DE4125589A1

DE4125589A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und zur diagnose des spezifischen kraftstoffverbrauchs und des drehmoments an einem kraftfahrzeugverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4125589A1
Application number: DE19914125589
Authority: DE
Inventors: Werner Prof Dr I Schiroslawski; Ladislav Prof Dr Pejsa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und zur Diagnose des spezifischen Kraftstoffver brauchs und des Drehmoments an einem Kraftfahrzeug. Zur Mes sung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs muß nach dem Stand der Technik der Motor aus dem Fahrzeug ausgebaut und auf einem Motorprüfstand getestet werden, oder das Fahrzeug muß auf einen Bremsprüfstand gebracht werden.

Bisher bekannte Verfahren wie nach DD AP 2 59 685 eignen sich nicht für die Überwachung des spezifischen Kraftstoffver brauchs, da das für die bekannten Verfahren erforderliche Drehzahl-Belastungsregime während des Fahrzeugbetriebes nicht auftritt.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Diagnostik an Verbrennungsmotoren ein Verfah ren und eine Vorrichtung in die Hand zu geben, den spezifi schen Kraftstoffverbrauch und das effektive Drehmoment an Saug- und aufgeladenen Motoren ohne Motordemontage und ohne spezielle Prüfstände mit einfachen Prüfgeräten anläßlich ei ner Inspektion oder weitergehend in Verbindung mit einem Bordcomputer und einem geeigneten Kraftstoffverbrauchssensor während der Fahrt zu überwachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das Kraftstoffsystem ein geeigneter Kraftstoffverbrauchssensor eingefugt, der Motor mit einem Motordrehzahlsensor und das Fahrzeug mit einer geeigneten Beschleunigungsmeßeinrichtung versehen wird sowie an der Kupplung ein Sensor angebracht wird, der die Zustände "ausgekuppelt" und "eingekuppelt" unterscheiden kann, wobei sämtliche Sensoren mit einem externen Rechner oder mit einem Bordcomputer verbunden sind. Die Motordrehzahl kann zu Steuerungszwecken über den Rechner zur Anzeige gebracht werden. Über eine Eingabeeinrichtung werden die fahrzeugspezifischen Daten
I_M- Trägheitsmoment der rotierenden Teile des Motors be zogen auf die Kurbelwelle,
I_R- Trägheitsmoment der Fahrzeugräder und der anderen Getriebeteile bezogen auf die Fahrzeugtriebradachse,
G- Gesamtmasse des Fahrzeuges,
r- Radius der Fahrzeugtriebräder,
i_a- Übertragungsgrad des eingeschalteten Ganges
eingegeben, so daß diese zur Berechnung nach Gl. (1) zur Ver fügung stehen. Die Messung erfolgt beim Fahren mit beliebig gewähltem Übertragungsgrad i_a und der gewünschten Meßdreh zahl n_M sowie der gewählten Drehzahlzone Δn.

Die Messung des Drehmoments und des spezifischen Kraft stoffverbrauchs an einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor wird so durchgeführt, daß

- in einer Vorbereitungsphase das Fahrzeug auf eine Ge schwindigkeit im vorgewählten Übertragungsgrad gebracht wird, so daß der Motor eine Drehzahl oberhalb einer ge wünschten Meßdrehzahl n_M hat,
- in einer ersten Phase das Fahrzeug mit Hilfe der Fahr zeugbremsen ca. 3 Sekunden bei Vollgas (Ottomotor) bzw. Vollaststellung (Dieselmotor) des Fahrfußhebels in der gewünschten Meßdrehzahl n_M gehalten und in dieser Zeit die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₁ bezogen auf eine Umdrehung der Kurbelwelle bestimmt wird,
- in einer zweiten Phase die Motordrehzahl bei Beibehal tung von Vollgas bzw. Vollast mit Hilfe der Fahrzeug bremsen gegenüber der gewünschten Meßdrehzahl n_M um eine bestimmte Drehzahldifferenz Δn abgesenkt wird,
- in einer dritten Phase das Fahrzeug bei Beibehalten von Vollgas bzw. Vollast durch Lösen der Fahrzeugbremsen solange beschleunigt wird, bis die Motordrehzahl um die Drehzahldifferenz Δn über der gewünschten Meßdrehzahl n_M liegt, wobei in dieser Phase die Winkelbeschleu nigung ε₁ der Kurbelwelle und die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₂ bezogen auf eine Kurbelwellenumdre hung ermittelt wird,
- in einer vierten Phase das Fahrzeug in Leerlaufstellung des Fahrfußhebels bei ausgekuppeltem Motor verziert wird und in dieser Phase die Winkelverzögerung ε₂ der Kurbelwelle gemessen wird und anschließend das Drehmoment M_e aus der Beziehung M_e = (I_M + I_W) · ε₁ - I_W · ε₂ (1)mit und der spezifische Kraftstoffverbrauch b_e aus berechnet wird, mit
I_M - auf die Kurbelwelle reduziertes Trägheitsmoment der rotierenden Motorteile ohne Kupplungsteller
I_W - auf die Kurbelwelle reduziertes Trägheitsmoment des Fahrzeugs
ρ - Kraftstoffdichte.

Zur Vereinfachung wird das Verfahren nach Anspruch 2 dahin gehend vereinfacht, daß in der ersten Phase die Motordreh zahl um die Drehzahldifferenz Δn unterhalb der gewünschten Meßdrehzahl n_M gehalten wird und die zweite Phase entfällt, wobei das Drehmoment aus Gl. (1) und der spezifische Kraft stoffverbrauch b′_e aus

berechnet wird mit

wobei die Sollwerte der Kraftstoffmengen Q(n_M) und Q(n_M-Δn) aus dem Motorkennfeld als Kraftmenge bezogen auf eine Kurbelwellenumdrehung ermittelt werden.

Befindet sich das Fahrzeug auf einer Steigungsfahrt, kann ein Prüfprogramm gestartet werden, das die Überwachung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs ermöglicht. Dazu wird das Verfahren Anspruch 3 dahingehend erweitert, daß die Phasen 1 und 2 entfallen und Phase 3 mit beliebiger aber konstanter Belastung gefahren wird und bei gleichen Steigungsbedingun gen der Übergang von Phase 3 auf Phase 4 mit genügend großer Auskuppelzeit während des Gangwechsels erfolgt und das Drehmoment aus Gl (1) und der spezifische Kraftstoff verbrauch aus

berechnet wird.

Das soweit beschriebene Verfahren kann angewendet werden, wenn die Eingangsparameter G, I_M, I_R und r bekannt oder problemlos ermittelbar sind. Das Verfahren wird nach An spruch 4 folgendermaßen weiter ausgestaltet, um den Aufwand zum Ermitteln dieser Größen zu umgehen. Das soweit beschrie bene Verfahren zur Messung des Drehmoments und des spezi fischen Kraftstoffverbrauchs wird mit einem anderen Übertra gungsverhältnis i_b wiederholt und mit den erhaltenen Daten ein Diagnosekennwert c aus

berechnet, wobei M*_ea (n_Ma′ Q_a2) und M*_eb (n_Mb′ Q_b2) die Sollwerte des Drehmoments in Abhängigkeit der Meßdrehzahl n_Ma bzw. n_Mb sowie des Kraftstoffverbrauchs Q_a2 bzw. Q_b2 sind.

Der Vorteil liegt darin, daß die Messungen unabhängig von der Beladung des Fahrzeuges und vom tatsächlichen Reifen radius durchgeführt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Schema der Meßeinrichtung,

Fig. 2 Schema des Meßablaufes.

In das Kraftstoffsystem wird ein geeigneter Kraftstoffver brauchssensor 4 eingefügt, am Motor ein gewöhnlicher Motor drehzahlsensor 2 und an der Kupplung ein Sensor 1 ange bracht, der zwischen "eingekuppelt" und "ausgekuppelt" unterscheidet, sowie eine geeignete Beschleunigungsmeßein richtung 5 installiert, wobei sämtliche Sensoren mit einem Mikrorechner 3 gekoppelt sind. Die Drehzahl wird zur Anzeige 6 gebracht. Über die Eingabeeinrichtung 7 oder von einem Getriebesensor 8 wird der Übertragungsgrad i_a des einge schalteten Ganges eingegeben. Entsprechend dem Schema des Meßablaufes wird das Fahrzeug auf solche Geschwindigkeit gebracht, daß der Motor beim gewählten Übertragungsgrad i_a in dieser Phase 0 eine Drehzahl n_M hat. Dann wird in einer ersten Phase das Fahrzeug mit Hilfe der Fahrzeugbremsen ca. 3 Sekunden bei Vollgas (Ottomotor) bzw. Vollaststellung (Dieselmotor) des Fahrfußhebels in der gewünschten Meßdrehzahl n_M gehalten und in dieser Zeit die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₁ bezogen auf eine Umdrehung der Kurbelwelle bestimmt. In einer zweiten Phase wird die Motordrehzahl bei Beibehaltung von Vollgas bzw. Vollast mit Hilfe der Fahrzeugbremsen gegenüber der gewünschten Meßdrehzahl n_M um eine bestimmte Drehzahldif ferenz Δn abgesenkt und in einer dritten Phase wird bei Beibehalten von Vollgas bzw. Vollast durch Lösen der Fahr zeugbremsen solange beschleunigt, bis die Motordrehzahl um die Drehzahldifferenz Δn über der gewünschten Meßdrehzahl n_M liegt, wobei in dieser Phase die Winkelbeschleunigung ε₁ der Kurbelwelle und die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₂ bezogen auf eine Kurbelwellenumdrehung ermittelt werden. In einer vierten Phase wird das Fahrzeug in Leerlaufstellung des Fahrfußhebels bei ausgekuppeltem Motor verzögert und in dieser Phase die Winkelverzögerung ε₂ der Kurbelwelle gemes sen und anschließend das Drehmoment M_e aus Gl. (1) und der spezifische Kraftstoffverbrauch aus Gl. (2) bestimmt.

Claims

1. Verfahren zum Messen und zur Diagnose des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und des Drehmoments an einem Kraft fahrzeugverbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß

- in einer Vorbereitungsphase das Fahrzeug auf eine Ge schwindigkeit im vorgewählten Übertragungsgrad gebracht wird, daß der Motor eine Drehzahl oberhalb einer ge wünschten Meßdrehzahl n_M hat,
- in einer ersten Phase das Fahrzeug mit Hilfe der Fahr zeugbremsen einige Sekunden bei Vollgas (Ottomotor) bzw. Vollaststellung (Dieselmotor) des Fahrfußhebels in der gewünschten Meßdrehzahl n_M gehalten und in dieser Zeit die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₁ bezogen auf eine Umdrehung der Kurbelwelle bestimmt wird,
- in einer zweiten Phase die Motordrehzahl bei Beibehal tung von Vollgas bzw. Vollast mit Hilfe der Fahrzeug bremsen gegenüber der gewünschten Meßdrehzahl n_M um eine bestimmte Drehzahldifferenz Δn abgesenkt wird,
- in einer dritten Phase das Fahrzeug bei Beibehalten von Vollgas bzw. Vollast durch Lösen der Fahrzeugbremsen solange beschleunigt wird, bis die Motordrehzahl um die Drehzahldifferenz Δn über der gewünschten Meßdrehzahl n_M liegt, wobei in dieser Phase die Winkelbeschleu nigung ε₁ der Kurbelwelle und die durchschnittliche Kraftstoffmenge Q₂ bezogen auf eine Kurbelwellenumdre hung ermittelt wird,
- in einer vierten Phase das Fahrzeug in Leerlaufstellung des Fahrfußhebels bei ausgekuppeltem Motor verzögert wird und in dieser Phase die Winkelverzögerung ε₂ der Kurbelwelle gemessen wird und anschließend das Dreh moment M_e aus der Beziehung M_e = (I_M + I_W) · ε₁ - I_W · ε₂ (1)und der spezifische Kraftstoffverbrauch b_e aus berechnet wird, mit
I_M - auf die Kurbelwelle reduziertes Trägheitsmoment der rotierenden Motorteile ohne Kupplungsteller
I_W - auf die Kurbelwelle reduziertes Trägheitsmoment des Fahrzeuges,
ρ - Kraftstoffdichte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Phase die Motordrehzahl um die Drehzahl differenz Δn unterhalb der gewünschten Meßdrehzahl n_M gehalten wird und die zweite Phase entfällt, wobei das Drehmoment aus Gl. (1) und der spezifische Kraftstoffver brauch b′_e aus berechnet wird mit wobei die Sollwerte der Kraftstoffmengen Q(n_M) und Q(n_M-Δn) aus dem Motorkennfeld als Kraftmenge bezogen auf eine Kurbelwellenumdrehung ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen 1 und 2 entfallen und Phase 3 mit beliebi ger aber konstanter Belastung gefahren wird und bei glei chen Steigungsbedingungen der Übergang von Phase 3 auf Phase 4 mit genügend großer Auskuppelzeit während des Gangwechsels erfolgt und das Drehmoment aus Gl. (1) und der spezifische Kraftstoffverbrauch aus berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einem anderen Übertragungsgrad i_b wiederholt wird und mit den erhaltenen Daten ein Diagnosekennwert c aus berechnet, wobei M*_ea (n_Ma′ Q_a2) und M*_eb (n_Mb′ Q_b2) die Sollwerte des Drehmoments in Abhängigkeit von der Meßdrehzahl n_Ma bzw. n_Mb sowie des Kraftstoffverbrauchs Q_a2 bzw. Q_b2 sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kraftstoff system des Verbrennungsmotors ein geeigneter Kraftstoff verbrauchssensor (4) eingefügt und ein Motordrehzahl sensor (2) sowie eine Beschleunigungsmeßeinrichtung (5) angebracht werden, die mit einem Mikrorechner (3) gekop pelt sind, der über eine Anzeige (6) die mittels Motor drehzahlsensor (2) gemessene Drehzahl ausgibt und mit der Eingabeeinrichtung (7) die fahrzeugspezifischen Daten über nimmt, mit Hilfe des Kraftstoffverbrauchssensors (4) die Kraftstoffmenge Q₂ und mit Hilfe der Beschleunigungs meßeinrichtung (5) die Winkelbeschleunigungen ε₁ und ε₂ ermittelt und das Drehmoment M_e aus Gl. (1) und den spe zifischen Kraftstoffverbrauch b_e aus Gl. (2) bzw. (3) berechnet.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kraftstoff system des Verbrennungsmotors ein geeigneter Kraftstoff verbrauchssensor (4) eingefügt und am Fahrzeug ein Kupp lungssensor (1), ein Motordrehzahlsensor (2), eine Be schleunigungsmeßeinrichtung (5) und ein Getriebegang sensor (8) angebracht werden, die mit einem Bordcomputer (3) gekoppelt sind, der die angegebenen Bedingungen mit Hilfe des Kupplungssensors (1) und des Motordrehzahl sensors (2) überwacht, und mit der Eingabeeinrichtung (7) die fahr zeugspezifischen Daten übernimmt, mit Hilfe des Kraft stoffverbrauchssensors (4) die Kraftstoffmenge Q₂ und mit Hilfe der Beschleunigungsmeßeinrichtung (5) die Winkel beschleunigungen ε₁ und ε₂ ermittelt und das Drehmoment M_e aus Gl. (1) und den spezifischen Kraftstoffverbrauch b_e aus Gl. (5) berechnet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnosekennwert c von einem Bordcomputer nach Gl. (6) berechnet und bei bestimmten Abweichungen eine Fahrer information gegeben wird.