DE3338959C1

DE3338959C1 - Verfahren zur Bestimmung mit unregelmaessiger Verbrennung arbeitender Zylinder einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE3338959C1
Application number: DE3338959A
Authority: DE
Inventors: Günther 7053 Kernen Vogler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-03-21
Also published as: US4586369A; FR2554235A1; FR2554235B1; JPS60115828A

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.

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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

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-

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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Claims

Patentansprüche:

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.

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.