DE2921976A1 - Vorrichtung zur diagnose von fehlern eines motors - Google Patents

Description

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RCA 72383 v.P/Dr.v.B/Ro.
US Ser.No. 910,891
Filed: May 30, 1978

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern eines Motors.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere das automatische Prüfen von Innenbrennkraftmaschinen, insbesondere Kolbenmaschinen.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Diagnose für Innenbrennkraftmaschinen waren bisher notwendigerweise Einrichtungen zur Herstellung elektrischer und mechanischer Verbindungen mit dem Motor nötig, um die Drehzahl des Motors, den Zündwinkel, die Kompression usw. zu messen. Es ist zwar möglich die Motordrehzahl ohne elektrische oder mechanische Verbindung zum Motor durch eine Vorrichtung zu messen, die einen berührungslosen Wandler zum Ermitteln der Druckänderungen am Ende des Auspuffrohrs der Maschine infolge der Explosionen in einzelnen Zylindern des Motors aufweist. Eine solche Vorrichtung ist in der US-PS 3 978 719 und in der US-PS 3 978 416 beschrieben. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Gleichmäßigkeit oder Ungleichmäßigkeit von Arbeitstakten einzelner Zylinder ohne das Erfordernis elektrischer oder mechanischer Verbindungen zum Motor ist in der US-PS 3 977 239 und in der US-PS 4 032 beschrieben. Eine Vorrichtung zur Identifizierung eines fehler-

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haften Zylinders des Motors und zum Ermitteln des Teils der Maschine, das eingestellt oder repariert werden muß, ist in der US-PS 854 834 beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wandler zum Umwandeln physikalischer Änderungen im Motor in einen entsprechenden elektrischen Schwingungs- oder Signalverlauf verwendet. Im Ausgangssignal des Wandlers enthaltene Bezugsfrequenzkomponenten und Fehlerfrequenzkomponenten werden getrennt und verglichen, um eine Information zu erhalten, die bestimmte Fehler in der Maschine identifiziert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Diagnose von Motorfehlern, insbesondere für Kfz-Motoren;

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild des in der Fig. 1 enthaltenen Abgleich- bzw. Nachlauffilters; und

Fig. 3 ein ausführliches Schaltbild des in den Fig. 1 und 2 enthaltenen Frequenz-Arbeitszyklus-Konverters.

In der Fig. 1 ist eine Diagnosevorrichtung im Ganzen dargestellt, die im Zusammenhang mit einer Innenbrennkraftmaschine 9 mit einem ölfüllrohr oder einer Kurbelkasten-Belüftungsöffnung 14, verwendet wird. Ein Druckwandler 10, bei dem es sich um einen variablen Reluktanz-Druckwandler handeln kann, wie er von Validyne Engeneering Corporation of Northridge, California 91324 unter der Bezeichnung DP15

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hergestellt wird, spricht auf Drücke an, die sich zwischen etwa (-1 und +1 Pfund pro Quadrat-Inch) -0,07 und 0,07 Bar bewegen, und ist am Ende eines Metallrohrs 12 montiert, das ca. 6,35 mm aufweist. Das andere Ende des Metallrohrs 12 ist in eine Metallscheibe 13 geschraubt, die an ihrer unteren Seite mit einem weichen geschlossenzelligen Schaumstoff bedeckt ist. Die Scheibe 13 wird auf dem ölfüllstutzen 14 der Maschine 9 angeordnet, nachdem der normale Deckel entfernt wurde, so daß der Wandler 10 Druckänderungen in dem Kurbelkasten der Maschine 9 über die Scheibe 13 und das Rohr 12 ermittelt.

Der Druckwandler 10 wird von einem Wandlerverstärker 16 über ein Kabel 15 durch einen Wechselstrom erregt. Das durch den Wandler 10 erzeugte elektrische Signal, das eine Amplitude aufweist, die sich mit dem Druck ändert, wird in der durch die Pfeilspitzen angezeigten umgekehrten Richtung über das Kabel einem Verstärker 16 zugeführt. Der Verstärker 16, bei dem es sich um einen CD 12-Wandler-Indikator handeln kann, wie er von Validyne Engeneering Corporation hergestellt wird, spricht zusammen mit dem Wandler 10 auf Druckänderungen an, die einen Frequenzbereich von 0 bis 1000 Hz haben. Die hervorstechende, die Drehzahl anzeigende Grundfrequenzkomponente im Kurbelkasten einer Maschine kann sich in dem Bereich von 5 Hz bei kleiner Drehzahl des Motors bis zu 200 Hz bei großer Drehzahl des Motors bewegen. Das Signal von dem Wandler-Verstärker 16 in der Fig. 1 wird über die Leitung 17 einem Tiefpaßfilter-Verstärker 18 zugeführt, der zwei Operationsverstärker enthalten kann, die durch eine integrierte Schaltung vom Typ Motorola Corporation MC 1558 gebildet werden können.

Das AusgangsSignal des Tiefpaß-Verstärkers 18 wird über einen Anschluß 19 an den Eingang eines Nachlauffilters 21 angelegt. Das Nachlauffilter enthält ein durch den Arbeitszyklus

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gesteuertes Filter 22 mit einem Sxgnalausgangsanschluß 25. Das Ausgangssignal des Filters 22 wird einem Frequenz-Arbeitszyklus-Wandler 30 zugeführt, der auf der Leitung 32 ein Steuersignal erzeugt, das einen zur Kurbelwellenfrequenz f proportionalen Arbeitszyklus aufweist. Der Arbeitszyklus wiederum ist proportional zur Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute.

Das Nachlauffilter 21 in Fig. 1 ist in Fig. 2 genauer dargestellt und enthält ein durch den Arbeitszyklus gesteuertes Filter 22 mit dem Signaleingangsanschluß 19 und dem Sxgnalausgangsanschluß 25. Der Eingangsanschluß ist mit einem Summierverstärker 214 verbunden, der aus einem Operationsverstärker 216 besteht, der als ein invertierender Verstärker (again amplifier) mit Summiereingangswiderständen 217, 218 und geschaltet ist. Solche invertierenden Verstärker sind auf der Seite 172 der Veröffentlichung "Operational Amplifiers-Design and Applications" von Tobey, Graeme und Huelsman, Mc-Graw-Hill, 1971, beschrieben. Der Operationsverstärker 216 und die anderen in der Fig. 2 dargestellten Operationsverstärker können durch 1/4 einer Operationsverstärkereinheit vom Typ Texas Instruments TK 084 gebildet werden.

Der Ausgang des Summierverstärkers 214 ist mit einem Eingang eines Intergrators 220 verbunden, der einen elektronischen Schalter 222 und einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker 224 enthält. Der Schalter 222 kann aus einem Drittel eines von der RCA Corporation hergestellten Bausteins des Typs CD4O53 gebildet werden. Der Ausgang 25 des Integrators ist mit einem Rückkopplungszweig, der aus einem Integrator 226, der wie der Integrator 220 aufgebaut ist, besteht, und mit einem parallelen Rückkopplungszweig, der aus einem Operationsverstärker 228, der als ein invertierender Verstärker 230 (again amplifier) geschaltet ist, verbunden.

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Das durch den Arbeitszyklus gesteuerte Filter 22 in der Fig. 2 ähnelt im Hinblick auf seinen Aufbau und seinem Verwendungszweck dem spannungsgesteuerten Filter 200 der US-PS 3 978 719. Der Unterschied besteht darin, daß das Filter 22 elektronische Schalter 222 und 227 in den Integratoren 220 und 226 anstelle der bei dem bekannten Filter 200 verwendeten Multiplizierer aufweist. Die elektronischen Schalter in dem Filter 22 steuern den Betrag des zu den Operationsverstärkern durchgelassenen Stromes im Verhältnis zu dem Arbeitszyklus (Tastverhältnis) des an die Steuereingänge der Schalter angelegten rechteckwellenförmigen Steuersignals, wohingegen die Multiplizierer in dem bekannten Filter 200 den Betrag des zu den Operationsverstärkern durchgelassenen Stromes im Verhältnis zu der an die Y-Eingänge des Multiplizierers angelegten Steuerspannung steuern. Das rechteckwellenförmige Steuersignal, das das durch das Filter 22 durchgelassene Frequenzband bestimmt, wird von einem Frequenz-Arbeitszyklus-Konverter 30 (der im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben werden wird), geliefert. Der Konverter 30 erzeugt eine Rechteckwelle mit einem Arbeitszyklus, der proportional zur Frequenz des sinuswellenförmigen Signals am Ausgang des Filters ist und der Frequenz-Durchlaßbereich des bekannten Filters wird durch einen Frequenz-Spannungs-Wandler gesteuert, der ein Steuersignal erzeugt, das proportional zu der Frequenz des Sinuswellensignals am Ausgang des Filters ist. Der Frequenz-Arbeitszyklus-Konverter 30 ist im Hinblick auf seine Arbeitsweise völlig digital, und der Konverter 30 kann mit extremer Geschwindigkeit und Genauigkeit auf Frequenzänderungen des durch das Filter 22 durchgelassenen Signals reagieren, um zu bewirken, daß der Durchlaßbereich des Filters der sich ändernden Frequenz des Signals nachläuft.

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Der Frequenz-Arbeitszyklus-Wandler 30 in der Fig. 2 ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Der Eingang 25 des Konverters ist über einen A-Verstärker 240 und einen Triggerkreis mit Hysterese oder einen Begrenzungsverstärker 242 der am Punkt 244 eine Impulsschwingung erzeugt, verbunden. Die Impulsschwingung wird an einen Abtast/Rücksetz-Kreis 248 (strobe/ reset circuit) angelegt, der auch eine 320 kHz-Rechteckwelle von einem Oszillator 250 empfängt. Der Kreis 248 erzeugt einen Tast-Ausgangsimpuls auf der Leitung 252 und kurz danach einen Rücksetz-Ausgangsimpuls auf der Leitung 254. Der Tastimpuls und der Rücksetzimpuls erscheinen einmal während des Zyklus der Eingangsimpulswelle, die eine Wiederholungsfrequenz von wenigen hundert Impulsen pro Sekunde aufweisen kann. Sowohl der Tastimpuls als auch der Rücksetzimpuls weisen eine Dauer auf, die einer Hälfte des Zyklus der Rechteckwelle von dem 320 kHz-Oszillator entspricht. Der Tast/Rücksetzkreis kann geschaltet sein, wie es in der Fig. 10 der US-PS 3 978 719 dargestellt ist.

Der Frequenz-Arbeitszyklus-Wandler gemäß Fig. 3 enthält einen durch 4 teilenden Kreis 256, der die 320 kHz-Rechteckschwingung vom Oszillator 250 auf eine 80 kHz-Impulsschwingung teilt, die an den Eingang eines Zählers 258 angelegt wird. Der Teiler 256 kann durch eine in einer herkömmlichen Weise verdrahtete integrierte Schaltungseinheit vom Typ RCA CD 4027 AE gebildet sein.

Der Zähler 258 zählt die 80 kHz-Eingangsimpulse bis er durch einen Rücksetzimpuls über die Leitung 254 von dem Kreis 248 zurückgesetzt wird. Der Zähler, bei dem es sich um eine integrierte Schaltungseinheit vom Typ RCA CD 4040 AE handeln kann, weist 10 Ausgangsleitungen 260 auf, über die der Zählerstand an ein Speicherregister 262 übertragen wird, wenn das

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Register durch den Tastimpuls über die Leitung 252 von dem Kreis 248 eingeschaltet bzw. angesteuert wird. Das Register 262 kann aus drei integrierten Schaltungseinheiten vom Typ RCA CD 4042 AE bestehen. Das Register 262 weist 10 Ausgangsleitungen 264 auf, die mit dem Adresseneingang einer Festwertspeicher-Nachschlagetabelle 266 verbunden sind, wobei die Nachschlagetabelle 266 10 Ausgänge aufweist, die mit den Eingängen eines in Abwärtsrichtung zählenden Zählers 270 verbunden sind. Die 10 Bits an den 10 Leitungen 264 von dem Register 262 stellen eine Zahl zwischen O und 1023 dar, die proportional zur Periode der Sinusschwingung ist, die durch das durch den Arbeitszyklus gesteuerte Filter 22 (Fig. 1 und 2) an die Leitung 25 durchgelassen wird. Die Sinusschwingung kann eine Frequenz zwischen 5 und 200 Hz aufweisen, die von der Drehzahl des Motors abhängt. Die 10 Bits werden als eine Adresse an die Nachschlagetabelle 266 des Festwertspeichers (ROM) angelegt, um zu einer Speicherstelle der 1024 Speicherstellen in dem Speicher Zugriff zu haben und um den Inhalt dieser Speicherstelle über die Leitungen 268 zum in Rückwärtsrichtung zählenden Zähler 270 auszulesen. Bei dem aus einer Speicherstelle ausgelesenen Wort handelt es sich um eine Zahl zwischen 0 und 1023, die eine Frequenz einer Sinusschwingung darstellt, deren Periode durch die Adresse der Speicherstelle repräsentiert wird. Die Frequenzen darstellenden Ausgangssignale des ROM 266 ändern sich daher umgekehrt zu dem Eingangssignal an dem ROM 266, das die Periode oder Wellenlänge darstellt. Bei dem ROM 266 kann es sich um drei integrierte Schaltungseinheiten vom Typ 6353-1 handeln, die von Monolithic Memories, Inc. hergestellt werden. *

Der rückwärts zählende Zähler 270 empfängt einen Zählerstand zwischen 25 und 1023, der eine Frequenz zwischen 5 und 200 Hz der Sinusschwingung von dem Filter 22 (Fig. 1 und 2)

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darstellt. Zur selben Zeit empfängt ein zweiter ähnlicher rückwärts zählender Zähler 272, durch ein "Last"-Signal gesteuert, einen maximalen Zählerstand von 1023 von einer Quelle 274, wobei der maximale Zählerstand durch 10 "1"-Bits an 10 Leitungen 276 gebildet wird. Jeder Abwärtszähler 270 und 272 kann durch drei integrierte Schaltungen vom Typ 74191, wie sie von Texas Instruments hergestellt werden, gebildet sein. Beide Abwärtszähler empfangen Impulse von einem 20 MHz-Taktgenerator 278 und zählen bei jedem empfangenen Impuls um einen Schritt von den eingegebenen Werten in Richtung auf den Wert 0. Wenn der Zählerstand in dem Abwärtszähler 270 Null erreicht, erzeugt er ein Ausgangssignal an dem Takteingang CL des Flip-Flops FF., und wenn der Zählerstand in dem Abwärtszähler 272 zu einer späteren Zeit den Wert Null erreicht, erzeugt dieser ein Ausgangssignal an dem Setz-Eingang S des Flip-Flops FF₂. Die Flip-Flops FF₁ und FF₂ können aus integrierten Schaltungen vom Typ 7474 der Fa. Texas Instruments bestehen.

Wenn das Flip-Flop FF₂ einen Taktimpuls über die Leitung 280 von dem Taktgenerator 278 gleichzeitig mit einem Setzimpuls von dem Abwärtszähler 272 empfängt, erzeugt es ein Q-Ausgangssignal, das Zählerstände in die Abwärtszähler 270 und 272 eingibt und das das Flip-Flop FF-. über seinen Setzeingang S setzt, so daß das Ausgangssignal Q des Flip-Flops FF₁ hochpegelig ist. Dadurch werden die elektronischen Schalter und 227 (Fig. 2) geschlossen. Wenn der Abwärtszähler 270 nachfolgend in Richtung auf den Wert 0 nach unten zählt und ein Ausgangssignal an den Takteingang CL des Flip-Flops FF₁ liefert, wird das Flip-Flop FF₁ zurückgesetzt, die elektronischen Schalter 222 und 227 (Fig. 2) werden geöffnet und das Flip-Flop FF₁ bleibt solange zurückgesetzt, bis es durch das Flip-Flop FF₂ gesetzt wird.

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Im folgenden wird die Arbeitsweise zusammengefaßt: Ein Zyklus beginnt, wenn beide Abwärtszähler gespeist sind und das Flip-Flop FF-j beginnt an dem Ausgang 32 einen positiven oder hohen Ausgangspegel zu erzeugen. Wenn der Abwärtszähler 270, der von einem zwischen 0 und 1023 liegenden Wert nach unten
zählt, den Wert 0 erreicht, wird der positive Ausgangspegel
am Ausgang 32 des Flip-Flops FF₂ null. Wenn der Abwärtszähler 272 von dem Stand 1023 nach 0 zählt, wozu 51,2 ,usec benötigt werden, werden beide Zähler erneut beschickt und der Ausgang 32 des Flip-Flops FF^ wird hochpegelig gesetzt. Auf diese Weise wird ein nächster Arbeitszyklus gestartet. Während jedes Zyklus ist das Ausgangssignal am Ausgang 32 während des Zeitanteils von 51,2 /usec positiv, wodurch der in den Zähler 270 eingegebene Zählerstand auf 1024 gebracht wird. Der Arbeitszyklus des positiven Pegels am Punkt 32 ändert sich direkt mit der
Frequenz der am Punkt 25 durch das durch den Arbeitszyklus
gesteuerte Filter 22 durchgelassenen Sinuswelle.

Der Ausgang 32 des Frequenz-Arbeitszyklus-Konverters der Fig. 3 ist mit dem Frequenz-Steuereingangsanschluß 32' des durch den Arbeitszyklus gesteuerten Filters 22 der Fig. 1 und 2 verbunden, um das Filter den Frequenzänderungen der durch das
Filter durchzulassenden Frequenzkomponenten nachlaufen zu
lassen, wenn sich die Frequenz bei Drehzahländerungen des
Motors ändert. Der Ausgang 32 ist auch mit zwei zusätzlichen Arbeitszyklus gesteuerten Filtern 66 und 68 verbunden, wie
noch besehrieben werden wird. Die Sinusschwingung am Ausgang 25 des Filters 22 ist mit einem Frequenz-Gleichstrom-Konverter 69 verbunden, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, der
einen Gleichstrom für ein geeichtes Meßinstrument 70 zur
Anzeige der Drehzahl erzeugt, die proportional zur Frequenz
der Sinusschwingung ist.

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Die beschriebenen Komponenten 10, 16, 18, 21, 69 und auf der linken Seite der Fig. 1 können als einen Tachometer bildende Komponenten betrachtet werden, der eine Rechteckwelle am Punkt 32 erzeugt, die ein Tastverhältnis aufweist, das proportional zur Drehzahl des Motors zur Verwendung durch die Filter 66 und 68 ist und eine Anzeige der Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute durch das Meßinstrument 70 ermöglicht.

Die Innenbrennkraftmaschine 9 weist, wie das aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ein Auspuffrohr 5O auf. Ein Druckwandler 52 bei dem es sich um einen Druckwandler mit einer variablen Reluktanz handeln kann, wie er unter der Nr. DP von der Fa. Validyne Engeneering Corporation of Northridge California 91324 hergestellt wird, spricht auf Drücke an, die

2 sich in einem Bereich zwischen etwa -0,07 und +0,07 Bar (kg/cm ) (-1 und +1 Pfund pro Quadrat-Inch) bewegen. Der Druckwandler ist in der Mitte eines Metallrohres 54 angeordnet, das ca. 500 ram lang ist und einen Innendurchmesser von ca. 12,5 mm aufweist. Das Rohr 54 ist leicht gebogen, um zu ermöglichen, daß der Druckwandler 52 außerhalb des AuspuffStrahls angeordnet ist, wenn das Rohr etwa 75 mm in das offene Ende des Auspuffrohrs 50 des Motors 9 eingeführt ist. Der Wandler 52 steht in keinem körperlichen Kontakt mit dem Motor 9.

Der Druckwandler 52 wird durch einen Wechselstrom vom Wandlerverstärker 56 über das Kabel 53 angeregt. Das elektrische Signal, das eine sich mit dem Druck ändernde Amplitude aufweist und das vom Wandler 52 erzeugt wird, wird in der umgekehrten Richtung, die durch den Kopf des Pfeils dargestellt ist, über das Kabel 53 dem Verstärker 56 zugeführt. Der Verstärker 56, bei dem es sich um einen von der Fa. Validyne Engeneering Corporation hergestellten Wandler-Indikator des Typs CD 12 handeln kann, spricht zusammen mit dem Wandler auf Druckänderungen an, die einen Frequenzbereich von 0 bis

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1000 Hz aufweisen. Die im Auspuff eines Motors hervorstechende, die Drehzahl anzeigende Grundfrequenzkoinponente, kann im Bereich von 20 Hz bei einer geringen Motordrehzahl bis zu 200 Hz bei einer hohen Motordrehzahl liegen. Das Signal von dem Wandlerverstärker 56 in Fig. 1 wird über eine Leitung 57 einem Tiefpaßfilter-Verstärker 58 zugeführt, der zwei Operationsverstärker enthalten kann, die aus integrierten Schaltungseinheiten des von der Motorola Corporation hergestellten Typs MC 1558 bestehen können.

Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilter-Verstärkers 58 wird über eine Leitung 59 an den Eingang eines automatischen Verstärkungsreglerkreises (AGC) 60 angelegt. Bei dem AGC-Kreis kann es sich beispielsweise um eine Schaltung handeln, wie sie in der US-PS 3 995 224 beschrieben ist.

Das Ausgangssignal des AGC-Verstärkers 60 wird über die Leitung 62 einem Eingang eines durch den Arbeitszyklus gesteuerten Filters 66 und einem Eingang eines ähnlich aufgebauten durch den Arbeitszyklus gesteuerten Filters 68 zugeführt. Die Filter 66 und 68 können von derselben Art sein wie das Filter 22. Beide Filter 66 und 68 erhalten das Steuersignal von dem Frequenz-Arbeitszyklus-Konverter 30 über die Leitung 32. Wenn dieses Signal so beschaffen ist, daß das Filter 22 in dem Nachlauffilter 21 auf die Frequenz f abgestimmt wird, wird das Filter 66 auf eine Frequenz nf abgestimmt, bei der es sich um die Zylinder-Zündfrequenz handelt, wobei η die Anzahl der Zylinder in einem Zweitaktmotor ist und der Hälfte der Anzahl der Zylinder in einem Viertaktmotor entspricht, und wobei f die Drehfrequenz der Kurbelwelle bezeichnet. Bei dem Ausgangssignal des Filters 66 handelt es sich um einen Bezugsschwingungsverlauf der Zylinder-Zündfrequenz, in dem

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vorliegenden Beispiel 3f, das über einen Spitzengleichrichter 72 an einen X-Eingang eines Teilers oder Komparators 74 angelegt wird. Gleichzeitig stimmt das Steuersignal 32 das Filter auf die Frequenz f/2 des Arbeitshubs bzw. Arbeitstakts eines Zylinders des Motors ab und bei seinem Ausgangssignal handelt es sich um ein Fehlerschwingungssignal, das über einen Spitzengleichrichter 76 an einen Z-Eingang des Teilers 74 angelegt wird. Der Ausgang des Teilers 74 ist mit einem Oberwellenverhältnis-Anzeigegerät 78 für das Verhältnis der Oberwellenamplitude verbunden.

Während des Betriebs der Einrichtung nach Fig. 1 läßt man den Motor mit Leerlauf- oder normaler Betriebsdrehzahl laufen, der Druckwandler 10 wird in der Entlüftungs- oder in der öleinfüllöffnung des Motors 9 angeordnet, um ein elektrisches Tachometer-Signal mit einer Frequenzkomponente, die bei der Kurbelwellenfrequenz f liegt, zu erzeugen und der Wandler 52 wird im Auspuffrohr des Motors 9 zur Erzeugung eines elektrischen Signals angeordnet, das eine Bezugsfrequenzkomponente aufweist und das Frequenzkomponenten verschiedener Amplituden aufweisen kann, die für verschiedene Fehler oder Störungen im Motor repräsentativ sind.

Die auf den Wandler 10 einwirkenden Druckpulsationen erzeugen eine entsprechende elektrische Schwingung, die den Wandlerverstärker 16 und das Tiefpaßfilter 18 durchlaufen und dabei verstärkt werden. Die verstärkte Schwingung auf der Leitung 19 wird dem Eingang des von dem Arbeitszyklus gesteuerten Filters 22 in dem Nachlauffilter 21 zugeführt. Das Filter weist einen engen Frequenz-Durchlaßbereich auf, der eine hervorstechende Kurbelwellen-Frequenzkomponente f durchläßt, die sich direkt mit der Motordrehzahl ändert und der

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andere störende Frequenzkomponenten ausschließt oder dämpft. Bei dem Ausgangssignal auf der Leitung 25 handelt es sich daher um eine relativ reine Sinusschwingung, die in dem Frequenz-Arbeitszyklus-Konverter 30 zu einer relativ hochfrequenten Rechteckschwingung umgeformt wird. Die Rechteckschwingung/ die einen Arbeitszyklus aufweist, der proportional zur Frequenz des sinusförmigen Ausgangssignals des Filters 22 ist, wird über die Leitung 32 auf den Frequenz-Steuereingang 32' des Filters 22 rückgekoppelt, um das Filter auf der ermittelten Kurbelwellen-Frequenzkomponente zu halten und um Frequenzänderungen infolge von Änderungen der Motordrehzahl nachzusteuern.

Der Wandler 10, der Vorverstärker 16, das Tiefpaßfilter und das Nachlauffilter 21 bilden einen Drehzahlmesser, der an der Leitung 32 ein die Drehzahl des Motors anzeigendes elektrisches Ausgangssignal in Form einer Rechteckschwingung aufweist, die einen zur Motordrehzahl proportionalen Arbeitszyklus aufweist. Die Rechteckschwingung wird zur Steuerung der durch den Arbeitszyklus gesteuerten Filter 66 und 68 verwendet, wie dies später erläutert werden wird, und sie kann, falls dies gewünscht wird, zur Anzeige der Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) des Motors verwendet werden. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Motordrehzahl dadurch angezeigt wird ,.daß die Frequenz am Ausgang 25 des Filters 22 in eine Spannung umgewandelt wird, die durch ein Meßgerät 70 zur Anzeige der Drehzahl angezeigt wird.

Der Wandler 52, das Tiefpaßfilter 58, der Vorverstärker 56 und der Regel- oder AGC-Verstärker 60 erzeugen ein elektrisches Signal, das den Druckänderungen im Auspuffrohr des Motors entspricht und eine Bezugsfrequenzkomponente und Fehlerfrequenzkomponenten aufweist, wobei sich die Frequenz all dieser Komponenten proportional zu den Änderungen der Motordrehzahl ändern.

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Das durch den Arbeitszyklus gesteuerte Filter 66 ist so bemessen oder eingestellt, daß es unter der Steuerung durch die Rechteckschwingung auf der Leitung 32 vom Konverter 30 eine Bezugsfrequenzkomponente durchläßt, bei der es sich um eine Komponente handeln kann, die die Zylinderzündfrequenz 3f aufweist. Der Frequenz-Durchlaßbereich des Filters 66 wird ständig durch die Rechteckschwingung so gesteuert, daß die Bezugsfrequenzkomponente auch bei Frequenzänderungen, die sich infolge von Änderungen der Motordrehzahl ergeben, durchgelassen wird.

Das Arbeitszyklus gesteuerte Filter 68 arbeitet in einer ähnlichen Weise und wird dabei durch die Rechteckschwingung auf der Leitung 32 gesteuert, um eine Fehler-Frequenzkomponente nachzusteuern, die eine Frequenz von f/2 aufweisen kann, die gleich der Hälfte der Frequenz f der Kurbelwelle und gleich der Frequenz des Arbeitstaktes in einem Zylinder der Maschine ist.

Die Bezugs- oder Zylinderzündfrequenzkomponente 3f vom Filter 66 wird dem Spitzengleichrichter 72 zugeführt, dessen Ausgang mit dem X-Eingang des Teilers 74 verbunden ist. Die Fehlerfrequenzkomponente f/2 vom Filter 68 wird dem Spitzengleichrichter 76 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Z-Eingang des Teilers 74 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Teilers stellt das Verhältnis der Amplitude der Fehlerfrequenzkomponente zur Amplitude der Bezugsfrequenzkomponente dar. Dieses Verv hältnis wird durch den Quotientenmesser 78 angezeigt. Wenn das Verhältnis der Amplitude der Fehlerfrequenz f/2 zur Amplitude der Bezugsfrequenz 3f oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt, so zeigt dies an, daß ein Zylinder des Motors nicht ordnungsgemäß arbeitet. Wenn das Verhältnis der Amplituden einen bekannten Verlauf aus einer Anzahl von bekannten Ver-

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laufen nimmt, wenn die Drehzahl des Motors geändert wird, kann der spezielle Fehler, für den der betreffende Verlauf typisch ist, aufgrund des beobachteten Verlaufs diagnostiziert werden.

Bei der Anwendung der Einrichtung gemäß der Erfindung zur Diagnose von Fehlern in einem Viertakt-Dieselmotor mit sechs Zylindern, der den vorgegebenen Arbeitsdrehzahlbereich der Kurbelwelle aufweist, werden die folgenden Frequenzkomponenten in entsprechenden Frequenzbereichen verwendet:

Drehzahlbereich der Kurbelwelle: 600 bis 3000 Umdrehungen pro Minute.

Kurbelwellen-Frequenz f vom Filter 22:10 bis 50 Hz.

Zündbezugsfrequenz 3f der Zylinder vom Filter 66:3.0 bis 150 Hz.

Fehlerfrequenz f/2 eines Zylinders vom Filter 68:5 bis 25 Hz.

Die Verhältnisse der Amplitude der Fehlerfrequenz zur Amplitude der Bezugsfrequenz für einen fehlerfreien Motor und einen spezielle Fehler aufweisenden Motor im Betriebsdrehzahlbereich des Motors können folgendermaßen beschaffen sein:

Zustand

Verhältnis im Leerlauf

Verhältnis bei Verhältnis bei mittlerer Dreh- voller Drehzahl, ohne Last zahl, ohne Last

fehlerfrei 0,02

undichtes

Auspuffventil 2,0

Einspritzdüse spritzt keinen Kraftstoff ein 0,8

0,1 1,0

1,2

0,40 0,6

2,0

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Die beschriebene Einrichtung weist einen Tachometerwandler in der Form eines Druckwandlers 10 auf, der am öleinfüllstutzen des Motors angeordnet ist, um eine Kurbelwellen-Frequenzkomponente zu erzeugen und daraus ein Motordrehzahl-Nachführungs- oder Nachlaufsignal zum Steuern der Filter 66 und abzuleiten. Der Wandler 10 kann alternativ in der Luftansaugöffnung des Motors angeordnet sein. Bei dem Tachometerwandler kann es sich auch um eine Einheit handeln, die auf den Klang bzw. Ton, eine Schwingung oder die mechanische Lage eines sich bewegenden Teils der Maschine anspricht.

Die beschriebene Einrichtung enthält einen Bezugs- und Fehlerwandler 52, der in dem Auspuffrohr des Motors angeordnet ist, um eine Bezugsfrequenzkomponente mit der Zündfrequenz aller Zylinder und eine Fehlerfrequenzkomponente mit der Zündfrequenz jeweils eines Zylinders zu erzeugen. Alternativ kann die Bezugsfrequenzkomponente von dem Tachometerwandler 10 gewonnen werden. Bei der Bezugsfrequenzkomponente kann es sich auch alternativ um die Umdrehungsfrequenz der Kurbelwelle handeln. Bei der Fehlerfrequenzkomponente kann es sich auch um irgendeine Frequenz handeln, die ein ganzzahliges Vielfaches der Zündfrequenz eines Zylinders ist, je nachdem, welche Fehler angezeigt werden sollen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Information über die Motordrehzahl durch einen Wandler ermittelt, der so angeordnet ist, daß er auf Änderungen anspricht, die unabhängig von einem ungleichen Betriebsverhalten in den Zylindern der Maschine sind, und eine Information über einen Fehler wird durch einen Wan dler erhalten, der so angeordnet ist, daß er auf Änderungen anspricht, die sich aus einem ungleichen Betriebsverhalten in den Zylindern des Motors ergeben. Die so erhaltene Motordrehzahl-Information enthält zu einem relativ

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hohen Prozentsatz Information, die bei der Zylinderzündfrequenz oder bei irgendeinem Vielfachen dieser Frequenz liegt, im Vergleich zu Information (wie die vom Wandler 52 am Auspuffrohr erhaltene Information), die auch Frequenzkomponenten aufweist, (die typischerweise kleiner sind als die Zündfrequenz der Maschine) die durch fehlerhafte Zylinderfunktionen entstehen.

Wenn der Fehler oder die Funktionsstörung des Motors groß sind, bilden die oben erwähnten fehleranzeigenden niedrigen Frequenzkomponenten, die von dem am Auspuffrohr angeordneten Wandler herrühren, einen relativ hohen Prozentsatz der gesamten Information (einschließlich der Information über die Motordrehzahl) von dem am Auspuffrohr angeordneten Wandler. Wenn die Information von dem am Auspuffrohr angeordneten Wandler auch als Quelle für die Zylinderzündinformation verwendet wird, bereitet unter diesen zuletzt genannten Umständen das Nachsteuern bzw. der Nachlauf der Zylinderzündfrequenz Schwierigkeiten. Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten.

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Claims (3)

PATENTANWÄLTE DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MARIA-THEmSSIA-eTllASSK 33 POMTrACB 88(Mt OS D-8OOO MUBNCUKIV 8β RCA 72383 v.P/Dr.v.B/Ro. US Ser.No. 910,891 I NACHgereiohtI Filed: May 30, 1978 H " ' RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern eines Motors. Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Diagnose eines Motors mit einem Tachometer (10, 16, 18, 21) zur Erzeugung eines sich im Verhältnis zur Motordrehzahl ändernden elektrischen Signals, einem Wandler (52) zur Umformung eines Druckverlaufs an einer Auspufföffnung der Maschine in einen entsprechenden elektrischen Schwingungsverlauf mit Frequenzkomponenten, die sich bezüglich der Frequenz im Verhältnis zur Motordrehzahl ändern, einem ersten steuerbaren Filter (66), das unter der Steuerung des elektrischen Signals von dem Tachometer eine Zylinder-Zündfrequenz-Komponente durchläßt und ihr nachläuft, die in dem Ausgangssignal des Wandlers enthalten ist, einem zweiten steuerbaren Filter (68), das eine in dem Ausgangssignal des Wandlers

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enthaltene Fehlerfrequenzkomponente unter der Steuerung des elektrischen Signals von dem Tachometer durchläßt und ihr nachläuft, und einer Einrichtung (74) zum Vergleich der Ausgangssignale des ersten und des zweiten steuerbaren Filters, dadurch gekennzeichnet, daß das Tachometer (10, 16, 18, 21) einen eigenen Wandler (10) zum Umwandeln eines Druckverlaufs im Motor in ein entsprechendes elektrisches Signal aufweist, das eine Frequenzkomponente aufweist, deren Frequenz sich direkt proportional zur Motordrehzahl ändert.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Tachometerwandler so angeordnet ist, daß er den Druckverlauf innerhalb des Kurbelwellengehäuses der Maschine umformt.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Tachometer ein Nachlauffilter (21) aufweist, das die erwähnte Frequenzkomponente durchläßt und Änderungen der Frequenzkomponente infolge von Änderungen der Motordrehzahl nachläuft, und daß das Nachlauffilter ein drittes steuerbares Filter (22) und einen Frequenz-Steuersignal-Konverter (30) aufweist, der auf das Ausgangssignal des dritten steuerbaren Filters anspricht und ein elektrisches Signal (32) erzeugt, das das erste, das zweite und das dritte steuerbare Filter entsprechend Änderungen der Frequenz der jeweiligen Frequenzkomponenten nachsteuert.

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