DE3516802C2 - - Google Patents
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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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.
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