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Title:
METHOD FOR MONITORING THE OPERATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, CONTROL DEVICE DESIGNED TO CARRY OUT A METHOD OF THIS TYPE, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING A CONTROL DEVICE OF THIS TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/021106
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for monitoring the operation of an internal combustion engine (1), wherein during operation of the internal combustion engine (1) an acoustic signal is at least partially detected during a closing procedure of a gas exchange valve (9) of the internal combustion engine (1), wherein at least one functional state of the internal combustion engine (1) is assessed based on the detected acoustic signal, wherein the at least one functional state of the internal combustion engine (1) is selected from a group consisting of a state of the gas exchange valve (9) and a state of a structure-borne noise sensor (15) used for detecting the acoustic signal.

Inventors:
TOTH ARON (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/072997
Publication Date:
February 23, 2023
Filing Date:
August 17, 2022
Export Citation:
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Assignee:
ROLLS ROYCE SOLUTIONS GMBH (DE)
International Classes:
F02D35/02; F02D41/22
Foreign References:
US20200131987A12020-04-30
DE3316588A11983-11-17
DE102005058863A12007-06-14
Attorney, Agent or Firm:
KORDEL, Mattias et al. (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1), wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) ein Schall signal zumindest teilweise während eines Schließvorgangs eines Gaswechselventils (9) der Brennkraftmaschine (1) erfasst wird, wobei anhand des erfassten Schallsignals wenigstens ein Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) bewertet wird, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Zustand des Gaswechselventils (9) und einem Zustand eines zur Erfassung des Schallsignals verwendeten Körperschallsensors (15).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schallsignal zumindest teilweise während des Schließvorgangs eines Einlassventils (11) der Brennkraftmaschine (1) erfasst wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schallsignal in einem Erfassungsbereich von 240° KW bis 135° KW, vorzugsweise von 225° KW bis 135° KW, vorzugsweise von 210° KW bis 150° KW, vor einem einem Zündzeitpunkt zugeordneten oberen Totpunkt eines Kolbens (7) der Brennkraftmaschine (1) erfasst wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erfasste Schallsignal mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird, woraus ein gefiltertes Schallsignal erhalten wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Betragsgröße des erfassten Schallsignals, vorzugsweise des gefilterten Schall signals, gebildet wird, woraus ein Betragssignal erhalten wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erfasste Schallsignal, vorzugsweise das gefilterte Schallsignal, vorzugsweise das Betragssignal, über einen Integrationsbereich innerhalb des Erfassungsbereichs integriert wird, woraus ein Integralwert (IW) erhalten wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Integralwert (IW) mit einem vorbestimmten Schwellenwert (SW) verglichen wird, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) für nicht in Ordnung befunden wird, wenn der Integralwert (IW) den vorbestimmten Schwellenwert (SW) unterschreitet, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) für in Ordnung befunden wird, wenn der Integralwert (IW) den vorbestimmten Schwellenwert (SW) erreicht oder überschreitet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Schallsignalen für einen selben Brennraum (5) der Brennkraftmaschine (1) zeitlich nacheinander erfasst werden, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) anhand eines zeitlichen Verlaufs der erfassten Schallsignale, insbesondere des Integralwerts (IW), bewertet wird, wobei vorzugsweise der wenigstens eine Funktionszustand als nicht in Ordnung befunden wird, wenn der Integralwert (IW) den vorbestimmten Schwellenwert (SW) für eine vorbestimmte Grenz -Zeitdauer unterschreitet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Mehrzahl von Brennräumen (5) überwacht wird, wobei für jeden Brennraum (5) separat ein Schallsignal erfasst wird, und wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine (1) brennraumindividuell bewertet wird.

10. Steuergerät (3) für eine Brennkraftmaschine (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Brennraum (5), dem ein Gaswechselventil (9) zugeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) außerdem wenigstens einen dem Brennraum (5) zugeordneten Körperschall sensor (15) aufweist, und mit einem Steuergerät (3) nach Anspruch 10, wobei das Steuergerät (3) mit dem wenigstens einen Körperschallsensor (15) wirkverbunden ist.

Description:
BESCHREIBUNG

Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine, Steuergerät, eingerichtet zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und Brennkraftmaschine mit einem solchen Steuergerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Steuergerät.

Zum Schutz von Brennkraftmaschinen werden insbesondere Körperschall Sensoren als Klopfsensoren eingesetzt, insbesondere um klopfende Verbrennungen zu erkennen und daraufhin Maßnahmen zu deren Verhinderung zu ergreifen. Fällt ein solcher Klopfsensor beispielsweise durch einen Defekt, einen Kabelbruch oder eine mangelhafte oder sogar fehlende Verbindung des Klopfsensors mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine aus, ist die entsprechende Schutzfunktion nicht mehr gegeben, und die Brennkraftmaschine kann durch klopfende Arbeitsspiele beschädigt werden. Problematisch ist, dass ein Ausfall eines Klopfsensors nicht einfach zu detektieren ist, da diese Sensoren funktions- und bauartbedingt typischerweise keine definierte Fehlerspannung ausgeben. Als weitere Schwierigkeit tritt hinzu, dass Arbeitsspiele ohne klopfende Verbrennung, das heißt insbesondere mit regulärer Verbrennung, in einem Klopfsensor ein Signal hervorrufen, welches kaum von dem Signal eines defekten Klopfsensors bei klopfender Verbrennung unterschieden werden kann. Es bedarf daher einer Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit von Klopfsensoren auf andere Weise zu überwachen.

Zugleich bringt es erhebliche Gefahren für eine Brennkraftmaschine mit sich, wenn ein Ventilspiel eines einem Brennraum zugeordneten Gaswechselventils aufgebraucht ist, was zur Folge hat, dass der Brennraum zu keinem Zeitpunkt innerhalb eines Arbeitsspiels dicht geschlossen ist. Es besteht daher Bedarf an einer insbesondere einfachen und kostengünstigen Möglichkeit, ein nicht mehr vorhandenes oder kaum noch bestehendes Ventilspiel im Betrieb der Brennkraftmaschine detektieren zu können, sodass ein Betreiber derselben rechtzeitig gewarnt werden kann. Unter wirtschaftlichen und funktionalen Gesichtspunkten wäre es darüber hinaus von großem Vorteil, wenn die gleiche Vorgehensweise einerseits zur Überwachung der Klopfsensoren der Brennkraftmaschine und andererseits zur Überwachung der Ventilspiele eingesetzt werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Steuergerät zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine ein Schallsignal zumindest teilweise während eines Schließvorgangs eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine erfasst wird. Insbesondere wird das Schallsignal während des Schließvorgangs des Gaswechselventils erfasst. Anhand des erfassten Schallsignals wird wenigstens ein Funktionszustand der Brennkraftmaschine bewertet, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Zustand des Gaswechselventils und einem Zustand eines zu Erfassung des Schallsignals verwendeten Körperschallsensors. Die Erfinder haben erkannt, dass während des Schließens eines Gaswechselventils, insbesondere bei dessen Anschlag an einem Ventilsitz, ein prägnantes Schallsignal hervorgerufen wird, das vorteilhaft genutzt werden kann, um den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Blick auf die Funktionsfähigkeit eines Körperschall sensors, insbesondere eines Klopfsensors, und/oder mit Blick auf ein Ventilspiel des Gaswechselventils zu überwachen. Das entsprechende Schallsignal tritt bei ausreichendem Ventilspiel in jedem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine und bei jedem Brennraum unabhängig von anderen Funktionsparametern, insbesondere unabhängig von der Verbrennung in dem Brennraum, auf. Kann das Schall signal durch den Körperschall sensor nicht detektiert werden, kommen dafür nur zwei Gründe infrage: Entweder weist der Körperschall sensor einen Defekt oder eine mangelhafte Verbindung mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine auf, oder das Ventilspiel für das Gaswechselventil ist aufgebraucht, sodass es nicht mehr vollständig schließt. In beiden Fällen bedarf es einer geeigneten Reaktion, da der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine mit Risiken verbunden ist. Somit können zuverlässig die Funktionsfähigkeit des Körperschallsensors und/oder das Ventilspiel einfach und kostengünstig - insbesondere mit einer gleichen Vorgehens weise - überwacht werden.

Als Schallsignal wird insbesondere ein Körperschall signal erfasst. Dieses Körperschallsignal breitet sich insbesondere durch den Ventilkörper hindurch aus, sodass der Körperschall sensor dieses Signal durch den Ventilkörper hindurch erfassen kann und ein Einbringen des Körperschall sensors in ein Inneres des Gaswechselventils nicht erforderlich ist. Es ist insbesondere möglich, das Schallsignal, insbesondere das Körperschallsignal, an einem anderen Teil der Brennkraftmaschine zu erfassen, insbesondere an einem Kurbelgehäuse und/oder einem Zylinderkopf. Vorzugsweise wird das Schallsignal, insbesondere das Körperschallsignal, in Form einer elektrischen Spannung, insbesondere Wechsel Spannung, erfasst. Ganz besonders wird hierbei die Ausgangsspannung des Körperschallsensors, insbesondere als

Wechsel Spannung, erfasst. Die Eigenschaft eines Körperschallsensors, eine Wechsel Spannung auszugeben, ist insbesondere ein Grund dafür, dass der Körperschall sensor nicht in einfacher Weise bei Auftreten eines Defekts eine vorbestimmte Fehlerspannung ausgeben kann.

Unter einem Gaswechselventil wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnetes Ventil verstanden, welches eingerichtet ist, um ein Gas oder Gasgemisch in den Brennraum einzulassen oder aus dem Brennraum abzuleiten. Insbesondere ist das Gaswechselventil ein Einlassventil oder ein Auslassventil. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gaswechselventil ein Einlassventil.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schallsignal zumindest teilweise während des Schließvorgangs eines Einlassventils der Brennkraftmaschine erfasst wird. Insbesondere wird das Schallsignal während des Schließvorgangs des Einlassventils erfasst. Das Gaswechselventil ist also insbesondere ein Einlassventil. Der Schließvorgang des Einlassventils eignet sich dabei in besonderer Weise für die hier beschriebene Überwachung des Betriebs der Brennkraftmaschine. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schallsignal in einem - ersten - Erfassungsbereich von 240 Grad Kurbelwellenwinkel (° KW) bis 135° KW vor einem einem Zündzeitpunkt zugeordneten oberen Totpunkt eines Kolbens der Brennkraftmaschine erfasst. Insbesondere in diesem Erfassungsbereich kann das Schließen des Einlassventils bei bestehender Funktionsfähigkeit des Körperschallsensors und ausreichendem Ventilspiel sicher detektiert werden. Der dem Zündzeitpunkt zugeordnete obere Totpunkt des Kolbens wird auch als Zünd-OT (ZOT) bezeichnet, insbesondere in Abgrenzung zu einem einem Gas-Auslasstakt zugeordneten oberen Totpunkt des Kolbens.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schallsignal in einem Erfassungsbereich von 225° KW bis 135° KW, vorzugsweise von 210° KW bis 150° KW vor dem Zünd-OT erfasst. Insbesondere in diesem Erfassungsbereich kann das Schließen des Einlassventils bei bestehender Funktionsfähigkeit des Körperschallsensors und ausreichendem Ventilspiel sicher detektiert werden, wobei zugleich der Erfassungsbereich vorteilhaft eingeschränkt ist, um das Datenaufkommen zu reduzieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Schallsignal des Körperschall sensors zusätzlich in einem - zweiten - Erfassungsbereich erfasst, in dem eine klopfende Verbrennung erwartet wird, insbesondere in einem Bereich von 0° KW bis 50° KW nach dem Zünd-OT. Auf diese Weise wird der Körperschallsensor vorteilhaft eingesetzt, um klopfende Verbrennungen zu detektieren. Der Körperschall sensor wird also insbesondere als Klopfsensor verwendet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfasste Schallsignal mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird, woraus ein gefiltertes Schallsignal erhalten wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein rauscharmes oder rauschreduziertes Signal erhalten, welches bei reduzierter Datenmenge die wesentliche Information über den Schließvorgang des Gaswechselventils umfasst.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Betragsgröße des erfassten Schallsignals, gebildet wird, woraus ein Betragssignal erhalten wird. Diese Vorgehensweise reduziert zum einen vorteilhaft weiter die zu verarbeitende Datenmenge bei gleichzeitiger Beibehaltung der wesentlichen Information des Schallsignals über den Schließvorgang, zum anderen ermöglicht die Bildung der Betragsgröße vorteilhaft im Anschluss eine Integration des Schallsignals ohne Informationsverlust.

Unter einer Betragsgröße des erfassten Schallsignals wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Größe verstanden, die unter Wegfall eines Vorzeichens des Schallsignals mit der absoluten Größe des Schallsignals korreliert. Als Betragsgröße kann insbesondere eine gerade Potenz, insbesondere ein Quadrat, eine Wurzelfunktion der geraden Potenz, insbesondere die Quadratwurzel des quadrierten Schallsignals, oder eine Betragsfunktion des Schallsignals, insbesondere ein Betrag des Schallsignals, verwendet werden.

In einer Ausführungsform wird die Betragsgröße von dem gefilterten Schallsignal gebildet, woraus das Betragssignal erhalten wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfasste Schallsignal über einen Integrationsbereich innerhalb des Erfassungsbereichs integriert wird, woraus ein Integralwert erhalten wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine weitere Reduzierung der Datenmenge, wobei mit dem Integralwert gleichzeitig ein Wert erhalten wird, der die wesentliche Information über den Schließvorgang, nämlich ob der Schließvorgang detektiert werden kann, zuverlässig wiedergibt.

Dass der Integrationsbereich innerhalb des Erfassungsbereichs liegt, bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass der Integrationsbereich zumindest ein Teilbereich des Erfassungsbereichs ist. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erfasste Schall signal über den gesamten Erfassungsbereich integriert wird, das heißt dass der Integrationsbereich mit dem Erfassungsbereich übereinstimmt beziehungsweise identisch ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das gefilterte Schallsignal über den Integrationsbereich integriert, woraus der Integralwert erhalten wird.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Betragssignal über den Integrationsbereich integriert, woraus der Integralwert erhalten wird. Insbesondere wird bevorzugt das aus dem gefilterten Schallsignal erhaltene Betragssignal über den Integrationsbereich integriert, woraus der Integralwert erhalten wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Integralwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. Der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine wird für nicht in Ordnung befunden, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine wird für in Ordnung befunden, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Durch den Vergleich des Integralwerts mit dem vorbestimmten Schwellenwert kann insbesondere entschieden werden, ob das Schallsignal detektiert werden konnte oder nicht. Der vorbestimmte Schwellenwert ist somit vorteilhaft insbesondere so gewählt, dass das Schallsignal sicher detektiert wurde, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, während davon ausgegangen werden kann, dass das Schallsignal nicht detektiert wurde, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Wurde das Schallsignal nicht detektiert, ist entweder der Klopfsensor defekt, oder mangelhaft oder auch gar nicht mit dem Steuergerät verbunden, oder es ist alternativ das Ventilspiel des Gaswechselventils aufgebraucht, sodass dieses nicht mehr vollständig schließt.

Der vorbestimmte Schwellenwert wird vorteilhaft einmalig für einen bestimmten Typ Brennkraftmaschine oder alternativ auch für die individuelle Brennkraftmaschine ermittelt und bevorzugt in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegt.

Wird der Funktionszustand der Brennkraftmaschine für nicht in Ordnung befunden, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Alarmsignal ausgegeben, und/oder die Brennkraftmaschine wird - insbesondere automatisch - abgestellt. Unter einem Alarmsignal wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine optische, akustische und/oder anderweitig von dem Betreiber der Brennkraftmaschine wahrnehmbare Warnung verstanden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Schallsignalen für einen selben Brennraum der Brennkraftmaschine - insbesondere in einer Mehrzahl von Arbeitsspielen - zeitlich nacheinander erfasst werden. Aus den zeitlich nacheinander erfassten Schallsignalen wird insbesondere ein zeitlicher Verlauf des Schallsignals erhalten. Der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine wird anhand des zeitlichen Verlaufs des Schallsignals bewertet. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine zum einen dauerhaft überwacht werden, zum anderen kann eine zeitliche Entwicklung der Funktion der Brennkraftmaschine beobachtet werden.

Unter einem zeitlichen Verlauf der Mehrzahl von Schallsignalen oder auch - kurz gefasst - des Schallsignals wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre die zeitliche Entwicklung des erfassten Schallsignals über die Mehrzahl zeitlich nacheinander erfolgter Erfassungen hinweg verstanden, insbesondere in Abgrenzung zu einem zeitlichen Verlauf innerhalb des Erfassungsbereichs. Der zeitliche Verlauf erlaubt somit insbesondere eine Beurteilung, wie sich das Schallsignal von einem Erfassungsereignis zum nächsten Erfassungsereignis beziehungsweise über eine Mehrzahl von Erfassungsereignissen entwickelt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine anhand des zeitlichen Verlaufs des Integralwerts bewertet. Es wird also insbesondere zu jedem erfassten Schallsignal der zugehörige Integralwert gebildet, und dessen zeitlicher Verlauf wird zur Bewertung des wenigstens einen Funktionszustands herangezogen. Dabei wird insbesondere beurteilt, ob der Integralwert zu irgendeinem Zeitpunkt den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.

In einer Ausführungsform wird der wenigstens eine Funktionszustand als nicht in Ordnung befunden, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert für eine vorbestimmte Grenz-Zeitdauer unterschreitet. Durch geeignete Definition der vorbestimmten Grenz-Zeitdauer kann vorteilhaft ausgeschlossen werden, dass ein zufälliger, kurzfristiger Ausreißer zu einer fehlerhaften Bewertung des Funktionszustands führt. Demgegenüber wird der wenigstens eine Funktionszustand insbesondere als in Ordnung befunden, wenn der Integralwert den vorbestimmten Schwellenwert für eine kürzere Zeit als die vorbestimmte Grenz-Zeitdauer unterschreitet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen überwacht wird. Für jeden Brennraum wird separat ein Schallsignal erfasst. Der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine wird brennraumindividuell bewertet. Insbesondere ist bevorzugt jedem Brennraum ein separater Körper schall sensor zugeordnet, der das entsprechende Schall signal für den zugeordneten Brennraum erfasst. Dies ist zugleich vorteilhaft für die Überwachung auf klopfende Verbrennungen, die ebenfalls brennraumindividuell erfolgen kann. Mithilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann nunmehr die Funktionsfähigkeit jedes Klopfsensors brennraumindividuell durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann für jeden Brennraum mindestens ein Gaswechselventil auf ein aufgebrauchtes Ventilspiel überwacht werden.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, das eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Steuergerät verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.

Das Steuergerät weist bevorzugt mindestens eine Schnittstelle zur Verbindung mit mindestens einem Körperschallsensor, insbesondere Klopfsensor, auf.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, dem ein Gaswechselventil zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine weist außerdem wenigstens einen dem Brennraum zugeordneten Körperschall sensor auf. Außerdem weist die Brennkraftmaschine ein erfindungsgemäßes Steuergerät oder ein Steuergerät nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Das Steuergerät ist mit dem wenigstens einen Körperschallsensor wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Steuergerät erläutert wurden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei jedem Brennraum jeweils mindestens ein Gaswechselventil und ein Körperschall sensor zugeordnet ist. Das Steuergerät ist mit den Körper schall Sensoren wirkverbunden und eingerichtet, um den wenigstens einen Funktionszustand der Brennkraftmaschine brennraumindividuell zu überwachen.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine als Hubkolbenmotor ausgebildet. In anderer bevorzugter Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine als Kreiskolbenmotor ausgebildet. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine als Gasmotor, insbesondere als stationärer Gasmotor ausgebildet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine, und

Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts 3.

Die Brennkraftmaschine 1 weist wenigstens einen Brennraum 5 auf, in dem in bevorzugter Ausgestaltung ein Kolben 7 hubbeweglich angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 kann aber auch als Kreiskolbenmotor oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.

Dem Brennraum 5 ist mindestens ein Gaswechselventil 9 zugeordnet, wobei hier insbesondere ein Einlassventil 11 und ein Auslassventil 13 als Gaswechselventile 9 dargestellt sind. Außerdem ist dem Brennraum 5 ein Körperschallsensor 15 zugeordnet, der mit dem Steuergerät 3 wirkverbunden ist.

Die Brennkraftmaschine 1 weist in bevorzugter Ausgestaltung eine Mehrzahl von - insbesondere identisch ausgebildeten - Brennräumen 5 auf, wobei insbesondere jedem Brennraum 5 jeweils wenigstens ein Gaswechselventil 9 und jeweils ein Körperschall sensor 15 zugeordnet ist. Die Körperschall Sensoren 15 sind jeweils mit dem Steuergerät 3 wirkverbunden. Das Steuergerät 3 ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher beschriebenen Verfahrens zum Überwachen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine 1, insbesondere der Brennkraftmaschine 1 gemäß Figur 1.

In einem ersten Schritt S1 wird im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ein Schallsignal mittels des Körperschall sensors 15 zumindest teilweise während eines Schließvorgangs des Gaswechselventils 9, insbesondere des Einlassventils 11, erfasst. Sodann wird anhand des erfassten Schallsignals wenigstens ein Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 bewertet, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Zustand des Gaswechselventils 9 und einem Zustand des Körperschall sensors 15.

Das Schallsignal wird in dem ersten Schritt S1 bevorzugt in einem Erfassungsbereich von 240° KW bis 135° KW, vorzugsweise von 225° KW bis 135° KW, vorzugsweise von 210° KW bis 150° KW, vor einem einem Zündzeitpunkt zugeordneten oberen Totpunkt des Kolbens 7 der Brennkraftmaschine 1 erfasst.

In einem zweiten Schritt S2 wird vorzugsweise das Schallsignal mittels eines Tiefpassfilters gefiltert, woraus ein gefiltertes Schallsignal erhalten wird.

Vorzugsweise wird in einem dritten Schritt S3 eine Betragsgröße des erfassten Schall signals, insbesondere des gefilterten Schallsignals gebildet, woraus ein Betragssignal erhalten wird.

Vorzugsweise wird in einem vierten Schritt S4 das erfasste Schallsignal, insbesondere das gefilterte Schallsignal, in bevorzugter Weise das in dem dritten Schritt S3 erhaltene Betragssignal, über einen Integrationsbereich innerhalb des Erfassungsbereichs integriert, woraus ein Integralwert IW erhalten wird. Vorzugsweise wird der Integralwert IW in einem fünften Schritt S5 mit einem vorbestimmten Schwellenwert SW verglichen, wobei insbesondere geprüft wird, ob der Integralwert IW den vorbestimmten Schwellenwert SW unterschreitet.

Wird in dem fünften Schritt S5 festgestellt, dass der Integralwert IW den vorbestimmten Schwellenwert SW nicht unterschreitet, wird der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 für in Ordnung befunden, und das Verfahren wird vorzugsweise in dem ersten Schritt S1 fortgesetzt. Insbesondere wird das Verfahren bevorzugt fortlaufend während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt. Insbesondere wird auf diese Weise eine Mehrzahl von Schallsignalen für denselben Brennraum 5 der Brennkraftmaschine 1 zeitlich nacheinander erfasst, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 anhand des zeitlichen Verlaufs insbesondere des Integralwerts IW bewertet werden kann.

Wird dagegen in dem fünften Schritt S5 festgestellt, dass der Integralwert IW den vorbestimmten Schwellenwert SW unterschreitet, wird bevorzugt in einem sechsten Schritt S6 ein Alarmsignal ausgegeben, oder die Brennkraftmaschine 1 wird abgestellt. In diesem Fall wird insbesondere darauf erkannt, dass entweder der Körperschall sensor 15 defekt oder nicht korrekt mit dem Steuergerät 3 verbunden ist, oder dass ein Ventilspiel des Gaswechselventils 9, insbesondere des Einlassventils 11, aufgebraucht ist, sodass dieses nicht mehr vollständig schließt.

In bevorzugter Ausgestaltung wird allerdings der sechste Schritt S6 nicht schon eingeleitet, wenn zum ersten Mal festgestellt wird, dass der Integralwert IW den vorbestimmten Schwellenwert SW unterschreitet; vielmehr wird das Verfahren bevorzugt zunächst mit dem ersten Schritt S1 fortgesetzt, und es wird zusätzlichen in dem fünften Schritt S5 geprüft, ob der Integralwert IW den vorbestimmten Schwellenwert SW bereits mindestens für eine vorbestimmte Grenz- Zeitdauer GZ unterschreitet, wobei erst dann, wenn auch diese Bedingung erfüllt ist, der sechste Schritt S6 durchgeführt wird. Auf diese Weise wird insbesondere eine Mehrzahl von Schallsignalen für denselben Brennraum 5 der Brennkraftmaschine 1 zeitlich nacheinander erfasst, wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 anhand des zeitlichen Verlaufs der erfassten Schallsignale, insbesondere der Integralwerte IW, bewertet wird. Das Verfahren kann parallel oder sequenziell für eine Mehrzahl von Brennräumen 5 der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden, wobei bevorzugt für jeden Brennraum 5 separat ein Schallsignal erfasst wird, und wobei der wenigstens eine Funktionszustand der Brennkraftmaschine 1 brennraumindividuell bewertet wird.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen des Betriebs einer Brennkraftmaschine 1. Dabei wird insbesondere eine sequenzielle Überwachung einer Mehrzahl von Brennräumen 5, nämlich einer vorbestimmten Anzahl N an Brennräumen 5, der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt.

In einem initialen Schritt SO wird eine Laufvariable i initialisiert, vorzugsweise mit dem Initialwert null.

In einem siebten Schritt S7 wird zunächst das zuvor beschriebene Verfahren, insbesondere mit den in Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Schritten S1 bis S6, für einen dem aktuellen Wert der Laufvariable i zugeordneten Brennraum 5 der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt. Im Anschluss wird die Laufvariable i in einem achten Schritt S8 inkrementiert.

Unter der impliziten Voraussetzung, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 noch nicht abgestellt ist, wird in einem neunten Schritt S9 geprüft, ob der Wert der Laufvariable i der Anzahl N der Brennräume 5 entspricht. Ist dies noch nicht der Fall, wird das Verfahren in dem siebten Schritt S7 fortgesetzt. Entspricht dagegen der Werte Laufvariable i der Anzahl N der Brennräume 5, wird das Verfahren entweder beendet, oder - wie hier dargestellt - in bevorzugter Ausgestaltung mit dem initialen Schritt SO fortgesetzt, sodass das Verfahren insbesondere fortlaufend während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt wird.

Auf diese Weise werden sequenziell bevorzugt alle Brennräume 5 der Brennkraftmaschine 1 überprüft.