DE19843615C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose von Verbrennungsantrieben - Google Patents

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose des Zustands oder Betriebs eines Verbrennungsantriebs mit einem Lufteinlaß- und einem Abgasbereich, gekennzeichnet durch eine Schallanalyseeinheit in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die mindestens ein Maß für die Amplitude der Schallwellen verschiedener Frequenz in dem Lufteinlaß- bzw. Abgasbereich sind, und eine Vergleichseinheit zum Vergleich von Signalen der Schallanalyseeinheit mit Sollsignalen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose des Zustands und des Betriebs von Verbrennungsantrieben.

Verbrennungsantriebe, also Antriebe, die Treibstoff verbrennen um Antriebsenergie zu gewinnen, wozu vor allem Verbrennungsmotoren (Otto-, Dieselmotor) und Strahltriebwerke zählen, sind immer wieder, wie jede andere technische Einrichtung auch, von technischen Fehlfunktionen betroffen. Diese Fehlfunktionen können sich in einem Totalausfall des Antriebs ebenso äußern, wie in einer wahrnehmbaren oder unmerklichen Störung, etwa Leistungsabfall, Mehrverbrauch, erhöhtem Verschleiß oder unruhigerem Lauf. Einige dieser Defekte stellen ein Sicherheitsrisiko dar, andere einen finanziellen Mehraufwand. In jedem Fall ist es wünschenswert, Fehlfunktionen eines Antriebs möglichst frühzeitig zu erkennen, sodaß sie berücksichtigt und behoben werden können.

Zur frühzeitigen Erkennung von Defekten werden, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie etwa Strahltriebwerken für Flugzeuge, regelmäßige Inspektionsintervalle festgelegt, deren strikte Einhaltung von Herstellern oder Sicherheitsbehörden gefordert wird. Da diese Inspektionsintervalle im Zweifel eher kürzer als länger gewählt werden, um Risiken möglichst auszuschließen, wird eine erhebliche Zahl von Inspektionen ohne direkte Not­ wendigkeit durchgeführt. Triebwerksüberholungen werden dagegen bereits, zumindest bei dafür geeigneten und zugelassenen Triebwerken, nicht mehr nach Betriebszeit, sondern nach Zustand durchgeführt. Je zuverlässiger die Zustandsanalyse gestaltet werden kann, desto sicherer kann hier der Zeitpunkt zur Triebwerksüberholung bestimmt werden.

Im Automobilbereich hat das entsprechende Problem zum Beispiel zur Entwicklung von Serviceintervallanzeigen geführt, die den Fälligkeitstermin des nächsten Services individuell berechnen und anzeigen. Diese Berechnung wird aufgrund von Daten über die Häufigkeit bestimmter Betriebszustände, etwa Kaltstarts oder Vollgasfahrten, vorgenommen. Ein Nachteil derartiger Verfahren ist die fehlende Möglichkeit, den Zustand des Motors direkt zu erfassen, denn es wird immer von den Betriebsbedingungen auf den Zustand des Triebwerks geschlossen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt deshalb in der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur direkten Diagnose des Zustands und Betriebs eines Verbrennungs­ antriebs, um Störungen und Defekte möglichst frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Diagnose des Zustands oder Betriebs eines Verbrennungsantriebs nach dem Hauptanspruch gelöst, wobei der Verbrennungsantrieb einen Lufteinlaß- und einen Abgasbereich aufweist, wobei weiter in dem Lufteinlaß- und/oder in dem Abgasbereich eine Schallanalyseeinheit angeordnet ist, die nach ihrer Ausbildung und Anordnung zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die mindestens ein Maß für die Amplitude der Schallwellen verschiedener Frequenz in dem Lufteinlaß- bzw. Abgasbereich sind, und wobei schließlich eine Vergleichseinheit zum Vergleich von Signalen der Schallanalyseeinheit mit Sollsignalen vorgesehen ist. Die Schallanalyseeinheit, die bei einem Verbrennungsmotor in dessen Abgaskrümmer angebracht sein kann, besteht beispielsweise aus einem Mikrofon, einem Schaltelement zur Frequenzanalyse - zum Beispiel eine Fouriertransformation - und aus einem Schaltelement zur Ermittlung mindestens der Amplitude von Schallwellen für mehrere verschiedene Frequenzen. Die Schallanalyseeinheit gibt also Signale aus, die für Schallwellen mehrerer Frequenzen mindestens ein Maß für deren Amplitude ist. Dabei kann als Maß für die Amplitude auch das Erreichen einer bestimmten Mindestamplitude dienen. Die Frequenz der betrachteten Schallwellen muß dabei nicht notwendigerweise genau bestimmt werden. Es genügt, daß eine sinnvolle Differenzierung zwischen Schallwellen mit unterschiedlicher Frequenz getroffen werden kann, um das Schallbild bis zu einem praktisch notwendingen Grad aufzuschlüsseln. Dieser Grad kann je nach Anwendung und je nach Anforderungen an die Genauigkeit der Schallanalyse variieren. Diese Signale werden in einer Vergleichseinheit mit Sollsignalen verglichen, sodaß gegebenenfalls Abweichungen festgestellt werden können. Es wird somit ein Ist-Schallbild mit einem Soll-Schallbild verglichen. Dieser Vergleich erlaubt eine Diagnose des Verbrennungsantriebs, denn Verbrennungsantriebe haben für verschiedene Betriebszustände ein jeweils charakteristisches Schallbild. Störungen, zum Beispiel durch Schäden am Antrieb oder schlechten Treibstoff, verursachen eine Störung dieses Schallbildes. Dabei kann man in vielen Fällen aus der Art der Störung des Schallbildes auf die Art der Störung schließen. Dieser Rückschluß auf den Zustand - also die dauerhafte Verfassung - oder auf den Betrieb bzw. Betriebszustand - also die temporäre Verfassung - des Verbrennungsantriebs erfordert in vielen Fällen weitere Bearbeitungsschritte, insbesondere weitere Vergleichsschritte. Auch ohne diese weitere Signalverarbeitung kann aber regelmäßig zumindest die Anwesenheit einer Störung festgestellt werden.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Schallkompensations­ einheit im Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich des Verbrennungsantriebs auf. Die Schall­ kompensationseinheit besitzt einen ersten Schallwandler zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die ein Maß für die Amplitude und Phase von Schallwellen verschiedener Frequenz sind, und einen zweiten Schallwandler zur Umwandlung der Signale in Kompensationsschallwellen, die eine Amplitude und Phase aufweisen, sodaß sich die Schallwellen und die Kompensationsschallwellen wenigstens teilweise auslöschen. Erfindungsgemäß besitzt natürlich auch diese Vorrichtung eine Vergleichseinheit zum Vergleich von Signalen des ersten Schallwandlers mit Sollsignalen für den jeweiligen Zustand bzw. Betrieb des Verbrennungsantriebs. Der erste Schallwandler übernimmt hier die Funktion der Schallanalyseeinheit. Strahltriebwerke und Verbrennungsmotoren mit Schallkompensationseinheiten werden in den nicht vorveröffentlichten DE 198 32 963 C1 und DE 198 32 979 C1 offenbart. Dort werden auch bevorzugte Anordnungen der Schallkompensationseinheiten in Verbrennungsantrieben, sowie Aufbau und Funktion von Schallkompensationseinheiten im Einzelnen beschrieben. Auf diese Anmeldungen wird Bezug genommen. Das Ziel derartiger Schallkompensationseinheiten besteht in der Reduzierung von Schall, insbesondere Abgasschall, von Antrieben durch eine Kompensation mit gezieltem Kompensationsschall, also eine Auslöschung durch Gegenschall. Die hier erwähnten Schallkompensationseinheiten weisen einen ersten Schallwandler, zum Beispiel ein Mikrofon, zur Umwandlung des Schalls in Signale auf die ein Maß für die Amplitude und die Phase der einfallenden Schallwellen darstellen. Diese Umwandlung schließt regelmäßig eine Frequenzanalyse ein, beispielsweise eine Fourier-Transformation, um die Amplitude und Phase pro Schallfrequenz zu bestimmen. Bei Vorliegen eines sehr engen Schallfrequenz­ spektrums kann unter Umständen auch auf eine Frequenzanalyse verzichtet werden, und es können alle auftretenden Frequenzen als eine repräsentative Frequenz betrachtet werden. Die Schallkompensationseinheit weist außerdem einen zweiten Schallwandler auf, etwa einen Lautsprecher, zur Umwandlung der erzeugten Signale in Kompensationsschallwellen mit zu den einfallenden Schallwellen gegenläufiger Phase und etwa gleicher Amplitude, die derart abgestrahlt werden, daß eine weitgehende Auslöschung des unerwünschten Schalls eintritt.

Erfindungsgemäß können die durch die Schallanalyseeinheit, etwa den ersten Schallwandler erzeugten Signale, Teile dieser Signale oder aus diesen Signalen abgeleitete Sekundärsignale zur Diagnose des Zustands eines Antriebs verwendet werden. Zum Beispiel läßt das den Abgasen eines Verbrennungsmotors aufgeprägte Schallmuster Rückschlüsse auf den Zustand des Verbrennungsmotors zu, etwa auf nicht exakt schließende Auslaßventile, auf Zylinder, die trotz aktivierter Zylinderabschaltung in Betrieb sind, oder auf mangelnde Kompression eines Zylinders. Rückschlüsse wären aber auch auf schlechte Benzinqualität, die zum Klopfen oder Klingeln des Motors führt, möglich. Auf einen herkömmlichen Klopfsensor, der am Zylinderblock angebracht ist und den Körperschall des Zylinderblockgehäuses infolge klopfender Verbrennung registriert, könnte somit verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein Schallkompensator etwa direkt im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angebracht ist, bietet dabei den Vorteil einer deutlich feineren und früheren Analyse des Motorzustands und des Verbrennungsablaufs, als das ein den Körperschall eines Bauteils analysierender Klopfsensor erreichen kann. Bei einem Strahltriebwerk können, etwa bei einer Anordnung einer Schallkompensationseinheit im Einlaufkonus des Triebwerks oder in dessen Abgasbereich, Rückschlüsse auf Verschleiß, auf Brennraumablagerungen, auf unsaubere Verbrennung infolge minderer Treibstoffqualität, oder auf mechanische Beschädigungen, etwa infolge Vogelschlags, gezogen werden.

Zur Durchführung der Diagnose werden die in der Schallanalyseeinheit gewonnenen Signale, Teile dieser Signale oder von diesen Signalen abgeleitete Signale verwendet. Die erhaltenen Signale enthalten regelmäßig Information über die Frequenz, über die Amplitude und, vorzugsweise, auch über die Phase mehrerer Schallwellen. Die Diagnose des Verbrennungsantriebs kann jedoch in einigen Fällen bereits an Hand des Frequenzspektrums durchgeführt werden, ohne daß es auf die Amplitude und Phase ankommt. In diesen Fällen wird die Amplitude lediglich einen bestimmten Grenzwert übersteigen müssen, damit die Analyseeinheit der auftretenden Frequenz eine Folge gibt. Dieser Grenzwert kann auch einfach durch die Ansprechschwelle der Analyseeinheit bestimmt sein. Wenn dann etwa Abweichungen von vorbestimmter Größe oder Bedeutung des Ist-Spektrums von dem Soll- Spektrum auftreten, können daraus die oben genannten Rückschlüsse auf den Zustand oder Betrieb des Antriebs gezogen werden. Die Soll-Werte werden für verschiedene typische Betriebzustände, zum Beispiel unterschiedliche Drehzahlen, verschiedene Lastbereiche oder Betriebstemperaturen vorher ermittelt und in der Vergleichseinheit abgespeichert, sodaß im täglichen Betrieb für mehrere oder viele Betriebszustände ein Vergleich der Soll-Werte mit den Ist-Werten gezogen werden kann. Es ist dabei nicht notwendig, daß die volle Information der Schallkompensationseinheit ausgenutzt wird, daß also beispielsweise ein volles Frequenzspektrum von Ist-Werten mit den entsprechenden Soll-Werten verglichen wird. Ein selektiver Vergleich kann durchaus hinreichend sein. Der Vergleich selbst wird regelmäßig in einem Mikrochip oder Mikrocomputer durchgeführt, der ein Teil der Vergleichseinheit ist.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Warnsignals bei Auftreten mindestens einer vorherbestimmten Abweichung der Signale der Schallanalyseeinheit von den Sollsignalen ab. Ein derartiges Warnsignal kann in einer schlichten Warnung durch eine Warnlampe bestehen oder in der Aufforderung, die Betriebs­ bedingungen zu ändern, bei einem Flugzeug-Strahltriebwerk, zum Beispiel, Schub wegzu­ nehmen, oder, bei einem Automobil-Verbrennungsmotor, zum Beispiel, auch in einer Aufforderung zur sofortigen Einstellung des Betriebs. Als Warnsignal im Sinne dieser Offenbarung gilt aber auch ein Signal, das automatisch eine bestimmte Folge herbeiführt, etwa eine Lastanpassung, eine Änderung des Zündzeitpunkts, eine Notabschaltung oder eine Information einer Zentrale per Funk, daß eine bestimmte Fehlfunktion vorliegt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Diagnose­ vorrichtung eine Auswahleinheit zur Auswahl von Signalen der Schallanalyseeinheit, die einem oder mehreren bestimmten Frequenzbereichen entsprechen, zur Durchführung des Signalvergleichs. Damit wird ein selektiver Vergleich von Frequenzen ermöglicht, der weniger Rechnerkapazität benötigt und deshalb schneller erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Servicekontrolleinheit zur Berechnung und Anzeige des Fälligkeitstermins des nächsten Services für den Verbrennungsantrieb aufgrund des Zeitverhaltens von Signalen der Schallanalyseeinheit im Vergleich zu den Sollsignalen des jeweiligen Betriebszustands auf. Die Servicekontrolleinheit beobachtet das Zeitverhalten der Ist-Werte von Signalen oder Teilen davon, etwa der Frequenz, und zieht daraus Schlüsse auf eine demnächst notwendige Inspektion des Triebwerks. Dies ist möglich, weil bestimmte Frequenzen in dem Schallspektrum der Abgase eines Triebwerks immer häufiger auftreten, wenn das Triebwerk reif für eine Inspektion oder Überholung ist. Somit können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung individuelle Inspektionsintervalle realisiert werden, die nicht nur Kosten in erheblichem Umfang dadurch sparen können, daß die Inspektionsintervalle im Durchschnitt länger werden, sondern es kann auch ein Zugewinn an Betriebssicherheit dadurch erreicht werden, daß Inspektionsintervalle tatsächlich abgekürzt werden. Besondere Vorteile sind hier etwa dann vorstellbar, wenn bei Flugzeugtriebwerken die fällige Inspektion direkt an ein Verwaltungszentrum gemeldet wird, das das Flugzeug dann beim nächsten Anlaufen eines Service- oder Stützpunktflughafens unmittelbar zur Inspektion einteilt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens ein Körperschallsensor in oder an dem Verbrennungsantrieb, vorzugsweise an seinem Gehäuse, angeordnet, der der Zuordnung des Ursprungs von Störungen zu einem bestimmten Abschnitt des Verbrennungsantriebs dient. Wenn, wie oben beschrieben, eine Störung des Antriebs festgestellt wird, ist es vorteilhaft, die Störungsquelle nach Art und Ort zu bestimmen. Die Art der Störung kann häufig bereits aus den Ist-Signalen, also dem erhaltenen Frequenzspektrum erschlossen werden. Aus der Art der Störung kann, falls bestimmte Störungen ausschließlich in bestimmten Teilen des Verbrennungsantriebs auftreten, auch auf den Ursprungsort der Störung geschlossen werden, beispielsweise bei Verdichterinstabilitäten in Strahltriebwerken. Falls dies nicht der Fall ist, kann eine Ortung des Ursprungs der Störung jedoch nicht erfolgen. Für diese Fälle bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, den Ursprung einer Störung zu lokalisieren, indem am Gehäuse des Antriebs ein, vorzugsweise mehrere Körperschallsensoren angebracht werden, deren Ergebnisse miteinander verglichen werden können, sodaß der Ursprung einer Störung geortet werden kann. Zum Beispiel können derartige Körperschallsensoren am Gehäuse eines Strahltriebwerks angebracht werden, einer etwa auf Höhe des Vorverdichters, ein weiterer auf Höhe des Hauptverdichters und noch einer auf Höhe der Turbine. Wenn eine Störung beispielsweise im Hauptverdichter auftritt, wird der entsprechende Körperschallsensor regelmäßig die stärkste Veränderung des Schallprofils aufweisen, woraus der Schluß gezogen werden kann, daß die Quelle der Störung im Hauptverdichter liegt. Entsprechendes gilt bei Verbrennungsmotoren, wo etwa der Zylinder, der eine Störung aufweist, bestimmt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Einheit zur Synchronisierung von zwei oder mehreren Antrieben auf, wobei diese Einheit die Signale der Schallanalyseeinheiten der zu synchronisierenden Antriebe vergleicht und danach Antriebssteuerparameter der Antriebe, etwa die Treibstoffzufuhr, derart verändert, daß sich die Signale der Schallanalyseeinheiten der verschiedenen Antriebe aneinander annähern. Das Problem der Synchronisierung von Antrieben tritt beispielsweise bei Flugzeugen auf, wo Turboprop-Triebwerke oder Strahltriebwerke synchron laufen müssen, um akustische Störungen, wie Schwebungen oder Wummergeräusche, zu vermeiden. Diese Antriebs­ synchronisierung findet heute regelmäßig aufgrund eines Drehzahlvergleichs der Triebwerke statt. Dieser Drehzahlvergleich ist in der Praxis jedoch mit einer Ungenauigkeit und einer Zeitverzögerung behaftet, die eine schnelle und effiziente Synchronisierung erschweren. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, den Betriebszustand der Triebwerke dadurch miteinander zu vergleichen, daß man die Signale ihrer ersten Schallwandler miteinander vergleicht und die Triebwerkssteuerparameter so anpaßt, daß sich diese Signale, beispielsweise die Frequenzspektren, einander annähern. Damit wird eine einfache, wirkungsvolle und schnelle Triebwerkssynchronisation erreicht.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einheit zur Kontrolle, vorzugsweise auch zur Kalibrierung, eines Drehzahlmessers für einen Antrieb auf. Herkömmlich basiert die Ausgabe von Drehzahlmessern auf der Messung der Rotationsfrequenz eines rotierenden Teils, etwa des Schwungrads oder einer Getriebewelle beim Automotor, oder der zentralen Antriebswelle bei einem Strahltriebwerk. Diese Messungen beinhalten prinzipbedingt eine Reihe von Fehlerquellen, die zu Fehlmessungen führen können. Diese Meßfehler können erfindungsgemäß mit Hilfe einer Kontrolleinheit erkannt und korrigiert werden, die Signale der Schallanalyseeinheiten des Antriebs mit der unkorrigierten Ausgabe des Drehzahlmessers vergleicht und diese gegebenenfalls korrigiert. Dieser Vergleich ist möglich, da jede Drehzahl eines Antriebs einem bestimmten Schallbild dieses Antriebs entspricht. Neben einer Kontrolle der korrekten Funktion ist auch eine Kalibrierung des Drehzahlmessers unter definierten Bedingungen der Schallausbreitung möglich. Diese kann in vorgegebenen Zeitabständen oder auch bei Bedarf erfolgen, also bei Registrierung einer deutlichen Abweichung der Ausgabe des Drehzahlmessers von der durch Auswertung des Schallbilds ermittelten tatsächlichen Drehzahl.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Diagnose des Zustands oder Betriebs eines Verbrennungsantriebs, insbesondere von Verbrennungsmotoren und Strahltriebwerken, mit einem Lufteinlaß- und einem Abgasbereich bereitgestellt. Dieses Verfahren weist zunächst den Schritt einer Umwandlung von Schallwellen in Signale auf, die mindestens ein Maß für die Amplitude der Schallwellen verschiedener Frequenzen in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich sind. Diese Umwandlung erfolgt in einer Schallanalyse­ einheit, die in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich angeordnet ist. Wie bereits oben beschrieben, geben diese Signale Auskunft über die - exakte oder näherungsweise oder mindestens vorhandene - Amplitude von Schallwellen verschiedener Frequenzen. Dazu bedarf es, wie ebenfalls bereits beschrieben, einer Unterscheidung verschiedener Frequenzen, die mehr oder weniger genau sein kann. Beispielsweise kann eine Fourieranalyse durchgeführt werden, um das Schallbild in seine Basisschwingungen zu zerlegen, deren Amplitude dann ermittelt wird. Anschließend werden die so gewonnenen Signale in einer Vergleichseinheit mit Sollsignalen verglichen. Daraus kann dann eine Diagnose abgeleitet werden.

Vorzugsweise wird eine Schallkompensationseinheit verwendet, mit mindestens einem ersten Schallwandler - der als Schallanalyseeinheit fungiert - zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die ein Maß für die Amplitude und Phase der Schallwellen sind, und einem zweiten Schallwandler zur Umwandlung der Signale in Kompensationsschallwellen, die eine Amplitude und Phase aufweisen, sodaß sich die Schallwellen und die Kompensations­ schallwellen wenigstens teilweise auslöschen. Erfindungsgemäß werden bei dem Diagnoseverfahren in einer Vergleichseinheit Signale des ersten Schallwandlers mit Sollsignalen für den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungstriebwerks verglichen.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer Ausgabeeinheit bei Auftreten mindestens einer vorherbestimmten Abweichung der Signale der Schallanalyse­ einheit von den Sollsignalen ein Warnsignal ausgegeben. Bevorzugt ist auch ein Verfahren, bei dem in einer Auswahleinheit Signale der Analyseeinheit, die einem oder mehreren bestimmten Frequenzbereichen entsprechen, ausgewählt werden. Damit kann ein selektiver Datenvergleich, wie oben beschrieben, vorgenommen werden. Bei einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fälligkeitstermin des nächsten Services des Verbrennungsantriebs aufgrund des Zeitverhaltens der Signale der Analyse­ einheit im Vergleich zu den Sollsignalen von einer Servicekontrolleinheit berechnet und angezeigt. Damit sind individuelle Serviceintervalle möglich, die die oben beschriebenen Vorteile mit sich bringen.

Weiter ist auch ein Verfahren bevorzugt, bei dem der Ursprung von Störungen in dem Verbrennungsantrieb mit Hilfe mindestens eines Körperschallsensors, der vorzugsweise an dem Gehäuse des Verbrennungsantriebs angeordnet ist, einem bestimmten Abschnitt des Verbrennungsantriebs zugeordnet wird.

Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Diagnose von Verbrennungsantrieben bereitgestellt, das sich dadurch auszeichnet, daß zwei oder mehrere Verbrennungsantriebe mit Hilfe eines Vergleichs von Signalen der Schallanalyseeinheiten der Verbrennungsantriebe miteinander synchronisiert werden können.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Drehzahl­ messer für einen Verbrennungsantrieb in seiner Anzeige kontrolliert und, gegebenenfalls, korrigiert wird, indem das der Anzeige entsprechende charakteristische Schallbild mit dem Soll-Schallbild für die angezeigte Drehzahl verglichen wird. Vorzugsweise wird der Dreh­ zahlmesser in vorgegebenen Abständen durch ein entsprechendes Verfahren auch kalibriert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden an Hand der beiden Figuren beschrieben, die folgendes zeigen:

Fig. 1: Strahltriebwerk mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,

Fig. 2: Verbrennungsmotoren-Abgastrakt mit erfindungsgemäßer Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Strahltriebwerk 1, in dem zwei Schallkompensationseinheiten 2 und 2' angebracht sind. Die vordere Schallkompensationseinheit 2 ist in dem Einlaufkonus des Strahltriebwerks 1 angebracht und besteht im wesentlichen aus einem ersten Schallwandler 3, hier einem Mikrofon, und einem ringförmigen zweiten Schallwandler 4, hier einem ringförmigen Lautsprecher, in dessen Mitte der erste Schallwandler angeordnet ist. Die Einheit 2 ist in einer Höhlung des vorderen Triebwerkskonus 9 eingesetzt, um einerseits vor direkter Beaufschlagung durch die anströmende Luft geschützt zu sein und um andererseits definierte Abstrahlungsbedingungen für den Kompensationsschall bereitzustellen. Der Konus 9 mit der Schallkompensationseinheit 2 wird über einen Träger 8, hier ein Dreibein, in dem Einlaufkonus des Strahltriebwerks 1 gehalten. Von dem ersten Schallwandler 3 werden die den Schall in dem Einlaufkonus darstellenden Signale einer Vergleichseinheit 5 zugeführt, in der der oben beschriebene Vergleich der Soll- und Ist-Werte vorgenommen wird. Die Signale werden hier vor der Vergleichseinheit 5 einer Frequenzanalyseeinheit 6 zugeführt, die die auch für die Schallkompensation regelmäßig notwendige Frequenzanalyse durchführt. Diese Frequenzanalyseeinheit 6 ist häufig ein Bestandteil des ersten Schallwandlers 3, wenn dieser seine, die Amplitude und Phase des einlaufenden Schalls repräsentierenden Signale, nach einzelnen Frequenzen aufgeschlüsselt abgibt. Anderenfalls, wenn der erste Schallwandler 3 nicht nach Frequenzen oder nur grob nach Frequenzbereichen differenziert, kann es vorteilhaft sein, die Frequenzanalyse außerhalb des ersten Schallwandlers 3 durchzuführen.

Das Strahltriebwerk nach Fig. 1 weist außerdem eine hintere Schallkompensationseinheit 2' mit einem ersten Schallwandler 3' und einem zweiten, ringförmigen Schallwandler 4' auf, die über ein Dreibein 8' mit dem Gehäuse des Strahltriebwerks 1 verbunden ist. Die Signale des ersten Schallwandlers 3' werden hier in der Frequenzanalyseeinheit 6' analysiert, bevor in der Vergleichseinheit 5' der erstrebte Vergleich von Ist- und Soll-Werten durchgeführt wird.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Einheit 7 zum Vergleich der Output-Signale der Vergleichs­ einheiten 5 und 5' gezeigt. In der Einheit 7 werden Abweichungen der Ist-Wert-Signale von den Soll-Wert-Signalen, die von der vorderen Vergleichseinheit 5 ermittelt wurden, mit den entsprechenden Abweichungen, die von der hinteren Vergleichseinheit 5' festgestellt wurden, verglichen, um so eine sicherere und/oder differenziertere Aussage über eine möglicherweise aufgetretene Störung zu machen. Sowohl die Art der Störung, wie auch der Ursprungsort der Störung können hiermit besser analysiert werden.

Fig. 1 zeigt ferner, als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform, drei Körperschall­ sensoren 11, 12 und 13, wovon Sensor 11 an dem Außengehäuse 10 des Triebwerks 1 und Sensoren 12 und 13 an dem Innengehäuse 10' des Triebwerks 1 angebracht sind. Sie sind derart verteilt und angeordnet, daß sich eine auftretende Störung, die beispielsweise von der vorderen Vergleichseinheit 5 oder der hinteren Vergleichseinheit 5' diagnostiziert wird, in vielen Fällen örtlich besser lokalisieren läßt. Denn viele Störungen verursachen neben einem differenzierten Luftschallspektrum auch Körperschall, der mehr oder weniger charakteristisch ist, der aber in jedem Fall seinen lokalen Ursprung erkennen läßt. Damit kann eine Störung sicherer und schneller lokalisiert werden, sodaß etwa zu veranlassende Reparaturmaßnahmen genauer im Voraus bestimmt werden können. Zu diesem Zweck sind die Sensoren 11, 12 und 13 jeweils an dem Gehäuse 10, 10' angebracht, das den Luftstrom durch das Triebwerk direkt von der Umgebung oder einem Mantelstrom abschirmt.

Fig. 2 zeigt ein Abgasrohr 14, das einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor nachgeschaltet ist und einen Katalysator 15, eine Lambdasonde 16 und eine Schallkompensationseinheit 2 mit einem ersten Schallwandler 3 und einem zweiten Schallwandler 4 aufweist. Die Schall­ kompensationseinheit 2 ist über eine Halterung 17 mit dem Gehäuse des Abgasrohrs 14 verbunden. Die Einheit 2 wird über den Stromstecker 19, mit Energie versorgt, über Datenstecker 18 werden die Signale des ersten Schallwandlers 3 abgerufen und, hier nicht gezeigt, einer Vergleichseinheit zugeführt, die einen Soll-Ist-Vergleich, wie oben beschrieben, durchführt.

Die vorliegende Erfindung bietet somit die Möglichkeit einer Zustands- und Betriebsdiagnose für einen Antrieb auf einfache und kostensparende Weise, wenn dieser Antrieb eine Schall­ analyseeinheit, insbesondere eine Schallkompensationseinheit, aufweist, wie sie etwa in den oben genannten nicht vorveröffentlichten Druckschriften DE 198 32 963 C1 und DE 198 32 979 C1 offenbart sind.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Diagnose des Zustands oder Betriebs eines Verbrennungsan­ triebs (1) mit einem Lufteinlaß- und einem Abgasbereich, aufweisend:
eine Schallanalyseeinheit in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die mindestens ein Maß für die Amplitude von Schallwellen verschiedener Frequenz in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich sind, und
eine Vergleichseinheit (5, 5') zum Vergleich von Signalen der Schallanaly­ seeinheit mit Sollsignalen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbren­ nungsantrieb (1) mindestens eine Schallkompensationseinheit (2, 2') in seinem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich aufweist, wobei die Schallkompensationseinheit (2, 2') mindestens einen ersten Schallwandler (3, 3') als Schallanalyseeinheit zur Umwandlung von Schallwellen verschie­ dener Frequenz in Signale, die ein Maß für die Amplitude und Phase der Schaltwellen sind, und einen zweiten Schallwandler (4, 4') zur Umwandlung der Signale in Kompensationsschallwellen, die eine Amplitude und Phase aufweisen, sodaß sich die Schallwellen und die Kompensationsschallwellen wenigstens teilweise auslöschen, aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Warnsignals bei Auftreten min­ destens einer vorherbestimmten Abweichung von Signalen der Schallanalyse­ einheit von Sollsignalen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswahleinheit zur Auswahl von Signalen der Schallanalyseein­ heit, die einem oder mehreren bestimmten Frequenzbereichen entsprechen, für den Vergleich in der Vergleichseinheit (5, 5').

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Servicekontrolleinheit zur Berechnung und Anzeige des Fällig­ keitstermins des nächsten Services für den Verbrennungsantrieb (1) aufgrund des Zeitverhaltens von Signalen der Schallanalyseeinheit im Vergleich zu Sollsignalen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Körperschallsensor (11, 12, 13) zur Zuordnung des Ursprungs von Störungen in dem Verbrennungsantrieb (1) zu einem be­ stimmten Abschnitt des Verbrennungsantriebs (1).

7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die Anordnung des mindestens einen Körperschallsensors (11, 12, 13) am Gehäu­ se (10, 10') des Verbrennungsantriebs (1).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einheit zur Synchronisierung von mindestens zwei Verbrennungs­ antrieben (1), wobei die Einheit die Signale der jeweiligen Schallanalyseein­ heit der Verbrennungsantriebe (1) miteinander vergleicht und bei Abweichun­ gen Steuerparameter der Verbrennungsantriebe (1) derart verändert, daß sich die Signale der Schallanalyseeinheiten der Verbrennungsantriebe (1) einander anpassen.

9. Verfahren zur Diagnose des Zustands oder des Betriebs eines Verbrennungs­ antriebs (1) mit einem Lufteinlaß- und einem Abgasbereich, aufweisend fol­ gende Schritte:
Umwandeln von Schallwellen in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich in Signale, die mindestens ein Maß für die Amplitude von Schallwellen ver­ schiedener Frequenz in dem Lufteinlaß- und/oder Abgasbereich sind, mittels einer Schallanalyseeinheit,
Vergleichen der Signale der Schallanalyseeinheit mit Sollsignalen in einer Vergleichseinheit (5, 5'), so daß eine Aussage über den Zustand oder Betrieb des Verbrennungsantriebs (1) gemacht werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schallkompen­ sationseinheit (2, 2') verwendet wird, die im Lufteinlaß- und/oder Abgasbe­ reich des Verbrennungsantriebs (1) angeordnet ist, wobei die Schallkompen­ sationseinheit (2, 2') mindestens einen ersten Schallwandler (3, 3') als Schall­ analyseeinheit zur Umwandlung von Schallwellen in Signale, die ein Maß für die Amplitude und Phase der Schallwellen sind, und einen zweiten Schall­ wandler (4, 4') zur Umwandlung der Signale in Kompensationsschallwellen, die eine Amplitude und Phase aufweisen, so daß sich die Schallwellen und die Kompensationsschallwellen wenigstens teilweise auslöschen, aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Ausgabeeinheit bei Auftreten mindestens einer vorherbestimmten Abweichung von Signalen der Schallanalyseeinheit von Sollsignalen ein Warnsignal ausgegeben wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auswahleinheit Signale der Schallanalyseeinheit, die einem oder mehreren bestimmten Frequenzbereichen entsprechen, ausge­ wählt und anschließend in der Vergleichseinheit (5, 5') verglichen werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fälligkeitstermin des nächsten Services des Verbren­ nungsantriebs (1) aufgrund des Zeitverhaltens von Signalen der Schallanaly­ seeinheit im Vergleich zu Sollsignalen von einer Servicekontrolleinheit be­ rechnet und angezeigt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ursprung von Störungen in dem Verbrennungsantrieb (1) mit Hilfe mindestens eines Körperschallsensors (11, 12, 13) einem be­ stimmten Abschnitt des Verbrennungsantriebs (1) zugeordnet wird.

15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Körperschalls mit dem mindestens einen Körperschallsensor (11, 12, 13) am Gehäuse (10, 10') des Verbrennungsantriebs (1) erfolgt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Signale der Schallanalyseeinheiten von zwei oder meh­ reren Verbrennungsantrieben (1) verglichen werden und auf der Basis dieses Vergleichs Steuerparameter der Verbrennungsantriebe (1) derart verändert werden, daß sich die Signale der jeweiligen Schallanalyseeinheiten der Ver­ brennungsantriebe einander angleichen, um so die Verbrennungsantriebe mit­ einander zu synchronisieren.