DE3316484C2

DE3316484C2 - Einrichtung zur automatischen Diagnose einer fremdangetriebenen 4-Takt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3316484C2
Application number: DE3316484A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ing. Graz Kunzfeld
Original assignee: AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1983-05-05
Publication date: 1985-06-13
Also published as: IT1194232B; JPH0447258B2; GB2123152B; GB8313068D0; DE3316484A1; US4483184A; AT375188B; IT8321051A1; FR2526944A1; FR2526944B1; ATA187482A; GB2123152A; IT8321051A0; JPS58216931A

Abstract

Es sind drei Impulsgeber (13, 16, 18) vorgesehen, von denen einer mit einer Impulsmarke (14) am Schwungrad (6), einer mit einer Impulsmarke (17) am Nockenwellenrad (12) und einer mit den Zähnen am Zahnkranz (10) des Schwungrades (6) zusammenwirkt. Die Impulsmarke (14) am Schwung rad (6) erlaubt eine präzise Bestimmung einer Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes, wobei die Impulsmarke (17) am Nockenwellenrad (12) durch Triggerung eines Fensters die Zuordnung innerhalb des 720 °-Kurbelwinkel umfassenden Arbeitszyklus ermöglicht. Zeitlicher Abstand und Breite des getriggerten Fensters sind von der Zahnfolge am Zahnkranz (10) gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Diagnose einer fremdangetriebenen 4-Takt-Brennkraftmaschine mit auf der Kurbelwelle sitzendem Schwungrad, von der Kurbelwelle angetriebener Nokkenwelle und am Schwungrad angeordnetem Zahnkranz für ein Starterritzel, mit einer Meßvorrichtung zur Feststellung und Anzeige einer bestimmten Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes, insbesonders des Zünd-OT eines bestimmten Zylinders.

Bei bekannten derartigen Diagnose-Einrichtungen ist zur Gewinnung eines einer bestimmten Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes entsprechenden periodischen Bezugssignals, mit dessen Hilfe erst die eindeutige Indentifizierung von mit der Periodizität des Kurbeltriebes sich wiederholenden und auf verschiedene Art und Weise meßbaren Maschinenereignissen möglich ist, beispielweise gemäß der AT-PS 2 85 993 vorgesehenen, einen von der Zündvorrichtung, z. B. der Zündspule oder der Einspritzpumpe, abgeleiteten Zündimpuls zu verwenden. Im Zusammenhang mit der bei modernen Brennkraftmaschinen üblichen drehzahl- bzw. lastabhängigen Verstellung des Zünd- bzw. Ein-

spritzzeitpunktes hat die bekannte Einrichtung jedoch den gravierenden Nachteil, daß damit auch die angezeigte Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes nicht konstant bleibt, was eine eindeutige Diagnt >se der untersuchten Maschinenereignisse sehr erschwert, bzw. überhaupt verhindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung einer Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend, daß eindeutig mit dem Kurbeltrieb kcrelierte Bezugssignale entsprechend bestimmten Referenzwinkelstellungen erhalten werden, wobei trotz einfachem und damit billigem konstruktivem Aufbau der Einrichtung eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gegeben sein soll.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß drei Impulsgeber vorgesehen sind, von denen ein erster Impulsgeber im Bereich des Schwungrades angeordnet ist, welches in einem mit diesem Impulsgeber zusammenwirkenden Bereich in eintr zu bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Impulsmarke aufweist, von denen ein zweiter Impulsgeber im Bereich des Antriebsrades der Nockenwelle angeordnet ist, welches ebenfalls in einem mit diesem Impulsgeber zusammenwirkenden Bereich in einer zur bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Impulsmarke aufweist, und von denen ein dritter Impulsgeber im Bereich des Zahnkranzes des Schwungrades angeordnet ist und in Zusammenarbeit mit dessen Zähnen eine der Zahnteilung entsprechende Impulsfolge abgibt, und daß die Impulsgeber mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, welche das vom ersten Impulsgeber gelieferte Signal innerhalb eines vom Signal des zweiten Impulsgebers getriggerten Fensters als dem gesuchten Referenzwinkel, insbesondere dem Zünd-OT, entsprechendes Meßsignal weiterverarbeitet und außerhalb dieses Fensters unterdrückt, wobei die Mitte des Fensters einen Abstand im Bereich von 720° minus Abstand zwischen dem Auftreten der Impulse des ersten und zweiten Impulsgebers in Grad Kurbelwinkel zum triggernden Impuls aufweist und sowohl Abstand als auch Breite des Fensters von der Impulsfolge des dritten Impulsgebers gesteuert ist. Das eine bestimmte Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes anzeigende periodische Bezugssignal wird also auf einfache und von Störeinflüssen völlig unabhängige Weise von dem auf der Kurbelwelle sitzenden Schwungrad abgenommen. Da jedoch bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine ein Aroeitszyklus erst nach 720° 'Curbelwinkel — also zweifacher Umdrehung der Kurbelwelle — abgeschlossen ist, ist zur Unterscheidung, ob es sich um das der gesuchten Referenzwinkelstellung entsprechende Bezugssignal oder um ein um 360° Kurbelwinkel dagegen versetztes handelt, erforderlich, ein mit der Periode des gesuchten Referenzereignisses — also beispielsweise des Auftretens des Zünd-OT eines bestimmten Zylinders — sich wiederholendes Erkennungssignal bereitzustellen, was gemäß der vorliegenden Erfindung vom Impulsgeber im Bereich des Antriebsrades der Nockenwelle übernommen wird. Mit den die richtige Periodizität aufweisenden Impulsen vom Antriebsrad der Nockenwelle wird also gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fenster in der Auswerteeinheit getriggert, innerhalb welchem die Impulse vom Schwungrad auf der Kurbelwelle als der bestimmten Referenzwinkelstellung entsprechendes Bezugssignal akzeptiert bzw. weiterverarbeitet werden.

Prinzipiell ist natürlich bereits durch die Impulsfolge des zweiten Impulsgebers am Antriebsrad der Nockenwelle die gewünschte Identifizierung der bestimmten Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebs möglich, wobei aber aufgrund der gegenüber dem Schwungrad nur halb so großen Drehzahl der Nockenwelle, sowie aufgrund des gegenüber dem Schwungrad wesentlich geringeren Durchmessers des Antriebsrades der Nockenwelle und auch aufgrund von im von der Kurbelwelle aus erfolgenden Antrieb der Nockenwelle unvermeidoaren Toleranzen u. dgl. die Genauigkeit der Feststellung einer bestimmten Referenzwinkelstellung, wie insbesonders des Zünd-OT eines bestimmten Zylinders, mit einem einzelnen Impulsgeber an der Nockenwelle wesentlich geringer ist als mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die die Breite des Fensters und/oder den Abstand zwischen Triggerimpuls des zweiten Impulsgebers und Öffnung des Fensters bestimmende Anzahl von Impulsen des dritten Impulsgebers an der Auswerteeinheit verstellbar ist. Die von der Zahnteilung des Zahnkranzes am Schwungrad abhängige Impulsfolge des dritten Impulsgebers, welche, wie bereits ausgeführt, zur Steuerung des Fensters in der Auswerteeinheit verwendet wird, kann damit also in der Anzahl der die Öffnungs- und Schließzeiten des Fensters bestimmenden Impulse eingestellt werden, was auf sehr einfache Weise die Berücksichtigung von für verschiedene Brennkraftmaschinentypen unterschiedliche Anordnungen der Impulsgeber ermöglicht. Da unterschiedliche Anordnungen insbesonders des ersten und des zweiten Impulsgebers unterschiedliche Winkellagen der Impulsmarken zur zu bestimmenden Referenzwinkelstellung mit sich bringen ist — sofern mit der Einrichtung verschiedene Brennkraftmaschinentypen untersucht werden sollen — eine Möglichkeit zur Berücksichtigung dieser verschiedenen Gegebenheiten notwendig; die beschriebenen Merkmale erlauben dies auf sehr einfache Weise.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Auswerteeinheit in Verbindung stehende Meßanordnung zur Bestimmung des Kurbelwinkelabstandes zwischen dem Auftreten der Impulse des ersten Impulsgebers und der Impulse des zweiten Impulsgeber sowie eine damit verbundene Vergleichseinrichtung zum Vergleich des gemessenen Abstandes mit einem Sollwert vorgesehen, wobei die Vergleichseinrichtung mit einer Anzeigebzw. Auswerteeinrichtung verbunden ist. Durch diese Maßnahmen ist in Verbindung mit der bereits beschriebenen Anordnung der drei Impulsgeber auf sehr einfache Weise die Möglichkeit gegeben, eine beim Zusammenbau der Brennkraftmaschine unter Umständen vorkommende phasenversetzte Montage des Antriebsrades der Nockenwelle um einen oder um mehrere Zähne relativ zum Schwungrad zuverlässig automatisch festzustellen, da für eine bestimmte Anordnung des ersten und zweiten Impulsgebers bei richtiger Montage des Nokkenwellenrades eine bekannte Phasenverschiebung zwischen dem Auftreten der Impulse des ersten und des zweiten Impulsgebers gegeben ist. von der eine Abweichung mit der beschriebenen Einrichtung leicht meßbar ist. Es kann also noch bevor tatsächlich ein Probelauf mit der fertigmontierten Brennkraftmaschine durchgeführt wird bereits festgestellt werden, ob die Lage der Nockenwelle richtig mit dem Kurbeltrieb korreliert.

Die beschriebene Meßanordnung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einen Impulsvervielfacher, der die Impulsfolge des dritten Impulsgebers verviel-

facht, und eine Zähleinrichtung umfassen, wobei die in der Zähleinrichtung bestimmte Anzahl an Impulsen des dritten Impulsgebers zwischen Auftreten von zugehörigen Impulsen des ersten und zweiten Impulsgebers in der Vergieichseinrichtung mit einem entsprechenden Sollwert vergleichbar ist. Dies ist eine einfache Möglichkeit zur Erhöhung der Genauigkeit der Meßanordnung zur Bestimmung des Kurbelwinkelabstandes zwischen der Impulsmarke am Schwungrad und am Antriebsrad der Nockenwelle, wobei durch den Wert der Vervielfachung auch eine Genauigkeit erreichbar ist. bei der Abweichungen, die nur einem Bruchteil der Zahnteilung des Antriebsrades der Nockenwelle entsprechen, erkennbar sind. Derartige Abweichungen können beispielsweise auftreten, wenn ein zum Antrieb der Nokkenwelle verwendeter Zahnriemen nicht in die Zähne des zugehörigen An- bzw. Abtriebsrades sondern nach Art eines Flachriemens auf den Zahnkronen aufliegt.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann in der Meßanordnung zur Bestimmung des Kurbelwinkelabstandes zwischen dem Auftreten der Impu! se des ersten Impulsgebers und der Impulse des zweiten Impulsgebers eine Zeitmeßeinrichtung vorgesehen sein, welche mit dem Auftreten eines Impulses eines der beiden Impulsgeber startbar und mit dem Auftreten eines zugehörigen Impulses des jeweils anderen Impulsgebers stoppbar ist, wobei die so gemessene Zeit mit einer in der Vergieichseinrichtung vorgegebenen vergleichbar ist. Damit ist ebenfalls auf sehr einfache Weise eine Bestimmung von eventuellen Abweichungen der relativen Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle möglich.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auswerteeinheit eine Einrichtung zur Bestimmung der Impulsfolgezeiten der vom dritten Impulsgeber gelieferten Impulse sowie eine Kehrwertbildungseinheit umfaßt, über welche die jeweiligen zeitlichen Abstände der Impulse der vom dritten Impulsgeber am Zahnkranz gelieferten Impulsfolge in Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades umsetzbar sind, daß aufeinanderfolgende Momentanwerte in einer mit der Kehrwertbildungseinheit in Verbindung stehenden Steigungsprüfeinheit auf abfallende oder ansteigende Tendenz prüfbar sind, und daß die abfallenden Momentanwerte im zeitlichen Bereich von über die Auswerteeinheit vorgebbaren ersten Fenstern und die ansteigenden Momentanwerte im zeitlichen Bereich von zweiten derartigen Fenstern mittels einer Summationseinheit aufsummierbar und in mit der Summationseinheit in Verbindung stehenden Speichern £Ur Weiterverarbeitung SpciCherbär Sind. WGuCi das Öffnen und Schließen der Fenster ebenso wie deren jeweilige zeitliche Breite über die Impulsfolge des dritten Impulsgebers bestimmt ist und in. gleichbleibender Aufeinanderfolge für jeden Zyklus der Brennkraftmaschine mit der bestimmten Referenzwinkelstellung, insbesonders dem Zünd-OT eines bestimmten Zylinders, startbar ist Durch diese Maßnahmen ist, wiederum in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung der drei Impulsgeber, auf sehr einfache und genaue Weise die Messung der relativen Kompression der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine möglich.

Wie beispielsweise aus der bereits eingangs genannten AT-PS 2 85 993 bekannt, ist es möglich, aus einer Überwachung der Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit einer fremdangetriebenen Brennkraftmaschine Schlüsse über die Kompressionsverhältnisse in den einzelnen Zylindern zu ziehen. Beim Verdichtungshub eines lecken Zylinders kommt es aufgrund des verminderten Widerstandes der Kolbenbewegung zu einer Zunahme der Drehgeschwindigkeit, die meßbar und im Zusammenhang mit ihrer relativen Lage im Kurbclwinkeldiagramm auswertbar ist. Da jedcch die Drehgeschwindigkeitsschwankungen einer für eine derartige Messung fremdangetriebenen Brennkraftmaschine nicht nur von der Kompression der einzelnen Zylinder verursacht sein können, sondern beispielsweise auch in ίο gewisser Weise von zur Ermöglichung einer derartigen Messung erforderlichen elastischen Kupplungen zwischen dem antreibenden Motor und der zu prüfenden Brennkraftmaschine herrühren können, ist es bei den bekannten Einrichtungen zur Messung der relativen Kompression immer zu Schwierigkeiten hinsichtlich einer die tatsächlichen Verhältnisse richtig wiedergebenden Auswertung der gemessenen Drchgcschwindigkeitsschwankungen gekommen, da die Auswerteeinheiten nicht zur Berücksichtigung der genannten Umstände ausgelegt waren. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der zwei Gruppen von Fenstern über die Auswerteeinheit, wobei in der einen Gruppe nur die ansteigenden und in der anderen Gruppe nur die abfallenden Momentanwerte der Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades aufsummiert werden, kann auf einiache Weise für eine bestimmte Diagnose-Einrichtung erreicht werden, daß Störungen der beschriebenen Art ausgeschlossen sind und tatsächlich eine eindeutige Beurteilung der relativen Kompression der einzelnen Zylinder möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele und erklärenden Diagramme näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Impulsfolge-Diagramm der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung,

F i g. 3 ein Beispiel für mit Druckgebern aufgenommene Kompressionsdruckdiagramme einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine,

F i g. 4 ein der F i g. 3 entsprechendes Winkelgeschwindigkeits-Diagramm.

F i g. 5 ein Winkelgeschwindigkeits-Diagramm entsprechend Fig.4 bei Verwendung einer elastischen Kupplung zwischen Fremdantrieb und zu prüfender Brennkraftmaschine und

Fig.6 ein Winkelgeschwindigkeits-Diagramm entsprechend F i g. 5 mit Eintragung der elektronischen Fenster, wie sie von der Auswerteeinheit gemäß der so vorliegenden Erfindung setzbar sind.

in Fig. 1 ist schematise}»· eine Mehrzy!inder-<!-Takt-Brennkraftmaschine 1 dargestellt, welche beispielsweise nach Fertigmontage bzw. zumindest Montage des Kurbel- und Nockentriebes, zur Durchführung einer automatischen Diagnose auf einem Prüfstand über einen hier von einem Elektromotor 2 gebildeten Fremdantrieb angetrieben wird. Die Lagerung der Brennkraftmaschine 1 ist nur schematisch angedeutet und mit 3 bezeichnet Der Elektromotor 2 ist über eine Antriebswelle 4, weiche eine zwischengeschaltete elastische Kupplung 5 ausweist, mit dem Schwungrad 6 der Brennkraftmaschine 1 drehverbunden; über die mit dem Schwungrad 6 verbundene Kurbelwelle 7 wird mittels eines Zahnriemens 8 die im dargestellten Ausführungsbeispiel obenliegende Nockenwelle 9 angetrieben.

Am Schwungrad 6 ist ein Zahnkranz 10 für den Eingriff eines hier nicht dargestellten Starterritzels vorgesehen: der Zahnriemen 8 zum Antrieb der Nockenwelle

9 wird von einem an dem Schwungrad 6 entgegengesetzten Ende der Kurbelwelle 7 angeordneten Ritzel 11 angetrieben und versetzt die Nockenwelle 9 über ein die doppelte Zähnezahl des Ritzels 11 aufweisendes Antriebsrad 12 in Drehung, wobei die Drehzahl der Nokkenwelle 9 dadurch halb so groß wie die der Kurbelwelle 7 ist.

Zur Feststellung und Anzeige einer bestimmten Referenzwinkelstejlung des Kurbeltriebs, insbesonders des oberen Totpunktes bei Zündung eines bestimmten Zylinders, sind drei Impulsgeber vorgesehen, von denen ein erster Impulsgeber 13 im Bereich des Schwungrades 6 angeordnet ist, welches in einem mit diesem Impulsgeber 13 zusammenwirkenden Bereich in einer zur zu bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Irnpulsmarke 14 aufweist, welche pro Umdrehung des Schwungrades 6 und damit je 360° Kurbelwinkel einmal in Zusammenarbeit mit dem Impulsgeber 13 einen Impuls /ι an eine Auswerteeinheit 15 abgibt. Ein zweiter Impulsgeber 16 ist im Bereich des Antriebsrades 12 der Nockenwelle 9 angeordnet, welches ebenfalls in einem mit diesem Impulsgeber 16 zusammenwirkenden Bereich in einer zur zu bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Impulsmarke 17 aufweist, welche aufgrund der beschriebenen Zusammenhänge mit dem Kurbeltrieb und in Zusammenarbeit mit dem Impulsgeber 16 je 720° Kurbeltrieb einen Impuls h an die Auswerteeinheit 15 abgibt. Ein dritter Impulsgeber 18 ist im Bereich des Zahnkranzes 10 des Schwungrades 6 angeordnet und gibt in Zusammenarbeit mit dessen Zähnen eine der Zahnteilung entsprechende Impulsfolge /3 an die Auswerteeinheit 15.

Anhand des Impulsfolge-Diagrammes der F i g. 2 sei die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung näher erläutert: Innerhalb der Auswerteeinheit 15 (Fig. 1) wird von den Signalen I₂ des Impulsgebers 16 (Fig. 1) ein in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand bzw. Kurbelwinkelabstand (fliegendes Fenster 19 geöffnet, innerhalb welchem das vom ersten Impulsgeber (13 in Fig. 1) gelieferte Signal I\ als dem gesuchten Referenzwinkel, insbesonders dem Zünd-OT entsprechendes Meßsignal Ιζοτ weiterverarbeitet und außerhalb welchem das Signal /1 unterdrückt wird. Die Mitte des Fensters 19 weist einen zeitlichen bzw. winkelmäßigen Abstand im Bereich von 720° minus dem Abstand (φ) zwischen dem Auftreten der Impulse des ersten und zweiten Impulsgebers in Grad Kurbelwinkel zum triggernden Impuls h auf. Sowohl der Abstand (φ) als auch die Breite des Fensters 19 sind dabei von der Impulsfolge /3 des dritten Impulsgebers (18 in Fig. 1) gesteuert

Da die relative Winkellage der Impulsmarke 14 am Schwungrad 16 zur gesuchten Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes sehr genau festlegbar bzw. reproduzierbar ist, ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein das gesuchte Ereignis sehr genau charakterisierendes Bezugssignal erhaltbar. Die Signalfolge /2, weiche aufgrund des geringeren Durchmessers, der geringeren Drehzahl und des indirekt von der Kurbelwelle erfolgenden Antriebes weit weniger genau mit dem Kurbeltrieb selbst korreliert ist, dient dabei lediglich zur Bereitstellung eines Fensters in der Auswerteeinheit, innerhalb welchem die an sich je 360° Kurbelwinkel einmal auftretenden Signale /1 als die gesuchten Bezugssignale akzeptiert bzw. weiterverarbeitet werden.

An der Auswerteeinheit 15 selbst ist in hier nicht weiterbehandelter Weise die Anzahl der Impulse /3 einstellbar, welche zwischen dem Auftreten der Signale I₂ und dem Öffnen bzw. Schließen der Fenster 19 gezählt werden, womit auf einfache Weise die für verschiedene Brennkraftmaschinentypen unter Umständen verschiedenen Anordnungen bzw. relativen Winkellagen der einzelnen Impulsgeber berücksichtigt werden können.
Schematisch dargestellt ist in Fig. 1 auch eine Meßanordnung 20 zur Bestimmung des Kurbelwinkelabstandes zwischen dem Auftreten der Impulse l\ des ersten Impulsgebers und der Impulse h des zweiten Impulsgebers, welche mit der Auswerteeinheit 15 in Ver-

bindung steht. Über eine mit der Meßanordnung 20 verbundene Vergleichseinrichtung 21 wird der gemessene Kurbelwinkelabstand mit einem Sollwert verglichen, der für eine bestimmte gegenseitige Winkellage der Impulsgeber 13 und 16 bzw. der Winkelmarken 14 und 17 eine vorgegebene Größe aufweist. Die Vergleichseinrichtung 21 ist weiters mit einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtur.g 22 verbunden, welche das Ergebnis des Vergleiches anzeigt bzw. weiterverarbeitet.

Damit kann auf einfache Weise eine winkelmäßige Versetzung der Nockenwelle 9 gegenüber der Kurbelwelle festgestellt werden, wie sie beispielsweise bei einer Zahnversetzung des Antriebsrades 12 gegenüber dem Zahnriemen 8 auftreten kann. Zur Erhöhung der Genauigkeit hinsichtlich der Winkelauflösung bei dieser Anordnung kann die Meßanordnung entweder einen hier nicht weiter dargestellten Impulsvervielfacher, der die Impulsfolge des dritten Impulsgebers vervielfacht, und eine Zähleinrichtung umfassen, wobei die in der Zähleinrichtung bestimmte Anzahl an vervielfachten Impulsen /3 des dritten Impulsgebers zwischen dem Auftreten von zugehörigen Impulsen /1 und h der anderen beiden Impulsgeber in der Vergleichseinrichtung 21 mit einem entsprechenden Sollwert vergleichbar ist oder, aber es kann eine Zeitmeßeinrichtung — ebenfalls nicht näher dargestellt — in der Meßanordnung 20 vorgesehen sein, welche mit dem Auftreten eines Impulses (Ii bzw. /2) startbar und mit dem Auftreten des zugehörigen anderen Impulses stoppbar ist, wobei die so gemessene Zeit mit einer in der Vergleichseinrichtung 21 vorgegebenen vergleichbar ist. Auf diese Weise kann auch eine winkelmäßige Versetzung zwischen Kurbelwelle 7 und Nockenwelle 9 erkannt werden, welche kleiner als eine Zahnteilung des Zahnriemens 8 ist. was beispielsweise bei auf den entsprechenden Zahnkronen aufliegenden Zahnriemen der Fall sein kann.

Wie mit einer Einrichtung der vorliegenden Erfindung auch die relative Kompression der Zylinder einer Brennkraftmaschine gemessen werden kann, soll im folgenden anhand der F i g. 3 bis 6 im Zusammenhang mit einem Vierzylindermotor erklärt werden.

In Fig. 3 sind die typischen Druckdiagramme in der Zündreihenfolge der Zylinder, wie sie mit je einem Druckgeber pro Zylinder gemessen werden, aufgetragen. Die in Kreisen stehenden Zahlen bedeuten dabei die Zylindernummern; über die Zeit f aufgetragen ist dabei ein vollständiger Zyklus der Vierzylinderbrennkraftmaschine — also 720° Kurbelwinkel. Wie aus den aufgetragenen Zylinderdrücken ρ der einzelnen Zylinder ersichtlich ist, ist im dargestellten Beispiel die Kompression des Zylinders 2 geringer als die der übrigen Zylinder, was also eine nachteilige Funktionsstörung der Brennkraftmaschine bedeutet.

Da die Messung der Kompression der einzelnen Zylinder gemäß der Darstellung in Fig.3 jedoch eine Druckmessung an jedem Zylinder erfordert, was den umständlichen Einbau eines Druckgebers und damit auch die Gefahr beispielsweise von Verunreinigungen des Zylinderinnenraumes bei der Messung mit sich

bringt, wird angestrebt, eine Einrichtung zumindest zur Bestimmung der relativen Kompression der Zylinder untereinander anzugeben, mit welcher auf einfache und im Hinblick auf eventuelle Verunreinigungen der Brennkraftmaschine gefahrlose Weise Messungen durchgeführt werden können.

Bei ungezündeten fremdangetriebenen Motoren schwankt die Winkelgeschwindigkeit an der Kurbelwelle bei niedriger Drehzahl in einer speziellen Abhängigkeit von den Kompressionsdrücken der einzelnen Zylinder, was, durch den schwankenden Widerstand der dem Fremdantrieb bei unterschiedlicher Kompression der einzelnen Zylinder entgegengesetzt wird, erklärbar ist. Die Amplituden dieser Winkelgeschwindigkeitsänderungen können als relatives Maß für den jeweiligen Kompressionsdruck verwendet werden. Ein derartiges Diagramm, in dem die Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades in Form des Kehrwertes der Impulsfolgezeit f« über der Zeit t (könnte auch durch den Kurbelwinkel ersetzt werden) aufgetragen ist, ist in Fig.4 dargestellt, wobei es sich hier um die gleiche Brennkraftmaschine wie nach Fig. 3 handelt. Es ist deutlich zu erkennen, daß der verminderte K^mpressionsdruck ρ im Zylinder 2 gemäß Fig. 3 sich hier in Fig. 4 in einer geringeren Absenkung der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades in der zugehörigen Kurbelwinkelstellung ausdrückt. Aus der strichliert eingezeichneten Einhüllenden ist auch zu ersehen, daß sich die verminderte Kompression des Zylinders 2 praktisch über den gesamten Kurbelwinkelzyklus auswirkt, weshalb die Amplituden A\ bis A 4 der Winkelgeschwindigkeitsänderungen auch von dieser Einhüllenden aus zu messen sind.

Das in Fig. 5 dargestellte Winkelgeschwindigkeitsdiagramm entspricht im wesentlichen ebenfalls dem in F i g. 4 behandelten: als wesentliche Abweichung ist hier zu erkennen, daß zwischen den für die Kompressionsvorgänge in den einzelnen Zylindern typischen Absenkungen der Winkelgeschwindigkeiten zusätzliche Einbrüche in der Winkelgeschwindigkeit auftreten, welche im vorliegenden Fall von einer zwischen Fremdantrieb und zu prüfender Brennkraftmaschine angeordneten elastischen Kupplung herrühren, deren Resonanzschwingungen zu diesen Einflüssen im Winkclgeschwindigkeitsdiagramm führen.

Um nun sowohl Winkelgeschwindigkeitsvsrläufe nach Fig. 4 als auch nach Fig. 5 im Hinblick auf die Bestimmung der relativen Kompression der einzelnen Zylinder auswerten zu können, ist mit der Auswerteeinheit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit vorgegeben, zeitliche Fenster vorzusehen, deren Funktion anhand der F i g. 6 verständlich ist.

Vorerst sei noch kurz auf die zur Messung bzw. Aufzeichnung der dargestellten Winkelgeschwindigkeitsverläufe erforderlichen Einrichtungen eingegangen: Bezugnehmend auf F i g. i ist dies die Auswerteeinheit 15, welche hier zusätzlich eine Einrichtung zur Bestimmung der Impulsfolgezeiten tu der vom dritten Impulsgeber 18 gelieferten Impulse /3 sowie eine Kehrwertbildungseinrichtung umfaßt, über welche die jeweiligen zeitlichen Abstände der Impulse /3 der vom Impulsgeber 18 am Zahnkranz 10 gelieferten Impulsfolge in Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades 6 umsiM/biir sind Wciters ist eine mit der Kehrwertbiidiingscinhcit in Verbindung stehende Slcigungsprüfeinheit vorgesehen, in welcher aufeinanderfolgende Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades auf abfallende oder ansteigende Tendenz überprüfbar sind. Die abfallenden Momentanwerte werden im zeitlichen Bereich von über die Auswerteeinheit 15 vorgebbaren ersten Fenstern 23 (F i g. 6) und die ansteigenden Momentanwerte im zeitlichen Bereich von zweiten derartigen Fenstern 24 mittels einer nachgeschalteten Summationseinheit aufsummiert und in mit der Summationseinheit in Verbindung stehenden Speichern zur Weiterverarbeitung eingespeichert. Die Zeitpunkte des öffnens und Schließens der Fenster 23, 24 sind ebenso wie deren jeweilige zeitliche Breite über die Impulsfolge /3 des dritten Impulsgebers 18 bestimmt, wobei die Triggerung dieser Fenster in gleichbleibender Aufeinanderfolge für jeder» Zyklus der Brennkraftmaschine mit der gemäß Fig.2 erhaltenen Referenzwinkelstellung — hier dem Zünd-OT des ersten Zylinders (ZOT₁) erfolgt.

Da innerhalb der Fenster 23 in beschriebener Weise nur die abfallenden Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades aufsummiert werden, sind auf einfache Weise die Amplituden Ai.1 bis Aa 1 und auf entsprechende Weise mittels der Fenster 24 die Amplituden Ai.2 bis Aa.2 zu erhalten. Durch einfache Mittelwertbildung erhält man daraus die gesuchten Amplituden A 1 bis A 4, welche als Maß ^f;i- die r?Htive Kompression der einzelnen Zylinder dienen. Durch Berechnung eines arithmetischen Mittelwertes der Ampüiuu·;,·! Ai bis A 4 und Vergleich der tatsächlich gemessenen Amplituden mit diesem Mittelwert können nach Vorgabe von gewissen Toleranzen unmittelbar Gut-Schlecht-Aussagen im Hinblick auf die Kompression der einzelnen Zylinder erhalten werden.

Zu der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anordnung der Impulsgeber 13, 16,18 sowie der zugehörigen Impulsmarken 14, 17, wäre noch zu erwähnen, daß einerseits die Impulsgeber selbst an relativ beliebiger Stelle entweder an der Brennkraftmaschine selbst oder an umgebenden Teilen einer Prüfvorrichtung anbringbar sind, und daß andererseits auch die Impulsmarken — sofern nur ihre Winkelstellung zu den gesuchten Referenzwinkeln bekannt ist — an beliebigen geeigneten Stellen anbringbar sind.

Die bei der vorgeschlagenen Einrichtung verwendeten drei Impulsgeber können von beliebiger Bauart sein, wobei sämtliche in diesem Zusammenhang bekannten Anordnungen — sofern sie nur geeignet sind entsprechende elektrische Signale an die Auswerteeinheit abzugeben — denkbar sind. Beispielsweise zu nennen sind hier nur Impulsgeber, weiche nach dem Prinzip der Lichtschranke arbeiten oder solche, die die veränderliehe Induktivität einer Spule bei Vorbeibewegen der entsprechend ausgebildeten Impulsmarke als Meßsignal verwenden. Entsprechendes gilt auch für die besprochene.! Bauteile der Auswerteeinheit, die für sich betrachtet sämtliche zum Stand der Technik gehören und insbesonders sowohl hardware- als auch softwaremäßig realisiert sein können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Diagnose einer fremdangetriebenen 4-Takt-Brennkraftmaschine mit auf der Kurbelwelle sitzendem Schwungrad, von der Kurbelwelle angetriebener Nockenwelle und am Schwungrad angeordnetem Zahnkranz für ein Starterritzel, mit einer Meßvorrichtung zur Feststellung und Anzeige einer bestimmten Referenzwinkelstellung des Kurbeltriebes, insbesondere des Zünd-OT eines bestimmten Zylinders, dadurch gekennzeichnet, daß drei Impulsgeber vorgesehen sind, von denen ein erster Impulsgeber (13) im Bereich des Schwungrades (6) angeordnet ist, welches in einem mit diesem Impulsgeber (13) zusammenwirkenden Bereich in einer zur zu bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Impulsmarke (14) aufweist, von denen ein zweiter Impulsgeber (16) im Bereich des Antriebsrades (12) der Nockenwelle (9) angeordnet ist, welches ebenfalls in einem mit diesem Impulsgeber (16) zusammenwirkenden Bereich in einer zur zu bestimmenden Referenzwinkelstellung bekannten Winkellage eine Impulsmarke (17) aufweist, und von denen ein dritter Impulsgeber (18) im Bereich des Zahnkranzes (10) des Schwungrades (6) angeordnet ist und in Zusammenarbeit mit dessen Zähnen eine der Zahnteilung entsprechende Impulsfolge (h) abgibt, und daß die Impulsgeber mit einer Auswerteeinheit (15) verbunden sind, welche das vom ersten Impulsgeber (13) gelieferte Signal (U) innerhalb eines vom Signal (h) des zweiten Impulsgebers (16) getriggerten Fensters (19) als dem gesuchten Referenzwinkel, insbesonders dem Zünd-OT, entsprechendes Meßsignal (Ιζοτ) weiterverarbeitet und außerhalb dieses Fensters (19) unterdrückt, wobei die Mitte des Fensters (19) einen Abstand im Bereich von 720° minus Abstand zwischen dem Auftreten der Impulse des ersten und zweiten Impulsgebers in Grad Kurbelwinkel zum triggernden Impuls (h) aufweist und sowohl Abstand als auch Breite des Fensters (19) von der Impulsfolge (h) des dritten Impulsgebers (18) gesteuert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Breite des Fensters (19) und/ oder den Abstand (φ) zwischen Triggerimpuls (h) des zweiten Impulsgebers (16) und Öffnung des Fensters (19) bestimmende Anzahl von Impulsen (/3) des dritten Impulsgebers (18) an der Auswerteeinheit (15) verstellbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Auswerteeinheit (15) in Verbindung stehende Meßanordnung (20) zur Bestimmung des Kurbelwinkelabstandes (φ) zwisehen dem Auftreten der Impulse (U) des ersten Impulsgebers (13) und der Impulse (h) des zweiten Impulsgebers (16) sowi"; eine damit verbundene Vergleichseinrichtung (21) zum Vergleich des gemessenen Abstandes (ψ) mit einem Sollwert vorgesehen ist. wobei die Vergleichseinrichtung (21) mit einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung (22) verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (20) einen Impulsvervielfacher, der die Impulsfolge des dritten Impulsgebers vervielfacht, und eine Zähleinrichtung umfaßt, und daß die in der Zähleinrichtung bestimmte Anzahl an Impulsen (h) des dritten Impulsgebers (18) zwischen dem Auftreten von zugehörigen Impulsen (U, h) des ersten und zweiten Impulsgebers (13,16) in der Vergleichseinrichtung (21) mit einem entsprechenden Sollwert vergleichbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitmeßeinrichtung in der Meßanordnung (20) vorgesehen ist, welche mit dem Auftreten eines Impulses (U, /2) eines der beiden Impulsgeber (13,16) startbar und mit dem Auftreten eines zugehörigen Impulses des jeweils anderen Impulsgeber stoppbar ist, und daß die so gemessene Zeit mit einer in der Vergleichseinrichtung (21) vorgegebenen vergleichbar ist

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (15) eine Einrichtung zur Bestimmung der Impulsfolgezeiten (tn) der vom dritten Impulsgeber (18) gelieferten Impulse (Ij) sowie eine Kehrwertbildungseinheit umfaßt, über welche die jeweiligen zeitlichen Abstände der Impulse (h) der vom dritten Impulsgeber (18) am Zahnkranz (10) gelieferten Impulsfolge im Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades (6) umsetzbar sind, daß aufeinanderfolgende Momentanwerte in einer mit der Kehrwertbildungseinheit in Verbindung siehende Steigungsprüfeinheit auf abfallende oder ansteigende Tendenz prüfbar sind, und daß die abfallenden Momentanwerte im zeitlichen Bereich von über die Auswerteeinheit vorgebbaren Fenstern (23) und die ansteigenden Momentanwerte im zeitlichen Bereich von zweiten derartigen Fenstern (24) mittels einer Summationseinheit aufsummierbar und in mit der Summationseinheit in Verbindung stehenden Speichern zur Weiterverarbeitung speicherbar sind, wobei das öffnen und Schließen der Fenster (23, 24) ebenso wie deren jeweilige zeitliche Breite über die Impulsfolge (I{) des dritten Impulsgebers bestimmt ist and in gleichbleibender Aufeinanderfolge für jeden Zyklus der Brennkraftmaschine mit der bestimmten Referenzwinkelstellung, insbesonders dem Zünd-OT eines bestimmten Zylinders, startbar ist.