WO2017102067A1 - Verfahren zur prüfung der zuordnung von körperschallsensoren zu zylindern einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur prüfung der zuordnung von körperschallsensoren zu zylindern einer brennkraftmaschine Download PDF

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Stephan BRENDLER
Frederik HAHN
Christoph Georg HUND
Tim SPÄDER
Patrick SPENGLER
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for testing the assignment of structure-borne sound sensors of an internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method in which the assignment of structure-borne sound sensors to the respective cylinders of an internal combustion engine is tested.
  • each cylinder a structure-borne sound sensor.
  • the output signals of the individual structure-borne sound sensors provide a structure-borne noise signal, from which a knock index of each cylinder can be derived.
  • These knocking indexes are supplied to a knock control which controls the operation of the individual cylinders, in particular the fuel injection or the ignition. This is done by suitable energization of a fuel injector or a cylinder-individual gas valve in conjunction with an ignition unit.
  • a knock index is a quantity determined on the basis of the structure-borne sound signal, which allows conclusions to be drawn about the combustion or the pressure course in the cylinder.
  • a knock module is used, which in addition to the signals of the individual structure-borne sound sensors information about the rotation angle and thus the position of the camshaft and / or the crankshaft are supplied to the ignition timing.
  • the invention has for its object to provide a method for testing the assignment of structure-borne noise sensors of an internal combustion engine, which allows for automated implementation of a fast, reliable and easy to perform for the operator error detection.
  • the object is achieved by the feature combination of claim 1, the dependent claims show further advantageous embodiments. It is thus a method for testing the assignment of structure-borne sound sensors of an operable in diesel mode or with individual gas injection internal combustion engine with multiple cylinders created, the internal combustion engine is equipped in the range of each cylinder with a structure-borne sound sensor.
  • the internal combustion engine is operated to carry out the method with a stable load point. This stable load point can be achieved, for example, by operation of the internal combustion engine in idling or, in particular in stationary internal combustion engines, by operation with a constant load point.
  • the Klopfindex is a determined based on the structure-borne sound signal size, which allows conclusions about the combustion or the pressure curve in the cylinder.
  • the output signals of all structure-borne sound sensors are determined during at least one working cycle formed by two revolutions of a crankshaft in the respective positions of the crankshaft.
  • the respective output signal of the cylinder to be tested is compared with an average (arithmetic mean) or a median value of the output signals of at least one other, remaining cylinder. By this comparison, it is possible to detect whether the cylinder to be examined, the correct structure-borne sound sensor is assigned.
  • the method thus makes it possible to check whether the values supplied by the structure-borne sound sensors of the engine control and / or the knock module match the respective cylinder to be monitored. As a result, incorrect settings, in particular by a knock control avoided, which would otherwise lead to damage to the Brennl aftmaschine. It is thus possible to make the signal of the structure-borne sound sensor plausible, so that it is also possible to adjust or calibrate the signals of the structure-borne sound sensors according to the respective sensor sensitivity. In any case, it is ensured that the respective sensor values are correctly assigned to the respective cylinders.
  • a knock control of the internal combustion engine is switched off while the method is being carried out. This avoids that the output signals are corrupted by the intervention of the knock control.
  • the method is idling the Internal combustion engine or at a steady state load condition with stable load point is performed.
  • the respective output signals of the structure-borne sound sensors are assigned to the respective positions of the crankshaft and / or the camshaft. This ensures that the respective cylinder to be monitored is in an injection stroke or ignition cycle.
  • a single cylinder namely the cylinder to be examined, is switched off and the output signal of this deactivated cylinder is compared with the output signals of the structure-borne sound sensors of other cylinders.
  • the shutdown of the cylinder can, for example, take place in that an injector, which is injected by fuel, is not energized. In the same way it is possible with an individual gas injection to interrupt the activation of the respective valve for gas supply.
  • an error signal is output when the value of the output signal, for example the knock index, of the cylinder to be checked is different from the average or the median value of the other cylinders.
  • the average can be calculated as an average value.
  • the knock indexes of the other cylinders are listed in size and one of the middle values of the list is determined as a median value.
  • the error signal is output when the output of the cylinder to be checked is smaller than the average or the median value, while when the cylinder is being actively deactivated, an error signal is output when the output or the knock value of the one to be checked Cylinder is greater than the average or median of the other cylinders.
  • Another measure for reducing errors may be to define the difference of the output signals of the respective cylinder to be examined from the average or from the median value so that, for example, it is at most 50%.
  • the method can be carried out automatically, for example during operation of the internal combustion engine, when it is in one of the operating states described above. Furthermore, the method can be carried out sequentially for all cylinders of the internal combustion engine.
  • 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 2 for carrying out the method, an exemplary representation of a four-cylinder internal combustion engine with cylinder-specific sound system, a representation, analogous to FIG.
  • FIG. 10 is a representation, analogous to Figure 8, with defective injector.
  • Figure 1 shows a simplified representation of an internal combustion engine 2 with two rows, in which a plurality of cylinders 3 are arranged. Each of the cylinders is associated with a structure-borne sound sensor 1.
  • Reference numeral 6 denotes an engine block in which a crankshaft is rotatably supported.
  • the reference numeral 7 denotes a camshaft.
  • FIG. 1 shows a knock detection module 8 (calculation unit for structure-borne sound-based knock detection).
  • the knock module, the signals of the structure-borne sound sensors 1 are supplied as well as the output signals of a camshaft sensor 9 (P CA Pickup Sensor Camshaft) and a crankshaft sensor 10 (P CR Pickup Sensor Crankshaft).
  • the output signals of a motor control / arithmetic unit 4 are supplied (ECS engine control system).
  • the reference numeral 1 1 denotes a power supply (power supply 24 V DC).
  • FIG. 2 shows a simplified representation of the ignition sequences of four cylinders.
  • the cylinders are shown with each other, wherein the firing order is based on the angular position of the crankshaft.
  • the first cylinder ignites at 0 °
  • the third cylinder ignites at 180 °
  • the fourth cylinder at 360 °
  • the second cylinder at 540 °.
  • FIG. 2 thus shows an exemplary representation of a four-cylinder internal combustion engine with cylinder-specific structure-borne noise sensor system.
  • the internal combustion engine is in stationary operation. In the normal case / good case, the injection of fuel per cylinder takes place, the structure-borne sound signal is detected individually for each cylinder.
  • the dot-dash line shows the measurement window for the evaluation of a knock signal emitted by the structure-borne sound sensor.
  • the thin rectangular line representation schematically shows an injector flow or a cylinder-specific actuation of a gas valve.
  • the solid semi-sinusoidal curve shows a simplified representation of the structure-borne sound signal of the respective igniting or to be examined cylinder.
  • the arc-shaped signals shown outside the respective measuring windows, shown with dashed lines, each represent a structure-borne sound signal outside the measuring window, which results from other cylinders and is also detected by the respective structure-borne noise sensor.
  • a cylinder-specific knock index is determined on the basis of this structure-borne sound signal, wherein, as mentioned, only the structure-borne noise signal detected in the measurement window of the respective cylinder is evaluated.
  • FIG. 2 shows the basic procedure of the signal detection and the knock control.
  • FIG 3 a first error case is shown in an analog representation, in which the assignment of two structure-borne sound sensors has been reversed.
  • each of the affected cylinders 2 and 3 the structure-borne sound sensors have been reversed, each detected a much weaker combustion noise.
  • the target noise is represented by the dotted line in the measurement windows at 180 ° and 540 °.
  • the structure-borne noise is detected attenuated, as shown for example in cylinder 2 at 180 ° and cylinder 3 at 540 °.
  • An active knock control will try to equalize the cylinders. Due to the occurring too early ignition can cause significant damage to the engine. Another problem is that the actual structure-borne sound signal is not detected. There is thus no motor protection.
  • FIG. 4 shows a second error case in which the fuel injectors of the cylinders 2 and 3 were interchanged with regard to their wiring. If there is an error in the assignment of an injector or a cylinder-specific gas valve to a cylinder, no or an uncontrolled combustion takes place on the cylinder concerned. This is also reflected in the respectively determined values emitted by the structure-borne sound sensors.
  • This error case is usually detected by the operator during commissioning of the internal combustion engine, as the Brerinkraftmaschine makes noticeable by conspicuous concentricity disturbances and / or uneven running noise. This error also affects the cylinder-specific knock signal and can be detected.
  • FIGS. 5 to 7 show the application of the method for detecting a faulty assignment of the structure-borne sound sensors on the basis of a first exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is shown analogously to FIG. 2, so that a further description is dispensed with in this regard can be. From Figure 2 it can be seen that in an operating point with knock control disabled and a stable load point, for example. In idle, the Klopfindices per cycle, corresponding to 720 ° crankshaft rotation, are evaluated. A correct structure-borne noise signal leads to a knock index of the respective cylinder, which is greater by a predetermined percentage, for example 50%, than the average or the median of the remaining cylinders.
  • the cylinder assignment is recognized as conspicuous. Is a cylinder order over several working cycles, for example. Five working cycles in a row, conspicuous, the cylinder assignment is also recognized as faulty.
  • FIGS. 6 and 7 show different error cases in an analogous representation.
  • the structure-borne sound sensors of cylinders 2 and 3 were interchanged by faults in the wiring
  • the injectors or gas valves of cylinders 2 and 3 were interchanged by faulty wiring
  • the knocking indexes KI each result in a value of 9
  • the situation according to FIG. 6 leads to knock indexes of 9, 2, 2, and 9.
  • the knocking indexes of cylinders 2 and 3 each are smaller than the average (less than 3.5), while the knock indexes of cylinders 1 and 4 are larger than the average (greater than 3.5).
  • an operating point with deactivated knock control for example during engine idling, is used as the basis.
  • the knock indexes are evaluated per working cycle for a crankshaft rotation angle of 720 °.
  • a correct structure-borne sound signal leads to a knock index of each cylinder, which is greater by a predetermined percentage, for example 50%, than that of the average or median of the remaining cylinders. If the knock index of a cylinder over several working cycles, for example three working cycles, is smaller by a predetermined percentage of the average or of the median of the knock indexes of the remaining cylinders of the respective working cycle, the cylinder assignment is recognized as conspicuous. Upon detection as conspicuous or erroneous, an error signal is issued.
  • FIG. 7 shows an error case in which the cabling of the injectors or individual gas valves of the cylinders 2 and 3 has been reversed.
  • knock indexes 9 3, 3, and 9.
  • the knock indexes of cylinders 2 and 3 are smaller than the averages or median values.
  • the crankshaft positions of 180 ° and 540 ° thus result in a small or significantly reduced structure-borne sound signal. Again, the error is clearly visible.
  • Figures 8 to 10 show an analogous representation of the situations of the individual cylinders, wherein in the embodiment of Figure 8, the cylinder 3 has been turned off. The injector or the individual gas supply valve were not energized. This shutdown takes place in this embodiment for carrying out the method, wherein in this case the knock control is deactivated and the internal combustion engine is, for example, idle. Again, the Klopfindices KI per cycle (720 ° crankshaft angle) are evaluated.
  • Figure 8 shows only the shutdown of a cylinder, in the process, one cylinder after another for each of several cycles, eg. Five cycles, switched off. A correct structure-borne sound signal leads to a knocking index of the deactivated cylinder (cylinder 3), which is smaller than a predetermined percentage value, for example 50%, of the average or median of the knocking index of the remaining cylinders.
  • the cylinder assignment is recognized as conspicuous.
  • a correct structure-borne sound signal leads to a knock index of the respective active cylinder, which reaches, for example, at least 50% of the average or median of the knock indexes of the remaining active cylinders. This is shown in FIG. 8, resulting in knock indexes of 9, 9, 0 and 9.
  • the knock index of an active cylinder during shutdown of another cylinder is less than a predetermined percentage of the average or median value of the cylinder Klopfindices the remaining cylinder of the respective working cycle, the cylinder assignment of this cylinder is recognized as conspicuous.
  • the method it is possible to discard several, for example, the first two cycles and evaluate the values of the subsequent cycles, for example.
  • FIG. 9 shows, analogously to the illustration of FIG. 8, a method implementation in which the cabling of the structure-borne sound sensors 2 and 3 has been interchanged. Again, the knock control is disabled again and the engine is idling. The cylinders are switched off one after the other for several cycles. This is done, for example, by non-energization of the injector or the Gaseinströmventils.
  • FIG. 9 shows a situation in which the third cylinder is switched off.
  • a correct structure-borne sound signal leads to a knocking index of the deactivated cylinder, which is smaller than a predetermined percentage, for example less than 50%, of the average or median of the knocking index of the remaining, non-deactivated cylinders.
  • the knock index of this cylinder over several working cycles is greater than a predetermined percentage of the average or median of the knock indexes of the remaining cylinders of the respective working cycle, then the cylinder assignment is detected as conspicuous and an error signal is output.
  • a correct structure-borne sound signal would lead to a knocking index of the respective active cylinder which is greater than a predetermined percentage, for example 50%, of the average or median of the knock indexes of the remaining active cylinders.
  • the knocking index of an active cylinder during the deactivation of another cylinder over several working cycles, for example three working cycles, less than a predetermined percentage, of the average or median value of the knocking indexes of the remaining cylinders of the respective working cycle the cylinder assignment is identified as conspicuous and it becomes an error signal is issued.
  • knock indexes of 9, 2, 0 and 9 result.
  • the value of the cylinder 2 is below the predetermined percentage value. Since the cylinder 3 has been switched off, the result is a knock index of 0.
  • FIG. 10 shows an embodiment variant in which the wiring of the injectors of the cylinders 2 and 3 has been reversed.
  • knock indexes of 9, 3, 3 and 9 result.
  • the knock index of the second cylinder is one given percentage greater than the average or median of the knock index of the remaining cylinders. This leads to an error message, as described above.
  • a knock index of 9 was adopted as an ideal value, it is understood that the knocking index may vary slightly within several working cycles.
  • the method becomes more accurate as the number of cylinders increases. At least two cylinders are required to carry out the process.
  • the method thus makes it possible to detect faults in the cabling and, in addition, to assess the sensitivity of the individual structure-borne noise sensors.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren (1) einer im Dieselbetrieb oder mit individualisierter Gaseindüsung betreibbaren Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylindern (3), bei welcher im Bereich von jedem Zylinder (3) ein Körperschallsensor (1) angeordnet ist, wobei die Ausgangssignale der Körperschallsensoren (1) einen Klopfindex wiedergeben und mittels einer Recheneinheit (4) erfasst werden, wobei die Brennkraftmaschine (2) zur Durchführung des Verfahrens betrieben wird, dass die Ausgangssignale alle Körperschallsensoren (1) während zumindest eines durch zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle (5) gebildeten Arbeitsspiels in den jeweiligen Stellungen der Kurbelwelle (5) ermittelt werden und dass das jeweilige Ausgangssignal eines Zylinders (3) mit dem Durchschnittswert (arithmetisches Mittel) oder dem Medianwert der Ausgangssignale anderer Zylinder (3) verglichen wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren zu Zylindern einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Obergriffs des Anspruchs 1.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei welchem die Zuordnung von Körperschallsensoren zu den jeweiligen Zylindern einer Brennkraftmaschine geprüft wird. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Brennkraftmaschinen, welche als Dieselmaschinen oder welche mit einer zylinderindividuellen Gaseindüsung betrieben werden, jedem Zylinder einen Körperschallsensor zuzuordnen. Die Ausgangssignale der einzelnen Körperschallsensoren liefern ein Körperschallsignal, aus welchem sich ein Klopfindex jedes Zylinders ableiten lässt. Diese Klopfindexes werden einer Klopfregelung zugeführt, welche den Betrieb der einzelnen Zylinder steuert, insbesondere die Kraftstoffeinspritzung oder die Zündung. Dies erfolgt durch geeignete Bestromung eines Kraftstoff-Injektors oder eines zylinderindividuellen Gasventils in Verbindung mit einer Zündeinheit. Somit ist es möglich, mittels der Körperschallsensoren die Verbrennung zu überwachen und ggf. aktiv in die Verbrennung einzugreifen und ein starkes Klopfen zu vermeiden. Somit ist es möglich, die Brennkraftmaschine an der Klopfgrenze zu betreiben. Im Sinne der Erfindung ist ein Klopfindex eine anhand des Körperschallsignals ermittelte Größe, welche Rückschlüsse auf die Verbrennung oder den Druckverlauf im Zylinder zulässt.
Zur Steuerung dieser Vorgänge wird ein Klopfmodul verwendet, welchem zusätzlich zu den Signalen der einzelnen Körperschallsensoren Informationen über den Drehwinkel und damit die Stellung der Nockenwelle und/oder der Kurbelwelle zum Zündzeitpunkt zugeführt werden.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer größeren Anzahl an Zylindern besteht die Gefahr, dass die einzelnen Körperschallsensoren vertauscht werden können, insbesondere bei der Verkabelung der Körperschallsensoren mit dem jeweiligen Klopfmodul. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Körperschallsensoren durch fehlerhafte Verkabelung falsch zuordnet werden. Die gleiche Thematik ergibt sich auch bei dem Anschluss der Injektoren oder Gaseinlassventile. Auch diese sind individualisiert dem jeweiligen Zylinder zugeordnet. Besteht durch Vertauschung zweier oder mehrerer Körperschallsensoren ein Fehler in der Zuordnung des jeweiligen Körperschallsensors zu dem jeweiligen Zylinder, so wird von dem betroffenen Zylinder ein deutlich schwächeres Verbrennungsgeräusch erfasst, welches durch den Körperschallsensor abgegeben wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass durch die fehlerhafte Zuordnung der Motorsteuerung oder dem Klopfmodul ein Wert eines zum Zeitpunkt der Zündung des zu überwachenden Zylinders nicht aktiven Zylinders zugeführt wird. Da die Klopfregelung zu diesem Zeitpunkt aktiv ist, versucht sie, diesen Zylinder, welcher eigentlich überwacht werden soll, gleichzustellen. Dies führt zu einer zu frühen Zündung, welche wiederum zu erheblichen Motorschäden führen kann. Bei der Vertauschung der Zuordnung zweier Injektoren oder individueller Gaseinlassventile zu einem Zylinder findet auf dem betroffenen Zylinder keine oder eine unkontrollierte Verbrennung statt. Dieser Fehler wird meist bei der Inbetriebnahme des Motors erkannt, da der Motor auffällige Rundlaufstörungen und ein ungleichmäßiges Laufgeräusch aufweist. Der Fehler wirkt sich auch auf das zylinderindividuelle Klopfsignal aus, welches dem Klopfmodul oder der Motorsteuerung zugeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welches bei automatisierter Durchführung eine schnelle, zuverlässige und für das Bedienpersonal einfach durchzuführende Fehlererkennung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen. Es ist somit ein Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren einer im Dieselbetrieb oder mit individueller Gaseindüsung betreibbaren Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern geschaffen, wobei die Brennkraftmaschine im Bereich eines jeden Zylinders mit einem Körperschallsensor ausgerüstet ist. Die Ausgangssignale der einzelnen Körperschallsensoren, die einen Klopfindex wiedergeben, werden mittels eines Klopfmoduls oder mittels einer eine Motorsteuerung umfassenden Recheneinheit erfasst und verarbeitet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens mit einem stabilen Lastpunkt betrieben wird. Dieser stabile Lastpunkt kann bspw. durch einen Betrieb der Brennkraftmaschine im Leerlauf oder, insbesondere bei stationären Brennkraftmaschinen, durch einen Betrieb mit gleichbleibendem Lastpunkt erreicht werden. Es kann jedoch auch ein beliebiger Lastpunkt sein. Der Klopfindex ist eine anhand des Körperschallsignals ermittelte Größe, welche Rückschlüsse auf die Verbrennung oder den Druckverlauf im Zylinder zulässt. Bei dem Verfahren werden die Ausgangssignale aller Körperschallsensoren während zumindest eines durch zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle gebildeten Arbeitsspiels in den jeweiligen Stellungen der Kurbelwelle ermittelt. Nachfolgend wird das jeweilige Ausgangssignal des zu überprüfenden Zylinders mit einem Durchschnitt (arithmetisches Mittel) oder einem Medianwert der Ausgangssignale zumindest eines anderen, verbleibenden Zylinders verglichen. Durch diesen Vergleich ist es möglich, zu erkennen, ob dem zu untersuchenden Zylinder der korrekte Körperschallsensor zugeordnet ist.
Durch das Verfahren ist es somit möglich, zu überprüfen, ob die durch die Körperschallsensoren der Motorsteuerung und/oder dem Klopfmodul zugeführten Werte zu dem jeweils zu überwachenden Zylinder passen. Hierdurch werden Fehleinstellungen, insbesondere durch eine Klopfregelung vermieden, welche anderenfalls zu Beschädigungen der Brennl aftmaschine fuhren würden. Es ist somit möglich, das Signal des Körperschallsensors zu plausibilisieren, sodass es auch möglich ist, die Signale der Körperschallsensoren entsprechend der jeweiligen Sensorempfindlichkeit zu justieren oder zu kalibrieren. In jedem Fall ist sichergestellt, dass die jeweiligen Sensorwerte in korrekter Weise den jeweiligen Zylindern zugeordnet werden.
In günstiger Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Durchführung des Verfahrens eine Klopfregelung der Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Hierdurch wird vermieden, dass die abgegebenen Signale durch den Eingriff der Klopfregelung verfälscht werden.
Um den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine während der Durchführung des Verfahrens sicherzustellen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren im Leerlauf der Brennkraftmaschine oder bei einem stationären Lastzustand mit stabilem Lastpunkt durchgeführt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die jeweiligen Ausgangssignale der Körperschallsensoren den jeweiligen Stellungen der Kurbelwelle und/oder der Nockenwelle zugeordnet werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich der jeweils zu überwachende Zylinder in einem Einspritztakt oder Zündtakt befindet.
In besonders günstiger Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein einzelner Zylinder, nämlich der zu untersuchende Zylinder, abgeschaltet wird und das Ausgangssignal dieses abgeschalteten Zylinders mit den Ausgangssignalen der Körperschallsensoren anderer Zylinder verglichen wird. Die Abschaltung des Zylinders kann bspw. dadurch erfolgen, dass ein Injektor, durch welchen Kraftstoff eingespritzt wird, nicht bestromt wird. In gleicher Weise ist es bei einer individuellen Gaseindüsung möglich, die Aktivierung des jeweiligen Ventils zur Gaszuführung zu unterbrechen.
In Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der Wert des Ausgangssignals, bspw. der Klopfindex, des zu überprüfenden Zylinders unterschiedlich ist zu dem Durchschnitt oder dem Medianwert der anderen Zylinder. Der Durchschnitt kann als Durchschnittswert berechnet werden. Bei einer Zugrundelegung eines Medianwertes werden bspw. die Klopfindices der anderen Zylinder der Größe nach aufgelistet und es wird einer der mittleren Werte der Liste als Medianwert bestimmt.
Ohne Abschaltung des zu überprüfenden Zylinders wird das Fehlersignal bspw. abgegeben, wenn das Ausgangssignal des zu überprüfenden Zylinders kleiner ist, als der Durchschnitt oder der Medianwert, während bei einem aktiv abzuschaltenden Zylinder ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn das Ausgangssignal oder der Klopfwert des zu überprüfenden Zylinders größer ist, als der Durchschnitt oder Medianwert der anderen Zylinder. Um die Zuverlässigkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann es günstig sein, wenn das Verfahren während mehrerer Arbeitsspiele durchgeführt wird und die Werte der mehreren Arbeitsspiele berücksichtigt werden. Eine weitere Maßnahme zur Verringerung von Fehlern kann darin liegen, den Unterschied der Ausgangssignale des jeweils zu untersuchenden Zylinders vom Durchschnitt oder vom Medianwert so zu definieren, dass er bspw. maximal 50 % beträgt. Das Verfahren kann automatisch durchgeführt werden, bspw. während des Betriebs der Brennkraftmaschine, wenn sich diese in einem der oben beschriebenen Betriebszustände befindet. Weiterhin kann das Verfahren aufeinanderfolgend für alle Zylinder der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 2 zur Durchführung des Verfahrens, eine beispielhafte Darstellung einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit zylinderindividueller örperschallsensorik, eine Darstellung, analog Figur 2, eines ersten Fehlerfalls bei Vertauschung der Zuordnung zweier Körperschallsensoren, eine Darstellung, analog den Figuren 2 und 3, eines zweiten Fehlerfalles bei Vertauschung der Zuordnung zweier Injektoren oder Gaseinlassventile, eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens analog Figur 2, eine Darstellung, analog Figur 5, mit fehlerhaftem Körperschallsensor, eine Darstellung, analog Figur 5, mit fehlerhaftem Injektor, eine Darstellung, analog Figur 2, eines Verfahrens mit aktiver Abschaltung eines Zylinders, Figur 9 eine Darstellung, analog Figur 8, mit fehlerhaftem Körperschallsensor, und
Figur 10 eine Darstellung, analog Figur 8, mit fehlerhaftem Injektor. Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Brennkraftmaschine 2 mit zwei Reihen, in welchen mehrere Zylinder 3 angeordnet sind. Jedem der Zylinder ist ein Körperschallsensor 1 zugeordnet. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Motorblock, in welchem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Nockenwelle bezeichnet. Weiterhin zeigt die Figur 1 ein Klopferfassungsmodul 8 (Recheneinheit zur körperschallbasierten Klopfdetektion). Dem Klopfmodul werden die Signale der Körperschallsensoren 1 ebenso zugeführt, wie die Ausgangssignale eines Nockenwellensensors 9 (PCA Pickup Sensor Camshaft) und eines Kurbelwellensensors 10 (PCR Pickup Sensor Crankshaft). Weiterhin werden die Ausgangssignale einer Motorsteuerung/Recheneinheit 4 zugeführt (ECS Engine-Control- Systems). Das Bezugszeichen 1 1 bezeichnet eine Energieversorgung (Power supply 24 V DC). Bei der in Figur 1 gezeigten Brennkraftmaschine beträgt bspw. die Zylinderzahl pro Reihe < = 12.
Figur 2 zeigt in vereinfachter Darstellung die Zündfolgen von vier Zylindern. Die Zylinder sind untereinander dargestellt, wobei die Zündfolge auf die Winkelstellung der Kurbelwelle bezogen ist. Der erste Zylinder zündet bei 0°, der dritte Zylinder zündet bei 180°, der vierte Zylinder bei 360° und der zweite Zylinder bei 540°. Die Figur 2 zeigt somit eine beispielhafte Darstellung einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit zylinderindividueller Körperschallsensorik. Die Brennkraftmaschine befindet sich im stationären Betrieb. Im Normalfall/Gutfall erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff pro Zylinder, das Körperschallsignal wird zylinderindividuell erfasst. Dabei zeigt die strichpunktierte Linie das Messfenster für die Auswertung eines von dem Körperschallsensor abgegeben Klopfsignals. Mit der dünnen rechteckigen Liniendarstellung ist schematisch eine Injektorbestromung bzw. eine zylinderindividuelle Betätigung eines Gasventils abgebildet. Die durchgezogene halb-sinus-artige Kurve zeigt in vereinfachter Darstellung das Körperschallsignal des jeweils zündenden bzw. zu untersuchenden Zylinders. Die außerhalb der jeweiligen Messfenster gezeigten, mit gestrichelten Linien dargestellten bogenförmigen Signale geben jeweils ein Körperschallsignal außerhalb des Messfensters wieder, welches von anderen Zylindern resultiert und auch vom jeweiligen Körperschallsensor erfasst wird. Nach Erfassung des zylinderindividuellen Körperschallsignals wird anhand dieses Körperschallsignals ein zylinderindividueller Klopfindex ermittelt, wobei, wie erwähnt, nur das im Messfenster des jeweiligen Zylinders erfasste Körperschallsignal ausgewertet wird. Die durch die gestrichelten Linien wiedergegebenen Verbrennungsgeräusche der Nachbarzylinder werden anhand des Kurbelwellenwinkels ausgeblendet. Die Klopfregelung findet, wie erwähnt, in Abhängigkeit von dem Körperschallsignal statt. Durch einen Eingriff in die Zündung durch die Klopfregelung werden die einzelnen Zylinder gleichgestellt und nahe der Klopfgrenze betrieben. Somit gibt Figur 2 die grundsätzliche Vorgehensweise der Signalerfassung und der Klopfregelung wieder.
In Figur 3 ist in analoger Darstellung ein erster Fehlerfall gezeigt, bei welchem die Zuordnung zweier Körperschallsensoren vertauscht wurde. Somit wird von den betroffenen Zylindern 2 und 3, deren Körperschallsensoren vertauscht wurden, jeweils ein deutlich schwächeres Verbrennungsgeräusch erfasst. Das Soll-Geräusch ist dabei durch die gepunktete Linie in den Messfenstern bei 180° und 540° wiedergegeben. In dem jeweils benachbarten Zylinder wird der Körperschall abgeschwächt erfasst, so wie dies bspw. bei Zylinder 2 bei 180° und bei Zylinder 3 bei 540° gezeigt ist. Eine aktive Klopfregelung wird versuchen, die Zylinder gleichzustellen. Durch die dabei auftretende zu frühe Zündung kann es zu erheblichen Schäden der Brennkraftmaschine kommen. Ein weiteres Problem liegt darin, dass das eigentliche Körperschallsignal nicht erfasst wird. Es ist somit kein Motorschutz gegeben.
Die Figur 4 zeigt einen zweiten Fehlerfall, bei welchem die Kraftstoff- Injektoren der Zylinder 2 und 3 hinsichtlich ihrer Verkabelung vertauscht wurden. Besteht ein Fehler in der Zuordnung eines Injektors oder eines zylinderindividuellen Gasventils zu einem Zylinder, so findet auf dem jeweils betroffenen Zylinder keine oder eine unkontrollierte Verbrennung statt. Dies äußert sich auch in den jeweils ermittelten, von den Körperschallsensoren abgegebenen Werten. Dieser Fehlerfall wird in der Regel bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine vom Bedienungspersonal erkannt, da sich die Brerinkraftmaschine durch auffällige Rundlaufstörungen und/oder ein ungleichmäßiges Laufgeräusch bemerkbar macht. Dieser Fehler wirkt sich auch auf das zylinderindividuelle Klopfsignal aus und kann erkannt werden.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen anhand eines ersten Ausführungsbeispiels die Anwendung des Verfahrens zur Erkennung einer fehlerhaften Zuordnung der Körperschallsensoren. Die Figur 5 ist analog Figur 2 dargestellt, sodass diesbezüglich auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass in einem Betriebspunkt mit deaktivierter Klopfregelung und einem stabilen Lastpunkt, bspw. im Leerlauf, die Klopfindices pro Arbeitsspiel, entsprechend 720° Kurbelwellendrehung, ausgewertet werden. Ein korrektes Körperschallsignal führt zu einem Klopfindex des jeweiligen Zylinders, welches um einen vorgegebenen Prozentsatz, bspw. 50 % größer ist, als der Durchschnitt oder der Median der übrigen Zylinder. Ist der Klopfindex eines Zylinders über mehrere Arbeitsspiele, bspw. drei Arbeitsspiele, kleiner als eine vorgegebene Prozentage des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels, so wird die Zylinderzuordnung als auffällig erkannt. Ist eine Zylinderordnung über mehrere Arbeitsspiele, bspw. fünf Arbeitsspiele in Folge, auffällig, so wird die Zylinderzuordnung ebenfalls als fehlerhaft erkannt.
Die Figuren 6 und 7 zeigen in analoger Darstellung unterschiedliche Fehlerfälle, bei Figur 6 wurden die Körperschallsensoren der Zylinder 2 und 3 durch Fehler der Verkabelung vertauscht, während bei der Darstellung der Figur 7 die Injektoren oder Gasventile der Zylinder 2 und 3 durch fehlerhafte Verkabelung vertauscht wurden. Während sich, wie in Figur 5 dargestellt, die Klopfindices KI zu jeweils einem Wert von 9 ergeben, führt die Situation gemäß Figur 6 zu Klopfindices von 9, 2, 2 und 9. Hierbei ergibt sich, dass die Klopfindices der Zylinder 2 und 3 jeweils kleiner sind als der Durchschnitt (kleiner 3,5), während die Klopfindices der Zylinder 1 und 4 größer sind als der Durchschnitt (größer 3,5). Es wird dabei jeweils wieder ein Betriebspunkt mit deaktivierter Klopfregelung, bspw. im Motorleerlauf, zugrunde gelegt. Auch hierbei werden, wie durch die senkrechten Linien (sh. auch Figur 5) gezeigt, pro Arbeitsspiel für einen Kurbelwellendrehwinkel von 720° die Klopfindices ausgewertet. Ein korrektes Körperschallsignal führt zu einem Klopfindex eines jeden Zylinders, welcher um einen vorgegebenen Prozentsatz, bspw. 50 %, größer ist, als der des Durchschnittes oder Medians der übrigen Zylinder. Ist der Klopfindex eines Zylinders über mehrere Arbeitsspiele, bspw. drei Arbeitsspiele, um einen vorgegebenen Prozentsatz des Durchschnitts oder des Medians der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels kleiner, so wird die Zylinderzuordnung als auffällig erkannt. Bei einer Erkennung als auffällig oder fehlerhaft wird ein Fehlersignal abgegeben.
Aus Figur 6 ist im Vergleich zur Figur 5 ersichtlich, dass die Zylinder 2 und 3 jeweils einen zu kleinen Klopfindex zeigen, während bei dem Klopfindex des jeweils benachbarten Zylinders bei der jeweiligen Winkelstellung der Kurbelwelle sich ein zu großes Körperschallsignal durch die Schallübertragung zwischen benachbarten Zylindern ergibt. Dies ist durch die Verlaufskurve des Körperschallsignals außerhalb des dargestellten Messfensters verdeutlicht.
Die Figur 7 zeigt einen Fehlerfall, bei welchem die Verkabelungen der Injektoren oder individuellen Gasventile der Zylinder 2 und 3 vertauscht wurden. Somit ergeben sich Klopfindices von 9, 3, 3 und 9. Auch hierbei ist ersichtlich, dass die Klopfindices der Zylinder 2 und 3 kleiner sind, als die Durchschnitte oder Medianwerte. Bei den Kurbelwellenstellungen von 180° und 540° ergibt sich somit ein kleines oder deutlich verringertes Körperschallsignal. Auch hierbei ist der Fehler deutlich erkennbar.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen in analoger Darstellung die Situationen der einzelnen Zylinder, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 der Zylinder 3 abgeschaltet wurde. Der Injektor bzw. das individuelle Gaszuführventil wurden dabei nicht bestromt. Diese Abschaltung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens, wobei auch hierbei die Klopfregelung deaktiviert ist und die Brennkraftmaschine sich bspw. im Leerlauf befindet. Auch hierbei werden die Klopfindices KI pro Arbeitsspiel (720° Kurbelwellenwinkel) ausgewertet. Die Figur 8 zeigt nur die Abschaltung eines Zylinders, bei dem Verfahren werden ein Zylinder nach dem anderen jeweils für mehrere Arbeitsspiele, bspw. fünf Arbeitsspiele, abgeschaltet. Ein korrektes Körperschallsignal führt zu einem Klopfindex des abgeschalteten Zylinders (Zylinder 3), welcher kleiner ist, als ein vorgegebener Prozentwert, bspw. 50 %, des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen Zylinder.
Ist der Klopfindex eines abgeschalteten Zylinders größer als der vorgegebene Prozentwert des Durchschnitts oder des Medians der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels, so wird die Zylinderzuordnung als auffällig erkannt.
Ein korrektes Körperschallsignal führt zu einem Klopfindex des jeweils aktiven Zylinders, welcher bspw. mindestens 50% des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen aktiven Zylinder erreicht. Dies ist in Figur 8 dargestellt, es ergeben sich Klopfindices von 9, 9, 0 und 9.
Ist der Klopfindex eines aktiven Zylinders während der Abschaltung eines anderen Zylinders kleiner als ein vorgegebener Prozentsatz des Durchschnitt oder des Medianwerts der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels, so wird die Zylinderzuordnung dieses Zylinders als auffällig erkannt.
Bei dem Verfahren ist es möglich, mehrere bspw. die ersten beiden Arbeitsspiele zu verwerfen und die Werte der darauffolgenden Arbeitsspiele bspw. der Arbeitsspiele 3, 4 und 5 bei abgeschaltetem Zylinder auszuwerten. Ist die Zuordnung mehrheitlich bspw. in zwei der drei Arbeitsspiele auffällig, so wird die Zylinderzuordnung als fehlerhaft erkannt.
Die Figur 9 zeigt analog zu der Darstellung der Figur 8 eine Verfahrensdurchführung, bei welcher die Verkabelungen der Körperschallsensoren 2 und 3 vertauscht wurden. Auch hierbei ist wieder die Klopfregelung deaktiviert und die Brennkraftmaschine befindet sich im Leerlauf. Die Zylinder werden einer nach dem anderen für mehrere Arbeitsspiele abgeschaltet. Dies erfolgt bspw. durch Nicht-Bestromung des Injektors oder des Gaseinströmventils. In Figur 9 ist eine Situation gezeigt, bei welcher der dritte Zylinder abgeschaltet ist. Ein korrektes Körperschallsignal führt zu einem Klopfindex des abgeschalteten Zylinders, welcher kleiner als ein vorgegebener Prozentsatz, bspw. kleiner 50 %, des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen, nicht abgeschalteten Zylinder ist. Ist der Klopfindex dieses Zylinders über mehrere Arbeitsspiele, bspw. drei Arbeitsspiele, größer als ein vorgegebener Prozentsatz des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels, so wird die Zylinderzuordnung als auffällig erkannt und es wird ein Fehlersignal ausgegeben. Ein korrektes Körperschallsignal würde zu einem Klopfindex des jeweils aktiven Zylinders führen, welcher größer als ein vorgegebener Prozentsatz, bspw. 50 %, des Durchschnitts oder Medians der Klopfindices der übrigen aktiven Zylinder ist. Ist der Klopfindex eines aktiven Zylinders während der Abschaltung eines anderen Zylinders über mehrere Arbeitsspiele, bspw. drei Arbeitsspiele, kleiner als ein vorgegebener Prozentsatz, des Durchschnitts oder Medianwerts der Klopfindices der übrigen Zylinder des jeweiligen Arbeitsspiels, so wird die Zylinderzuordnung als auffällig erkannt und es wird ein Fehlersignal abgegeben. Bei der Darstellung der Figur 9 ergeben sich Klopfindices von 9, 2, 0 und 9. Somit liegt der Wert des Zylinders 2 unter dem vorgegebenen Prozentwert. Da der Zylinder 3 abgeschaltet wurde, ergibt sich ein Klopfindex von 0.
Die Figur 10 zeigt eine Ausgestaltungsvariante, bei welcher die Verkabelung der Injektoren der Zylinder 2 und 3 vertauscht wurde. In analoger Darstellung zu der Situation der Figur 9 ergeben sich Klopfindices von 9, 3, 3 und 9. Hierbei ist der Klopfindex des zweiten Zylinders um einen vorgegebenen Prozentsatz größer, als der Durchschnitt oder Median der Klopfindices der übrigen Zylinder. Dies führt zu einer Fehlermeldung, so wie dies oben stehend beschrieben wurde. Bei den oben stehenden Erläuterungen wurde ein Klopfindex von 9 als Idealwert angenommen, es versteht sich, dass der Klopfindex innerhalb mehrerer Arbeitsspiele geringfügig schwanken kann. Weiterhin ergibt sich, dass das Verfahren mit zunehmender Zylinderzahl genauer wird. Zur Durchführung des Verfahrens sind mindestens zwei Zylinder erforderlich. Die Durchführung des Verfahrens und die Plausibilisierung der Werte der Körperschallsensoren erfolgt bei Dual Fuel oder Bifuel Brennkraftmaschine bevorzugt im Dieselbetrieb, da die Dieselverbrennung charakteristisch ist und einen Vergleich zwischen den einzelnen Zylindern ermöglicht. Durch die Zylinderabschaltung einzelner Zylinder (analog kann auch ein Injektortest erfolgen) kann auf die Verbrennung eines einzelnen Zylinders direkt Einfluss genommen werden. Hierdurch kann die Reaktion auf das abgegebene Körperschallsignal ausgewertet werden. Weiterhin kann die Reaktion zwischen einzelnen Zylindern verglichen werden. Da das Körperschallsignal nur in einem bestimmten Kurbelwellen- Winkelbereich ausgewertet wird, kann dieses eindeutig einem Zylinder zugeordnet werden.
Das Verfahren ermöglicht somit, Fehler in der Verkabelung zu entdecken und weiterhin die Sensibilität der einzelnen Körperschallsensoren zu beurteilen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Prüfung der Zuordnung von Körperschallsensoren (1) einer im Dieselbetrieb oder mit individualisierter Gaseindüsung betreibbaren Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylindern (3), bei welcher im Bereich von jedem Zylinder (3) ein Körperschallsensor (1) angeordnet ist, wobei die Ausgangssignale der Körperschallsensoren (1) einen Klopfindex wiedergeben und mittels einer Recheneinheit (4) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) zur Durchführung des Verfahrens betrieben wird, dass die Ausgangssignale alle Körperschallsensoren (1) während zumindest eines durch zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle (5) gebildeten Arbeitsspiels in den jeweiligen Stellungen der Kurbelwelle (5) ermittelt werden und dass das jeweilige Ausgangssignal eines Zylinders (3) mit dem Durchschnittswert (arithmetisches Mittel) oder dem Medianwert der Ausgangssignale anderer Zylinder (3) verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung des Verfahrens eine Klopfregelung der Brennkraftmaschine (2) abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennkraftmaschine (2) während der Durchführung des Verfahrens im Leerlauf betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelner Zylinder (3) abgeschaltet wird, und dass das Ausgangssignal des zugeordneten Körperschallsensors (1) des abgeschalteten Zylinders (3) mit anderen aktiven, nicht abgeschalteten Zylindern (3) verglichen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Werts des Ausgangssignals des zu überprüfenden Zylinders, welcher unterschiedlich ist als der Durchschnitts- oder Medianwert der anderen Zylinder (3), ein Fehlersignal ausgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Vorliegen eines Werts des Ausgangssignals des zu überprüfenden Zylinders, welcher kleiner ist als der Durchschnitts- oder Medianwert der anderen Zylinder (3), ein Fehlersignal ausgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Werts des Ausgangssignals des zu überprüfenden Zylinders, welcher größer ist als der Durchschnitts- oder Medianwert der anderen Zylinder (3), ein Fehlersignal ausgegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während mehrerer Arbeitsspiele durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Unterschied der Ausgangssignale des jeweiligen zu untersuchenden Zylinders (3) vom Durchschnittswert oder Medianwert der jeweils anderen Zylinder einen Anteil des Durchschnittswerts oder Medianwerts übersteigt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisch durchgeführt wird und/oder dass das Verfahren aufeinanderfolgend für alle Zylinder (3) durchgeführt wird.
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