DE BRUIJN, Robbert, Josef, Henricus, Johannes (Mercuriusstraat 15, CR Venlo, NL-5914, NL)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungs- kraftmaschine (2), bei dem an mindestens einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine (2) mittels eines Messgliedes (6) Körperschallwellen erregende Ereignisse, die bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) hervorgerufen werden, erfasst und in Signale umgesetzt werden, wobei die Signale einer Auswerteeinheit (4) vorzugsweise eines Steuergerätes (5) zur Aufbereitung und Weiterbearbeitung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Messgliedes (6) Anlege- und / oder Kippvorgänge eines Kolbens (60) in einem Zylinder (62) der Verbrennungskraftmaschine (2) als Körperschallwellen erregende Ereignisse erfasst und in die Signale umgesetzt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Messgliedes (6) Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder (62) als Körperschall- wellen erregende Ereignisse erfasst und in die Signale umgesetzt werden. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern eine zwischen zwei aufeinander folgenden Ereignissen liegende Zeit ermittelt und mit einer Referenzzeit verglichen wird, um auf eine in einem Zylinder aussetzende Verbrennung zu schließen. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale eines Ll- bergangsbereiches von einem Ansaughub (52) zu einem Kompressionshub (54) des Kolbens (60), eines Übergangsbereiches von dem Kompressionshub (54) zu einem Expansionshub (56) des Kolbens (60) und eines Übergangsbereiches von dem Expansionshub 56 zu einem Ausschiebehub (58) des Kolbens (60) ausgewertet werden, in denen der Kolben (60) in dem Zylinder (62) entweder einen oberen Totpunkt (OT) oder einen unteren Totpunkt (UT) durchläuft, wobei eine dem Kompressionshub (54) zugeordnete Zeitdifferenz Δt«H zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen bestimmt und mit einer dem Expansionshub (56) zugeordneten Zeitdifferenz ΔtEH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen verglichen wird und wobei bei einer ge- genüber der Zeitdifferenz ΔtKH für den Kompressionshub (54) vergleichsweise signifikant längeren Zeitdifferenz ΔtEH für den Expansionshub (56) auf eine in dem Zylinder (62) nicht erfolgte Verbrennung geschlossen wird. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale eines Übergangsbereiches von einem Kompressionshub (54) zu einem Expansionshub (56) des Kolbens (60) und eines Übergangsbereiches von dem Expansionshub (56) zu einem Ausschiebehub (58) des Kolbens (60) ausgewertet werden, in denen der Kolben (60) in dem Zylinder (62) entweder einen oberen Totpunkt (OT) oder einen unteren Totpunkt (UT) durchläuft, wobei eine dem Expansionshub (56) des Kolbens (60) zugeordnete Zeitdifferenz ΔtEH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen bestimmt und mit einer vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegten, betriebspunktabhängigen Referenzzeit tref verglichen wird, um auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder (62) zu schlie- ßen, wobei auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder (62) geschlossen wird, sofern die Zeitdifferenz ΔtEH die Referenzzeit tref übertrifft. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle der Verbrennungskraftmaschine je- weils ein Messglied (6, 8) zur Erfassung von Körperschallwellen verwendet wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Anzahl von Stellen der Verbrennungskraftmaschine (2) entsprechend einer Anzahl von Zylindern (62) der Verbrennungskraftmaschine (2) jeweils ein Mess- glied (6) verwendet wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Messglied (6, 8) ein piezoelektrischer Sensor verwendet wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Messglied (6, 8) ein Klopfsensor verwendet wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (6, 8) und die Auswerteeinheit (4) ergänzend zu einem Drehzahlsensor verwendet werden, dessen elektrische Signale in einer separaten Auswerteeinheit zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern aufbereitet und weiterverarbeitet werden. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Drehzahlsen- sor ein Induktivgeber in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad verwendet wird. 12. Steuergerät (5) für zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (2), mit mindestens einer Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels eines Messgliedes (6) erzeugten Signalen, die zu erfassten Körperschall erregenden Ereignissen korrespondieren, die mit einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) einhergehen, wobei in der Auswerteeinheit (4) ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern der Verbrennungskraftmaschine (2) hinterlegt ist, bei dem die mittels des Messgliedes (6) erzeugten Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu erfassten Anlege- und / oder Kippvorgängen eines Kolbens (60) in einem Zylinder (62) der Verbrennungskraftmaschine (2) korrespondieren, die Körperschallwellen erregen, und wobei die Auswerteeinheit (4) mit dem Messglied (6) zur Erfassung von Körperschall erregenden Ereignissen verbindbar ist. 13. Steuergerät (5) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren mittels des Messgliedes (6) erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder (62) korrespondieren, die Körperschallwellen erregen. 14. Steuergerät (5) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von Signalen, die zu Körperschall erregenden Ereignissen korrespondieren, und eine zweite Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels eines Dreh- zahlsensors erzeugten elektrischen Signalen, die zu Drehzahlereignissen korrespondieren, vorgesehen sind, wobei die erste Auswerteeinheit (4) mit dem Messglied (6) zur Erfassung der Körperschall erregenden Ereignisse verbindbar ist, während die zweite Auswerteeinheit mit dem Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahlereignisse verbindbar ist. 15. Verbrennungskraftmaschine (2) mit zumindest einem Messglied (6) zur Erfassung von Körperschallwellen erregenden Ereignissen an einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine (2) und zur Umsetzung der Ereignisse in Signale und zumindest einem Steuergerät (5) mit zumindest einer Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung der mittels des Messgliedes (6) erzeugten Sig- nale, wobei in der Auswerteeinheit ein Verfahren hinterlegt ist, bei dem die mittels des Messgliedes (6) erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu erfassten Anlege- und / oder Kippvorgängen eines Kolbens (60) in einem Zylinder (62) der Verbrennungskraftmaschine (2) korrespondieren, die Körperschallwellen erregen, und wobei die Auswerteeinheit (4) mit dem Messglied (6) verbunden ist. 16. Verbrennungskraftmaschine (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit ein Verfahren hinterlegt ist, bei dem die mittels des Messgliedes (6) erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder (62) korrespondieren, die Körperschallwellen erregen. 17. Verbrennungskraftmaschine (2) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (6) als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet ist. 18. Verbrennungskraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (6) als ein Klopfsensor ausgebildet ist. 19. Verbrennungskraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Steuergerät (5) umfasst: eine erste Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels des Messgliedes (6) erzeugten Signalen, die zu Körperschallwellen erregenden Ereignissen korrespondieren, wobei die erste Auswerteeinheit (4) mit dem Mess- glied (6) verbunden ist, und eine zweite Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels eines Drehzahlsensors erzeugten elektrischen Signalen, die zu Drehzahlereignissen korrespondieren. 20. Verbrennungskraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (2) einen Drehzahlsensor zur Erfassung von Drehzahlereignissen umfasst, der mit der zweiten Auswerteeinheit verbunden ist. 21. Verbrennungskraftmaschine (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor als ein Induktivgeber mit einem zugeordneten Geberrad ausgebildet ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungskraftmaschine, ein Steuergerät für eine Verbrennungskraftmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine.
Eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungskraftmaschine gehört heutzutage zu einem Grundumfang eines Diagnosesystems, das in ein Motorsteuergerät eines Fahrzeugs integriert ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem so genannten "On-Board-Diagnose-System". Die Verbrennungsaussetzer werden dabei entsprechend einer gesetzlichen Forderung in dem gesamten LasWDrehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine oberhalb einer so genannten Nulllastlinie und oberhalb eines gewissen Bereiches erkannt, der repräsentativ für hohe Drehzahlen und geringe Lasten ist und in dem die Erkennung von Verbrennungsaussetzern schwierig oder gar unmöglich ist. Bereits geringe Aussetzerraten, etwa in einem von mehreren Zylindern der Verbrennungskraftmaschine, führen zu einer Verschlechterung von Abgasemissionen. Hohe Aussetzerraten hingegen, etwa Daueraussetzer oder Mehrfachaussetzer in demselben ZyMn- der, führen darüber hinaus auch zu einer Schädigung eines Katalysators, der in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, da Nachverbrennungen von unverbranntem Kraftstoff im Katalysator zu einer Überschreitung einer für den Katalysator kritischen Temperatur führen, wodurch der Katalysator zerstört wird.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Zum einen ist es bekannt, Drehzahlschwankungen einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Induktivgebers in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad auszuwerten, das beispielsweise an der Kurbelwelle angeordnet ist. Als günstig hat sich dabei eine Anordnung des Geberrades an einem mit der Kurbelwelle verbundenen Schwungrad erwiesen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Druckschrift DE 196 22 448 A1 verwiesen, aus der ein solches Verfahren bekannt ist, bei dem ein auf einzelne Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bezogenes Maß für eine Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine gebildet und mit einem betriebspunktabhängigen Referenzwert verglichen wird. Zur Ermittlung des Maßes für die Laufunruhe wird das Geberrad in gleich große Winkelsegmente unterteilt, die den jeweiligen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet werden. Das Geberrad kann dabei beispielsweise 60-2 oder 30-2 Zähne umfas- sen, über die eine Unterteilung in die Winkelsegmente vorgenommen wird. Unter Berücksichtigung der Umstandes, dass die Kurbelwelle während eines Arbeitsspiels zwei volle Umdrehungen vollführt, entsprechen beispielsweise bei einem Vier-Zylinder Motor im Zusammenhang mit dem 60-2 Zähne umfassenden Geberrad 30 Zähne einem Winkelsegment von 180°, d.h. 720° / Zylinderzahl, dem zwei Zylinder der insgesamt vier Zylinder zugeordnet werden. Mittels des Induktivgebersignals werden die Zeiten erfasst, die verstreichen, während der das Geberrad die jeweiligen Winkelsegmente durchläuft. Das Maß für die Laufunruhe wird dabei auf der Grundlage zweier aufeinander folgender Segmentzeiten zündungssynchron ermittelt. Aussetzer führen zu einem Anstieg dieser zündungssynchron ermittelten Segmentzeiten, da die Kurbelwelle durch die Aussetzer abgebremst wird.
Die Zuverlässigkeit eines solchen Verfahrens hängt dabei maßgeblich von der Genauigkeit der Segmentzeiterfassung ab. Nockenwellen- und kurbelwellensynchrone Störungen führen zu einer Verschlechterung in der Segmentzeiterfassung und somit auch zu einer eine Verschlechterung im Hinblick auf eine Erkennungsqualität. Nockenwellensynchrone Störungen werden durch Torsionsschwingungen der Kurbelwelle, die vornehmlich bei hohen Drehzahlen auftreten, und durch Verbrennungseinflüsse verursacht. Kurbelwellensynchrone Störungen hingegen entstehen durch Geberradtoleranzen, die durch mechanische Toleranzen der einzelnen Zahnflanken des Geberrades und durch eine mechani- sehe Exzentrizität des Geberrades sowie damit einhergehende Änderungen eines Luftspaltes zwischen dem Induktivgeber und dem Geberrad. Um sich dieser im Zusammenhang mit dem Verfahren störenden Einflüsse weitestgehend zu entziehen, führt man eine so genannte Geberradadaption durch, bei der systematische Unterschiede zwischen den Segmentzeiten der einzelnen Zylinder betriebspunktabhängig gelernt werden, wobei er- mittelte Korrekturwerte in die zugeordneten Segmentzeiten eingerechnet werden.
Zum anderen ist es bekannt, Verbrennungsaussetzer über eine Auswertung eines an einer Zündkerze abgegriffenen lonenstroms zu erkennen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Druckschriften DE 197 27 004 A1 und WO 02/01071 A1 verwiesen, denen ein solches Verfahren zugrunde liegt. Des Weiteren ist aus der Druckschrift DE 102 33 611 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem an einer mit einer kontrollierten Selbstzündung betriebenen Verbrennungskraftmaschine, die nach einem so genannten HCCI Konzept bzw. Homogeneous Charge Compression Ignition - Konzept betrieben wird, auch CAI Konzept bzw. Controlled Auto kjnition - Konzept genannt, mittels eines Klopfsensors Verbrennungsaussetzer erkannt werden. Dabei werden mittels des Klopfsensors während eines HCCI Betriebes Verbrennungsdruckspitzen erkannt, die den Druckspitzen bei einer klopfenden Verbrennung ähneln. Bleibt eine solche ein Ausgangsignal an dem Klopfsensor erzeugende Verbrennungsdruckspitze aus, so wird nach dem Verfahren auf einen Verbrennungsaussetzer geschlossen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereit zu stellen, das vorzugsweise auf vorhandene Komponenten der Verbren- nungskraftmaschine zurückgreifen kann. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät für eine Verbrennungskraftmaschine bereit zu stellen, in der das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Steuergerät bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , mit einem Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung. In der nachfolgenden Beschreibung werden ferner weitere vorteilhafte Merkmale angegeben, die Gegenstand weiterer Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung sein können. Diese weiteren Merkmale können dabei untereinander und / oder mit den Merkmalen der Anspruchsfassung kombiniert werden.
Es wird ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, bei dem an mindestens einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Messgliedes Körperschallwellen erregende Ereignisse, die bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen werden, erfasst und vorzugsweise in elektrische Signale umgesetzt werden. Die Signale werden dabei einer Auswerteeinheit, etwa eines Steuergerätes, zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung zu- geführt. Mittels des Messgliedes werden Anlege- und / oder Kippvorgänge eines Kolbens in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine als Körperschallwellen erregende Ereignisse erfasst und in die Signale umgesetzt.
Unter der Aufbereitung der Signale in der Auswerteeinheit ist eine Abfolge von Ereignissen zu verstehen, die eine Verstärkung, eine Filterung, eine Gleichrichtung, eine Integration und / oder eine Digitalisierung der Signale umfassen kann. Die so aufbereiteten Signale stehen dann für eine Weiterverarbeitung in der Auswerteeinheit bereit, unter der eine Berechnung von Vergleichsgrößen, etwa einer Zeit und / oder einer Beschleunigung, mit- tels in der Auswerteeinheit hinterlegter Berechnungsalgorithmen zu verstehen ist.
Unter den Anlege- und / oder Kippvorgängen des Kolbens in dem Zylinder sind mechanische Geräusche verursachende Ereignisse zu verstehen, die entstehen, indem der Kolben einen oberen Totpunkt oder einen unteren Totpunkt durchläuft. Zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern werden dabei zwei aufeinander folgende Anlege- und / oder Kippvorgänge als Ereignisse zur Berechnung einer zu referenzierenden Größe herangezogen werden.
Vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass es gegenüber dem eingangs ge- nannten, die Drehzahlschwankungen einer Kurbellwelle auswertenden Verfahren keiner Adaption bezüglich des Messgliedes zur Beseitigung mechanisch bedingter und im Zusammenhang mit einem Verbrennungsvorgang stehender Störungen bedarf, die die Messwerterfassung verfälschen. Das vorgeschlagene Verfahren trägt somit vorteilhafterweise zu einer Reduktion eines Rechen- und Speicheraufwandes des Steuergerätes bei, zumal eine solche Adaption bekanntlich sehr rechenintensiv ist.
Im Unterschied zu dem eingangs im Zusammenhang mit der Druckschrift DE 102 33 611 A1 beschriebenen Verfahren eignet sich das vorgeschlagene Verfahren sowohl für einen Einsatz während eines HCCI Betriebes einer HCCI Verbrennungskraftmaschine als auch für einen Einsatz während des Betriebes der HCCI Verbrennungskraftmaschine mit einer Fremdzündung, zumal das vorgeschlagene Verfahren unabhängig von einem Verbrennungsvorgang ist. Insofern eignet sich das vorgeschlagene Verfahren nicht nur für den Einsatz in nach dem Ottomotor-Prinzip und nach dem HCCI-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen, sondern vielmehr auch für den Einsatz in nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen. Ferner eignet sich das vorgeschlagene Ver- fahren für alle Arten von Kolbenkraftmaschinen, die neben einem Benzin- oder einem Dieselkraftstoff auch mit einem der alternativen Kraftstoffe betreibbar sein können. Unter alternativen Kraftstoffen sind dabei solche Kraftstoffe zu verstehen, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können. Zu solchen alternativen Kraftstoffen zählen insbesondere Erdgas, Ethanol-Kraftstoff, Biodiesel, Biogas, BtI- Kraftstoff (Biomass to Liquid), Pflanzenöl, Wasserstoff, Holzgas und dergleichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden mittels des Messgliedes zudem Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine als Körperschallwellen erregende Ereignisse erfasst und in die Signale umgesetzt. In die- sem Zusammenhang wird auf die eingangs genannte Druckschrift DE 102 33 611 A1 verwiesen, die hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfindung gemacht wird. Durch diese vorteilhafte Ergänzung wird eine nützliche Redundanz in Bezug auf die Auswertbarkeit der Ereignisse sicher gestellt, die im Zusammenhang mit einer Verbrennung stehen.
Bei einer solch verfahrensgemäßen Ergänzung der zu erkennenden Ereignisse ist zu beachten, dass die durch die einzelnen Verbrennungen der Verbrennungskraftmaschine verursachten Körperschallwellen ein im kHz-Bereich liegendes Frequenzspektrum aufweisen, während die im Zusammenhang mit den Anlege- und / oder Kippvorgängen des Kolbens der Verbrennungskraftmaschine verursachten Körperschallwellen vergleichsweise geringeren Frequenzen zuzuordnen sind und in einem Frequenzbereich kleiner gleich 1 kHz liegen. Daher wird vorzugsweise ein entsprechend breitbandig ausgebildetes Messglied verwendet, um sowohl die einen als auch die anderen Körperschallwellen erfassen zu können. In diesem Zusammenhang werden die zu den niederfrequenteren Körper- Schallwellen korrespondierenden Signale des Messgliedes vorzugsweise gefiltert, entweder mit einem entsprechenden Bandpassfilter oder mit einem entsprechenden Hochpassfilter, um eine hinreichend hohe Signalgüte sicher zu stellen. Eine solche Filterung kann dabei sowohl softwaretechnisch in dem Steuergerät und / oder hardwaretechnisch umgesetzt werden. Während es bei der ersteren Umsetzung der Filterung keiner zusätzlichen Hardware bedarf, trägt die letztere Umsetzung der Filterung dazu bei, den Rechenaufwand des Steuergerätes möglichst gering zu halten.
Es werden dabei vorzugsweise mittels eines Drehzahlsensors der Verbrennungskraftmaschine diejenigen Zeitbereiche bestimmt, in die die besagten Anlege- und / oder Kippvor- gänge des Kolbens fallen, und diese Zeitbereiche einer näheren Betrachtung unterzogen. Durch eine solch diskontinuierliche Vorgehensweise, bei der ausgewählte Zeitbereiche im Rahmen eines entsprechenden Messfensters näher betrachtet werden, lässt sich im Zusammenhang mit der Erkennung von Verbrennungsaussetzern der Rechen- und Speicheraufwand des Steuergerätes vorteilhafterweise reduzieren. Als Drehzahlsensor wird dabei vorzugsweise ein Induktivgeber in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad verwendet, das an einer Kurbelwelle oder an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern eine zwischen zwei aufeinander folgenden Ereignissen liegende Zeit ermittelt und mit einer Referenzzeit verglichen wird. Die Referenzzeit kann dabei vorzugsweise betriebspunktabhängig in einem Kennfeld hinterlegt sein, etwa in Abhängigkeit von einer Last und einer Drehzahl.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Signale eines Übergangsbereiches von einem Ansaughub zu einem Kompressionshub des Kolbens, eines Übergangsbereiches von dem Kompressionshub zu einem Expansionshub des Kolbens und eines Übergangsbereiches von dem Expansionshub zu einem Ausschiebehub des Kolbens betrachtet bzw. ausgewertet. In diesen Übergangsbereichen, die zu den zuvor beschriebenen Zeitbereichen korrespondieren, durchläuft der Kolben in dem Zylinder entweder einen oberen Totpunkt oder einen unteren Totpunkt. Dabei wird eine dem Kompressionshub zugeordnete Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen bestimmt und anschließend mit einer dem Expansionshub zugeordneten Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kipp- Vorgängen verglichen. Bei einer gegenüber der Zeitdifferenz für den Kompressionshub vergleichsweise signifikant längeren Zeitdifferenz für den Expansionshub wird dabei verfahrensgemäß auf eine in dem Zylinder nicht erfolgte Verbrennung bzw. auf eine Aussetzung der Verbrennung in dem Zylinder geschlossen. Andernfalls wird nicht auf eine Aussetzung der Verbrennung in dem Zylinder geschlossen.
Zusätzlich oder alternativ dazu werden in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens die Signale des Übergangsbereiches von dem Kompressionshub zu dem Expansionshub des Kolbens und des Übergangsbereiches von dem Expansionshub und zu dem Ausschiebehub des Kolbens betrachtet bzw. ausgewertet, in denen der Kolben in dem Zylinder entweder einen oberen Totpunkt oder einen unteren Totpunkt durchläuft. Dabei wird eine dem Expansionshub des Kolbens zugeordnete Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen bestimmt und mit einer vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegten, betriebspunktabhängigen Referenzzeit verglichen, um auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder zu schließen, wobei auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder geschlossen wird, sofern die auf den Expansionshub bezogene Zeitdifferenz die Referenzzeit übertrifft. Andernfalls wird nach dieser alternativen Vorgehensweise nicht auf eine Aussetzung der Verbrennung in dem Zylinder geschlossen.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Zeitdifferenz kann als ein weiterer zu referenzierender Parameter eine zu der ermittelten Zeit korrespondierende Beschleunigung des Kolbens herangezogen werden, die etwa indirekt über einen in Kolben integrierten Kraftaufnehmer ermittelt werden kann. Der Kraftaufnehmer kann dabei beispielsweise als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass an einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle der Verbrennungskraftmaschine jeweils ein Messglied zur Erfassung von Körperschallwellen verwendet wird. Bei einer mehrere Zylinder umfassenden Verbrennungskraftmaschine werden die beiden Messglieder dabei jeweils mehreren Zylindern zugeordnet.
Alternativ dazu kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass an einer Anzahl von Stellen der Verbrennungskraftmaschine entsprechend einer Anzahl von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine jeweils ein Messglied verwendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als ein Messglied ein piezoelektrischer Sensor verwendet wird. Dabei wird vorzugsweise als ein Messglied ein Klopfsensor verwendet, der als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein kann. Vorteilhaft an der Verwendung eines vorhandenen Klopfsensors ist, dass es keiner Anbringung eines zusätzlichen Messgliedes an die Verbrennungskraftmaschine bedarf.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, in der Auswerteeinheit hinterlegte Rege- lungsalgorithmen zur Klopfregelung der Verbrennungskraftmaschine um zusätzliche Re- gelungsalgorithmen zu erweitern, die einerseits das beschriebene Verfahren zur Aussetzererkennung und andererseits die zuvor beschriebene softwaretechnische Filterung der Signale des Messgliedes in der Art einer Bandpass- oder Hochpassfilterung umsetzen.
Das vorgeschlagene Verfahren kann ferner vorteilhafterweise mit einem der eingangs genannten Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern ergänzt werden bzw. parallel zu einem dieser Verfahren verwendet werden, um eine nützliche Redundanz in Bezug auf die Auswertbarkeit der Ereignisse sicher zu stellen, die im Zusammenhang mit einer Verbrennung stehen. Dadurch wird im Fall eines Ausfalls oder einer Störung einer zum Verfahren gehörenden Messvorrichtung ein Rückgriff auf eine zu dem bekannten Verfahren gehörende Messvorrichtung ermöglicht und somit die Zuverlässigkeit der Erkennung von Verbrennungsaussetzern erhöht. Alternativ dazu kann das bekannte Verfahren vorteilhafterweise auch erst nach einem erkannten Ausfall oder einer erkannten Störung der zu dem vorgeschlagenen Verfahren korrespondierenden Messvorrichtung zuge- schaltet werden, um den Rechen- und Speicheraufwand des Steuergerätes möglichst zu verringern.
Das Messglied und die Auswerteeinheit können ergänzend zu einem Drehzahlsensor der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, dessen vorzugsweise elektrische Signale in einer separaten Auswerteeinheit zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern aufbereitet und weiterverarbeitet werden. Als Drehzahlsensor wird dabei vorzugsweise ein Induktivgeber in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad verwendet. Das Geberrad kann dabei an der Kurbelwelle oder an der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein. Vorzugsweise wird das Geberrad auf einem mit der Kurbelwelle verbundenen Schwungrad angeordnet, da sich eine solche Anordnung des Geberrades in der Praxis als sinnvoll günstig erwiesen hat. In diesem Zusammenhang wird auf die eingangs genannte Druckschrift DE 196 22 448 A1 verwiesen, die hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfindung gemacht wird.
Alternativ dazu können das Messglied und die Auswerteeinheit auch ergänzend zu Zündkerzen verwendet werden, die als Messglieder ausgebildet sind und zur Erfassung eines lonenstroms verwendet werden, der einer zugeordneten Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung zugeführt wird. In diesem Zusammenhang wird auf die beiden eingangs genannten Druckschriften DE 197 27 004 A1 und WO 02/01071 A1 verwiesen, die hiermit ebenfalls vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfindung gemacht werden.
Des Weiteren wird ein Steuergerät für zumindest eine Verbrennungskraftmaschine vorge- schlagen. Das Steuergerät umfasst dabei mindestens eine Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels eines Messgliedes erzeugten vorzugsweise e- lektrischen Signalen, die zu erfassten Körperschall erregenden Ereignissen korrespondieren, die mit einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einhergehen. In der Auswerteeinheit ist dabei ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in der Verbrennungskraftmaschine hinterlegt, bei dem mittels des Messgliedes erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu erfassten Anlege- und / oder Kippvorgängen eines Kolbens in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine korrespondieren, die Körperschallwellen erregen. Die Auswerteeinheit ist dabei mit dem Messglied zur Erfassung von Körperschall erregenden Ereignissen verbindbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Steuergerätes ist in der Auswerteeinheit ein Verfahren hinterlegt, bei dem mittels des Messgliedes erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine korrespondieren, die Körperschallwellen erregen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Steuergerätes sind eine erste Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von Signalen, die zu Körperschall erregenden Ereignissen korrespondieren, und eine zweite Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels eines Drehzahlsensors erzeugten vorzugsweise elekt- rischen Signalen, die zu Drehzahlereignissen korrespondieren, vorgesehen. Die erste Auswerteeinheit ist dabei mit dem Messglied zur Erfassung der Körperschall erregenden Ereignisse verbindbar, während die zweite Auswerteeinheit mit dem Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahlereignisse verbindbar ist. Der Drehzahlsensor ist dabei vorzugsweise als ein Induktivgeber in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad ausgebildet, das an einer Kurbelwelle oder an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein kann.
Alternativ dazu kann die zweite Auswerteeinheit auch zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels Messgliedern erfassten lonenströmen herangezogen werden, die zu Verbrennungen in den einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine korrespondie- ren. Die Messglieder können dabei als Zündkerzen ausgebildet sein, die der Erfassung von lonenströmen dienen.
Des Weiteren wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, mit zumindest einem Messglied zur Erfassung von Körperschallwellen erregenden Ereignissen an einer Stelle der Verbrennungskraftmaschine und zur Umsetzung der Ereignisse in vorzugsweise e- lektrische Signale und zumindest einem Steuergerät mit zumindest einer Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung der mittels des Messgliedes erzeugten Signale. In der Auswerteeinheit ist dabei ein Verfahren hinterlegt, bei dem die mittels des Mess- gliedes erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu erfassten Anlege- und / oder Kippvorgängen eines Kolbens in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine korrespondieren, die Körperschallwellen erregen. Die Auswerteeinheit ist dabei mit dem Messglied verbunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist in der Auswerteeinheit ein Verfahren hinterlegt, bei dem die mittels des Messgliedes erzeugte Signale aufbereitet und weiterverarbeitet werden, die zu Verbrennungen eines Kraftstoffes in dem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine korrespondieren, die Körperschallwellen erregen.
Das Messglied ist dabei vorzugsweise als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet. Das Messglied kann ferner als ein Klopfsensor ausgebildet sein, der vorzugsweise als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine erste Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von mittels des Messgliedes erzeugten vorzugsweise elektrischen Signalen, die zu Körperschallwellen erregenden Ereignissen korrespondieren, wobei die erste Auswerteeinheit mit dem Messglied verbunden ist, und eine zweite Auswerteeinheit zur Aufbereitung und Weiterverar- beitung von mittels eines Drehzahlsensors erzeugten vorzugsweise elektrischen Signalen, die zu Drehzahlereignissen korrespondieren.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner einen Drehzahlsensor zur Erfassung von
Drehzahlereignissen, der mit der zweiten Auswerteeinheit verbunden ist. Der Drehzahl- sensor ist dabei vorzugsweise als ein Induktivgeber in Verbindung mit einem zugeordne- ten Geberrad ausgebildet, das an einer Kurbelwelle oder an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein kann.
Die zweite Auswerteeinheit kann auch alternativ zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von lonenströmen verwendet werden, die mittels Messgliedern erfasst und zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern ausgewertet werden. Die Messglieder sind dabei mit der zweiten Auswerteeinheit verbunden. Vorzugsweise sind die Messglieder als Zündkerzen ausgebildet, die der Erfassung eines lonenstroms dienen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Beschreibungen hervorgehenden Merkmale beschränken sich dabei nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese Merkmale nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr dienen diese Merkmale zur Veranschaulichung einer beispielhaften Umsetzung. Darüber hinaus sind die einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung untereinander wie auch mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen kombinierbar, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Steuergerätes und einer Verbrennungskraftmaschine,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufbereitung von mittels Klopfsensoren erzeugten elektrischen Signalen,
Fig. 3 eine qualitative Darstellung von sich zwischen einem Kolben und einem Zylinder einstellenden Gleitbahnkräften,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Kolbenbewegung in einem Zylinder und Fig. 5 einen Auszug aus einer Messung.
Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen Vierzylindermotor 2, an dem vorzugsweise zwei Klopfsensoren 6, 8 angebracht sind, von denen der Klopfsensor 6 den beiden Zylindern 10, 12 und der Klopfsensor 8 den beiden Zylindern 14, 16 des Motors 2 zugeordnet sind. Die beiden Klopfsensoren 6, 8 sind mit einer vorzugsweise in einem Steuergerät 5 hinterlegten Auswerteeinheit 4 verbunden, die über insgesamt vier Eingänge 18, 20, 22, 24 für Klopfsensoren verfügt, von denen aber nur die beiden Eingänge 18, 22 belegt sind. In der Auswerteeinheit 4 sind Algorithmen zur Klopfregelung des Motors 2 hinterlegt, mittels derer eine zylinderindividuelle Zündwinkeländerung gegenüber einer normalen Zündlage des zugeordneten Zylinders auf der Grundlage einer mittels der beiden Klopfsensoren 6, 8 als klopfend erkannten Verbrennung bestimmt wird. Die beiden Klopfsensoren 6, 8 sind dabei vorzugsweise als piezoelektrische Sensoren ausgebildet, die im Zusammenhang mit einer klopfenden Verbrennung entstehende Körperschallwellen erfassen und in elektrische Signale umwandeln.
Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann an einer Anzahl von Stellen der Verbrennungskraftmaschine 2 entsprechend einer Anzahl von Zylindern 10, 12, 14, 16 der Verbrennungskraftmaschine 2 jeweils ein Klopfsensor 6, 8 verwendet werden, wobei die einzelnen Klopfsensoren als piezoelektrische Sensoren ausgebildet sein können.
Die Fig. 2 veranschaulicht eine prinzipielle Auswertung von Klopfsensorsignalen von insgesamt vier an eine Auswerteeinheit 7 angeschlossenen Klopfsensoren 26, 28, 30, 32. Über einen Multiplexer 36 wird ausgewählt, welcher Klopfsensoreingang ausgewertet wird. Die Klopfsensorsignale durchlaufen sodann einen Verstärker 38, einen Bandpassfilter 40, einen Gleichrichter 42, einen Integrator 44 und schließlich einen A/D-Wandler 46, bevor sie die Algorithmen zur Klopfregelung des Motors 2 durchlaufen.
Ferner sind in der Auswerteeinheit 4 Algorithmen hinterlegt, mittels derer ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern umgesetzt ist, bei dem mittels der von den beiden Klopfsensoren 6, 8 erzeugten elektrischen Signale Anlege- und / oder Kippvor- gänge eines Kolbens 60 in einem Zylinder 62 der Verbrennungskraftmaschine 2 als Körperschallwellen erregende Ereignisse erkannt werden, bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 hervorgerufen werden.
Unter den Anlege- und / oder Kippvorgängen des Kolbens 60 in dem Zylinder 62 sind me- chanische Geräusche verursachende Ereignisse zu verstehen, die entstehen, indem der Kolben 60 einen oberen Totpunkt OT oder einen unteren Totpunkt UT durchläuft. Zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern werden dabei zwei aufeinander folgende Anlege- und / oder Kippvorgänge als Ereignisse zur Bestimmung einer zwischen den Ereignissen liegenden Zeit herangezogen, die als ein Vergleichsparameter zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers verwendet wird. In der Fig. 4 ist ein solcher Anlege- und Kippvorgang qualitativ dargestellt, der sich ereignet, indem der Kolben 60 den oberen Totpunkt OT durchläuft.
In der Fig. 3 ist ein Verlauf 50 einer Abstützkraft bzw. Gleitbahnkraft eines Kolbens 48 in einem Zylinder 49, 51 am Beispiel eines 4-Takt-Arbeitsspiels qualitativ veranschaulicht. Anhand des Kraftverlaufes 50 ist zu erkennen, dass der Kolben 48 im Laufe des Arbeitsspiels mehrmals seine Anlageseite 49, 51 wechselt.
Die höchste Seitenkraft tritt dabei während eines Expansionshubes 56 kurz nach einem Durchlaufen eines oberen Totpunktes OT auf. Die durch die Fig. 3 beschriebenen Anlagewechsel des Kolbens 48 von der "Gegendruckseite" 51 auf die "Druckseite" 49 und insbesondere der heftige Anlagewechsel des Kolbens 48 im Bereich des oberen Totpunktes OT beim Übergang von einem Kompressionshub 54 auf den Expansionshub 56 führt zu mechanischen Geräuschen sowie einem erhöhten Verschleiß des Kolbens 48, der zugehörigen Kolbenringe sowie der zugeordneten Lauffläche 49, 51. Ferner sind der Fig. 3 neben dem Verlauf der Seitenkraft für den Expansionshub 56 auch die zu einem Ansaughub 52, dem Kompressionshub 54 und einem Ausschiebehub 58 gehörenden Sei- tenkraftverläufe qualitativ zu entnehmen.
Im Unterschied zu der Fig. 3 ist der in der Fig. 4 dargestellte zwischen dem Kolben 60 und dem Pleuel 66 angeordnete Bolzen 64 gegenüber der Kolbenachse 68 versetzt angeordnet. Durch diese Maßnahme lassen sich die Kolbenkippgeräusche reduzieren.
Vorzugsweise werden mittels eines an der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordneten als Drehzahlsensor fungierenden Induktivgebers in Verbindung mit einem zugeordneten Geberrad diejenigen Zeitbereiche, in die die besagten Anlege- und Kippvorgänge des Kolbens fallen, bestimmt und einer näheren Betrachtung in der Auswerteeinheit 4 unterzogen. Bei den Zeitbereichen handelt es sich streng genommen um Winkelbereiche des Geberrades, das vorzugsweise an einer Kurbelwelle angeordnet ist, wobei die Winkelbe- reiche zu den Zeitbereichen korrespondieren. Die Winkelbereiche können dabei einen Bereich von ± 10°, vorzugsweise ± 5° Kurbelwelle bezogen auf den oberen Totpunkt OT und den unteren Totpunkt UT des zugeordneten Kolbens beschreiben.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können im Hinblick auf die Erkennungs- Strategie ein Übergangsbereich von einem Ansaughub 52 zu dem Kompressionshub 54 des Kolbens 60, ein Übergangsbereich von dem Kompressionshub 54 zu dem Expansi- onshub 56 des Kolbens 60 und ein Übergangsbereich von dem Expansionshub 56 zu einem Ausschiebehub 58 des Kolbens 60 betrachtet und zur Auswertung der Signale herangezogen werden. In diesen Übergangsbereichen, die zu den zuvor beschriebenen Zeitbereichen korrespondieren, durchläuft der Kolben 60 in dem Zylinder 62 entweder einen oberen Totpunkt OT oder einen unteren Totpunkt UT. Dabei wird eine dem Kompressionshub 54 zugeordnete Zeitdifferenz Δt KH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen bestimmt und mit einer dem Expansionshub 56 zugeordneten Zeitdifferenz Δt EH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen verglichen, um auf einen Verbrennungsaussetzer in dem jeweiligen Zylin- der zu schließen. Ergibt sich nach dem Vergleich eine gegenüber der Zeitdifferenz Δt« H für den Kompressionshub 54 signifikant längere Zeitdifferenz Δt EH für den Expansionshub 56, so kann auf eine in dem jeweiligen Zylinder nicht erfolgte Verbrennung geschlossen werden. Andernfalls wird auf keine Aussetzung der Verbrennung geschlossen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung im Hinblick auf die Erkennungsstrategie die dem Expansionshub 56 des Kolbens 60 zugeordnete Zeitdifferenz Δt EH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen mit einer vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegten, betriebspunktabhängigen Referenzzeit t ref verglichen werden, um auf einen Verbrennungsausset- zer in dem Zylinder 62 zu schließen. Die Referenzzeit t rβf kann dabei in dem Kennfeld etwa in Abhängigkeit von einer Last und einer Drehzahl hinterlegt sein. Ergibt sich aus dem Vergleich, dass die auf den Expansionshub 56 bezogene Zeitdifferenz Δt EH die Referenzzeit tref übertrifft, so wird auf einen Verbrennungsaussetzer in dem zugeordneten Zylinder geschlossen. Die ermittelte Zeitdifferenz Δt EH korrespondiert dabei zu einer Beschleuni- gung des Kolbens 48, 60 und somit zu einer Beschleunigung einer zugeordneten Kurbelwelle 70, 72, die durch den jeweiligen Verbrennungsvorgangs bedingt ist. Aussetzer führen zu einem Anstieg dieser ermittelten und auf den Expansionshub 56 bezogenen Zeitdifferenzen Δt EH , da die Kurbelwelle durch die Aussetzer abgebremst wird.
Vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass es keiner Anbringung von zusätzlichen Messgliedern an die Verbrennungskraftmaschine bedarf, um die beschriebenen Anlege- und / oder Kippvorgänge der einzelnen Kolben erkennen zu können. Bei den vorhandenen Klopfsensoren 6, 8 handelt es sich vorzugsweise um Breitbandklopfsensoren, die ein Frequenzspektrum von beispielsweise 3 kHz bis über 30 kHz aufnehmen und da- bei eine hohe Signalgüte im Hinblick auf die durch klopfende Verbrennungen verursachten Körperschallwellen sicherstellen können, wobei deren Eigenresonanz oberhalb von 30 kHz liegt. Die durch die Anlege- und / oder Kippvorgänge verursachten Körperschallwellen hingegen sind vergleichsweise niederfrequenter und weisen Frequenzen kleiner gleich 1 kHz auf. Um auch in Bezug auf diese niederfrequenteren Körperschallwellen eine hinreichende hohe Signalgüte sicher zu stellen, werden die in diesem Zusammenhang mittels der Klopfsensoren 6, δ erzeugten elektrischen Signale vorzugsweise bandpassgefil- tert. Alternativ dazu können die Signale der Klopfsensoren auch hochpassgefiltert werden. Eine solche Filterung kann dabei sowohl softwaretechnisch in dem Steuergerät 5 und / oder hardwaretechnisch umgesetzt werden. Während es bei der softwaretechnischen Umsetzung der Filterung keiner zusätzlichen Hardware bedarf, trägt die hardwaretechnische Umsetzung der Filterung dazu bei, den Rechenaufwand des Steuergerätes 5 möglichst gering zu halten. In der Fig. 4 sind ein Kipp- und Anlegeereignis graphisch qualitativ veranschaulicht, die sich beim Durchlaufen des Kolbens durch den oberen Totpunkt OT ereignen.
Die zuvor beschriebenen Übergangsbereiche, in denen die Anlege- und / oder Kippvorgänge hervorgerufen werden, werden vorzugsweise über ein softwaretechnisch umgesetztes Messfenster erfasst. Dadurch wird ebenfalls der Rechen- und Speicheraufwand des Steuergerätes 5 vorteilhafterweise möglichst gering gehalten.
Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Klopfsensoren 6, 8 und die Auswerteeinheit 4 ergänzend zu dem als Drehzahlsensor fungierenden Induktivgeber in Verbindung mit dem zugeordneten Geberrad verwendet, dessen elektrisches Signal in einer separaten Auswerteeinheit aufbereitet und weiterverarbeitet wird. In diesem Zusammenhang wird nochmals auf die bereits eingangs genannte Druckschrift DE 196 22 448 A1 verwiesen, aus der ein Verfahren bekannt ist, bei dem Drehzahlschwankungen einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Induktivgebers in Verbindung mit einem Geberrad, das beispielsweise an der Kurbelwelle angeordnet ist, ausgewertet werden und bei dem ein auf einzelne Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bezogenes Maß für eine Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine gebildet und mit einem betriebspunktabhängigen Referenzwert verglichen wird, um auf Verbrennungsaussetzer in der Verbrennungskraftmaschine zu schließen. Dabei umfasst das Steuergerät 5 neben einer ersten Auswerteeinheit 4 zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung von Signalen, die zu Körperschall erregenden Ereignissen korrespondieren, auch eine zweite Auswerteeinheit - nicht dargestellt - zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung der mittels des Induktivgebers in Verbindung mit dem zugeordneten Geberrad erzeugten elektrischen Signalen, die zu Drehzahlereignissen korrespondieren. Die erste Auswerteeinheit 4 ist dabei mit den beiden Klopfsensoren 6, 8 zur Erfassung der Körperschall erregenden Ereignisse verbunden, während die zweite Auswerteeinheit mit dem Induktivgeber verbunden ist.
Die Fig. 5 veranschaulicht die zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschriebene charakteristische Kolbenbewegung, und zwar beispielhaft für einen Vierzylinder-Reihenmotor. Die Fig. 5 umfasst drei Diagramme I, II, III, die eine Abszisse gemein haben, wobei die Abszisse die Einheit [1/10 0 KW] anzeigt. Die Abszisse veranschaulicht ein Arbeitsspiel des Vierzylinder-Reihenmotors, das zwei Kurbelwellenumdrehungen bzw. einem Kurbelwel- lenwinkel von 72O 0 KW entspricht. Auf der Abszisse entsprechen die das Arbeitsspiel beschreibenden 720°KW dem Wert von 7200, der multipliziert um 1/10 0 KW wiederum den Wert von 720 0 KW ergibt.
Im oberen Diagramm I ist ein Verlauf eines dimensionslosen Klopfsensorsignals 74 abge- bildet, das mittels eines an einer Stelle des Vierzylinder-Reihenmotors angeordneten Klopfsensors erfasst worden ist. Das Klopfsensorsignal 74 weist in Bezug auf mehrere aufeinander folgende obere Totpunkte OT jeweils eine Amplitudenzunahme auf, die einen Anlege- und / oder Kippvorgang 72 eines Kolbens in einem zugeordneten Zylinder erkennen lässt. Die Folge der veranschaulichten aufeinander folgenden obere Totpunkte OT korrespondiert dabei zu einer Zündreihenfolge der einzelnen Zylinder des Vierzylinder- Reihenmotors, wobei die Zündreihenfolge der Zylinderreihenfolge 1 3 4 2 entspricht. Charakteristisch für einen solchen Vierzylinder-Reihenmotor ist, dass zu den jeweiligen Zeitpunkten, zu denen die angedeuteten oberen Totpunkte OT von dem jeweils zugeordneten Kolben durchlaufen werden, jeweils auch ein unterer Totpunkt UT durchlaufen wird, der zu dem jeweils in der Zündreihenfolge folgenden Zylinder korrespondiert. Durchläuft demnach beispielsweise der Kolben im Zylinder 3 seinen oberen Totpunkt OT, so durchläuft zeitgleich der Kolben des Zylinders 4 unter Berücksichtigung der zuvor genannten Zylinderreihenfolge 1 3 4 2 seinen unteren Totpunkt UT. Das obere Diagramm I veranschaulicht bei etwa 180°KW (180°KW = 1800 * 1/1O 0 KW), 360°KW (360°KW = 3600 * 1/10 0 KW) und 540°KW (540°KW = 5400 * 1/10 0 KW) jeweils einen Anlege- und / oder Kippvorgang. Im mittleren Diagramm Il ist ein Zylinderdrucksignal 76 eines der insgesamt vier Zylinder in der Einheit [bar] dargestellt, wobei das Zylinderdrucksignal 76 mittels einer einen Drucksensor aufweisenden Zündkerze erfasst worden ist. Die zu den übrigen drei Zylin- dem gehörenden Drucksignale sind der Einfachheit und der Übersichtlichkeit halber ausgeblendet. Nach dem bei etwa 180 0 KW sich ereignenden Anlege- und / oder Kippvorgang (vgl. Diagramm I) stellt sich das in dem Diagramm Il ersichtliche Druckplateau bei etwa 40 bar ein, auf das ein Druckanstieg bis ca. 90 bar folgt, wobei der Druckanstieg die in dem betreffenden Zylinder ablaufende Verbrennung veranschaulicht. Die Markierungen M er- leichtem eine Zuordnung der Diagramme I, II, III untereinander und veranschaulichen gleichzeitig die besagten oberen Totpunkte OT.
Im unteren Diagramm III sind Einlass- und Auslass-Steuerkennlinien 78 einer Nockenwelle dargestellt, und zwar in einer zur Zündreihenfolge des Vierzylinder-Reihenmotors kor- respondierenden Reihenfolge. Ferner ist in dem unteren Diagramm III ein Punkt 80 angedeutet, an dem ein einem Zylinder zugeordnetes Auslassventil erwartungsgemäß schließt. Zu diesem Zylinder gehört auch das in dem mittleren Diagramm Il dargestellte Zylinderdrucksignal 76. Der Punkt 80 repräsentiert dabei einen Zeitpunkt, zu dem eine Motorsteuerung das Schließen des betreffenden Auslassventils unter Berücksichtigung eines ent- sprechenden Ventilspiels erwartet. Jeweils eine Einlass-Steuerkennlinie 78a und eine zugeordnete Auslass-Steuerkennlinie 78b überschneiden sich dabei zum Teil.
Auf die beiden ersten sich bei etwa 180 0 KW bzw. 360°KW ereignenden Anlege- und / oder Kippvorgänge folgt jeweils eine reguläre Verbrennung. Auf den sich bei etwa 540 0 KW ereignenden Anlege- und / oder Kippvorgang hingegen folgt eine klopfende Verbrennung, die durch die relativ hohen Signalschwankungen veranschaulicht ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Erkennung der zum Anlege- und / oder Kippvorgang korrespondierenden Signalspitze ein Software-technisch umgesetztes Messfenster von etwa ±10°KW bezogen auf den oberen Totpunkt OT oder einen Zeitpunkt verwen- det, zu dem der Anlege- und / oder Kippvorgang erwartet wird. Dadurch kann vorteilhafterweise der Einfluss des Klopfens auf die Signalauswertung reduziert werden. Zusätzlich dazu kann bezogen auf das Messfenster zur besseren Erkennung der Signalspitze aus dem Messsignal ein Integralwert gebildet werden. Im oberen Diagramm I sind ferner eine dem Kompressionshub KH zugeordnete Zeitdifferenz Δt KH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen und eine dem Expansionshub EH zugeordnete Zeitdifferenz Δt EH zwischen zwei aufeinander folgenden Anlege- und / oder Kippvorgängen veranschaulicht, die vorzugsweise mitein- ander verglichen werden, um auf einen Verbrennungsaussetzer in dem betreffenden Zylinder zu schließen, wobei auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder geschlossen wird, sofern die ermittelte Zeitdifferenz Δt EH vergleichsweise signifikant länger ist als die Zeitdifferenz Δt KH . Alternativ dazu kann die Zeitdifferenz Δt EH auch mit einer vorzugsweis- ein einem Kennfeld hinterlegten, betriebspunktabhängigen Referenzzeit t ref verglichen werden, um auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder zu schließen, wobei auf einen Verbrennungsaussetzer in dem Zylinder geschlossen wird, sofern die Zeitdifferenz Δt E H die Referenzzeit t ref übertrifft.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Zeitdifferenz Δt EH auch mit einer Referenzzeit verglichen werden, die aus einer Mittelung aller zylinderbezogenen Zeitdifferenzen Δt E m über einen gewissen Zeitraum bzw. über eine gewisse Anzahl von Arbeitsspielen gewonnen werden kann.
Next Patent: A METHOD AND A SYSTEM FOR MANAGEMENT OF TRANSMISSION RESOURCES IN DIGITAL COMMUNICATION SYSTEMS