DE4018705A1 - Motoranalysegeraet fuer den einsatz in der kraftfahrzeugtechnik - Google Patents

Motoranalysegeraet fuer den einsatz in der kraftfahrzeugtechnik

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Description

Die Erfindung ist im Kfz-Elektrikbereich bei Analyse von Zündanla­ gen sowie in der Bordspannungsversorgung von Otto-Motoren anzuwenden. Motoranalysegeräte in Form von Zündspannungsoszillographen werden seit langer Zeit im Kfz-Elektrikbereich angewendet.
Der Anwendungs­ bereich liegt in der Überprüfung von Schließwinkel, Drehzahl, der Zündspannungsmessung sowie der Zündkerzenprüfung. Weiterhin kann eine Batteriezustandsüberprüfung durchgeführt werden. Diese Messungen werden sämtlich rein elektrisch durchgeführt.
Ein Nachteil der bisher eingesetzten Motorenanalysegeräte in Form von Zündspannungsoszillographen war, daß eine elektromechanische Ankopplung an die Meßquelle notwendig ist. Dies umfaßt z.B. die Klemme 1 der Zündspule, bei der außerdem für den Bediener sehr hohe Spannungen auftreten können sowie bei der Spannungsmessung die Klemmen der Bordbatterie.
Hierfür sind jeweils angepaßte Steckverbindungen nötig, die bei den vielzähligen auf dem Markt befindlichen Fahrzeugtypen sehr unter­ schiedlich sein können.
Oft ist zudem schwierig, hervorgerufen durch die immer kompakter werdenden Motoraggregate, eine gute Zugänglichkeit zu den Meßkon­ takten zu gewährleisten. Ein weiterer Nachteil ist der relativ hohe Anschaffungspreis für einen Zündspannungsoszillographen, da diese Meßeinrichtung ausschließlich für diesen Zweck benutzt werden kann. Eine zusätzliche Benutzung für andere Bereiche ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile bei der Motoranalyse an Kfz-Otto-Motoren der eingangs ge­ nannten Art zu beseitigen und ein Meßgerät zu schaffen, das diese Probleme beseitigt. Eine ähnliche Anwendung ist bereits in der Gebrauchsmusteranmeldung "Schließwinkel-/Drehzahltester für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik" (Rollennummer G 8 90 13 072.3; Eintragungstag 25.01.1990) beschrieben (siehe auch Zeitschrift "Elektronik" Jahrgang 89, Heft 14, Seiten 78 bis 82).
Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß die Meßwerterfassung allein über eine Induktivaufnehmersonde erfolgt, die in dem Meßgerätege­ häuse integriert ist ohne daß eine direkte elektrische Ankopplung nötig ist. Hierbei besteht die Meßgeräteanordnung aus einem Grund­ gerät mit Induktivaufnehmersonde und einer nachgeschalteten Meß­ wertvorverarbeitung über einen Mikrocontroller.
Als zusätzliche Auswerteeinheit kann ein tragbarer Personal Computer verwendet werden. Die Datenübertragung vom Grundgerät zum PC erfolgt über eine serielle Schnittstelle, angelehnt an DIN ISO 9141.
In den Zeichnungen Fig. 1 bis 6 ist der Erfindungsgegenstand detailliert dargestellt. Das Motoranalysegerät für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik besteht hierbei aus der Nahfeldinduktiv­ aufnehmersonde 1 für die drahtlose Signalerfassung am Meßobjekt bis zu einer Entfernung von max. 0,3 m. Weiterhin aus dem selbst­ anpassenden Meßspannungsverstärker 2 mit nachgeschaltetem Stör­ signalfilter 3.
In dem Mikrocontroller 12 erfolgt die Digitalisierung des Meßspannungssignals, die weitere Filterung des Signals, die Signalvorverarbeitung sowie die Weitergabe an den Auswerterechner. Zusätzlich wird die Anpassung des Eingangsverstärkers 2 an das Meßsignal vom Mikrocontroller 12 durchgeführt. Der Mikrocontrol­ ler 12 besteht aus den Portelementen 5 zum Einlesen der Meßsignale, dem Speicher für das Anwenderprogramm 7, der Zentraleinheit 6 sowie dem Analog-Digitalwandler 14.
Der Arbeitstakt für den Mikrocontroller 12 wird über einen Quarz­ baustein 8 erzeugt. Die Bedienung des Geräts kann sowohl vom Meß­ gerätegehäuse über eine Tastatur 10 sowie eine Anzeige 11 und auch über den angeschlossenen Personalcomputer erfolgen. In Fig. 5 ist der Programmablauf für den Mikrocontroller dargestellt.
Der Meßablauf erklärt sich hierbei wie folgt: Durch die Annäherung der im Meßgerätegehäuse integrierten induk­ tiven Meßaufnehmersonde 1 an die Meßguelle des Otto-Motors wird ein Eingangssignal in den Mikrocontroller 12 eingelesen (Schritt 20), anschließend wird im nächsten Befehl 21 überprüft, ob ein auswert­ bares Eingangssignal vorhanden ist.
Im nachfolgenden Schritt 22 wird der Verstärkungsgrad des Eingangs­ spannungsverstärkers 2 optimal an das Eingangssignal angepaßt. Im nächsten Schritt 23 wird mit Hilfe von eingespeicherten Standard­ meßwertekurven untersucht, in welchem Bereich das Eingangssignal erscheint. Im nachfolgenden Schritt 24 wird nochmals eine Filterung des Eingangssignals durchgeführt. Hierbei werden nochmals Stör­ signale ausgekoppelt. Durch die Abfrage der Meßarteinstellung mit Hilfe der Eingabetastatur 10 bzw. über den Auswerterechner erfolgt die jeweilige Zuordnung des Meßsignals.
Hierbei kann zwischen den verschiedenen Arten Zündspannungsmes­ sung 27, Batteriespannungsmessung 28 sowie der Meßimpulserfassung in Form von Drehzahl und Schließwinkel gewählt werden. Die Ermitt­ lung der oben aufgeführten Meßwerte erfolgt ausschießlich über die Auswertung der über die Meßaufnehmersonde erfaßten Zündspannungs­ kurve. In Fig. 2 sind die einzelnen Meßsignale in Form von Zünd­ spannung K 1/ K 2 vor und nach der Filterung 23 sowie die ausgewerte­ ten Meßsimpulse in Form von Drehzahl K 3 und Schließwinkel K 4 dar­ gestellt.
Die Batteriespannung u kann ebenfalls über die Sekundärspannung û 2 der Zündspule berechnet werden. Hierzu müssen die einzelnen Bau­ teile des Zündspulenschaltkreises, wie z.B. Übersetzungsverhält­ nis ü und Induktivität L 1 der Zündspule, Belastungskapazitäten C und Vorschaltwiderstände R je nach Fahrzeugtyp bekannt sein und in das Motoranalysegerät eingegeben werden. Zusammen mit der Sekun­ därzündspannung ergeben diese Werte über das Verhältnis 2 = U/R×ü V L 1/C die Höhe der momentanen Batteriespannung u.
Abschließend erfolgt eine quantitative Darstellung auf dem Meß­ gerätegehäuse über die Anzeige 11. Zusätzlich kann das Signal über die serielle Schnittstelle 4 an den Auswerterechner geführt werden. In diesem Fall erfolgt die weitere Auswertung und Dar­ stellung über Standardssoftwarebausteine in dem tragbaren Personal­ computer. Die Ausgabe von Meßwertekurven und zusätzlichen Texten kann über den im Auswerterechner integrierten Bildschirm geschehen.
Falls über eine bestimmte Zeit t kein Eingangssignal erfaßt wurde, erfolgt eine automatische Abschaltung des Gerätes über den Power- Down Modus 27. Das Gerät kann anschließend durch einen Power-On Kontakt g erneut in den aktiven Zustand gebracht werden.
Bei dem heutigen Stand der Technik in der Halbleiterindustrie bereitet es keinerlei Schwierigkeiten, die aufgeführte Schaltung in stromsparender, batteriebetriebener CMOS-Technik preiswert her­ zustellen.
Hierbei ergibt sich durch den Vorteil der Netzunbhängigkeit ein optimaler Einsatz in allen Bereichen der Kraftfahrzeugelektrik. Die heute verfügbaren Mikrocontroller erlauben es, zusätzlich eine Vielzahl von diskreten Bauelementen durch ein Anwenderprogramm zu ersetzen.
In den Zeichnungen Fig. 3 bis 4 ist die komplette Schaltung des Motoranalysegerätes für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik in Form von Stromlaufplänen nach DIN 40 719 mit allen wichtigen, zuge­ hörigen Bauteilen dargestellt.
In Fig. 3 ist der selbstanpassende Meßspannungsverstärker 2 zusammen mit der Induktivaufnehmersonde 1 zum Erfassen und Einlesen der Meßsignale abgebildet. Bei der Annäherung an das Meßobjekt ist der selbstanpassende Meßspannungsverstärker 2 in Verbindung mit dem Vorspannungsverstärker 13 in der Lage, ab einer maximalen Entferung von ca. 0,3 m die von der Induktivaufnehmersonde 1 aufgenommenen Meßsignale zu verarbeiten. Die Verstärkungsanpassung wird über digitale Ausgänge 5 des Mikrocontrollers angesteuert. Das angepaßte Meßsignal am Ausgang des Meßspannungsverstärkers 2 wird über ein Eingangsfilter geführt und anschließend über einen im Mikrocontrol­ ler Analog-Digitalwandler ausgewertet.
In Fig. 4 ist die Mikrocontroller-Schaltung dargestellt. Die Steuerung des Motoranalysegerätes kann quantitativ über die in Fig. 5 dargestellte Tastatur sowie in detaillierter Darstellung über den nachgeschalteten tragbaren Personalcomputer erfolgen.
Die Spannungsversorgung des Gerätes erfolgt über eine 9 V-Batterie.
In Fig. 6 ist das komplette Motoranalysegerät einschließlich Normstecker zum Anschluß an den Auswerterechner in einer Projektionsdarstellung gezeigt.

Claims (6)

1. Motoranalysegerät für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnahme über eine im Meß­ gerätegehäuse integrierte Nahfeldinduktivaufnehmersonde 1 erfolgt.
2. Motoranalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogsignalvorverarbeitung in Bezug auf die Annäherung an die Meßspannungsquelle über einen selbstanpassenden Meßspannungsverstärker 2 erfolgt.
3. Motoranalysegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch kennzeichnet, daß die softwaremäßige Filterung des Eingangssignals sowie die Meßwertaufbereitung und -verarbeitung über einen Mikrocontroller 12 erfolgt.
4. Motoranalysegerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die weitere Auswertung und Dar­ stellung der Meßwertergebnisse ein netzunabhängiger tragbarer Personal Computer verwendet werden kann.
5. Motoranalysegerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertübertragung vom Grundgerät zum Personal Computer über eine genormte serielle Schnittstelle 4 erfolgt.
6. Motoranalysegerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die komplette Meßeinrichtung für die Meßwertvorverarbeitung in einem kompakten netzunabhängigen Gehäuse integriert ist, das eine einfache Bedientastatur 10 sowie eine Digitalanzeige 11 für eine zusätzliche Bedienung unabhängig vom tragbaren Personal Computer aufweist.
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