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Title:
MEASUREMENT OF THE TORQUE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE ON THE BASIS OF THE BEARING FORCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/040251
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to economically and accurately measure the drive torque outputted by the engine (1) to the transmission and to the rest of the drive train by means of the drive shaft. To this end, the reaction forces occurring on the engine bearer during the output of a torque are determined. The measurement of said forces is carried out by force transducers (3) used as monitoring sensors which are conditioned for special requirements such as the measuring range, the temporal resolution, the force resolution, the precision, and the temperature range. Suitable force transducers are, for example, produced in industrial installations, inter alia, as load cells. The structure thereof is simple and generally based on strain gauges. The useful torque of an internal combustion engine is defined by the gas forces driving the engine. A whole series of other forces occur in an internal combustion engine however, which disturb the determination of the drive forces. These are mass forces which are caused by all types of acceleration e.g. by vehicle accelerations, by the condition of the road, by braking processes or by steering movements. It is thus necessary to use evaluation algorithms such as Fourier analysis with an adapted frequency filtration, inverse Fourier transformation, order analysis or cepstrum analysis, in order to identify the disturbances of the useful signal caused by the mass forces, and to eliminate said disturbances from the entire signal in order to obtain accurate values for the actual torque.

Inventors:
BEHR INGO (DE)
FISCHER ROLAND (DE)
HERBSTRITT DIRK (DE)
HOFFMANN KLAUS (DE)
KUNZ ANDREAS (DE)
THIESEN ULRICH-P (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/011049
Publication Date:
May 13, 2004
Filing Date:
October 07, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
BEHR INGO (DE)
FISCHER ROLAND (DE)
HERBSTRITT DIRK (DE)
HOFFMANN KLAUS (DE)
KUNZ ANDREAS (DE)
SEYER REINHARD (DE)
THIESEN ULRICH-P (DE)
International Classes:
G01J3/00; G01M15/00; G01M15/12; (IPC1-7): G01M15/00
Domestic Patent References:
WO2000017496A22000-03-30
Foreign References:
DE4123030C11992-09-17
US6021758A2000-02-08
US5400648A1995-03-28
Attorney, Agent or Firm:
Eschbach, Arnold (Intellectual Property Management IPM-C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes eines Verbren nungsmotors (1) mit mindestens einem Überwachungssensor (3) zur Messung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors, einem Drehzahlsensor (6) zur Synchronisation der Zündsig nale mit den Umdrehungen der Kurbelwelle, einem Zündgeber (10) zur Zündung des Gasgemisches in den Zylindern des Verbrennungsmotors, einem Signalprozessor (9) zu Erfassung und Abspeicherung der Meßsignale aus dem Überwachungssensor (3), dem Dreh zahlsensor (9) und dem Zündsignal des Zündgebers (10), einer Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßdaten aus Überwachungssensor (3), Drehzahlsensor (6) und Zündge ber (10), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrenschritt das Zeitsignal des Über wachungssensors (3) einer Fouriertransformation (FFT) un terzogen wird und in dem daraus resultierenden Fou rierspektrum die Frequenzen höherer Motorordnungen gedämpft oder herausgefiltert (log (FFT) werden, um ein bereinigtes Fourierspektrum zum erhalten, in einem weiteren Verfahrensschritt das bereinigte Fou rierspektrum in den Zeitraum in einen Drehmomentverlauf zu rücktransformiert wird (INV FFT) und mit einem Zündsignal mindestens eines Verbrennungszylinders synchronisiert wird, in einem weiteren Verfahrensschritt durch Mittelwertbil dung des rücktransformierten Drehmomentverlaufs das an der Kurbelwelle anliegende mittlere Drehmoment bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrenschritt durch eine Ord nungsanalyse des Fourierspektrums festgestellt wird im Fou rierspektrum an der halben Motorordnung eine signifikante Amplitude vorhanden ist und in einem weiteren Verfahrenschritt festgestellt wird, welches Drehmomentsignal welches Zylinders von einem Erwar tungswert signifikant abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrenschritt in einer Ausgabe einheit (11) ein Plot ausgegeben wird, der in graphischer Darstellung das bereinigte Fourierspektrum, das Zündsignal mindestens eines Zylinders, die Zündfolge des Verbrennungs motors und den rücktransformierten Drehmomentverlauf, syn chronisiert mit dem Zündsignal eines Zylinders, enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fourierspektrum durch logarithmisieren bereinigt wird und eine Cepstrumanalyse durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Überwachungssensors (3) vor Einspeisung in den Signalprozessor durch einen Frequenzfilter gefiltert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungssensor (3) ein Stützkraftsensor einge setzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungssensor (3) zwei Stützkraftsensoren in Differenzschaltung eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßdaten mit dem Signalprozessor (9) einteilig ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßda ten von dem Signalprozessor (9) separiert ist und mit dem Signalprozessor verbindbar ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störung des Verbrennungsmotors (1) angezeigt wird.
11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 10 zur Diagnose von Störungen in einem Verbrennungsmotor (1).
12. Verwendung des Verfahren nach Anspruch 11, zur Lokali sierung der Störung in einem Verbrennungsmotor (1).
13. Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes eines Verbren nungsmotors (1) mit mindestens einem Überwachungssensor (3) zur Messung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors, einem Drehzahlsensor (6) zur Synchronisation der Zündsig nale mit den Umdrehungen der Kurbelwelle, einem Zündgeber (10) zur Zündung des Gasgemisches in den Zylindern des Verbrennungsmotors, einem Signalprozessor (9) zu Erfassung und Abspeicherung der Meßsignale aus dem Überwachungssensor (3), dem Dreh zahlsensor (9) und dem Zündsignal des Zündgebers (10), einer Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßdaten aus Überwachungssensor (3), Drehzahlsensor (6) und Zündge ber (10), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das DrehmomentZeitsignal des Überwachungssensors (3) mit dem Zeitsignal des Überwa chungssensors synchronisiert wird, und in einem weiteren Verfahrensschritt die relativen Dreh moment Maxima des DrehmomentZeitsignals mit Hilfe der Zündfolge des Verbrennungsmotors den einzelnen Zylindern zugeordnet werden und jeweils mit einem Erwartungswert ver glichen werden und bei Unterschreiten des Erwartungswertes ein Hinweis auf eine Störung in demjenigen Zylinder, dessen Drehmoment den Erwartungswert nicht erreicht, gegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es durchgeführt wird, während sich der Verbrennungsmo tor im Leerlauf befindet.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Überwachungssensors (3) vor Einspeisung in den Signalprozessor durch einen Frequenzfilter gefiltert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungssensor (3) ein Stützkraftsensor einge setzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungssensor (3) zwei Stützkraftsensoren in Differenzschaltung eingesetzt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßdaten mit dem Signalprozessor (9) einteilig ausgebildet ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass, die Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Prozeßda ten von dem Signalprozessor (9) separiert ist und mit dem Signalprozessor verbindbar ist.
Description:
Messung des Drehmomentes eines Verbrennungsmotors aus den Lagerkräften Die Erfindung betrifft eine Methode das Drehmoment eines Verbrennungsmotors zu messen.

Aus der JP 55-078227 ist ein Stützkraftsensor zur Messung der Auflagerkräfte eines Verbrennungsmotors bekannt. Der Stütz- kraftsensor befindet sich in den Auflagern des Motorblocks zwischen Motorblock und Fahrzeugchassis. In den Auflagern wird der Motorblock mittels Vibrationsabsorbern elastisch ge- lagert und mittels Bolzen befestigt. Der Stützkraftsensor ist als Drucksensor ausgebildet und misst den Druck im Auflager.

Der Druck im Auflager wird bestimmt durch die Vorspannung der Bolzenverbindung und durch die Reaktionskräfte in den Aufla- gern aufgrund eines an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anliegenden Drehmomentes. Die Vorspannung liefert hierbei ein statisches Drucksignal, während der durch das anliegende Drehmoment im wesentlich dynamische Signalanteil mit dem Drehmoment positiv korreliert und schließlich auf das Drehmo- ment kalibriert werden kann. Dadurch wird eine Bestimmung des Drehmomentes aus den Auflagerkräften möglich. Die Ermittlung dynamischer Signalanteile ist mit einer Vorrichtung wie aus der JP 55-078227 nicht vorgesehen, vielmehr werden die dyna- mischen Anteile durch die Vibrationsabsorber, die in unmit- telbarer Nachbarschaft des Stützkraftsensors ebenfalls im Auflager angeordnet sind, zum großen Teil absorbiert.

Aus der DE 19545008 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von periodisch arbeitenden Maschinen zur Früherkennung von Maschinenveränderungen, bei dem mittels ei- nes Überwachungssensors maschinenspezifische Meßsignale er- fasst werden, die in einer Auswerteeinheit mittels einer Ord- nungsanalyse verarbeitet werden. Bei der Ordnungsanalyse wer- den die Meßsignale mittels Fouriertransformation in ein Spektrum aus mehreren Frequenzen umgewandelt, deren Vielfache mit den Umdrehungen der Maschine als Ordnungen bezeichnet werden. Im Fourierspektrum hat jede Ordnung eine Amplitude.

Aus der Veränderung der Amplituden bestimmter Frequenzen, bzw. der Abweichung von Amplituden bestimmter Frequenzen von einem Referenzspektrum, das aus dem fehlerfreien Betrieb der Maschinen gewonnen wurde, kann auf Störungszustände und Fehl- funktionen der Maschine geschlossen werden.

Der Einsatz der Ordnungsanalyse zur Drehmomentmessung an ei- ner Verbrennungsmaschine ist aus der DE 19545008 Al nicht be- kannt. Auch arbeitet die Ordnungsanalyse aus der DE 19545008 AI mit Referenzspektren und stellt lediglich die Abweichung der aktuellen Spektren von den Normspektren fest.

Ausgehend von dem vorbenannten Stand der Technik ergibt sich folgende Situation : Die grundlegende Verwendung von Stützkraftsensoren zur Dreh- momentmessung an Motoren ist bekannt. Es ist auch bekannt die Methoden der Ordnungsanalyse auf rotierende Maschinen anzu- wenden. Eine Drehmomentmessung, die so kostengünstig ist, daß sie an jedem individuellen Verbrennungsmotor installiert wer- den kann, und die für die Aufgabe der Leistungsüberwachung, der Motorregelung, der Zylinderdiagnose genau genug ist, steht nicht zur Verfügung. Die für diese Aufgabe und für an- dere Steuerungsvorgänge, z. B. die Schaltung von Getrieben, benutzten Schätzwerte des Drehmomentes stammen bisher aus Kennfeldern, die an Prüfständen ermittelt worden sind, und messen nicht die tatsächlichen Drehmoment-und Leistungswerte des individuellen Motors.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, eine Methode zur Dreh- momentmessung und zur Zylinderüberwachung vorzustellen, die mit jedem individuellen Motor anwendbar ist.

Die Lösung gelingt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 13. Weitere alternative Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung enthalten.

Zur kostengünstigen und genauen Messung des Antriebsmoments, das der Motor über die Antriebswelle an das Getriebe und den weiteren Antriebsstrang abgibt, werden die Reaktionskräfte bestimmt, die bei der Abgabe eines Drehmomentes am Motorlager auftreten. Die Messung dieser Kräfte erfolgt durch Kraftauf- nehmer als Überwachungssensoren,. welche für die speziellen Anforderungen wie Messbereich, Zeit-Auflösung, Kraft- Auflösung, Genauigkeit, Temperaturbereich konditioniert sind.

Geeignete Kraftaufnehmer werden z. B. in der Anlagentechnik u. a. als Wägezellen hergestellt. Ihr Aufbau ist einfach und beruht in den meisten Fällen auf Dehnungsmeßstreifen. Das Nutzdrehmoment eines Verbrennungsmotors wird durch die Gas- kräfte bestimmt, die den Motor antreiben. Es treten an einem Verbrennungsmotor jedoch noch eine ganze Reihe anderer Kräfte auf, die die Ermittlung der Antriebskräfte stören. Dies sind Massekräfte, die aus Beschleunigungen aller Art, z. B. hervor- gerufen durch Fahrzeugbeschleunigungen, durch den Straßenzu- stand, durch die Straßenführung, durch Bremsvorgänge oder durch Lenkbewegungen, entstehen. Es ist deshalb notwendig Auswertealgorithmen wie z. B. die Fourieranalyse mit geeigne- ter Frequenzfilterung oder eine Cepstrum Analyse einzusetzen um die durch die Massenkräfte bedingten Störungen des Nutz- signals zu erkennen und aus dem Gesamtsignal eliminieren zu können, um zutreffende Werte für das tatsächliche Drehmoment zu erhalten.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt : Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine um Störgrößen bereinigte Drehmomentbestimmung an Verbrennungsmotoren aus den Auflagerkräften. Es stellt somit ein kostengünstiges ver- fahren zur Drehmomentbestimmung an laufenden Verbrennungsmo- toren zur Verfügung, das an allen Motorenvarianten unverän- dert einsetzbar ist. Eingriffe in die Verbrennungsmotoren zur Anbringung von Sensoren und Signalleitungen, wie sie z. B. bei magnetostriktiven Drehmomentmessungen an Antriebswellen not- wendig sind, entfallen bei der Erfindung.

Die Methoden der Signalaufbereitung durch Ordnungsanalysen, Fast Fouriertransformationen oder Ceptstrumanalysen haben sich in der Vergangenheit bewährt und können heute als preis- werte Standardmodule erworben werden.

Aus der Ordnungsanalyse ergeben sich Frequenzspektren mit Hauptmaxima an ganzzahligen Vielfachen der jeweiligen Motor- ordnung. Die Amplitude der nullten Motorordnung ist hierbei ein Maß für das aktuelle Drehmoment der laufenden Maschine.

Im störungsfreien Betrieb eines Verbrennungsmotors sollten alle für den Betrieb des Verbrennungsmotors wesentlichen Vor- gänge wie Zündung oder Gaswechsel auf die Umdrehung der Kur- belwelle abgestimmt sein. Ein Maß für die Güte dieser Abstim- mung ist hierbei die Amplitude und die Halbwertsbreite des Hauptmaxima an der ersten Motorordnung. Die Amplitude sollte möglichst groß sein und die Halbwertsbreite möglichst klein.

Maxima im Frequenzspektrum an nicht ganzzahligen Vielfachen der Motorordnung, weisen auf nicht mit der Kurbelwelle syn- chronisierte Vorgänge im Verbrennungsmotor hin. Dies sind in der Regel Störungen oder Fehlfunktionen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb zusätzlich zur Erkennung von Fehlfunk- tionen eingesetzt werden. Ein Maxima im Frequenzspektrum an der halben Motorordnung deutet zum Beispiel bei einem Verbrennungsmotor auf eine Fehlzündung oder auf einen fehler- haften Gaswechsel, durch fehlerhaftes Öffnen oder fehlerhaf- tes Schließen der Ventile hin.

Durch Hinzuziehen der Zündfolge und der Zündzeitpunkte und durch Korrelation entweder des Original Zeitsignals oder des durch ein per Cepstrum Analyse gewonnenen Zeitsignals, also aus dem logarithmisierten Fourierspektrum vom Frequenzraum in den Zeitraum rücktransformierten Signals, gelingt eine Zylin- derdiagnose für jeden einzelnen Zylinder des Verbrennungsmo- tors.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung im folgenden an hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Dabei zeigen : Fig. 1 Eine Prinzipskizze mit den wichtigsten Elementen, die zur Durchführung der Erfindung benötigt werden ; Fig. 2 Eine Messdiagramm eines fehlerfrei arbeitenden 6- Zylinder Verbrennungsmotors ; Fig. 3 Ein Messdiagramm eines 6-Zylinder Verbrennungsmotors mit einer Störung im 2. Zylinder ; Fig. 4 Ein Messdiagramm eines 6-Zylinder Verbrennungsmotors mit einer Störung im 5. Zylinder.

Fig. 5 Eine Prinzipskizze mit den wichtigsten Elementen, zur Durchführung eines vereinfachten erfindungsgemäßen verfahrens Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor 1, der in mindestens zwei Auflagern 2a, 2b z. B. am Chassis eines Kraftfahrzeuges ver- bunden ist. In den Auflagern zwischen motorseitigem Befesti- gung und Chassis ist jeweils ein Druck-Spannungswandler 3 als Stützkraftsensor angebracht, der die Lagerkräfte aufnimmt, mit denen der Motor gegen das Chassis in Folge des Antriebs- momentes des Motors abgestützt wird. Das Antriebsmoment an der Kurbelwelle 4 ist durch einen Pfeil 5 symbolisiert. An der Kurbelwelle ist ein Drehzahl-Spannungswandler 6 in Form eines Kurbelwellensensors angeordnet.

Die Spannungssignale der Stützkraftsensoren werden mit einer Signalaufbereitung 72 erfasst und bearbeitet. Vorzugsweise werden dabei die beiden Signale in Differenzschaltung zuein- ander geschaltet, so daß sich gleichsinnige Signalanteile, die z. B. durch das Motorgewicht hervorgerufen werden, heraus- mitteln und sich gegensinnige Signalanteile, die besonders durch das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment hervorge- rufen werden, verstärken. Das aufbereitete Signal der beiden . Stützkraftsensoren wird digitalisiert und kann alternativ durch ein variables, digitales Frequenzfilter weiter bearbei- tet werden. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn wie in der realen Technik häufig üblich, lediglich eine end- liche Anzahl von Frequenzen betrachtet werden soll. Dann bie- tet sich z. B. ein Tiefpassfilter an, das hochfrequente Sig- nalanteile ausfiltert. Will man gezielte Störfrequenzen, de- ren Ursache man kennt herausfiltern bietet sich an, mittels Bandfiltern diese Störfrequenzen gezielt herauszufiltern.

Nach dem alternativen Filter wird das aufbereitete Differenz- signal der beiden Stützlastsensoren mit einem Signalprozessor 9 weiterverarbeitet. Der Signalprozessor kann z. B. ein digi- tales Oszilloskop sein. Das Signal des Drehmomentsensors wird ebenfalls in den Signalprozessor eingespeist. In dem Signal- prozessor wird der Signalverlauf des Differenzsignals in sei- ner zeitlichen Abfolge festgehalten und mit dem Signal des Kurbelwellensensors und dem Zündsignal des Zündverteilers o- der Zündgebers 10 synchronisiert. Die synchronisierten Zeit- verläufe aus Differenzsignal, Zündsignal und Kurbelwellensig- nal werden in einer Speichereinheit RAM festgehalten und ab- gespeichert.

Über Schnittstellen 11 können die im RAM des Signalprozessors abgespeicherten Zeitdiagramme ausgelesen werden und mit wei- teren elektronischen Prozessrechnern CPU sowie mit auf diesen weiteren Prozessrechnern laufenden Datenverarbeitungsprogram- men weiterverarbeitet und analysiert werden. Die weiteren e- lektronischen Prozessrechner können z. B. in einer Werkstatt in Form eines Personalcomputers, in Form eines zentralen Di- agnoserechners in einer Remote-Diagnosezentrale, in Form ei- nes im Fahrzeug integrierten Bordrechners oder zusammen mit dem Signalprozessor einteilig ausgebildet sein.

In dem weiteren Prozessrechner wird das zeitliche Differenz- signal der beiden Stützkraftsensoren mittels Fast- Fouriertransformation FFT in sein Frequenzspektrum transfor- miert. Das Frequenzspektrum seinerseits kann durch entweder durch gezieltes ausblenden einzelner Störfrequenzen, oder durch Logarithmisieren des Fourierspektrums log (FFT) weiter- verarbeitet werden. Insbesondere das Logarithmisieren ist im Zusammenhang mit einer späteren Rücktransformation in den Zeitraum von großer Bedeutung und unter dem Begriff Cepstrum Analyse oder einfach nur Cepstrum zu einem bekannten Verfah- ren der Datenverarbeitung im technischen Bereich geworden.

Das Logarithmisieren bietet den Vorteil, daß höhere Ordnungen der Oberschwingungen, die durch die Fouriertransformation er- zeugt wurden, und die in der Regel keine originäre, techni- sche Ursache haben herausfallen und so bei der Rücktransfor- mation InvFFT ein von hochfrequenten Störimpulsen und von Re- flexionssignalen bereinigtes Zeitsignal des Drehmomentver- laufs in Bezug auf eine Zeitachse und synchronisiert mit dem Zündsignal sowie synchronisiert mit dem Kurbelwellensignal gewonnen wird. Dieses Cepstrum kann auf herkömmlichen Ausga- begeräten 11 in graphischer Form visualisiert und ausgegeben werden.

Plots einer solchen Ausgabe sind in den Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 enthalten.

Fig. 2 zeigt einen Plot aufgenommen an einem störungsfrei ar- beitenden 6 Zylinder Reihenmotor. Das obere Diagramm zeigt den rücktransformierten Drehmomentverlauf an der Kurbelwelle.

Aufgetragen ist der Drehmomentverlauf über der Zeit. Die Zeitachse ist synchronisiert mit dem OT-Signal, für Oberer Totpunkt, des Kurbelwellensensors und mit dem Zündsignal für den ersten Zylinder. In das Drehmoment Diagramm sind ferner die Zündfolge des verwendeten 6-Zylinder Reihenmotors einge- tragen, der mit der Zündfolge 1,5, 3,6, 2,4 gezündet wird. An- hand des synchronisierten Zündsignals des ersten Zylinders lassen sich die einzelnen Drehmomentausschläge den verschie- denen Zylindern zuordnen. Im unteren Diagramm des Plots ist die überarbeitete Fourieranalyse des ursprünglichen Diffe- renzsignals aus den beiden Stützkraftsensoren aufgetragen.

Das Fourierspektrum wurde im höher frequente Ordnungen, die größer als die 4. Motorordnung sind bereinigt. Aus dem berei- nigten Fourierspektrum wurde durch Rücktransformation der Drehmomentverlauf des oberen Diagramms der Fig. 1 gewonnen.

Der aktuelle Mittelwert des Drehmoment ergibt sich durch Mit- telwertbildung des zeitlichen Drehmomentverlaufs. Der Mittel- wert des Drehmoment ist im Diagramm als strichpunktierte Li- nie eingetragen, und liegt bei dem aufgezeichneten Versuch bei 9 Nm.

Das Fourierspektrum wurde über der Motorordnung aufgetragen, also dem ganzzahligen Vielfachen einer kompletten Umdrehung der Kurbelwelle. Bei einem 6-Zylinder Motor entspricht die erste Motorordnung einem Drittel der Erregerfrequenz also, derjenigen Frequenz, mit der die Kurbelwelle angeregt wird.

Bei einem 6 Zylinder Viertakt Motor sind dies 3 Zündvorgänge pro Umdrehung der Kurbelwelle. Damit ist die erste Motorord- nung bei einem 6-Zylinder Viertakt Motor ein Drittel der Er- regerfrequenz. Die Amplitude der nullten Motorordnung im Fou- rierspektrum entspricht dann dem mittleren Drehmoment an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Die Amplitude der dritten Motorordnung ist ein Maß für die Summe der Gaskräfte die mit einem Drittel der Kurbelwellendrehzahl periodisch auf die Kurbelwelle einwirken. Das sind bei einem 6 Zylinder Viertakt Motor insbesondere drei Zündvorgänge pro Umdrehung. Die Höhe der Amplitude der dritten Motorordnung ist daher ein Maß da- für, wie viele periodische Vorgänge mit einer Periode von ei- nem Drittel der Kurbelwellenumdrehung an der Kurbelwelle stattfinden.

Diese Zusammenhänge werden nun bei der Erfindung genutzt um einerseits eine Drehmomentbestimmung durchzuführen und um zweitens den störungsfreien Betrieb des Verbrennungsmotors zu überwachen.

Die Drehmomentbestimmung erfolgt hierbei durch Mittelwertbil- dung des rücktransformierten Drehmomentverlaufs der um höhere Motorordnungen, insbesondere Motorordnungen größer 20, berei- nigten Fourierspektren des ursprünglichen Stützkraftsensors, für den Fall das nur ein Stützkraftsensor verwendet wird, o- der aus dem bereinigten Fourierspektrum des ursprünglichen Differenzsignals von zwei Stützkraftsensoren, wenn zwei Stützkraftsensoren verwendet werden, die in geeigneter Weise in Differenzschaltung zueinander geschaltet sind.

Alternativ kann die Drehmomentbestimmung auch durch Kalibrie- rung der Amplitude der nullten Motorordnung im Fou- rierspektrum erfolgen. Die nullte Motorordnung des Fou- rierspektrums enthält auch den Mittelwert der ursprünglichen Messsignale.

Figur 3 zeigt den Plot eines nach dem erfindungsgemäßen Ver- fahrens gewonnen Messprotokolls an einem 6 Zylinder Viertakt Motor mit einer Störung im zweiten Zylinder. In dem aufge- zeichneten Beispiel zündet der zweite Zylinder nicht. Das Beispiel der Figur 3 und Zusammenschau mit der Figur 2 ver- deutlicht, die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Motordiagnose. Periodisch auftretende Störungen die bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle auftreten, wie dies z. B. Zündaussetzer oder Gaswechselstörungen beim Viertaktmo- tor sind, zeigen sich im Fourierspektrum durch das Auftreten einer Amplitude in der halben Motorordnung. In Figur 3 wurde der Verbrennungsmotor im Leerkauf ohne Last bei 765 U/min mit einer Erregerfrequenz von 38,25 Hz betrieben. Die erste Motorordnung liegt dann bei 13 Hz. In dem Fourierspektrum sieht man im Unterschied zu dem Fourierspektrum der Fig. 2 das Auftreten der halben Motorordnung bei 6,5 Hz und deren O- berschwingungen. Eine Rücktransformation des Fourierspektrums in den Zeitraum ergibt den Drehmomentverlauf im oberen Teil des Plots. Durch Synchronisation des Drehmomentverlauf mit der Zündfolge für den ersten Zylinder und durch Abzählen der Zündfolge 1,5, 3,6, 2,4 wird der Fehler lokalisiert. In dem aufgezeigten Beispiel hat der Drehmomentverlauf des zweiten Zylinder keinen positiven Beitrag, d. h. er leistet keine po- sitiven Beitrag zu einem Antriebsarbeit. Die Absenkung des sechsten Zylinders ist durch die Rücktransformation aufgrund des fehlenden Ausschlages am zweiten Zylinder bedingt.

Figur'4 zeigt nochmals einen zweiten Plot, der mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren an einem 6 Zylinder Motor mit Zündaus- setzern am 5 Zylinder aufgenommen wurde. Wieder treten die Störungen im Fourierspektrum durch das Anwachsen der Amplitu- de an der halben Motorordnung zu Tage. Die Rücktransformation des Fourierspektrums in den Zeitraum ergibt den Drehmoment- verlauf, in dem durch Synchronisation des Drehmomentverlaufs mit dem Zündsignal und durch Berücksichtung der Zündfolge 1,5, 3,6, 2,4 durch Abzählen der Maxima beginnend mit dem auf den Zündimpuls folgenden ersten Peak für den ersten Zylinder, die Nummer des gestörten Zylinders festgestellt wird, als der derjenige Zylinder dessen Signal nicht den erwarteten Wert hat, bzw. dessen Signal fehlt. In dem Beispiel der Figur 4 ist dies der fünfte Zylinder.

Als allgemeine Regel für Viertaktmotoren ergibt sich, daß Störungen, die mit dem Arbeitsverfahren eines Viertaktmotors zusammenhängen, periodisch bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle auftreten. Durch Fourieranalyse des Signals eines Überwachungssensors am Motorblock, durch Ausblenden höherer Motorordnungen, insbesondere durch Ausblenden von Motorord- nungen größer 4, und durch anschließende Rücktransformation des bereinigten Fourierspektrums in den Zeitraum lassen sich Störungen im Arbeitsverfahren des Viertaktmotors auf den die Störung verursachenden Zylinder lokalisieren, indem im Fou- rierspektrum das Anwachsen der Amplitude in der halben Motor- ordnung festgestellt wird, als Maß für das Auftreten einer Störung und indem der rücktransformierte Drehmomentverlauf mit dem Zündsignal synchronisiert wird und durch Vergleich mit der Zündfolge des Verbrennungsmotors die Drehmomentmaxima des Drehmomentverlaufs den einzelnen Zylindern des Verbren- nungsmotors zugeordnet werden und die Abweichung des Drehmo- mentverlaufs eines Zylinders von dem Erwartungswert für die- sen Zylinder eine Störung in diesem Zylinder anzeigt. Außer- dem wird durch Mittelwertbildung aus dem Drehmomentverlauf o- der aus der nullten Motorordnung das an der Kurbelwelle an- liegende Motordrehmoment errechnet.

Für Zweitakt Motoren fallen Störungen, die mit dem ordnungs- gemäßen Betrieb hauptsächlich in Verbindung stehen, wie Gas- wechsel und Zündung bei jeder Kurbelwellenumdrehung einmal an. Störungen im ordnungsgemäßen Betrieb eines Zweitaktmotors treten daher in der ersten Motorordnung auf. Das Anwachsen der Amplitude in der ersten Motorordnung im Fourierspektrum ist bei Zweitaktmotoren deshalb ein Hinweis für eine Störung.

Das zuvor beschriebene Verfahren läuft hierbei Computerge- stützt ab. Sämtliche Prozeßschritte laufen automatisiert auf einem Rechner ab, in dem Software Applikationen die bezeich- neten Prozeßschritte durchführen. Als Ausgabe wird in einer Ausführungsform beispielsweise ein Plot wie er in den Figuren 2 bis 4 exemplarische gezeigt ist. Diese Ausgabeform wendet sich hauptsächlich an einen Diagnosetechniker.

Für den Fahrzeugführer ist eine wesentlich vereinfachte Aus- gabe in Form eines Hinweises auf einem Display im Fahrzeug vorgesehen. Nachdem das Diagnosesystem eine Störung nach Durchlaufen der zuvor bezeichneten Prozeßschritte festge- stellt hat, wird dem Fahrzeugführung eine Störung angezeigt, z. B. in der Form"Störung im 2. Zylinder, bitte Werkstatt aufsuchen.

In einer einfacheren Ausführungsform der Erfindung entspre- chend der Fig. 5, wird das Drehmoment-Zeitsignal, das aus dem Überwachungssensor in dem Signalprozessor abgespeichert wur- de, direkt ausgewertet. Hierzu werden die Maxima in dem Dreh- moment-Zeitsignal Verlauf bestimmt, und durch Abzählen und Synchronisieren mit dem Zündsignal sowie durch Abgleich mit der Zündfolge des Verbrennungsmotors den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors zugeordnet. Im nächsten Schritt werden die Drehmomentmaxima mit einem Erwatungswert verglichen, der in dem Zylinder mindestens erreicht werden sollte. Der Erwar- tungswert kann z. B. aus vorgelagerten Prüfstandversuchen für die Baureihe eines Verbrennungsmotors drehzahlabhängig im Leerlauf oder unter Last ermittelt werden und über der Dreh- zahl als Kennlinie des Motors bekannt und abgespeichert sein.

Diese Kennlinie kann z. B. im Speicher des elektronischen Pro- zessrechners CPU abgespeichert sein. Durch Vergleich des ab- gespeicherten Wertes aus der Kennlinie mit dem Maxima des ge- messenen Drehmoment-Zeitsignals wird in dem elektronischen Prozessrechner festgestellt, ob alle Zylinder den erwarteten Beitrag zum Gesamtdrehmoment liefern oder nicht. Fehlt der Beitrag eines Zylinders, weil dessen zugeordnetes Drehmoment- maxima aus dem Drehmoment-Zeitsignal zu gering ausfällt, wird in der Ausgabe des Prozessrechners für diesen Zylinder ein Hinweis einer Störung ausgegeben.

In einer alternativen Ausführungsform, die ohne abgespeicher- te Kennlinien für den drehzahlabhängigen Erwartungswert aus- kommt, wird der mindest zu erwartende Erwartungswert für den Drehmomentbeitrag eines jeden einzelnen Zylinders z. B. aus dem gemessenen Drehmoment-Zeitsignal durch Mittelwertbildung über das gemessene Drehmoment-Profil errechnet. Der Erwar- tungswert ist dann gleich dem integralen Mittelwert des Dreh- moment-Zeitsignal Verlaufs.