DE2625971C2

DE2625971C2 - Verfahren und Einrichtung zur Erkennung von Störungen bei einzelnen Zylindern von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2625971C2
Application number: DE2625971A
Authority: DE
Inventors: Valerio Dipl.-Ing. Dr. 7147 Hochdorf Bianchi; Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch; Hans Dipl.-Ing. 7031 Grafenau Zeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1976-06-10
Publication date: 1984-08-23
Also published as: US4134374A; JPS6039857B2; DE2625971A1; JPS52153008A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von der in der DE-OS 25 28 785 offenbarten Lehre. Gezeigt und beschrieben ist dort eine Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Detektoren, welche die Beschaffenheit der Auspuffgase im Hinblick auf den Verbrennungszustand des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den einzelnen Zylindern der Maschine feststellen, wonach über eine weitere Signalverarbeitung eine Fehlzündung der Maschine feststellbar ist.

Kommt es auf eine möglichst schnelle Störungserkennung an, dann erweist sich diese bekannte Vorrichtung als nicht optimal, zumal zwischen dem Auftreten einer Störung der Brennkraftmaschine und dem anschließenden Erkennen dieser Störung über das Abgas zwangsläufig eine Zeitverzögerung eintritt, was bei gewünschten sehr schnellen Störungserkennungen nachteilig ist.

Aus der US-PS 26 55 036 ist ein »Frequency Modulated Torsional Vibration Analyzer« bekannt, mit dessen Hilfe Kurbelwellen-Drehschwingungen bei Brennkraftmaschinen über einen weiten Bereich der Drehzahl erfaßt werden können. Dies erfolgt mit Hilfe eines Wechselspannungsgenerators, dessen Ausgangssignal in der Frequenz direkt proportional zur Winkelgeschwindigkeit det Kurbelwelle ist, und über einen nachgeschalteten Frequenz-Diskriminator-Kreis erhält man dann ein Amplitudensignal, das jeweils zur momentanen Frequenzabweichung in einem speziellen Verhältnis steht.

Auch dieser Weg hat sich nicht als optimal erwiesen, weil die Drehzahl der Kurbelwelle zuerst in ein höherfrequentes Wechselspannungssignal umgewandelt werden muß und bei dieser Frequenztransformation sich

so sehr leicht Störeinflüsse bemerkbar machen können.

Es sind andererseits auch Regelverfahren bekannt (siehe die DE-OS 24 17 187), bei denen durch Erfassung der Laufruhe eine Steuergrüße zur Ansteuerung einer Kraftstoff-Luft-Gemischregelung erzielt wird. Dabei werden die bei Erreichen der Laufgrenzen der Brennkraftmaschine auftretenden Schwankungen der Antriebsleistung über die Schwankung der IST-Drehzahl durch Vergleich mit einer elektronisch aus der IST-Drehzahl gemittelten konstanten Drehzahl bestimmt und entsprechend der Änderung der Vor- oder Nacheilung ein Stellglied zur Beeinflussung der Kraftstoff-Luft-Gemischzusammensetzung verstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung von Störungen einzelner Zylinder von Brennkraftmaschinen anzugeben, mit dem eine bei einem oder mehreren Zylindern verminderte Leistung sicher und schnell erfaßtbar ist und zur Anzeige gebracht werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspmches.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Verfahren zur Erkennung von Fehlfunktionen den Vorteil daß ohne messenden Eingriff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eine bei einem Zylinder verminderte Leistung durch die Periodizität von Drehzahlschwankungen erfaßt wird. Dabei werden auftretende Schaden bereits sehr frühzeitig erkannt Durch die vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird die Überwachung in einfacher Weise mit wenigen elektronischen Bauteilen handelsüblicher Art verwirklicht, ohne daß ein mechanischer Eingriff in die Konstruktion der Brennkraftmaschine notwendig wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung

In der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist mit der Position 10 die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bezeichnet. Am Anfang der Welle ist eine Marke 11 angebracht, die sich an einem induktiven Impulsgeber 12 bei Rotation der Kurbelwelle vorbeibewegt. Durch die Marke 11 wird dabei in dem Impulsgeber 12 ein Signal induziert, das einem dem Impulsgeber nachgeschalleten Impulsformer 13 zugeführt wird. Dieser erzeugt in drehzahlabhängiger Frequenz eine Rechteckimpulsfolge, die vom Impulsformer 13 auf den ersten Eingang 14 eines Phasenkomparators 15 gegeben wird. Der zweite Eingang 16 des Phasenkomparator 15 ist mit dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Generators 17 von Rechteckimpulsen verbunden. Die Steuerspannung erhält der spannungsgesteuerte Generator 17 von einer zweiten Integriereinrichtung 20, der eine erste mit dem Ausgang des Phasenkomparators 15 verbundene Integriereinrichtung 21 vorgeschaltet ist.

Die erste Integriereinrichtung besteht dabei aus einem Integrierkondensator 23, der über in Reihe liegende Widerstände 24 und 25 mit dem Ausgang des Phasenkomparator 15 verbunden ist. Zwischen den beiden Widerständen 24 und 25 erfolgt der Abgriff für den Eingang der zweiten Integriereinrichtung 20. Diese besteht aus einem Operationsverstärker 27, dessen nicht invertierender Eingang der Eingang der Integriereinrichtung 20 ist. Im Rückkopplungszwcig des Operationsverstärkers zum invertierenden Eingang befindet sich ein Integrierkondensator 29. Der Ausgang des Operationsverstärker 27 ist als Ausgang der zweiten Integriereinrichtung 20 mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Generators 17 verbunden.

Vom Generator 17 besteht weiterhin eine Verbindung zum Takteingang 30 eines Schieberegisters 31. Dieses kann z. B. in der vorliegenden Ausführung 8 oder 10 Stellen besitzen. Der Dataeingang 32 des Schieberegisters 31 ist mit dem Ausgang des Impulsformers 13 verbunden.

An den Ausgang des Schieberegisters 31 ist ein Decodierer 34 angeschlossen, dessen Ausgang 35 in diesem Fall mit einer Warneinrichtung 36 verbunden ist Der Decodierer 34 besteht aus einer Reihe von multiplizierenden logischen Schaltgliedern 37, in diesem Fall Antivalenzglieder, deren Ausgang Null ist wenn an den jeweiligen Eingängen ein gleiches Signal anliegt Weiterhin ist Bestandteil des Decodieren 34 ein addierendes logisches Schaltglied 38, in diesem Fall ein NAND-Gatter, dessen Eingangszahl der Zahl der vorhandenen Xntivalenzglieder 37, deren Ausgänge mit den entsprechenden Eingängen des NAND-Gatters verbunden sind, entspricht. Die Eingänge der Antivalenzglieder 37 sind jeweils mit aufeinander folgenden Speicherstellen a, b, c, d usw. des Schieberegisters 31 verbunden. Die

μ Antivalenzglieder haben dabei jeweils zwei Eingänge, von denen die jeweiJs benachbarten Eingänge zweier aufeinander folgender Antivalenzglieder miteinander verbunden sind. Der erste Eingang des ersten Antivalenzglieds ist somit mit der Speicherstelle a und der zweite Eingang mit der Speicherstelle b und dem ersten Eingang des folgenden zweiten Antivalenzgliedes verbunden. Der zweite Eingang dieses zweiten Antivalenzgliedes ist wiederum mit der Speicherstelle c und dem ersten Eingang des dritten Antivalenzgliedes verbunden. Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Angesteuert vom Impulsgeber 12 tritt am Ausgang des Impulsformers, wie erwähnt, eine Rechteckimpulsfolge in drehzahlabhängiger Frequenz auf. Diese entspricht der IST-Drehzahl der Brennkraftmaschine. Mit Hilfe der ersten Integriereinrichtung 21 und der zweiten Integriereinrichtung 20 sowie des nachgeschalteten spannungsgesteuerten Generators 17 wird ein Signal erzeugt, das einer aus dieser IST-Drehzahl gemittelten konstanten Drehzahl entspricht. Infolgedessen wird bei einem Vergleich der beiden Eingangssignale im Phasenkomparator 15 am Ausgang ein Signal entstehen, wenn die beiden Frequenzen am ersten Eingang und am zweiten Eingang 15 phasengleich sind. Dies würde bedeuten, daß die IST-Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich der gemittelten Drehzahl, also konstant, ist. Treten dagegen bei einem fehlerhaft arbeitenden Zylinder Schwankungen der IST-Drehzahl auf, so sind die beiden Eingangssignale des Phasenkomparators phasenverschoben und es tritt am Ausgang desselben ein Signal auf, das einer Frequenzänderung entspricht bzw. einer Laufzeitänderung bezogen auf die Periodendauer eines Umlaufs der Kurbelwelle. Es erscheint ein positiver Impuls, wenn der Phasenfehler positiv ist und ein negativer Impuls, wenn der Phasenfehler negativ ist. Am Ausgang des zweiten Integrators entsteht dann ein aus diesen Impulsen gemitteltes Signal zur Ansteuerung des Impulsgenerators 17. Die positiven Impulsflanken der Ausgangsimpulse des Generators 17 dienen nun als Taktim-

bo puls für das Schieberegister 31, während die positiven Flanken der vom Impulsformer 13 abgegebenen Impulse als Information in den Eingang des Schieberegisters 31 gegeben werden. Aus der Reihenfolge der Ankunft der positiven Flanken ergibt sich das Vorzeichen der Beschleunigung bzw. der Drehzahländerung. In den Speicherstellen a, b. c. d usw. werden dementsprechend in fortschreitender Folge Null- oder Eins-Signale gespeichert. Natürlich kann auch der Ausgang des Impuls-

formers mit dem Takteingang und der Ausgang des Generators mit dem Data-Eingang verbunden sein.

Liegt bei der Brennkraftmaschine eine Störung vor, die sich, wenn sie bei den Zylindern auftritt, nahezu ausschließlich an einem Arbeitszylinder ausbildet, führt das z. B. bei Verminderung des Brennraumdrucks in einem Arbeitszylinder zu mit einer Frequenz entsprechend der halben Drehzahl auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen. Dies unter der Voraussetzung, daß die Brennkraftmaschine nach dem Vieriaktverfahren arbeilet und daß an der Kurbelwelle eine einzige Marke 11 angebracht ist. Dementsprechend treten periodisch wechselnde Phasenverschiebungen auf, die laufend nacheinander in den einzelnen Speicherstellen a. b,c... des Schieberegisters 31 gespeichert werden. Mit Hilfe des Decodierers wird nun eine etwa auftretende Perioditizität ermittelt und dann gegebenenfalls eine Warneinrichtung ausgelöst. Im übrigen Betrieb der Brennkraftmaschine treten zwar auch Beschleunigungsänderungen insbesondere im Bereich der mageren Laufgrenzen der Brennkraftmaschine auf, doch zeigen diese Störungen kein systematisches Verhalten. Tritt dagegen der Störfaktor alternierend im regelmäßigen W.echsel auf, so ist das ein sicheres Anzeichen der Fehlfunktion eines Zylinders. Um eine hinreichend genaue Aussage über die Periodizität zu erhalten, wird ein nstelliges Schieberegister verwendet, das in diesem Falle z. B. 8 oder 10 Stellen besitzt. Jedenfalls muß die Zahl so groß sein, daß bei üblicher Laufruhe eine Betätigung des Warnsignals nicht auftreten kann. Diese Stellen werden j< > nun durch die Antivalenzglieder abgefragt, an deren Ausgang jeweils nur dann ein Eins-Signal erscheint, wenn an deren Eingängen Signale unterschiedlicher Ordnung anliegen. Erst wenn alle Ausgänge der Antivalenzglieder ein Eins-Signal aufweisen, erscheint beim Ausgang des NAND-Gatters eine Null. In allen übrigen Fällen ist der Ausgang des NAND-Gatters 37 eine 1. Die Warneinrichtung 36 ist dann so ausgelegt, daß sie auf das Signal Null hin ausgelöst wird.

Je nach Logik kann natürlich auch ein UND-Gatter verwendet werden, wie auch gleicherweise statt der Antivalenzglieder Äquivalenzglieder verwendet werden können, denen dann NOR- bzw. ODER-Gatter nachgeschaltet werden.

Durch den Decodierer 34 kann nun als Warneinrichtung eine Lampe oder eine Hupe angesteuert werden. Im anderen Fall kann natürlich auch eine Abstellvorrichtung der Brennkraftmaschine geschaltet werden. Als Anwendungsmöglichkeit der beschriebenen Einrichtung ist besonders günstig eine Verbindung mit einer bekannten Laufruheregeh.ing, die z. B. die Komponenten Impulsformer 13, Phasenkomparator 15, den Regelkreis aus Integriereinrichtung 21 und 22(PLL-Regelkreis) und den spannungsgesteuerten Impulsgenerator 17 (VCO) enthält Der besondere Vorteil ist dabei der, daß größere Störungen, die ein Anfetten des Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Folge haben, sofort erkannt werden. Ferner kann die Einrichtung auch zur Katalysatorüberwachung oder als selbständiges Überwachungsgerät für Brennkraftmaschinen mit fester Installation im Fahrzeug oder als Diagnosemittel in Werkstätten verwendet werden. Im letzten Fall bietet sich vorteilhaft diese Einrichtung auch zur Einstellung von Mehrvergasermotoren an. '

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erkennung vca Störungen einzelner Zylinder von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die IST-Drehzahl der Brennkraftmaschine und eine daraus gemittelte konstante Drehzahl durch jeweils ein periodisch erzeugtes Signal erfaßt und die Phasen der Signale miteinander verglichen werden, und daß eine ausgewählte Anzahl der nacheinander ermittelten Vergleichswerte nacheinander gespeichert werden, ständig miteinander verglichen werden und bei periodisch auftretender gleichsinniger Phasenabweichung der gespeicherten Werte ein Signal zur Ansteuenmg einer Anzeigeeinrichtung erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichswerte nur Phasenabweichungen, die über einen festlegbaren Mindestbetrag hinausgehen, erfaßt werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Kurbelwelle (10) zusammenarbeitender Impulsgeber (11,12) zur Ansteuerung eines Impulsformers (13) vorgesehen ist, der mit dem ersten Eingang (14) eines Phasenkomparator (15) verbunden ist, daß ferner ein mit dem zweiten Eingang (16) des Phasenkomparator (15) verbundener spannungsgesteuerter Generator (17) vorgesehen ist, dessen Eingang mit einem vom Phasenkomparator gesteuerten Regelkreis (20, 21) zur Erzeugung von elektrischen Signalen entsprechend einer mittleren konstanten Drehzahl verbunden ist, und daß die Ausgangssignale des spannungsgesteuerten Generators (17) und des Impulsformers (13) auf den Takt- (30) bzw. den Signal-Eingang (32) eines Schieberegisters (31) geführt werden, dessen Ausgänge an einen Decodierer (34) zur Erzeugung eines Steuersignals für die Anzeigeeinrichtung (36) angeschlossen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Decodierer (34) aus multiplizierenden logischen Schaltgliedern (37) besteht, deren Ausgangssignale Signalgleichheit oder Signalungleichheit ihrer Eingänge erfassen (Antivalenz oder Äquivalenz) und deren Eingänge jeweils nacheinander mit den aufeinander folgenden Speicherstellen (a, b.c..) des Schieberegisters (31) verbunden sind, wogegen deren Ausgänge mit entsprechend der Zahl dieser Ausgänge vorgesehenen Eingängen eines addierenden logischen Schaltgliedes (38) (NAND- oder NOR-Gatter) verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4 für eine im Viertaktfahren arbeitende Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber mit einer einzigen Kurbelwellengebermarke (11) zusammenarbeitet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die multiplizierenden Schaltglieder (37) jeweils zwei Eingänge haben, die jeweils mit aufeinander folgenden Speicherstellen (a, b,...)des Schieberegisters (31) verbunden sind, wobei die einander benachbarten Eingänge der aufeinander folgenden Schaltglieder mit derselben Speicherstelle des Schieberegisters verbunden sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3,4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis aus einer ersten Integriereinrichtung (21) aus passiven

Bauelementen (23,24) und einer damit verbundenen zweiten Integriereinrichtung (20) besteht, die aus einem Operationsverstärker (27) mit einem Kondensator (29) im Rückkopplungszweig gebildet wird und die über den Ausgang des Operationsverstärkers mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Generators (17) verbunden ist.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Decodiercrs (34) ein Schalter für eine Abschalt- oder Warnvorrichtung verbunden ist.