DE2658653A1

DE2658653A1 - Motorkontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE2658653A1
Application number: DE19762658653
Authority: DE
Inventors: Stephen Clow Hadden; Leonard Robin Hulls
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1976-01-02
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1977-07-14
Also published as: US3977239A; CA1074011A; IT1104765B; FR2337334B1; GB1558094A; JPS5285609A; FR2337334A1; DE2658653C2

Description

Motorkontrolleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kotorkontrolleinriclitung mit einer Meßwertwandleranordnung, die einen vom Motor ausgehenden Druckwellenverlauf in ein entsprechendes komplexes elektrisches Signal übersetzt, das eine hervortretende G-rundfrequenzkomponente, deren Frequenz sich direkt proportional zur Motordrehzahl ändert, aufweist; und mit einer Schaltungsanordnung zum Analysieren des komplexen elektrischen Signals.

Bei Diagnose- oder Kontrolleinrichtungen für Verbrennungsmotoren hat man es früher als unumgänglich erachtet, die Einrichtung über elektrische und mechanische Anschlüsse mit dem zu kontrollierenden Motor zu verbinden, um dessen Drehzahl, Zündungseinstellung, Kompression usw. zu messen. Inzischen wurde gefunden, daß man ohne irgendwelche elektrische oder mechanische Anschlüsse am Motor die Motordrehzahl mit Hilfe einer Meßwertwandleranordnung messen kann, welche die sich durch die Explosionen in den einzelnen Zylindern des Motors ergebenden Druckänderungen am Ende des Auspuffrohres erfaßt. Eine derartige Einrichtung ist in der USA-Patentschrift 3,978,719 beschrieben. Die dort beschriebene 'Einrichtung zum Messen der Motordrehzahl enthält Mittel zum Erfassen und Verfolgen von raschen Änderungen der Motordrehzahl und kann daher für die Durchführung eines Beschleunigungs-

709828/0253

stoß-Testes zur Bestimmung des Drehmomentes und der PS-Leistung des Motors verwendet werden. Die Fähigkeit dieser Einrichtung, der sich rasch ändernden ^otorarehzahl zu folgen, läßt sich durch die zusätzliche Verwendung eines Signalfrequenzverfolgungs-Bandpaßfilters, wie es in der USA-Patentschrift 3,978,416 beschrieben ist, noch verbessern, Es ist wünschenswert, unter Anwendung dieser G-rundmethoden ein System zu entwickeln, das außer der von der genannten bekannten Einrichtung vermittelten Information über Drehmoment und PS-Leistung weitere diagnostische oder Kontrollinformationen über den Motor liefert.

Der Erfindung liegt die Aufga.be zugrunde, eine entsprechende Motorkontrolleinrichtung zu schaffen.

Eine Motorkontrolleinrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Trennschaltung, welche die G-rundfrequenzkomponente und eine im komplexen elektrischen Signal enthaltene subharmonische Frequenzkomponente vom komplexen elektrischen Signal sowie voneinander trennt; und durch eine Vergleicheranordnung, die durch Vergleichen der Amplitude der subharmonischen Frequenzkomponente mit der Amplitude der G-rundfrequenzkomponente ein Maß für die Ungleichmäßigkeit des Arbeitens des Motors liefert. Und zwar stellt das Amplitudenverhältnis der beiden Frequenz-komponenten ein Maß für das Arbeiten einzelner Zylinder des Motors beeinträchtigende Funktionsfehler oder Fehlleistungen dar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltschema einer erfindungsgemäßen jy.otor-

kontrolleinrichtung;
Fig. 2 das Schaltschema eines für die Einrichtung nach Fi;^r. 1

geeigneten Folgefilters;
Fig. 3 das Schaltschema eines für die Anordnung nach Fig. 2

geeigneten Frequenz/Spamiungswandlers; und Fig. 4 das Schaltschema eines für die Einrichtung nach Fip;. 1 geeigneten spannun-rsgesteuerten Filters.

709828/0253

Fig. 1 zeigt das Blocksehaltschema der gesamten Kontrolleinrichtung, "beginnend mit einen Druck-Meßwertgeber oder -wandler 10', bei dem es sich um einen reluktanzveränderlichen Druck-Meßwertwandler des Typs Model DP15 der Firma Validyne Engineering Corporation, ;!orthridge, California 91324 (USa), handeln kann. Der Meßwertgeber spricht auf Drücke im ^:ereich

ο
von -0,07 bis + 0,07 kg/cm (-1 bis +1 p.s.i.) an. Er ist in der Mitte eines Metallrohres 12' mit einer Länge von 50,8 cm (-20") und einem Innendurchmesser von 1,27 cm (1/2") -angeordnet. Das Rohr 12' ist leicht gekrümmt, damit der Meßwertgeber 10' außerhalb des Auspuffgasstromes angebracht sein kann, wenn das Rohr ungefähr 7,6 cm (3") weit in das Auspuffrohr 14' des Motors (nicht gezeigt) eingeschoben ist.

Bei der anderen möglichen Betriebsweise ist das Meßwertgeber-Rohr 12' ein kurzes Stück in den luftansaugstutzen des Motors eingeführt. Die Einrichtung kann mit entweder dem Auspuffdruck oder dem Ansaugdruck oder dem Kurbelgehäuse-^urchblasdruck bzw. den Änderungen dieser Druckwerte "eines ."Verbrennungsmotors arbeiten.

Der Druck-Keßwertgeber 10' wird von einem Wandlerverstärker 16' über ein Mehrleiterkabel 15' mit Erregerv/echselstrom gespeist. Das in seiner Amplitude sich entsprechend den Druckänderungen ändernde elektrische Signal, das vom Meßwertgeber 10' erzeugt wird, läuft über das Kabel 15' in umgekehrter nichtung zum Verstärker 16'.-Der Verstärker 16', bei dem es sich um einen Wandleranzeiger des Typs Model CL12 der Firma Validyne Engineering Corporation handeln kann, spricht, zusammen mit dem Meßwertgeber 10', auf Druckänderungen entsprechend einem Frequenzbereich von Gleichstrom (0 Hz) bis 1000 Hz an. Die hauptsächliche oder hervortretende, drehzahl-anzeigende G-rundfrequenzkomponente im Auspuff eines Motors reicht von 20 Hz bei niedriger bis 200 Hz bei hoher Motordrehzahl. Das Signal vom Verstärker 16' in Fig. gelangt über die Leitung 17' zu einem Tief palaver stärker 18', der zwei Operationsverstärker einer integrierten schaltung des Typs KC1558 der Firma Motorola Corporation enthalten ksnn. Das Ausgangssignal des Tiefpaßverstärkers 18' gelangt über die Leitung 19' zum Eingang einer AVit-3ehaltung 20' (/,VR = automatische Verstärkungsregelung) sowie zum Eingang eines Folgefilters 21,

709028/0253

das im einzelnen in Fig. 2 gezeigt ist. Die AVR-Schaltung 20' kann "beispielsweise von der in der U.S. Published Patent Application Ko. B 573,033 (vom 23.3.1976) bschriebenen Art sein.

Es wird jetzt näher auf das Folgefilter nach Fig. 1 sowie nach Fig. 2 eingegangen, is enthält ein spannungsgesteuertes Filter 8 mit Signaleingang 10 und Signalausgang 12. Der Eingang 10 ist über eine Anklammerungs- und Yerstärkungseinstellschaltung 9 für das Eingangssignal mit einem Summierverstärker 14, bestehend aus einem als Verstärker mit Verstärkungsumkehr geschalteten Operationsverstärker 16 mit iinga.ngs-3ummierwiderständen 17, 18 und 19, verbunden. Umkehrverstärker, d.h. Verstärker mit Verstärkungsumkehrung, sind auf 3. 172 des Buches "Operational Amplifiers Design and Applications" von Tobey, Iraeme und iluelsman, Verlag i'lcjraw-Eill, 1971, beschrieben. Für den Operationsverstärker 16 sowie andere Operationsverstärker in Fig. 1 und 2 kann man je eine Hälfte einer Operationsverstärkereinheit des Typs HC1458 der Firma Motorola. Corporation verwenden.

Der Ausgang des 3ummierverstärkers 14 ist mit einem .--ingang X eines spannungsgesteuerten Integrators 20 verbunden, der aus einem !Multiplizierer 22 und einem Operationsverstärker 24, die in der auf S. 212 des o.a. Buches beschriebenen Weise als Integrator geschaltet sind, besteht. Der Kultiplizierer kann eine Einheit des Typs /.D532 der Firma Analog Devices sowie irgendeiner der auf S. 268-281 des o.a. Buches beschriebenen Multiplizierer sein. Der Au-gang 12 des Integrators liegt in einen: i-;itkopplungszweig, bestehend aus einem spannun "sgesteuerxen Integrator 26 wie dem Integrator 20, sowie in einem parallelen Gregenkopplungszweig, bestehend aus einem Multiplizierer 28 in einer '"-veränderlichen

Die f-^.in^änge der i-.ultipli^ierer in den spsnnun, sgesteuerten Integratoren 20 unC 26 sind an einen Frequenzsteuereingang 32 angeschlossen, dem eine Steuerspannung zum Steuern der hittenfrequenz des Durchlaßbereichs des spannun-- sgesteuerten Filters 6 zugeleitet wird. Die iteuerspannung wird anfangs von einer schaltung 34 mit einem niedrigen Wert bereitgestellt, damit das Filter einen niederfrequenten Durchlaßbereich erhält und eine

709820/0253

anfängliche Mitnahme "bewirkt. Die von der Schaltung 34 am Mngang 32 bereitgestellte niedrige Spannung ergibt sich durch Stromfluß von der +15V-Klemme über ein Potentiometer 35, eine Diode 36, einen widerstand 37 und einen Schalter 38. Wenn die .Frequenz des Eingangs signals am Eingang 10 ansteigt, so gelangt zum Steuereingang 32 eine höhere Steuerspannung aufgrund der Tätigkeit eines A-Verstärkers 40, eines T_riggerkreises mit Hysterese oder Begrenzerverstärkers 42, der bei 44 eine Rechteckschwingung erzeugt, und eines Frequenz/Spannungswandlers 46. Die Verstärkerelemente können in integrierten Schaltungen vom Typ RCA CD4001AE enthalten sein.

Die Q-veränderliche (mit veränderlichem Q-Wert) Rückkopplungsschaltung 30 in Fig. 2 enthält einen Rückkopplungszweig vom Filterausgang 12 über einen Spannungsteiler 41, den Multiplizierer 28 und den Summierwiderstand 19 zum Eingang des Summierverstärkers 16. Dieser Rückkopplungszweig bestimmt den Q-Wert des spannungsgesteuerten Filters 8. Der Q-Wert bleibt solange konstant, wie am Y-Eingang des Multiplizierers 28 eine konstante Spannung ansteht. Durch Anlegen einer sich ändernden Spannung an den Y-Eingang des Multiplizierers 28 wird bewirkt, daß der Q-Wert des Filters sich im umgekehrten Verhältnis zur Signal amplitude ändert;"

Ein Teil des Signals am Ausgang 12 des spannungsgesteuerten Filters 8 wird einem Spitzendetektor 43 zugeleitet, der, wie gezeigt, aus zwei Operationsverstärkern einer integrierten Schaltung vom Typ Motorola MC 1458 aufgebaut sein kann. Der Spitzendetektor 43 erzeugt am Potentiometer 45 eine G-leichpsannung, die sich in der gleichen Richtung ändert wie die Amplitude des Eingangssignals bei 10 und des Ausgangssignals des Filters bei 12. Eine aus einer Spannungsquelle 47 stammende negative Bezugsspannung wird am Summierpunkt 49 mit der sich ändernden positiven Spannung vom Potentiometer 45 summiert, und die Summe gelangt über einen Inversions- oder Polaritätsumkehrverstärker 51 und die Leitung 53 als negative Spannung zum Y-Eingang des Multiplizierers 28. Eine Anklammerungsschaltung 55 verhindert, daß die negative Gleichspannung auf der Leitung 53 bis auf null Volt ansteigt, was einen unendlichen Q-Wert und eine unerwünschte Schwingneigung zur Folge haben könnte.

709828/0283

Das wechselstromsignal am X- -,inganr des ^ultiplizierers 28 wird mit dem negativen -Tleichstromsignal am i-^ingsnf; des Ivultipliziererr multipliziert, und -^s Pro du!:·, am /-.urgeng des ,.ultiplizierers ist gegenphssig (180 phasenverschoben) 7 im-. λ-'dng^ng des i-iultiplizierers und zum ^u: gang 12 des r'oIge;"ΐ1τera. -ie
Amplitude des um;· e kehr ten .-'u;--gent's signals des I.ultiplizierers
28 steigt in cein "^iJe n, wie aas T-i-ingangssignal des i-.ultiplizierers infolge eine- zunehm-nd höheren Ausgangsamplitude des Folgefilters zunehmend negativer wird. Jis bewirkt also eine zunehmende .'iignalamplitude am ausgang 12 des iolgefilters einen
Signalamplitudenanstieg mit 180" Phasenumkehr vom Kultiplizierer 26, und diese negative Rückkopplung oder Gegenkopplung zum
oummi erver stärker 16 bev/irkt eine Herabsetzung der Verstärkung
des eingangs .signals bei 10, mit der Folge, daß der Q-..ert des
rilters sich erniedrigt. Und 3v;ar bewirkt eine erhöhte Signalamplitude e:"ne Erniedrigung des c:-.//ertes, v;ährend umgekehrt eine erniedrigte ."".ignalamplitude eine Erhöhung des ,"-Wertes bewirkt.

Die Jesamtübertragungsfunktion des Folgeiilters nach 'Fig. 2 ist: _KVS

10RCQ H(S) =

2 , VS ⁺

° ⁺ 10RCQ Darin sind: S = Laplace-Operator

Q _ Mittenfreouenz ~ Bandbreite

Ii = Yerstärkungsgrad bei der Mittenfrequenz

_{R0 =} 1

Eigenfrequenz

V = Steuerspannung

Fig. 3 zeigt Einzelheiten des Frequenz/Spannungswandlers 46 in Fig. 2. Der Eingang 44 des W_andlers ist an eine Tast/Rückstellschaltung 48 angeschlossen, die außerdem von einem Oszillator 50 eine 320-kHz-Rechteckschwingung empfängt. Die S_chaltung 48 erzeugt einen Tastimpuls bei 52 und kurz danach einen Rückstellimpuls bei 54. Die Tast- und Rückstellimpulse treten Je einmal pro Periode des Triggereingangssignals auf, das eine Folgefrequenz von einigen hundert Impulsen oder Perioden pro Sekunde haben kann. Die Tast- und Rückstellimpulse haben je die Dauer einer halben Periode der

709828/0253

BAD ORIGINAL

-5-

Rechteckschwingung vom 320-kHz-Oszillator.

Der Frequenz/Spannungswandler nach Fi-·-. ^? enthält eine ■i-4-Schaltung 56, welche die ^O-kHz-Rechteckschwingun^; vom Oszillator 50 durch vier auf ein 80-kHz-Impulsschwingung herunterdividiert, die dem eingang eines Zählers 58 zugeleitet wird. Für die Teilerschaltung 56 kann man eine Einheit des ."yps ROA BC4027AE verwenden.

Der Zähler 58 zählt die 80-kHz-Eingangsimpulse, bis er durch einen Rückstellimpuls von der o_oheltung 48 über die leitung 54 zurückgestellt wird. .Der Zähler, für den man eine integrierte ochaltung vom Typ RCA CD4O4OäE verwenden kann, hat zehn uisgangsleitungen 60, über die der Zählwert in ein :.peicherregister 62 übertragen wird, v/enn dieses durch einen Tastimpuls von der Schaltung 48 über die Lei tun·? 52 auf getastet ist. Das Register 62 kenn aus drei integrierten schaltungen des Typs Rö;* CD4042Ai bestehen. Das Register 62 hat zehn -.upgangsleitungen 64, die an die zehn Eingänge eines Digit«l/Analogwandlers SC, e.^p·. in Form einer integrierten Schaltung des '.yps Analog .Devices -..D7520Lri, angeschaltet sind.. Das /-nalog-vusgangs signal des ^;.'_sndlers 66 gelangt über einen Operationsverstärker 68 sum λ- ,ing?ng eines Analogdividierers 70, beispielsweise vom Typ Intronics Inc. Ό210 oder vom Typ Analog Devices Al<532, wo der Kehrwert genommen wird. Das Ausgangssignal des üividisrers bei ?2 iat eine Steuerepannunr, die sich linear mit der b'requenz oder -'j'olgefrequenz der bei 44 dem Eingang des Precuenz/opennunpsivandlers zugeleiteten Triggerschwinguhg ändert.

Im betrieb der Anordnung nach ιi . ? erscheint am Triggereingang 44 eine Impulsschwingung, deren Freouenz gleich der vom spannung s ge st euer ten Filter 8 n--'ch Mg. 1 und 2 durchgelassenen kittenfrequenz ist. Da,s Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Triggerschwingung wird gemessen, indem die Anzahl von Perioden der 80-kHz-ochwingun ■_, die zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Impulsen auftreten, im Zähler 58 gezählt und im Register 62 gespeichert wird. Der gespeicherte digitale Zählwert wird im digital/Analogwandler 66 in eine entsprechende zeit-darstellende Spannung übersetzt, deren Amplitude

709828/0253 sad

der leriodendauer der Triggerimpulsschwingung entspricht. Der Dividierer oder Umkehrer 70 übersetzt die zeit-darstellende Spannung in eine entsprechende frequenz-darstellende Spannung, die der Frequenz der Eingangstriggerschwingung entspricht. Die frequenz-darstellende Spannung wird während einer einzigen Periode der Triggerschwingung gewonnen, zum Unterschied von bekannten Anordnungen, bei denen eine große Anzahl von Perioden erfaßt v/erden müssen, um die Frequenz der betreffenden Schwingung zu ermitteln. Di^; frequenz-darstellende Spannung am Ausgang 32 folgt verzögerungsfrei den Frequenzänderuns-en der Triggerimpuls schwingung.

Es wird jetzt die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 erläutert. Das Folgefilter n^ch Fig. 2 enthält das spannungsgesteuerte Filter 8 mit Signaleingang 10, Signalausgansr 12 und Frequenzsteuereingang 32, dem die Steuerspannung zum Steuern des Frequenzdurchlaßbereiches des Filters zugeleitet wird. Eine geeignete Mindeststeuerspannung wird dem Steuereingang 32 von der Initialisierschaltung 34 zugeleitet, damit der Durchlaßbereich des Filters die Frequenz eines dem Eingang 10 zugeleiteten Minimalfrequenz-Eingangssignals umfaßt, auf das eingerastet oder dem gefolgt werden soll (Mitnahmefrequenz). Zu diesem Zweck wird der Schalter 38 bei einer geeigneten Einstellung des Potentiometers 35 geschlossen. Der Frequenz/Spannungswandler 4-6 wird ebenfalls so eingestellt, daß er den Steuereingang 32 mit der gleichen Mindeststeuerspannung beliefert. Ist der Scheiter 38 geöffnet, so wird die dem Steuereingang 32 zugeleitete Steuerspannung einzig und allein durch die Rückkopplungsschleife mit dem Verstärker 40, dem Triggerkreis 42 und dem Frequenz/Spannungswandler 46 bestimmt.

Wenn die Frequenz des dem Eingang 10 zugeleiteten und zum Ausgang 12 gelangenden Signals geringfügig ansteigt, so steigt die vom Verstärker 40, Triggerkreis 42 und Wandler 46 erzeugte Steuerspannung ebenfalls geringfügig an und bewirkt, daß die Durchlaßbereichsfrequenz des Filters verzögerungsfrei um einen entsprechenden Betrag ansteigt. Immer wenn die Frequenz des Eingangssignals sich ändert, so ändert sich augenblicklich auch der Frequenzdurchlaßbereich des Filters, derart, daß er der Frequenzänderung des Eingangssignals folgt. Aufgrund der im

709828/0253

Frequenz/Spannungswandler 4-6 verwendeten Digit al verfahren zum Messen der Dauer jeder einzelnen Periode des Signals vom Filter und zum anschließenden Erzeugen entsprechender frequenz-darvStellender Korrekturspannungen für das spannungsgesteuerte Filter ist das Folgefilter in der Läse, auf rasche Änderungen des Eingangssignals sehr schnell anzusprechen.

Die Q-veränderliche Rückkopplungsschaltung 30 ermöglicht es dem Folgefilter, auf ein niederamplitudiges Eingangssignal einzurasten und seiner Frequenz zu folgen, indem sie "bewirkt, daß das Folgefilter einen hohen Q-Wert hat, durch den störende Nachbarfrequenzkomponenten unterdrückt werden. Das niederamplitudige Signal und das Erfordernis eines Filters mit hohem Q-Wert sind bei Anwendung des Folgefilters in einer Kontrolleinrichtung von der in Fig. 1 gezeigten Art für Verbrennungsmotoren gegeben. Ein die Frequenz oder Rate der Zylinderexplosionen in einem Motor im anfänglichen Leerlaufzustand frequenz-darstellendes Wechselstromsignal ist niederamplitudig bei Anwesenheit von anderen ITachbarfrequenzkomponenten. Die Rückkopplungsschaltune 30 sorgt wünschenswerterweise dafür, daß das Filter unter diesen Bedingungen einen hohen Q-Wert hat.

Wenn der Motor während eines Beschleunigungsstoß-Testes sehr rasch beschleunigt wird, so hat das Wechselstromsignal eine hohe Amplitude und ändert sich sehr rasch in der Frequenz. Unter diesen Bedingungen sollte der Q-Wert des Folgefilters niedrig sein, damit das Filter der sich ändernden Frequenz folgen kann. Andernfalls könnte die Ausgangsfrequenz außerhalb des Durchlaßbereiches des Filters geraten, bevor durch die frequenzgesteuerte Rückkopplungsspannung die Durchlaßbereichsfrequenz in einer solchen Richtung verschoben worden ist, daß der Durchlaßbereich die neue Frequenz einschließt. Wünschenswerterweise bewirkt die Rückkopplungsschaltung 30, daß das Filter unter diesen Bedingungen einen niedrigen Q-Wert hat.

Die Kontrolleinrichtung nach Fig. 1 enthält auch ein spannungsgesteuertes Filter 80, das so bemessen ist, daß es die gleiche hervorstechende Zylinderzündungs-G-rundfrequenz f durchläßt wie das Q-veränderliche spannungsgesteuerte Filter 8.

709828/0253

Zusätzlich ist ein spannungsgesteuertes Filter 82 vorgesehen, das so bemessen ist, daß es eine Subharmonische, beispielsweise die dritte Subharmonische f/3 der Grur-dfrequenz f durchläßt. Die spannungsgesteuerten Filter 80 und 82 sind gleich ausgebildet, außer daß ihre frequenzbestimmenden Ziemente andere Werte, entsprechend den Frequenzen f bzw. f/3, haben. Die spannungsgesteuerten Filter 80 und 82 empfangen das den Auspuffdruck darstellende Signal über die Leitung 23 vom AVR-Verstärker 20', und sie empfangen die gleiche frequenzsteuernde Eingangsspannung über die den Steuereingang 32 des Q-veränderlichen spannungsgesteuerten Filters 8 speisende Leitung 32 . Es folgen daher bei Änderungen der Motordrehzahl die Filter 8 und 80 gemeinsam den Änderungen der Grundfrequenzkomponente, während das Filter 82 bei Änderungen der Kotordrehzahl proportional der dritten subharmonischen Frequenzkomponente f/3 folgt. Die frequenzsteuernde Spannung bei 32 wird außerdem über die Leitung 32' einem Voltmeter 39 zugeleitet, das so geeicht ist, daß es die Motordrehzahl in TJ.p.M. anzeigt.

Die spannungsgesteuerten Filter 80 und 82 können beide, wie in Fig. 4 gezeigt, gleich ausgebildet sein wie das Q-veränderliche spannungsgesteuerte Filter 8 nach Fig. 2, außer daß eine Q-konstante Schaltung 30' an Stelle der Q-veränderlichen Schaltung 30 nach Fig. 1 vorgesehen ist. Einander entsprechende Elemente in Fig. 2 und 4 sind jeweils mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Die Ausgangssignale bei 12 von den Filtern 80 und 82 in Fig. 1 gelangen zu herkömmlichen Spitzendetektoren 84 bzw. 86, die gleich ausgebildet sein können wie der Spitzendetektor 43 in Fig. 2. Der Ausgang des Spitzendetektors 84 ist mit dem Divisoreingang Z eines Analogdividierers 88 verbunden, während der Ausgang des Spitzendetektors 86 mit dem Dividendeneingang X dieses Dividierers 88 verbunden ist. Der Ausgang 89 des Dividierers ist mit einem herkömmlichen Voltmeter 90 verbunden, das so geeicht ist, daß es das Verhältnis der Amplitude der dritten subharmonischen Frequenzkomponente zur Amplitude der Zylinderzündungs-Grundfrequenzkomponente im Auspuffdruckverlauf des Motors anzeigt.

Es wird jetzt die Arbeitsweise der Kontrolleinrichtung nach Fig. 1 beschrieben. Der Druck-Meßwertgeber 10^f und das

709828/0253

2658553

Meßrohr 12* können am Ende eines Handstabes so angeordnet sein, daß die Bedienungsperson bequem stehen und das Ende des Meßrohres 12' ungefähr 7,6 cm (3 Zoll) weit in das Auspuffrohr 14' des zu kontrollierenden Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) einschieben oder einführen kann, während der Motor im Leerlauf läuft. Die Druckpulsationen oder -schwingungen erzeugen eine entsprechende elektrische Schwingung, die im Wandlerverstärker 16' verstärkt wird. Der Tiefpaßverstärker 18' und der ÄVR-Verstärker übersetzen das Signal in eine Schwingung konstanter Spitzenamplitude. Die verstärkte Schwingung bei 19' gelangt zum Eingang des O-veränderlichen spannungsgesteuerten Filters 8 im Folgefilter 21. Das Filter hat einen schmalen Frequenzdurchlaßbereich, der die hervorstechende Zylinderzündungs-Grundfrequenzkomponente, die sich direkt mit der Motordrehzahl ändert, durchläßt, dagegen andere, störende Frequenzkomponenten unterdrückt oder herunterdämpft. Die Durchlaßfrequenz des Filters 8 wird durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 38 in Fig. 2 bei im Leerlauf arbeitendem Motor voreingestellt. Am Ausgang 12 erscheint daher eine relativ saubere Sinusschwingung, die in der Impulsschwingungs-Triggerschaltung 40, 42 in eine Rechteckschwingung umgesetzt wird. Die Frequenz der Rechteckschwingung bei 44 wird im Frequenz/Spannungswandler 46 in eine Spannung umgesetzt, die über die Leitung auf den Frequenzsteuereingang des Q-veränderlichen spannungs-

wird gesteuerten Filters 8 rückgekoppelt/ um das Filter auf die sich infolge von Änderungen der Motordrehzahl ändernde Eingangssignalfrequenz· einrasten und dieser Frequenz folgen zu lassen.

Das amplitudengeregelte Signal vom AVR-Verstärker 20' gelangt über die Leitung 23 zu den Eingängen der spannungsgesteuerten Filter 80 und 82. Das Filter 80 läßt die hervortretende Zylinderzündungs-Grundfrequenzkomponente im Eingangssignal durch, während das Filter 82 die dritte subharmonische Frequenzkomponente im Eingangssignal durchläßt. Beide Filter empfangen über die Leitung 32 die gleiche Frequenzsteuerspannung, die im Folgefilter 21 entwickelt wird und dafür sorgt, daß das Q-veränderliche spsnnungsgesteuerte Filter 8 dem Eingangssignal folgt. Es folgt daher das Filter 80 der Grundfrequenzkomponente, während das Filter 82 der dritten Subharmonischen folgt.

709828/0 253

Die Ausgangssignale der Filter 80 und 82 gelangen über die Spitzendetektoren 84 und 86 zu den Eingängen des Analogdividierers 88, der eine dem Verhältnis der Amplituden der Grundfrequenz- und der dritten subharmonischen Erequenzkomponente entsprechende Spannung an das dieses Amplitudenverhältnis anzeigende Voltmeter 90 liefert.

Das vom Auspuffdruck-Meßwertgeber 10' abgegebene elektrische Signal enthält eine Zylinderzündungs-G-rundfrequenzkomponente, die besonders stark gegenüber anderen Frequenzkomponenten ist, wenn alle Zylinder des Motors voll und gleichmäßig arbeiten. Wenn dagegen ein oder mehrere Zylinder teilweise oder ganz ausfallen, so enthält das elektrische Signal eine verhältnismäßig hochamplitudige Subharmonischenkomponente urd eine verhältnismäßig niederamplitudige Grundfrequenzkomponente. Das Amplitudenverhältnis der subharmonischen zur Grundfrequenzkomponente vergrößert sich.

Das Verhältnis kann ηit zunehmendem Leistungsverlust in einem Zylinder wie folgt ansteigen:

Prozentualer Verlust Verhältnis

in einem Zylinder Subharmonische/Grundfrequenz

0 0,00

10 0,03

20 0,06

30 0,10

40 0,13

50 0,17

60 0,21

70 0,25

80 0,28

90 0,33

100 0,37

Bei der Überprüfung eines bestimmten Sechszylinder-Dieselmotors ergaben sich für verschiedene Motordrehzahlen und verschiedene Motorzustände folgende Subharmonische/Grundfrequenz-Verhältnisse:

Verhältnis Subharmonische/Grundfrequenz NOrmal Einspritzer umgangen Geringes Ventilleck

Leerlauf langsam 0,1 1,4 1,4

Volle Drehzahl 0,4 2,0 0,6

Bremsung 0,2 0,2 0,6

709828/0253

Bei einem normalen Motor ist das Verhältnis im Leerlauf, "bei Vollgas und "bei Verlangsamung (Bremsung) niedrig. Bei Umgehen oder Kurzschließen einer Einspritzvorrichtung mit der Folge des Ausfalls eines Zylinders ergab sich ein starker Anstieg des Verhältnisses im Leerlauf sowie "bei Vollgas (voller Drehzahl). Da der Ausfall eines Einspritzers sich bei Abschalten der Kraftstoff zufuhr nicht auswirkt, ist das Verhältnis bei Verlangsamung oder Abbremsung des Motors das gleiche wie im Falle des normal arbeitenden Motors. Ein geringfügiger Ventilfehler wirkt sich im Leerlauf erheblich, dagegen bei Vollgas nur wenig auf das Verhältnis aus, da bei hohen Drehzahlen die Zeit, wo Kompressionsverluste sich auf das Arbeiten des Motors auewirken können, kurz ist. Dagegen führt während des Abbremsens des Motors ein geringfügiger Ventilfehler zu einem erheblichen Anstieg des Verhältnisses.

Die erfindungsgemäße Prüf- oder Kontrolleinrichtung vermittelt also durch die Anzeige des Verhältnisses Subharmonische/ ά-rundfrequenz eine klare und eindeutige Anzeige des Leistungsabfalls eines oder mehrerer der einzelnen Zylinder des Motors. Die Prüfung kann in weniger als einer Minute vorgenommen werden, ohne daß irgendwelche elektrische oder mechanische Anschlüsse am Motor angebracht werden müssen. Die Einrichtung kann als handlicher und nützlicher Zusatz für die Instrumentenausrüstung zum Messen des Gesamtzustandes eines Motors im Beschleunigungsstoß-Test dienen.

709828/02S3

Claims

Patentansprüche

Motorkontrolleinrichtung mit einer Meßwertwandleranordnung, die einen vom Motor ausgehenden Druckwellenverlauf in ein entsprechendes komplexes elektrisches Signal übersetzt, das eine hervortretende G-rundfrequenzkomponente, deren Frequenz sich direkt proportional zur Motordrehzahl ändert, aufweist; und mit einer Schaltungsanordnung zum Analysieren des komplexen elektrischen Signals, gekennzeichnet durch eine Trennschaltung (21, 80, 82), welche die G-rundfrequenzkomponente und eine im komplexen elektrischen Signal enthaltene subharmonische Frequenzkomponente vom komplexen elektrischen Signal sowie voneinander trennt; und durch eine Vergleicheranordnung (88, 90), die durch Vergleicher der Amplitude der subharmonischen Frequenzkomponente mit der Amplitude der Grundfrequenzkomponente ein Maß für die Ungleichmäßigkeit des Arbeitens des Motors liefert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicheranordnung einen Dividierer (88) enthält, der das Verhältnis der Amplitude der subharmonischen Komponente zur. Amplitude der Grundkomponente ermittelt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschaltung ein Folgefilter (21) enthält, das die infolge von Änderungen der Motordrehzahl sich in der Frequenz ändernde G-rundfrequenzkomponente durchläßt und verfolgt, derart, daß der Amplitudenvergleich zwischen der subharmonischen und der G-rundfrequenzkomponente bei allen Drehzahlen des Motors möglich ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgefilter (21) ein Q-veränderliches spannungsgesteuertes Filter (8) und einen zwischen den Ausgang (12) und den Frequenzsteuereingang (32) des Filters gekoppelten Frequenz/ Spannungswandler (46) enthält.

ORIGINAL INSPECTED

709828/02B3
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschaltung ein erstes spanrmngsgesteuertes Filter (80), das die subharmonische Frequenzkomponente durchläßt, und ein zweites spannungsgesteuertes Filter (82), das die G-rundfrequenzkomponente durchläßt, enthält.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicheranordnung einen Dividierer (88), einen ersten Spitzendetektor (84), über den der Ausgang des ersten spsnnungsgesteuerten Filters an den Divisoreingang des Dividierers angekoppelt ist, und einen zweiten Spitzendetektor (86), über den der Ausgang des zweiten spannungsgesteuerten Filters an den Dividendeneingang des Dividierers angekoppelt ist, enthält.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein drittes spannungsgesteuertes Filter (8), das die G-rundfrequenzkomponente durchläßt, und durch einen Frequenz/Spannungswandler (46), der zwischen den Ausgang des dritten spannungsgesteuerten Filters und die Frequenzsteuereingänge des ersten, des zweiten und des dritten spannungsgesteuerten Filters gekoppelt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte spannungsgesteuerte Filter (8) einen veränderlichen O-Wert hat.

709828/0253