichen Zylinder ermittelt, sodass spezifisch für jeden Zylinder eine Aussage über die Qualität der Verbrennung gemacht und Zylinder individuell unmittelbar darauf werden kann wie z.B. die Anpassung der Einspritzmenge oder des Zündwinkels. [0088] Vorzugsweise werden die ermittelten Zustandsdaten in einem vierten Arbeitsschritt 104 ausgegeben, weiter vorzugsweise über eine Schnittstelle 14 des Systems 10. Die Schnittstelle

[0084] Weiter beispielsweise kann ein Zustandsdatum Cyl1Status.IMEP durch eine relative prozentuale Abweichung des gemessenen IMEP von Zylinder 1 als IMEP_Cyl1 zum erwarteten IMEP als IMEP_Ref zur Bewertung eigesetzt werden. IMEP_Ref kann hierbei vorzugsweise als durchschnittlicher IMEP aller Zylinder eines Hubkolbenmotors berechnet werden, die keine Verbrennungsanomalie aufweisen. Eine beispielhafte Bewertung des Zustandsdatums Cyl1Status.IMEP kann für diese Abweichung wie folgt sein:

0085] 100% * (IMEP_Cyl1 — IMEP_ref) / IMEP_ref Bewertung

-3%Schlecht 3% <=x<7% -8%Kritisch 7%” <=X<10 % x % <= - 8 % oder Notfall X >=10 % [0086] Entsprechend sind weitere Beispiele für Zustandsdaten eine relative Abweichung von RoHR (Rate of Heat Release) zur Referenz oder eine relative Abweichung von Cyl1Status_PFP als relative Abweichung von PFP (Peak Firing Pressure) zur Referenz. Auch die Bewertungen, welche die physikalischen Zustände charakterisieren, können die Zustandsdaten im Sinne der Offenbarung sein. [0087] Die aufgelisteten Parameter eines ersten Zylinders 1 werden vorzugsweise auch für die restlichen Zylinder ermittelt, sodass spezifisch für jeden Zylinder eine Aussage über die Qualität der Verbrennung gemacht und Zylinder individuell unmittelbar darauf werden kann wie z.B. die Anpassung der Einspritzmenge oder des Zündwinkels. [0088] Vorzugsweise werden die ermittelten Zustandsdaten in einem vierten Arbeitsschritt 104 ausgegeben, weiter vorzugsweise über eine Schnittstelle 14 des Systems 10. Die Schnittstelle

Notfall

X >=10 %

[0086] Entsprechend sind weitere Beispiele für Zustandsdaten eine relative Abweichung von RoHR (Rate of Heat Release) zur Referenz oder eine relative Abweichung von Cyl1Status_PFP als relative Abweichung von PFP (Peak Firing Pressure) zur Referenz. Auch die Bewertungen, welche die physikalischen Zustände charakterisieren, können die Zustandsdaten im Sinne der Offenbarung sein.

[0087] Die aufgelisteten Parameter eines ersten Zylinders 1 werden vorzugsweise auch für die restlichen Zylinder ermittelt, sodass spezifisch für jeden Zylinder eine Aussage über die Qualität der Verbrennung gemacht und Zylinder individuell unmittelbar darauf werden kann wie z.B. die Anpassung der Einspritzmenge oder des Zündwinkels.

[0088] Vorzugsweise werden die ermittelten Zustandsdaten in einem vierten Arbeitsschritt 104 ausgegeben, weiter vorzugsweise über eine Schnittstelle 14 des Systems 10. Die Schnittstelle

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14 kann hierbei eine Benutzerschnittstelle oder eine Datenschnittstelle sein. Figur 1 zeigt beispielhaft als Ausgabe der Schnittstelle 14 Zustandsdaten Cyl1Status.MFB50, Cyl2Status.MFB50 und Cyl3Status.MFB50 sowie Cyl1Status.IMEP, Cyl2Status.IMEP und Cyl3Status.IMEP, wobei durch die Punktierung gezeigt wird, dass auch entsprechende Zustandsdaten weiterer Zylinder ausgegeben werden können. Zusätzlich können auch weitere Zustandsdaten ausgegeben werden, was durch zusätzliche Punktierung verdeutlicht wird.

[0089] Die bestimmten bzw. ausgegebenen Zustandsdaten können in einem fünften Arbeitsschritt 105 zur Steuerung eines Wasserstoffmotors 1 verwendet werden. Dadurch kann der Wasserstoffmotor 1 vorzugsweise geschützt oder dessen Funktion angepasst werden.

[0090] Eine Bestimmung von Steueraktionen für einen Wasserstoffmotor 1 in Abhängigkeit von den Werten MFB50 und IMEP für einen betrachteten Zylinder 1 werden in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:

0091] Cyl1Status.MFB50 1 2 3 4 1 Act_1 Act_1 Act_3 Act_3 o ww 2 = Act_2 Act_3 Act_4 Act_4 S 3 3 N = Act_2 Act_4 Act_4 Act_5 OÖ 4 Act_4 Act_5 Act_6 Act_6

[0092] Beispielsweise könnte Act_1 bedeuten, dass keine Aktion ausgeführt wird, Act_2, dass die Belastung für Zylinder 1 reduziert wird, indem die Kraftstoffmengeneinspritzung für Zylinder 1 um 10% reduziert wird, und Act_6, dass die Kraftstoffmengeneinspritzung für Zylinder 1 vollständig deaktiviert wird.

[0093] Verbrennungsanomalien, welche mittels des Verfahrens 100 festgestellt werden können, sind eine Vorzündung, insbesondere eine frühe Vorzündung und oder eine späte Vorzündung, ein Klopfen, eine verzögerte Zündung oder eine Fehlzündung.

[0094] Figur 3 zeigt ein funktionales Blockdiagramm eines Systems 20 zum Erzeugen eines Klassifikators 2 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines Wasserstoffmotors.

[0095] Figur 4 zeigt ein entsprechendes Verfahren 200 zum Erzeugen eines Klassifikators 2 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien eines zu analysierenden Wasserstoffmotors 1. Vorzugsweise wird das Verfahren 200 mittels des Systems 20 ausgeführt. Weiter vorzugsweise dient das Verfahren 200 zum Erzeugen eines Klassifikators 2, welcher in dem Verfahren 100 zur Feststellung von Verbrennungsanomalien des zu analysierenden Wasserstoffmotors 2 zum Einsatz kommen kann. Weiter vorzugsweise ist der zu analysierende Wasserstoffmotor 1 von derselben Gattung wie die Wasserstoffmotoren 1a, 1b, 1c, welche zum Erzeugen bzw. Trainieren des Klassifikators 2 zum Einsatz kommen. Nachfolgend werden das System 20 und das Verfahren 200 in Bezug auf die Figuren 3 und 4 erläutert, wiederum rein beispielhaft in Bezug auf den Anwendungsfall bei Wasserstoffmotoren.

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[0096] Das Verfahren 200 wird vorzugsweise in einem Prüfstandsbetrieb der Wasserstoffmotoren 1a, 1b, 1c ausgeführt. Weiter vorzugsweise kann das Verfahren in einem Testbetrieb mit einem entsprechend ausgerüsteten Testfahrzeug 4a, 4b, 4c sein. Entsprechend ist das System 20 Teil eines Prüfstands oder eines Testfahrzeugs 4a, 4b, 4c oder auf einem Prüfstand oder in einem Testfahrzeug 4a, 4b, 4c eingerichtet.

[0097] In einem ersten Arbeitsschritt 201 des Verfahrens 200 werden Betriebsdaten einer Mehrzahl von Wasserstoffmotoren 1a, 1b, 1c einer bestimmten Gattung von Wasserstoffmotoren erfasst. Die Betriebsdaten umfassen hierbei Werteverläufe von Messparametern und charakterisieren ein Verhalten während eines Betriebs. Darüber hinaus werden Zustandsdaten des jeweiligen Wasserstoffmotors während des Betriebs erfasst. Im Wesentlichen ähnelt der Arbeitsschritt 201 des Verfahrens 200 dem ersten Verfahrensschritt 101 des Verfahrens 100. Im Unterschied werden jedoch zusätzlich die Zustandsdaten des jeweiligen Wasserstoffmotors 1a, 1b, 1c während des Betriebs erfasst.

[0098] In einem zweiten Arbeitsschritt 202 werden Merkmale für einen Klassifikator 2 durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten erzeugt. Dieser Arbeitsschritt ist im Wesentlichen identisch mit dem zweiten Arbeitsschritt 201 des Verfahrens 100.

[0099] In einem dritten Arbeitsschritt 203 wird der Klassifikationsalgorithmus 3 mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten trainiert. Dies bedeutet, dass dem Klassifikationsalgorithmus 3 die Werte der Zustandsdaten, welche mit den jeweils erzeugten Merkmalen oder den jeweiligen Werten der erzeugten Merkmale korrelieren, erkennbar gemacht werden und/oder zusammen bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird das Training des Klassifikationsalgorithmus 3 durchgeführt, indem die Arbeitsschritte 201 bis 203 mehrfach durchgeführt werden, wobei die Betriebsdaten und Zustandsdaten eines jeweils anderen Verbrennungsmotors 1a, 1b, 1c erfasst werden.

[00100] Wie oben in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, charakterisieren die zum Trainieren verwendeten Zustandsdaten vorzugsweise physikalische Zustände des Brennraums oder der Brennräume des Wasserstoffmotors 1 und werden vorzugsweise für jeden Zylinder separat festgestellt. Die physikalischen Zustände beschreiben die Verbrennung. Physikalische Zustände können vorzugsweise ein Druck oder eine Wärme, insbesondere eine Wärmeenergie, sein, welche in dem Brennraum oder den Brennräumen vorliegen. Die Zustandsdaten können entsprechend Werte des Drucks oder der Wärme sein. Weitere Zustandsdaten können aus, insbesondere diesen, Messparametern abgeleitet werden, wie ebenfalls in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Beispiele für mögliche Parameter der Zustandsdaten sind ein Indizierparameter des Zylinderdrucks, welcher das innere Moment des Verbrennungsmotors charakterisiert, insbesondere IMEP, d.h. ein indizierter mittlerer effektiver Druck z.B. IMEP und/oder ein sogenannter MFB50, d.h. Verbrennungsschwerpunktlage oder Winkel in Bezug zum oberen Totpunkt, bei welchem 50% des Kraftstoffes verbrannt ist, ein Verbrennungsspitzendruck oder eine Wärmefreisetzungsrate RoHR sein. Als weitere Zustandsdaten können die Abweichung von Parametern, insbesondere den oben genannten Parametern zu einem jeweiligen Referenzwert dienen, wie in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Auch die Bewertungen an sich können die Zustandsdaten im Sinne der Offenbarung sein.

[00101] Vorzugsweise werden die Zustandsdaten beim Erfassen aus den genannten Messparametern und/oder Parametern ermittelt und/oder berechnet, insbesondere aus den physikalischen Zuständen.

[00102] Entsprechend dem Verfahren 200 weist das System 20 gegenüber dem System 10 als Sensor nicht nur einen Drehgeber 21 auf, sondern zusätzlich einen weiteren Sensor 22 zum Erfassen von Zustandsdaten bzw. physikalischen Zustände des jeweiligen Verbrennungsmotors 1a, 1b, 1c während des Betriebs. Ein solcher Sensor 22 kann insbesondere ein Zylinderdruckinnensensor sein. Darüber hinaus weist das System 20 wie das System 10 eine Datenverarbeitungseinrichtung 23 mit Mitteln 23a zum Erzeugen von Merkmalen und Mitteln 23b zum Trainieren des Klassifikationsalgorithmus 3 auf.

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[00103] Auch bei dem Verfahren 200 zum Erzeugen des Klassifikators 2 werden die Betriebsdaten und die Zustandsdaten durch Betreiben von Wasserstoffmotoren 1a, 1b, 1c in einem Prüfstandsbetrieb als Prüflinge oder in einem realen Fahrbetrieb in einem Fahrzeug 4a, 4b, 4c erzeugt, wie in Figur 3 angedeutet ist. Am Ende der Trainingsphase wird der trainierte Klassifikationsalgorithmus 3 als Klassifikator 2 vorzugsweise über eine Schnittstelle 24 in einem vierten Arbeitsschritt 204 ausgegeben. Auch hier kann die Schnittstelle 24 als Benutzerschnittstelle oder als Datenschnittstelle ausgebildet sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der Drehgeber 11 des Systems 10 und der Drehgeber 21 des Systems 20 sowie die Datenverarbeitungseinrichtung 12 des Systems 10 und die Datenverarbeitungseinrichtung 23 des Systems 20 dieselben Elemente.

[00104] Grundsätzlich können als Drehgeber 11, 21 in den Systemen 10, 20 jede Art von Drehgeber zum Einsatz kommen, insbesondere ein optischer oder elektromagnetische Drehgeber.

[00105] In den Ausführungsbeispielen ist der Klassifikationsalgorithmus 3 ein künstliches neuronales Netz und der Klassifikator 2 dementsprechend ein trainiertes künstliches neuronales Netz. Während des Trainings werden Gewichte (Weights) und Biases so angepasst, dass das Netzwerk in der Lage ist, die Eingaben korrekt zu verarbeiten und die gewünschten Ausgaben zu erzeugen. Vorzugsweise wir das künstliche Neuronale Netz mittels überwachten Lernens (supervised learning) trainiert. Jedoch können auch andere Trainingsverfahren und/oder Klassifikationsalgorithmen 3 zum Einsatz kommen.

[00106] Eine mögliche erste spezifische Ausführung ist ein künstliches neuronales Netz, welches zur Analyse der Verbrennung in allen Zylindern des zu analysierenden Wasserstoffmotors 1 trainiert wird. Ein solches künstliches neuronales Netz kann mit einer Eingabeschicht und fünf versteckten Schichten und einer Ausgabeschicht ausgestattet sein. Eine Diagnose und Informationen zur Feststellung von Verbrennungsanomalien aller Zylinder wird ausgegeben. Die Eingabeschicht wird in diesem Fall mit Betriebsdaten und im Falle der Trainingsphase mit dazugehörigen Zustandsdaten über zwei volle Kurbelwellenumdrehungen DT1 bis DT120 bzw. 0° KW bis 720° KW gefüttert, wobei DT1 bis DT60 die Daten der ersten Kurbelwellenumdrehung DT1 bis DT60 und DT61 bis DT120 die Daten der zweiten Kurbelwellenumdrehung DT1 bis DT60 entsprechen.

[00107] Eine weitere zweite spezifische Ausführung ist die Verwendung eines Satzes vereinfachter künstlicher neuronaler Netze, wobei jeweils ein separates künstliches neuronales Netz für jeden Zylinder des Wasserstoffmotors vorgesehen ist. Solche vereinfachten künstlichen neuronalen Netze weisen vorzugsweise eine Eingabeschicht, lediglich zwei verdeckte Schichten und eine Ausgabeschicht auf. Die Ausgabeschicht jedes künstlichen neuronalen Netzes gibt hierbei jeweils lediglich Diagnoseinformationen in Bezug auf die Feststellung von Verbrennungsanomalien eines einzigen Zylinders des Wasserstoffmotors aus. Mit anderen Worten gibt die Ausgabeschicht jedes künstlichen neuronalen Netzes jeweils nur die für einen einzelnen Zylinder entsprechenden Daten aus, z.B. Cyl1.Statu.MFB50 für das neuronale Netz für Zylinder 1. Als Eingabedaten werden hierbei jeweils lediglich Betriebsdaten und gegebenenfalls Zustandsdaten dieses Zylinders eingelesen. Zur Bestimmung der Zustandsdaten des Zylinders werden darüber hinaus vorzugsweise jeweils nur Daten aus begrenzten Winkelsektoren vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders berücksichtig, insbesondere +/-60°, +/-90, oder +/- 120°, je nach Zylinderanzahl.

[00108] In Figur 5 ist ein Detail eines elektromagnetischen Drehgebers 11, 21 zur Messung der Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich und zur Messung einer Motordrehzahl dargestellt. Das anhand der Figur 5 erläuterte Prinzip zur Vervollständigung von Messsignalen kann jedoch auch auf andere Arten von Drehgebern 11, 21 übertragen werden.

[00109] Um nicht nur eine relative Position, sondern auch eine absolute Position bestimmen zu können, weisen Drehgeber 11, 21 im Allgemeinen eine Referenzmarke auf. Diese Referenzmarke ist bei dem in Figur 5 gezeigten Geberrad ein fehlendes Rasterelement des Abtastrasters an der Position DT59. Entsprechend würde ein Messsignal im Bereich der Referenzmarke den dreifachen Winkelsektor DT58* im Vergleich zu normalen Messsignale entsprechen.

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[00110] Um die Lücke auszugleichen, wird vorzugsweise gemäß folgender Vorgehensweise in dem gezeigten Beispiel eines Drehgebers vorgegangen:

[00111] 1. DT1, DT2, ..., DT57, DT58* entsprechen den gemessenen Zeitwerten zwischen einer Kante eines Rasterelements und der nachfolgenden Kante, welchen einem Winkelsektor von 6° KW entsprechen.

[00112] 2. Aufgrund fehlender Rasterelemente an den Stellen DT59 und DT60 entspricht DT58* einem Wert von 18° KW und nicht 6° KW eines Winkelsektors des Drehgebers, wie dies bei den übrigen DT-Werten DT1 bis DT57 der Fall ist.

[00113] 3. Die Werte DT58, DT59 und DT60 der Rotationsdauer werden zwischen Kanten der beiden modellierten Rasterelemente berechnet. Die Modellierung erfolgt hierbei vorzugsweise als DT58 = DT59 = DT60 = DT58* / 3.

[00114] Die Figuren 6a bis 6d zeigen jeweils ein Diagramm eines Wertverlaufs eines Zylinderdrucks in Verbindung mit jeweils demselben Diagramm des Verlaufs des Wertverlaufs einer Rotationsdauer für vier Winkelbereiche der Kurbelwelle in Bezug auf einen definierten Winkelbereich in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels von 60° KW vor dem Oberen Totpunkt bis 60° Grad KW nach dem Oberen Totpunkt.

[00115] Anhand dieser kombinierten Diagramme wird nachfolgend beispielhaft erläutert, wie aus der gemessenen Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich der Antriebswelle Merkmale erzeugt werden, welche die Änderungen der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich angeben oder diesen charakterisieren. Die in den Figuren 6a bis 6d dargestellten Diagramme basieren auf Messungen des Zylinderdrucks Pzv_ und der Messung der Rotationsdauer für definierte Winkelbereiche von 6° KW, gemessen an einem Sechszylindermotor.

[00116] Für das Erzeugen der Merkmale wird zunächst ein Datenbereich aus den Betriebsdaten ausgewählt, welcher 60° KW vor dem Zünd-Oberen Totpunkt und 60° KW nach dem Zünd-Oberen Totpunkt eines einzelnen Zylinders der 6 Zylinder entspricht. Bei einem 4-Takt Sechszylindermotor ist dieser Kurbelwellenwinkelbereich besonders vorteilhaft, da dieser in etwa dem Kompressionstakt und dem Arbeitstakt eines Zylinders entspricht.

[00117] Zum Erzeugen der einzelnen Merkmale wird dieser ausgewählte Datenbereich nochmals in vier Winkelsektoren aufgeteilt, welche kleineren Datenbereichen entsprechen. In Figur 6a ist ein erster Datenbereich von einem Kurbelwellenwinkel KW1a von etwa 60° KW vor dem ZündOberen Totpunkt bis zu einem Kurbelwellenwinkel KW1b von etwa 30° KW vor dem Zünd-Oberen Totpunkt für das Merkmal 1 des betrachteten Zylinders Zyl1 gezeigt. In Figur 6b ist ein zweiter Datenbereich für das Merkmal 2 des betrachteten Zylinders Zyl1 dargestellt, welcher zwischen einem Kurbelwellenwinkel KW2a von etwa 30° vor dem Zünd-Oberen Totpunkt bis zu einem Kurbelwellenwinkel KW2b von etwa 10° KW vor dem Zünd-Oberen Totpunkt erreicht. In Figur 6c ist ein Datenbereich für das Merkmal 3 des betrachteten Zylinders Zyl1 dargestellt, welcher von einem Kurbelwellenwinkel KW3a von etwa 10° KW nach dem Zünd-Oberen Totpunkt bis zu einem Kurbelwellenwinkel KW3b von etwa 30° KW nach dem Zünd-Oberen Totpunkt reicht. In Figur 6d ist ein Datenbereich für das Merkmal 4 in Bezug auf den betrachteten Zylinder Zyl1 dargestellt, welcher von einem Kurbelwellenwinkel KW4a von etwa 30° KW nach dem Zünd-Oberen Totpunkt bis zu einem Kurbelwellenwinkel KW4b von etwa 60° KW nach dem Zünd-Oberen Totpunkt reicht.

[00118] Anhand der in den Figuren 6a bis 6d gezeigten Datenbereiche wird als Merkmal jeweils die Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich von 6° berechnet. Die Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich DT(KW) wird hierbei jeweils in dem unteren Diagramm der Figuren 6a bis 6d angegeben.

[00119] Zur Berechnung der Änderung der Rotationsdauer wird vorzugsweise die Steigung zwischen den Werten der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich am Anfang des ausgewählten Datenbereichs für den Kurbelwellenwinkel KW1a, KW2a, KW3a, KW4a und der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich am Ende der ausgewählten Datenbereiche für den jeweiligen Kurbelwellenwinkel KW1b, KW2b, KW3b, KW4b berechnet.

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[00120] In Bezug auf das Merkmal 1 des betrachteten Zylinders 1 wird zur Erläuterung das Diagramm der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich DT(KW) in Figur 7 vergröBert dargestellt. Gemäß dieser Darstellung ergibt sich die Steigung in dem ausgewählten Datenbereich gemäß der nachfolgenden Gleichung:

[00121] Merkmal 1.Zyl1 = CL 29 (KW1b - KW1a)

[00122] Der erste Datenbereich in Figur 6a entspricht dem Beginn des Kompressionstakts. Der in Figur 6b gezeigte zweite Datenbereich entspricht dem zweiten Teil des Kompressionstakts bis zum Zündzeitpunkt. Der in Figur 6c gezeigte dritte Datenbereich entspricht einem Bereich vor und nach dem Erreichen eines Zylinderspitzendrucks. Der in Figur 6d gezeigte vierte Datenbereich entspricht dem Bereich während des Arbeitstakts, in dem der Druck nachlässt. Die in Figur 7a aufgetragene Rotationsdauer DT entspricht jeweils dem definierten Winkelbereich von 6° KW.

[00123] Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1. Computerimplementiertes Verfahren (100) zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors (1), insbesondere zur Feststellung von Verbrennungsanomalien, durch einen Klassifikator (2), folgende Arbeitsschritte aufweisend:

   * Erfassen (101) von Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1), wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

   * Erzeugen (102) von Merkmalen für den Klassifikator (2) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

   * Bestimmen (103) von Zustandsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) durch Anwenden des Klassifikators (2) auf die erzeugten Merkmale;

   wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) charakterisieren.

   2. Computerimplementiertes Verfahren (200) zum Erzeugen eines Klassifikators (2) zum Bestimmen von Zustandsdaten eines Verbrennungsmotors (1), insbesondere zur Feststellung von Verbrennungsanomalien des Verbrennungsmotors, durch Trainieren eines Klassifikationsalgorithmus (3), folgende Arbeitsschritte aufweisend:

   * Erfassen (201) von Betriebsdaten einer Mehrzahl von Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) einer bestimmten Gattung von Verbrennungsmotoren, wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Verhalten während eines Betriebs charakterisieren, und von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) während des Betriebs;

   * Erzeugen (202) von Merkmalen für einen Klassifikator (2) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

   * Trainieren (203) des Klassifikationsalgorithmus (3) mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator (1) erzeugt wird;

   wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl der Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums der Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) charakterisieren.

   3. Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Wasserstoffverbrennungsmotor ist.

   4. Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zustandsdaten jeweils eine Abweichung eines ersten Werts eines Parameters von einem Referenzwert des Parameters charakterisieren, wobei die Parameter die physikalischen Zustände sind oder aus den physikalischen Zuständen abgeleitet sind und wobei der Referenzwert vorzugs-

   10.

   11.

   12.

   13.

   14.

   AT 528 104 B1 2025-10-15

   weise in einem Betrieb ohne Verbrennungsanomalie auftritt.

   Verfahren (100, 200) nach Anspruch 4, wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Hubkolbenmotor ist und der erste Wert des Parameters in einem Betrieb eines ersten Zylinders einer Hubkolbenmaschine auftritt und der Referenzwert in einem Betrieb anderer Zylinder, insbesondere der übrigen Zylinder, der Hubkolbenmaschine auftritt.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotationsdauer mittels eines Drehgebers (11; 21) auf einer Kurbelwelle der Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) oder des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) bestimmt wird, wobei Messsignale fehlender Rasterelemente eines Abtastrasters des Drehgebers (11; 21) ergänzt werden, in der Weise, dass alle Messsignale denselben Winkelsektor beschreiben.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren einen Werteverlauf wenigstens eines Messparameters aus folgender Gruppe Messparameter umfassen: eine Kühlmitteltemperatur, ein Ansaugdruck, eine Ansaugtemperatur, ein Zündwinkel in Bezug auf die Kurbelwellenposition, ein Einspritzwinkel in Bezug auf die Kurbelwellenposition, ein Signal des Klopfsensors, Druck im Abgaskrümmer, Abgasmassefluss.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Analyse einer frühen Vorzündung und einer Fehlzündung als Verbrennungsanomalien die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren Werteverläufe des Ansaugdrucks und vorzugsweise des Signals des Klopfsensors umfassen.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Analyse einer späten Vorzündung als Verbrennungsanomalie die Betriebsdaten zum Erzeugen der Merkmale des Weiteren einen Wertverlauf des Signals des Klopfsensors umfassen.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verbrennungsmotor (1, 1a, 1b, 1c) ein Hubkolbenmotor ist, insbesondere mit Fremdzündung durch Zündkerze oder Diesel-Pilotzündung, wobei Datenbereiche von 30° bis 90°, bevorzugt etwa 60°, Kurbelwellenwinkel für einen Sechszylinder von 45° bis 135°, bevorzugt 90°, Kurbelwellenwinkel für einen Vierzylinder von 60° bis 180°, bevorzugt etwa 120°, oder Kurbelwellenwinkel für einen Dreizylinder vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) eines einzelnen Zylinders ausgewählt werden, um Verbrennungsanomalien dieses Zylinders festzustellen.

   Verfahren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verbrennungsmotor (1, 1a, 1b, 1c) ein Hubkolbenmotor ist, insbesondere mit Fremdzündung durch Zündkerze oder Diesel-Pilotzündung, wobei Datenbereiche von 60° Kurbelwellenwinkel für einen Sechszylinder, von 90° Kurbelwellenwinkel für einen Vierzylinder oder von 120° Kurbelwellenwinkel für einen Dreizylinder vor und nach dem Zünd-Oberen Totpunkt (ZOT) aller Zylinder ausgewählt werden, um Verbrennungsanomalien aller Zylinder festzustellen.

   Verfahren (100, 200) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der Datenbereich für jeden Zylinder in zwei bis sechs, vorzugsweise vier, Kurbelwellenwinkelsektoren (KW1, KW2, KW3, KWA4) unterteilt wird, wobei in jedem Kurbelwellenwinkelsektor (KW1, KW2, KW3, KW4) ein Wert der Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den jeweiligen Kurbelwinkelsektor bestimmt wird, wobei jeder Wert der Änderung der Rotationsdauer in Verbindung mit dem jeweils betrachteten Kurbelwellenwinkelsektor (KW1, KW2, KW3, KW4) ein Merkmal bildet.

   Verfahren (100, 200) nach Anspruch 12, wobei zur Berechnung der Änderung der Rotationsdauer jeweils eine Steigung zwischen einem ersten Wert (KW1a; KW2a; KW3a; KW4a) der Rotationsdauer am Anfang jedes Kurbelwellenwinkelsektors (KW1, KW2, KW3, KW4) und einem zweiten Wert (KW1b; KW2b; KW3b; KW4b) am Ende jedes Kurbelwellenwinkelsektors (KW1, KW2, KW3, KW4) bestimmt wird.

   Verfahren (100, 200) nach Anspruch 1, vorzugsweise in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei der Klassifikator (2) mittels eines Verfahrens (200) gemäß Anspruch 2

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   erzeugt wird.

   15. System (10) zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines zu analysierenden Verbrennungsmotors (1), aufweisend:

   * einen Drehgeber (11) zum Erfassen von Betriebsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1), wobei die Betriebsdaten einen Werteverlauf wenigstens einer Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und einen Werteverlauf einer Motordrehzahl des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) als Messparameter umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

   * eine Datenverarbeitungseinrichtung (12) mit Mitteln (12A) zum Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator (2) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten, wobei als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) erzeugt werden, und mit Mitteln (12B) zum Bestimmen von Zustandsdaten des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) durch Anwenden des Klassifikators (2) auf die erzeugten Merkmale, wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des zu analysierenden Verbrennungsmotors (1) charakterisieren.

   16. System (20) zum Erzeugen eines Klassifikators (2) zur indirekten Messung von Zustandsdaten eines Verbrennungsmotors durch Trainieren eines Klassifikationsalgorithmus (3) aufweisend:

   * einen Drehgeber (21) zum Erfassen von Betriebsdaten einer Mehrzahl von Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) einer Gattung, wobei die Betriebsdaten einen Werteverlauf einer Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und einen Werteverlauf einer Motordrehzahl des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) als zeitaufgelöste Messparameter umfassen und ein Betriebsverhalten charakterisieren;

   * einen Sensor (22) zum Erfassen von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) während des Betriebs, wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums der Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) charakterisieren; und

   * eine Datenverarbeitungseinrichtung (23) mit Mitteln (23A) zum Erzeugen von Merkmalen für einen Klassifikator (2) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten, wobei als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment der Verbrennungsmotoren (1a, 1b, 1c) erzeugt werden, und mit Mitteln (23B) zum Trainieren des Klassifikationsalgorithmus (3) mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator (2) erzeugt wird.

   17. Ein computerimplementierter Klassifikator (2) zur indirekten Messung von Zustandsdaten in Bezug auf Verbrennungsanomalien eines Verbrennungsmotors, wobei der Klassifikator (2) durch ein Training eines Klassifikationsalgorithmus (3) erzeugt ist, wobei der Klassifikationsalgorithmus (3) durch folgende Arbeitsschritte, welche für jede Trainingseingabe einer Vielzahl an Trainingseingaben durchgeführt werden, konfiguriert wurde:

   * Erfassen (201) von Betriebsdaten eines Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) einer bestimmten Gattung von Verbrennungsmotoren, wobei die Betriebsdaten Werteverläufe von Messparametern umfassen und ein Verhalten während eines Betriebs charakterisieren, und von Zustandsdaten des jeweiligen Verbrennungsmotors während des

   Betriebs;

   * Erzeugen (202) von Merkmalen für einen Klassifikator (1) durch Bearbeiten wenigstens eines Teils der Betriebsdaten mittels mathematischer Operationen und/oder durch Auswählen eines Datenbereichs aus den Betriebsdaten; und

   * Trainieren (203) des Klassifikationsalgorithmus (3) mittels der erzeugten Merkmale und der jeweils dazugehörigen Zustandsdaten, wobei der Klassifikator (1) erzeugt wird;

   wobei die Betriebsdaten als Messparameter eine Rotationsdauer in Bezug auf einen definierten Winkelbereich einer Antriebswelle und eine Motordrehzahl des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) umfassen, auf deren Grundlage als Merkmale eine Änderung der Rotationsdauer in Bezug auf den definierten Winkelbereich, eine mittlere Motordrehzahl und ein Motormoment des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) erzeugt werden, und wobei die Zustandsdaten physikalische Zustände, insbesondere einen Druck und/oder eine Wärme und/oder ein inneres Motormoment, wenigstens eines Brennraums des jeweiligen Verbrennungsmotors (1a, 1b, 1c) charakterisieren.

   Hierzu 5 Blatt Zeichnungen