DE102011100510B4

DE102011100510B4 - Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE102011100510B4
Application number: DE201110100510
Authority: DE
Inventors: Alfons Himmelstoß
Original assignee: AEV ENERGY GmbH
Current assignee: AEV ENERGY GmbH
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: DE102011100510A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen (2) oder elektrischer Einspritzanlagen (16) von Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen wird/werden, nach dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7, wobei zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem a) die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule (4), die jeweils eine Zündkerze (5) mit der Zündspannung versorgt, oder zu einem einzelnen elektrischen Einspritzventil (21) der elektrischen Einspritzanlage (16) unterbrochen oder ausgesetzt wird, b) anhand der Leistungsmessung (7) und/oder der Drehzahlmessung (8) und/oder der Laufruhemessung (9) des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt und/oder sich das Laufverhalten und/oder sich die Drehzahl ändert, c) nach der Prüfung die Stromzufuhr wiederhergestellt wird, d) die Schritte a) bis c) für jede weitere einzelne Zündspule (4) oder jedes weitere einzelne elektrische Einspritzventil (21) der elektrischen Einspritzanlage (16) des Verbrennungsmotors wiederholt werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Unterbrechung der Stromzufuhr einer Zündspule (4) oder der Stromzufuhr zur Ansteuerung eines Einspritzventils (21) durch die gesteuerte Unterbrechung eines Signals, das den Zündstrom oder den Steuerstrom für das Einspritzventil (21) freigibt, erfolgt, wobei dieses Signal bereits vor dem Eingang in die Zündanlage (2) oder in die Einspritzanlage (16) abgegriffen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen (2) oder Einspritzanlagen (16) geeignete Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren und eine Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung zum Überwachen der Funktion elektrischer Zünd- oder Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für die Überwachung der Funktion elektrischer Zündanlagen und Zündkerzen von Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung sowie für die Überwachung elektrischer Einspritzanlagen (oder -systeme) und Einspritzventile beziehungsweise Einspritzdüsen von Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung eines Kraftstoffs oder Kraftstoffgemischs. Im Unterschied zu bisher bekannten Verfahren erfolgt die Funktionskontrolle gezielt, planbar und in beliebig programmierbaren Zeitabständen, jeweils für einen ausgewählten Zylinder oder wahlweise abgestuft für alle Zylinder. Dazu bedarf es, im Unterschied zum Stand der Technik, insbesondere nach der DE 39 34 338 A1 , keinem speziellen Anlass, wie zum Beispiel eine bereits eingetretene und erkennbare Störung.
Die DE 39 34 338 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Ottomotoren mit elektrischer Zündeinrichtung und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit denen die Zündparameter und Einspritzparameter für jeden Zylinder vorgebbar sind und mit einer Drehzahlmesseinrichtung, in Kombination mit bekannten anderen Aussetzererkennungsmethoden, die bereits einen Verdacht auf Verbrennungsaussetzer liefern. Nachteilig an diesem Verfahren ist unter anderem, dass sich Motordrehzahlschwankungen bei Netzparallelbetrieb nur sehr schwer nachweisen lassen, da die Drehzahl durch das Netz vorgegeben wird. Eine Leistungsmessung, die geeigneter erscheint, ist nach der DE 39 34 338 A1 nicht vorgesehen. Des Weiteren werden gemäß der DE 39 34 338 A1 Verbrennungsaussetzer über den Klopfsensor gefunden. Wenn die Software, die das gesamte Motormanagement bewerkstelligt, für den ohnehin schon durch ein anderes Erkennungsverfahren verdächtigten Zylinder den Zündwinkel für die folgende Verbrennung nach früh verstellt, soll hierbei ein einmaliges ungefährliches Klopfen zu einem Test provoziert werden. Wenn der Klopfsensor nichts registriert, dann ist das ein zusätzliches Indiz dafür, dass die Zündung keine Verbrennung ausgelöst hat. Nachteilig an dieser Verfahrensweise ist, dass das Erzeugen von „Klopfen” nur bei Brennstoffen funktioniert, die zum Klopfen neigen. Biogas neigt zum Beispiel in keiner Weise zum Klopfen.
Aus der DE 93 11 065 U1 ist eine Schaltungsanordnung zur Flammerkennung für eine Transistorspulenzündung eines Brenners bekannt, die eine Ansteuerstufe aufweist, die einen im Stromkreis der Primärwicklung einer Zündspule liegenden Leistungstransistor ansteuert. Diese Schaltungsanordnung weist eine Schaltungseinrichtung auf, die in einer Flammerkennungsphase den über die Primärwicklung der Zündspule fließenden Ladestrom auf eine Stärke begrenzt, die unter der für die Erzeugung eines Zündfunkens in der Zündphase notwendigen Ladestromstärke liegt. Des Weiteren ist diese Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch eine Auswerteschaltung, die das nach Unterbrechung des über die Primärwicklung der Zündspule fließenden Ladestromes auftretende Signal von der Primärwicklung der Zündspule in ein Anzeigesignal für das Vorliegen oder Fehlen einer Flamme im Brenner verarbeitet.
In der DE 195 26 644 C1 ist ein Verfahren zur Erkennung von defekten Zünd- oder Einspritzvorrichtungen, die für Ottomotoren mit zwei Zündkerzen oder Dieselmotoren mit zwei Einspritzdüsen geeignet sind, beschrieben. Dabei wird vorgeschlagen, zeitweilig eine oder mehrere Zündkerzen oder Einspritzdüsen eines der beiden Steuerkreise abzuschalten, um bei den Zylindern, bei denen eine der Zündkerzen oder Einspritzdüsen ausgesetzt hat, eine vollständige Unterbindung des Verbrennungsvorganges zu erreichen und in bekannter Weise erkennen zu können.
In der WO 94/27043 A1 wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen zur Erfassung von Fehlzündungen vorgeschlagen. Die Zündanlage einer Brennkraftmaschine umfasst hierbei Möglichkeiten, die auf die Primärseite transformierte Brennspannung zu erfassen und eine Bewertung der Zündfunkenbrenndauer und/oder der Zündfunkenbrennspannung in der Art vorzunehmen, dass der Vergleich mit Grenzwerten für eine korrekte Zündung durchgeführt wird. Die Grenzwerte für eine korrekte Zündung werden hierbei aus den gemessenen Größen einer Referenzzündung ermittelt werden. Die Referenzzündung ist die Zündung, die durch das Energiepotential derselben Zündspule ausgelöst wird.
Aus der US 2005/0017724 A1 ist eine Vorrichtung zur Überprüfung einer Zündspule bekannt, umfassend einen Zündersimulator, der eine Schalteinheit und einen Hochspannungsschalter aufweist, sowie eine Funkenstrecke, die mit dem Hochspannungsschalter verbunden ist. Die Schalteinheit ist mit einem Ausgang der primären Seite der Zündspule und einem Triggerelement elektrisch verbunden, das für die Änderung eines Zustandes der ersten Schalteinheit in einem vorbestimmten Intervall vorgesehen ist. Der Hochspannungsschalter umfasst ein erstes Kontaktpaar, das elektrisch mit einem positiven oder negativen Ausgang einer sekundären Wicklung der Zündspule verbunden ist, sowie ein zweites Kontaktpaar, das zu einem anderen positiven oder negativen Ausgang der sekundären Wicklung der Zündspule verbunden ist. Der Hochspannungsschalter arbeitet hauptsächlich synchron mit der Schalteinheit, um jeweils einen der positiven oder negativen Ausgänge der sekundären Wicklung der Zündspule unter Beachtung der einstellbaren Funkenstrecke zu verbinden, um eine Hubphase zu simulieren.
Die vorliegende Erfindung eignet sich für alle Verbrennungsmotoren, unabhängig vom eingesetzten Kraftstoff, das heißt flüssiger oder gasförmiger Art; unabhängig von der Art der Zündung, das heißt, ob mit Fremdzündung oder mit Selbstzündung; unabhängig vom Einbau der Motoren, das heißt stationär oder in Fahrzeugen, und unabhängig vom Hersteller der Motoren sowie unabhängig vom Einbau der Überwachung, ob fest eingebaut oder als tragbares System (zum Beispiel Messkofer). Besonders geeignet ist die Erfindung für Verbrennungsmotoren mit sehr hoher Laufleistung und wenig Stillstandszeiten, zum Beispiel Verbrennungsmotoren in Biogasanlagen, die eine Laufleistung von über 8000 Volllaststunden haben.
Diese Zusatzpatentanmeldung stellt eine Weiterentwicklung der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 dar. Dabei wird die Unterbrechung des Zündstroms zur Zündspule beziehungsweise des Schaltstroms für das Magnetventil der Einspritzdüse dadurch erreicht, indem eine Unterbrechung des Signals zum Auslösen des Zündstroms beziehungsweise des Steuerstroms für das jeweilige Einspritzventil realisiert wird. Zur Steuerung der Unterbrechung ist ein Schaltelement in der Signalleitung angeordnet, wobei dieses Schaltelement durch die Steuereinheit der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung aktiviert werden kann. Hier wird also bereits vor der eigentlichen Zündanlage oder Einspritzanlage das Signal abgefasst und weiterverarbeitet.
Der Erfindung liegt die im Verhältnis zum Hauptpatent präzisierte Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, um die Kosten für die Schaltelemente zu verringern und den Aufwand für die Installation beziehungsweise Nachrüstung zu minimieren. Zugleich sollen mögliche Fehlerquellen, die sich aus dem Einbau der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung ergeben könnten, verringert werden. Mit dem Verfahren soll – im Unterschied zu bisher bekannten Verfahren – eine gezielte, planbare und in beliebigen programmierbaren Zeitabständen vorgesehene Funktionskontrolle, jeweils für einen ausgewählten Zylinder oder wahlweise abgestuft für alle Zylinder, durchführbar sein.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen von Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen wird/werden, nach dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 , wobei zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem

a) die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule, die jeweils eine Zündkerze mit der Zündspannung versorgt, unterbrochen oder ausgesetzt wird,
b) anhand der Leistungsmessung und/oder der Drehzahlmessung und/oder der Laufruhemessung des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt und/oder sich das Laufverhalten und/oder sich die Drehzahl ändert,
c) nach der Prüfung die Stromzufuhr wiederhergestellt wird,
d) die Schritte a) bis c) für jede weitere einzelne Zündspule des Verbrennungsmotors wiederholt werden.

Dabei erfolgt die jeweilige Unterbrechung der Stromzufuhr einer Zündspule durch die gesteuerte Unterbrechung eines Signals, das den Zündstrom freigibt, wobei dieses Signal bereits vor dem Eingang in die elektrische Zündanlage abgegriffen wird. Erfindungsgemäß wird somit bereits vor der eigentlichen Zündanlage das Signal abgefasst und weiterverarbeitet. Vorteilhafterweise kann diese Signalunterbrechung – im Unterschied zu bisher bekannten Verfahren – gezielt, planbar und in beliebigen programmierbaren Zeitabständen, jeweils für einen ausgewählten Zylinder oder wahlweise abgestuft für alle Zylinder, erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Lösung der Aufgabe der Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen wird/werden, nach dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 , wobei zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem

a) die Stromzufuhr zu einem einzelnen elektrischen Einspritzventil der elektrischen Einspritzanlage unterbrochen oder ausgesetzt wird,
b) anhand der Leistungsmessung und/oder der Drehzahlmessung und/oder der Laufruhemessung des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt und/oder sich das Laufverhalten und/oder sich die Drehzahl ändert,
c) nach der Prüfung die Stromzufuhr für die Freigabe des einzelnen elektrischen Einspritzventils wiederhergestellt wird,
d) die Schritte a) bis c) für jedes weitere einzelne Einspritzventil der elektrischen Einspritzanlage wiederholt werden.

Dabei erfolgt die jeweilige Unterbrechung der Stromzufuhr zur Ansteuerung eines Einspritzventils durch die gesteuerte Unterbrechung eines Signals, das den Steuerstrom für das jeweilige Einspritzventil freigibt, wobei dieses Signal bereits vor dem Eingang in die elektrische Einspritzanlage abgegriffen wird. Erfindungsgemäß wird somit bereits vor der eigentlichen Einspritzanlage das Signal abgefasst und weiterverarbeitet. Vorteilhafterweise kann diese Signalunterbrechung – im Unterschied zu bisher bekannten Verfahren – gezielt, planbar und in beliebigen programmierbaren Zeitabständen, jeweils für einen ausgewählten Zylinder oder wahlweise abgestuft für alle Zylinder, erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung der oben genannten Aufgabe besteht in einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen und/oder Einspritzanlagen von Verbrennungsmotoren, nach dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 , die

– eine Leistungsmesseinheit für das Messen der Leistung eines Verbrennungsmotors und/oder eine Messeinheit für das Laufverhalten des Motors und/oder eine Drehzahlmesseinheit,
– ein Schaltelement zum Unterbrechen und Wiederherstellen der Stromzufuhr zu den einzelnen Zündspulen der elektrischen Zündanlage oder den Einspritzventilen des Verbrennungsmotors, wobei das Schaltelement insgesamt geeignet ist, für eine natürliche Anzahl n an Zündspulen oder Einspritzventilen mindestens n + 1 Schaltzustände bereitzustellen, von denen ein Schaltzustand der Betriebszustand ist, in dem die Stromzufuhr zu jeder einzelnen Zündspule oder jedem einzelnen Einspritzventil intakt ist, und die übrigen n Schaltzustände Funktionskontrollzustände sind, in denen die Stromzufuhr zu jeweils nur einer Zündspule oder einem Einspritzventil, das heißt in jedem der n Funktionskontrollzustände zu einer anderen der n Zündspulen oder einem anderen der n Einspritzventile, unterbrochen ist,

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schaltelement als ein Signalunterbrecher ausgebildet, der zwischen einem Signalwandler, der zur Erzeugung eines Freigabesignals für den Zündstrom oder den Einspritzventil-Steuerstrom dient, und einer Stromversorgungssteuereinheit der Zündanlage oder der Einspritzanlage angeordnet werden kann und durch eine Steuereinheit ansteuerbar ist. Damit kann eine Verknüpfung der Signale aus dem Signalgeber und den Anforderungen der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung erfolgen. Hier wird dann speziell das Signal für einen vorher definierten Zylinder ausgewählt und entfernt beziehungsweise gefiltert oder aufgehoben. Mit den anderen Zylindern wird dann ebenso verfahren.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung ist das Schaltelement als ein Impulsgeber ausgebildet, der zwischen einem Signalwandler und einer Steuereinheit angeordnet werden kann. Dabei ist durch die Steuereinheit die Stromversorgungssteuereinheit der elektrischen Zündanlage oder der elektrischen Einspritzanlage ansteuerbar, wodurch nach Übertragung eines Impulses zur Unterbrechung des Freigabesignals durch den Impulsgeber an die Steuereinheit mittels der Steuereinheit die Freigabe des Zündstroms oder des Einspritzventil-Steuerstroms für bestimmte Zylinder des Verbrennungsmotors unterbrochen werden kann.
Der Signalwandler ist in der Regel ein Aufnehmer, der durch auf einer Steuerscheibe angeordnete Signalgeber Steuersignale generiert. Damit ist die Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung mit einer vorteilhaften Signalgenerierungsvorrichtung kombinierbar. Die Steuerscheibe ist zumeist eine Triggerscheibe, auf der als Signalgeber Kerben oder Magnete angeordnet sind. Als Signalgeber kann auch eine Nockenwelle mit einem angebauten Zahnrad als Antrieb dienen. Die Ausbildung der Steuerscheibe als Triggerscheibe mit Kerben beziehungsweise Magneten als Signalgeber stellt eine vorteilhafte Motorsteuerung dar, die mit der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung ebenfalls sehr gut kombinierbar ist. Triggerscheiben und Nockenwellen finden sich an allen Verbrennungsmotoren.
In der Signalleitung sind wesentlich kleinere Ströme zu schalten. Dadurch können die Schaltelemente zum einen kleiner ausgeführt werden. Zum anderen werden in der Regel die Steuersignale für alle Zylinder über eine Signalleitung übermittelt. Damit ist insgesamt nur ein Schaltelement, anstelle von einem Schaltelement je Zylinder, erforderlich. Dadurch lassen sich die Kosten weiter senken. Durch lediglich ein Schaltelement, das zudem nur kleine Ströme schaltet, wird die Störanfälligkeit des Steuersystems insgesamt reduziert.
Zusammenfassend weist die Erfindung folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:

– Dieses erfindungsgemäße Verfahren funktioniert bei Verbrennungsmotoren mit einer oder mehreren Zündkerzen beziehungsweise einer oder mehreren Einspritzdüsen, unabhängig von deren Anzahl.
– Dieses Verfahren bedarf keiner Verstellung eines Einspritzzeitpunktes oder Zündzeitpunktes.
– Die Aussage über einen defekten Zylinder kann wahlweise über eine Leistungsmessung, eine Drehzahlmessung, eine Laufruhemessung und einen Klopfsensor getroffen werden, wobei der Schwerpunkt aber bei der Leistungs- beziehungsweise Drehzahlmessung liegt.
– Eine Messung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, im Unterschied zum Stand der Technik, insbesondere der DE 195 26 644 A1 , nicht erforderlich.
– Es geht bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise, im Unterschied zur DE 195 26 644 A1 , nicht um eine Korrektur der Einspritzmenge oder des Zündzeitpunktes, sondern um die Erkennung von defekten Zündkerzen oder Einspritzdüsen.
– Es geht bei dieser Verfahrensweise um eine grundsätzliche Überwachung, planmäßig in regelmäßigen Abständen und nicht auf Verdacht, wenn schon ein Zylinder offensichtlich Probleme verursacht, wie in der DE 39 34 338 A1 beschrieben ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung mit Signalunterbrecher an einer elektrischen Zündanlage und
2: eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung mit Signalunterbrecher an einer elektrischen Einspritzanlage.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 zum Überwachen der Funktion einer elektrischen Zündanlage 2 eines Verbrennungsmotors. Die elektrische Zündanlage 2 umfasst neben einer Stromversorgungseinheit 3 mehrere Zündspulen 4, die durch Stromversorgungsleitungen 15 mit der Stromversorgungseinheit 3 verbunden sind. Jede Zündspule 4 versorgt jeweils eine Zündkerze 5 mit der Zündspannung. Die Zündkerzen 5 sind gemäß 1 den Zylindern 6 zugeordnet, so dass jeweils eine Zündkerze 5 in der Lage ist, in jeweils einem Zylinder 6 den Zündvorgang auszulösen. In der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 ist gemäß 1 eine Leistungsmessung 7, eine Drehzahlmessung 8, eine Messeinheit für das Laufverhalten des Motors 9 (Laufruhemessung 9) sowie gegebenenfalls eine Klopfregelung 10 vorgesehen. Maßgeblich ist bei Motoren im Netzparallelbetrieb die Leistungsmessung 7, bei anderen Motoren die Drehzahlmessung 8 oder Leistungsmessung 7; die Klopfregelung 10 spielt hier eher eine untergeordnete Rolle und ist in der Regel verzichtbar. Alle Messgeräte beziehungsweise Sensoren 7, 8, 9, 10 und die elektrische Zündanlage 2 sind mit einer gemeinsamen Steuereinheit 11 verbunden. Soweit gleicht die Darstellung der 1 der Hauptpatentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2009 046 097.7 . Die Steuereinheit 11 weist einen Ausgang 12 auf, von dem eine Verbindungsleitung 13a zu einem Signalunterbrecher 14 als einziges Schaltelement 14 führt. Der Signalunterbrecher 14 dient dazu, die Signalleitung 25 zur Ansteuerung der Stromversorgungseinheit 3 der elektrischen Zündanlage 2 zielgerichtet zu unterbrechen und wieder zu schließen. Die Signalerzeugung für die Freigabe des Zündstromes kann durch Signalgeber 26, die in Form von Kerben 26 oder Magnete (in 1 nicht dargestellt) auf einer mit der Kurbelwelle 27 beziehungsweise Nockenwelle 27 rotierenden Triggerscheibe 28 (als Steuerscheibe 28) ausgebildet sind, erfolgen. Ein als Aufnehmer 29 (Pickup) ausgeführter Signalwandler 29 wandelt das Signal, das durch den sich verändernden Abstand zwischen Aufnehmer und Triggerscheibe 28 im Bereich der Kerben 26 oder Magnete entsteht, in ein optisches beziehungsweise elektrisches Signal um, das dann an die Stromversorgungssteuereinheit 3 der Zündanlage 2 mittels Signalleitung 25 über den Signalunterbrecher 14 weitergeleitet wird. Die Signalerzeugung für die Zündstromfreigabe mittels Triggerscheibe 28 ist eine bekannte Vorrichtung zur Motorsteuerung.
Aus dem Aussetzen der Zündung durch den Signalunterbrecher 14 kann die Leistungsreduktion und/oder die Drehzahlreduktion und/oder die Laufruhe und/oder (gegebenenfalls) die Klopfregelung des Motors mittels der Sensoren 7, 8, 9, 10 ermittelt werden. Wenn durch die Steuereinheit 11 gezielt Zündungen in einem Zylinder 6 ausbleiben, ist es möglich, durch Vergleich der Werte für Leistung und/oder Drehzahl und/oder Laufruhe und/oder Klopfregelung bei ausgesetzter Zündung in einzelnen Zylindern 6 Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit jedes dieser einzelnen Zylinder 6, insbesondere die Funktion der Fremdzündung des jeweiligen Zylinders 6, zu ziehen.
Gemäß der Anordnung in 1 kann der Erfindungsgedanke in der Weise umgesetzt werden, dass bei einer Funktionskontrolle über die Steuereinheit 11 der Signalunterbrecher 14 so angesteuert wird, dass nacheinander die Signale, die in der Stromversorgungseinheit 3 zur Auslösung beziehungsweise Freigabe des Zündstroms an den einzelnen Zündspulen 4 führen, unterbrochen werden, wobei pro Zündfolge jeweils immer die Auslösung/Freigabe für eine andere Zündspule 4 unterbrochen wird. Somit wird in den einzelnen Zylindern 6 für eine gewisse Zeit der Zündfunken und damit die Zündung ausgesetzt. Auf diese Weise wird das Kraftstoff-Luftgemisch für den in der Zündfolge vorgesehenen Zylinder 6 nicht gezündet. Durch die so realisierte Aussetzung der Fremdzündung können die in 1 der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 dargestellen Schaltelemente in den Stromversorgungsleitungen 15 entfallen, da der Signalunterbrecher 14 selbst als Schaltelement 14 fungiert, das in der Lage ist, die Zündung für jede einzelne Zündkerze 5 zu unterbinden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Schaltelement 14 aber auch in Form eines Impulsgebers 14 vorgesehen sein, der eine Funktionskontrolle dadurch auslöst, indem er das Signal des Aufnehmers in einen Impuls umwandelt, der über die Verbindungsleitung 13b an die Steuereinheit 11 weitergeleitet wird. Die Steuereinheit 11 erzeugt dann ein Signal, das dann über die Verbindungsleitung 13c an die Stromversorgungseinheit 3 weitergeleitet wird und die Freigabe des Zündstroms für eine bestimmte Zündspule 4 blockiert.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 für Verbrennungsmotoren mit Einspritzventilen und Selbstzündung. Die Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 ist sowohl für Systeme der Direkteinspritzung von Kraftstoffen als auch für Systeme mit einer sogenannten Common-Rail-Einspritzung geeignet. Bei der Common-Rail-Einspritzung, die auch „Speichereinspritzung” genannt wird, handelt es sich um Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe 17 den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Kraftstoffleitungssystem 18, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht.
Die (Common-Rail-)Einspritzanlage 16 gemäß 2 umfasst eine Kraftstoffpumpe 17, von der eine Kraftstoffleitung 18 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 19 (Rail) führt. Dieser Kraftstoff-Hochdruckspeicher 19 verfügt über Kraftstoffleitungsabgänge 20 zur Versorgung der einzelnen Zylinder 6 mit Kraftstoff. Die Kraftstoffleitungen 18, die von den Kraftstoffleitungsabgängen 20 ausgehen, führen über jeweils ein Einspritzventil 21 zum entsprechenden Zylinder 6. Das Einspritzventil 21 (Injektor) ist ein Magnetventil 21, das elektrisch betrieben wird. Dazu weist die Einspritzanlage 16 ein Steuergerät 22 mit Stromversorgungsabgängen 23 auf, bei dem von den Stromversorgungsabgängen 23 die Stromversorgungsleitungen 15 für die Stromversorgung der einzelnen Einspritzventile 21 beziehungsweise die Steuerleitungen 15, die die Einspritzventile 21 jeweils öffnen, ausgehen.
Die Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 weist gemäß 2 eine Steuereinheit 11 auf, die mit einer Leistungsmesseinheit 7, einer Drehzahlmesseinheit 8, einer Messeinheit für das Laufverhalten des Motors 9 (Laufruhemessung 9) und einem Klopfsensor 10 verbunden ist. Soweit gleicht die Darstellung der 2 der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 .
Die Steuereinheit 11 weist einen Ausgang 12 auf, von dem eine Verbindungsleitung 13a zum als Signalunterbrecher 14 ausgeführten Schaltelement 14 führt. Mittels des Signalunterbrechers 14 kann die zur Stromversorgungssteuereinheit 22 führende Signalleitung 25 für die Freigabe der Stromversorgung des Einspritzventils 21 unterbrochen werden. Die Signalerzeugung erfolgt wiederum durch Kerben 26 oder Magnete auf einer mit der Kurbelwelle 27 beziehungsweise Nockenwelle 27 rotierenden Triggerscheibe 28. Ein Aufnehmer 29 (Pickup) wandelt das Signal in ein optisches beziehungsweise elektrisches Signal um, das dann an die Stromversorgungssteuereinheit 22 mittels Signalleitung 25 über Signalunterbrecher 14 weitergeleitet wird. Die Signalerzeugung mittels Triggerscheibe 28 ist eine bekannte Vorrichtung zur Motorsteuerung und kann mit der Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung 1 vorteilhaft kombiniert werden. Als Signalgeber 26 kann auch eine Nockenwelle 27 mit einem angebauten Zahnrad als Antrieb dienen.
Mittels der Steuereinheit 11 und dem Signalunterbrecher 14 kann gezielt das Signal zum Öffnen des jeweiligen Einspritzventils 21 ausgesetzt werden. Durch die so realisierte Aussetzung der Kraftstoffeinspritzung können die in 2 der Hauptpatentanmeldung DE 10 2009 046 097.7 dargestellen einzelnen Schaltelemente in den Stromversorgungsleitungen entfallen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Schaltelement 14 aber auch in Form eines Impulsgebers 14 vorgesehen sein, der eine Funktionskontrolle dadurch auslöst, indem er einen Impuls aussendet, der über die Verbindungsleitung 13b an die Steuereinheit 11 weitergeleitet wird. Die Steuereinheit 11 weist auch eine Datenverbindung 24 zur Stromversorgungssteuereinheit 22 der Einspritzanlage 16 auf. Die Steuereinheit 11 erzeugt dann ein Signal, das dann über die Datenverbindung 24 an die Stromversorgungseinheit 22 weitergeleitet wird und die Freigabe der Stromversorgung für ein bestimmtes Einspritzventil 21 blockiert.
Mit der somit bewirkten zeitweiligen Aussetzung der Kraftstoffzufuhr für die einzelnen Zylinder kann die Steuereinheit 11 durch Vergleich der durch die Sensoren 7, 8, 9, 10 ermittelten Werte von ausgesetzter Kraftstoffzufuhr und Kraftstoffzufuhr im Normalbetrieb Fehler an der Einspritzanlage 16 zylinderspezifisch ermitteln.
Für 1 als auch für 2 kann der Signalunterbrecher 14 jeweils in die Steuereinheit 11 oder in die Stromversorgungssteuereinheit 3, 22 integriert sein.
Die Ergebnisse der einzelnen Messungen durch die Sensoren 7, 8, 9, 10 werden an die Steuereinheit 11 weitergeleitet, dort verglichen und ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertung können in einem Display (nicht dargestellt) zur Anzeige gebracht werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung
2: elektrische Zündanlage
3: Stromversorgungseinheit, Stromversorgungssteuereinheit der Zündanlage 2
4: Zündspule
5: Zündkerze
6: Zylinder
7: Leistungsmessung, Leistungsmesseinheit, Messgerät, Sensor
8: Drehzahlmessung, Drehzahlmesseinheit, Messgerät, Sensor
9: Messeinheit für das Laufverhalten des Motors, Laufruhemessung, Messgerät, Sensor
10: Klopfregelung, Sensor, Klopfsensor
11: Steuereinheit
12: Ausgang der Steuereinheit 11
13a: Verbindungsleitung
13b: Verbindungsleitung (zwischen Impulsgeber und Steuereinheit 11)
13c: Verbindungsleitung (zwischen Steuereinheit 11 und Stromversorgungseinheit 3)
14: Schaltelement, Signalunterbrecher, Impulsgeber
15: Stromversorgungsleitung, Steuerleitung
16: (Common-Rail-)Einspritzanlage
17: Kraftstoffpumpe, Hochdruckpumpe
18: Kraftstoffleitung, Kraftstoffleitungssystem
19: Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail)
20: Kraftstoffleitungsabgänge
21: Einspritzventil (Injektor), Magnetventil
22: Steuergerät der Einspritzanlage 16, Stromversorgungssteuereinheit
23: Stromversorgungsabgänge
24: Datenverbindung
25: Signalleitung
26: Signalgeber, Kerbe
27: Nockenwelle, Kurbelwelle
28: Triggerscheibe, Steuerscheibe
29: Signalwandler, Aufnehmer (Pickup)

Claims

Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen (2) von Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen wird/werden, wobei zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem a) die Stromzufuhr zu einer einzelnen Zündspule (4), die jeweils eine Zündkerze (5) mit der Zündspannung versorgt, unterbrochen oder ausgesetzt wird, b) anhand der Leistungsmessung (7) und/oder der Drehzahlmessung (8) und/oder der Laufruhemessung (9) des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt und/oder sich das Laufverhalten und/oder sich die Drehzahl ändert, c) nach der Prüfung die Stromzufuhr wiederhergestellt wird, d) die Schritte a) bis c) für jede weitere einzelne Zündspule (4) des Verbrennungsmotors wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Unterbrechung der Stromzufuhr einer Zündspule (4) durch die gesteuerte Unterbrechung eines Signals, das den Zündstrom freigibt, erfolgt, wobei dieses Signal bereits vor dem Eingang in die elektrische Zündanlage (2) abgegriffen wird.
Verbrennungsmotorüberwachungsverfahren zum Überwachen der Funktion elektrischer Einspritzanlagen (16) von Verbrennungsmotoren, bei dem die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder die Laufruhe des Verbrennungsmotors gemessen wird/werden, wobei zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Funktionskontrolle erfolgt, indem a) die Stromzufuhr zu einem einzelnen elektrischen Einspritzventil (21) der elektrischen Einspritzanlage (16) unterbrochen oder ausgesetzt wird, b) anhand der Leistungsmessung (7) und/oder der Drehzahlmessung (8) und/oder der Laufruhemessung (9) des Verbrennungsmotors eine Prüfung erfolgt, ob es durch die Unterbrechung der Stromzufuhr eine Leistungsänderung gibt und/oder sich das Laufverhalten und/oder sich die Drehzahl ändert, c) nach der Prüfung die Stromzufuhr für die Freigabe des einzelnen elektrischen Einspritzventils (21) wiederhergestellt wird, d) die Schritte a) bis c) für jedes weitere einzelne Einspritzventil (21) der elektrischen Einspritzanlage (16) wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Unterbrechung der Stromzufuhr zur Ansteuerung eines Einspritzventils (21) durch die gesteuerte Unterbrechung eines Signals, das den Steuerstrom für das Einspritzventil (21) freigibt, erfolgt, wobei dieses Signal bereits vor dem Eingang in die elektrische Einspritzanlage (16) abgegriffen wird.
Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung (1) zum Überwachen der Funktion elektrischer Zündanlagen (2) und/oder Einspritzanlagen (16) von Verbrennungsmotoren, umfassend – eine Leistungsmesseinheit (7) für das Messen der Leistung eines Verbrennungsmotors und/oder eine Messeinheit für das Laufverhalten des Motors (9) und/oder eine Drehzahlmesseinheit (8), – ein Schaltelement (14) zum Unterbrechen und Wiederherstellen der Stromzufuhr zu den einzelnen Zündspulen der elektrischen Zündanlage (2) oder den Einspritzventilen (21) des Verbrennungsmotors, wobei das Schaltelement (14) insgesamt geeignet ist, für eine natürliche Anzahl n an Zündspulen (4) oder Einspritzventilen (21) mindestens n + 1 Schaltzustände bereitzustellen, von denen ein Schaltzustand der Betriebszustand ist, in dem die Stromzufuhr zu jeder einzelnen Zündspule (4) oder jedem einzelnen Einspritzventil (21) intakt ist, und die übrigen n Schaltzustände Funktionskontrollzustände sind, in denen die Stromzufuhr zu jeweils nur einer Zündspule (4) oder einem Einspritzventil (21), das heißt in jedem der n Funktionskontrollzustände zu einer anderen der n Zündspulen (4) oder einem anderen der n Einspritzventile (21), unterbrochen oder ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als einziges Schaltelement (14) zum Unterbrechen und Wiederherstellen der Stromzufuhr zu den einzelnen Zündspulen (4) oder den Einspritzventilen (21) ein Schaltelement (14) vorgesehen ist, das dazu geeignet ist, ein Signal zu unterbrechen oder die Unterbrechung des Signals auszulösen, welches den Zündstrom oder den Einspritzventil-Steuerstrom freigibt.
Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (14) als ein Signalunterbrecher (14) ausgebildet ist, der zwischen einem Signalwandler (29), der zur Erzeugung eines Freigabesignals für den Zündstrom oder den Einspritzventil-Steuerstrom dient, und einer Stromversorgungssteuereinheit (3, 22) der Zündanlage (2) oder der Einspritzanlage (16) angeordnet werden kann und durch eine Steuereinheit (11) ansteuerbar ist.
Verbrennungsmotorüberwachungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (14) ein Impulsgeber (14) ist, der zwischen einem Signalwandler (29) und einer Steuereinheit (11) angeordnet werden kann, wobei durch die Steuereinheit (11) die Stromversorgungssteuereinheit (3, 22) der Zündanlage (2) oder der Einspritzanlage (16) ansteuerbar ist, wodurch nach Übertragung eines Impulses zur Unterbrechung des Freigabesignals durch den Impulsgeber (14) an die Steuereinheit (11) mittels der Steuereinheit (11) die Freigabe des Zündstrom oder des Einspritzventil-Steuerstroms für bestimmte Zylinder (6) des Verbrennungsmotors unterbrochen werden kann.