DE102018208233A1

DE102018208233A1 - Verfahren zur automatischen Kompressionsprüfung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102018208233A1
Application number: DE102018208233.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Grasreiner; Martin Dippel; Thomas Eping
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28
Also published as: WO2019224051A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur automatischen Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Anzahl an Brennkammern umfasst, die insbesondere über eine Kurbelwelle mechanisch miteinander in Verbindung stehen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem Schritt a) das Starten der Verbrennungskraftmaschine (S1) mittels eines Anlassers oder eines Startergenerators, wobei während des Drehens der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine durch den Anlasser oder durch den Riemen vom Startergenerator die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer deaktiviert wird. In einem Schritt b) erfolgt das Erfassen (S2) von Laufunruhewerten (LUR) der Anzahl an Brennkammern während des Drehens der Kurbelwelle. Des Weiteren umfasst der Schritt c) die Auswertung (S3) der erfassten Laufunruhewerte (LUR), wobei die Auswertung einen Vergleich eines aus den erfassten Laufunruhewerten (LUR) ermittelten Diagnosewerts (DW) mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert umfasst. Schließlich wird in einem Schritte d) die Ausgabe (S4) einer Fehlerinformation vorgenommen, die das Vorliegen eines Kompressionsverlusts in einem der Zylinder repräsentiert, wenn der Vergleich ergibt, dass der Analysewert größer als der zumindest eine vorgegebene Schwellwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Anzahl an Brennkammern umfasst, die insbesondere über eine Kurbelwelle mechanisch miteinander in Verbindung stehen.
Bei Verbrennungskraftmaschinen wird chemische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Hierzu wird in den Brennkammern eines jeweiligen Zylinders ein zündfähiges Gemisch aus einem Kraftstoff und Luft verbrannt und Verbrennungswärme erzeugt. Die Wärmeausdehnung des so entstehenden Heißgases wird genutzt, um einen Kolben zu bewegen. Verbrennungskraftmaschinen, die dieses Prinzip der inneren Verbrennung nutzen, sind Otto- und Dieselmotoren.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung wird nach jedem Arbeitsspiel das beteiligte Gas gewechselt, also Abgas ausgestoßen und frisches Gemisch (Frischgas) zugeführt. Moderne Verbrennungskraftmaschinen verdichten das Gas zunächst, dann wird es bei hohem Druck verbrannt und wieder entspannt. Das Gas verrichtet mechanische Arbeit und kühlt sich dabei ab. Grundlegend für die Funktion der Verbrennungskraftmaschine ist, dass wegen der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs die Ausdehnung bei höherem Druck geschieht als das Verdichten.
Eine Verbrennungskraftmaschine weist somit einen Zyklus auf, während dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch (im Falle eines Ottomotors) bzw. Luft (im Falle eines Dieselmotors) in der jeweiligen Brennkammer verdichtet wird. Dieser Zyklus ist die notwendige Vorbereitung der Verbrennungspartner für die spätere Entflammung. Ist die Kompression, beispielsweise durch mechanische Defekte der Verbrennungskraftmaschine, gestört, so kann keine ordnungsgemäße Verbrennung und damit keine gleichmäßige Drehmomenterzeugung stattfinden. Der Kompressionswert stellt damit einen Basiskennwert für den Gesundheitszustand einer Verbrennungskraftmaschine dar.
Der Kompressionswert kann überprüft werden, indem an eine definierte Öffnung der Brennkammer ein mechanischer Druckmessschreiber eingesetzt wird, der die Brennkammer gegen die Umgebung abdichtet. Als definierte Öffnung wird beim Ottomotor üblicherweise die für eine Zündkerze vorgesehene Ausnehmung genutzt. Dann wird die Verbrennungskraftmaschine ohne Kraftstoffeinspritzung durch einen Anlasser oder einen Startergenerator gedreht. Erhaltene Werte aus dem sog. „Mototest“ werden mit einem Referenzwert auf Abweichungen verglichen.
Die Kompressionsprüfung stellt eine manuell durchzuführende Tätigkeit dar, die eine Teilzerlegung der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise den sequentiellen Ausbau der Zündkerzen aller Zylinder, erfordert. Dies ändert das grundsätzliche Verhalten der Verbrennungskraftmaschine, da diese verfahrenstechnisch hinterher nicht mehr dem der vorherigen Verbrennungskraftmaschine vor Zerlegung entspricht. Die Durchführung manuell durchzuführender Schritte weist eine Fehleranfälligkeit und insbesondere eine mittelmäßige Reproduzierbarkeit der Messungen auf. Dies umfasst insbesondere das Ablesen von Messwerten, das Aufschreiben von Messwerten, die Interpretation von Messwerten sowie die an der Verbrennungskraftmaschine vorliegenden Randbedingungen, wie Umgebungstemperatur, Motortemperatur, Motoröltemperatur und dergleichen. Gewonnene manuelle Messwerte können darüber hinaus nicht bei der Entwicklung und Verbesserung der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden, da die Überprüfung in der Regel in einer Werkstatt und damit verstreut über verschiedene Standorte erfolgt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine automatische Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Verfahren zur automatischen Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks vorgeschlagen. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Anzahl an Brennkammern, die insbesondere über eine Kurbelwelle mechanisch miteinander in Verbindung stehen. Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann unabhängig von der Anzahl an Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Ebenso eignet sich das Verfahren sowohl zur Durchführung an Ottomotoren als auch an Dieselmotoren. Die Anzahl an Brennkammern kann beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf betragen. Auch Verbrennungskraftmaschinen mit von der beispielhaft genannten Anzahl an Brennkammern abweichenden Brennkammeranzahlen können durch das erfindungsgemäße Verfahren auf Kompressionsverluste untersucht werden.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Startens der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Anlassers oder eines Startergenerators, wobei während des Drehens, insbesondere der Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine durch den Anlasser oder den Startergenerator die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer deaktiviert wird. Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt des Erfassens von Laufunruhewerten bzw. Drehungleichförmigkeiten der Anzahl an Brennkammern während des Drehens, insbesondere der Kurbelwelle. Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt der Auswertung der erfassten Laufunruhewerte, wobei die Auswertung einen Vergleich eines aus den erfassten Laufunruhewerten ermittelten Diagnosewerts mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert umfasst. Schließlich umfasst das Verfahren den Schritt der Ausgabe einer Fehlerinformation, die das Vorliegen eines Kompressionsverlusts in einem der Zylinder repräsentiert, wenn der Vergleich ergibt, dass der Analysewert größer als der zumindest eine vorgegebene Schwellwert ist.
Das Verfahren ermöglicht eine automatische, zeiteffiziente und reproduzierbare Kompressionsprüfung, z.B. im Servicetester. Das Verfahren arbeitet auf Basis vorhandener Steuergerätefunktionen der Verbrennungskraftmaschine, nämlich der Erkennung von Verbrennungsaussetzern, welche gesetzlich gefordert ist und die Auswertung der Drehungleichförmigkeit zwischen einzelnen Zylindern erfordert. Diese Auswertung der Drehungleichförmigkeit ist als Laufunruhe bekannt. Die Laufunruhewerte werden in der Kompressionsprüfung ausgewertet, indem ein Vergleich eines aus den erfassten Laufunruhewerten ermittelten Diagnosewerts mit einem oder mehreren vorgegebenen Schwellwerten vorgenommen wird. Das Ergebnis des Vergleichs ermöglicht den zuverlässigen Schluss, ob ein Kompressionsverlust in einem der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine vorliegt oder nicht.
Das Auffinden einer zu geringen Kompression in einer Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine basiert auf der Laufunruhe, welche sich ändert, wenn einer der Zylinder Kompressionsverluste aufweist.
Das Verfahren ermöglicht damit eine frühe Erkennung der Basisgesundheit der Kompression des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks. Dadurch können insbesondere Gewährleistungskosten reduziert werden. Das Verfahren erfordert keine Teilzerlegung der Verbrennungskraftmaschine. Das Diagnoseurteil weist eine hohe Robustheit und insbesondere eine gute Reproduzierbarkeit auf. Insbesondere ist eine Messwerterückführung in die Entwicklung möglich, indem ein aus dem Verfahren resultierendes Protokoll, z.B. des Servicetesters, an den Hersteller der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird. Ferner können Instandsetzungsarbeiten durch den Servicetester auf einfache Weise gesteuert werden.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Ermittlung des Diagnosewerts die Erfassung eines aus den erfassten Laufunruhewerten ermittelten Differenzwerts während einer Anzahl an Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst. Insbesondere ergibt sich der Differenzwert aus der Differenz des Maximums aus den Laufunruhewerten aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abzüglich des Minimums aus den Laufunruhewerten aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Anzahl an Umdrehungen in Schritt a) größer als 2 ist. Es sind somit für die Erfassung der Laufunruhewerte der Anzahl an Brennkammern mindestens drei Umdrehungen erforderlich. Dadurch kann das Verfahren robust gemacht werden, da Fälle fehlerhafter Laufunruhewerterfassung eliminiert werden können.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Laufunruhewerte erst nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der Kurbelwelle erfasst werden. Es ist zweckmäßig, wenn die vorgegebene Mindestdrehzahl wenigstens 140 Umdrehungen pro Minute (U/min) und insbesondere mehr als 300 U/min umfasst. Das Erfassen der Laufunruhewerte erst nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der Kurbelwelle basiert auf der Beobachtung, dass bei fehlerhaften Kompressionswerten in einer Brennkammer Oszillationen auftreten, wobei durch die Durchführung der Erfassung der Laufunruhewerte bei einer hohen Drehzahl die Analyse der Laufunruhewerte sehr robuste und zuverlässige Ergebnisse gewährleistet. Ferner kann dadurch sichergestellt werden, dass tatsächlich eine Erfassung des Kompressionsdrucks der Zylinder und nicht eventuell unvermeidliche Verluste gemessen werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Höhe des zumindest einen Schwellwerts abhängig von einer Öltemperatur variiert wird. Hierdurch können beispielsweise in Abhängigkeit von der vorherrschenden Öltemperatur jeweilige Reibungsverluste, die Einfluss auf die Höhe des ermittelten Diagnosewerts haben können, berücksichtigt werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Höhe des zumindest einen Schwellwerts abhängig von einer Kühlmitteltemperatur gemacht wird. Auch hierdurch können jeweilige, von der Kühlmitteltemperatur abhängige Reibungsverluste berücksichtigt werden. Auch hierdurch kann die Robustheit des Verfahrens verbessert werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung werden die erfassten Laufunruhewerte der Anzahl an Brennkammern mit einem brennkammerindividuell vorgegebenen Schwellwert verglichen. Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Höhe des brennkammerindividuellen Schwellwerts abhängig von dessen Position in der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Diesem Vorgehen liegt die Überlegung zugrunde, dass das Kompressionsverhalten und das Verhalten der „natürlich“ vorhandenen Laufunruhe jeweiliger Zylinder abhängig von deren (physikalischer) Position in der Verbrennungskraftmaschine ist. Beispielsweise können die Schwellwerte der äußeren Zylinder anders gewählt werden als die Schwellwerte der inneren Zylinder, wenn von einem Reihenmotor ausgegangen wird.
Alternativ können die brennkammerindividuellen Schwellwerte gleich groß gewählt sein.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Laufunruhewerte ab dem Fremdstart bzw. Drehen der Kurbelwelle erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit erfasst werden. Die vorgegebene Zeit kann grundsätzlich frei gewählt werden. Es ist jedoch zweckmäßig, diese zwei Sekunden bis drei Sekunden ab dem Fremdstart bzw. Drehen der Kurbelwelle zu wählen. Hierdurch können die während des Transitionsvorgangs vom Stillstand bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl erfassten Messwerte, die für die Laufunruhemessung irrelevant bzw. nicht aussagekräftig sind, unberücksichtigt bleiben.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Laufunruhewerte bei einer Motortemperatur erfasst werden, die höher als ein vorgegebener Schwellwert ist. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Motortemperatur 45°C oder höher ist.
Ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass dieses vor einem (insbesondere jedem) Start der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden kann. Es ist sogar möglich, das Verfahren während des Fahrbetriebs, insbesondere im Fahrzustand Segeln, in dem die Verbrennungskraftmaschine vom Getriebe und den weiteren Antriebskomponenten entkoppelt und deaktiviert ist, durchzuführen. Dies kann dabei derart erfolgen, dass die Durchführung des Verfahrens unbemerkt von einem Fahrer kurz vor dem Neustart der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird. Darüber hinaus kann das Verfahren auch im Rahmen einer Werkstattprüfung unter Nutzung eines Werkstatttesters durchgeführt werden.
Es wird ferner ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft. Der digitale Computer kann beispielsweise eine Steuer- und Recheneinheit des Fahrzeugs sein. Der digitale Computer kann auch eine fahrzeugexterne Recheneinheit, insbesondere eines Motortester sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem tragbaren Datenträger, wie z.B. einer DVD, einer CD-ROM oder einem USB-Speicherstick verkörpert sein. Ebenso kann das Computerprogrammprodukt als ein über ein drahtloses oder leitungsgebundenes Netzwerk ladbares Signal vorliegen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 einen schematischen Programmablaufplan, der das prinzipielle Vorgehen des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert;
2 eine Darstellung, welche die logische Unterteilung eines schematischen Kurbelwellen-Rads abhängig von der Anzahl der Zylinder zur Erfassung von Laufunruhewerten illustriert;
3 eine Tabelle, welche die Auswirkung einer zu geringen Kompression auf die Laufunruhewerte in einem Vierzylindermotor illustriert;
4 ein Diagramm, das den zeitabhängigen Verlauf der Laufunruhewerte für einen Vierzylindermotor darstellt, wobei in einem der Zylinder eine zu geringe Kompression vorliegt;
5 eine schematische Darstellung, die die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Diagnosewerte relativ zu zylinderabhängig festgelegten Schwellwerten illustriert, wobei die Verbrennungskraftmaschine keinen Kompressionsverlust aufweist; und
6 eine schematische Darstellung, die die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Diagnosewerte relativ zu zylinderabhängig festgelegten Schwellwerten illustriert, wobei für verschiedene Motoren in wenigstens einem Zylinder ein Kompressionsverlust herbeigeführt wurde.

1 zeigt den prinzipiellen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks. Das Verfahren kann unabhängig von der Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Die Anzahl an Zylindern kann beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf betragen. Das Verfahren kann bei Ottomotoren oder bei Dieselmotoren zum Einsatz kommen. Das Verfahren könnte auch in einem Wankelmotor zur Anwendung kommen.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ermöglicht eine Prüfung, ob die Verbrennungskraftmaschine Kompressionsverluste aufweist, welche die spätere Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs (bei einem Ottomotor) oder von Luft (bei einem Dieselmotor) in nachteiliger Weise beeinträchtigt. Bei gestörter Kompression können keine ordnungsgemäße Verbrennung und damit keine gleichmäßige Drehmomentenerzeugung durch die Verbrennungskraftmaschine stattfinden. Ein Kompressionsverlust kann durch mechanische Defekte hervorgerufen sein, beispielsweise bei einer fehlerhaften Installation einer Zylinderkopfdichtung, Defekten an Kolbenringen oder einer fehlerhaften Installation von Einlass- oder Auslassventilen während der Produktion der Verbrennungskraftmaschine. Die Folgen derartiger Fehler können aufgrund der unsteten Kompression eine unruhige Motordrehzahl, ein lautes Motorgeräusch, verringerte Leistungsabgabe und Fehlzündungen sein.
Das Verfahren ermöglicht das Vorliegen eines Kompressionsverlusts in einer Brennkammer eines Zylinders auf einfache und schnelle Weise. Das Verfahren kann beispielsweise bei der Endmontage des Motors, aber auch im Rahmen einer Wartung in der Werkstatt und sogar im regulären Fahrbetrieb beim oder am Ende des Zustands „Segeln“ durchgeführt werden.
Die Erkennung von Kompressionsverlusten basiert erfindungsgemäß auf der Erkennung von Drehzahlschwankungen (sog. engine speed roughness) im Falle eines ausbleibenden Verbrennungsmoments, wobei die Drehzahlschwankungen eine Folge von Kompressionsabweichungen sind.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Starten der Verbrennungskraftmaschine. Das Starten der Verbrennungskraftmaschine erfolgt in bekannter Weise mittels eines Anlassers oder eines Startergenerators. Während des Drehens der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine durch den Anlasser oder den Startergenerator wird die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer deaktiviert.
Das Starten der Verbrennungskraftmaschine erfolgt insbesondere nur dann, wenn bestimmte thermische Randbedingungen erfüllt sind. Eine der thermischen Randbedingungen besteht darin, dass die Motortemperatur höher als ein vorgegebener Schwellwert ist. Der Schwellwert kann beispielsweise bei 45°C oder höher gewählt sein. Dadurch, dass das Starten der Verbrennungskraftmaschine bei deaktivierter Einspritzung erst bei Vorliegen einer bestimmten Motortemperatur erfolgt, kann eine höhere Genauigkeit der automatischen Kompressionsprüfung erzielt werden.
Die Kompressionsprüfung basiert auf der Überlegung, dass sich der in einem betrachteten Zylinder vorherrschende Druck bis zum Zünd-OT (ZOT) bis auf ein Maximum aufbaut und anschließend, da kein Kraftstoff eingespritzt wird, in gleicher Weise wieder abbaut („Gasfeder“). Demgegenüber würde bei einer Brennkammer, die einen Kompressionsverlust aufweist, zum einen beim ZOT ein geringerer Druck erreicht werden, wobei der Druckaufbau bis zum ZOT und Druckabbau ab dem ZOT, bezogen auf den ZOT, ebenfalls annähernd symmetrisch.
Für die Beurteilung eines Kompressionsverlustes ist der Druckbereich, in dem dieser bis zum ZOT ansteigt, von Bedeutung. Aufgrund des Umstands, dass bei fehlender Einspritzung und Verbrennung von Kraftstoff die abfallende Druckflanke nach dem ZOT den im Wesentlichen gleichen, lediglich gespiegelten, Verlauf aufweist, kann auch eine Auswertung der abfallenden Druckflanke erfolgen. Diesen Umstand macht sich das vorliegende Verfahren zu Nutze, da eine bereits vorhandene Routine der Motorsteuerung genutzt werden kann. Entsprechend erfolgt in Schritt S2 während des Drehens der Kurbelwelle das Erfassen von Laufunruhewerten LUR der Anzahl an Zylindern. Die Laufunruhewerte LUR werden durch ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine (der Motorsteuerung) zur Auswertung einer Drehungleichförmigkeit zwischen einzelnen Zylindern erfasst und deren Erfassungswerte im vorliegenden Verfahren genutzt.
Die Erfassung der Laufunruhe LUR, beispielhaft gemäß der Formel ${LUR}_{n} = \frac{t_{n} - t_{n - 1} - t_{c}}{t_{n}^{3}}$
basiert darauf, dass eine durch einen Kompressionsverlust eines oder mehrerer Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine eine Drehzahlschwankungen hervorgerufen wird, die proportional zur Veränderung einer Winkelbeschleunigung ist. In dieser Formel bezeichnen t_n und t_n-1 sog. Segmentzeiten sowie t_c eine konstante Zeit. Die Laufunruhe LUR_n korreliert die aktuelle Segmentzeit t_n mit der vorherigen Segmentzeit t_n-1 . Somit können mittels der Laufunruhe LUR Relativanstiege der Zeitmessungen erfasst werden. Weist die Verbrennungskraftmaschine keine Kompressionsverluste auf, so sind die Unterschiede zwischen den Winkelbeschleunigungen der einzelnen Zylinder nahezu Null. Die Laufunruhewerte LUR können ab dem Fremdstart bzw. ab dem Drehen der Kurbelwelle nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, z.B. zwei Sekunden oder drei Sekunden ab dem Fremdstart bzw. Drehen der Kurbelwelle, stabil erfasst werden. Nach dieser Zeit sind die Laufunruhewerte LUR stabil, wobei der Transitionsvorgang zwischen dem Fremdstart der Kurbelwelle und dem Ablauf der vorgegebenen Zeit bei der Auswertung der Laufunruhewerte unberücksichtigt bleibt.
Die Laufunruhewerte LUR werden nur dann ausgewertet, wenn eine vorgegebene Mindestdrehzahl der Kurbelwelle, insbesondere mehr als 160 U/min, bevorzugt mehr als 300 U/min, erreicht wird. Dies kann dadurch sichergestellt werden, dass die den Anlasser oder Startergenerator mit Energie versorgende Batterie des Kraftfahrzeugs ausreichend geladen ist oder durch ein entsprechendes Batterie-Ladegerät im Startvorgang unterstützt wird.
In einem Schritt S3 erfolgt die Auswertung der erfassten Laufunruhewerte LUR, wobei die Auswertung einen Vergleich eines aus den erfassten Laufunruhewerten LUR ermittelten Diagnosewerts DW mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert SW1, ..., SW6 umfasst. Die Laufunruhewerte LUR repräsentieren Drehzahlschwankungen, welche die Differenz der mittleren Winkelbeschleunigung von Zündung zu Zündung benachbarter Zylinder darstellen. Ein ansteigender Wert für einen speziellen Zylinder während einer Kurbelwellendrehung bedeutet, dass der Expansionshub (expansion stroke) dieses Zylinders kleiner ist und daher eine Leckage mit verringerter Kompression vorliegt. Dies heißt, wenn das die Laufunruhewerte LUR repräsentierende Signal während der Kurbelwellendrehung hoch ist, liegt ein Kompressionsverlust in diesem Zylinder vor. Dieses Vorgehen wird anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
2 zeigt ein schematisch dargestelltes Kurbelwellendrad, das (virtuell) entsprechend der Anzahl der Zylinder, hier beispielhaft: vier, in gleich große Kreissegmente unterteilt ist. Die Zylinder sind hier generisch mit Zn-1, Zn, Zn+1 und Zn+2 bezeichnet. Das Kurbelwellenrad ist drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und dreht sich aufgrund der einwirkenden Kraft des Anlassers oder des Startergenerators in der in Pfeilrichtung gezeigten Richtung im Uhrzeigersinn. Weist ein Zylinder Zn-1, Zn, Zn+1 und Zn+2 einen Kompressionsverlust auf, so wird bis zum Erreichen des ZOT ein geringerer Druck aufgebaut, was sich in einer größeren Zeit t_Seg bis zum Überstreichen des zugehörigen 90°-Segments bemerkbar macht. Dies führt aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaft, dass der Druckaufbau bis zum ZOT und der Druckabfall ab dem ZOT, bezüglich des Zeitpunkts des Erreichens des ZOT symmetrisch ist, dazu, dass der Laufunruhewert LUR des den Kompressionsverlust aufweisenden Zylinders Zn-1, Zn, Zn+1 und Zn+2 ansteigt.
Dies ist beispielhaft für einen Vierzylindermotor mit vier Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 anhand der Tabelle in 3 illustriert. Es wird beispielhaft angenommen, dass der Zylinder Z1 eine verringerte Kompression aufweist, wodurch seine Segmentzeit t_Seg ansteigt, was sich in einem erhöhten Laufunruhewert LUR bemerkbar macht. Entsprechend der typischen Zündreihenfolge in einem Vierzylindermotor wird nach dem Zylinder Z1 der Zylinder Z3 komprimiert, der eine normale Kompression aufweist. Die Segmentzeit t_Seg ist daher im normalen Bereich. Gleiches gilt für die weiteren Zylinder Z4 und Z2. Wie erläutert, steigt in Folge der erhöhten Segmentzeit t_Seg der Laufunruhewert LUR des Zylinders Z1 an. In der Folge verringert sich der Laufunruhewert LUR des darauffolgenden Zylinders Z3. Dieses Verhalten ergibt aus der oben genannten Formel (1). Erst der hierauf komprimierte Zylinder Z4 weist einen normalen Laufunruhewert LUR auf, ebenso wie der dann komprimierte Zylinder Z2.
In der Visualisierung der in 3 qualitativ angegebenen Laufunruhewerte LUR über die Zeit t ergibt sich dadurch der in 4 dargestellte Verlauf, wobei der Laufunruhewert LUR des Zylinders Z1 den höchsten Betrag und der Laufunruhewert LUR des darauffolgenden Zylinders Z3 den niedrigsten Betrag aufweist. Die Beträge der Laufunruhewerte LUR der Zylinder Z4 und Z2 sind in etwa gleich groß.
Für die Auswertung wird zunächst ein aus den erfassten Laufunruhewerten LUR ermittelter Diagnosewert DW ermittelt. Der Diagnosewert DW ist ein aus den erfassten Laufunruhewerten LUR ermittelter Differenzwert während einer Anzahl an Umdrehungen der Kurbelwelle, wobei aus Gründen der Robustheit des Verfahrens mindestens drei Umdrehungen betrachtet werden. Genauer ergibt sich der Diagnosewert DW aus der Differenz des Maximums aus den Laufunruhewerten LUR aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abzüglich des Minimums aus den Laufunruhewerten LUR aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine.
In dem in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich die Differenz aus dem Laufunruhewert LUR des Zylinders Z1 abzüglich des Laufunruhewerts LUR des Zylinders Z3. Dabei ist der absolute Differenzbetrag des Diagnosewerts DW von Bedeutung. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwert, insbesondere erfolgt ein Vergleich mit einem zylinderindividuell vorgegebenen Schwellwert, wie dies in den 5 und 6 exemplarisch gezeigt ist. Dabei zeigt 5 ein Diagramm des Diagnosewerts DW für einen Sechszylindermotor, deren Zylindernummern in physikalischer Reihenfolge dargestellt sind. In der Darstellung der 5 liegt bei keinem der Brennkammern ein Kompressionsverlust vor. Demgegenüber zeigt 6 ein Diagramm für einen Sechszylindermotor, bei dem die Diagnosewerte DW für den Fall von Kompressionsverlusten in wenigstens einem Zylinder des Motors angegeben sind. Die X-Achse zeigt dabei den Zylinder mit einem manipulierten Kompressionsverlust an. Zudem sind jeweils zylinderindividuelle Schwellwerte SW1, ..., SW6 als Vergleichswerte eingezeichnet.
Es ist zu erkennen, dass die jeweils sechs angegebenen Schwellwerte SW1, ..., SW6 unterschiedliche Höhen aufweisen, obwohl das nicht zwingend ist. Die Höhe der Schwellwerte SW1, ..., SW6 ist insbesondere von der Position des Zylinders in der Verbrennungskraftmaschine abhängig. So weisen diejenigen Zylinder 2 bis 5, die keine Randzylinder darstellen, einen höheren Schwellwert SW2, ..., SW5 auf, als die Randzylinder 1 und 6 mit ihren Schwellwerten SW1 und SW6. Die oben erwähnten Schwellwerte SW1, ..., SW6 können durch Versuche motorindividuell bestimmt werden.
Die Höhe der Schwellwerte SW1, ..., SW6 kann darüber hinaus abhängig von einer während der Erfassung der Laufunruhewerte ermittelten Öltemperatur und/oder Kühlmitteltemperatur variiert werden. Hierdurch kann die Genauigkeit der Kompressionsprüfung noch erhöht werden.
Wird ein Überschreiten zumindest eines der vorgegebenen Schwellwerte SW1, ..., SW6 für die untersuchte Verbrennungskraftmaschine festgestellt (6), so erfolgt gemäß Schritt S4 die Ausgabe einer Fehlerinformation, die das Vorliegen eines Kompressionsverlusts in einem der Zylinder repräsentiert. Das Verfahren ermöglicht dadurch zum einen die qualitative Bestimmung, dass die Verbrennungskraftmaschine einen Kompressionsverlust an wenigstens einem Zylinder aufweist. Zum anderen kann anhand der Laufunruhemuster der den Kompressionsverluste aufweisende Zylinder ermittelt werden. Alternativ kann die eingangs erwähnte manuelle Kompressionsprüfung mit einem Druckmessschreiber durchführt werden.
Das oben beschriebene Verfahren kann beim Start der Verbrennungskraftmaschine, am Ende des Produktionsvorgangs der Verbrennungskraftmaschine, im Rahmen einer Werkstattprüfung oder sogar während des Fahrbetriebs „Segeln“ durchgeführt werden, wobei während des Antriebs der Kurbelwelle die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammern deaktiviert wird. Durch das beschriebene Verfahren ist keine Zerlegung oder Teilzerlegung der Verbrennungskraftmaschine erforderlich.
Das Verfahren lässt sich auf Basis vorhandener Steuergerätefunktionen in der Verbrennungskraftmaschine durchführen, da hierzu die Erkennung von Verbrennungsaussetzern, die gesetzlich gefordert ist, genutzt wird. Diese benötigt die Auswertung der Drehungleichförmigkeit zwischen einzelnen Zylindern, welche der Ermittlung der Laufunruhewerte entspricht.
Es ist ferner unerheblich, mit welchem Verfahren die Laufunruhewerte ermittelt werden. Wesentliches Kennzeichen des hier vorliegenden Verfahrens besteht darin, die erfassten Laufunruhewerte während eines Fremdstarts der Verbrennungskraftmaschine und deaktivierter Einspritzung zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

Z1,...,Z4: Zylinder
Zn, Zn+1, ...: Zylinder
LUR: Laufunruhewert
SW1,..., SW6: Schwellwert
t_Seg: Segmentzeit
DW: Diagnosewert
S1,...,S4: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur automatischen Kompressionsprüfung des in einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Anzahl an Brennkammern umfasst, die insbesondere über eine Kurbelwelle mechanisch miteinander in Verbindung stehen, mit den Schritten: a) Starten der Verbrennungskraftmaschine (S1) mittels eines Anlassers oder eines Startergenerators, wobei während des Drehens, insbesondere der Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine durch den Anlasser oder den Startergenerator die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer deaktiviert wird; b) Erfassen (S2) von Laufunruhewerten (LUR) der Anzahl an Brennkammern während des Drehens, insbesondere der Kurbelwelle; c) Auswertung (S3) der erfassten Laufunruhewerte (LUR), wobei die Auswertung einen Vergleich eines aus den erfassten Laufunruhewerten (LUR) ermittelten Diagnosewerts (DW) mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert umfasst; d) Ausgabe (S4) einer Fehlerinformation, die das Vorliegen eines Kompressionsverlusts in einem der Zylinder repräsentiert, wenn der Vergleich ergibt, dass der Analysewert größer als der zumindest eine vorgegebene Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ermittlung des Diagnosewerts (DW) die Erfassung eines aus den erfassten Laufunruhewerten (LUR) ermittelten Differenzwerts während einer Anzahl an Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem sich der Differenzwert aus der Differenz des Maximums aus den Laufunruhewerten (LUR) aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abzüglich des Minimums aus den Laufunruhewerten (LUR) aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ergibt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Anzahl an Umdrehungen in Schritt a) größer als 1 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laufunruhewerte (LUR) erst nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der Kurbelwelle, insbesondere mehr als 300 U/min, erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Höhe des zumindest einen Schwellwerts abhängig von einer Öltemperatur variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Höhe des zumindest einen Schwellwerts abhängig von einer Kühlmitteltemperatur variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erfassten Laufunruhewerte (LUR) der Anzahl an Brennkammern mit einem brennkammerindividuell vorgegebenen Schwellwert verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die brennkammerindividuellen Schwellwerte gleich groß oder unterschiedlich hoch sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Höhe des brennkammerindividuellen Schwellwerts abhängig von dessen Position in der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laufunruhewerte (LUR) ab dem Fremdstart/Drehen der Kurbelwelle erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, insbesondere ab 2 Sekunden, erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laufunruhewerte (LUR) bei einer Motortemperatur erfasst werden, die höher als ein vorgegebener Schwellwert, insbesondere 45 °C, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dieses vor einem Start der Verbrennungskraftmaschine, während des Fahrbetriebs „Segeln“ oder im Rahmen einer Werkstattprüfung durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.