DE3338959C1 - Verfahren zur Bestimmung mit unregelmaessiger Verbrennung arbeitender Zylinder einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung mit unregelmaessiger Verbrennung arbeitender Zylinder einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Be-Stimmung mit unregelmäßiger Verbrennung arbeitender
Zylinder einer elastisch gelagerten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere einer im Leerlauf betriebenen
Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei modernen Ottomotoren mit aus Verbrauchs- und Abgasgründen niedriger Leerlaufdrehzahl und CO-Einstellung
sowie relativ frühem Leerlauf-Zündzeitpunkt tritt vielfach Leerlaufschütteln auf. Dabei handelt es sich
um sporadisch auftretende sogenannte »Verbrennungsaussetzer«. Mit werkstattüblichen Testgeräten sind in
der Regel keine Fehler feststellbar. Da eine Reihe von Ursachen infrage kommen, die zyklische Schwankungen
verstärken (Zylinder- bzw. Ventildichtheit, Gemischver-
teilung, Ventilspiel, Überschneidung der Ventilöffnungen, Zündkerzen-Elektrodenabstand, Spritzverhalten
der Einspritzdüsen usw.), ist es bei der Fehlersuche hilfreich, wenn bekannt ist, bei welchem Zylinder Verbrennungsaussetzer
vorkommen.
Zündaussetzer sind in der Regel mit werkstattüblichen Motortestern, z. B. Oscilloskopen, zu orten, nicht
jedoch Verbrennungsaussetzer.
Da bei Verbrennungsaussetzern starke HC-Anstiege im Abgas auftreten, ist es möglich, mittels Einzelmeßstellen
am Auspuffkrümmer mit einem HC-Meßgerät die aussetzenden Zylinder zu ermitteln. Diese Methode
ist jedoch für die Werkstattpraxis zu aufwendig, da die Brennkraftmaschine erst mit Meßkrümmern ausgerüstet
werden muß. Außerdem sind HC-Meßgeräte selten vorhanden und teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzugeben, welches auf einfache Weise die Ermittlung
von Zylindern, in welchen Verbrennungsaussetzer vorkommen, ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es auch,
eine einfach zu bedienende und preiswert herstellbare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 für das Verfahren
bzw. des Patentanspruchs 5 für die Vorrichtung gelöst.
Durch Messung der Motorschwingungen beispielsweise am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine quer
zur Drehachse, die etwa in Fahrtrichtung zu denken ist, und durch geeignete Signalaufbereitung ist es möglich,
einen Zylinderleistungsvergleich durchzuführen, der auch einzelne Verbrennungsaussetzer erkennbar macht.
Sinnvoll wird dieses Verfahren erst angewandt, wenn Zündaussetzer trotz Leerlaufschütteln nicht festgestellt
werden konnten.
Durch den Verbrennungsdruck im Arbeitstakt wird die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Drehrichtung
und das Kurbelgehäuse entgegen der Drehrichtung beschleunigt. Reibmoment, Kompressionsdruck
usw. verzögern dagegen die Drehung der Kurbelwelle und beschleunigen das Kurbelgehäuse in Drehlichtung.
Das Erreichen der maximalen Schwinggeschwindigkeit beschreibt den Gleichgewichtszustand zwischen Beschleunigung
und Verzögerung des Kurbelgehäuses.
3 4
Unter Kurbelgehäuse sind dabei alle mit dem eigentli- Schreibers 4 führt. Der Ausgang des ersten Integrators
chen Motorblock fest verbundenen Teile wie Zylinder- ist außerdem mit dem Eingang eines zweiten Integrakopf,
Sauganlage usw. zu verstehen. Die Lage der Dreh- tors 5 verbunden, dessen Ausgang, ebenfalls über einen
achse wird durch die elastische Motorlagerung be- Anpassungsverstärker 7, zum Eingang 4c des zweiten
stimmt und ist dynamischen Änderungen unterworfen. 5 Kanals des Dreikanal-Linienschreibers führt. Als Syn-
Da die Verzögerungsmomente nur geringen zykli- chronisierimpulsaufnehmer ist beispielsweise ein induk-
schen Schwankungen unterworfen sind, sind Änderun- tiver oder kapazitiver Zündspannungsaufnehmer 6 um
gen der maximalen Schwinggeschwindigkeit im wesent- das zur Zündkerze des ersten in der Zündfolge jedes
liehen auf Änderungen des Verbrennungsablaufs zu- Arbeitszyklus feuernden Zylinders führende Zündkabel
rückzuführen. io gelegt, dessen Ausgang wieder über einen Anpassungs-
Da die Motoren in den Fahrzeugen mittels einer ela- verstärker 7 mit dem Eingang 46 des dritten Kanals des
stischen »weichen« Aufhängung gelagert sind, liegt die Dreikanal-Linienschreibers verbunden ist.
Eigenfrequenz der Schüttelbewegung des Motors wei- Der am Zylinderkopf befestigte Beschleunigungsauf-
ter niedriger als die durch Drehzahl und Zylinderzahl nehmer 1 gibt bei im Leerlauf drehender Brennkraftma-
bestimmte (Arbeits-)Taktfrequenz. Beispielsweise liegt 15 schine über den Anpassungsverstärker 7 Signale an den
die Eigenfrequenz eines bekannten Sechszylindermo- Eingang des Integrators 2 weiter, welche die Beschleu-
tors bei 10 Hz, während die Taktfrequenz bei einer nigung des Kurbelgehäuses, welches um seine Ruhelage
Drehzahl von 750/min bei 37,5 Hz liegt. schwingt, wiedergeben. Aus diesem Beschleunigungssi-
Das Kurbelgehäuse schwingt also bei laufendem Mo- gnal wird durch Integration im Integrator 2 ein Getor
mit seiner Eigenfrequenz. Dieser Schwingung ist ei- 20 schwindigkeitssignal. Dieses Signal entspricht der Gene
von den Verbrennungsvorgängen in den Zylindern samtschwingung des Kurbelgehäuses, d. h., den mit der
hervorgerufene, mit der höheren Taktfrequenz erfol- Eigenfrequenz erfolgenden Schwingungen, denen die
gende Schwingung überlagert. Bei normaler Verbren- mit der höheren Taktfrequenz erfolgenden Schwingunnung
erfolgt diese überlagerte Schwingung mit etwa gen überlagert sind,
gleich hohen Geschwindigkeitsamplituden. 25 Zur Trennung beider Schwingungssignale wird das
gleich hohen Geschwindigkeitsamplituden. 25 Zur Trennung beider Schwingungssignale wird das
Bei einer schlechten oder nicht stattgefundenen Ver- aus dem Integrator 2 kommende Geschwindigkeitssibrennung
erhält das Kurbelgehäuse einen nur kleinen gnal über den auf die Taktfrequenz abgestimmten
oder keinen Impuls, was eine stark verminderte Bandpaß 3 geleitet, an dessen Ausgang nun ein der Ge-Schwinggeschwindigkeit
nach sich zieht. Als Folge eines schwindigkeit der mit der Taktfrequenz erfolgenden
solchen Verbrennungsaussetzers schüttelt der Motor 30 Schwingungen entsprechendes Signal erscheint, welmit
deutlich größeren Ausschlägen um die Ruhelage, bis ches über einen Anpassungsverstärker 7 dem ersten
sich bei normaler Verbrennung wieder der dynamische Eingang 4a des Dreikanal-Linienschreibers 4 zugeführt
Gleichgewichtszustand einstellt. und von diesem im ersten Kanal zeitabhängig aufge-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung zeichnet wird.
mit unregelmäßiger Verbrennung arbeitender Zylinder 35 Das aus dem ersten Integrator 2 kommende Gebesteht
nun darin, die mit der Taktfrequenz erfolgende schwindigkeitssignal wird im zweiten Integrator 5 noch
Schwinggeschwindigkeit des Kurbelgehäuses mit einem einmal integriert, so daß an dessen Ausgang ein dem
Synchronisierimpuls, beispielsweise dem Zündimpuls Schwingweg des Kurbelgehäuses zugeordnetes Signal
des ersten Zylinders, zur Identifizierung der von den erscheint, welches im zweiten Kanal des Dreikanal-Lieinzelnen
in der Zündfolge arbeitenden Zylindern her- 40 nienschreibers 4 zeitabhängig aufgezeichnet wird,
vorgerufenen Geschwindigkeitsspitzen und parallel da- Zum Identifizieren der den einzelnen Zylindern zugezu den mit der Eigenfrequenz erfolgenden Schwingung ordneten Geschwindigkeitsspitzen wird der vom Zünddes Kurbelgehäuses als Funktion der Zeit aufzuzeich- Spannungsaufnehmer 6 abgegebene, dem Zündimpuls nen. des ersten Zylinders entsprechende Puls im dritten Ka-
vorgerufenen Geschwindigkeitsspitzen und parallel da- Zum Identifizieren der den einzelnen Zylindern zugezu den mit der Eigenfrequenz erfolgenden Schwingung ordneten Geschwindigkeitsspitzen wird der vom Zünddes Kurbelgehäuses als Funktion der Zeit aufzuzeich- Spannungsaufnehmer 6 abgegebene, dem Zündimpuls nen. des ersten Zylinders entsprechende Puls im dritten Ka-
ALs mit aussetzender Verbrennung arbeitender Zylin- 45 nal zeitabhängig aufgezeichnet. Die diesem Zylinder zu-
der ist in dieser Aufzeichnung derjenige (oder diejeni- geordnete, im ersten Kanal aufgezeichnete Geschwin-
gen) bestimmt, dessen zugeordnete Schwinggeschwin- digkeitsspitze ist um ca. 120° KW gegenüber dem Zünd-
digkeitsamplitude deutlich kleiner als die übrigen ist und impuls bzw. dem im dritten Kanal aufgezeichneten Syn-
wobei die auf diesen Verbrennungsaussetzern zeitlich chronisierimpuls versetzt, so daß eine eindeutige Zuord-
folgenden Schwingwegamplituden deutlich größer sind 50 nung möglich ist. Die bei einem Sechszylindermotor im
als die bei normaler Verbrennung auftretenden Ampli- ersten Kanal aufgezeichneten, zwischen zwei im dritten
tuden. Kanal aufgezeichneten Synchronisierimpulsen liegen-
Im folgenden wird eine Vorrichtung zur Durchfüh- den Geschwindigkeitsspitzen sind demnach, der Zünd-
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer folge entsprechend, den Zylindern 1, 5, 3, 6, 2 und 4
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt 55 zugeordnet.
F i g. 1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung, Die bei einer Brennkraftmaschine mit Zündausset-
und zern in einem Zylinder aufgezeichneten zeitsynchronen
F i g. 2 mittels der Vorrichtung aufgezeichnete Kur- Kurven in den drei Kanälen sind in F i g. 2 dargestellt,
ven. Unter a ist die mit der Taktfrequenz schwingende Ge-
Der schematische Aufbau einer Vorrichtung zur 60 schwindigkeitskurve, unter b die Synchronisierimpuls-Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in kurve und unter c die mit der Eigenfrequenz schwingen-F
i g. 1 dargestellt. de Schwingwegkurve aufgezeichnet.
Ein am nicht gezeigten Motorblock zu befestigender Die den einzelnen Zylindern zugeordneten Ge-Beschleunigungsgeber
1 ist über einen Anpassungsver- schwindigkeitsspitzen sind einmal durch in Kreisen anstärker
7 mit dem Eingang des Integrators 2 verbunden. 65 geordnete Zahlen bezeichnet und wiederholen sich zyk-Dem
Integrator 2 folgt ein Bandpaßfilter 3, dessen Aus- lisch.
gang über einen weiteren Anpassungsverstärker 7 zum Bei den mit 8 und 9 bezeichneten, dem Zylinder Nr. 2
Eingang 4a des ersten Kanals eines Dreikanal-Linien- zugeordneten Geschwindigkeitsspitzen ist eine deutlich
geringere Amplitude erkennbar, die von Verbrennungsaussetzern herrührt, ebenso die zeitlich darauffolgenden,
mit 10 und 11 gekennzeichneten Ausschläge der Schwingwegkurve, welche das eigentliche Leerlaufschütteln
darstellen. Aus diesen aufgezeichneten Kurven ist also eindeutig zu ersehen, daß im Zylinder Nr. 2
Verbrennungsaussetzer stattfinden.
Die hier bevorzugte Lösung, einen Beschleunigungsaufnehmer und zwei Integratoren zu verwenden, kann
auch durch getrennte Aufnehmer für Schwinggeschwindigkeit
und Schwingweg ersetzt werden. Ebenso kann der Synchronisierimpuls anstelle von einem Zündimpuls
auch von der Bewegung eines Ein- oder Auslaßventils oder von einem Kraftstoffeinspritzvorgang (z. B. bei
Dieselmotoren) abgeleitet werden. Es ist auch möglich, einen Kanal des Linienschreibers einzusparen, indem
der Synchronisierimpuls dem Schwinggeschwindigkeits- oder dem Schwingwegsignal überlagert wird.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können werkstattübliche
Motortester preiswert erweitert werden. Es ist jedoch auch eine digitale Datenverarbeitung in der
Weise denkbar, daß die den einzelnen Zylindern zugeordneten Spitzenwerte erfaßt, gespeichert und anschließend
ausgewertet werden, wobei eine direkte Anzeige fehlerhaft arbeitender Zylinder vorgesehen sein kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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45
50
55
Claims (7)
1. Verfahren zur Bestimmung mit unregelmäßiger Verbrennung arbeitender Zylinder einer elastisch
gelagerten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere einer im Leerlauf betriebenen Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet,
daß die Amplitude eines aus der Schwinggeschwindigkeit
der um die Drehachse der Brennkraftmaschine erfolgenden Motorschwingungen ausgefilterten,
bei den Verbrennungsvorgängen in den Zylindern entstehenden und mit der Taktfrequenz der Brennkraftmaschine
alternierenden Schwinggeschwindigkeits-Signals (2a), ein einer bestimmten Winkelstellung
jedes Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine zugeordneter Synchronisierimpuls (2b) und die Amplitude
eines dem Schwingung der um die Drehachse der Brennkraftmaschine erfolgenden Motorschwingungen
zugeordneten Schwingwegsignals (2c) als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden,
und daß derjenige/diejenigen aus der Lage des Synchronisierimpulses bestimmte/bestimmten Zylinder eine unregelmäßige Verbrennung aufweist/aufweisen, dessen/deren zugeordnete Amplitude/Amplituden des Schwinggeschwindigkeitssignals (2a) deutlich kleiner als die den anderen Zylindern zugeordneten Amplituden ist/sind und einige der zeitlich darauf folgenden Amplituden des Schwingwegsignals (2c) deutlich größer als die bei normaler Verbrennung auftretenden Amplituden sind.
und daß derjenige/diejenigen aus der Lage des Synchronisierimpulses bestimmte/bestimmten Zylinder eine unregelmäßige Verbrennung aufweist/aufweisen, dessen/deren zugeordnete Amplitude/Amplituden des Schwinggeschwindigkeitssignals (2a) deutlich kleiner als die den anderen Zylindern zugeordneten Amplituden ist/sind und einige der zeitlich darauf folgenden Amplituden des Schwingwegsignals (2c) deutlich größer als die bei normaler Verbrennung auftretenden Amplituden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierimpuls (2b) dem
Zündimpuls eines bestimmten Zylinders entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Synchronisierimpuls dem öffnungs- oder Schließvorgang eines Ein- oder Auslaßventils
eines bestimmten Zylinders entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierimpuls dem Beginn
oder dem Ende des Kraftstoffeinspritzvorganges entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Motorblock der Brennkraftmaschine
angeordneter Geschwindigkeitsaufnehmer (1,2) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal über ein
auf die Taktfrequenz der Brennkraftmaschine abgestimmtes Bandfilter (3) geführt wird, daß ein ebenfalls
am Motorblock angeordneter Wegaufnehmer (1,2,5) angeordnet ist und daß ein Synchronisierimpulsaufnehmer
(6) vorgesehen ist und daß ein Mehrkanal-Aufzeichnungsgerät (4) mit wenigstens zwei
Kanälen vorgesehen ist, mit dessen Eingängen (4a, 4c) wenigstens der Ausgang des Bandfilters (3) und
der Ausgang des Wegaufnehmers verbunden sind und daß der Ausgang des Synchronisierimpulsaufnehmers
(6) mit dem Eingang (4b) eines weiteren Kanals oder einem Eingang eines Summiergliedes
verbunden ist, welches über seinen zweiten Eingang und seinen Ausgang in die Eingangsleitung (4a, 4c)
des ersten oder zweiten Kanals zwischengeschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wegaufnehmer durch ein Integrierglied (5) ersetzt ist, dessen Eingang mit dem
Ausgang des Geschwindigkeitsaufnehmers verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsaufnehmer durch
einen Beschleunigungsaufnehmer (1) mit einem nachgeschalteten Integrierglied (2) ersetzt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8330 | Complete disclaimer |