FI121150B - Mäntäpolttomoottorisysteemin laitteisto ja menetelmä tunnistamaan epäyhtenäinen sylinteriteho-osuus - Google Patents

Description

Mäntäpolttomoottorisysteemin laitteisto ja menetelmä tunnistamaan epäyhtenäinen sylinteriteho-osuus

Tekniikan ala 5 Keksintö koskee laitteistoa, jota käytetään laivojen tai energiatuotannon mäntäpolt-tomoottorisysteemeissä. Laitteisto tunnistaa moottorin sylinterin tai sylinterien haitallisen epäyhtenäisen tehontuotannon. Keksintö koskee myös menetelmää, jota käytetään kyseisessä laitteistossa.

10 Tekniikan taso

Kaikissa mäntäpolttomoottoreissa ilmenee epäyhtenäisyyttä tehon tuottamisessa, mikä johtuu sylinterien välisistä eroista. Erot aiheutuvat sylinterien mekaanisista toleransseista, polttoaineen syöttösysteemin mekaanisista ja sähkömekaanisista toleransseista sekä muista eroista. Epäyhtenäiset sylinteriteho-osuudet aiheuttavat vään-15 törasitusta moottorin kampiakselilla sekä kasvattavat moottorin värähtelyjen tasoa. Moottorin mekaaniset komponentit joutuvat siis kokemaan ylimääräistä rasitusta sylinterien epäyhtenäisten tehojen takia.

EP 447 697 esittää erästä systeemiä vaimentaa dieselmoottorin kampiakselin vääntövärähtelyjä. Jos moottori pyörii pyörimisnopeusalueella, jolla ilmenee haitallista 20 vääntövärähtelyä, niin systeemi viivästyttää polttoaineenruiskutusta sylintereihin ja asettaa aikavälin polttoaineenruiskutukselle. Näin siirretään kunkin sylinterin paine-käyrän huippukohtaa suhteessa kampiakselin kulmaan, mikä vuorostaan vähentää kampiakselilla ilmenevää vääntövärähtelyä.

WO 9429585 esittää toista systeemiä, jossa dieselmoottorin pääakselin vääntövä-25 rähtelyä vaimennetaan pitämällä vähintään yhden sylinterin pakoventtiili auki sylinterin puristustahdin aikana ja kasvattamalla vähintään yhden jäljelläoievan sylinterin tehoa korvaamaan paineettoman sylinterin tai sylinterien tehonvajaus, silloin kun moottori pyörii pyörimisnopeusalueella, jolla ilmenee haitallista vääntövärähtelyistä. Näin voidaan vähentää pääakselilla ilmenevää vääntövärähtelyä.

2 Näiden viitejulkaisujen ongelmana on, että moottorin tehontuoton hyötysuhde kärsii, silloin kun vääntövärähtelyjä vaimennetaan. Samanaikaisesti pakokaasupäästöillä on taipumus kasvaa.

On kuitenkin mahdollista tunnistaa sylinteri, joka tuottaa huomattavasti enemmän 5 tai vähemmän tehoa verrattuna sylinterien keskimääräiseen sylinteritehoon. Lisäksi on tunnettua, että keskimääräiseen tehoon nähden huomattavan paljon tai vähän tehoa tuottava sylinteri on myös huomattava moottorin akselin kulmanopeuden huojunnan lähde. Kulmanopeuden huojunta on eräs vääntövärähtelyn ilmenemismuoto. Kun liikaa tai liian vähän tehoa tuottavan sylinterin polttoaineensyöttöä säädetään, 10 niin että Iiika/vajaatuotto pienenee, kulmanopeuden huojunta vähenee ja moottori pyörii tasaisemmin. US 6302083 esittää tällaista ratkaisua, jossa liikaa tai liian vähän tehoa tuottava sylinteri voidaan havaita kampiakselin pyörimisnopeuden mittaustiedoista. Tämä ratkaisu toimii vain, kun sylinterien työtahdit eivät mene päällekkäin.

15 Keksinnön lyhyt kuvaus

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laite, joilla voidaan havaita sylinteri tai sylinterit, jotka tuottavat haitallista vääntövärähtelyä mäntäpolttomootto-risysteemin akselilla. Tavoite saavutetaan päävaatimuksissa esitetyin keinoin. Epäitsenäiset vaatimukset kuvaavat tarkemmin keksinnön erilaisia toteutusmuotoja.

20 Keksinnössä käytetään hyväksi moottorin sylinterien sytytysjäijestystä ilmaisemaan sylinteri tai sylinterit, jotka pääasiallisesti osallistuvat tai vaihtoehtoisesti osallistuvat mahdollisimman vähän moottorin vääntömomentin tiettyjen harmonisten taajuuksien tuottamiseen. Jotta moottorin vääntömomenttia voidaan käyttää tähän tarkoitukseen, vääntömomentin laskennassa täytyy ottaa huomioon moottorisysteemin 25 epälineaarisuudet. Vääntömomentin laskeminen ottaa siis huomioon moottorin ominaisuuksien lisäksi kuorman ja akselin ominaisuudet.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tunnistetaan vähintään yksi mäntäpoltto-moottorin sylinteri, jonka teho poikkeaa olennaisesti moottorin muiden sylinterien tehoista. Menetelmässä mitataan 61 moottorin akselin kulmanopeus ja moottorin akse-30 liin yhteydessä olevan kuorman akselin kulmanopeus. Kulmanopeuksien mittaustie- 3 doista määritetään 62 tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vaiheet. Lisäksi määritetään 63 kulmanopeuksien kullakin tarkasteltavalla harmonisella aallolla moottorin akselin poikkeama ja kulmakiihtyvyys sekä kuorman akselin poikkeama. On myös määritettävä 64 moottorin akselin ja kuorman akselin välisen kytkennän pa-5 rametrit tarkasteltavilla harmonisilla taajuuksilla. Vääntömomentit lasketaan 65 tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritettyjä mainittujen akselien poikkeamia ja kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja. Sylinteri tai sylinterit tunnistetaan 66 vertaamalla laskentavaiheessa 65 laskettuja vääntömomentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin.

10 Keksinnön mukainen laite, joka tunnistaa vähintään yhden mäntäpolttomoottorin sylinterin, jonka teho poikkeaa olennaisesti moottorin muiden sylinterien tehoista, käsittää keskusyksikön 73, jossa on rajapinnat 731, 732 mittausantureita 71, 72 varten. Rajapintojen kautta keskusyksikkö on järjestetty vastaanottamaan ja käsittelemään rajapintoihin yhdistettäviltä mittausantureilta tulevat moottorin akselin 76 kulmanope-15 utta koskevat mittaustiedot ja moottorin akseliin yhteydessä olevan kuorman akselin 79 kulmanopeutta koskevat mittaustiedot.

keskusyksikkö 73 käsittää myös välineet 733 määrittämään kulmanopeuksien mittaustiedoista tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vaiheet, toisen välineet 734 määrittämään kulmanopeuksien kullakin tarkasteltavalla harmonisella aallol-20 la moottorin akselin poikkeama ja kulmakiihtyvyys sekä kuorman akselin poikkeama ja kolmannet välineet 735, joka sisältää tiedon moottorin akselin ja kuorman akselin välisen kytkennän parametreista tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla,

Lisäksi keskusyksikkö käsittää neljännet välineet 736 laskemaan vääntömomentit tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritetty-25 jä mainittujen akselien poikkeamia ja kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja ja viidennet välineet 737 tunnistamaan sylinteri tai sylinterit vertaamalla laskentavaiheessa laskettuja vääntömomentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin.

30 4

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisten piirustusten kuvioiden avulla, joissa

Kuvioi kuvaa esimerkkiä moottorin erään sylinterin vääntömomen- 5 teista,

Kuvio 2 kuvaa esimerkkiä moottorin erään sylinterin kaasun vääntö- momentista ja sen kolmesta harmonisesta komponentista, Kuvio 3 kuvaa esimerkkiä moottorisysteemin mallista,

Kuvio 4 kuvaa toista esimerkkiä moottorisysteemin mallista, 10 Kuviot 5A, 5B ja 5C kuvaavat moottorin sylinterien sytytysjärjestystä ja vääntö- momentin harmonisia komponentteja kolmella alimmaisella harmonisella aallolla.

Kuvio 6 kuvaa vuokaavioesimerkkiä keksinnön mukaisesta menetel mästä ja 15 Kuvio 7 kuvaa esimerkkiä keksinnön mukaisesta laitteesta.

Keksinnön kuvaus

Kuvio 1 esittää esimerkkiä 4-tahtisen dieselmoottorin erään sylinterin vääntömo-menteista, jotka syntyvät polttoaineen poltosta ja massan pyörimisliikkeestä. Kaasun 20 vääntömomentti kuvataan yhtenäisellä viivalla, massan vääntömomentti pistekatko-viivalla ja tangentiaalinen vääntömomentti katkoviivalla. Kaasun vääntömomentti kuvaa sylinterin sisällä tapahtuvan polttoaineen poltosta aiheutuvaa vääntömomenttia. Massan vääntömomentti aiheutuu sylinterin männän edestakaisesta liikkeestä ja kampimekanismin pyörimisliikkeestä. Tangentiaalinen vääntömomentti on kaasun ja 25 massan vääntömomenttien summa, joka vaikuttaa moottorin kampiakselilla. Normaalissa 4-tahtisessa usean sylinterin mäntäpolttomoottorissa sylinterin työkierto kestää kaksi kampiakselin kierrosta, eli 720 astetta. Kuviosta on havaittavissa, että vääntö-momentti on korkeimmillaan sylinterin työtahdin aikana ja pienimmillään sylinterin pu-ristustahdin aikana.

5

Kuvion 1 vääntömomenttikäyrät ovat periodisesti toistuvia, eli ne voidaan esittää Fourierin analyysin mukaan sanana harmonisia (sinimuotoisia) aaltoja. Yksittäinen harmoninen aalto on siis vääntömomenttikäyrän harmoninen komponentti harmonisen aallon taajuudella (ns. harmoninen taajuus). Kuvio 2 esittää yksittäisen sylinterin 5 kaasun vääntömomenttikäyrää 21 ja sen kolmea alimmaista harmonista aaltoa. Koska moottorin akseli pyörähtää kaksi kertaa sylinterin männän työkierron aikana, harmoniset aallot esitetään lukuina 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 jne. alimmasta harmonisesta ylimpään. Näillä luvuilla siis ilmaistaan harmonisen aallon suhde akselin pyörimistaajuu-teen. Esimerkiksi 1-harmonisen aallon taajuus on sama kuin akselin pyörimistaajuus. 10 Käyrä 21 on 0.5-harmoninen. Käyrä 23 on 1-harmoninen ja käyrä 24 vastaavasti 1.5-harmoninen. Harmonisten käyrien amplitudien suuruuteen vaikuttaa pääasiassa kaasun vääntömomenttikäyrä.

Kukin moottorin sylinteri tuottaa käytössä tehoa, joka ohjataan moottorisysteemin akselille. Moottorisysteemin akselilla oleva teho on siis sylinterien tehontuotannon 15 summa. Koska kunkin sylinterin teho voidaan jakaa harmonisiin komponentteihin, niin akselin teho on myös jaettavissa harmonisiin komponentteihin. Jotkut akselin harmoniset komponentit ovat voimakkaita, sillä sylinterien vastaavien harmonisten komponenttien summa vahvistaa harmonisen aallon amplitudia. Toiset akselin harmoniset ovat vastaavasti heikkoja, sillä sylinterien vastaavien harmonisten komponenttien 20 summa heikentää harmonisen aallon amplitudia. Mitä tasaisemmin sylinterit tuottavat tehoa sitä pienempi on tehonvaihtelu moottorin kahden kierroksen aikana, mikä tarkoittaa että myös harmoniset komponentit ovat pienempiä.

Laivan tai energiantuotannon mäntäpolttomoottorisysteemin akselilla ilmenevän kolmen alimmaisen harmonisen komponentin on todettu muodostavan merkittävän 25 osan akselin haitallisesta vääntövärähtelystä. Akselilla ilmenevästä vääntömomentis-ta on siis laskettava kolme vääntömomentin alimmaista harmonista komponenttia vääntövärähtelyn voimakkuuden selvittämiseksi. On huomioitava, että myös muut harmoniset komponentit voivat vaikuttaa vääntövärähtelyyn, joten myös ne voidaan tarvittaessa laskea.

30 Laivan tai energiantuotannon mäntäpolttomoottorisysteemiin kuuluvat moottorin lisäksi kuorma ja kytkentä, joka kytkee moottorin akselin ja kuorman akselin yhteen.

6 Näin muodostettua yhteistä akselia kutsutaan tässä yhteydessä moottorisysteemin tai systeemin akseliksi. Energiantuotannossa kuorma on esimerkiksi generaattori, joka tuottaa sähköä generaattoriin kytkettyyn sähköverkkoon. Laivassa kuorman muodostaa tavallisesti propelli. Laivassa systeemin akselille voi olla kytkettynä myös muita 5 komponentteja kuten generaattoreita, kartiokytkimiä ja erilaisia vaihteita. Moottorisys-teemi on siis kokonaisuudessaan hyvin dynaaminen, mihin dynamiikkaan kuorma vaikuttaa hyvin vahvasti. Moottorin akselin vääntömomentin laskemisessa on olennaista, että moottorisysteemin kokonaisdynamiikka otetaan riittävästi huomioon, jotta laskettu vääntömomentti vastaisi tarpeeksi hyvin todellisuutta. On siis olennaista, että 10 systeemi mallinnetaan riittävän tarkasti. Jos systeemin malli on liian karkea, se ei vastaa todellisuutta tarpeeksi hyvin. Jos malli on taas tarkka, vääntömomentin laskeminen vaatii monimutkaisemman järjestelmän, mikä on käytännössä hyvin vaikea tai jopa mahdotonta toteuttaa.

Kuvio 3 kuvaa esimerkkiä 4-tahtisen 6-sylinterisen moottorisysteemin mallista, jos-15 sa moottori 31 on kytketty pyörittämään generaattoria 32, joka on yhdistetty sähköverkkoon 33. Moottorin akselilla on vauhtipyörä 34. Vauhtipyörän pääasiallisena tarkoituksena on tasapainottaa moottorin akselin pyörimisnopeutta. Moottorin akseli ja generaattorin akseli on kytketty yhteen kytkennän 35 välityksellä. Generaattorin 32 ja sähköverkon 33 välinen kytkentä on kuvattu dynaamisena linkkinä 36. Kuvion 3 ym-20 pyrät kuvaavat akselien suhteen pyöriviä massoja. Esimerkiksi kunkin sylinterin män-tä/kampimekanismin massa on kuvattu ympyröillä 37. Mallin kiinteät kohdat, kuten sähköverkko 33, on merkitty vinoviivoitusalueena. Vaimennukset on merkitty laatik-ko/levy -merkillä 38. Generaattorin ja moottorin välinen kytkentä 35 on joustava.

Kuvion 3 esittämää mallia on yksinkertaistettava, jotta saataisiin aikaan käytän-25 nössä hyvin toimiva malli. Mallin yksinkertaistamisen lähtökohdaksi otetaan moottorisysteemin luonnolliset taajuudet. Luonnollisilla taajuuksilla tarkoitetaan systeemissä ilmeneviä seisovia värähtelyaaltoja. On arvioitu, että kuvion 3 kaltaisen kampiakse-lisysteemin kolme ensimmäistä luonnollista taajuutta ovat 1.5, 5.5 ja 50.6 Hz. Ensimmäinen 1.5 Hz:n solmupiste (piste, joka ei värähtele) on sähköverkon 33 kohdalla, 30 toisen taajuuden solmupiste kytkennän 35 kohdalla ja kolmannen taajuuden 50,6 Hz moottorin 31 alueella. Moottorin sytytystaajuus määrää taajuusalueen ylärajan, jolla 7 mallin olisi syytä olla tarkka. Koska laivoissa ja energiantuotannossa moottorit ovat tavallisesti keskinopeita dieselkoneita, niin kolmas luonnollinen taajuus on jo tarkasti mallinnettavan taajuusalueen ulkopuolella. Esimerkiksi 4-tahtisen 6-sylinterisen moottorin, joka toimii 500 rpm, sytytystaajuus on 25 Hz.

5 Koska kolmannen luonnollisen taajuuden solmupiste on tarkasteltavan taajuusalueen ulkopuolella, se jätetään huomioimatta. Ensimmäisen ja toisen taajuuden solmu-pisteet otetaan mukaan yksinkertaisemmassa mallissa. Oletetaan, että systeemi on jäykkä yksittäisen solmun molemmilla puolilla. Tämän perusteella massat, jotka ovat samalla puolella solmusta katsottuna, voidaan kuvata yhtenä massana. Täten moot-10 torin ja vauhtipyörän massat kuvataan yhtenä massana 41 kuten myös generaattorin massa yhtenä massana 42 kytkennästä 43 (toisesta solmusta) katsottuna. Katso kuvio 4. Kytkentä esitetään ideaalisena kytkentänä. Sähköverkko 33 on ensimmäinen solmupiste, joten se on mukana mallissa. Sähköverkko on alunperin esitetty yhtenä kokonaisuutena, joten sen mallintamisessa ei ole tehty muutoksia. Sähköverkon 33 ja 15 generaattorin 42 välinen kytkentä 36 kuvataan edelleen ideaalisena linkkinä.

Kuvio 4 on yksinkertaisempi malli, mutta se ei ole vielä käyttökelpoinen käytännön sovelluksiin. Generaattorin 42 ja kuorman eli sähköverkon välistä dynamiikkaa on käytännössä vaikea estimoida. Kuitenkin tämä dynamiikka täytyy ottaa huomioon, jotta saavutettaisiin käyttökelpoinen mittauslaitteisto. Laivassa asennusten moninai-20 suudesta johtuen estimointi voi olla käytännössä mahdotonta. Lisäksi kytkennän 43 ominaisuudet ovat voimakkaasti epälineaarisia, koska kytkentä on tavallisesti joustava.

Joustavat kytkennät ovat siis tyypillisesti hyvin epälineaarisia. Toisin sanoen kytkennän jäykkyys ja vaimennus riippuvat vahvasti taajuudesta. Kytkennän ominaisuu-25 det ovat siis taajuuskohtaisia, joten kullakin systeemissä ilmenevällä värähtelytaajuudella kytkennällä on taajuuskohtaiset ominaisuudet. Jos kytkentä on lisäksi valmistettu kumista, niin silloin ominaisuudet ovat myös kumin lämpötilasta riippuvaisia. Monet kytkentöjen valmistajat esittävät kaavoja, joilla taajuusriippuvuuden vaikutus voidaan ottaa huomioon. Voidaan todeta, että joustavan kytkennän ominaisuuksien mukaan-30 ottaminen (taajuuskäyttäytyminen ja mahdollisesti myös lämpötilakäyttäytyminen huomioiden) on olennaista arvioidessa vääntövärähtelyjä.

8

Kun lisäksi tyydymme siihen, että generaattorin pyörimisnopeustieto sisältää riittävästi informaatiota generaattorin ja sähköverkon välisestä linkistä, voimme lasketa moottorin akselin vääntömomentin kaavasta M = J(px+D(px+C{<pl-<p1)+K((pl-(p1) (1) 5 .missä M on vääntömomentti moottorin akselilla, J on moottorin hitausmomentti, φι moottorin akselin kulma, 10 <p2 generaattorin akselin kulma, D moottorin vaimennuskerroin, C kytkennän dynaaminen vaimennuskerroin ja K kytkennän dynaaminen jäykkyys.

15 Kaava 1 käyttämällä voidaan laskea moottorin akselin vääntömomentti, niin että kytkennän ominaisuudet on otettu huomioon. Kuorman ja sen linkin vaikutus otetaan huomioon φ2 -arvossa ja sen derivaatoissa. <p2 on siis mitattavan generaattorin akselin pyörimisnopeus. Vastaavasti φχ on moottori akselin pyörimisnopeus, joka voidaan mitata. Pyörimisnopeuden mittauksista voidaan laskea tarvittavat akselin kulmat ja 20 kiihtyvyydet. Kulmien laskennassa on kätevää käyttää kiintopisteenä moottorin ensimmäisen sylinterin yläkuolokohtaa (TDC eli Top Dead Center). Myös jonkin muun sylinterin yläkuolokohtaa voidaan käyttää.

Kuvioiden 3 ja 4 malleissa kuormana on generaattori ja siihen yhdistetty sähköverkko. Niiden tilalla voidaan kuitenkin mallintaa myös muu kuorma, kuten laivan pot-25 kurin akselijärjestelmä. Kaavaa 1 voidaan siis käyttää myös muille kuormille. Gene-raattorikuorma on esitetty tässä yhteydessä esimerkkinä sen havainnollisuuden takia.

Lasketusta moottorin akselin vääntömomentista saadaan Fourier -muunnoksella selville vääntömomentin eri taajuuksien amplitudit ja vaiheet. Näin saadaan siis selville myös haluttujen harmonisten aaltojen amplitudi ja vaihe. Merkitään selville saatua 9 harmonisen aallon amplitudia ja vaihetta signaalilla θη, joka on siis θη = Α(η)βίΦ(η). A on n-harmonisen amplitudi. Φ(η) on n-harmonisen vaihe. On myös mahdollista, että vääntömomentin harmoniset komponentit lasketaan jo alun perin erikseen, jolloin akselin kokonaisvääntömomenttia ei lasketa.

5 Moottorin sylinterien sytytyshetket jaetaan tasaisesti kampiakselin kierron eri kohtiin, jotta kampiakselille saataisiin muodostettua mahdollisimman tasainen momentti-käyrä. Kun moottorin jokainen sylinteri tuottaa saman tehon, sylinterien alimmaiset (sekä ylemmät) harmoniset aallot kompensoivat toisensa sylinterien sytytyshetkien vaihe-erojen takia. Tällöin moottorin akselilla ei ilmene kyseisiä harmonisia aaltoja.

10 Jos taas moottorin jokin tai useampi sylinteri tuottaa enemmän tehoa kuin muut sylinterit, niin silloin moottorin akselilta voidaan havaita tietty tai tiettyjä harmonisia komponentteja. Vastaavasti harmoninen komponentti on havaittavissa, jos yksi tai useampi sylinteri toimii vajaateholla muihin sylintereihin verrattuna. Normaalisti moottorin epätasainen tehontuotanto näkyy alimmaisissa harmonisissa.

15 Koska moottorin sylinterien sytytyshetkien välit ovat kiinteitä jaksoja moottorin kampiakselin kierron aikana (720 astetta 4-tahtisessa sylintereissä), niin signaalin θη vaiheesta voidaan päätellä, mikä sylinteri on työvuorossa. Toisin sanoen moottorin sylinterien sytytyshetkiä ja signaalia θη vertaamalla voidaan päätellä, mikä sylinteri tuottaa kyseistä harmonista signaalia. Koska harmoninen signaali edustaa siis vään- 20 tövärähtelyä, niin kyseinen sylinteri on myös vääntövärähtelyn aiheuttaja. Peräkkäiset sylinterien sytytyshetket muodostavat sylinterien sytytysjärjestyksen. Sylinterien syty-tysjärjestys voi olla 6-syiinterisessä moottorissa esimerkiksi 1,5,3,6,2,4, ensimmäiseksi sytytetään 720 asteen kulmakierolla moottorin ensimmäinen sylinteri ja viimeiseksi neljäs sylinteri.

25 Kuviot 5A, 5B ja 5C kuvaavat On-signaalien vertailua moottorin sylinterien sytytys-hetkiin. Kuvio 5A kuvaa 0,5-harmonisen aallon 51 vaihetta ja amplitudia moottorin sylinterien sytytyshetkiin. Sylinterien sytytysjärjestys on 1,5,3,6,2,4. Kuvio 5B kuvaa vastaavasti 1-harmonista ja kuvio 5C 1.5-harmonista. Jotta vertailu olisi mahdollista, sytytyshetket pitää redusoida tarkasteltavaan harmoniseen taajuuteen. Kuvion 5B 1- 30 harmoninen aalto suorittaa kaksi sykliä moottorin työsyklin, eli kampiakselin 720 asteen kierron aikana. Toisin sanoen kampiakseli ja 1-harmoninen liikkuvat samassa 10 tahdissa. Koska sylinterien sytytyshetket ovat 120 asteen välein toisistaan, kun ne on jaettu tasaväleihin kampiakselin 720 asteen kierrolle, sytytyshetkien välit ovat myös 120 astetta kuviossa 5B. Koska 0,5 harmoninen tekee vain yhden syklin kahden kampiakselikierroksen aikana, sytytyshetket redusoidaan 0.5-harmonisen taajuuteen 5 kertomalla normaalisytytysväli 0,5:llä. Kuvion 5A sytytysvälien kulmaksi tulee siis 60 astetta. Vastaavasti 1.5-harmoninen aallon tapauksessa sytytysväliksi tulee 180 astetta, kuten kuvio 5C esittää.

Kuvion 5A esittämä harmoninen Θ0.5 -signaali 51 on lähinnä sylinterien 2 ja 4 syty-tyshetkiä. Voidaan siis päätellä, että sylinteri 2, 4 tai molemmat sylinterit tuottavat lii-10 kaa tehoa, joka aiheuttaa 0,5-harmonista aaltoa. Toisaalta voidaan myös päätellä, että sylinterit 5, 3 tai molemmat tuottavat liian vähän tehoa, sillä negatiivinen signaali 51 on lähinnä sylinterien 5 ja 3 sytytyshetkiä. Alimmaisen harmonisen aallon tarkastelulla ei siis vielä pystytä tarkasti löytämään sylinteriä, joka tuottaa kyseistä harmonista. On siis tarve tarkastella useampaa harmonista aaltoa.

15 Kuviossa 5B 1-harmoninen Θ1 -signaali 52 on lähinnä sylinterien 1, 3, 4 ja 6 sytytyshetkiä. Jokin näistä sylintereistä tai ne yhdessä tuottavat siis liikaa tehoa. Jälleen voidaan todeta, että vastaavasti jokin sylinteri tai sylinterit 1, 2, 5 tai 6 tuottavat liian vähän tehoa. Tarkastelemalla signaaleita Θ0.5 ja Θ1 yhdessä voidaan niistä päätellä, että sylinteri 4 tuottaa liikaa tehoa tai sylinteri 5 liian vähän tehoa, koska sylinterit 4 ja 20 5 tulevat esille molempien signaalien tarkastelussa. Kuviossa 5B negatiivinen 1- harmoninen Θ1 -signaali 52 on lähinnä sylinterien 1, 6, 5 ja 2 sytytyshetkiä. Kun tarkastelemme lisäksi kuvion 5C 1.5-harmonista Θ1.5 -signaalia 53, havaitaan että se on lähinnä sylinterien 5, 6 tai 4 sytytyshetkiä. Negatiivinen Θ1.5 -signaali on lähinnä sylinterien 1, 3 ja 2 sytytyshetkiä. Kuviosta 5A, 5B ja 5C voidaan siis havaita, että sylinteri 25 4 tuottaa kaikilla tarkasteltavilla harmonisilla taajuuksilla liikaa tehoa, eli se on mootto- risysteemin akselin vääntövärähtelyn aiheuttaja. Tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi vääntövärähtelyn vaimentamiseksi.

Useamman harmonisen taajuuskomponentin tarkastelulla voidaan siis saada selville se sylinteri tai sylinterit, jotka tuottavat liian paljon tai liian vähän tehoa. Sylinteri, 30 joka havaitaan tuottavan liikaa tehoa (tai liian vähän) kaikissa tarkasteltavissa taa-juuskomponenteissa on se sylinteri, joka aiheuttaa myös akselin vääntövärähtelyä.

11

Kuviossa 5A, 5B ja 5C sylinteri 4 havaittiin tuottavan liika tehoa jokaisella tarkastelu-taajuudella. Sylinteri 5 taas ei toiminut vajaateholla, sillä 1.5-harmonisen aallon tarkastelun perusteella tämä ei ollut mahdollista.

Suurissa moottoreissa sytytyssyklit menevät limittäin, jolloin ei aina ole mahdollista 5 selvittää tarkasti, mikä sylinteri tuottaa liikaa tai liian vähän tehoa. Muutaman asteen kampiakselin kulman ero kahden sylinterin sytytyksen välillä ei riitä, kun käytetään pelkästään vääntömomenttitietoa. Tällöin kaksi (tai useampi) vierekkäistä sylinteriä hahmotetaan yhdeksi virtuaaliseksi sylinteriksi, joka on vääntövärähtelyn lähde. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että virtuaalisen sylinterin käsittävien sylinterien välillä 10 on sallittava poikkeamaa tehontuotannossa. Vaihtoehtona on, että vääntömomentti-tiedon lisäksi käytetään jotain muuta moottorin tietoa, jonka avulla sylinteri voidaan paikallistaa tarkasti. Esimerkiksi sylinterikohtaista sylinterinpainetta, pakokaasujen lämpötilaa tai polttoaineensyöttömäärää voidaan käyttää hyväksi. Näitä esitettyjä tunnistamisen periaatteita käytetään keksinnön mukaisissa eri suoritusmuodoissa 15 (menetelmät, laitteet).

Kuvio 6 esittää vuokaavioesimerkkiä keksinnön mukaisesta menetelmästä tunnistaa sylinteri tai sylinterit joiden tehontuotanto poikkeaa olennaisesti moottorin muiden sylinterien tehontuotannosta. Aluksi mitataan 61 moottorin akselin, eli kampiakselin, kulmanopeus sekä kuorman akselin kulmanopeus. Kulmanopeudet mitataan käyttä-20 mällä antureita, jotka on asennettu sopivaan kohtaan mittausten suorittamiseksi. Moottorin vauhtipyörä on sopiva paikka mitata moottorin akselin kulmanopeus. Vastaavasti kuorman akseli (generaattorikuormassa roottori) kytkennän kuorman puolella on sopiva paikka mitata kuorman akselin kulmanopeus.

Seuraavaksi on määritettävä 62, 63, 64 tarpeelliset parametrien arvot vääntömo-25 menttien laskemista varten. Mitatuista kulmanopeuksien mittaustiedoista määritetään 62 tarkasteltavien harmonisten aaltojen (kuten kolmen alimmaisen harmonisen) amplitudit ja vaiheet.

Ennen amplitudien ja vaiheiden määrittämistä mittaustiedoille voidaan tehdä Fou-rier-muunnos. Muunnos on järkevää tehdä diskreettinä esimerkiksi FFT (Fast Fourier 30 Transform) -muunnoksena. Jotta tarvittava laskentakapasiteetti voidaan pitää käy- 12 tännön sovelluksissa mahdollisimman pienenä, on hyvä käyttää jotain käyttökelpoista mittaussignaalien suodatustapaa, kuten Goertzelin suodattimia. Goertzelin suodatin on toisen asteen IIR-suodatin, joka laskee rekursiivisesti kompleksisen Fourier -kertoimen yksittäiselle taajuudelle. Hakasuluissa oleva k on kunkin mittauk- 5 sen indeksi, jolla ilmaistaan tietty taajuus tarkasteluvälillä. Kompleksinen ΧΡΚφ sisältää sekä amplitudi- että vaihetiedon. Fourier-muunnoksen käyttö helpottaa menetelmän vaiheiden toteutusta ja siis myös käytännön toteutusta.

Vääntömomenttien laskemiseksi tarvitaan määrittää 63 myös moottorin akselin ja kuorman akselin kulmapoikkeamat ja moottorin akselin kulmakiihtyvyydet kullakin 10 tarkasteltavalla harmonisella aallolla. Akselien kulman kiintopisteeksi on järkevää valita moottorin sylinterin yläkuolokohta. Taajuusavaruudessa kulmapoikkeamaksi saa- daan XFK<p[k\ = —ja kulmakiihtyvyydeksi XF^[k]=jo)0kXF^, ja>0k missä ω0 on mittaukseen käytettävän ikkunan (aikavälin) taajuus.

Moottorisysteemin kytkennän dynaamiset parametrit määritetään 64 erikseen tar-15 kasteltaville taajuuksille. Parametrien määrittelyssä voidaan käyttää hyväksi kytkennän valmistajan tietoja. Kytkennän parametrien määritys voi olla suoritettu myös etukäteen, sillä tarkasteltavien harmonisten komponenttien taajuus ja tiedot kytkennästä ovat saatavissa etukäteen. Ennaltamääritettyjä tai reaaliajassa määritettyjä parametreja käytetään hyväksi vääntömomenttien laskennassa. Kytkennän parametrien 20 määrittämisvaihe on siis ymmärrettävä tässä yhteydessä laajasti, niin että se käsittää myös ennaltamääritettyjen parametrien käyttöönottamisen.

Vääntömomentit lasketaan 65 tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla, käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritettyjä akselien poikkeamia ja kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja. Esimerkiksi taajuusavaruudessa suoritettavassa laskennas-25 sa vääntömomentti voidaan esittää seuraavasti X FKM - JXFFf, + DX+ C{xnti - XFeti)+ K{XFKK - XFKn) (2) 13 .missä XFKM on laskettava vääntömomentti, J on moottorin hitausmomentti, ΧρΚφ, °n moottorin akselin kulmakiihtyvyys, D on moottorin vaimennuskerroin, XFK<p on moottorin kulmanopeus, C on kytkennän dynaaminen vaimennuskerroin XFK(fi on kuorman akselin kulmanopeus, K on kytkennän dynaaminen jäykkyys, 5 XFK on moottorin akselin kulmapoikkeama ja XFK<Pi on kuorman akselin kulmapoik-keama.

Sylinteri tai sylinterit, joiden tehontuotanto poikkeaa eniten keskimääräisestä moottorin sylinterin tehontuotannosta, tunnistetaan 66 vertaamalla laskettuja vääntömo-mentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin. Edellä on kuvattu esimerkinomaisesti 10 tunnistamisen periaate. Käytännössä yksittäisen sylinterin teho poikkeaa hieman muiden sylinterien tehoista, jolloin voidaan havaita vaimeita harmonisia aaltoja. Jos sylinterin teho kuitenkin poikkeaa olennaisesti muista sylintereistä, niin silloin harmonisella aallolla on merkittäväksi katsottava amplitudi. Tällöin sylinterin teho myös poikkeaa merkittävästi sylinterin keskimääräisestä tehosta.

15 Kuvio 7 kuvaa esimerkkiä keksinnön mukaisesta laitteesta. Keksinnön mukainen laite käsittää keskusyksikön 73, jossa on rajapinnat 731, 732 mittausantureita 71, 72 varten. Rajapintojen kautta keskusyksikkö on järjestetty vastaanottamaan ja käsittelemään rajapintoihin yhdistettäviltä mittausantureilta tulevat moottorin akselin 76 kulmanopeutta koskevat mittaustiedot ja moottorin akseliin yhteydessä olevan kuorman 20 akselin 79 kulmanopeutta koskevat mittaustiedot. Moottorin akselin 76 kulmanopeutta mittaava anturi 71 on järkevää asentaa moottorin 74 vauhtipyörän 75 yhteyteen. Kuorman 78 akselin kulmanopeutta mittaava anturi 72 asennetaan kuorman akselin 79 yhteyteen, eli akselien kytkennästä 77 katsottuna toiselle puolelle kuin vauhtipyörän yhteyteen asennettava anturi 71.

25 Keskusyksikkö 73 käsittää myös välineet 733 määrittämään kulmanopeuksien mittaustiedoista tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vaiheet, toiset välineet 734 määrittämään kulmanopeuksien, kullakin tarkasteltavalla harmonisella aallolla, moottorin akselin poikkeama ja kulmakiihtyvyys sekä kuorman akselin poikkeama ja kolmannet välineet 735, joka sisältää tiedon moottorin akselin ja kuorman 30 akselin välisen kytkennän parametreista tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla. Vaihto- 14 ehto sille, että kolmannet välineet 735 sisältävät ennaltamääritetyt parametrien tiedot, on että kolmannet välineet määrittävät reaaliaikaisesti tai lähes reaaliaikaisesti parametrien tiedot, jotka tallennetaan vääntömomenttien laskemista varten. Kytkennän parametreja ei siis tarvitse jatkuvasti määrittää, vaikka myös se on mahdollista.

5 Välineet 733 määrittämään tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vai-hee käsittää käytännössä suodattimia 740, jotta tarvittava laskentakapasiteetti voidaan pitää mahdollisimman pienenä, kuten Goertzelin suodattimia. Suodattimet tekevät käytännössä myös Fourier-muunnoksen.

On huomioitava, että jos keksinnön mukainen menetelmä suoritetaan aika-10 avaruudessa, niin suodattimet 740 ovat kaistanpäästösuodattimia, jolloin suodattimet päästävät lävitseen halutut harmoniset aallot. Tässä tapauksessa välineet 733 määrittävät amplitudit ja vaiheet suodattimien läpi tulleista harmonisista. Tällöin myös muut keskusyksikön välineet on järjestetty käsittelemään aika-avaruuden signaaleja.

Lisäksi keskusyksikkö käsittää neljännet välineet 736 laskemaan vääntömomentit 15 tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritettyjä akselien poikkeamia ja kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja ja viidennet välineet 737 tunnistamaan moottorin sylinteri tai sylinterit vertaamalla laskettuja vään-tömomentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin.

Keskusyksikkö siis tunnistaa moottorin sylinterin 710 tai sylinterit, jotka tuottavat 20 liian paljon tai vähän tehoa moottorin keskimääräiseen sylinterintehoon nähden. Tunnistamisessa keskusyksikkö käyttää hyväksi edellä kuvattua keksinnön mukaista menetelmää. Keskusyksikkö ottaa siis huomioon kytkennän 77 ja moottorin 74 ominaisuudet.

Keskusyksikkö siis suorittaa edellä kuvatun menetelmän vaiheet. Menetelmän mit-25 tausvaihe on ymmärrettävä signaalin jalostamiseksi halutuksi tiedoksi. Kulmanopeuksien mittauksilla tarkoitetaan siis tässä tapauksessa keskusyksikön mittausantureiden signaaleja vastaanottavien rajapintojen toiminnallisuutta, joissa mittaussignaaleista saadaan varsinaiset kulmannopeustiedot. Mittauksella ei siis tarkoiteta anturin toimintaa. Anturit toimivat siis varsinaisen mittaustoiminnan käsittelemän tiedon lähteinä.

15

Keskusyksikön 73 elementtien väliset pääasialliset yhteydet on kuvattu nuolilla kuviossa 4. Vääntömomenttien laskentavälineellä 736 on tarpeelliset yhteydet muihin elementteihin.

Kuviossa esitetty jako eri elementteihin on eräs toteutusmuoto. Elementit voidaan 5 tosin myös toteuttaa muualla tavoin. Esimerkiksi suodattimet 740 ja harmonisten aaltojen amplitudien ja vaiheiden määrityselimet 733 voivat olla voivat olla erillisiä tai sama elin.

Keskusyksikkö 73 voi lisäksi käsittää vähintään yhden lisärajapinnan 738,739, jonka kautta keskusyksikkö on kytkettävissä esimerkiksi moottorin ohjausyksikköön 711, 10 CAN-väylään tai Ethernet -verkkoon. Lisärajapinnan tai -pintojen kautta keskusyksikkö voi saada tarpeellista ylimääräistä tietoa epäyhtenäisen teho-osuuden tuottavan sylinterin tai sylinterien tunnistamiseksi. Ylimääräinen tieto voi olla esimerkiksi sylinte-rikohtainen sylinteripaine, sylinterikohtainen pakokaasun lämpötila tai sylinterikohtai-nen polttoainesyöttömäärä. Jos esimerkiksi kahdesta sylinteristä (sylinterit tunnistettu 15 käyttämällä harmonisia yliaaltoja) pitää valita se jonka tehontuotto poikkeaa huomattavasti moottorin sylinterien tehontuotannosta, niin valitaan se sylinteri, jonka sylinte-rinpaine on muiden sylinterien paineita korkeampi. Lisärajapintoja voi käyttää myös useampien anturien yhdistämiseen keskusyksikköön. Kuvio 7 havainnollistaa keskusyksikön lisäelementtien käyttöä. Keskusyksikkö 73 on yhteydessä moottorin ohja-20 usyksikköön 711, joka taas on yhteydessä sylinterikohtaisille elimille, kuten paineanturit, lämpötila-anturit tai virtausanturit. Keskusyksikkö pystyy myös lähettämään rajapintojen kautta tiedon tunnistetusta sylinteristä tai sylintereistä sitä tarvitseville systeemeille, kuten moottorin ohjausyksikölle 711.

Kuvion 4 keskusyksikkö voidaan toteuttaa monella eri tavoin. Sen toiminta voidaan 25 saada aikaan esimerkiksi ASIC-piirillä (Application Specific Integrated Circuit). Keskusyksikkö voidaan toteuttaa myös tietokoneohjelmana, joka on asennettu tarkoitukseen sopivaan tietokoneeseen. Tietokone, ASIC-piiri tai jokin muu suoritusmuoto toteuttaa toimiessaan keksinnön mukaiset toiminnot. On siis selvää, että kuviossa 4 esitetyt elementit voivat olla yhdistettynä yhdeksi kokonaisuudeksi.

16

Keksintö tarjoaa menetelmän ja laitteen, joka sopii hyvin käytännön sovelluksiin, Se soveltuu käytettäväksi energiantuotantoon ja laivakäyttöön, joissa moottorin syty-tyssyklit voivat mennä limittäin. Keksintöä hyväksikäyttämällä moottorin tehontuotan-non hyötysuhde voidaan pitää hyvänä ja pakokaasupäästöt kurissa.

5 Edellä kerrotun perusteella on selvää, että keksintö ei rajoitu vain tässä tekstissä esille tulleisiin suoritusmuotoihin, vaan se voidaan toteuttaa monilla muillakin erilaisilla toteutusmuodoilla keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (22)

1. Menetelmä tunnistamaan vähintään yksi mäntäpolttomoottorin sylinteri, jonka teho poikkeaa olennaisesti moottorin muiden sylinterien tehoista, menetelmän käsittäessä vaiheet, joissa 5 mitataan (61) moottorin akselin kulmanopeus ja moottorin akseliin yhteydessä olevan kuorman akselin kulmanopeus, määritetään (62) kulmanopeuksien mittaustiedoista tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vaiheet, määritetään (63) kulmanopeuksien, kullakin tarkasteltavalla harmonisella aallolla, 10 moottorin akselin poikkeama ja kulmakiihtyvyys sekä kuorman akselin poikkeama, määritetään (64) moottorin akselin ja kuorman akselin välisen kytkennän parametrit tarkasteltavilla harmonisilla taajuuksilla, lasketaan (65) vääntömomentit tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritettyjä mainittujen akselien poikkeamia ja 15 kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja ja tunnistetaan (66) sylinteri tai sylinterit vertaamalla laskentavaiheessa (65) laskettuja vääntömomentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att kopplingens parametrar som bestäms är styvhet beroende pä kopplingens frekvens och dämpning beroende pä 25 frekvensen.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritettävät kytkennän parametrit ovat kytkennän taajuudesta riippuvainen jäykkyys ja 20 taajuudesta riippuvainen vaimennus.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att i cylinderidentifieringssteget (66) jämförs det för respektive harmonisk väg som skall beaktas beräknade vridmomen-tet med cylindrarnas tändpunkter för att identifiera de cylindrar som producerar den 30 mest avvikande mängden av effekt vid ifrägavarande harmonisk väg, och väljs den cylinder som konstateras producera antingen för mycket eller för litet ef-fekt vid alia harmoniska vägor som skall beaktas som identifierad cylinder.

3. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sylinterin tunnistusvaiheessa (66) jokaisella tarkasteltavalla harmonisella aallolla laskettua vääntömomenttia verrataan sylinterien sytytyshetkiin, jotta havaitaan ne sylinterit, jotka tuottavat eniten poikkeavan määrän tehoa kyseisellä harmonisella aallolla ja 25 tunnistetuksi sylinteriksi valitaan sylinteri, joka havaitaan kaikilla tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla tuottavan joko liian paljon tai liian vähän tehoa.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att minst tvä cylindrar med pä varan-5 dra följande tändpunkter bildar en virtuell cylinder som kan identifieras i identifie- ringssteget (66).

4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähintään kaksi sylinteriä, joiden sytytyshetket ovat peräkkäiset muodostavat virtuaalisen sylinterin, joka on tunnistettavissa tunnistusvaiheessa (66).

5. Förfarande enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att för cylinderidentifieringen dessutom används den cylinderspecifika bränslemängden, cylindertrycket och/eller 10 den cylinderspecifika avgastemperaturen.

5. Vaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sylinterin tunnistamiseen käytetään lisäksi sylinterikohtaista polttoainemäärää, sylinteripainetta ja/tai sylinterikohtaista pakokaasulämpötilaa.

6. Förfarande enligt nägot av kraven 2 - 5, kännetecknat av att de harmoniska vägor som skall beaktas endast omfattar de tre lägsta harmoniska vägorna. 15 7. Förfarande enligt nägot av kraven 2 - 5, kännetecknat av att de harmoniska vägor som skall beaktas minst omfattar de tre lägsta harmoniska vägorna.

6. Jonkin vaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 tarkasteltavat harmoniset aallot ovat kolme alimmaista harmonista aaltoa.

7. Jonkin vaatimuksen 2 - 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tarkasteltavat harmoniset aallot ovat vähintään kolme alimmaista harmonista aaltoa.

8. Förfarande enligt nägot av kraven 2-7, kännetecknat av att pä mätuppgifterna utförs en diskret Fourier-transform före bestämning av amplituderna och faserna 20 hos de harmoniska vägor som skall beaktas ur mätuppgifterna om vinkelhastighe-terna.

8. Jonkin vaatimuksen 2-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaustiedoista suoritetaan diskreetti Fourier -muunnos ennen kulmanopeuksien 10 mittaustiedoista tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudin ja vaiheen määrittämistä.

9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att transformen är en snabb Fourier-transform. 25

9. Vaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muunnos on nopea Fourier -muunnos.

10. Förfarande enligt nägot av kraven 8-9, kännetecknat av att vridmomenten beräknas ur formeln Xfkm - JXfk<p 'i + DXfk<pi + C(Xfk<p i - Xfk<P2) + K(Xfk<pi - Xfk<P2) 30 där Xfkm är vridmomentet som skall beräknas, J är motorns tröghetsmoment, XFK0-1 är vinkelaccelerationen hos motorns axel, D är motorns dämpningskoeffi-cient, Χρκφί är motorns vinkelhastighet, C är kopplingens dynamiska dämpningskoefficient, ΧμκΦ-2 är vinkelhastigheten hos lastens axel, K är kopplin-5 gens dynamiska styvhet, Xfmi är vinkelavvikelsen hos motorns axel och Χρκφϊ är vinkelavvikelsen hos lastens axel.

10. Jonkin vaatimuksen 8 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 vääntömomentit lasketaan kaavasta XFKM = JX-FKipx ΒΧρΚφ[ + C{XFK^ — ΧρΚφ2 )+ Κ[ΧFK<p, ~ ) .missä XFKM on laskettava vääntömomentti, J on moottorin hitausmomentti, 20 Χρκη °n moottorin akselin kulmakiihtyvyys, D on moottorin vaimennuskerroin, ΧΡΚΦι on moottorin kulmanopeus, C on kytkennän dynaaminen vaimennuskerroin ΧΡΚΦι on kuorman akselin kulmanopeus, K on kytkennän dynaaminen jäykkyys, Λ^οη moottorin akselin kulmapoikkeama ja XFkVi on kuorman akselin kulmapoikkeama.

11. Förfarande enligt nagot av kraven 2-10, kännetecknat av att man använder den övre dödpunkten för nagon av motorns cylindrar som hällpunkt för bestämning 10 av axlarnas avvikelser.

11. Jonkin vaatimuksen 2-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moottorin jonkin sylinterin yläkuolokohtaa käytetään kiinnepisteenä määrittämään akselien poikkeamat.

12. Anordning för att identifiera atminstone en cylinder i en kolvförbränningsmotor vars effekt väsentligen avviker frän effekterna hos motorns övriga cylindrar, känne-tecknad av att anordningen omfattar en centralenhet (73) med gränssnitt (731) för 15 mätgivare (732) och via vilka gränssnitt centralenheten är anordnad att mottaga och behandla mätuppgifter om motorns axel (76) som inkommer frän de tili gränssnitten anslutbara mätgivarna och mätuppgifter om vinkelhastigheten hos axeln (79) i en tili motorns axel ansluten last, vilken centralenhet (73) omfattar medel (733) för att ur mätuppgifterna om vinkel-20 hastigheterna bestämma amplituderna och faserna hos de harmoniska vägor som skall beaktas, andra medel (734) för att bestämma avvikelsen och vinkelaccelerationen hos motorns axel samt avvikelsen hos lastens axel för var och en av vinkelhastigheternas harmoniska vägor som skall beaktas, 25 tredje medel (735) med information om de dynamiska parametrarna för kopplingen mellan motorns axel och lastens axel vid de harmoniska vägor som skall beaktas, fjärde medel (736) för att beräkna vridmomenten för de harmoniska vägor som skall beaktas med användande av de uppmätta vinkelhastigheterna, de bestämda avvikelserna och vinkelaccelerationerna hos nämnda axlar samt kopplingens pa-30 rametrar, och femte medel (737) för att identifiera cylindern eller cylindrarna genom att jämföra de i beräkningssteget beräknade vridmomenten med tändpunkterna för motorns cylindrar.

12. Laite tunnistamaan vähintään yksi mäntäpolttomoottorin sylinteri, jonka teho poikkeaa olennaisesti moottorin muiden sylinterien tehoista, tunnettu siitä, että laite 30 käsittää keskusyksikön (73), jossa on rajapinnat (731) mittausantureita (732) varten ja joiden rajapintojen kautta keskusyksikkö on jäljestetty vastaanottamaan ja käsittelemään rajapintoihin yhdistettäviltä mittausantureilta tulevat moottorin akselin (76) kulmanopeutta koskevat mittaustiedot ja moottorin akseliin yhteydessä olevan kuorman akselin (79) kulmanopeutta koskevat mittaustiedot, 5 joka keskusyksikkö (73) käsittää välineet (733) määrittämään kulmanopeuksien mittaustiedoista tarkasteltavien harmonisten aaltojen amplitudit ja vaiheet, toiset välineet (734) määrittämään kulmanopeuksien, kullakin tarkasteltavalla harmonisella aallolla, moottorin akselin poikkeama ja kulmakiihtyvyys sekä kuorman akselin poikkeama, 10 kolmannet välineet (735), joka sisältää tiedon moottorin akselin ja kuorman akselin välisen kytkennän dynaamisista parametreistä tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla, neljännet välineet (736) laskemaan vääntömomentit tarkasteltavilla harmonisilla aalloilla käyttämällä mitattuja kulmanopeuksia, määritettyjä mainittujen akselien poikkeamia ja kulmakiihtyvyyksiä sekä kytkennän parametreja ja 15 viidennet välineet (737) tunnistamaan sylinteri tai sylinterit vertaamalla laskentavaiheessa laskettuja vääntömomentteja moottorin sylinterien sytytyshetkiin.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av att centralenheten (73) är anord- nad eller kan anordnas att minst behandla vinkelhastigheters harmoniska vägor för de tre lägsta harmoniska frekvenserna.

13. Vaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että keskusyksikkö (73) on järjestetty tai jäljestettävissä käsittelemään kulmanopeuksien harmonisia aaltoja vähintään kolmella alimmaisella harmonisella taajuudella.

14. Anordning enligt krav 13, kännetecknad av att kopplingens dynamiska para-10 metrar är styvhet beroende pä frekvensen och dämpning beroende pä frekvensen.

14. Vaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että kytkennän dynaamiset parametrit ovat taajuudesta riippuvainen jäykkyys ja taajuudesta riippuvainen vaimennus.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att de femte medlen (737) är anordnade att identifiera den cylinder som konstateras producera antingen för mycket eller för litet effekt vid alia harmoniska vägor som skall beaktas. 15

15. Vaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että viidennet välineet (737) on jäljestetty tunnistamaan se sylinteri, joka havaitaan kaikilla tarkasteltavilla 25 harmonisilla aalloilla tuottavan joko liian paljon tai liian vähän tehoa.

16. Anordning enligt krav 15, kännetecknad av att minst tva cylindrar med pä va-randra följande tändpunkter bildar en virtuell cylinder som kan identifieras.

16. Vaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että vähintään kaksi sylinteriä, joiden sytytyshetket ovat peräkkäiset, muodostavat virtuaalisen sylinterin, joka on tunnistettavissa.

17. Anordning enligt kraven 14-16, kännetecknad av att centralenheten omfattar 20 filter (740) för att filtrera mätuppgifterna och för att utföra en Fourier-transform.

17. Vaatimuksen 14 -16 mukainen laite, tunnettu siitä, että keskusyksikkö käsittää 30 suodattimet (740) suodattamaan mittaustiedot sekä suorittamaan Fourier-muunnos.

18. Anordning enligt krav 17, kännetecknad av att de andra medlen (734) är anordnade att använda den övre dödpunkten för nagon av motorns cylindrar som hällpunkt för bestämning av axlarnas avvikelser. 25

18. Vaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että toiset välineet (734) on järjestetty käyttämään moottorin jonkin sylinterin yläkuolokohtaa kiinnepisteenä akselien poikkeamien määrittämiseksi.

19. Anordning enligt krav 17, kännetecknad av att de fjärde medlen använder formeln XfKM = JXfK0"1 + DXfK0 1 + C(XfK4> 1 ~ XfK<P 2) + K(Xfk<P1 “ XfK<P2) 30 i | där Xfkm är vridmomentet som skall beräknas, J är motorns tröghetsmoment, XFK<pΊ är vinkelaccelerationen hos motorns axel, D är motorns dämpningskoeffi-cient, ΧμκΦΊ är motorns vinkelhastighet, C är kopplingens dynamiska dämpningskoefficient, Xfk<p2 är vinkelhastigheten hos lastens axel, K är kopplin-5 gens dynamiska styvhet, Xfk<m är vinkelavvikelsen hos motorns axel och Χρκφι är vinkelavvikelsen hos lastens axel.

19. Vaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että neljännet välineet 5 käyttävät kaavaa XfKM = J^FKih + ΒΧρΚφ, + C{XpK4>, ~ XFKq>l )+ ~ XFKq^ ) jossa XFKM on laskettava vääntömomentti, J on moottorin hitausmomentti, 10 Χρκφχ °n moottorin akselin kulmakiihtyvyys, D on moottorin vaimennuskerroin, ΧΡκφι on moottorin kulmanopeus, C on kytkennän dynaaminen vaimennuskerroin ΧΡΚφι on kuorman akselin kulmanopeus, K on kytkennän dynaaminen jäykkyys, XFK<h on moottorin akselin kulmapoikkeama ja XFK<h on kuorman akselin kulmapoikkeama.

20. Anordning enligt nagot av kraven 17-19, kännetecknad av att centralenheten omfattar minst ett ytterligare gränssnitt (738, 739) via vilka centralenheten kan an- 10 slutas till system utanför centralenheten.

20. Jonkin vaatimuksen 17-19 mukainen laite, tunnettu siitä, että keskusyksikkö käsittää vähintään yhden lisärajapinnan (738, 739), joiden välityksellä keskusyksikkö on yhdistettävissä ohjausyksikön ulkopuolisiin järjestelmiin.

21. Anordning enligt krav 20, kännetecknad av att den utvändiga anordningen är en styrenhet för motorn, en CAN-buss eller ett TCP/IP-nät.

21. Vaatimuksen 20 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkopuolinen laite on moottorin ohjausyksikkö, CAN-väylä tai TCP/IP -verkko.

22. Jonkin vaatimuksen 1 - 20 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluvat mittausanturit (731, 732). Krav 5 1. Förfarande för att identifiera ätminstone en cylinder i en kolvförbränningsmotor vars effekt väsentligen avviker fran effekterna hos motorns övriga cylindrar, varvid förfarandet omfattar steg i vilka mäts (61) vinkelhastigheten hos motorns axel ooh vinkelhastigheten hos axeln i en tili motorns axel ansluten last, 10 bestäms (62) amplituderna och faserna hos de harmoniska vägor som skall beak-tas ur mätuppgifterna om vinkelhastigheterna, bestäms (63) avvikelsen och vinkelaccelerationen hos motorns axel samt avvikel-sen hos lastens axel för var och en av vinkelhastigheternas harmoniska vägor som skall beaktas, 15 bestäms (64) parametrarna för kopplingen mellan motorns axel och lastens axel för de harmoniska frekvenser som skall beaktas, beräknas (65) vridmomenten för de harmoniska vägor som skall beaktas med användande av de uppmätta vinkelhastigheterna, de bestämda avvikelserna och vinkelaccelerationerna hos nämnda axlar samt kopplingens parametrar, och 20 identifieras (66) cylindern eller cylindrarna genom att jämföra de i beräkningssteget (65) beräknade vridmomenten med tändpunkterna för motorns cylindrar.

22. Anordning enligt nagot av kraven 1 - 20, kännetecknad av att anordningen omfattar mätgivare (731, 732). 20