DE3516802C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Vielzahl von Diagnosesystemen für Motoren ist entwickelt worden, um die Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine zu diagnostizieren. Derartige Diagnosesysteme verwenden üblicherweise Sensoren, die an dem Motor befestigt sind und einen vorbestimmten Winkeldrehungsbetrag eines sich drehenden Bauteils des Motors, wie die Drehung der Kurbelwelle, abtasten. Derartige Winkelstellungen werden im allgemeinen durch Abtasten des Vorbeilaufes eines Zahnes des auf dem Schwungrad angeordneten Zahnrades an dem Sensor bestimmt. Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen wird bestimmt und dann verarbeitet, um eine Darstellung der Betriebsbedingung des Motors vorzusehen.

Systeme unter Verwendung derartiger Meßtechniken sind in den US-PS 40 15 467, 40 16 753 und 40 65 993 offenbart. In den zwei ersten Druckschriften werden während der Beschleunigungsphase des Motors gemessene Geschwindigkeiten verarbeitet, um eine Startgeschwindigkeit, Stoppgeschwindigkeit und Messungen der verstrichenen Zeit festzulegen, die verwendet werden können, um Drehmoment- und Leistungsmessungen für den Motor vorzusehen. In der letzteren Druckschrift werden die während der Beschleunigung des Motors gemessenen Zeitintervalle verarbeitet, um Geschwindigkeitsmessungen des Motors selbst vorzusehen.

In der US-PS 40 55 993 werden Geschwindigkeitsmessungen des Motors durch Zählung der Drehung der Zähne auf dem Schwungrad des Motors durchgeführt. Die Zeitmessungen für eine vorbestimmte Winkeldrehung werden analysiert, um Geschwindigkeitsmessungen für den Motor vorzusehen.

Die US-PS 43 48 893 beschreibt einen Motoranalysedetektor zur Bestimmung der Kompression eines Motors. Der Motor wird durch Ankurbeln des Motors ohne Zündung komprimiert. Änderungen in der Geschwindigkeit während des Kompressionshubes jedes Zylinders werden mathematisch verarbeitet, um Werte entsprechend der Kompression jedes Zylinders zu bestimmen.

In der US-PS 40 64 747 werden subzyklische Geschwindigkeitsmessungen eines Motors durchgeführt durch Abtasten der Differenz zwischen Taktzählungen relativ zueinander, um bestimmte dynamische Betriebsparameter des Motors festzustellen. Dieser Detektor kann zur Feststellung des relativen Leistungsbeitrages der einzelnen Zylinder des Motors verwendet werden.

In der US-PS 40 55 995 ist eine Motordiagnoseeinheit offenbart, die einen Beschleunigungsstoß zwischen niedrigen und hohen Motorgeschwindigkeiten für Leistungsmessungen verwendet. Diese Messungen werden mit folgenden Messungen verglichen, um eine Anzeige der Luftmenge im Kraftstoffeinlauf des Motors zu bestimmen.

Die US-PS 39 72 230 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen von ungleichmäßiger Betriebsweise einzelner Zylinder in einem Motor. Der Motor wird bei jeder geeigneten Leerlaufgeschwindigkeit betrieben und die Leistungszyklen-Zeitperioden zwischen aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkten werden gemessen. Die Verzögerungsgeschwindigkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Zeitperioden werden dann mit den mittleren Verzögerungsgeschwindigkeiten für die entsprechenden Zylinder berechnet. Individuelle Verzögerungsgeschwindigkeiten, die über der mittleren Verzögerungsgeschwindigkeit für einen Zylinder liegen, werden festgestellt, um eine Anzeige eines ungleichmäßigen Zylinderbetriebes vorzusehen.

Die in der US-PS 41 79 922 offenbarte Datenerfassungseinheit mißt aufeinanderfolgende Kurbelwellenstellungen während der Drehung des Motors, um die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Kurbelwellenstellungen zu erfassen. Zeitintervallabtastungen werden erzeugt und zum Feststellen einer Funktionsstörung des Zylinders verwendet.

Die US-PS 42 95 363 beschreibt eine Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in den einzelnen Zylindern eines Motors. Messungen entsprechend den Zeitabständen zwischen aufeinanderfolgenden Kurbelwellenstellungen werden in mindestens einem Motorzyklus abgetastet. Ein Vergleich eines Standardmotorzyklus mit einem folgenden Motorzyklus wird durchgeführt und das Verhältnis des Standardwertes mit dem nachfolgenden Wert wird gebildet und mit einer Schwelle verglichen, um ein Ausgangssignal zu bilden, das das Vorhandensein einer fehlerhaften Betriebsweise, wie niedrige Kompression oder niedrige Leistung eines einzelnen Zylinders anzuzeigen.

Aus der DE-PS 29 24 590 ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und Winkellage einer rotierenden Welle mit einem an dieser befestigten Geber und einem feststehenden Aufnehmer bekannt. Der Geber erzeugt aufgrund abwechselnder Zahn- und Nutelemente in elektrische Signale umsetzbare Impulse. Um geeignete Signale zu erhalten, sind die Zahn- und Nutelemente in besonderer Weise ausgebildet.

Bei dieser Vorrichtung ist jedoch nicht näher dargestellt, in welcher Weise die Auswertung der erzeugten Signale vorgenommen wird.

In der DE-OS 29 44 033 wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung offenbart, die einen Transformator mit einer erregten Primärwicklung und einem Paar von Sekundärwicklungen aufweist. Die magnetische Kopplung des Transformators wird abhängig von der Drehung eines Drehkörpers verändert, so daß ein entsprechendes Ausgangssignal des Transformators erhalten wird Es werden hierbei bestimmte Maßnahmen getroffen, um auch bei niedrigen Drehzahlen ein exaktes Meßergebnis zu erzielen und weiterhin den Einfluß der Umgebungstemperatur auszuschalten. Auch hier ist nicht gezeigt, wie das gewonnene Signal beispielsweise zur Anzeige von Funktionsstörungen in der Betriebsweise eines Motors ausgewertet wird.

Die DE-OS 29 33 516 schließlich bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl und/oder eines markierten Drehwinkels einer Welle mit Hilfe einer markierten Scheibe. Wird die Welle durch die Kurbelwelle einer mehrzylinderigen Brennkraftmaschine dargestellt, dann müssen einzelne von mehreren in Drehrichtung hintereinanderliegenden Bereichen der Scheibe bestimmte Zylinder zugeordnet werden können. Dies erfolgt mit Hilfe einer Bezugsmarke am Umfang der Scheibe, wobei die Randzone der Scheibe so ausgebildet wird, daß die Bezugsmarke eines Bereiches mit der gleichen Einrichtung wie die Bezugsmarke selbst abgetastet werden kann.

Auch hier wird kein bestimmtes Diagnoseverfahren für Funktionsstörungen der Brennkraftmaschine angegeben.

In allen früher offenbarten Motordiagnosesystemen werden die Zeitintervallmessungen während einer vorbestimmten Betriebsart des Motors genommen, wie Beschleunigung, Verzögerung, Leerauf und so weiter. Daher wird die Diagnose für die Betriebsbedingungen des Motors nur in einem schmalen Bereich des gesamten Betriebsbereichs des Motors durchgeführt und dann nur für eine kurze Zeitdauer. Deshalb waren die früher offenbarten Verfahren zum Feststellen von Funktionsstörungen des Motors nicht immer sehr genau über den gesamten Motorbetriebsbereich.

Weiterhin haben diese früher offenbarten Motordiagnosesysteme einen relativ komplexen Aufbau, wodurch die Diagnosevorrichtung relativ platzaufwendig ist, so daß sie nicht direkt in dem Fahrzeug, wie einem Automobil, einem Lastwagen und so weiter verwendet werden kann. Außerdem sind die Diagnosesysteme nach dem Stand der Technik insbesondere für die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine eines Automobiles und/oder Lastwagens konstruiert worden. Solche bekannten Diagnosesysteme wurden bisher aufgrund ihrer Begrenzungen nicht bei großen Diesel- und Schiffsmotoren ebenso wie bei Brennkraftmaschinen für Flugzeuge und Züge verwendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und zur Anzeige von Funktionsstörungen in der Betriebsweise eines Motors zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und mit denen es möglich ist, kontinuierlich den Motorbetrieb bei einer Vielzahl von Motorbetriebsbedingungen, wie Leerlauf, Beschleunigung, Verzögerung und Reisebetrieb zu überwachen, wobei der Aufbau einfach und raumsparend sein soll, um einen Einbau direkt in dem Fahrzeug zur kontinuierlichen Überwachung der Motorarbeitsweise zu erlauben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Vorrichtungen zu dessen Durchführung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das vorliegende Verfahren zur Bestimmung und zum Anzeigen von Funktionsstörungen in der Betriebsweise eines Motors verwendet einen Sensor zum Abtasten eines vorbestimmten Drehwinkels des Motors. Der Sensor ist in der Nähe eines sich drehenden Teiles des Motors, wie des Schwungrades, der Kurbelwelle oder der Nockenwelle angeordnet.

Der Sensor erzeugt ein elektrisches Signal bei Beginn einer Rotationsperiode des Motors, wodurch ein Zähler zum Zählen von Taktimpulsen freigegeben wird. Ein zweites Signal vom Sensor gibt das Ende der vorbestimmten Drehung des Motors an.

Eine Verarbeitungseinheit, wie ein Mikroprozessor, die den Verfahrensablauf steuert, liest und speichert den Zählerausgang in einen Speicher. Die Zählerausgangsdaten entsprechen der Zeit, die der Motor benötigt, um sich über den vorbestimmten Winkelbereich zu drehen.

Nach Vollendung der vorbestimmten Anzahl von Motorzyklen verarbeitet die Verarbeitungseinheit die gespeicherten, bestimmten Zeiten entsprechenden Signale, indem eine diskrete Fourier-Transformation oder eine Autokorrelation durchgeführt wird, um eine Darstellung des Motorbetriebszustandes hervorzurufen. Eine Anzeigeeinheit ist mit der Verarbeitungseinheit verbunden, die eine optische oder eine akustische Anzeige des Auftretens einer Funktionsstörung des Motors, wie mangelhafte Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern des Motors vorsieht.

Das Verfahren zur Bestimmung und zur Anzeige des Motorbetriebs umfaßt somit folgende Verfahrensschritte:

• A. Kontinuierliches Abtasten eines vorbestimmten Winkeldrehungsbetrages des Motors;
• B. kontinuierliches Bestimmen der Zeitdauer für jeden vorbestimmten Winkeldrehungsbetrag;
• C. mathematische Verarbeitung der Zeitdauer jedes vorbestimmten Winkeldrehungsbetrages;
• D. kontinuierliches Hervorrufen einer Darstellung einer mangelhaften Motorbetriebsweise; und
• E. kontinuierliches Anzeigen des Auftretens einer fehlerlosen Motorbetriebsweise.

Das vorliegende Verfahren zum Anzeigen von Funktionsstörungen in der Betriebsweise eines Motors löst viele in Zusammenhang mit den Motordiagnoseverfahren nach dem Stand der Technik auftretenden Probleme insoweit, als eine ohne Schwierigkeiten zu verwendende Anzeige des Auftretens einer Funktionsstörung, wie eine mangelhafte Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern des Motors, zur Verfügung gestellt wird. Es findet eine einzigartige Verwendung verschiedener Analysetechniken statt, wodurch eine Überwachung des Motorbetriebs während aller auftretenden Motorzustände wie Beschleunigung, Verzögerung, Leerlauf und Reisebetrieb möglich wird.

Somit kann das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung zur kontinuierlichen Überwachung des Motorbetriebes bei jedweder Betriebsart des Fahrzeuges verwendet werden, und nicht nur während bestimmter Betriebsarten, wie bei Beschleunigungsstößen, wie es bei den früheren Motordiagnosesystemen der Fall war.

Die Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist relativ einfach im Aufbau, so daß sie in kleiner Bauweise für die Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen werden kann, ebenso wie für Brennkraftmaschinen in Schiffen, Zügen, Flugzeugen und so weiter.

Außerdem kann die Vorrichtung zum Anzeigen von Funktionsstörungen in Zusammenhang mit unterschiedlichen Motortypen ebenso wie mit neuen oder alten Motoren verwendet werden, wodurch ihr Anwendungsgebiet sehr viel größer ist als das der Diagnosesysteme nach dem Stand der Technik, die nur in bestimmten Typen von Brennkraftmaschinen verwendet werden konnten.

Beispielsweise kann die vorliegende Vorrichtung zum Anzeigen von Funktionsstörungen in jeder Koblenverbrennungsmaschine, wie Benzin- oder Dieselmotoren, ebenso wie bei jedem Land-, See- oder Luftfahrzeug verwendet werden, um die fehlerlose oder fehlerhafte Betriebsweise des Motors anzuzeigen.

Eine wesentliche Anwendung des Verfahrens zum Anzeigen von Funktionsstörungen liegt in der Einstellung der Kraftstoffzumessung für jeden Zylinder in einem Mehrzylindermotor, um die Leistungsänderung von Zylinder zu Zylinder zu reduzieren. Dies ist insbesondere wichtig bei Maschinen, die für Schiffszwecke, feststehende Leistungsanlagen und so weiter verwendet werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Anzeigen von Funktionsstörungen entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild des Schaltkreises zur Aufbereitung des Signals nach Fig. 1; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die Betriebsweise der Zentraleinheit darstellt.

In der folgenden Beschreibung und in der Zeichnung werden in allen Ausführungsbeispielen für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen gewählt.

Wie allgemein in der Zeichnung dargestellt, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 10 zum Anzeigen der Fehler und Mängel eines Motors, die Funktionsstörungen feststellt und anzeigt, wie beispielsweise eine mangelhafte Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine.

Wie näher in den Fig. 1 und 2 dargestellt, kann die Vorrichtung zum Anzeigen der Mängel und Fehler eines Motors 10 nach der vorliegenden Erfindung mit jeder Brennkraftmaschine 12 verwendet werden, die individuell in einer Vielzahl von Zylindern angeordnete hin- und hergehende Kolben aufweist. Die Vorrichtung 10 kann mit jedem Motortyp verwendet werden, wie Diesel, Benzin und so weiter, ebenso wie in jeder Art von Fahrzeug, wie Automobil, Lastwagen, Schiff, Flugzeug, Zug und so weiter.

Der Motor 12 umfaßt ein durch die Kolben angetriebenes Drehelement, das beispielsweise eine Kurbelwelle 13 sein kann, die mit einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen pro Motorzyklus rotiert. Zusätzlich zu der Kurbelwelle sind andere drehbare Bauteile des Motors 12 einschließlich der nicht dargestellten Nockenwelle vorgesehen, oder ein Schwungrad 14, das auf dem Ende der Kurbelwelle gelagert ist.

Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Abtasteinheit, die eine vorbestimmte Winkeldrehung des Motors 12 abtastet. Wie oben angeführt, werden für die vorbestimmte Anzahl beispielsweise zwei Umdrehungen in einem Viertaktmotor oder eine Umdrehung in einem Zweittaktmotor für einen Motorzyklus verlangt. Daher wird der Motor 12 während jedes Zyklus einer Viertaktmaschine eine Drehung von 720° und einer Zweitaktmaschine eine Drehung von 360° vornehmen.

Ein Sensor 16 ist an dem Motor 12 nahe eines rotierenden Bauteiles, wie dem Schwungrad 14, der Kurbelwelle 13 oder der Nockenwelle angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 16 nahe dem Schwungrad 14 angeordnet und tastet jeden Zahn eines auf dem Schwungrad vorgesehenen Zahnrades ab. Als Alternative kann der Sensor 16 benachbart zur Kurbelwelle 13 oder Nockenwelle gelagert sein, um vorbestimmte Winkeldrehungen dieser Bauteile des Motors 12 zu erfassen.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Sensor einen magnetischen Aufnehmer, eine Fotozelle und so weiter auf. Der Sensor 16 fühlt das Vorbeigehen jedes Zahnes auf dem Schwungrad 14 ab und erzeugt ein Signal für jeden vorbeigehenden Zahn. Alternativ zu dem magnetischen Aufnehmer oder der lichtempfindlichen Zelle kann der Sensor ein Kodierteil aufweisen, das ein Signal bei dem Auftreten einer vorbestimmten Anzahl von Winkeldrehungen des Motors 12 abgibt.

Das Ausgangssignal des Sensors 16 wird einem geeigneten Schaltkreis 18 zur Signalaufbereitung zugeführt, der näher in Fig. 2 dargestellt ist. Der Schaltkreis zur Singalaufbereitung weist einen ersten Verstärker 20 auf, der als Puffer zur Trennung der Signale dient. Das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 20 wird einem Wandlerverstärker 22 zugeführt, der die Ausgangsimpulse des Verstärkers 20 in Rechteckimpulse umwandelt. Das Ausgangssignal des Wandlerverstärkers 22 wird der Basis eines Transistors 24 zugeführt, der als Puffer zum Trennen des Wandlerverstärkers 22 von dem übrigen Schaltkreis 10 dient.

Das Ausgangssignal des Transistors 24 wird dem Eingang eines Zählers 26 zugeführt. Der Zähler 26 ist vorzugsweise in der Weise ausgeführt, daß er sowohl einen Zählschaltkreis als auch ein Halteregister zum vorübergehenden Speichern der Zähldaten während der nachfolgenden Zählperiode aufweist. Wenn der Zähler freigegeben ist, zählt er die Eingangsimpulse. Nach dem Vollenden einer Zählperiode werden die Zähldaten in das Halteregister übertragen und der Zähler wird für die nächste Zählperiode freigegeben. Die übrigen Komponenten der Vorrichtung 10 umfassen einen Taktgeber 28, einen Speicher 30 und eine Zentraleinheit 32. Der Zähler 26, der Taktgeber 28, der Speicher 30 und die Zentraleinheit 32 sind mit einem üblichen Mehrfachbus 34 untereinander verbunden, der einen parallelen bidirektionalen Daten- und Signalfluß erlaubt.

Der Zähler 26 erhält als Eingangssignal das Ausgangssignal des Schaltkreises 18 zur Signalaufbereitung, das einem Signal vom Sensor 16 entspricht und bezeichnend für eine vorbestimmte Anzahl von Winkeldrehungen des Motors 12 ist, wie durch das Vorbeigehen eines Zahnes auf dem Schwungrad 14 des Motors an dem Sensor 16 vorbei realisiert ist. Das Eingangssignal aktiviert den Zähler 26 für den Zählvorgang.

Der Zähler 26 zählt dann Taktimpulse von dem Taktgeber 28 bei der Taktfrequenz. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Taktgeber eine Frequenz von 4 MHz, wobei allerdings auch andere Frequenzen verwendet werden können.

Der Speicher 30 kann als üblicher Festwertspeicher und/oder als Lese/Schreibspeicher ausgebildet sein. Ein Festwertspeicher kann zum Speichern des durch die Zentraleinheit 32 ausgeführten Steuerprogramms verwendet werden. Ein Lese/Schreibspeicher oder RAM wird zur Speicherung von während des Betriebes der Vorrichtung 10 erzeugten Daten verwendet.

Die zentrale Einheit 32 kann jede Art von Computer umfassen. Vorzugsweise wird ein Mikroprozessor aufgrund einer kleinen Größe und der geringen Kosten verwendet.

Weiterhin umfaßt die Vorrichtung 10 eine durch die Zentraleinheit 32 angesteuerte Anzeigeeinheit 36. Die Anzeigeeinheit 36 kann jede beliebige übliche optische und/oder akustische Anzeigeeinheit sein, beispielsweise eine Lampe, ein Bildschirm, ein Summer und so weiter. Mit der Anzeigeeinheit 36 wird das Auftreten einer Fehlfunktion des Motors angezeigt.

Die Funktionsweise der Vorrichtung zur Anzeige der Mängel und Fehler eines Motors durch Feststellen der Funktionsstörungen, wie eine mangelhafte Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern des Motors 12, wird im folgenden in Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert.

Beim Feststellen einer Funktionsstörung des Motors führt die Zentraleinheit 32 ein in dem Speicher 30 gespeichertes erstes Programm durch. Bei jedweder Betriebsweise des Motors, wie Leerlauf, Betrieb bei vorgegebener Last und Geschwindigkeit, führt die Zentraleinheit 32 dieses erste Programm durch und initialisiert die Interrupt-(Unterbrechungs-) und Zählprogramme. Die Vorrichtung ist anfänglich für eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben programmiert. Beispielsweise, wenn das Schwungrad 14 138 Zähne aufweist und der Motor 12 zur Durchführung eines Motorzyklus zwei Umdrehungen benötigt, kann die Vorrichtung in der Weise programmiert sein, daß sie Impulse über sieben vollständige Motorzyklen mit 1932 getrennten Signalen abführt. Allerdings kann jede beliebige Größe des Abfühlelementes verwendet werden, wobei mit einer größeren Größe des Abfühlelementes im allgemeinen genauere Daten erreicht werden können.

Die Zentraleinheit 32 ist unterbrochen angesteuert, d. h. das Verarbeiten der Daten wird bei Abfühlen einer Unterbrechung vorgenommen, die durch ein Signal von dem Sensor 16 erzeugt wird, der das Vorbeiführen eines Zahnes des Schwungrades 14 an dem Sensor 16 anzeigt.

Wenn das erste Signal von dem Sensor 16 erhalten wird, geht die Zentraleinheit 32 in den Unterbrechungszustand und gibt den Zähler 26 zur Zählung der Impulse des Taktgebers 28 frei. Wenn das nächste Signal von dem Sensor 16 auftritt, das angibt, daß eine vorbestimmte Größe einer Winkeldrehung vorgenommen wurde, wie durch das Vorübergehen des nächsten Zahnes des Schwungrades 14 an dem Sensor 16, so wird die Zentraleinheit 32 die gespeicherte Zählinformation weiterverarbeiten. Wenn das Signal vom Sensor empfangen wird, so wird die gespeicherte Zählinformation in das interne Halteregister des Zählers 26 übertragen und der Zähler wird für das Zählen der nächsten Taktgeberimpulse freigegeben.

Die der Anzahl von Taktgeberimpulsen während einer vorbestimmten Periode der Motorumdrehung in dem Zähler 26 gespeicherten Daten beziehen sich auf x(k) oder der Übergangszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen auf dem Schwungrad 14. Die Zentraleinheit 32 liest die Daten des Halteregisters in dem Zähler 26 und speichert die Daten in dem Speicher 30. Nach der Vollendung der gesamten Anzahl von Zyklen wird die Zentraleinheit 32 die Unterbrechung und die Enddurchführung des ersten in dem Speicher 30 gespeicherten Programms sperren.

Die gespeicherten Zeitfolgesignale beziehen sich auf die momentane Winkelgeschwindigkeit des Motors 12. Bei Veränderungen der Zeitsignale wird daher die momentane Winkelgeschwindigkeit des Motors während jeder Periode der Winkeldrehung der Maschine abhängig von den Betriebsbedingungen verändern.

Nach dem Durchführen einer vorbestimmten Anzahl von Motorzyklen werden die gespeicherten Daten oder Zeiten zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen auf dem Schwungrad 14 analysiert. Ein zweites in dem Speicher 30 gespeichertes Programm wird dann durch die Zentraleinheit 32 durchgeführt. Zwei bevorzugte Analysevorgänge werden im folgenden beschrieben, wobei auch andere statistische und Signalverarbeitungstechniken verwendet werden können. Derartige Analysevorgänge umfassen eine diskrete Fourier- Transformation der Zeitfolgesignale und eine Autokorrelationsanalyse.

Die diskrete Fourier-Transformation der Zeitfolgesignale x(k) wird gebildet durch:

wobei N die Anzahl der Abtastwerte ist.

Es wurde gefunden, daß die Grundfrequenz der diskreten Fourier-Transformation dem Motorzyklus entspricht und daß die n-te harmonische der Zündfrequenz eines Motors mit N Zylindern entspricht. Es kann eine Unterscheidung zwischen der normalen und falschen Betriebsweise des Motors gemacht werden, indem verschiedene Parameter betrachtet werden, wie beispielsweise ein Verhältnistest mit R=X(l)/X(m) oder ein Differenzvergleich D=X(l) - X(m), wobei m sich auf die Anzahl der Zylinder in dem Motor bezieht. Es ist möglich, Bereiche für den Verhältnis- und den Differenzvergleichstest entsprechend einer fehlerhaften und einer gesunden Motorbetriebsweise anzugeben.

Beispielsweise vermitteln die bei dem obigen Analysen-Vorgang verwendeten Daten, daß ein Verhältnis größer als eins oder eine Differenz größer als Null eine falsche Betriebsweise des Motors angeben, d. h. eine Fehlerfunktion, wie beispielsweise eine mangelhafte Motorverbrennung in einem der Zylinder des Motors.

Die Zentraleinheit 32 kann für derartige Bereiche programmiert sein, um dadurch ein Signal zur Aktivierung der Anzeigeeinheit 36 zu erzeugen und eine Anzeige der fehlerlosen Betriebsweise oder des Mangels durch eine Fehlerfunktion des Motors anzuzeigen.

Ein anderer möglicher Analysevorgang ist mit "Autokorrelation" bezeichnet und ist wie folgt definiert:

wobei N die Anzahl der Abtastungen in einem Motorzyklus und MEAN und VAR das Mittel und die Varianz der Abtastungen wie folgt sind:

Es wurde gefunden, daß eine fehlerlose und saubere Motorfunktion angegeben ist, wenn alle Maxima für τ größer als Null ungefähr bei dem gleichen Niveau oder Wert liegen. Andererseits ist die Hüllkurve eines fehlerhaften Motors eine monoton abfallende Funktion. In dem obigen Beispiel von einem Schwungrad mit 138 Zähnen muß der Autokorrelation nur für {AC (τ) τ = 46, 92 und 138} gerechnet werden. Es ist offensichtlich, daß bei einem Motor mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zylindern oder einem Schwungrad mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zähnen unterschiedliche Maxima- Werte auftreten. Bei der Verwendung dieser Autokorrelationsanalyse kann die Zentraleinheit 32 das Auftreten einer abfallenden Maxima-Funktion abtasten und die Anzeigeeinheit 36 steuert zur Anzeige der fehlerlosen oder fehlerhaften Betriebsweise, die durch das Auftreten einer Fehlerfunktion in einem oder mehreren Zylindern ausgelöst werden kann.

Das zweite gespeicherte Programm kann die beiden oben beschriebenen Analysevorgänge umfassen, um eine diskrete Fourier-Transformation oder eine Autokorrelationsanalyse hinsichtlich der gespeicherten Zeitintervallsignale durchzuführen und wenn das Auftreten einer fehlerhaften Motoroperation festgestellt wird, so wird der jeweils andere Analysenvorgang der Zeitintervallsignale durchgeführt, um das Vorhandensein der fehlerhaften Motorbetriebsweise zu bestätigen. Diese Mehrfachanalyse kann automatisch durch das zweite gespeicherte Programm durchgeführt werden oder kann durch von dem Fahrer des Fahrzeuges oder des Motors gesteuerte Schalter aktiviert werden, um, wenn gewünscht, den zweiten Test durchzuführen.

In der Beschreibung wurde eine einzigartige Vorrichtung zur Anzeige der Mängel und Fehler offenbart, die eine Anzeige der fehlerfreien Betriebsweise oder der mangelhaften Betriebsweise eines Motors anzeigt, die durch das Auftreten einer Funktionsstörung des Motors bedingt ist, wie fehlerhafte Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist eine minimale Anzahl von Bauelementen mit geringen Herstellungskosten auf und kann in einer relativ kleinen Größe aufgebaut werden, so daß sie direkt in einem Fahrzeug zur kontinuierlichen Auswertung der Motorfunktion verwendet werden kann.

Claims (16)

1. Verfahren zur Bestimmung und zum Anzeigen von Funktionsstörungen in der Betriebsweise eines Motors, bei der ein vorbestimmter Drehwinkelbetrag des Motors abgetastet und dessen Ablaufzeit bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Betriebsart des Motors kontinuierlich jeweils der vorbestimmte Drehwinkelbetrag über eine vorgegebene Anzahl von Motorzyklen abgetastet und kontinuierlich jeweils dessen Zeitablauf bestimmt und gespeichert wird, daß nach Ablauf der vorgegebenen Anzahl von Motorzyklen jede gespeicherte Ablaufzeit des vorbestimmten Drehwinkelbetrages mathematisch verarbeitet wird, wobei ein Signal hinsichtlich einer fehlerlosen oder fehlerhaften Betriebsweise des Motors erzeugt wird, daß die fehlerlose oder fehlerhafte Betriebsweise angezeigt wird und daß alle Verfahrensschritte kontinuierlich wiederholt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der mathematischen Verarbeitung die Berechnung der diskreten Fourier-Transformation der Ablaufzeiten für jeden vorbestimmten Drehwinkelbetrag des Motors über die vorgegebene Anzahl von Motorzyklen entsprechend umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnistest entsprechend R=X (l)/X(n) mit den diskreten Fourier- Transformationswerten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenztest entsprechend D=X (l)-X (n) mit den diskreten Fourier- Transformationswerten berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mathematische Verarbeitung der Ablaufzeiten jedes vorbestimmten Drehwinkelbetrages über die vorgegebene Anzahl von Motorzyklen die Berechnung einer Autokorrelation entsprechend: umfaßt, wobei N die Anzahl der Abtastungen in einem Motorzyklus und MEAN und VAR das Mittel und die Varianz der Abtastungen entsprechend: sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bestimmen einer fehlerhaften Betriebsweise des Motors durch die eine mathematische Verarbeitung zur Überprüfung die andere mathematische Verarbeitung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von einer mathematischen Verarbeitung auf die andere bei Feststellen der fehlerhaften Betriebsweise des Motors automatisch über ein gespeichertes Programm oder manuell über einen Schalter durchgeführt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet durch eine Abtasteinheit (16) zur kontinuierlichen Abtastung jeweils des vorbestimmten Drehwinkelbetrages, Mittel (26, 28) zur kontinuierlichen Bestimmung der jeweiligen Ablaufzeit des vorbestimmten Drehwinkelbetrages und Mittel (30) zum Speichern derselben, eine Verarbeitungseinheit (32) zur mathematischen Verarbeitung der Ablaufzeiten des vorbestimmten Drehwinkelbetrages und zur Erzeugung eines Signals hinsichtlich einer fehlerlosen und fehlerhaften Betriebsweise des Motors und eine mit der Verarbeitungseinheit (32) verbundene Anzeigeeinheit (36), die kontinuierlich die fehlerlose oder fehlerhafte Betriebsweise des Motors anzeigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (16) den vorbestimmten Drehwinkelbetrag eines sich drehenden Bauteils des Motors abtastet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das sich drehende Bauteil das Schwungrad (14) des Motors ist, das eine Vielzahl von auf dem Umfang angeordneten Zähnen aufweist und daß die Abtasteinheit (16) das Vorbeilaufen jedes Zahnes an der Abtasteinheit abtastet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur kontinuierlichen Bestimmung der jeweiligen Ablaufzeit einen Zähler (26) mit einem Eingang und einem Taktgeber (28) aufweisen, der mit dem Eingang des Zählers (26) verbunden ist und daß das Ausgangssignal der Abtasteinheit (16) den Zähler (26) einmal für jeden vorbestimmten Drehwinkelbetrag des Motors freigibt, wobei der Zähler einen der Ablaufzeit jedes vorbestimmten Drehwinkelbetrages entsprechenden Zählinhalt speichert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (32) ein erstes Programm zur Berechnung der Ablaufzeit jedes vorbestimmten Drehwinkelbetrages des Motors aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit ein zweites Programm gespeichert hat, das die mathematische Verarbeitung hinsichtlich der fehlerhaften oder fehlerlosen Betriebsweise des Motors durchführt und ein entsprechendes Signal abgibt, das die Anzeigeeinheit (36) zur Darstellung der fehlerhaften oder fehlerlosen Betriebsweise des Motors aktiviert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gespeicherte Programm die diskrete Fourier-Transformation der Ablaufzeiten berechnet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gespeicherte Programm die Autokorrelation der Ablaufzeiten berechnet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gespeicherte Programm die diskrete Fourier-Transformation und die Autokorrelation der Ablaufzeiten berechnet.