DE19529708C1 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der relativen Kompression einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Ein­ richtung zur Ermittlung der relativen Kompression einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 27 09 128 B1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen der relativen Kompression einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem bzw. welcher die Stromaufnahme eines An­ lassermotors aufgezeichnet und ausgewertet wird. Dabei wird von einer energetischen Betrachtung ausgegangen, indem der Wechselanteil des Anlasserstroms in Teilbereichen zumindest eines vollständigen Maschinenzyklus zeitlich integriert wird, die durch geeignete Wahl der Integrationsgrenzen den einzelnen Zylindern zugeordnet sind. Die Integrationsgrenzen werden durch die Lage der Minima zwischen den Stromüberhöhun­ gen, die bei den einzelnen Kompressionsvorgängen auftreten, bestimmt. Dazu müssen die Minima im Stromsignal gesucht wer­ den. Dabei ist es von Nachteil, daß sich bei allen Motoren, gleichgültig ob sie vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder aufweisen, der Abstand der Minima in Abhängigkeit von der Kompression einzelner Zylinder verändert. Der Abstand verrin­ gert sich mit abnehmender Kompression bis zum Zusammenfallen zweier Minima bei fehlender Kompression eines Zylinders. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß ein Kompressionsdruck im Zylinder zu einem Absinken der Motordrehzahl und damit zu ei­ nem Ansteigen des Anlasserstroms führt. Fehlt ein derartiger Kompressionsdruck völlig, so steigt die Motordrehzahl auch nach Abschluß der Dekompression des vorherigen Zylinders wei­ ter an; es entfällt das Minimum des Anlasserstroms. Ein Ab­ sinken der Motordrehzahl und damit ein Anstieg des Anlasser­ stroms wird erst wieder bei der Komprimierung der Luft im darauffolgenden Zylinder bewirkt. Wird nun die Energie zwi­ schen den Minima berechnet, so weist der defekte Zylinder aus zwei Gründen einen geringeren Integralwert auf:

• - das Maximum des Stromberges ist geringer und
• - die Integrationsdauer ist zusätzlich kürzer durch zusam­ mengerückte Minima.

Die Integralwerte werden damit überproportional für defekte Zylinder reduziert. Darüber hinauf werden durch die Verschie­ bungen der Minima auch benachbarte Integralwerte verfälscht. Um diesen Mangel wettzumachen, wird in der DE 27 09 128 B1 eine Korrekturrechnung durchgeführt. Diese Korrektur betrifft jedoch lediglich den Integralwert eines Zylinders, der einem defekten folgt, und ist zudem nicht für den gesamten Bereich von 0 bis 100% der Kompressionswerte geeignet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit zunehmender Zylinderanzahl die absolute Höhe des Wechselanteils des Anlasserstromes ab­ nimmt und sich somit der Signalstörabstand verschlechtert. Dadurch wird die Suche nach den Minima des Anlasserstrom­ verlaufs, die als Integrationsgrenzen direkt in die Berech­ nung der relativen Kompressionswerte eingehen, zusätzlich er­ schwert. Das bekannte Verfahren ist daher beispielsweise bei Zwölfzylinder-Motoren kaum anwendbar.

Weitere Möglichkeiten zur Kompressionsprüfung anhand des Verlaufs des Anlasserstroms sind aus der DE 27 31 249 A1 und der DE 27 42 081 C2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der relativen Kompression ei­ ner Brennkraftmaschine zu finden, welche die genannten Nach­ teile des bekannten Verfahrens vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe weisen das neue Verfahren der ein­ gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 bzw. die neue Einrichtung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 angegebenen Merkmale auf. In den Unter­ ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Verfahren und die Ein­ richtung leicht an verschiedene Motortypen anpaßbar ist. Sie setzen lediglich eine Möglichkeit zur Erkennung eines voll­ ständigen Maschinenzyklus beim Durchdrehen der Maschine durch den Anlassermotor voraus. Dazu wird ein Hilfssignal be­ nötigt, welches das Auftreten zumindest eines in jedem voll­ ständigen Maschinenzyklus wiederkehrenden Ereignisses an­ zeigt. Prinzipiell kann das Ereignis an einer beliebigen, aber festen Stelle des Maschinenzyklus auftreten. Damit ist bereits eine relative Kompressionsmessung der Zylinder und eine Gut-/Schlecht-Aussage zum Motor möglich, die Meß­ ergebnisse können jedoch nicht bestimmten Zylindern zugeord­ net werden. Für diese Zuordnung ist die Kenntnis des Auf­ trittszeitpunkts des Ereignisses innerhalb des Maschinen­ zyklus erforderlich. Ein derartiges Hilfssignal kann prak­ tisch bei jedem Motor abgegriffen werden. Durch die Konstruk­ tion des jeweiligen Motors wird festgelegt, welcher Teil­ bereich des Maschinenzyklus einem bestimmten Zylinder zu­ geordnet wird. Die Eigentümlichkeiten verschiedener Motor­ typen bezüglich der Auswirkungen von Kompressionsverlusten auf den Anlasserstromverlauf können in einer Kalibrierkurve erfaßt und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden. Durch diese Kalibrierkurven werden die zylinderbezo­ genen Integrationsergebnisse direkt auf relative Kompres­ sionswerte abgebildet. In einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, mit Hilfe weiterer Kalibrierkurven die Auswirkungen von Kompressionsverlusten eines Zylinders auf die Integrationsergebnisse benachbarter Zylinder zu berück­ sichtigen. Derartige Kalibrierkurven können durch ein neuro­ nales Netz realisiert werden, dessen Zahl der Eingänge und Zahl der Ausgänge gleich der Zylinderzahl ist. Jeder Eingang und jeder Ausgang des neuronalen Netzes ist dann einem Zylin­ der zugeordnet. Die Ergebniswerte der zylinderbezogenen Inte­ gration werden auf die Eingänge geführt, an den Ausgängen können die Werte der relativen Kompression abgegriffen wer­ den. Lerndaten zum Trainieren des neuronalen Netzes können beispielsweise gewonnen werden, indem Messungen an einem Mo­ tor durchgeführt werden, dessen Kompression jedes Zylinders in 10%-Stufen von 100% auf 0% abgesenkt wird. Aufgrund der guten Interpolationsfähigkeiten neuronaler Netze ist es dabei nicht erforderlich, alle Kombinationsmöglichkeiten der Kom­ pressionswerte verschiedener Zylinder zu erfassen.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung so­ wie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Verlauf eines Klemme-1-Signals und eines An­ lasserstroms bei einem Vierzylinder-Benzinmotor,

Fig. 2 einen Verlauf eines TD-Signals und eines Anlasser­ stroms eines Sechszylinder-Dieselmotors,

Fig. 3 einen Verlauf eines Klemme-1-Signals vor und nach einer Glättung,

Fig. 4 einen Verlauf eines Hilfssignals und eines Anlasser­ stroms eines Sechszylinder-Motors,

Fig. 5 eine Kalibrierkurve und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die erfindungsgemäße relative Kompressionsmessung ermittelt den Kompressionszustand jedes Zylinders einer Brennkraft­ maschine über die Auswertung des Anlasserstromes bei unter­ drückter Kraftstoffzufuhr. Das Kompressionsergebnis wird in Verhältniszahlen ohne Bezug auf absolute Drücke in den Zylin­ dern dargestellt. Der kompressionsstärkste Zylinder erhält 100% und alle anderen werden auf ihn normiert.

Zunächst werden Signale beschrieben, die bei der Kompres­ sionsmessung Verwendung finden können. Sie werden in Ring­ speichern 20 und 21 in einer Verarbeitungseinheit 22 (Fig. 6) durch interruptgesteuerte Meßwerterfassung eingelesen und zwischengespeichert. Ein Anlasserstromsignal 23, dessen Verlauf 24 für das Beispiel eines Vierzylinder-Benzinmotors in Fig. 1 dargestellt ist, wird mittels einer Stromzange 25 möglichst direkt am Anlasser des Motors abgegriffen. Die An­ lasserströme liegen im allgemeinen in einem Bereich zwischen 80 und 400 A. Das Stromsignal 23 (Fig. 6) wird durch die Verarbeitungseinheit 22 mit der Abtastrate 5 kHz abgetastet und mit 12 Bit quantisiert. Die Abtastrate 5 kHz wurde vor­ teilhaft im Hinblick auf die Signaleigenschaften und die Größe der vorhandenen Ringspeicher 20 und 21 gewählt. Der Speicher muß nicht zwangsläufig als Ringspeicher organisiert sein; jeder Speicher mit ausreichender Größe kann verwendet werden. Ein Signal 26 einer Triggerzange 27 dient der Zylin­ derzuordnung. Sie kann bei Ottomotoren an das Zündkabel des ersten Zylinders angeschlossen werden. Die Triggerzange 27 wandelt dann das magnetische Feld, welches sich beim Zünd­ vorgang um das Zündkabel ausbreitet, in elektrische Impulse um. Darüber hinaus gibt es weitere, hier nicht näher be­ schriebene Möglichkeiten der Zylinder-1-Erkennung, z. B. ein Geber der Nockenwelleinstellung, eine Lichtmarke am Zahnkranz und vieles mehr. Ein TD- oder Klemme-1-Signal 28 kann über einen Diagnosestecker 29 an einer Diagnosebuchse der Brenn­ kraftmaschine abgegriffen werden. Das Klemme-1-Signal ist bei Motoren mit Verteilerzündung das primäre Zündsignal. Das TD-Signal ist ein Steuersignal, das in einer digitalen Motor­ elektronik aus dem Zahnkranzsignal abgeleitet wird und ein Rechtecksignal darstellt. Das TD-Signal tritt bei Motoren mit ruhender Zündverteilung oder bei Dieselmotoren mit einer di­ gitalen Dieselmotorelektronik auf.

In Fig. 1 sind Verläufe der Signale für einen Vierzylinder- Motor mit Verteilerzündanlage dargestellt. Ein Zündimpuls 11 des Zylinders 1 liefert ein Triggersignal, das zusammen mit dem Verlauf 12 des Klemme-1-Signals in der oberen Hälfte der Fig. 1 über der Spitze des Klemme-1-Signals eingezeichnet ist. Das Klemme-1-Signal hat eine abgeschnittene Spitzeinspan­ nung bei 20 V. Nach der Spannungsspitze weist das Signal Aus­ schwinger auf, die manchmal bis zur Spannung 0 gehen können. Damit Teilbereiche den einzelnen Zylindern zugeordnet werden können, kann der Verlauf des Klemme-1-Signals ausgemessen werden. Die Meßergebnisse werden zur Auswertung des Verlaufs 24 des Anlasserstroms herangezogen. Dabei werden die Positio­ nen der steigenden Flanken im Verlauf 12 des Klemme-1-Signals gesucht, die Abstände zwischen ihnen bestimmt und abgespei­ chert. Die Ausschwinger nach der Spannungsspitze werden vor­ her eliminiert, damit genau eine steigende Flanke durch eine nachgeführte Komparatorschwelle erkannt wird. Der Verlauf 24 des Anlasserstroms weist starke Störungen auf, die verschie­ dene Ursachen besitzen. Im dargestellten Beispiel sieht man, daß ein Stromberg 13 kleiner als die anderen ist. Dieser Stromverlauf wurde von einem Motor aufgenommen, bei dem die Kompression eines Zylinders auf 62% herabgesetzt wurde. Fig. 1 stellt einen vollständigen Maschinenzyklus dar, der zwei Umdrehungen der Kurbelwelle umfaßt. Ein zweites Trigger­ signal 14 entspricht wieder dem Zündimpuls am ersten Zylin­ der.

Für die Kompressionsmessung bei Dieselmotoren werden nur zwei Signale am Motor abgegriffen: das Anlasserstromsignal, dessen Verlauf 15 für einen Sechszylinder-Dieselmotor in Fig. 2 un­ ten dargestellt ist, und das TD-Signal mit dem Verlauf 16 in Fig. 2. Das TD-Signal besitzt je nach eingebauter digitaler Dieselmotorelektronik Unterschiede, die vom Verfahren berück­ sichtigt werden können. In diesem Beispiel gibt es zwei TD-Impulse je Zylinder, die von der digitalen Dieselmotor­ elektronik geliefert werden. Der Verlauf 15 des Anlasser­ stroms unterscheidet sich von dem eines Ottomotors in der größeren Dynamik. Auch beim Dieselmotor können Signale zur Zylinder-1-Erkennung abgegriffen werden, z. B. eine Nocken­ wellenposition, ein Lichtsignal, ein Drucksignal, ein Signal eines Nadelbewegungsfühlers oder eines Klemmgebers, wenn der Motor nach der Kompressionsmessung gestartet wird. Der Start­ vorgang kann dabei elektronisch durch das Diagnosesystem mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgen, z. B. mit einem elektronischen Schalter.

An den gezeigten Verläufen der TD- oder Klemme-1-Signale wird deutlich, daß von ihnen in jedem Falle ein Hilfssignal abge­ leitet werden kann, welches das Auftreten zumindest eines in jedem vollständigen Maschinenzyklus wiederkehrenden Ereignis­ ses anzeigt. Das TD- oder Klemme-1-Signal dient gewissermaßen als "Clocksignal" oder "Zeitmaßstabsignal" für den Anlasser­ strom. Es wird der Verarbeitungseinheit 22 (Fig. 6) direkt zugeführt, ist ein sehr zuverlässiges Signal und weist eine geringe Störanfälligkeit auf, sofern ein Diagnosekabel an ei­ ner Diagnosebuchse angeschlossen ist.

Das TD-/Klemme-1-Signal wird ausgemessen, indem die steigen­ den Flanken am Beginn der Impulse gesucht und die Abstände zwischen ihnen berechnet werden. Um eine saubere Erkennung der steigenden Flanken, insbesondere beim Klemme-1-Signal, zu gewährleisten, muß das Klemme-1-Signal zuvor geglättet wer­ den. Die Abstände zwischen den steigenden Flanken der Impulse geben Auskunft über den Rundlauf des Motors. Bei einem Motor, bei dem alle Zylinder die gleiche Kompression besitzen, sind im allgemeinen die Abstände nahezu gleich. Wenn ein oder meh­ rere Zylinder unterschiedliche Kompressionswerte aufweisen, so läuft der Motor unrund, und die Abstände zwischen den Flanken werden unterschiedlich lang. Auch diese Eigenschaft kann für eine Bewertung der relativen Kompression herangezo­ gen werden.

Zur Glättung eines Klemme-1-Signals kann die folgende Methode angewendet werden: Ein aktueller Abtastwert wird mit einem vorhergehenden, bereits gespeicherten Abtastwert verglichen. Ist der aktuelle größer, so überschreibt er den vorhergehen­ den. Damit werden alle steigenden Flanken unbeschädigt erhal­ ten. Ist der aktuelle Abtastwert kleiner als der vorhergehen­ de, so wird dieser mit einem Dämpfungswert multipliziert. Da­ mit werden ein exponentielles Abklingen eines Tiefpasses 1. Ordnung realisiert und die negativen Ausschwinger nach ei­ nem Zündimpuls beseitigt. Zur Verdeutlichung der Wirkung die­ ser Glättung sind in der oberen Hälfte der Fig. 3 ein Klem­ me-1-Signal 17 vor der Glättung und in der unteren Hälfte ein Klemme-1-Signal 18 nach der Glättung dargestellt. Es ist zu erkennen, daß bei jedem Impuls nach der Glättung genau eine steigende Flanke mit großer Amplitude existiert. Um die Posi­ tion dieser Flanke zu bestimmen, sollte eine Vergleichs­ schwelle etwa bei 50% des Signalmaximums liegen. Das TD-Signal hat eine maximale Spannung von 12 V. Das Klemme-1-Signal dagegen besitzt eine maximale Spannung von 20 V. Zur Unter­ scheidung zwischen Klemme-1- und TD-Signal wird die unter­ schiedliche Spitzenspannung beider Signale ausgewertet. Die Vergleichsschwelle ist dazu auf 15 V gesetzt. Wenn der Ver­ lauf des Signals 18 größer als 15 V ist, so liegt ein Impuls auf dem Klemme-1-Signal vor. Ist die Spannung kleiner, so wird das TD-Signal angezeigt. Das Klemme-1-Signal hat in die­ sem Fall deswegen eine maximale Spannung von 20 V, weil der Meßeingang auf den Bereich ±20 V eingestellt ist, damit das TD-Signal, das maximal 16 V aufweist, und das Klemme-1-Signal mit maximal 300 V gleichzeitig gemessen werden können, ohne den Meßbereich des Eingangs umschalten zu müssen.

Das TD-/Klemme-1-Signal zeigt bei Erkennung der Flanken den Anlaßvorgang oder einen laufenden Motor an. Nach dem Start des Anlaßvorgangs bei unterdrückter Kraftstoffzufuhr absol­ viert der Motor eine Einlaufphase, die durch folgende Merk­ male gekennzeichnet ist:

• 1. Einpegeln einer typischen Anlasserdrehzahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl; typischer Bereich der Anlasserdrehzah­ len: 100 bis 450 U/min,
• 2. sehr großer Anlasserstrom im Einschaltmoment reduziert sich auf seinen Sollwert (linearer Mittelwert) bei einge­ schwungenem Motor; typischer Bereich: 80 bis 400 A,
• 3. Einstellung eines Rundlaufs des Motors auch bei unter­ schiedlicher Kompression der Zylinder; auch bei fehlender Kompression verändert sich die Winkelgeschwindigkeit von Zylinder zu Zylinder um nicht mehr als 15%.

Aus diesen experimentell an allen Motortypen (Vier- bis Zwölfzylinder) ermittelten Merkmalen ergeben sich für das er­ findungsgemäße Verfahren günstige Ausgangsbedingungen. Die Einschwingdauer beträgt etwa 2,5 Maschinenzyklen, also etwa fünf Kurbelwellenumdrehungen. Danach wiederholt sich der Kur­ venzug des Anlasserstromes bei jedem Viertakt-Motor nach je­ weils zwei Kurbelwellenumdrehungen (720° Kurbelwinkel). Zum Anlasserstromsignal wird zeitgleich ein Hilfssignal aufgenom­ men, das mindestens einen Impuls während zwei Kurbelwellen­ umdrehungen aufweist.

Ein Ziel der Verarbeitung des Hilfssignals ist es, die Dauer eines vollständigen Maschinenzyklus zu ermitteln. Das ist auf einfache Weise möglich, da die Abtastfrequenz bekannt ist. Aus der Dauer der Maschinenzyklen wird die Drehzahl be­ rechnet. Befindet sich die Drehzahl im Bereich typischer An­ lasserdrehzahlen, so kann das Verfahren zur Ermittlung der Kompression fortgesetzt werden, ansonsten werden alle abge­ speicherten Daten verworfen und das Verfahren erneut gestar­ tet.

Das Verfahren zur Kompressionsmessung geht davon aus, daß die Kraftstoffzufuhr unterbunden wird und sich Kompression und Motorreibung dem Anlasser als Gegenkraft entgegenstellen. Es kann jedoch vorkommen, daß erst Kraftstoff in kleinen Mengen in ein oder mehrere Zylinder gelangt und gezündet wird. Da­ durch verringert sich die Zeit von einem TD-/Klemme-1-Impuls zum folgenden sehr stark, weil nun der Anlasser Unterstützung bekommt. Dieser Vorgang macht jedoch das Messen der Kompres­ sion unmöglich. Deshalb wird der größte und der kleinste Im­ pulsabstand eines vollständigen Maschinenzyklus ermittelt. Wenn die beiden Extremwerte einen Unterschied von mehr als 15% aufweisen, muß eine Zündung aufgetreten sein, da festge­ stellt wurde, daß sich der Impulsabstand eines Zylinders ohne Kompression maximal um etwa 13% von einem Impulsabstand ei­ nes Zylinders mit 100% Kompression unterscheidet. Wird eine Zündung während der Durchführung des Verfahrens erkannt, so wird die Messung verworfen.

Damit auch eine fehlende Adaptierung der Stromzange an die Leitung des Anlassers feststellbar ist, wird bei der Auswer­ tung des Anlasserstroms der lineare Mittelwert über einen vollständigen Maschinenzyklus gebildet. Dieser Wert muß grö­ ßer als 50 A sein, damit die Messung als gültig betrachtet werden kann.

Zur Ermittlung der Kompression wird eine Mittelung über acht Maschinenzyklen durchgeführt. Dadurch wird der Einfluß von Störungen vermindert. Da das Anlasserstromsignal von starken Störungen überlagert ist, wird auch eine adaptive Mittelwert­ filterung vorgenommen. Die Mittelwertfilterung wird an die Periode des Stromsignals angepaßt, damit immer die gleiche Güte der Glättung erreicht wird. Die Periode des Stromsignals entspricht im wesentlichen den Abständen der Impulse des TD-/Klemme-1-Signals, die zuvor durch Ausmessen dieses Sig­ nals gewonnen wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Ermittlung der aufgewendeten Energie zur Kompression eines Zylinders. Auf­ grund der Kompressionsarbeit ergeben sich wellenförmige Stromüberhöhungen des Anlasserstroms. Mit steigender Zylin­ derzahl des geprüften Motors sinkt der Wechselanteil im An­ lasserstrom relativ gegenüber dem Gleichstromanteil. Einen besonders geringen Wechselstromanteil weist demzufolge der Zwölfzylinder-Motor auf.

Für die Ermittlung der Energie wird der Verlauf des Anlasser­ stroms, wie in Fig. 4 verdeutlicht, in Teilbereiche unter­ teilt. Werden am Motor TD- oder Klemme-1-Signale abgegriffen, so kann die Länge der Teilbereiche, die den einzelnen Zylin­ dern zugeordnet sind, durch die Abstände der erfaßten Ereig­ nisse festgelegt werden. In Fig. 4 sind derartige Ereignisse in der oberen Hälfte der Figur durch senkrechte Striche, über denen jeweils die Ziffern 1 bis 6 geschrieben sind, markiert. Der senkrechte Strich auf der rechten Seite entspricht wieder dem senkrechten Strich der linken Seite, da der Maschinen­ zyklus an dieser Stelle von neuem beginnt.

Für die Suche der Minima wird die Korrelation zwischen dem TD-/Klemme-1-Signal und dem Anlasserstrom 19 ausgenutzt. Das TD-/Klemme-1-Signal ist gewissermaßen ein Zeitmaßstabsignal, das die den jeweiligen Zylindern zugeordnete Integrations­ dauer bestimmt. Zur Suche der Minima werden schmale Fenster zunächst bei den Ereignissen 1 bis 6 über das Anlasserstrom­ signal gelegt und alle Strommeßwerte innerhalb dieser Fenster aufsummiert. Danach werden die Fenster gemeinsam um eine Ab­ tastzeit zu späteren Abtastwerten hin verschoben und wieder alle Stromwerte innerhalb der Fenster aufsummiert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis beispielsweise das Fen­ ster, das zu Beginn bei Ziffer 1 in Fig. 4 lag, zur Ziffer 1′ in Fig. 4 gewandert ist. Von den so erhaltenen Summen­ werten wird das Minimum ermittelt und dessen Lage anhand der Position des Abtastwerts bestimmt. Die Minima sind in Fig. 4 mit den Bezugszeichen 1′′ bis 6′′ versehen. Sie sind durch kleine vertikale Linien zum Zweck der Darstellung im Strom­ signal gekennzeichnet.

Wenn nur ein Ereignis, beispielsweise der Impuls des Zylin­ ders 1, während zweier Kurbelwellenumdrehungen auftritt, kön­ nen die Teilbereiche auf einfache Weise gewonnen werden, in­ dem die Zeit für zwei Kurbelwellenumdrehungen durch die An­ zahl der Zylinder geteilt wird. Man schafft sich virtuelle, zusätzliche Impulse im gleichen zeitlichen Abstand über den vollständigen Maschinenzyklus verteilt. Bei einem intakten Motor entsprechen die Abstände zwischen den zusätzlichen Im­ pulsen genau den Abständen zwischen den Minima. Da die so ge­ bildeten Impulse im allgemeinen zeitlich nicht mit dem Auf­ treten der Minima zusammenfallen, muß wiederum die Lage der Minima bestimmt werden. Dies kann in derselben Weise erfol­ gen, wie es oben anhand eines TD-/Klemme-1-Signals beschrie­ ben wurde.

Vorteile des Minima-Suchverfahrens sind:

• - Es gehen alle Meßwerte eines vollständigen Maschinen­ zyklus zur Bestimmung der Integrationsgrenzen ein.
• - Das Verfahren findet auch dann Integrationsgrenzen, wenn z. B. der erste Zylinder keine Kompression hat und sich demzufolge dort kein Minimum befindet, wo es bei einem einwandfreien Motor zu finden wäre.
• - Das Verfahren findet eine optimierte Minima-Position durch Überlagerung aller Teilbereiche. Der sich so ergebende Mi­ nimalwert und seine Lage stellt die optimale Lösung des Suchproblems dar.

Mit der Kenntnis der Integrationsgrenzen kann nun der Wech­ selanteil des Anlasserstroms, bezogen auf die einzelnen Zy­ linder, integriert werden. Als Wechselanteil wird die Diffe­ renz der verschiedenen Anlasserstromwerte zu einer die jewei­ ligen Anlasserstromwerte an den Integrationsgrenzen 1′′ bis 6′′ verbindenden Geraden angesehen. Bei einem intakten Motor er­ hält man als Ergebniswerte der zylinderbezogenen Integration nahezu gleiche Werte. Wird jedoch die Kompression eines Zy­ linders kleiner, so vermindert sich der zugeordnete Ergebnis­ wert. In Fig. 4 wird dies am Verlauf des Anlasserstroms 19 zwischen den Integrationsgrenzen 3′′ und 4′′ deutlich. Wird die Kompression Null, z. B. bei herausgeschraubter Zündkerze, so kann der Ergebiniswert auch negativ sein.

Die Genauigkeit der Kompressionsmessung wird durch Mittelung über mehrere aufeinanderfolgende Maschinenzyklen erhöht. Vor­ teilhaft werden acht Mittelungen ausgeführt. Diese Mittelun­ gen werden durch Akkumulation der erhaltenen Ergebiniswerte der zylinderbezogenen Integration realisiert. Demzufolge wächst der akkumulierte Wert von Mittelung zu Mittelung an. Dadurch wird der Einfluß von Störungen, die noch nicht durch die Glättung beseitigt werden konnten, zusätzlich im Ergebnis der Kompressionsmessung vermindert.

Die ermittelten Ergebniswerte der zylinderbezogenen Integra­ tion werden auf denjenigen mit dem größten Betrag normiert. Der Wertebereich der normierten Ergebiniswerte ist motortyp­ spezifisch und umfaßt üblicherweise einen Bereich von -100 bis +100%. Da ein Kompressionsmeßgerät auch bei fehlender Zündkerze den relativen Kompressionswert 0% anzeigen soll, müssen die Ergebniswerte der zylinderbezogenen Integration noch transformiert werden. Diese Transformation wird anhand einer hinterlegten, maschinentypspezifischen Kalibrierkurve, vorteilhaft einem Polynom 3. Ordnung, realisiert:

y = A·x³ + B x² + C·x + D.

Die Koeffizienten A, B, C und D können auf einfache Weise mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt werden.

Die Kalibrierung des Verfahrens zur Kompressionsmessung wird wie folgt durchgeführt:

• a) Einstellen einer definierten Schwächung der Kompression durch Einbau eines Defektes,
• b) Aufnehmen der Signale,
• c) Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• d) Abspeichern des Sollwertergebnisses nach Umrechnung des gemessenen Drucks in eine relative Kompression und Ab­ speichern des Ergebniswerts der zylinderbezogenen Inte­ gration,
• e) Wiederholen der Arbeitsschritte a) bis d) für verschie­ dene Abschwächungen von 100% bis 0% relative Kompres­ sion und
• f) Berechnen der Kalibrierkurve.

In den Koeffizienten der Kalibrierkurve ist damit die spezi­ fische Charakteristik des Motortyps enthalten. Fig. 5 zeigt qualitativ eine derartige Kalibrierkurve für einen Vierzylin­ der-Motor. An der Abszisse sind die normierten Ergebnisse der zylinderbezogenen Integration, an der Ordinate die zugeordne­ ten relativen Kompressionswerte in % aufgetragen. Falls sich Defekte eines Zylinders auch auf Ergebiniswerte der zylinder­ bezogenen Integration benachbarter Zylinder auswirken, können diese ebenfalls in Kalibrierkurven dargestellt und bei der Ermittlung der relativen Kompression durch Überlagerung mit der Kalibrierkurve des entsprechenden benachbarten Zylinders Berücksichtigung finden. Bei weiteren Abhängigkeiten zylin­ derbezogener Ergebniswerte von jeweils anderen Zylindern des Motors ist die Verwendung eines neuronalen Netzes vorteil­ haft.

Als Sensor zur Anzeige eines in jedem vollständigen Maschi­ nenzyklus wiederkehrenden Ereignisses kommen verschiedene Ty­ pen in Frage. Beispielsweise ist dazu ein Drucksensor, der am Zylinder angebracht wird, geeignet, ein Nockenwellengeber, eine Lichtmarke am Zahnkranz der Kurbelwelle, ein Digital­ signal eines Motorsteuergeräts, ein OT-Geber oder die bereits beschriebenen Aufnehmer. Diese Sensoren können sowohl zur Er­ zeugung des Hilfssignals als auch zur Zylinder-1-Erkennung verwendet werden.

Die Verarbeitungseinheit 22 ist mit einer Anzeige versehen, in der die Werte der relativen Kompression als Balkendarstel­ lung veranschaulicht werden. Zusätzlich zu den relativen Kompressionswerten werden der arithmetische Mittelwert des Anlasserstroms und die Anlasserdrehzahl zur Kontrolle ange­ zeigt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Ermittlung der relativen Kompression einer Brennkraftmaschine aus dem gemessenen Wechselanteil des Stromes eines elektrischen Anlassermotors der Brennkraft­ maschine bei unterdrückter Kraftstoffzufuhr, wobei die Dif­ ferenz des Anlasserstroms zu einer die Anlasserstromwerte an den Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) verbindenden Geraden in Teilbereichen zumindest eines vollständigen Maschinenzyklus zeitlich integriert wird, die durch geeignete Wahl der Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) den einzelnen Zylindern zu­ geordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) durch Auswerten eines Hilfssignals, welches das Auftreten zumindest eines in jedem vollständigen Maschinenzyklus wiederkehrenden Ereignisses anzeigt, gewählt werden, indem jedem Zylinder dem jeweiligen Maschinentyp entsprechend ein Teilbereich fester Länge zugeordnet wird und die Teilbereiche gemein­ sam derart verschoben werden, daß die Summe der Stromwerte an den Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) minimal ist, und
• - daß die Ergebniswerte der zylinderbezogenen Integration auf den größten Wert normiert und daraus anhand einer hin­ terlegten, maschinentypspezifischen Kalibrierkurve Werte der relativen Kompression ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Wechselanteil des Anlasserstroms während zumindest acht aufeinanderfolgender, vollständiger Maschinenzyklen zylinderbezogen integriert wird und die Ergebniswerte als Mittelwerte der Integrationswerte für die jeweiligen Zy­ linder berechnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung die Zün­ dung eingeschaltet ist und als Hilfssignal das Zündsignal am Zylinder 1 verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß zur Festlegung der Integrationsgrenzen der gemessene Stromverlauf durch einen Tiefpaß geglättet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß die Maschinendrehzahl gemessen wird und die Kompres­ sion nur unterhalb einer vorgegebenen Drehzahlobergrenze ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kompression nur oberhalb einer vorgegebenen Dreh­ zahluntergrenze ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß die Kalibrierkurve durch ein Polynom 3. Ordnung reali­ siert wird, dessen Koeffizienten nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus Ergebniswerten der zylinder­ bezogenen Integration ermittelt werden, die bei einer Brennkraftmaschine mit verschiedenen definierten Schwä­ chungen der Kompression durch Einbau von Defekten erhalten wurden.

8. Einrichtung zur Ermittlung der relativen Kompression einer Brennkraftmaschine aus dem gemessenen Wechselanteil des Stro­ mes eines elektrischen Anlassermotors der Brennkraftmaschine bei unterdrückter Kraftstoffzufuhr

• - mit Mitteln zur zeitlichen Integration der Differenz des Anlasserstroms zu einer die Anlasserstromwerte an den In­ tegrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) verbindenden Geraden in Teilbereichen zumindest eines vollständigen Maschinen­ zyklusses, die durch geeignete Wahl der Integrations­ grenzen (1′′ bis 6′′) den einzelnen Zylindern zugeordnet sind,

gekennzeichnet durch:

• - Mittel zur Wahl der Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) durch Auswerten eines Hilfssignals, welches das Auftreten zu­ mindest eines in jedem vollständigen Maschinenzyklus wiederkehrenden Ereignisses anzeigt, indem jedem Zylinder dem jeweiligen Maschinentyp entsprechend ein Teilbereich fester Länge zugeordnet wird und die Teilbereiche gemein­ sam derart verschoben werden, daß die Summe der Stromwerte an den Integrationsgrenzen (1′′ bis 6′′) minimal ist, und
• - Mittel zur Normierung der Ergebniswerte der zylinder­ bezogenen Integration auf den größten Wert und zur Er­ mittlung von Werten der relativen Kompression daraus an­ hand einer hinterlegten, maschinentypspezifischen Kali­ brierkurve.