WO2018192993A1 - Brennkraftmaschine und verfahren zum überwachen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine und verfahren zum überwachen einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2018192993A1
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cylinder
internal combustion
combustion engine
anomaly
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Aron Toth
Alexander Bernhard
Tobias Frank
Wolfgang Fimml
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    • F02D2250/14—Timing of measurement, e.g. synchronisation of measurements to the engine cycle
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, comprising an engine with a number of cylinders and a monitoring device for monitoring an operation of the internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for monitoring an operation of an internal combustion engine and software.
  • a control system for internal combustion engines which triggers a signal to a user of the internal combustion engine in the presence of an atypical behavior of the cylinder pressure.
  • the object of the invention is to provide an improved internal combustion engine, in particular to provide an internal combustion engine which monitors particularly advantageous cylinder pressure data of an internal combustion engine during operation of the internal combustion engine.
  • an effective monitoring is to be provided by the fast damage is supported in case of damage.
  • the internal combustion engine according to a first aspect of the invention comprises an engine having a number of cylinders and a monitoring device for monitoring an operation of the internal combustion engine.
  • a respective Zy cylinder pressure sensor of the monitoring device to the respective cylinder of the internal combustion engine is arranged and adapted to measure a cylinder pressure of the respective cylinder to determine the cylinder pressure corresponding cylinder pressure data and output a cylinder pressure data indicating respective cylinder pressure signal ;
  • an analysis unit of the monitoring device is designed to receive the respective cylinder pressure signal and to determine from a chronological progression of the cylinder pressure data of the respective cylinder individually for each cylinder, whether there is an anomaly of the cylinder pressure, in particular if an anomaly of the cylinder pressure during a compression phase of the respective cylinder in the Operation of the engine is present, wherein
  • the anomaly can be determined as a symptom occurring in the course of time of the cylinder pressure data
  • the symptom is compared with an adequate reference of the cylinder pressure data, and is concluded from a significant proportionate size of the symptom compared to the adequate reference to the presence of the anomaly, in particular extent and nature of the anomaly;
  • the analysis unit is further configured to associate the anomaly with the respective cylinder of the engine.
  • the invention is based on the consideration that a repair of a defective engine can be particularly efficient and fast if a location of a defective cylinder is known.
  • regular maintenance can be dispensed with if, during operation of the internal combustion engine, a functional capability of corresponding components susceptible to wear can occur.
  • the invention has recognized that monitoring the chronological progression of the cylinder pressure data allows conclusions to be drawn as to the operability of the valves and the piston ring of the cylinders of the engine, so that it is possible to conclude a cylinder-specific evaluation of the cylinder pressure data for a specific damage of a specific cylinder of the engine.
  • the internal combustion engine according to the invention allows a particularly effective maintenance, since for a detected anomaly already the cylinder on which the anomaly has occurred is known. In particular, a repair time and thus a service life of the internal combustion engine can be shortened.
  • cylinder pressure data preferably represent the pressure in the cylinder over a crank angle for the present working cycle of the cylinder.
  • the compression phase of a cylinder is formed by that part of a working cycle of a corresponding cylinder, in which the piston is moved to a cylinder head of the cylinder, so that the pressure is increased in the combustion chamber of the cylinder.
  • the compression phase is preferably formed by a left and right flank to a maximum cylinder pressure of a cylinder pressure curve.
  • the symptom is a characteristic of the time history of the cylinder pressure data which is suitable for allowing conclusions to be drawn about a damage to the corresponding cylinder on which the cylinder pressure data were measured.
  • the presence of an anomaly is in the context of the internal combustion engine according to the invention from the size of the symptom in comparison to an adequate reference closed.
  • the symptom is related to the adequate reference, that is, for example, a cylinder pressure of the cylinder pressure curve measured at an earlier time, a predetermined comparison value to a characteristic of the cylinder pressure curve, or a predetermined target cylinder pressure curve.
  • An anomaly is a malfunction of the engine, in particular the intake and / or exhaust valves or the piston rings in the cylinder.
  • a significantly proportionate size of the symptom is when, compared to usual differences from the adequate reference, a measure is exceeded, which is likely to make a misconduct likely against a random deviation of a random difference. In particular, this can ensure that inaccuracies not caused by structural engineering, such as the piston play, lead to the determination of the presence of an anomaly. From the fault behavior of the engine according to the invention to a mechanical defect on the corresponding cylinder and / or an abnormal valve clearance, so a valve clearance, which differs significantly from a predetermined valve clearance, closed.
  • a time course of cylinder pressure data indicates the measured cylinder pressure for at least three different crank angles within a compression phase of the respective cylinder, preferably more than 10, more than 50 or more than 100 different crank angles within a compression phase of the respective cylinder.
  • the above object is achieved by a method for monitoring an operation of an internal combustion engine with a number of cylinders, in particular an internal combustion engine according to the first aspect of the invention.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • the symptom is compared with an adequate reference of the cylinder pressure data, and is concluded from a significant proportionate size of the symptom compared to the adequate reference to the presence of the anomaly, in particular extent and nature of the anomaly;
  • the method enables a cylinder-specific determination of which cylinder has a damage.
  • an anomaly reason may be displayed, which may particularly facilitate maintenance of a corresponding internal combustion engine.
  • the method according to the invention can be carried out particularly advantageously automated, in particular be carried out automatically at regular intervals, without individual steps require manual operation of the user.
  • the above-mentioned object is achieved by a software having program means with a module adapted to control a method according to the invention for monitoring an operation of an internal combustion engine.
  • the software is preferably executed during operation of the internal combustion engine by a processor connected to the internal combustion engine.
  • the analysis unit of the internal combustion engine is designed to check for several symptoms whether these symptoms occur in the course of the cylinder pressure data. This may indicate the presence of an anomaly for various causes of anomaly, ie Various malfunctions of the engine are checked. This makes it possible to detect different components of the engine to be serviced and thus increases the efficiency of maintenance.
  • the analysis unit is further configured to calculate from discrete values of the determined time characteristic of the cylinder pressure data of the cylinder a current cylinder pressure curve with current cylinder pressure curve coefficients and to determine whether based on the current cylinder pressure curve there is an anomaly of the cylinder pressure.
  • the internal combustion engine can advantageously reduce a processing outlay of the monitoring device, since the current cylinder pressure curve can already be deduced from a few values for the cylinder pressure of the cylinder, which represent the ascertained time profile of the cylinder pressure data.
  • a known characteristic curve of cylinder pressure curves is taken into account particularly advantageously.
  • the internal combustion engine is further characterized in that
  • the monitoring device comprises a memory unit which is connected to the analysis unit and which is adapted to store predetermined target pressure data, which characterize a desired pressure curve of the engine, wherein
  • the analysis unit is adapted to access the predetermined target pressure data and the predetermined target pressure data is used as an adequate reference for the comparison of the symptom.
  • the predetermined desired pressure data at an earlier time from the analysis unit of the internal combustion engine Zy cylinder pressure data of the respective cylinder during a fault-free state of the engine determined. This allows the use of a desired pressure curve, which is adapted to the respective engine, in particular to the respective cylinder of the engine.
  • the analysis unit is designed to determine whether an anomaly of the cylinder pressure is present, based on detecting a reduction of a symptomatic maximum cylinder pressure of the cylinder compared to an adequate reference forming earlier measurement of the cylinder pressure. From the reduction in the maximum cylinder pressure of the cylinder can be concluded that a malfunction of the intake valve.
  • a dynamically reducing maximum cylinder pressure can be caused in particular by a leaking valve, for example due to deposits in the combustion chamber.
  • the analysis unit is designed to determine whether there is an anomaly of the cylinder pressure based on detecting a shift in a symptomatic temporal position of a maximum cylinder pressure relative to a top dead center of the internal combustion engine forming the adequate reference toward a negative one Crank angle of the internal combustion engine.
  • the negative crank angle of the internal combustion engine lies in the region of a left flank, or incoming flank of the Zylmder horrverngerskurve resulting in error-free operation of the engine. Consequently, if the maximum cylinder pressure shifts to negative crank angles, this means that before the corresponding piston of the cylinder has reached its top dead center, a maximum pressure is created in the combustion chamber of the cylinder. As a result, a malfunction of the intake valve of the cylinder is detected and determined according to the presence of an anomaly.
  • the analysis unit is designed to determine whether there is an anomaly of the cylinder pressure, based on detecting a reduction of a symptomatic indexed mean pressure of the cylinder compared to an earlier measurement of the indicated mean pressure forming the adequate reference.
  • the indicated mean pressure is known to result from the ratio of indicated work done by the cylinder and present displacement. Determining a reduced mean indicated pressure as compared to an earlier measurement indicates a malfunction of the intake valve of the corresponding cylinder.
  • the analysis unit of the internal combustion engine is configured to determine whether an anomaly of the cylinder pressure is present, based on detecting a reduction of a symptomatic minimum cylinder pressure after reaching a top dead center of the internal combustion engine compared to a minimum forming the adequate reference Cylinder pressure before a top dead center of the internal combustion engine.
  • a reduction in minimum cylinder pressure after compression below a level reached prior to this compression indicates incorrect compression within the cylinder. In this case, it can be concluded that there is a defect in a valve on the corresponding cylinder if the reduction has a significant relative size compared to the level before compression, ie there are no component-related fluctuations which would also be present in the case of a functioning cylinder.
  • the analysis unit is designed to determine whether there is an anomaly of the cylinder pressure, based on detecting a strong increase in a symptomatic curvature of an outgoing edge of a resulting from the time course of the cylinder pressure data cylinder pressure curve after top dead center of the internal combustion engine ,
  • a large increase in a curvature of an outgoing flank that is, a right flank
  • Such a kink that is, a greatly increased curvature, typically results from a reversal of a flow direction due to pressure differences between the combustion chamber and the charge air tube on the cylinder.
  • this kink shifts to smaller crank angles.
  • a malfunction of the intake valve ie a malfunction of the intake valve.
  • From a position of the bend can in turn be concluded on a degree of anomaly, so to a degree of malfunction of the valve.
  • the analysis unit is designed to determine from a reduction in a symptomatic degree of symmetry of a cylinder pressure curve resulting from the time profile of the cylinder pressure data with respect to a top dead center of the internal combustion engine, if there is an anomaly of the cylinder pressure.
  • a correctly set inlet valve there is typically an axial symmetry in the cylinder pressure curve with respect to top dead center the internal combustion engine recognizable when the engine is either towed or the cylinder deactivation is activated.
  • a low degree of symmetry that is to say a certain asymmetry, within the cylinder curve resulting from the chronological progression of the cylinder pressure data, indicates a malfunction, in particular an incorrectly adjusted inlet valve.
  • the adequate reference is formed by a degree of asymmetry in the cylinder pressure curve that is typically present in the case of a faultless engine.
  • the analysis unit is formed in a development, based on the cylinder pressure data and on a predetermined displacement of the cylinder of the internal combustion engine for at least two different crank angles of the internal combustion engine to determine a symptomatic current polytropic exponent of the cylinder of the internal combustion engine and thereby determine whether an anomaly the cylinder pressure is present.
  • the adequate reference in this development is a predetermined polytropic exponent of the corresponding cylinder, which can be accessed by the analysis unit.
  • the polytropic exponent n is equal to 1 for an isothermal process 0 for an isobaric process, and very large for an isochoric process
  • From the value of the cylinder pressure at two different interfaces can be directly deduced the present polytropic exponent, preferably as support points 100 ° crank angle before top dead center and 64 ° crank angle before If the polytropic exponent differs from the predetermined polytropic exponent there is a compression error, such a compression error can be caused by malfunction of the valves and / or piston ring of the cylinder.
  • the analysis unit is designed to determine whether an anomaly of the cylinder pressure is present, based on an analysis of a symptomatic pressure gradient pattern formed by the time profile of the cylinder pressure data at the time of closing an intake and / or exhaust valve.
  • the closing of the intake or exhaust valve can be detected by characteristic high-frequency cylinder pressure oscillations at a respective predetermined crank angle before the top dead center of the internal combustion engine. Lack of such high-frequency cylinder pressure oscillations, or falls significantly lower than is typically the case is, can be closed on a wrongly adjusted inlet valve and / or according to an incorrectly adjusted exhaust valve.
  • such a false adjustment may be inferred if a steady cylinder pressure curve is obtained from the measured cylinder pressure data that does not indicate characteristic high frequency cylinder pressure oscillations.
  • Such sudden deviations from a constant pressure can be determined particularly well automated, in particular automated by means of a computer.
  • the internal combustion engine according to this development allows a determination as to whether there is a defect in the inlet or outlet valve of the corresponding cylinder.
  • a reduced valve clearance causes a valve to open earlier and close later, compared to a non-reduced valve clearance.
  • the analysis unit may additionally or alternatively output a valve clearance for the intake and / or exhaust valve of the cylinder.
  • a preventive maintenance of the corresponding cylinder can be carried out before damage to the engine could occur.
  • the analysis unit is designed to additionally perform an analysis of a symptomatic pressure gradient pattern formed by the time course of the cylinder pressure data at the time of closing an intake and / or exhaust valve of the cylinder and based on the anomaly to assign an anomaly cause in particular to distinguish whether a defect of a valve or a piston ring is present. If a cylinder anomaly is detected, there is typically a mechanical failure of one of the valves or one of the piston rings of the cylinder. Therefore, if an abnormality has been detected on a cylinder, but also the characteristic high-frequency cylinder pressure oscillations typical for closing the intake or exhaust valve have been established, a high-probability piston ring defect can be inferred become. This development allowed a particularly advantageous distinction between two different causes of error on the cylinder. This makes it possible to detect an abnormality cause without disassembling the engine or manually inspecting the engine.
  • the internal combustion engine is preferably designed to be able to examine various characteristics of the chronological progression of the cylinder pressure data, that is to say different symptoms by the analysis unit, so that a defect and / or a malfunction of a component of the cylinder can be concluded on the basis of a plurality of symptoms of significantly proportional size.
  • the internal combustion engine is designed in a development, only to confirm the presence of an anomaly in the presence of multiple symptoms with a significant proportionate size. As a result, errors of the monitoring device can be avoided particularly reliable.
  • the analysis unit is designed to trigger an output signal if a presence of an anomaly of the cylinder pressure is determined.
  • the triggering of an output signal allows a quick response to the anomaly, so on a malfunction of the cylinder, for example by a manufacturer and / or user of the internal combustion engine. As a result, a consequential damage to the cylinder can be avoided.
  • the analysis unit indicates on which cylinder from the number of cylinders the presence of an anomaly of the cylinder pressure was determined.
  • the output signal may indicate whether an A-side cylinder or a B-side cylinder is affected.
  • the output signal may further indicate which cylinder of the A side or the B side is affected, such as by displaying the information B6 for an abnormality on the sixth cylinder of the B side of the engine.
  • the output signal further indicates a motor identification number allowing the output signal to be assigned to the output-triggering motor.
  • a manufacturer of the internal combustion engine can immediately assess the anomaly that has been detected for an engine, in nature and extent given the intended use for the specific engine, in particular assess whether a user should be informed about the malfunction of the internal combustion engine.
  • the output signal also indicates an anomaly cause in addition to the presence of the anomaly, in particular whether there is a defect of a valve or of a piston ring.
  • the internal combustion engine from this development particularly advantageously enables a detailed determination of which component of a cylinder needs to be repaired and / or replaced as part of a maintenance. As a result, maintenance of the internal combustion engine can be made particularly effective.
  • the monitoring device furthermore has a control unit which is designed to trigger a measurement of the cylinder pressure by the respective cylinder pressure sensor and / or a determination of the presence of an anomaly by the analysis unit at regular time intervals.
  • the monitoring effort can be reduced by the user and / or manufacturer of the internal combustion engine particularly advantageous.
  • the monitoring can be automated in such a way that no manual triggering of an activation of the monitoring device is necessary.
  • the regular time intervals are typically a predetermined time interval, such as every 10 seconds, every 5 minutes, every hour, every 2 hours.
  • the monitoring of the cylinder pressure of each individual cylinder of the internal combustion engine can be done for each working cycle.
  • the regular time intervals can be formed by an engine-related event, such as a start of an operation of the internal combustion engine according to the invention or a termination of an operation of an internal combustion engine according to the invention.
  • the internal combustion engine further comprises a warning device with a transmitting unit, wherein the warning device is connected to the analysis unit and is designed to generate an output signal in the presence of an anomaly of the cylinder pressure and output via the transmitting unit, in particular to an external monitoring device Manufacturer and / or a user of the internal combustion engine.
  • the monitoring of the internal combustion engine by the monitoring device by means of the external monitoring device is a service of the manufacturer, which may optionally inform the user of the internal combustion engine, if there is a significant malfunction of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the output signal may in particular be an optical or acoustic output signal.
  • the method further comprises calculating a current cylinder pressure curve with current cylinder pressure curve coefficients from discrete values of the determined time characteristic of the cylinder pressure data of the cylinder, wherein the determination of whether there is an anomaly of the cylinder pressure, based on the current cylinder pressure curve.
  • the method further comprises the additional step of triggering an output signal, if a presence of an anomaly of the cylinder pressure is determined.
  • determining whether an anomaly of the cylinder pressure is present is based on predetermined desired pressure data as an adequate reference, in particular on a predetermined desired pressure curve.
  • FIG. 1 is an illustration of an embodiment of the invention
  • Cylinder pressure sensor comprises;
  • FIG. 2a is a first diagram with three cylinder pressure curves and four through the
  • FIG. 2b shows a second diagram with three cylinder pressure curves and two through the
  • FIG. 2c a third diagram with two cylinder pressure curves and two through the
  • FIG. 3 is a flow chart of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an illustration of an exemplary embodiment of the internal combustion engine 100 according to the invention, in which a monitoring device 120 of the internal combustion engine 100 has an analysis unit 140 and, for each cylinder 115 of the engine 110, a cylinder pressure sensor 130.
  • the monitoring device 120 has, according to the number of cylinders 115, a number of cylinder pressure sensors 130, wherein each cylinder of the number of cylinders 115 is associated with a respective cylinder pressure sensor 130. For clarity, however, only a single cylinder pressure sensor 130 is shown.
  • the assigned one Cylinder pressure sensor 130 is disposed on the respective cylinder 115 of the engine 100 and configured to measure a cylinder pressure of the respective cylinder 115, to determine cylinder pressure data corresponding to the cylinder pressure, and to output a respective cylinder pressure signal 135 indicating the cylinder pressure data.
  • the analysis unit 140 of the monitoring device 120 is designed to receive the respective cylinder pressure signal 135, in particular to receive the cylinder pressure signal 135 assigned to a respective cylinder 115.
  • the internal combustion engine has more than one analysis unit, for example a first analysis unit for an A side of the engine and a second analysis unit for a B side of the engine.
  • the analysis unit 140 is designed to determine from the chronological progression of the cylinder pressure data of the respective cylinder for each individual cylinder whether there is an anomaly of the cylinder pressure.
  • the analysis unit 140 is designed to determine individually for each cylinder whether there is an anomaly of the cylinder pressure during a compression phase of the respective cylinder during operation of the engine. This determination is carried out for each of the output from the individual cylinder pressure sensors 130 Zy cylinder pressure signals 135.
  • the individual cylinder pressure signals 135 can be evaluated successively or in parallel.
  • the anomaly can be determined here as a symptom occurring in the course of time of the cylinder pressure data.
  • the analysis unit of the illustrated exemplary embodiment is designed to determine a measured dependence between cylinder pressure and crank angle of the respective cylinder from the chronological course of the cylinder pressure data and to examine individual features of this measured dependency as a symptom.
  • the symptom is related to an adequate reference of the cylinder pressure data, in particular compared. If there is a significant proportionate size of the symptom compared to the adequate reference, so a difference between the symptom and the adequate reference is found, which is not probable during a faultless operation of the engine, is based on the presence of anomalies, in particular extent and nature of the Anomaly, closed. Examples of various symptoms and adequate references suggesting the presence of an abnormality are shown in FIGS. 2a, 2b and 2c presented.
  • the monitoring device 120 further includes a memory unit 150 connected to the analysis unit 140 and configured to store predetermined desired pressure data indicative of a desired pressure waveform of the engine 110.
  • the analysis unit 140 is configured to access the predetermined target pressure data and to use the predetermined target pressure data for comparison with the measured cylinder pressure data. In examining some symptoms, the analysis unit 140 uses the predetermined target pressure data as an adequate reference for the comparison of the symptom and, in that context, for a determination of the significant proportionate size of the symptom.
  • the analysis unit 140 is additionally designed to calculate from discrete values of the determined time profile of the cylinder pressure data of the cylinder 115, a current cylinder pressure curve with current cylinder pressure curve coefficients and based on the current cylinder pressure curve to determine whether an anomaly of the cylinder pressure is present.
  • the predetermined target pressure data stored on the storage unit is data supplied to the storage unit 150 prior to operation of the internal combustion engine 100.
  • the analysis unit 140 is further configured to determine from predetermined cylinder pressure data during an error-free operation of the engine 110, a target pressure curve of the engine 110 and output to the memory unit 150.
  • the internal combustion engine 100 has a warning device 160 with a transmitting unit 170.
  • the warning device is connected to the analysis unit 140 and designed to generate an output signal 145 in the event of an anomaly of the cylinder pressure and to output it via the transmission unit 170.
  • the output signal 145 is output to an external monitor 180 of a manufacturer of the internal combustion engine 100.
  • the output signal 145 indicates on which cylinder 115 from the number of cylinders of the internal combustion engine 100, the presence of an anomaly of the cylinder pressure has been determined. Furthermore, by the output signal 145, a motor identification number indicating an assignment of the output signal 145 to a motor triggering the output signal 145 is displayed 110 allows. Further, the output signal 145 indicates whether there is a defect of a valve or a piston ring of the corresponding cylinder 115, if such a determination has been made by the analyzing unit 140 in view of the symptom indicating the anomaly.
  • the output signal 145 triggers an entry within a database 185 of the external monitor 180, which informs the manufacturer of the engine 100 that there is an anomaly of the cylinder pressure. The manufacturer can then inform the user of the internal combustion engine and perform a maintenance of the internal combustion engine 100.
  • the monitoring device is further configured to output the output signal to the user of the internal combustion engine.
  • the user can adjust operation of the internal combustion engine particularly quickly in order to avoid further damage to the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 100 has a control unit 190, which is designed to trigger a measurement of the cylinder pressure by the respective cylinder pressure sensor 130 at regular time intervals, in particular to trigger for each cylinder pressure sensor 130.
  • a manual triggering of an activation of the monitoring device 120 can be completely dispensed with.
  • FIG. 2a shows a first diagram 200 with three cylinder pressure curves K1, K2 and K3 and five symptoms represented by the cylinder pressure curves.
  • the crank angle KW of -360 ° to 360 ° is shown, where 0 ° represents the top dead center of the internal combustion engine, at which the cylinder pressure curves were measured.
  • a measured cylinder pressure in bar is shown.
  • the curve K1 was measured, which shows a maximum maximum cylinder pressure pl max at 0 ° crank angle KWl max.
  • the curve K2 was measured for a cylinder having an intake valve set to be 1 mm open when closed, showing a reduced maximum cylinder pressure p2_max at about 25 ° Crank angle KW2_max before the dead center of the internal combustion engine is located.
  • the cylinder pressure curve K3 for a cylinder having an intake valve set to open 2 mm in the closed state was measured, showing a further reduced maximum cylinder pressure p3_max, which at about 35 ° crank angle KW3_max before the dead center of Internal combustion engine is located, and thus further shifted from K1 than the crank angle of the maximum cylinder pressure of the curve K2.
  • the maximum cylinder pressure plmax, p2_max, p3_max of the cylinder examined by a cylinder pressure sensor is a symptom by which the presence of an anomaly, that is to say a malfunction of the engine, can be inferred.
  • a decreasing maximum cylinder pressure p2_max, p3_max according to the curves K2 and K3 shows a significantly proportionate magnitude of the maximum cylinder pressure compared to a maximum cylinder pressure with a faultless cylinder, as shown in Kl.
  • the analysis unit is hereby adapted, due to the large difference between the maximum cylinder pressure reached in curve K1 and the maximum cylinder reached in the curves K2 and K3, to the presence of an anomaly, in particular to the presence of a malfunction of Close and display the intake valve of the cylinder.
  • crank angle KWl_max, KW2_max, KW3_max at which the maximum cylinder pressure is reached indicates that there is a malfunction of the intake valve.
  • the crank angle, which is reached at maximum cylinder pressure in this sense is a symptom that must be compared with an adequate reference for the crank angle at maximum cylinder pressure to determine the presence of an anomaly, so a malfunction of the engine.
  • the respectively indicated mean pressure of the curves K1, K2 and K3 indicates that a malfunction of a valve exists because the indicated mean pressure of the curves K2 and K3 is significantly below an indicated mean pressure of a faultless cylinder according to curve K1 lies.
  • the curve Kl shows a time characteristic of typical cylinder pressure data in the context of a fault-free operation of an internal combustion engine. Therefore, the curve Kl can be used as a setpoint pressure curve of the engine or engines with comparable operating parameters, to the presence of a marked deviation from the curve Kl Anomaly to be able to close. Whether there is a significant deviation or difference to the cylinder pressure data of the curve K1 is examined, in particular in the crank angle range of an increased compression, ie an increased cylinder pressure.
  • the shape of the cylinder pressure curve obtained by the measured cylinder pressure data may be a symptom which is compared with a desired pressure curve of Kl as an adequate reference. Such a comparison can be made for example by determining the area between the two curves.
  • Kl, K2 and K3 show in a in FIG. 2a, a significant reduction in the measured cylinder pressure by more than 0.2 bar at the predetermined crank angle KW AV of -350 ° crank angle before the top dead center of the internal combustion engine, which can be concluded that a functional exhaust valve.
  • FIG. 2b shows a second diagram 250 with the three cylinder pressure curves K1, K2 and K3 and two symptoms represented by the cylinder pressure curves.
  • FIG. 2b makes it clear that another symptom represents a degree of symmetry of incoming and outgoing flanks around the top dead center of the internal combustion engine.
  • the curve K1 is almost perfectly symmetrical about the top dead center of the engine (represented by an axis of symmetry 260)
  • the curves K2 and K3 show a high degree of asymmetry with respect to potential symmetry axes 262, 264 shown to be indicative of a malfunction of a valve of the cylinder leaves.
  • some asymmetry is always encountered in structural inaccuracies, in a malfunction of the monitored cylinder, the symmetry is lost to a significantly disproportionate extent compared to a structural asymmetry as an adequate reference.
  • characteristic high-frequency cylinder pressure oscillations at a crank angle KW EV of which it is known that the intake valve at this crank angle indicates a functioning inlet valve.
  • An illustrated diagram section 270 of the second diagram 250 shows that only the curve K1, which is known to close the intake valve at -184 ° crank angle before the top dead center of the internal combustion engine, a significant jump-off of the cylinder pressure by more than 0.5 bar at this crank angle KW EV shows.
  • the curves K2 and K3 show no such lowering, so that it is possible to decide on a faulty closing of the inlet valves of the cylinders measured according to the curves K2 and K3.
  • the curve Kl shows a valve clearance of 0.3 mm. If a valve clearance of 0 mm is present or close to 0 mm, the valve would on the other hand open earlier and close later, which could be seen from the curve by a later drop in the cylinder pressure. Thus, a position of the characteristic pattern for the closing of the intake valve and / or the exhaust valve forms a further symptom, by which an anomaly, namely an optionally excessive valve clearance, can be concluded.
  • FIG. 2c shows a third plot 280 with the x-axis 210 and the y-axis 220, with the two cylinder pressure curves K2 and K3 and two symptoms represented by the cylinder pressure curves.
  • the third graph 280 showed the curves K2 and K3 already known from the first and second graphs.
  • the curves K2 and K3 show a sudden increase in a curvature, which manifests itself in a respective bend 284, 288 of the measured cylinder pressure curve.
  • the curve K2 shows this kink 284 at about 10 ° crank angle after top dead center.
  • the curve K3 shows this kink 288 at about -15 ° crank angle before top dead center but on an outgoing edge of the corresponding cylinder pressure curve.
  • an abnormality of the cylinder pressure may also be determined based on a minimum cylinder pressure p2_min, p3_min being decreased after reaching a top dead center of the internal combustion engine compared to a minimum cylinder pressure forming the adequate reference before top dead center of the internal combustion engine.
  • the curve K2 shows a significant reduction of the minimum cylinder pressure p2_min compared to a minimum cylinder pressure before the top dead center of the internal combustion engine.
  • K3 also reveals such a reduced minimum cylinder pressure p3_min.
  • the analysis unit of an internal combustion engine according to the invention is designed to evaluate various symptoms of a current cylinder pressure curve resulting from the time profile of the cylinder pressure data by comparison with an adequate reference.
  • Various signs of anomaly namely multiple symptoms that are significantly larger in size compared to an adequate reference, make this anomaly particularly reliable.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of a method 300 according to the invention.
  • the method 300 according to the invention for monitoring an operation of an internal combustion engine having a number of cylinders has the following four method steps 310, 320, 330, 340.
  • a first method step 310 comprises measuring a respective cylinder pressure for all cylinders of the internal combustion engine.
  • a next method step 320 corresponding cylinder pressure data are determined and a cylinder pressure signal indicating the cylinder pressure data is output.
  • a subsequent method step 330 includes receiving the respective cylinder pressure signal and determining whether there is an anomaly of the cylinder pressure on the basis of a chronological progression of the cylinder pressure data, wherein the anomaly can be determined as occurring in the course of time of the cylinder pressure data
  • a symptom wherein the symptom is compared with an adequate reference of the cylinder pressure data, and wherein a significant proportionate size of the symptom is inferred as compared to the adequate reference to the presence of the anomaly, in particular the extent and nature of the anomaly.
  • the determined anomaly is assigned to a cylinder of the engine.
  • the method according to the invention preferably carries out the method steps 310, 320 and 330 repeatedly at regular time intervals, at least until an anomaly is determined or the operation of the internal combustion engine is stopped.
  • the presence of the anomaly together with the associated cylinder of the engine is also preferably displayed. This indication typically results in the triggering of an output signal informing a manufacturer and / or user of the engine that preventive maintenance is recommended, particularly for replacement or maintenance of engine valves or piston rings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Motor mit einer Anzahl von Zylindern und eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines Betriebs der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder aus der Anzahl von Zylindern ein jeweiliger Zylinderdrucksensor der Überwachungseinrichtung an dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet ist und ausgebildet ist, einen Zylinderdruck des jeweiligen Zylinders zu messen, dem Zylinderdruck entsprechende Zylinderdruckdaten zu bestimmen und ein die Zylinderdruckdaten anzeigendes jeweiliges Zylinderdrucksignal auszugeben. Weiterhin weist die Überwachungseinrichtung eine Analyseeinheit auf, die ausgebildet ist, das jeweilige Zylinderdrucksignal (135) zu empfangen und aus einem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten des jeweiligen Zylinders zylinderindividuell für jeden Zylinder zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, insbesondere ob eine Anomalie des Zylinderdrucks während einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders im Betrieb des Motors vorliegt, die Anomalie dem jeweiligen Zylinder des Motors zuzuordnen.

Description

BESCHREIBUNG Brennkraftmaschine und Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Motor mit einer Anzahl von Zylindern und eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines Betriebs der Brennkraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine sowie eine Software.
Es ist bekannt, durch Zylinderdrucksensoren einen Zylinderdruck in einem Zylinder eines Motors zu überwachen. Hierdurch kann bei atypischem Verhalten des Zylinderdrucks im Zylinder, beispielsweise bei ungewöhnlich großem oder ungewöhnlich kleinem Zylinderdruck, auf einen mechanischen Defekt des Motors geschlossen werden. Bekannte mechanische Defekte mit Einfluss auf das Verhalten des Zylinderdrucks sind in diesem Rahmen ein gebrochener oder abgenutzter Kolbenring, ein Ventilabriss, ein Festklemmen eines Ventils aufgrund von Ablagerungen im Brennraum. Neben mechanischen Defekten hat es ebenfalls Einfluss auf das Verhalten des Zylinderdrucks wenn das Ventilspiel von Einlass- oder Auslassventil zu groß ist.
Daher werden typischerweise regelmäßig Wartungsarbeiten an Motoren durchgeführt, bei denen die Ventile und der Zustand der Kolbenringe untersucht werden.
Weiterhin ist ein Steuerungssystem für Brennkraftmaschinen bekannt, welches bei Vorliegen eines atypischen Verhaltens des Zylinderdrucks ein Signal an einen Nutzer der Brennkraftmaschine auslöst.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Brennkraftmaschine bereitzustellen, insbesondere eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die besonders vorteilhaft Zylinderdruckdaten einer Brennkraftmaschine während eines Betriebs der Brennkraftmaschine überwacht. Hierbei soll insbesondere eine effektive Überwachung bereitgestellt werden, durch die im Fall eines Schadens eine schnelle Wartung unterstützt wird.
Zum Lösen dieser Aufgabe wird eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist einen Motor mit einer Anzahl von Zylindern und eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines Betriebs der Brennkraftmaschine auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- für jeden Zylinder aus der Anzahl von Zylindern ein jeweiliger Zy linder drucksensor der Überwachungseinrichtung an dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet ist und ausgebildet ist, einen Zylinderdruck des jeweiligen Zylinders zu messen, dem Zylinderdruck entsprechende Zylinderdruckdaten zu bestimmen und ein die Zylinderdruckdaten anzeigendes jeweiliges Zylinderdrucksignal auszugeben;
- eine Analyseeinheit der Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, das jeweilige Zylinderdrucksignal zu empfangen und aus einem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten des jeweiligen Zylinders zylinderindividuell für jeden Zylinder zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, insbesondere ob eine Anomalie des Zylinderdrucks während einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders im Betrieb des Motors vorliegt, wobei
die Anomalie bestimmbar ist als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom,
das Symptom verglichen wird mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten, und aus einer signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten Referenz auf das Vorliegen der Anomalie, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen wird, und wobei
die Analyseeinheit weiter ausgebildet ist, die Anomalie dem jeweiligen Zylinder des Motors zuzuordnen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass eine Reparatur eines schadhaften Motors besonders effizient und schnell erfolgen kann, wenn ein Ort eines schadhaften Zylinders bekannt ist. Außerdem kann eine regelmäßige Wartung entbehrlich sein, wenn im Betrieb der Brennkraftmaschine eine Funktionsfähigkeit von entsprechenden verschleißanfälligen Komponenten erfolgen kann. Die Erfindung hat erkannt, dass eine Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten Rückschlüsse auf eine Funktionsfähigkeit der Ventile und des Kolbenrings der Zylinder des Motors erlaubt, so dass aus einer zylinderindividuellen Auswertung der Zylinderdruckdaten auf einen konkreten Schaden eines bestimmten Zylinders des Motors geschlossen werden kann.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ermöglicht eine besonders effektive Wartung, da für eine festgestellte Anomalie bereits der Zylinder, an dem die Anomalie aufgetreten ist bekannt ist. Insbesondere kann eine Reparaturzeit und somit auch eine Standzeit der Brennkraftmaschine verkürzt werden.
Eine Wartung der Zylinder gemäß fester Wartungsintervalle kann durch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine vorteilhaft vermieden werden. Die Auswertung von Zylinderdruckdaten ist insbesondere angesichts eines einfachen und robusten Aufbaus handelsüblicher Zylinderdrucksensoren vorteilhaft. Hierbei stellen Zylinderdruckdaten vorzugsweise den Druck im Zylinder über einen Kurbelwinkel für das vorliegende Arbeitsspiel des Zylinders dar. Die Kompressionsphase eines Zylinders wird gebildet durch denjenigen Teil eines Arbeitszyklus eines entsprechenden Zylinders, bei dem der Kolben zu einem Zylinderkopf des Zylinders bewegt wird, so dass der Druck im Verbrennungsraum des Zylinders erhöht wird. Hierbei wird die Kompressionsphase vorzugsweise durch eine linke und rechte Flanke um einen maximalen Zylinderdruck einer Zylinderdruckkurve gebildet.
Das Symptom ist ein Merkmal des zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten, welches dazu geeignet ist, Rückschlüsse auf einen Schaden an dem entsprechendem Zylinder, an dem die Zylinderdruckdaten gemessen wurden, zuzulassen. Auf das Vorliegen einer Anomalie wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine aus der Größe des Symptoms im Vergleich zu einer adäquaten Referenz geschlossen. Dies bedeutet, dass das Symptom in Bezug gesetzt wird zu der adäquaten Referenz, also beispielsweise einem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Zylinderdruck der Zylinder druckkurve, einem vorbestimmten Vergleichswert zu einer Eigenschaft der Zylinderdruckkurve, oder einer vorbestimmten Soll-Zylinderdruckkurve. Eine Anomalie ist ein Fehlverhalten des Motors, insbesondere der Ein- und/oder Auslassventile oder der Kolbenringe im Zylinder. Bei Vorliegen einer signifikant verhältnismäßigen Größe des Symptoms angesichts der adäquaten Referenz kann auf ein solches Fehlverhalten, also eine Anomalie, geschlossen werden. Eine signifikant verhältnismäßige Größe des Symptoms liegt vor, wenn im Vergleich zu üblichen Unterschieden zur adäquaten Referenz ein Maß überschritten ist, was geeignet ist, ein Fehlverhalten gegenüber einer zufälligen Abweichung eines zufälligen Unterschieds wahrscheinlich zu machen. Insbesondere kann hierdurch sichergestellt werden, dass nicht bautechnisch bedingte Ungenauigkeiten, wie etwa das Kolbenspiel, zum Ermitteln des Vorliegens einer Anomalie führen. Aus dem Fehlerverhalten des Motors wird erfindungsgemäß auf einen mechanischen Defekt an dem entsprechenden Zylinder und/oder auf ein anormales Ventilspiel, also ein Ventilspiel, das sich deutlich von einem vorbestimmten Ventilspiel unterscheidet, geschlossen.
Ein zeitlicher Verlauf von Zylinderdruckdaten zeigt den gemessenen Zylinderdruck für mindestens drei verschiedene Kurbelwinkel innerhalb einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders an, bevorzugt mehr als 10, mehr als 50 oder mehr als 100 verschiedene Kurbelwinkel innerhalb einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von Zylindern, insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Messen eines jeweiligen Zylinderdrucks für alle Zylinder der Brennkraftmaschine;
Bestimmen von entsprechenden Zylinderdruckdaten und Ausgeben eines die Zylinderdruckdaten anzeigenden Zylinderdrucksignals;
- Empfangen des jeweiligen Zylinderdrucksignals und zylinderindividuelles Ermitteln ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, anhand eines zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten, wobei die Anomalie bestimmbar ist als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom,
das Symptom verglichen wird mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten, und aus einer signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten Referenz auf das Vorliegen der Anomalie, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen wird, und
- Zuordnen der ermittelten Anomalie zu einem Zylinder des Motors. Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren eine zylinderindividuelle Feststellung, welcher Zylinder einen Schaden aufweist. Weiterhin kann angesichts des Symptoms ein Anomaliegrund angezeigt werden, was eine Wartung einer entsprechenden Brennkraftmaschine besonders vereinfachen kann. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft automatisiert ausgeführt werden, insbesondere in regelmäßigen Abständen automatisiert ausgeführt werden, ohne dass einzelne Verfahrensschritte eine manuelle Bedienung des Nutzers erfordern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Software gelöst, die Programmmittel aufweist, mit einem Modul, das dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine zu steuern.
Die Software wird bevorzugt während eines Betriebs der Brennkraftmaschine durch einen mit der Brennkraftmaschine verbundenen Prozessor ausgeführt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Vorzugsweise ist die Analyseeinheit der Brennkraftmaschine ausgebildet, für mehrere Symptome zu überprüfen, ob diese Symptome in dem Verlauf der Zylinderdruckdaten auftreten. Hierdurch kann das Vorliegen einer Anomalie für verschiedene Anomalieursachen, also verschiedene Fehlfunktionen des Motors überprüft werden. Dies ermöglicht das Feststellen unterschiedlicher zu wartender Bauteile des Motors und erhöht mithin die Effizienz der Wartung.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist die Analyseeinheit weiter ausgebildet, aus diskreten Werten des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten des Zylinders eine aktuelle Zylinderdruckkurve mit aktuellen Zylinderdruckkurven-Koeffizienten zu berechnen und basierend auf der aktuellen Zylinderdruckkurve zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt. In dieser Weiterbildung kann die Brennkraftmaschine vorteilhaft einen Verarbeitungsaufwand der Überwachungseinrichtung reduzieren, da bereits aus wenigen Werten für den Zylinderdruck des Zylinders, die den ermittelten zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten darstellen, auf die aktuelle Zylinderdruckkurve geschlossen werden kann. Hierbei wird besonders vorteilhaft ein bekannter charakteristischer Verlauf von Zylinderdruckkurven berücksichtigt. Insbesondere kann durch die Brennkraftmaschine gemäß dieser Weiterbildung auf einen maximalen Zylinderdruck geschlossen werden, ohne dass die Messung des Zylinderdrucks in derartig kleinen zeitlichen Abständen stattfinden muss, dass der maximale Zylinderdruck tatsächlich gemessen wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Brennkraftmaschine weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
- die Überwachungseinrichtung eine Speichereinheit aufweist, die mit der Analyseeinheit verbunden ist und die ausgebildet ist, vorbestimmte Soll-Druckdaten zu speichern, die eine Soll- Druckverlaufskurve des Motors kennzeichnen, wobei
- die Analyseeinheit ausgebildet ist, auf die vorbestimmten Soll-Druckdaten zuzugreifen und die vorbestimmten Soll-Druckdaten als adäquate Referenz für den Vergleich des Symptoms genutzt wird.
In dieser Weiterbildung kann vorteilhaft ein Unterschied zwischen einer sich aus den ermittelten Zylinderdruckdaten ergebenden aktuellen Druckverlaufskurve und der Soll-Druckverlaufskurve bestimmt werden. Hierdurch können vorteilhaft für das Bestimmen, ob Symptome eine signifikante verhältnismäßige Größe haben, lediglich diejenigen Symptome untersucht werden, die sich aus deutlichen Abweichungen zur Soll-Druckverlaufskurve ergeben. In einer besonders vorteilhaften Variante dieser Weiterbildung, wurden die vorbestimmten Soll-Druckdaten zu einem früheren Zeitpunkt von der Analyseeinheit der Brennkraftmaschine aus Zy linder druckdaten des jeweiligen Zylinders während eines fehlerfreien Zustands des Motors bestimmt. Dies ermöglicht die Verwendung einer Soll-Druckverlaufskurve, die an den jeweiligen Motor, insbesondere an den jeweiligen Zylinder des Motors angepasst ist. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen maximalen Zylinderdruck des Zylinders im Vergleich zu einer die adäquate Referenz bildenden früheren Messung des Zylinder drucks. Aus der Verringerung des maximalen Zylinderdrucks des Zylinders kann auf eine Fehlfunktion des Einlassventils geschlossen werden. Ein sich dynamisch verringernder maximaler Zylinderdruck kann insbesondere durch ein undichtes Ventil, beispielsweise aufgrund von Ablagerungen im Brennraum, verursacht werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verschiebung einer symptomatischen zeitlichen Lage eines maximalen Zylinderdrucks relativ zu einem die adäquate Referenz bildenden oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine hin zu einem negativen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine. Der negative Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine liegt im Bereich einer linken Flanke, oder einlaufenden Flanke der sich bei fehlerfreier Funktion des Motors ergebenden Zylmderdruckverlaufskurve. Verschiebt sich der maximale Zylinderdruck folglich zur negativen Kurbelwinkeln, bedeutete dies, dass bevor der entsprechende Kolben des Zylinders seinen oberen Totpunkt erreicht hat, ein maximaler Druck in dem Verbrennungsraum des Zylinders entsteht. Hierdurch wird eine Fehlfunktion des Einlassventils des Zylinders erkannt und entsprechend das Vorliegen einer Anomalie ermittelt.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen indizierten Mitteldrucks des Zylinders im Vergleich zu einer die adäquate Referenz bildenden früheren Messung des indizierten Mitteldrucks. Der indizierte Mitteldruck ergibt sich bekanntermaßen aus dem Verhältnis von indizierte Arbeit, die durch den Zylinder verrichtet wird, und vorliegendem Hubvolumen. Das Ermitteln eines im Vergleich zu einer früheren Messung verringerten indizierten Mitteldrucks zeigt eine Fehlfunktion des Einlassventils des entsprechenden Zylinders an. Zusätzlich oder alternativ ist die Analyseeinheit der Brennkraftmaschine in einer Weiterbildung ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen minimalen Zylinderdrucks nach einem Erreichen eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einem die adäquate Referenz bildenden minimalen Zylinderdruck vor einem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine. Eine Verringerung des minimalen Zylinderdrucks nach einer Kompression unter ein Niveau, das vor dieser Kompression erreicht wurde, zeigt eine fehlerhafte Kompression innerhalb des Zylinders an. Hierbei kann auf einem Defekt eines Ventils an dem entsprechenden Zylinder geschlossen werden, falls die Verringerung eine signifikante verhältnismäßige Größe im Vergleich zu dem Niveau vor der Kompression hat, also keine bauteilbedingten Schwankungen vorliegen, die auch im Falle eines funktionierenden Zylinders vorliegen würden.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer starken Vergrößerung einer symptomatischen Krümmung einer auslaufenden Flanke einer sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinderdruckkurve nach einem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine. Eine derart starke Vergrößerung einer Krümmung einer auslaufenden Flanke, also einer rechten Flanke, führt zu einem charakteristischen Knick in einem entsprechenden Zylinderdruckverlauf. Ein solcher Knick, also eine stark vergrößerte Krümmung, ergibt sich typischerweise durch eine Umkehr einer Strömungsrichtung aufgrund von Druckdifferenzen zwischen Brennraum und Ladeluftrohr an dem Zylinder. Mit zunehmender Fehlfunktion eines Einlassventils des Zylinders verschiebt sich dieser Knick zu kleineren Kurbelwinkeln. Bereits durch den Knick kann auf das Vorliegen der entsprechenden Anomalie, also einer Fehlfunktion des Einlassventils, geschlossen werden. Aus einer Lage des Knicks kann wiederum auf ein Ausmaß der Anomalie, also auf einen Grad der Fehlfunktion des Ventils geschlossen werden.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, aus einer Verringerung eines symptomatischen Grades an Symmetrie einer sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinderdruckkurve bezüglich eines oberen Totpunktes der Brennkraftmaschine zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt. Bei einem korrekt eingestellten Einlassventil ist typischerweise eine Achsensymmetrie im Zylinderdruckverlauf bezüglich dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine erkennbar, wenn der Motor entweder geschleppt wird oder die Zylinderabschaltung aktiviert ist. Ein geringer Grad an Symmetrie, also eine gewisse Asymmetrie, innerhalb der sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinder druckkurve, lässt eine Fehlfunktion, insbesondere ein nicht korrekt eingestelltes Einlassventil erkennen. Hierbei wird die adäquate Referenz durch ein bei fehlerfreiem Motor typischerweise vorliegendes Maß an Asymmetrie in der Zylinderdruckkurve gebildet.
Weiterhin ist die Analyseeinheit in einer Weiterbildung ausgebildet, basierend auf den Zylinderdruckdaten und auf einem vorbestimmten Hubvolumen des Zylinders der Brennkraftmaschine für mindestens zwei verschiedene Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine, einen symptomatischen aktuellen Polytropen-Exponent des Zylinders der Brennkraftmaschine zu bestimmen und dadurch zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt. Die adäquate Referenz ist in dieser Weiterbildung ein vorbestimmter Polytropen-Exponent des entsprechenden Zylinders, auf den die Analyseeinheit zugreifen kann. Der Polytropen-Exponent ist derjenige Exponent n, für den gilt p■ V" = const , wobei p der gemessene Zylinderdruck und V des spezifische Volumen des Gases in dem Zylinder sind. Der Polytropen-Exponent n ist gleich 1 für einen isothermen Prozess, gleich 0 für einen isobaren Prozess, und sehr groß für einen isochoren Prozess. Aus dem Wert des Zylinderdruckes bei zwei verschiedenen Schnittstellen kann direkt auf den vorliegenden Polytropen-Exponent geschlossen werden, wobei vorzugsweise als Stützstellen 100° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt sowie 64° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine gewählt werden. Unterscheidet sich der Polytropen-Exponent von dem vorbestimmten Polytropen-Exponent liegt ein Kompressionsfehler vor. Ein solcher Kompressionsfehler kann durch eine Fehlfunktion der Ventile und/oder des Kolbenringes des Zylinders verursacht werden.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einer Analyse eines durch den zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten gebildeten symptomatischen Druckverlaufsmusters zum Zeitpunkt eines Schließens eines Einlass- und/oder Auslassventils. Das Schließen des Einlass oder Auslassventils lässt sich durch charakteristische hochfrequente Zylinderdruckschwingungen bei einem jeweiligen vorbestimmten Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine feststellen. Fehlen eine solche hochfrequenten Zylinderdruckschwingungen, oder fällt sie deutlich geringer aus als dies typischerweise der Fall ist, kann auf ein falsch eingestelltes Einlassventil und/oder entsprechend auf ein falsch eingestelltes Auslassventil geschlossen werden. Insbesondere kann auf eine derartige falsche Einstellung geschlossen werden, falls eine stetige Zylinderdruckverlaufskurve aus den gemessenen Zylinderdruckdaten erhalten wird, die keine charakteristischen hochfrequenten Zylinderdruckschwingungen anzeigt. Derartige plötzliche Abweichungen von einem konstanten Druck, wie sie im Falle von fehlerfreien Ventilen vorliegt, können besonders gut automatisiert, insbesondere mittels eines Computers automatisiert, bestimmt werden. Weiterhin erlaubt die Brennkraftmaschine gemäß dieser Weiterbildung ein Feststellen, ob ein Defekt des Einlass- oder Auslassventils des entsprechenden Zylinders vorliegt. Weiterhin kann durch Lage und Größe der charakteristischen hochfrequenten Zylinderdruckschwingungen bei dem entsprechenden Kurbelwinkel auf ein Ventilspiel des jeweiligen Ventils des Zylinders geschlossen werden. So führt ein verringertes Ventilspiel dazu, dass ein Ventil früher öffnet und später schließt, im Vergleich zu einem nicht verringerten Ventilspiel. Aus der Lage der charakteristischen hochfrequenten Zylinderdruckschwingungen, kann bestimmt werden, ob ein vorliegendes Ventilspiel eines Ventils des Zylinders einem vor einem Betrieb des Zylinders vorbestimmten Ventilspiel entspricht. Weiterhin kann die Analyseeinheit zusätzlich zu dem Vorliegen einer Anomalie zusätzlich oder alternativ ein Ventilspiel für Einlass- und/oder Auslassventil des Zylinders ausgeben. Hierdurch kann eine durchzuführende Wartung besonders effektiv ausgeführt werden, da bereits Angaben zu dem vorliegenden Ventilspiel existieren. Insbesondere kann durch das Ermitteln einer Anomalie des Ventilspiels, also beispielsweise eines fehlerhaft großen Ventilspiels, eine präventive Wartung des entsprechenden Zylinders durchgeführt werden, ehe ein Schaden an dem Motor entstehen konnte.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, bei Vorliegen einer Anomalie zusätzlich eine Analyse eines durch den zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten gebildeten symptomatischen Druckverlaufsmusters zum Zeitpunkt eines Schließens eines Einlass- und/oder Auslassventils des Zylinders auszuführen und basierend darauf der Anomalie eine Anomalieursache zuzuordnen, insbesondere zu unterscheiden, ob ein Defekt eines Ventils oder eines Kolbenrings vorliegt. Bei festgestelltem Vorliegen einer Anomalie am Zylinder, liegt typischerweise ein mechanischer Defekt von einem der Ventile oder einem der Kolbenringe des Zylinders vor. Falls eine Anomalie an einem Zylinder festgestellt wurde, jedoch auch die für ein Schließen des Einlass oder Auslassventils typischen charakteristischen hochfrequenten Zylinderdruckschwingungen festgestellt wurden, kann daher auf einen mit großer Wahrscheinlichkeit vorliegenden Kolbenringdefekt geschlossen werden. Diese Weiterbildung erlaubte besonders vorteilhaft eine Unterscheidung zwischen zwei verschiedenen Fehlerursachen am Zylinder. Dies ermöglicht die Feststellung einer Anomalieursache, ohne dass hierfür ein Auseinanderbauen des Motors oder eine manuelle Untersuchung des Motors notwendig sind.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung liegt eine Kombination von mindestens zwei der beschriebenen Weiterbildungen vor. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine dabei ausgebildet, verschiedene Eigenschaften des zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten, also verschiedene Symptome durch die Analyseeinheit untersuchen zu können, so dass aufgrund mehrerer Symptome mit signifikanter verhältnismäßiger Größe auf einen Defekt und/oder eine Fehlfunktion eines Bauteils des Zylinders geschlossen werden kann. Insbesondere ist die Brennkraftmaschine in einer Weiterbildung ausgebildet, erst bei einem Vorliegen von mehreren Symptomen mit signifikanter verhältnismäßiger Größe das Vorliegen einer Anomalie zu bestätigen. Hierdurch können Fehler der Überwachungseinrichtung besonders zuverlässig vermieden werden.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist die Analyseeinheit ausgebildet, ein Ausgabesignal auszulösen, falls ein Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wird. Das Auslösen eines Ausgabesignals ermöglicht eine schnelle Reaktion auf die Anomalie, also auf ein Fehlverhalten des Zylinders, beispielsweise durch einen Hersteller und/oder Nutzer der Brennkraftmaschine. Hierdurch kann ein Folgeschaden an dem Zylinder vermieden werden.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Brennkraftmaschine zeigt die Analyseeinheit an, an welchem Zylinder aus der Anzahl von Zylindern das Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wurde. Hierdurch ist bereits bei Vorliegen des Ausgabesignals klar, welcher Zylinder im Rahmen einer Wartung repariert werden muss, und an wie vielen Zylindern ein Fehlverhalten, also eine Anomalie, vorliegt. Beispielsweise kann das Ausgabesignal anzeigen ob ein Zylinder der A-Seite oder ein Zylinder der B-Seite betroffen ist. Beispielsweise kann das Ausgabesignal weiter anzeigen, welcher Zylinder der A-Seite oder der B-Seite betroffen ist, wie etwa durch das Anzeigen der Information B6 für eine Anomalie an dem sechsten Zylinder der B- Seite des Motors. Vorzugsweise zeigt das Ausgabesignal weiterhin eine Motoridentifikationsnummer an, die eine Zuordnung des Ausgabesignals zu dem das Ausgabesignal auslösenden Motor ermöglicht. Hierdurch kann beispielsweise ein Hersteller der Brennkraftmaschine sofort die Anomalie, die für einen Motor festgestellt wurde, nach Art und Ausmaß angesichts des für den konkreten Motors vorliegenden Verwendungszwecks beurteilen, insbesondere beurteilen, ob ein Nutzer über die Fehlfunktion der Brennkraftmaschine informiert werden sollte.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung zeigt das Ausgabesignal neben dem Vorliegen der Anomalie auch eine Anomalieursache an, insbesondere ob ein Defekt eines Ventils oder eines Kolbenrings vorliegt. Die Brennkraftmaschine aus dieser Weiterbildung ermöglicht besonders vorteilhaft eine detaillierte Feststellung, welches Bauteil eines Zylinders im Rahmen einer Wartung repariert und/oder ausgetauscht werden muss. Hierdurch kann eine Wartung der Brennkraftmaschine besonders effektiv gestaltet werden. In einer bevorzugten Weiterbildung der Brennkraftmaschine weist die Überwachungseinrichtung weiterhin eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, ein Messen des Zylinderdrucks durch den jeweiligen Zylinderdrucksensor und/oder ein Ermitteln des Vorliegens einer Anomalie durch die Analyseeinheit in regelmäßigen zeitlichen Abständen auszulösen. Im Rahmen dieser Weiterbildung kann besonders vorteilhaft der Überwachungsaufwand durch den Nutzer und/oder Hersteller der Brennkraftmaschine reduziert werden. Insbesondere kann die Überwachung derart automatisiert werden, dass kein manuelles Auslösen einer Aktivierung der Überwachungseinrichtung notwendig ist. Die regelmäßigen zeitlichen Abstände sind typischerweise ein vorbestimmtes Zeitintervall, wie beispielsweise alle 10 Sekunden, alle 5 Minuten, jede Stunde, alle 2 Stunden. Die Überwachung des Zylinderdrucks eines jeden einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine kann dabei zu jedem Arbeitsspiel erfolgen. Weiterhin können die regelmäßigen zeitlichen Abstände durch ein den Motor betreffendes Ereignis gebildet werden, wie beispielsweise einen Start eines Betriebs der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine oder einem Beenden eines Betriebs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine .
In einer weiteren Weiterbildung weist die Brennkraftmaschine weiterhin eine Warnvorrichtung mit einer Sendeeinheit auf, wobei die Warnvorrichtung mit der Analyseeinheit verbunden ist und ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ein Ausgabesignal zu erzeugen und über die Sendeeinheit auszugeben, insbesondere an ein externes Überwachungsgerät eines Herstellers und/oder eines Nutzers der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise stellt die Überwachung der Brennkraftmaschine durch die Überwachungseinrichtung mithilfe des externen Überwachungsgeräts eine Serviceleistung des Herstellers dar, der den Nutzer der Brennkraftmaschine gegebenenfalls informieren kann, falls eine erhebliche Fehlfunktion des Zylinders der Brennkraftmaschine vorliegt. Das Ausgabesignal kann insbesondere ein optisches oder akustisches Ausgabesignal sein.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine weist das Verfahren weiterhin ein Berechnen einer aktuellen Zylinderdruckkurve mit aktuellen Zylinderdruckkurven- Koeffizienten aus diskreten Werten des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten des Zylinders auf, wobei das Ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, auf der aktuellen Zylinderdruckkurve basiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verfahren weiterhin den zusätzlichen Schritt eines Auslösens eines Ausgabesignals auf, falls ein Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wird.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert das Ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, auf vorbestimmten Soll-Druckdaten als adäquate Referenz, insbesondere auf einer vorbestimmten Soll-Druckverlaufskurve.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
FIG. 1 eine Illustration eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine, wobei eine Überwachungseinrichtung der
Brennkraftmaschine eine Analyseeinheit und für jeden Zylinder des Motors einen
Zylinderdrucksensor aufweist;
FIG. 2a ein erstes Diagramm mit drei Zylinderdruckkurven und vier durch die
Zylinderdruckkurven dargestellte Symptome;
FIG. 2b ein zweites Diagramm mit drei Zylinderdruckkurven und zwei durch die
Zylinderdruckkurven dargestellte Symptome;
FIG. 2c ein drittes Diagramm mit zwei Zylinderdruckkurven und zwei durch die
Zylinderdruckkurven dargestellte Symptome;
FIG. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
FIG. 1 zeigt eine Illustration eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100, wobei eine Überwachungseinrichtung 120 der Brennkraftmaschine 100 eine Analyseeinheit 140 und für jeden Zylinder 115 des Motors 110 einen Zylinderdrucksensor 130 aufweist.
Die Überwachungseinrichtung 120 weist entsprechend der Anzahl von Zylindern 115 eine Anzahl von Zylinderdrucksensoren 130 auf, wobei jedem Zylinder aus der Anzahl von Zylindern 115 ein jeweiliger Zylinderdrucksensor 130 zugeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jedoch nur ein einziger Zylinderdrucksensor 130 dargestellt. Der zugeordnete Zylinderdrucksensor 130 ist an dem jeweiligen Zylinder 115 der Brennkraftmaschine 100 angeordnet und ausgebildet, einen Zylinderdruck des jeweiligen Zylinders 115 zu messen, dem Zylinderdruck entsprechende Zylinderdruckdaten zu bestimmen und ein die Zylinderdruckdaten anzeigendes jeweiliges Zylinderdrucksignal 135 auszugeben.
Die Analyseeinheit 140 der Überwachungseinrichtung 120 ist ausgebildet das jeweilige Zylinderdrucksignal 135 zu empfangen, insbesondere das einem jeweiligen Zylinder 115 zugeordnete Zylinderdrucksignal 135 zu empfangen. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine mehr als eine Analyseeinheit auf, beispielsweise eine erste Analyseeinheit für eine A-Seite des Motors und eine zweite Analyseeinheit für eine B-Seite des Motors.
Weiterhin ist die Analyseeinheit 140 ausgebildet, aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten des jeweiligen Zylinders zylinderindividuell zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt. Insbesondere ist die Analyseeinheit 140 ausgebildet, zylinderindividuell zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks während einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders im Betrieb des Motors vorliegt. Diese Ermittlung erfolgt für jedes der von den einzelnen Zylinderdrucksensoren 130 ausgegebenen Zy linder drucksignale 135. Hierbei können die einzelnen Zylinder drucksignale 135 nacheinander oder parallel zueinander ausgewertet werden. Die Anomalie ist hierbei als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom bestimmbar. Die Analyseeinheit des dargestellten Ausführungsbeispiels ist ausgebildet, aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten eine gemessene Abhängigkeit zwischen Zylinderdruck und Kurbelwinkel des jeweiligen Zylinders zu ermitteln und einzelne Merkmale dieser gemessenen Abhängigkeit als Symptom zu untersuchen. Im Rahmen einer solchen Untersuchung wird das Symptom mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten in Beziehung gesetzt, insbesondere verglichen. Liegt eine signifikante verhältnismäßige Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten Referenz vor, also wird ein Unterschied zwischen dem Symptom und der adäquaten Referenz festgestellt, die während eines fehlerfreien Betriebs des Motors nicht wahrscheinlich ist, wird auf das Vorliegen der Anomalien, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen. Beispiele für verschiedene Symptome und adäquate Referenzen, die auf das Vorliegen einer Anomalie schließen lassen, sind im Rahmen von FIG. 2a, 2b und 2c vorgestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Überwachungseinrichtung 120 weiterhin eine Speichereinheit 150 auf, die mit der Analyseeinheit 140 verbunden ist und ausgebildet ist, vorbestimmte Soll- Druckdaten zu speichern, die eine Soll-Druckverlaufskurve des Motors 110 kennzeichnen.
Die Analyseeinheit 140 ist ausgebildet, auf die vorbestimmten Soll-Druckdaten zuzugreifen und die vorbestimmten Soll-Druckdaten für einen Vergleich mit den gemessenen Zylinderdruckdaten zu nutzen. Bei der Untersuchung einiger Symptome nutzt die Analyseeinheit 140 die vorbestimmten Soll-Druckdaten als adäquate Referenz für den Vergleich des Symptoms und in diesem Rahmen für eine Bestimmung der signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Analyseeinheit 140 zusätzlich ausgebildet, aus diskreten Werten des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten des Zylinders 115 eine aktuelle Zylinderdruckkurve mit aktuellen Zylinderdruckkurven-Koeffizienten zu berechnen und basierend auf der aktuellen Zylinderdruckkurve zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die auf der Speichereinheit gespeicherten vorbestimmten Soll-Druckdaten Daten, die vor einem Betrieb der Brennkraftmaschine 100 der Speichereinheit 150 zugeführt wurden. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Analyseeinheit 140 weiterhin ausgebildet, aus zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten Zylinderdruckdaten während eines fehlerfreien Betriebs des Motors 110 eine Soll- Druckverlaufskurve des Motors 110 zu bestimmen und an die Speichereinheit 150 auszugeben. Schließlich weist die Brennkraftmaschine 100 eine Warnvorrichtung 160 mit einer Sendeeinheit 170 auf. Die Warnvorrichtung ist mit der Analyseeinheit 140 verbunden und ausgebildet, bei Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ein Ausgabesignal 145 zu erzeugen und über die Sendeeinheit 170 auszugeben. Insbesondere wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Ausgabesignal 145 an ein externes Überwachungsgerät 180 eines Herstellers der Brennkraftmaschine 100 ausgegeben. Im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt das Ausgabesignal 145 an, an welchem Zylinder 115 aus der Anzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine 100 das Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wurde. Weiterhin wird durch das Ausgabesignal 145 eine Motoridentifikationsnummer angezeigt, die eine Zuordnung des Ausgabesignals 145 zu einem das Ausgabesignal 145 auslösenden Motor 110 ermöglicht. Weiterhin zeigt das Ausgabesignal 145 an, ob ein Defekt eines Ventils oder eines Kolbenrings des entsprechenden Zylinders 115 vorliegt, falls eine solche Feststellung durch die Analyseeinheit 140 angesichts des die Anomalie anzeigenden Symptoms getroffen wurde.
Das Ausgabesignal 145 löst einen Eintrag innerhalb einer Datenbank 185 des externen Überwachungsgeräts 180 aus, durch den der Hersteller der Brennkraftmaschine 100 informiert wird, dass einer Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt. Der Hersteller kann daraufhin den Nutzer der Brennkraftmaschine informieren und eine Wartung der Brennkraftmaschine 100 durchführen. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung weiter ausgebildet, das Ausgabesignal an den Nutzer der Brennkraftmaschine auszugeben. Hierdurch kann der Nutzer besonders schnell einen Betrieb der Brennkraftmaschine einstellen, um einen weiteren Schaden der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 100 eine Steuereinheit 190 auf, die ausgebildet ist, ein Messen des Zylinderdrucks durch den jeweiligen Zylinderdrucksensor 130 in regelmäßigen zeitlichen Abständen auszulösen, insbesondere für jeden Zylinderdrucksensor 130 auszulösen. Hierdurch kann ein Aufwand der Überwachung der Brennkraftmaschine 100 für den Nutzer in besonderem Maße reduziert werden. Insbesondere kann auf ein manuelles Auslösen einer Aktivierung der Überwachungseinrichtung 120 gänzlich verzichtet werden.
FIG. 2a zeigt ein erstes Diagramm 200 mit drei Zylinderdruckkurven Kl, K2 und K3 und fünf durch die Zylinder druckkurven dargestellte Symptome. Auf der x- Achse 210 des ersten Diagramms 200 ist der Kurbelwinkel KW von -360° bis 360° dargestellt, wobei 0° den oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine, an der die Zylinderdruckkurven gemessen wurden, darstellt. Über der y-Achse 220 des ersten Diagramms 200 ist ein gemessener Zylinderdruck in bar dargestellt. Für einen fehlerfreien Motor mit funktionierendem Ventil und 0,3 mm Ventilspiel am Einlassventil wurde die Kurve Kl gemessen, die einen höchsten maximalen Zylinderdruck pl max bei 0° Kurbelwinkel KWl max zeigt. Die Kurve K2 wurde für einen Zylinder mit einem Einlassventil, das derart eingestellt war, dass es im geschlossenen Zustand 1 mm geöffnet war, gemessen, die einen verringerten maximalen Zylinderdruck p2_max zeigt, der bei ca. 25° Kurbelwinkel KW2_max vor dem Totpunkt der Brennkraftmaschine liegt. Schließlich wurde die Zylinderdruckkurve K3 für einen Zylinder mit einem Einlassventil , das derart eingestellt war, dass es im geschlossenen Zustand 2 mm geöffnet war, gemessen, die einen weiter verringerten maximalen Zylinderdruck p3_max zeigt, der bei ca. 35° Kurbelwinkel KW3_max vor dem Totpunkt der Brennkraftmaschine liegt, und folglich weiter verschoben ist gegenüber Kl als der Kurbelwinkel des maximalen Zylinderdrucks der Kurve K2.
Der maximale Zylinderdruck pl max, p2_max, p3_max des durch einen Zylinderdrucksensor untersuchten Zylinders stellt ein Symptom dar, durch das auf das Vorliegen einer Anomalie, also einer Fehlfunktion des Motors, geschlossen werden kann. So zeigt ein sinkender maximaler Zylinderdruck p2_max, p3_max gemäß den Kurven K2 und K3 eine signifikant verhältnismäßige Größe des maximalen Zylinderdrucks im Vergleich zu einem maximalen Zylinderdrucks bei fehlerfreiem Zylinder, wie in Kl dargestellt. Die Analyseeinheit ist hierbei dazu ausgebildet, aufgrund der großen Differenz zwischen dem maximalen Zylinderdruck der in Kurve Kl erreicht wird und den maximalen Zylinder drücken, die in den Kurven K2 und K3 erreicht werden, auf das Vorliegen einer Anomalie, insbesondere auf das Vorliegen einer Fehlfunktion eines Einlassventils des Zylinders zu schließen und anzuzeigen.
Weiterhin zeigt das Verschieben des Kurbelwinkels KWl_max, KW2_max, KW3_max, an dem der maximale Zylinderdruck erreicht wird, angesichts der Kurven Kl, K2 und K3, dass eine Fehlfunktion des Einlassventils vorliegt. Der Kurbelwinkel, der bei maximalem Zylinderdruck erreicht wird, stellt in diesem Sinne ein Symptom dar, das mit einer adäquaten Referenz für den Kurbelwinkel bei maximalem Zylinderdruck verglichen werden muss, um das Vorliegen einer Anomalie, also einer Fehlfunktion des Motors feststellen zu können.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Untersuchung des maximalen Zylinderdrucks zeigt auch der jeweils indizierte Mitteldruck der Kurven Kl, K2 und K3, dass eine Fehlfunktion eines Ventils vorliegt, da der indizierte Mitteldruck der Kurven K2 und K3 deutlich unterhalb eines indizierten Mitteldrucks eines fehlerfreien Zylinders gemäß Kurve Kl liegt.
Die Kurve Kl zeigt einen zeitlichen Verlauf typischer Zylinderdruckdaten im Rahmen eines fehlerfreien Betriebs einer Brennkraftmaschine. Daher kann die Kurve Kl als Soll- Druckverlaufskurve des Motors oder von Motoren mit vergleichbaren Betriebsparametern genutzt werden, um bei deutlicher Abweichung zu der Kurve Kl auf das Vorliegen einer Anomalie schließen zu können. Ob eine deutliche Abweichung oder Differenz zu den Zylinderdruckdaten der Kurve Kl vorliegt, wird insbesondere im Kurbelwinkel-Bereich einer erhöhten Kompression, also eines erhöhten Zylinderdrucks untersucht. So kann die Form der durch die gemessenen Zylinderdruckdaten erhaltenen Zylinderdruckkurve ein Symptom sein, das man mit einer Soll-Druckverlaufskurve gemäß Kl als adäquate Referenz vergleicht. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise durch ein Ermitteln der Fläche zwischen beiden Kurven erfolgen.
Weiterhin können charakteristische hochfrequente Zylinderdruckschwingungen bei einem Kurbelwinkel, von dem bekannt ist, dass das Auslassventil an diesem Kurbelwinkel schließt, ein funktionsfähiges Auslassventil anzeigen. So zeigen Kl, K2 und K3 in einem in FIG. 2a dargestellten Diagrammausschnitt 230 ein deutliches Verringern des gemessenen Zylinderdrucks um mehr als 0,2 bar an dem vorbestimmten Kurbelwinkel KW AV von -350° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine, wodurch auf ein funktionsfähiges Auslassventil geschlossen werden kann.
FIG. 2b zeigt ein zweites Diagramm 250 mit den drei Zylinderdruckkurven Kl, K2 und K3 und zwei durch die Zylinderdruckkurven dargestellte Symptome.
Das zweite Diagramm 250 mit der x- Achse 210 und der y- Achse 220 zeigte wiederum die gleichen Kurven Kl, K2 und K3, wobei die x-Achse 210 des zweiten Diagramms 250 den Kurbelwinkel zwischen -200° Kurbelwinkel und 200° Kurbelwinkel anzeigt.
FIG. 2b macht deutlich, dass ein weiteres Symptom ein Grad an Symmetrie von einlaufender und auslaufender Flanke um den oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine darstellt. Während die Kurve Kl nahezu perfekt symmetrisch um den oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine ist (dargestellt durch eine Symmetrieachse 260), zeigen die Kurven K2 und K3 einen hohen Grad an Asymmetrie bezüglich dargestellter potentieller Symmetrieachsen 262, 264, der auf eine Fehlfunktion eines Ventils des Zylinders schließen lässt. Während eine gewisse Asymmetrie im Rahmen baulicher Ungenauigkeiten stets anzutreffen ist, geht im Rahmen einer Fehlfunktion des überwachten Zylinders die Symmetrie in einem signifikanten unverhältnismäßigen Maße verloren, verglichen mit einer baulich bedingten Asymmetrie als adäquate Referenz.
Weiterhin können charakteristische hochfrequente Zylinderdruckschwingungen bei einem Kurbelwinkel KW EV, von dem bekannt ist, dass das Einlassventil an diesem Kurbelwinkel schließt, ein funktionsfähiges Einlassventil anzeigen. Ein dargestellter Diagrammausschnitt 270 des zweiten Diagramms 250 zeigt, dass lediglich die Kurve Kl, von der bekannt ist, dass das Einlassventil bei -184° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine schließt, ein deutliches sprunghaftes Absenken des Zylinderdruckes um mehr als 0,5 bar bei diesem Kurbelwinkel KW EV zeigt. Die Kurven K2 und K3 zeigen hingegen kein solches Absenken, so dass auf ein nicht fehlerfreies Schließen der Einlassventile der gemäß der Kurven K2 und K3 gemessenen Zylinder entschieden werden kann.
Aus der Form der Kurven, die sich bei einem Schließen der Einlass- und/oder Auslassventile der Zylinder des Motors ergeben, kann zusätzlich oder alternativ auf ein vorliegendes Ventilspiel der entsprechenden Ventile geschlossen werden. So zeigt die Kurve Kl ein Ventilspiel von 0,3 mm. Sollte ein Ventilspiel von 0 mm vorliegen oder nahe 0 mm, würde das Ventil dagegen immer früher öffnen und später schließen, was anhand der Kurve durch einen späteren Abfall des Zylinderdruckes erkennbar wäre. Mithin bildet eine Lage des charakteristischen Musters für das Schließen des Einlassventils und/oder des Auslassventils ein weiteres Symptom, durch das auf eine Anomalie, nämlich ein gegebenenfalls zu großes Ventilspiel, geschlossen werden kann.
FIG. 2c zeigt ein drittes Diagramm 280 mit der x- Achse 210 und der y- Achse 220, mit den zwei Zylinderdruckkurven K2 und K3 und zwei durch die Zylinderdruckkurven dargestellte Symptome.
Das dritte Diagramm 280 zeigte die Kurven K2 und K3, die bereits aus dem ersten und zweiten Diagramm bekannt sind. Als weiteres Symptom für ein fehlerhaft funktionierendes Einlassventil zeigen die Kurven K2 und K3 einen sprunghaften Anstieg einer Krümmung, der sich in einem jeweiligen Knick 284, 288 der gemessenen Zylinderdruckkurve bemerkbar macht. Die Kurve K2 zeigt diesen Knick 284 bei etwa 10° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt. Die Kurve K3 zeigt diesen Knick 288 bei etwa -15° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt jedoch auf einer auslaufenden Flanke der entsprechenden Zylinder druckkurve.
Ein derartiger Knick 284, 288 und/oder ein Verschieben des Knickes 284, 288 im Laufe der Zeit zu niedrigeren Kurbelwinkel, stellt ein Symptom dar, durch das auf das Vorliegen einer Anomalie, nämlich eines fehlerhaften Zylinderventils, geschlossen werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann eine Anomalie des Zylinderdrucks auch basierend darauf ermittelt werden, dass ein minimaler Zylinderdruck p2_min, p3_min nach einem Erreichen eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einem die adäquate Referenz bildenden minimalen Zylinderdruck vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine verringert ist. Die Kurve K2 zeigt eine deutliche Verringerung des minimalen Zylinderdrucks p2_min im Vergleich zu einem minimalen Zylinderdrucks vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine. K3 lässt einen derart verringerten minimalen Zylinderdrucks p3_min ebenfalls erkennen.
Vorzugsweise ist die Analyseeinheit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgebildet, verschiedene Symptome einer aktuellen sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinderdruckkurve durch einen Vergleich mit einer adäquaten Referenz auszuwerten. Durch verschiedene Anzeichen einer Anomalie, nämlich mehrere Symptome, die eine signifikante verhältnismäßige Größe im Vergleich zu einer adäquaten Referenz aufweisen, kann diese Anomalie besonders verlässlich angezeigt werden.
FIG. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 300.
Das erfindungsgemäße Verfahren 300 zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von Zylindern weist die im Folgenden erläuterten vier Verfahrensschritte 310, 320, 330, 340 auf. Ein erster Verfahrensschritt 310 umfasst ein Messen eines jeweiligen Zylinderdrucks für alle Zylinder der Brennkraftmaschine.
In einem nächsten Verfahrensschritt 320 werden entsprechende Zylinderdruckdaten bestimmt und ein die Zylinderdruckdaten anzeigendes Zylinderdrucksignal ausgegeben.
Ein darauffolgender Verfahrensschritt 330 umfasst ein Empfangen des jeweiligen Zylinderdrucksignals und ein zylinderindividuelles Ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, anhand eines zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten, wobei die Anomalie bestimmbar ist als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom, wobei das Symptom verglichen wird mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten, und wobei aus einer signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten Referenz auf das Vorliegen der Anomalie, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt 340 wird die ermittelte Anomalie einem Zylinder des Motors zugeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt die Verfahrensschritte 310, 320 und 330 vorzugsweise wiederholt in regelmäßigen zeitlichen Abständen aus, zumindest bis eine Anomalie ermittelt wird oder der Betrieb der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
Im Rahmen des letzten Verfahrensschrittes 340 wird vorzugsweise auch das Vorliegen der Anomalie zusammen mit dem zugeordneten Zylinder des Motors angezeigt. Dieses Anzeigen führt typischerweise zu einem Auslösen eines Ausgabesignals, durch das ein Hersteller und/oder ein Nutzer der Brennkraftmaschine darüber informiert werden, das eine präventive Wartung empfohlen wird, insbesondere zum Austauschen oder zur Wartung von Ventilen oder Kolbenringen des Motors.
BEZUGSZEICHENLISTE:
100 Brennkraftmaschine
110 Motor
115 Zylinder
120 Überwachungseinrichtung
130 Zylinderdrucksensor
135 Zy linder drucksignal
140 Analyseeinheit
145 Ausgabesignal
150 Speichereinheit
160 Warnvorrichtung
170 Sendeeinheit
180 externes Überwachungsgerät
185 Datenbank
190 Steuereinheit
200 erstes Diagramm
210 x-Achse
220 y-Achse
230 Diagrammausschnitt des ersten Diagramms
250 zweites Diagramm
260 Symmetrieachse
262, 264 potentielle Symmetrieachse
270 Diagrammausschnitt des zweiten Diagramms
280 drittes Diagramm
284, 288 Knick
300 Verfahren
310, 320, 330 Schritte des Verfahrens
340 pl max maximaler Zylinderdruck der Kurve Kl
p2_max maximaler Zylinderdruck der Kurve K2
p3_max maximaler Zylinderdruck der Kurve K3
p2_min minimaler Zylinderdruck nach oberen Totpunkt der Kurve K2 p3_min minimaler Zylinderdruck nach oberen Totpunkt der Kurve K3
K1, K2, K3 Zylinder druckkurve
KWl max Kurbelwinkel bei maximalem Zylinderdruck der Kurve Kl
KW2_max Kurbelwinkel bei maximalem Zylinderdruck der Kurve K2
KW3_max Kurbelwinkel bei maximalem Zylinderdruck der Kurve K3
KW AV vorbestimmter Kurbelwinkel für Schließen des Auslassventils
KW EV vorbestimmter Kurbelwinkel für Schließen des Einlassventils

Claims

ANSPRÜCHE
1. Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Motor (110) mit einer Anzahl von Zylindern (115) und eine Überwachungseinrichtung (120) zum Überwachen eines Betriebs der
Brennkraftmaschine (100), dadurch gekennzeichnet, dass
- für jeden Zylinder (115) aus der Anzahl von Zylindern ein jeweiliger Zy linder drucksensor (130) der Überwachungseinrichtung (120) an dem jeweiligen Zylinder (115) der Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist und ausgebildet ist, einen Zylinderdruck des jeweiligen Zylinders (115) zu messen, dem Zylinderdruck entsprechende Zylinderdruckdaten zu bestimmen und ein die Zylinderdruckdaten anzeigendes jeweiliges Zylinderdrucksignal (135) auszugeben;
- eine Analyseeinheit (140) der Überwachungseinrichtung (120) ausgebildet ist, das jeweilige Zylinderdrucksignal (135) zu empfangen und aus einem zeitlichen Verlauf der
Zylinderdruckdaten des jeweiligen Zylinders (115) zylinderindividuell für jeden Zylinder zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, insbesondere ob eine Anomalie des
Zylinderdrucks während einer Kompressionsphase des jeweiligen Zylinders (115) im Betrieb des
Motors (110) vorliegt, wobei
die Anomalie bestimmbar ist als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom,
das Symptom verglichen wird mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten, und aus einer signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten
Referenz auf das Vorliegen der Anomalie, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen wird, und wobei
die Analyseeinheit (140) weiter ausgebildet ist, die Anomalie dem jeweiligen Zylinder (115) des Motors (110) zuzuordnen.
2. Brennkraftmaschine (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) weiter ausgebildet ist, aus diskreten Werten des ermittelten zeitlichen
Verlaufs der Zylinderdruckdaten des Zylinders (115) eine aktuelle Zylinderdruckkurve (Kl, K2, K3) mit aktuellen Zylinderdruckkurven-Koeffizienten zu berechnen und basierend auf der aktuellen Zylinderdruckkurve (Kl, K2, K3) zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt.
3. Brennkraftmaschine (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Überwachungseinrichtung (120) weiterhin eine Speichereinheit (150) aufweist, die mit der Analyseeinheit (140) verbunden ist und die ausgebildet ist, vorbestimmte Soll-Druckdaten zu speichern, die eine Soll-Druckverlaufskurve des Motors (110) kennzeichnen, wobei
- die Analyseeinheit (140) weiterhin ausgebildet ist, auf die vorbestimmten Soll-Druckdaten zuzugreifen und die vorbestimmten Soll- Druckdaten als adäquate Referenz für den Vergleich des Symptoms zu nutzen.
4. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen maximalen Zylinderdruck des Zylinders im Vergleich zu einer die adäquate Referenz bildenden früheren Messung des Zylinderdrucks.
5. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verschiebung einer symptomatischen zeitlichen Lage eines maximalen Zylinderdrucks relativ zu einem die adäquate Referenz bildenden oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine hin zu einem negativen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine.
6. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen indizierten Mitteldrucks des Zylinders im Vergleich zu einer die adäquate Referenz bildenden früheren Messung des indizierten Mitteldrucks.
7. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer Verringerung eines symptomatischen minimalen Zylinderdrucks nach einem Erreichen eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einem die adäquate Referenz bildenden minimalen Zylinderdruck vor einem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine.
8. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einem Erkennen einer starken Vergrößerung einer symptomatischen Krümmung einer auslaufenden Flanke einer sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinderdruckkurve nach einem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine .
9. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, aus einer Verringerung eines symptomatischen Grades an Symmetrie einer sich aus dem zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten ergebenden Zylinderdruckkurve bezüglich eines oberen Totpunktes der Brennkraftmaschine zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt.
10. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) weiterhin ausgebildet ist, basierend auf den Zylinderdruckdaten und auf einem vorbestimmten Hubvolumen des Zylinders der Brennkraftmaschine für mindestens zwei verschiedene Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine, einen symptomatischen aktuellen Polytropen-Exponent des Zylinders der Brennkraftmaschine zu bestimmen und dadurch zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt.
11. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) ausgebildet ist, zu ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, basierend auf einer Analyse eines durch den zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten gebildeten symptomatischen Druckverlaufsmusters zum Zeitpunkt eines Schließens eines Einlass- und/oder Auslassventils.
12. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Anomalie zusätzlich eine Analyse eines durch den zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten gebildeten symptomatischen Druckverlaufsmusters zum Zeitpunkt eines Schließens eines Einlass- und/oder Auslassventils des Zylinders auszuführen und basierend darauf der Anomalie eine Anomalieursache zuzuordnen, insbesondere zu unterscheiden, ob ein Defekt eines Ventils oder eines Kolbenrings vorliegt.
13. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (140) dazu ausgebildet ist, ein Ausgabesignal (145) auszulösen, falls ein Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wird.
14. Brennkraftmaschine (100) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal (145) anzeigt, an welchem Zylinder aus der Anzahl von Zylindern das Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wurde.
15. Brennkraftmaschine (100) gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal (145) neben dem Vorliegen der Anomalie auch eine Anomalieursache anzeigt, insbesondere anzeigen, ob ein Defekt eines Ventils oder eines Kolbenrings vorliegt.
16. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (120) weiterhin eine Steuereinheit (190) aufweist, die ausgebildet ist, ein Messen des Zylinderdrucks durch den jeweiligen Zylinderdrucksensor (130) und/oder ein Ermitteln des Vorliegens einer Anomalie durch die Analyseeinheit in regelmäßigen zeitlichen Abständen auszulösen.
17. Brennkraftmaschine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine weiterhin eine Warnvorrichtung (160) mit einer Sendeeinheit (170) aufweist, wobei die Warnvorrichtung (160) mit der Analyseeinheit (140) verbunden ist und ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ein Ausgabesignal (145) zu erzeugen und über die Sendeeinheit auszugeben, insbesondere an ein externes Überwachungsgerät eines Herstellers und/oder eines Nutzers der Brennkraftmaschine auszugeben.
18. Verfahren (300) zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von Zylindern, insbesondere einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, aufweisend die Schritte:
- Messen eines jeweiligen Zylinderdrucks für alle Zylinder der Brennkraftmaschine; Bestimmen von entsprechenden Zylinderdruckdaten und Ausgeben eines die Zylinderdruckdaten anzeigenden Zylinderdrucksignals; - Empfangen des jeweiligen Zylinderdrucksignals und zylinderindividuelles Ermitteln ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, anhand eines zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten, wobei
die Anomalie bestimmbar ist als ein im zeitlichen Verlauf der Zylinderdruckdaten auftretendes Symptom,
das Symptom verglichen wird mit einer adäquaten Referenz der Zylinderdruckdaten, und aus einer signifikanten verhältnismäßigen Größe des Symptoms im Vergleich zur adäquaten Referenz auf das Vorliegen der Anomalie, insbesondere Ausmaß und Art der Anomalie, geschlossen wird, und - Zuordnen der ermittelten Anomalie zu einem Zylinder des Motors.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin ein Berechnen einer aktuellen Zylinderdruckkurve mit aktuellen Zylinderdruckkurven-Koeffizienten aus diskreten Werten des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Zylinderdruckdaten des Zylinders aufweist, und wobei das Ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, auf der aktuellen Zylinderdruckkurve basiert.
20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin ein Auslösen eines Ausgabesignals (145) aufweist, falls ein Vorliegen einer Anomalie des Zylinderdrucks ermittelt wird.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob eine Anomalie des Zylinderdrucks vorliegt, auf vorbestimmten Soll-Druckdaten als adäquate Referenz basiert, insbesondere auf einer vorbestimmten Soll-Druckverlaufskurve.
22. Software, die Programmmittel aufweist, mit einem Modul, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21 zu steuern.
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