DD244638A1 - DIAGNOSTIC PROCESS FOR THE CAPACITY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Pruefung von Kraft- und Arbeitsmaschinen. Ihr Ziel besteht darin, bei der Pruefung von Verbrennungsmotoren den Vorbereitungs- und Arbeitsaufwand zu senken bei gleichzeitiger Erhoehung der Diagnoseaussage und Verbesserung ihrer Genauigkeit. Es wurde deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Ermittlung der Nutzleistung des Motors und bei Mehrzylindermotoren ihre Verteilung auf die einzelnen Zylinder im eingebauten Zustand des Motors ohne aeussere Belastungseinrichtung zu entwickeln. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Nutzleistung aus dem unter definierten Bedingungen gewonnenen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit in Abhaengigkeit vom Drehwinkel waehrend eines Beschleunigungslaufes gegen eine bekannte Traegheitskraft, verkoerpert durch die bewegten Massen des Verbrennungsmotors und evtl. durch zusaetzliche traege Massen, und waehrend des Leerlaufes im Bereich der unteren Leerlaufdrehzahl ermittelt wird.The invention relates to the field of testing of power and working machines. Their goal is to reduce the amount of preparation and work involved in testing internal combustion engines, while increasing diagnostic accuracy and improving accuracy. It was therefore the task of developing a method for determining the useful power of the engine and in multi-cylinder engines their distribution to the individual cylinders in the installed state of the engine without external loading device. According to the invention, the object is achieved in that the net power from the course of the angular velocity obtained under defined conditions as a function of the angle of rotation during an acceleration run against a known inertia force, embodied by the moving masses of the internal combustion engine and possibly by additional traege masses, and during idling is determined in the range of the lower idle speed.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für Verbrennungsmotoren, welches sowohl die Leistungsmessung als auch die Bewertung des Kompressions- und Zündverhaltens der Einzelzylinder im eingebauten Zustand ohne fremde Belastungseinrichtung beinhaltet. Sie ermöglicht den Herstellern, Betreibern und Instandhaltern von Verbrennungsmotoren eine Überprüfung des technischen Zustandes ihrer Motoren mit sehr geringem Vorbereitungsaufwand.The invention relates to a diagnostic method for internal combustion engines, which includes both the power measurement and the evaluation of the compression and ignition of the individual cylinder in the installed state without external load device. It enables the manufacturers, operators and maintenance of combustion engines to check the technical condition of their engines with very little preparation effort.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Für die Bestimmung der Motorleistung als aussagefähigstem Parameter zur Einschätzung des technischen Zustandes eines Verbrennungsmotors sind die unterschiedlichsten Verfahren entwickelt worden.For determining the engine power as the most meaningful parameter for estimating the technical condition of an internal combustion engine, a variety of methods have been developed.

Die Nutzleistung wird zum einen durch die Verwendung von geeigneten Belastungseinrichtungen (Prüfständen), zum anderen ohne Belastungseinrichtung durch die Beschleunigungsmethode ermittelt, wobei der Verbrennungsmotor schlagartig gegen die eigenen Trägheitskräfte der bewegten Teile beschleunigt.The net power is determined on the one hand by the use of suitable load devices (test benches), on the other hand without loading device by the acceleration method, whereby the internal combustion engine abruptly accelerates against the own inertial forces of the moving parts.

Die Leistungsanteile der Einzelzylinder können bei diesen Verfahren entweder über die arbeitsaufwendige Zylinderabschaltung oder aber über Messung der Verbrennungsdrücke mittels Druckgebern in speziellen Indizierbohrungen erfaßt werden. Neuere Verfahren untersuchen das Beschleunigungsverhalten der Motoren mit Hilfe moderner Mikrorechner. Dabei ist es bisher jedoch noch nicht gelungen, die Arbeitsweise der Einzelzylinder und ihre Leistungsanteile zu diagnostizieren. Die tiefergehende Diagnose scheiterte an der Wahl ungeeigneter Betriebspunkte des Motors bzw. an der Wahl ungeeigneter Meß- und Auswerteverfahren, welche die Drehschwingungen der Kurbelwelle als Störgrößen unterdrücken. Durchgeführte Untersuchungen zeigen jedoch, daß gerade in der regelmäßig ungleichförmig anwachsenden Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle Informationen über die Arbeitsweise der einzelnen Zylinder und ihrer Leistungsanteile enthalten sind.The performance components of the individual cylinders can be detected in these methods either by the laborious cylinder shutdown or by measuring the combustion pressures by means of pressure sensors in special indexing holes. Newer methods investigate the acceleration behavior of the engines using modern microcomputers. However, it has not yet been successful to diagnose the operation of the individual cylinders and their performance components. The deeper diagnosis failed due to the choice of unsuitable operating points of the engine or the choice of inappropriate measurement and evaluation, which suppress the torsional vibrations of the crankshaft as disturbances. However, studies have shown that it is precisely in the regularly irregularly increasing angular velocity of the crankshaft information about the operation of the individual cylinders and their power components are included.

- 2 - dA^ Ούϋ Ziel der Erfindung- 2 - dA ^ Ούϋ Aim of the invention

Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung der Überprüfung von Verbrennungsmotoren durch Senkung des Vorbereitungsund Bedienaufwandes sowie die Verkürzung der Prüfdauer bei gleichzeitiger Erhöhung des Informationsgehaltes der Diagnoseaussage und Verbesserung ihrer GenauigkeitThe invention aims to simplify the examination of internal combustion engines by reducing the preparation and operating costs and shortening the test period while increasing the information content of the diagnosis statement and improving its accuracy

Durch die Erfindung soll eine wirtschaftliche Überprüfung von Verbrennungsmotoren ermöglicht werden. By the invention, an economic review of internal combustion engines is to be made possible.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Verbrennungsmotoren ohne äußere Belastungseinrichtung die Nutzleistung und bei Mehrzylindermotoren ihre Verteilung auf die einzelnen Zylinder mit erhöhter Genauigkeit zu bestimmen, wobei keine Eingriffe am Motor erforderlich sind und der Vorbereitungsaufwand zur Anwendung des Verfahrens im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren wesentlich geringer istThe invention has for its object to determine the useful power of internal combustion engines without external load device and their distribution to the individual cylinders with multi-cylinder engines with increased accuracy, with no intervention on the engine are required and the preparation effort for the application of the method in contrast to the conventional methods substantially is lower

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle infolge des taktweisen Kraftangriffs der Kolben regelmäßig, ungleichförmig während des Beschleunigungsvorganges anwächst. Dieser ungleichförmige Verlauf enthält Informationen über die in den einzelnen Zylindern wirkenden Kräfte, aus denen sich mit Hilfe geeigneter Meßtechnik und Auswerteverfahren die Nutzleistung des Motors und ihre Verteilung auf die Einzelzylinder bestimmen sowie Angaben zum Zünd- und Kompressionsdruckverhalten gewinnen lassen. Bei Abweichungen von den Sollwerten ist die Art der Störung erkennbar und ihre Lokalisierung möglich.The invention is based on the recognition that the angular velocity of the engine crankshaft due to the cyclic force application of the piston increases regularly, non-uniformly during the acceleration process. This non-uniform course contains information about the forces acting in the individual cylinders, from which the useful power of the engine and its distribution to the individual cylinders can be determined with the aid of suitable measuring technology and evaluation methods and information on the ignition and compression pressure behavior can be obtained. In the event of deviations from the nominal values, the type of disturbance can be recognized and its localization possible.

Voraussetzung für die Analyse der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist eine geeignete Meßapparatur, welche die momentane Winkelgeschwindigkeit ω oder eine ihr entsprechende Größe fortlaufend in Verbindung mit dem Drehwinkel φ der Kurbelwelle erfaßt, wobei jeder Drehwinkel einer definierten Kurbelwellenstellung entsprechen muß. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Diagnose des Leistungsvermögens von Verbrennungsmotoren bis auf den einzelnen Zylinder zur Anwendung kommt, welches von dem unter definierten Bedingungen gewonnenen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ω in Abhängigkeit von dem Drehwinkel φ während eines Beschleunigungslaufes gegen eine bekannte Trägheitskraft, verkörpert durch die bewegten Massen des Verbrennungsmotors und eventuell durch zusätzliche träge Massen, und während des Leerlaufes im Bereich der unteren Leerlaufdrehzahl ausgeht. Zu den definierten Bedingungen der Messung der Winkelgeschwindigkeit gehören, daß der Motor auf vorgegebene Betriebsbedingungen gebracht wird und die Meßeinrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Start des Beschleunigungslaufes bei t_o und bei einer vorgegebenen Kurbelwellenstellung mit der fortlaufenden Erfassung der momentanen Winkelgeschwindigkeit oder einer ihr entsprechenden Größe beginnt und nach einer vorgegebenen Zahl von Kurbelwellenumdrehungen endet. Damit ist jedem Drehzahlwert ein Zeitpunkt und eine Kurbelwellenstellung zuordenbar.Prerequisite for the analysis of the angular velocity of the crankshaft is a suitable measuring apparatus, which detects the instantaneous angular velocity ω or a corresponding size continuously in conjunction with the rotation angle φ of the crankshaft, each rotation angle must correspond to a defined crankshaft position. According to the invention the object is achieved in that a method for the diagnosis of the performance of internal combustion engines except for the individual cylinder is used, which of the obtained under defined conditions gradient of the angular velocity ω in response to the rotation angle φ during acceleration against a known inertial force, embodied by the moving masses of the internal combustion engine and possibly by additional inertial masses, and during idling in the region of the lower idle speed goes out. The defined conditions for measuring the angular velocity include bringing the engine up to predetermined operating conditions and the measuring device at a certain time with respect to the start of the acceleration run at t _o and at a given crankshaft position with the continuous detection of the instantaneous angular velocity or one of them commences corresponding size and ends after a predetermined number of crankshaft revolutions. This means that each speed value can be assigned a time and a crankshaft position.

Zur Ermittlung der Nutzleistung aus dem Verlauf ω = f(t) während der Beschleunigung muß der Wertebereich eingeschränktTo determine the useful power from the curve ω = f (t) during acceleration, the value range must be restricted

werden. Vom Start bis zum Zeitpunkte regelt sich die Kraftstoffzufuhr erst auf den gewünschten Wert „Maximalförderung" ein,become. From the start to the time, the fuel supply only adjusts to the desired value "maximum delivery",

d. h. es liegt noch kein definierter Zustand vor. Ab t₂ beginnt die Drehzahlbegrenzung des Motors wirksam zu werden, so daß nur der Bereich zwischen U und t₂ zur Auswertung zugelassen werden darf. t| und X₂ sind an Prototypen experimentell zu bestimmen.ie there is still no defined state. From t ₂ , the speed limit of the motor begins to be effective, so that only the range between U and t ₂ may be allowed for evaluation. t | and X ₂ are to be determined experimentally on prototypes.

Im Bereich t-i < t < t₂ wird beim Beschleunigungslauf die Vollastkurve des Motors dynamisch durchfahren. Das dabei wirkende Drehmoment ist ebenfalls eine Funktion der Zeit und hängt in Verbindung mit dem Massenträgheitsmoment von dem Drehzahlverlauf ω = f(t) ab.In the range ti <t <t ₂ , the full-load curve of the motor is dynamically traversed during acceleration. The thereby acting torque is also a function of time and depends in conjunction with the mass moment of inertia of the speed curve ω = f (t).

Das Massenträgheitsmoment des Motors ist bekannt. Es kann z.B. beim Motorenhersteller in Erfahrung gebracht werden.The moment of inertia of the motor is known. It can e.g. be brought to the engine manufacturer in experience.

Der so ermittelbare Drehmomentenverlauf M_D(n) ist nicht mit dem unter stationären Bedingungen auf einem Prüfstand gewonnenen Drehmomentenverlauf M_s(n) identisch, weil beim Beschleunigungslauf sehr starke dynamische Einflußfaktoren wirken.The torque curve M _D (n) that can be determined in this way is not identical with the torque curve M _s (n) obtained under steady-state conditions on a test bench because very strong dynamic influencing factors act during acceleration.

Deshalb ist es erforderlich, den Zusammenhang zwischen Mo(n) und M_s(n) an Prototypen experimentell als Funktion oder als Wertetabelle zu bestimmen. Mit diesem Zusammenhang läßt sich die Nennleistung P_ebei Nenndrehzahl n_n in der üblicherweise zur Charakterisierung des Leistungsvermögens dienenden Form angeben.Therefore, it is necessary to experimentally determine the relationship between Mo (n) and M _s (n) on prototypes as a function or as a table of values. With this connection, the nominal power P _e at rated speed n _n can be stated in the form usually used for characterizing the performance.

In der Praxis hat sich erwiesen, daß es zur Bestimmung von M_s(n_n) notwendig ist, den mittleren Anstieg der Kurve ω = f(t) in einem Bereich um die Nenndrehzahl n_n, der mindestens 1, besser jedoch 2-5 Motorumdrehungen darunter umfaßt, zu ermitteln und daraus M_D(n_n) zu errechnen. Dadurch werden die Einflüsse der überlagerten Drehschwingung der Kurbelwelle ausgeglichen.In practice, it has been found necessary to determine M _s (n _n ), the average slope of the curve ω = f (t) in a range around the rated speed n _n , at least 1, but more preferably 2-5 Motor revolutions including, to determine and calculate therefrom M _D (n _n ). As a result, the influences of the superimposed torsional vibration of the crankshaft are compensated.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Nennleistung ist diese stets als Mittelwert aus mehreren Beschleunigungsläufen zu gewinnen.To further increase the accuracy in the determination of the rated power, this is always to be obtained as an average of several acceleration runs.

Die mit den bisher aufgeführten Verfahrensschritten bestimmbare Nutzleistung ist die Vorstufe für die Messung der Leistungsanteile der einzelnen Zylinder bei Mehrzylinderverbrennungsmotoren. Ausgangspunkt ist wieder die aus.dem Beschleunigungslauf gewonnene Funktion ω = f(t), deren Verlauf durch die Überlagerung der Wirkung von Gas- und Massenkräften auf die Kurbelwelle geprägt wird. Da nur die Gaskräfte eine Aussage über das Leistungsverhalten liefern, sich jedoch das Verhältnis der Gas- zu den Massenkräften mit steigender Drehzahl wegen der quadratischen Abhängigkeit der Trägheitskräfte von der Winkelgeschwindigkeit zugunsten der Massenkräfte verschiebt, ist es notwendig, die Ermittlung der Leistungsanteile der Einzelzylinder bei möglichst niedriger Drehzahl durchzuführen.· Figur 1 zeigt den gemessenen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ω = f(t) im unteren Bereich der Beschleunigungskurve (Kurve a) und im oberen Bereich (Kurve b), um den Einfluß der Massenkräfte auf den Ungleichförmigkeitsgrad der Drehbewegung zu illustrieren.The useful power determinable with the method steps listed so far is the preliminary stage for the measurement of the power components of the individual cylinders in multi-cylinder internal combustion engines. The starting point is again the function ω = f (t) obtained from the acceleration run, the course of which is characterized by the superimposition of the effect of gas and mass forces on the crankshaft. Since only the gas forces provide a statement about the performance, but the ratio of gas to mass forces shifts with increasing speed because of the quadratic dependence of the inertial forces of the angular velocity in favor of the mass forces, it is necessary to determine the power components of the individual cylinder as possible FIG. 1 shows the measured course of the angular velocity ω = f (t) in the lower region of the acceleration curve (curve a) and in the upper region (curve b) in order to illustrate the influence of the inertial forces on the degree of nonuniformity of the rotational movement.

Entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Kurvenverlauf ω = f(t) nur für so viele ab dem Zeitpunkt t, ablaufende Kurbelwellenumdrehungen herangezogen, in welchen jeder Zylinder einen Arbeitstakt geleistet hat, d. h. für einen vollen Arbeitszyklus des Motors.According to the proposed method, the curve ω = f (t) is used only for so many crankshaft revolutions starting from the instant t, in which each cylinder has performed a working stroke, that is to say, in FIG. H. for a full engine cycle.

Die Kurve ω = f(t) wird durch die oberen Totpunkte der gemäß der Zündfolge aufeinander folgenden Zylinder in Kurvenabschnitte aufgeteilt, wobei jeder Abschnitt zur Charakterisierung des Leistungsvermögens des betreffendenThe curve ω = f (t) is divided into curve sections by the top dead centers of the cylinders consecutive according to the firing order, each section for characterizing the performance of the respective one

Zylinders dient. Dazu werden die mittleren Anstiege ει bestimmt. Damit existiert für jeden Zylinder ein Beschleunigungswert.Cylinder serves. For this purpose, the average increases ει determined. Thus there is an acceleration value for each cylinder.

Durch Wiederholung der Beschleunigungsläufe und Mittelung der Beschleunigungswerte getrennt für jeden Zylinder wird die Genauigkeit erhöht.By repeating the acceleration runs and averaging the acceleration values separately for each cylinder, the accuracy is increased.

Aus den gemittelten Beschleunigungswerten e_mi der einzelnen Zylinder wird das arithmetische Mittel über alle Zylinder gebildet und der relative Wert der e_m-, in bezug auf e_mc errechnet. Diese Verhältniszahlen, multipliziert mit der durch die Zylinderanzahl dividierten Nennleistung P_e ergeben die Leistung der Einzelzylinder.From the averaged acceleration values e _{mi of} the individual cylinders, the arithmetic mean over all cylinders is calculated and the relative value of e _m - calculated with respect to e _m c . These ratios, multiplied by the divided by the number of cylinders rated power P _e , the performance of the individual cylinder.

Erreicht ein Zylinder nicht die erforderliche Leistung, so können die Ursachen sowohl im schlechten Zündverhalten als auch in verminderter Kompression liegen.If a cylinder does not achieve the required power, the causes can be both poor ignition behavior and reduced compression.

Zur Analyse des Zündverhaltens wird von den zur Charakterisierung des Leistungsvermögens der Einzelzylinder ausgewerteten Kurvenabschnitten jeweils nur der Teil herangezogen, in welchem die Zündphase des betreffenden Zylinders dominiert. Von diesen Teilabschnitten bestimmt man wieder die mittleren Anstiege e„ mittelt sie über mehrere Beschleunigungsläufe getrennt für jeden Zylinder und vergleicht sie mit dem Mittelwert über alle Zylinder.In order to analyze the ignition behavior, only the part in which the ignition phase of the relevant cylinder dominates is used by the curve sections evaluated to characterize the performance of the individual cylinders. From these sections one again determines the average increases e ' averages them over several acceleration runs separately for each cylinder and compares them with the mean over all cylinders.

Zur Analyse der Kompressiönsphasen ist von solch einem Betriebszustand des Motors auszugehen, bei dem die Verbrennungsdrücke und die Massenkräfte gering sind, um das Kompressionsverhalten nicht durch deren Einflüsse zu überdecken. Das ist nicht während der Beschleunigungsphase, sondern im Bereich der unteren Leeriaufdrehzahl der Fall. Es wird der Drehzahlverlauf bei Leerlaufdrehzahl über mehrere Umdrehungen aufgenommen, in einzelne Abschnitte zwischen den oberen Totpunkten mit Zündung eingeteilt, daraus Teilabschnitte ausgewählt, die durch das Kompressionsverhalten der betreffenden Zylinder geprägt wurden. Die Analyse erfolgt, indem die mittleren Verzögerungen e_m für diese Teilabschnitte berechnet werden und weiter wie bei der Analyse des Zündverhaltens verfahren wird.To analyze the Kompressiönsphasen is to be assumed by such an operating condition of the engine, in which the combustion pressures and the mass forces are low in order not to cover the compression behavior by their influences. This is not the case during the acceleration phase, but in the range of the lower Leeriaufdrehzahl the case. It is the speed curve recorded at idle speed over several revolutions, divided into sections between the top dead centers with ignition, from selected subsections that were characterized by the compression behavior of the respective cylinder. The analysis is done by calculating the average delays e _m for these segments and proceeding as in the ignition behavior analysis.

Liegt ein gleichmäßig stark fortgeschrittener Verschleißzustand des Kolben-Zylinder-Bereiches vor, so macht sich das durch eine verminderte mittlere Verzögerung gegenüber der beim Prototyp ermittelten bemerkbar.If there is a uniformly advanced state of wear of the piston-cylinder area, this is noticeable by a reduced mean deceleration compared with that found in the prototype.

Ausführungsbeispielembodiment

Figur 2 zeigt das Blockschaltbild einer möglichen Meßanordnung. Ein Kurbelwinkelgeber 1 liefert Impulse, deren zeitlicher Abstand mittels eines Zeittaktgebers 2 und einer Zähleinrichtung 3 fortlaufend gemessen und im Mikrocomputer 4 kurbelwinkelbezogen abgespeichert wird. Am Mikrocomputer ist ein Motorsteuergerät 5 angeschlossen, welches eine vorgegebene Drehzahl am Motor 6 einstellt bzw. in einer definierten Kurbelwinkelstellung diesen schlagartig von einer Ausgangsdrehzahl beschleunigt. Ein Sensor 7 liefert von einem ausgewählten Zylinder ein Synchronisationssignal für die Zuordnung des Meßvorganges auf die einzelnen Zylinder.FIG. 2 shows the block diagram of a possible measuring arrangement. A crank angle sensor 1 delivers pulses whose time interval is continuously measured by means of a clock timer 2 and a counter 3 and stored in the microcomputer 4 crank angle related. On the microcomputer, an engine control unit 5 is connected, which adjusts a predetermined speed on the engine 6 or in a defined crank angle position accelerates this abruptly from an output speed. A sensor 7 supplies from a selected cylinder a synchronization signal for the assignment of the measuring process to the individual cylinders.

Ein 6-Zylinder-Dieselmotor wird vor Beginn der Messung mit der Meßanordnung verbunden, indem das Motorsteuergerät in das Gasgestänge des Motors eingehängt, ein inkrementaler Kurbelwinkelgeber mit 360 Impulsen pro Umdrehung fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und ein Druckaufklemmgeber auf die Einspritzleitung des ersten Zylinders geklemmt wird. Nach Einschalten und Initialisierung der Meßanordnung kann der betriebswarme Motor gestartet werden. Ein Programm des Mikrocomputers übernimmt über die eingehenden Impulse des Kurbelwinkelgebers und über die Ausgabe von Steuerbefehlen an das Motorsteuergerät die Drehzahlregelung des Motors auf eine vorgegebene angehobene Leerlaufdrehzahl, von der aus der Beschleunigungslauf erfolgen soll. Der Startbefehl für den Beschleunigungslauf wird durch steuerungstechnische Maßnahmen genau in dem Moment ausgelöst, bei dem der Kolben des ersten Zylinders im oberen Totpunkt zu Beginn des Arbeitstaktes steht, d.h. der Zeitpunkt t = 0 entspricht der definierten Kurbelwellenstellung ZOT1. Mitt = 0 beginnt die fortlaufende Abspeicherung der Auswahl derZeittaktebiszum Ende der 8. Umdrehung pro Grad Kurbelwellendrehung, ab der 9. bis zum Erreichen der Maximaldrehzahl nur noch pro 360° Kurbelwellendrehung. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit wird der Motor auf die Leerlaufdrehzahl zurückgeführt.A six-cylinder diesel engine is connected to the metering assembly prior to commencement of the measurement by mounting the engine control unit in the engine throttle, an incremental 360-pulse per-revolution crank angle encoder fixedly connected to the engine crankshaft, and a pressure clamp on the injection line of the first cylinder is clamped. After switching on and initialization of the measuring arrangement of the warm operating motor can be started. A program of the microcomputer takes over the incoming pulses of the crank angle sensor and the output of control commands to the engine control unit, the speed control of the engine to a predetermined raised idle speed, from which the acceleration run is to take place. The start command for the acceleration run is triggered by control measures exactly at the moment in which the piston of the first cylinder is at top dead center at the beginning of the power stroke, i. the time t = 0 corresponds to the defined crankshaft position ZOT1. Mitt = 0 starts the continuous storage of the selection of the time clocks until the end of the 8th revolution per degree crankshaft rotation, from the 9th until reaching the maximum speed only per 360 ° crankshaft rotation. After a predetermined time, the engine is returned to the idle speed.

Durch fortlaufendes Aufaddieren der Zählerstände (bei t₀ beginnend) werden die Punkte ermittelt, an welchen die Summe erstmalig den Wert der entsprechenden AuswertegrenzenBy continuously adding up the counter readings (starting at t ₀ ), the points are determined at which the sum for the first time the value of the corresponding evaluation limits

Z_u = — τ—Dauer eines ZeittaktesZ _u = - τ duration of a time clock

bzw. Z₀ = -or Z ₀ = -

überschreitet.exceeds.

Von dem auf den unteren Punkt folgenden ersten ZOT und den sich anschließenden 5 weiteren ZOT-Punkten ausgehend, wird die mittlere Wifikelbeschleunigung ε über jeweils 120° Kurbelwellendrehung nach ZOT errechnet und den entsprechenden Zylindern zugeordnet abgespeichert.Starting from the first ZOT following the lower point and the subsequent 5 further ZOT points, the average Wifikelbeschleunigung ε is calculated over each 120 ° crankshaft rotation to ZOT and stored assigned to the corresponding cylinders.

Im nächsten Schritt erfolgt die Prüfung, ob der Motor die Nenndrehzahl n_n vor dem Zeitpunkt t₂ erreicht hatte, indem man den Punkt sucht, bei dem ein Zählerstand Zj kleiner alsIn the next step, the check is made as to whether the engine has reached the rated speed n _n before the time t ₂ by looking for the point at which a count Zj is less than

Φ Z_n = —-— φ—Drehwinkel zwischen 2 Impulsen des DrehzahlgebersΦ Z _n = - - - φ rotation angle between 2 pulses of the speed sensor

τ · ω_η τ · ω _η

ist und mit der Lage des oberen Punktes vergleicht.is and compares with the location of the upper point.

Ist das der Fall, nimmt man die letzten 5 Umdrehungen bis zum Erreichen der Nenndrehzahl und bestimmt aus den die Winkelgeschwindigkeit dieser 5 Umdrehungen charakterisierenden 5 Zählerständen die mittlere Winkelbeschleunigung ε, anderenfalls greift man auf die letzten 5 Zählerstände vor dem oberen Grenzpunkt zurück.If this is the case, take the last 5 revolutions to reach the rated speed and determined from the angular velocity of these 5 revolutions characterizing 5 counter readings the mean angular acceleration ε, otherwise you access the last 5 counts before the upper limit point.

Diese Auswertung läuft, während der Motor wieder auf die angehobene Leerlaufdrehzahl eingeregelt wird. Danach folgen 4 weitere gleichartige Beschleunigungsläufe, deren Beschleunigungswerte zu Mittelwerten zusammengefaßt werden, woraus dann einerseits die Nennleistung P_e über das dynamische und stationäre Drehmoment und andererseits die Einzelzylinderleistung errechnet werden. In der Praxis hat es sich als ausreichend erwiesen, bei Abweichungen der Einzelzylinderleistung von weniger als 15% vom Mittelwert auf eine weitergehende Analyse der Ursachen zu verzichten. Übersteigt die Abweichung der Leistung eines Zylinders von dem Mittelwert über alle Zylinder die 15%-Grenze, so wird in einem weiteren Schritt die Analyse des Zündverhaltens durchgeführt. Sie erfolgt ebenfalls mit den Werten der ersten beiden Umdrehungen nach Z_u wie bei der Einzelzylinderleistungsbestimmung, jedoch werden die Kurvenabschnitte der Kurve ω = f(t) zwischen den oberen Totpunkten der gemäß der Zündfolge aufeinanderfolgenden Zylinder in 60°-Abschnitte geteilt, wobei die mit dem oberen Totpunkt des Arbeitstaktes eines Zylinders beginnenden Teilstücke zur Charakterisierung des Zündverhaltens herangezogen werden. Von diesen Teilstücken bestimmt man die mittleren Anstiege ε; und erhält damitfür jeden Zylinder einen Beschleunigungswert. Durch die 4malige Wiederholung der Beschleunigungsläufe wird die Genauigkeit erhöht. Die relative Abweichung der Mittelwerte der Beschleunigung der Einzelzylinder von dem Mittel über alle Zylinder gibt Aufschlüsse über das Zündverhalten der Einzelzylinder.This evaluation runs while the engine is being adjusted back to the raised idle speed. This is followed by four further acceleration cycles of the same type, whose acceleration values are combined into mean values, from which, on the one hand, the nominal power P _{e is} calculated via the dynamic and stationary torque and, on the other hand, the single-cylinder power. In practice, it has proved sufficient to dispense with deviations of the individual cylinder performance of less than 15% from the mean value to a more thorough analysis of the causes. If the deviation of the power of one cylinder from the average over all cylinders exceeds the 15% limit, the ignition behavior analysis is carried out in a further step. It also takes place with the values of the first two revolutions to Z _u as in the single cylinder power determination, however, the curve sections of the curve ω = f (t) between the top dead centers of the successive following the firing order cylinders are divided into 60 ° sections, with the the top dead center of the working cycle of a cylinder beginning sections are used to characterize the ignition behavior. From these sections one determines the average increases ε; and thus obtains an acceleration value for each cylinder. Repeating the acceleration runs four times will increase the accuracy. The relative deviation of the average values of the acceleration of the individual cylinders from the average over all cylinders gives information about the ignition behavior of the individual cylinders.

Für die Analyse des Kompressionsverhaltens der Einzelzylinder müssen neue Meßwerte abgespeichert werden. Der Motor, welcher nach dem 5. Beschleunigungslauf wieder zur unteren Leerlaufdrehzahl zurückgeführt wurde, verbleibt bei dieser Drehzahl, während die Meßanordnung in der gleichen Weise wie beim Beschleunigungslauf beim ZOT des ersten Zylinders mit der fortlaufenden Abspeicherung der Anzahl der Zeittakte pro Grad Kurbelwellendrehung beginnt und nach 10 Umdrehungen des Motors beendet. Damit wurde die Ungleichförmigkeit der Drehbewegung über 5 Arbeitszyklen des Viertaktmotors erfaßt. Der Drehzahlverlauf ω = f(t) wird durch die oberen Zündtotpunkte ZOT in Abschnitte eingeteilt, wobei jeweils die Teilabschnitte von 60° vorZOT bis ZOTaIs Kompressionsphasen der einzelnen Zylinder analysiert werden, indem die mittlere Verzögerung für diese Teilabschnitte berechnet und weiter wie bei der Analyse der Zündphase verfahren wird, bis zur Ermittlung der prozentualen Abweichung der Kompression der Einzelzylinder von dem Mittelwert über alle Zylinder. Damit hat manFor the analysis of the compression behavior of the single cylinders, new measured values have to be stored. The engine, which was returned to the lower idle speed after the fifth acceleration run, remains at that speed, while the measuring arrangement starts in the same manner as in the acceleration run at the ZOT of the first cylinder with the continuous storage of the number of clock cycles per degree crankshaft rotation and after 10 revolutions of the motor finished. Thus, the non-uniformity of the rotational movement over 5 cycles of the four-stroke engine was detected. The speed curve ω = f (t) is divided into sections by the upper ignition dead centers ZOT, the subsections being analyzed from 60 ° before ZOT to ZOTaIs compression phases of the individual cylinders by calculating the mean delay for these sections and further as in the analysis of Ignition phase is moved to the determination of the percentage deviation of the compression of the individual cylinder of the average over all cylinders. You have that

— die Leistung des Motors bei Nenndrehzahl- The power of the engine at rated speed

— die Leistungsanteile der Einzelzylinder- the performance shares of the single cylinder

— die relative Abweichung der Beschleunigung der Einzelzylinder während der Zündphase von dem MittelwertThe relative deviation of the acceleration of the individual cylinders during the ignition phase from the mean value

— die relative Abweichung der Verzögerung der Einzelzylinder während der Kompressionsphase von dem Mittelwert als Basis für eine fundierte Diagnoseaussage zur Verfügung, wobei mit der beschriebenen Meßeinrichtung noch weitere Diagnoseparameter, z. B. in bezug auf das Kraftstoffversorgungssystem ermittelt werden können.- The relative deviation of the delay of the individual cylinder during the compression phase of the average as a basis for a sound diagnosis statement available, with the described measuring device even more diagnostic parameters, eg. B. with respect to the fuel supply system can be determined.

Claims (5)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Diagnoseverfahren für das Leistungsvermögen von Verbrennungsmotoren, insbesondere zur Bestimmung der Leistungsanteile der Einzelzylinder von in Fahrzeugen eingebauten Motoren, gekennzeichnet dadurch, daß ein an sich bekanntes Meßsystem am Motor anzuschließen ist, daß der Motor auf vorgegebene Betriebsbedingungen zu bringen und danach schlagartig gegen eine bekannte Trägheitskraft, verkörpert durch die bewegten Massen des Verbrennungsmotors, seiner mitlaufenden Hilfseinrichtungen und eventuell durch zusätzlich träge Massen zu beschleunigen ist, wobei durch die Meßeinrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt und bei einer vorgegebenen Kurbelwellenstellung mit der fortlaufenden Erfassung der momentanen Winkelgeschwindigkeit oder einer ihr entsprechenden Größe in Verbindung mit dem Drehwinkel der Kurbelwelle zu beginnen und nach einer vorgegebenen Zahl von Kurbelwellenumdrehungen zu beenden ist und daß aus diesen Werten unter Berücksichtigung des Bereiches der maximalen Kraftstoffzufuhr und der dynamischen Einflüsse aus dem Beschleunigungslauf in Verbindung mit dem Massenträgheitsmoment der bewegten Massen einmal die Nutzleistung und zum anderen bei Beachtung der Zylinderzuordnung der Meßwerte die Leistungsanteile der Einzelzylinder zu ermitteln sind, wobei bei größeren Leistungsunterschieden aus den Meßwerten des Beschleunigungslaufes Unterschiede im Zündverhalten der Einzelzylinder zu ermitteln sind und noch zusätzlich die momentane Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle im Bereich der unteren Leerlaufdrehzahl im stationären Betrieb zu erfassen ist und durch Auswertung der zylinderbezogenen Meßwerte das Kompressionsverhalten der einzelnen Zylinder offenzulegen ist.1. A diagnostic method for the performance of internal combustion engines, in particular for determining the power components of the individual cylinder mounted in vehicles engines, characterized in that a per se known measuring system is to be connected to the engine that bring the engine to predetermined operating conditions and then abruptly against a known Inertia, embodied by the moving masses of the internal combustion engine, its accompanying auxiliary equipment and possibly by additional inertial masses to accelerate, wherein by the measuring device at a certain time and at a given crankshaft position with the continuous detection of the instantaneous angular velocity or a corresponding size in combination to start with the angle of rotation of the crankshaft and to end after a predetermined number of crankshaft revolutions and that from these values taking into account the range of the maximum Kraf fuel supply and the dynamic influences from the acceleration run in conjunction with the mass moment of inertia of the moving masses once the useful power and on the other hand to observe the cylinder assignment of the measured values, the power components of the individual cylinders, with larger differences in performance from the measured acceleration acceleration differences in the ignition behavior of the individual cylinder are to be determined and still additionally the instantaneous angular velocity as a function of the rotational angle of the crankshaft in the region of the lower idle speed in stationary operation is to be detected and the compression behavior of the individual cylinders is to be disclosed by evaluating the cylinder-related measured values. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die untere Grenze des Bereiches der maximalen Kraftstoffzufuhr während des Beschleunigungslaufes als derjenige Zeitpunkt aus dem Verlauf der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwellen zu ermitteln ist, bei dem nach Erteilen des Startsignals an das Motorsteuergerät zum Auslösen des Beschleunigungslaufes die Beschleunigung des Motors wirklich einsetzt und als obere Grenze derjenige Zeitpunkt gilt, bei welchem die Drehzahlbegrenzungseinrichtung des Motors die Kraftstoffzufuhr drosselt.2. The method according to item 1, characterized in that the lower limit of the range of the maximum fuel supply during the acceleration run is to be determined as the time from the course of the angular velocity of the crankshafts, in which after issuing the start signal to the engine control unit to trigger the acceleration run the Acceleration of the engine really starts and applies as the upper limit of the time at which the engine speed limiter throttles the fuel supply. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Angabe der äquivalenten Leistung des Verbrennungsmotors in bezug auf einen Betriebszustand mit konstanter Drehzahl ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Drehmomentenverlauf Mq = f(n) beim Beschleunigungslauf und M_s = f(n) bei konstanten Bedingungen zu verwenden ist, welcher an Prototypen zu ermitteln ist.3. The method according to item 1, characterized in that for indicating the equivalent power of the internal combustion engine with respect to a constant speed operating condition, a functional relationship between the torque curve Mq = f (n) during acceleration and M _s = f (n) at constant Conditions to be used, which is to be determined on prototypes. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit während des Beschleunigungslaufs in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle ab der unteren Grenze der maximalen Kraftstoffzufuhr für einen vollen Motorzyklus durch die oberen Totpunkte mit Zündung der gemäß der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder in einzelne Abschnitte zu zerlegen ist und in diesen Abschnitten bzw. definierten Teilabschnitten zur Charakterisierung des Leistungsvermögens des betreffenden Zylinders die mittlere Beschleunigung zu ermitteln ist.4. The method according to item 1, characterized in that the course of the angular velocity during the acceleration run as a function of the rotational angle of the crankshaft from the lower limit of the maximum fuel supply for a full engine cycle through the top dead centers with ignition of the firing order successive cylinder into individual sections is to disassemble and in these sections or defined subsections to characterize the performance of the cylinder in question, the average acceleration is determined. 5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Beurteilung des Kompressionsverhaltens der einzelnen Zylinder der Drehzahlverlauf im unteren Leerlaufdrehzahlbereich in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel über mehrere Motorumdrehungen aufzunehmen ist, in einzelne Abschnitte zwischen den oberen Totpunkten mit Zündung einzuteilen ist, ' daraus definierte Teilabschnitte als Kompressionsphasen der einzelnen Zylinder zu analysieren sind, indem die mittleren Verzögerungen für diese Teilabschnitte zu berechnen sind und zylinderbezogen zu Mittelwerten zusammenzufassen sind.5. The method according to item 1, characterized in that is to record the assessment of the compression behavior of the individual cylinder, the speed curve in the lower idle speed range as a function of the crank angle over several engine revolutions, is divided into sections between the top dead centers with ignition, 'subsections defined as Compression phases of the individual cylinders are to be analyzed by calculating the mean delays for these subsections and are cylinder-related to summarize mean values. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings