DE2658614A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtasten von fehlzuendungen in brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum abtasten von fehlzuendungen in brennkraftmaschinenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTEB,. _or Λ .
Zboob 14
D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld
Triftstraße 4 Siekerwall 7
PG 23-76269 2 3. 082, 1976
Nissan Motor Company, Limited No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku,
Yokohama City, Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten von Fehlzündungen in Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten von Fehlzündungen in Brennkraftmaschinen mit
Funkenzündung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Einige moderne Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge sind mit katalytischen Konvertern zur Re-Oxidierung brennbarer
Rückstände in den Auspuffgasen versehen, die aus den Antriebszylindern der Brennkraftmaschine abgegeben werden.
Der in den Konvertern angeordnete Katalysator wird daher auf beträchtliche Temperaturen während des Betriebes der Maschine
erhitzt. Daher ist eine der wichtigsten konstruktiven Überlegungen darauf gerichtet, die Katalysatoren gegenüber
der Hitze zu schützen. Die Temperaturen in den Auspuffgasen steigen auf sehr hohe Werte an, wenn Fehlzündungen in den
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Antriebszylindern eintreten, die gelegentlich zu einem Verbrennen der Katalysatoren führen. Es sind daher Maßnahmen
zum Abtasten der Fehlzündungen und zur Behebung der Ursachen der Fehlzündungen erforderlich. Es sind bisher
verschiedene Verfahren zum Abtasten von Fehlzündungen bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden,
die zu dem Zweck dienen sollten, katalytische Konverter vor der Hitze zu schützen, die aufgrund von Fehlzündungen
in den Zylindern entsteht.
Eines dieser Verfahren liegt in der Überwachung der Wellenform
des Stromes in der Primärwicklung oder Sekundärwicklung der Zündspüle eines Funkenzündungssystems. Dieses
Verfahren ist jedoch nicht vollständig geeignet, da Fehl- ' Zündungen bei Brennkraftmaschinen nicht nur auf einer
Fehlfunktion des Zündsystems, sondern auch auf einem ungenügend eingestellten Luft-Brennstoff-Gemisch beruhen
können, das den Arbeitszylindern der Maschine zugeführt wird.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Abtasten von Fehlzündungen
in Brennkraftmaschinen besteht darin, die Temperaturen der Auspuffgase der einzelnen Arbeitszylinder der
Maschine zu messen und die gemessenen Auspuffgastemperaturen miteinander zu vergleichen und damit unübliche
Temperaturwerte aufgrund von Fehlzündungen festzustellen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es außerordentlich
komplizierte und teure mechanische und elektrische Einrichtungen erfordert, wenn eine ausreichende Zuverlässigkeit
gewährleistet sein soll.
Ein weiteres Verfahren zum Abtasten von Fehlzündungen besteht in einer Überwachung der Konzentration der Luft in
den Auspuffgasen, die durch die Arbeitszylinder abgegeben werden. Eine mangelnde Verbrennung in einem der Zylinder
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kann festgestellt werden aufgrund einer ungewöhnlichen Zunahme der Konzentration von Luft in den Auspuffgasen,
die ein nicht gezündetes und verbranntes Luft-Brennstoff-Gemisch enthalten. Die Konzentration der Luft in den
Auspuffgasen wird abgetastet durch einen Sauerstoff-Sensor, der innerhalb des Auspuffsystems angeordnet ist und
ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das sich mit der Konzentration der Luft in den Auspuffgasen ändert. Es ist
beispielsweise aus der US-PS 3 827 237 bekannt, daß das Ausgangssignal eines derartigen Sauerstoff-Sensors im
wesentlichen konstant ist, sofern nicht die Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen einen bestimmten Wert
annimmt, der üblicherweise dem stöchxometrxschen Luft-Brennstoff-Verhältnis
des in dem Brennstoffzufuhrsystem der Maschine erzeugten Gemisches entspricht. Der Sauerstoff-Sensor
gestattet es daher nicht, kontinuierlich und zuverlässig Änderungen der Konzentration der Luft in den
Auspuffgasen in analoger Weise zu folgen. Aus diesem Grunde kann nicht unterschieden werden, ob eine Fehlzündung
eingetreten ist oder ob ein zu mageres Gemisch in der Maschine verbrannt worden ist.
Die Erfindung ist auf die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zum Abtasten von Fehlzündungen
in einer Funkenzündungs-Brennkraftmaschine gerichtet, die ohne die bisher verwendeten, nachteiligen Merkmale
auskommt.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.
Entsprechend einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Abtasten einer Fehlzündung das Auspuffgeräusch
der Maschine zur Erzeugung einer kontinuierlichen Signalwelle abgetastet, die eine Auspuffgeräusch-Frequenz
aufweist, die mit dem abgetasteten Auspuffge-
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rausch veränderlich ist. Die Signalwelle weist ein Frequenzspektrum
mit Spitzenwerten auf, deren einer als Grundfrequenzbestandteil der Welle unabhängig von den Zündbedingungen
in der Maschine erscheint, und deren andere bei bestimmten harmonischen Bruchteils-Schwingungen der Grundfrequenz
auftreten, wenn es zu einer Fehlzündung in der Maschine kommt. Weiterhin wird die Ausgangsdrehzahl der Maschine
zur Erzeugung eines Maschinendrehzahlsignals abgetastet, und die zuvor erwähnte Signalwelle wird in bezug
auf den Grundfrequenzbestandteil der Welle und die harmonischen Bruchteils-Oberschwingungen auf der Basis des zuvor
erwähnten Drehzahlsignals zur Abtastung von Fehlzündungen analysiert. Dies wird ermöglicht aufgrund der Beziehung
zwischen den Spektrumsamplituden des Frequenzspektrums der
Signalwelle bei der Grundfrequenz und den harmonischen Oberschwingungen. Die Signalwelle wird vorzugsweise analysiert
durch Extraktion eines Grundfrequenzbandes der Signalwelle mit einer mittleren Frequenz bei dem obenerwähnten
Grundfrequenzbestandteil und Niederfrequenzbändern mit
den jeweiligen mittleren Frequenzen bei den erwähnten harmonischen
Bruchteils-Schwingungen, durch Änderung der mittleren Frequenzen aller Bänder entsprechend dem Maschinendrehzahl-Signal
und durch überwachung der jeweiligen Spektrumsdichtewerte der Niederfrequenzbänder in bezug auf den
Spektrumsdichtewert des Grundfrequenzbandes.
In diesem Falle können die jeweiligen Niederfrequenzbänder
in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht werden durch Erzeugung von Signalwellen, deren eine ein Grundfrequenzband
und deren andere die Niederfrequenzbänder aufweisen, durch Kombination der Signalwellen, die die Niederfrequenzbänder
aufweisen, zur Erzeugung einer einzigen, zusammengesetzten Signalwelle und durch Vergleichen des Spektrumsdichtewertes
des zusammengesetzten Signals mit dem Spektrumsdichtewert der Signalwelle, die das Grundfrequenzband
aufweist, so daß ein Fehlzündungssignal gebildet werden kann, wenn das erstere größer als das letztere ist.
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Alternativ können die Niederfrequenzbänder in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht werden, indem eine weiße
Rauschsignalwelle in einer Anzahl entsprechend der Gesamtanzahl des erwähnten Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder
erzeugt wird, wobei die Basisfrequenzbänder vorbestimmte harmonische Mittelfrequenzen aufweisen. Ausserdem
wird als Drehzahlsignal eine Signalwelle mit veränderlicher Frequenz erzeugt, die mit der Zündfrequenz der
Maschine synchronisiert ist. Es wird eine Bruchteilssignalwelle erzeugt, die eine veränderliche Frequenz aufweist,
die einem vorbestimmten Bruchteil der Frequenz des Maschinendrehzahlsignals entspricht, die jeweiligen Mittelfrequenzen
der Basisfrequenzbänder werden entsprechend der Frequenz der Bruchteilssignalwelle modifiziert, so daß das
Grundfrequenzband und die Niederfrequenzbänder aus dem Basisband entstehen. Es werden Signalwellen erzeugt, die
nur aus denjenigen Frequenzbestandteilen der erstgenannten Signalwelle bestehen, die in das Grundfrequenzband und die
Niederfrequenzbänder hineinfallen. Die Wellen des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder werden zur Erzeugung
eines einzigen zusammengesetzten Signals kombiniert, und aus der zusammengesetzten Signalwelle werden diejenigen
Frequenzteile herausgenommen, die unterhalb einer bestimmten
Grenze liegen, die sich unter der unteren Grenze des Grundfrequenzbandes befindet, so daß ein Fehlzündungssignal durch die herausgenommenen Frequenzteile gebildet
werden kann.
Eine weitere Alternative besteht darin, die Niederfrequenzbänder in bezug auf das Grundfrequenzband zu überwachen,
indem man die Ausgangssignalwelle in eine vorbestimmte
Anzahl von Teilwellen mit verschiedenen Frequenzbändern zerlegt, und anschließend die Teilwellen in Zyklen abzutasten,
die Perioden aufweisen, die gleich dem Produkt der Anzahl der Arbeitszylinder der Maschine und der Periode
jedes Zündzyklus der Maschine sind und damit nur die Fre quenzteile aus der ursprünglichen Signalwelle herauszu-
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nehmen, die niedriger als das obenerwähnte Grundfrequenzband sind, und ein Fehlzündungssignal aus den herausgenommenen
Frequenzteilen zu erzeugen.
Entsprechend einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung wird eine Fehlzündungs-Abtastvorrichtung für eine Funkenzündungs-Brennkraftmaschine
vorgeschlagen, die einen elektroakustischen Wandler zum Abtasten der akustischen Geräusche
der Maschine zur Erzeugung eines kontinuierlichen Wellensignals mit Auspuff geräusch- Frequenz umfaßt, die mit dem
abgetasteten Auspuffgeräusch veränderlich ist. Die Signalwelle weist ein FrequenzSpektrum mit Spitzenwerten auf,
deren einer bei einer Grundfrequenz der Welle unabhängig von den Zündbedingungen der Maschine erscheint und deren
andererbei bestimmten Bruchteils-Harmonischen der Grundfrequenz liegt, wenn eine Fehlzündung in der Maschine eintritt.
Eine Drehzahlabtasteinrichtung dient zum Abtasten der Ausgangsdrehzahl der Maschine und zur Erzeugung eines Drehzahlsignals,
das mit der abgetasteten Ausgangsdrehzahl der Maschine veränderlich ist. Eine Frequenz-Analyseeinrichtung
zum Analysieren der erwähnten Signalwelle in bezug auf die Grundfrequenzteile der Welle und deren Bruchteils-Harmonischen
auf der Basis des zuvor erwähnten Drehzahlsignals dient zur Abtastung von Fehlzündungen der Maschine aufgrund der
Beziehung zwischen den jeweiligen Amplituden des Frequenzspektrums der Signalwelle bei der Grundfrequenz und den
Bruchteils-Harmonischen dieser Grundfrequenz. In diesem Falle ist die Frequenz-Analyseeinrichtung vorzugsweise so
angeordnet, daß die Signalwelle analysiert wird durch Extraktion eines Grundfrequenzbandes mit einer Mittelfrequenz
bei der zuvor erwähnten Grundfrequenz und einiger Niederfrequenzbänder mit Mittelfrequenzen bei den erwähnten
Bruchteils-Harmonischen aus der Signalwelle. Die jeweiligen Mittelfrequenzen aller Frequenzbänder werden entsprechend
der Maschinendrehzahl geändert,und die jeweiligen Spektrumsdichtewerte der Niederfrequenzbänder in bezug
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auf den Spektrumsdichtewert des Grundfreguenzbandes werden überwacht.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbexspxele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Frequenzspektrums der Auspuffgeräusche
einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine bei normalem Betrieb;
Fig. 2 ist ein Diagramm ähnlich Fig.1, zeigt jedoch ein Beispiel eines Frequenzspektrums, für eine
Brennkraftmaschine, bei der in einem Zylinder Fehlzündungen auftreten;
Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitshübe anhand des Drehwinkels der Kurbelwelle bei
einer Viertakt-Vierzylindermaschine;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Abtastung von Fehlzündungen und eines Auspuffsystems für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine
;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Beispiel der Frequenz-Analyseeinrichtung zeigt, die
ein Teil der Vorrichtung der Fig.4 bildet;
Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels des Frequenzspektrums von weißem Rauschen;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Reihe von Frequenzbändern zeigt, die sich durch weißes Rauschen
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gemäß Fig.6 in bekannter Weise erzielen lassen;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung
eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Analyseeinrichtung der Vorrichtung
der Fig.4;
Fig. 9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung verschiedener Sinuswellenformen, die der Amplitude nach
in vorbestimmten Intervallen in bezug auf die Frequenzen der Wellenform abgetastet sind;
Fig.10 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der
Frequenzbänder, die die Frequenzen der Wellenform der Fig.9 enthalten;
Fig.11 ist ein Diagramm, das Sinuswellenformen ähnlich
Fig.9 zeigt, die jedoch in der Welle enthalten sind, die die Auspuffgeräusche einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine
anzeigt;
Fig.12 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren
Ausführungsform der Analyseeinrichtung gemäß Fig.4.
In Fig.1 stellt die Kurve a ein Beispiel eines Frequenzspektrums
der Auspuffgeräusche einer üblichen Vierzylinder-Funkenzündungs-Brennkraftmaschine
für den Fall dar, daß die Maschine unter normalen Bedingungen ohne Fehlzündungen oder
Zündungsausfälle arbeitet. Unter diesen Bedingungen weist der Spektrumsdichtewert der Auspuffgeräusche einen Spitzenwert
bei einer bestimmten harmonischen Grundkomponente der Welle auf, der mit f bezeichnet ist. In der folgenden Beschreibung
soll die Frequenz f als Auspuffgeräusch-Frequenz bei normaler Zündung bezeichnet werden.
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In Fig.2 ist eine Kurve b dargestellt, die ein Beispiel
einer Welle veranschaulicht, die das Frequenzspektrum der
Auspuffgeräusche derselben Brennkraftmaschine bei einer Fehlzündung in einem der Arbeitszylinder der Maschine wiedergibt.
Aus der Kurve b ist zu entnehmen, daß in diesem Fall der Spektrumsdichtewert der Auspuffgeräusche nicht
nur einen Spitzenwert bei der Frequenz f , sondern Spitzenwerte bei Bruchteils-Harmonisehen der Frequenz f von
3/4, 2/4 und 1/4 aufweist, die mit (3/4)f , (2/4)f und
(1/4)f bezeichnet sind. Die normale Auspuffgeräusch-Frequenz f und folglich deren subharmonische Frequenzen sind
typisch für eine bestimmte Brennkraftmaschine und ändern sich mit der Ausgangsdrehzahl der Maschine, das heißt mit
der Drehzahl der Kurbelwelle. Außerdem entspricht die 2/4-Bruchteils-Harmonische (2/4)f der Drehzahl der Kurbelwelle
der Maschine mit vier Arbeitszylindern. Im Falle einer Sechszylinder-Maschine weist die Spektrumsdichtekurve
der Auspuffgeräusche bei Fehlzündungen in einem der Zylinder Spitzenwerte bei der eigentlichen harmonischen
Grundkomponente des Auspuffgeräusches der Maschine und bei den Bruchteils-Harmonischen von 5/6 bis 1/6 der besonderen
Frequenzkomponente auf.
Wenn man im vorliegenden Fall davon ausgeht, daß bei einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine jeder der Arbeitszylinder
der Maschine jeweils einen Betriebszyklus bei zwei vollen Umdrehungen der Kurbelwelle um ihre Achse
durchläuft, liefern die einzelnen Arbeitszylinder eine Arbeit während ihrer jeweiligen Arbeitshübe, die in Fig.3
mit P., P_, P_ und P. für die jeweiligen Zylinder 1,2,
3, 4 bezeichnet sind. Unter Bezugnahme auf Fig.3 sei weiter
angenommen, daß beispielsweise die Zündfolge der Zylinder 1 bis 4 auf 1-3-4-2 festgelegt ist und daß der Arbeitshub
in jedem Betriebszyklus der einzelnen Arbeitszylinder während eines Zeitraums erfolgt, der einer Kurbelwellendrehung
von 180° entspricht, während die übrigen
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Hübe jedes Zyklus, das heißt der Ansaughub, der Kompressionshub und der Ausstoßhub, während der restlichen Zeit
ablaufen, die einer Kurbelwellenumdrehung von 540° entspricht. Wenn Fehlzündungen in aufeinander folgenden Betriebszyklen
eines der Arbeitszylinder, beispielsweise des Zylinders Nr. 1 während des Arbeitshubes P. eintreten,
können die Fehlzündungen als gleichbedeutend mit einem negativen Antrieb betrachtet werden, der zyklisch
auf die Antriebsleistung der anderen Zylinder einwirkt, die normal arbeiten. Die Erzeugung der harmonischen Bruchteil
skomponenten in dem FrequenzSpektrum der Auspuffgeräusche,
die sich durch Fehlzündungen ergeben, können auf diese negativen Antriebseinflüsse zurückgeführt werden,
die der fehlgezündete Arbeitszylinder den übrigen normal arbeitenden Zylindern erteilt. Experimente haben gezeigt,
daß die harmonischen Bruchteilskomponenten unabhängig davon auftreten, welcher Zylinder fehlgezündet wird und sich
sogar dann ergeben, wenn unregelmäßige Fehlzündungen in einem Zylinder oder regelmäßige oder unregelmäßige Fehlzündungen
in zwei oder mehr Zylindern stattfinden.
Fig.4 zeigt schematisch ein Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine
und eine allgemeine Anordnung einer Fehlzündungs-Abtastvorrichtung
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Die Brennkraftmaschine, die allgemein
mit 20 bezeichnet ist, wird am Beispiel einer Vierzylindermaschine mit den Arbeitszylindern 20a, 20b, 20c und
2Od dargestellt. Das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine
20 umfaßt einen Auspuffkrümmer 22, der von den jeweiligen, nicht gezeigten Auslässen der vier Zylinder ausgeht, ein
Auspuffrohr 24, das mit dem äußeren Ende des Auspuffkrümmers
22 verbunden ist, einen Auspufftopf 26, der in dem Auspuffrohr 24 angeordnet ist, und ein Auspuffrohr 28, das
von dem äußeren Ende des Auspuffrohres 24 ausgeht und ein offenes Ende 28a aufweist, wie es üblich ist. Das Auspuffsystem
ist mit einem Konverter 30 zur Auspuffgasreinigung versehen, der einen nicht gezeigten Katalysator zur Re-
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Oxidierung brennbarer Rückstände in den Auspuffgasen in dem Konverter enthält. Gewünschtenfalls kann der Konverter
30 in dem Auspuffrohr 24 oder in dem Auspuffkrümmer 22 angeordnet sein. Die Brennkraftmaschine 20 umfaßt weiterhin
ein Zündsystem zur Zündung einer brennbaren Füllung, die den einzelnen Arbeitszylindern 20a, 20b, 20c und 2Od
zugeführt wird. Ein Zündverteiler 32 bestimmt die Reihenfolge und Frequenz der Zündung in den einzelnen Zylindern
und bildet einen Teil des Zündsystems. Derartige Auspuff- und Zündsysteme für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt,
so daß Einzelheiten nicht näher beschrieben werden müssen.
Das Fehlzündungs-Abtastsystem entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist mit dem herkömmlichen Auspuff-
und Zündsystem verbunden und umfaßt einen Kopfhörer-Empfänger 34 als elektroakustischen Wandler, der kontinuierlich
Änderungen des dem Wandler zugeführten Geräuschdrukkes in Änderungen einer geeigneten elektrischen Größe, wie
etwa eines Stromes umwandelt. Der Empfänger 34 befindet sich in der Nähe des offenen Endes 28a des Auspuffrohres
28 und erzeugt kontinuierlich ein elektrisches Signal Sn mit einer Frequenz f , die sich mit der Frequenz der Tonwelle
der Auspuffgeräusche ändert, die durch den Empfänger 34 abgetastet werden, wenn die Brennkraftmaschine 20 in
Betrieb ist. Die veränderliche Frequenz f der durch den Empfänger 34 erzeugten Signalwelle soll im folgenden als
Auspuffgeräusch-Frequenz bezeichnet werden. Gewünschtenfalls kann der Empfänger 34 in anderer Position in der Nähe des
Auspuffsystems angeordnet sein, sofern die erzeugten Auspuff
geräusche in dem Auspuffsystern genau abgetastet werden
können.
Das auf diese Weise durch den Empfänger 34 erzeugte Signal Sn durchläuft einen Verstärker 36 und gelangt an eine Eingangsklemme
g eines Frequenz-Analysators 38 über eine Leitung 40. Der Analysator 38 ist mit einer anderen Eingangsklemme h elektrisch über eine Leitung 42 mit einem auf die
Maschinendrehzahl ansprechenden Frequenzgenerator 44 ver-
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-ή.
bunden, der eine Frequenz erzeugt, die mit der Ausgangsdrehzahl
der Brennkraftmaschine 20 veränderlich ist. Der Frequenzgenerator 44 ist im dargestellten Beispiel mit dem
erwähnten Zündverteiler 32 des Zündsystems verbunden, so daß ein Signal Si mit einer veränderlichen Frequenz f. erzeugt
wird, die mit der Frequenz der in der Sekundärwicklung der nicht gezeigten Zündspule erzeugten Impulse synchronisiert
und folglich repräsentativ für die Drehzahl der nicht gezeigten Kurbelwelle ist. Die Frequenz f. des
Signals Si, die auf diese Weise von dem Zündverteiler 32 an den Analysator 38 übertragen wird, soll im folgenden
als zündungssynchronisierte Frequenz bezeichnet werden.
Der Analysator 38 überwacht Änderungen der Auspuffgeräusch-Frequenz
f des von dem Empfänger 34 zugeführten Signals und entdeckt etwa auftretende Fehlzündungen in einem der
Arbeitszylinder 20a, 20b, 20c und 2Od der Brennkraftmaschine 20 auf der Basis von Kriterien, die sich kontinuierlich
mit der Drehzahl der Maschinenkurbelwelle ändern, die durch die zündungssynchronisierte Frequenz f. repräsentiert
wird. Dies soll im folgenden näher erläutert werden. Wenn der Analysator 38 eine Fehlzündung in der Brennkraftmaschine
20 abtastet, liefert er ein Ausgangssignal Sf an der Ausgangsklemme j, das als Fehlzündungssignal dient. Die
Ausgangsklemme j des Analysators 38 ist mit einer geeigneten, nicht gezeigten Steuerschaltung verbunden, die die
Betriebsbedingungen des Gemischzufuhrsystems und/oder des Zündsystems der Maschine unterbindet, die für die Fehlzündungen
verantwortlich sind.
Gemäß Fig.5 umfaßt der Analysator 38, der die oben beschriebene
allgemeine Funktion ausübt, erste, zweite, dritte und vierte Bandfilter 46a, 46b, 46c und 46d, die jeweilige erste
Eingangsklemmen aufweisen, die parallel mit einer Eingangsklemme g des Analysators 38 in Verbindung stehen. Zweite
Eingangsklemmen sind parallel mit dem weiteren Eingang h
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des Analysators 38 verbunden. Die Bandfilter 46a, 46b,
46c und 46d werden daher kontinuierlich mit dem Signal Sn mit der Auspuffgeräusch-Frequenz f von dem Empfänger
34 und dem Signal Si mit der zündungssynchronisierten Frequenz f. des auf die Maschinendrehzahl ansprechenden
Frequenzgenerators AA versorgt. Das erste Bandfilter 46a weist ein Übertragungsband mit einer Mittelfrequenz auf,
die gleich der Auspuffgeräusch-Frequenz Sn bei normalen Zündbedingungen ist, so daß nur Frequenzen innerhalb der
bestimmten Bandbreite durchgelassen werden und ein Ausgangssignal Sa entsteht, das diese Frequenzkomponenten
der Auspuffgeräusch-Frequenz Sn enthält. Die zweiten, dritten und vierten Bandfilter 46b, 46c und 46d weisen
Übertragungsbänder auf, deren Mittelfrequenzen den harmonischen Bruchteilsfrequenzen von 3/4, 2/4 und 1/4, das
heißt (3/4)fQ, (2/4)£q und (1/4)fQ, bezogen auf die normale
Auspuffgeräusch-Frequenz f entsprechen. Die Filter lassen jeweils nur Frequenzen innerhalb der bestimmten
Übertragungsbandbreite der Filter durch. Die zweiten, dritten und vierten Bandfilter 46b, 46c und 46d liefern
Ausgangssignale Sb, Sc und Sd, die diejenigen Frequenzkomponenten der Auspuffgeräusch-Frequenz f enthalten,
die innerhalb der jeweiligen Bandbreiten liegen. Die Auspuff geräusch-Frequenz f und deren harmonische Bruchteils
frequenzen (3/4) f , (2/4)f und (1/4)f sind veränderlich in Abhängigkeit von der Drehzahl der nicht gezeigten Kurbelwelle,
wie bereits erwähnt wurde. Die zündungssynchronisierte Frequenz f.der Signalwelle Si, die an die Bandfilter
46a, 46b, 46c und 46d von dem Frequenzgenerator 44 abgegeben wird, dient zur Modifizierung der Mittelfrequenz
der Bandfilter entsprechend Drehzahländerungen der Kurbelwelle im Betrieb.
Das erste Bandfilter 46a weist eine Ausgangsklemme auf,
die mit einer ersten Eingangsklemme eines mit zwei Ein-
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gangen versehenen Komparators 48 verbunden ist. Die zweiten, dritten und vierten Bandfilter 46b, 46c und
46d sind mit ihren Ausgangsklemmen parallel mit einem
Mischer 50 mit drei Eingängen verbunden. Der Mischer 50 kombiniert die drei Ausgangssignale Sb, Sc und Sd
der Bandfilter 46b, 46c und 46d und erzeugt ein zusammengesetztes Signal Sm, das nur diejenigen Frequenzkomponenten
der Auspuffgeräusch-Frequenz f enthält, die durch die Filter 46b, 46c und 46d hindurchgegangen
sind. Der Mischer 50 weist eine Ausgangsklemme auf, die mit dem zweiten Eingang des Komparators 48 verbunden
ist. Der Komparator 58 vergleicht das Signal Sa des ersten Bandfilters 46a mit dem Signal Sm des Mischers
50 im Hinblick auf die Spektrumsamplitude oder die.Spektrumsdichtekurve
und gibt das zuvor erwähnte Fehlzündungssignal Sf an die Ausgangsklemme j des Analysators
38 ab, wenn das Signal Sm in der Spektrumsamplitude größer als das Signal Sa ist.
Sofern in allen Zylindern 20a, 20b, 20c und 2Od der Brennkraftmaschine 20 (Fig.4) keine Fehlzündungen auftreten,
ist das Verhältnis der Spektrumsdichte der Frequenzkomponenten der Auspuffgeräusch-Frequenz f , die
durch das zweite, dritte und vierte Bandfilter 46b, 46c und 46d hindurchgehen, zu den Frequenzkomponenten der
Auspuffgeräusch-Frequenz f , die durch das erste Bandfilter 46a hindurchgeht, relativ klein, so daß das Signal
Sa, das dem Komparator 48 von dem ersten Bandfilter 46a zugeführt wird, in der Spektrumsamplitude größer als
das Signal Sm des Mischers 50 ist. Der Komparator 48 gibt daher kein Ausgangssignal Sf ab. Wenn in wenigstens
einem der Zylinder 20a, 20b, 20c und 2Od der Brennkraftmaschine 20 (Fig.4) eine Fehlzündung eintritt, vergrößert
sich das erwähnte Verhältnis der Signale Sa und Sm, wie ein Vergleich der Kurven a und b in Fig.1 und 2
zeigt. Die Spektrumsamplitude des Signals Sm wird größer
709827/0310
als diejenige des Signals Sa, so daß der Komparator 48
das Ausgangssignal Sf an der Ausgangsklemme j des Analysator s 38 abgibt, wie bereits erwähnt wurde.
Bei dem Schaltbild der Fij.5 ist von vier Bandfiltern
für vier Zylinder 20a, 20b, 20c und 2Od gemäß Fig.4 ausgegangen worden. Selbstverständlich umfaßt der Analysator
bei einer Sechs.zylindermaschine sechs Bandfilter, deren eines ein Übertragungsband um die Auspuffgeräusch-Frequenz
f bei normaler Zündung als Mittelwert herum, bezogen auf die jeweilige Maschine, und
deren andere Übertragungsbänder um die Bruchteils-Harmonisehen(5/6)fQ,
(4/6)f , (3/6)f, (2/6)f und (1/6)f
der normalen Auspuffgeräusch-Frequenz f herum aufweist. Im allgemeinen umfaßt ein Analysator für eine Fehlzündungs-Abtastvorrichtung
zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine mit η Arbeitszylindern
ebenfalls η Bandfilter, deren eines ein Übertragungsband aufweist, das um die Auspuffgeräusch-Frequenz f
bei normaler Zündung zentriert ist und deren andere Übertragungsbänder aufweisen, deren Mittelfrequenzen
den Bruchteils-Harmonischen der Frequenz f entsprechen,
die die Zahl η als Nenner aufweisen.
Fig.6 zeigt eine Kurve c, die die Frequenzabhängigkeit
eines weißen Rauschens mit einem flachen Frequenzspektrum über den gesamten in Betracht kommenden Bereich
veranschaulicht. Aus dem weißen Rauschen dieser Art kann eine Anzahl von bestimmten Frequenzbändern B , B-,
B3, B. mit den jeweiligen Mittelfrequenzen 1/T, 2/T,
3/T, 4/T ... erzielt werden, wie in Fig.7 angegeben ist, wenn ein derartiges Rauschen in geeigneter und bekannter
Weise behandelt wird. Wenn in diesem Falle die zuvor erwähnte, zündungsabhängige Frequenz f. durch einen bestimmten
Divisor k geteilt wird, so daß der entstehende Wert f./k einem Zyklus mit einer Periode k.Ti entspricht,
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wobei Ti die Periode für jeden der Zyklen ist, in denen das Zündsystem Zündimpulse in der Sekundärwicklung der
Zündspule erzeugt, und wenn der Wert k. Ti für den Nenner T in jeder der obenerwähnten Mittelfrequenzen 1/T,
2/T, 3/T, 4/T ... eingesetzt wird, können die jeweiligen
Mittelfrequenzen beschrieben werden als 1/k.Ti, 2/k.Ti, 3/k.Ti, 4/k.Ti ..., wie ohne weiteres ersichtlich
ist. Wenn daher der Wert des Divisors k in geeigneter Weise unter Berücksichtigung des Verhältnisses
zwischen den Frequenzen f und f. gewählt wird, können die obenerwähnten Frequenzen f , (3/4)f , (2/4)f und
(1/4)f dargestellt werden durch die entstehenden Werte '4/k.Ti, 3/k.Ti, 2/k.Ti und 1/k.Ti, und sie können ohne
weiteres und genau mit der Ausgangsdrehzahl der Maschine variiert werden, die wiedergegeben wird durch die
zündungssynchronisierte Frequenz 1/Ti. Fig.8 zeigt schematisch ein Beispiel eines Frequenz-Analysators zur
Verwirklichung dieses Grundkonzeptes bei einer Fehlzündungs-Abtastungsvorrichtung
gemäß Fig.4.
Wie Fig.8 zeigt, wird das Signal Si mit der zündungssynchronisierten
Frequenz f. kontinuierlich von dem Frequenzgenerator 44 der Fig.4 einem Frequenzteiler 52
zugeführt, der die Eingangsfrequenz f. durch einen geeigneten Divisor k teilt und ein Ausgangssignal Sk mit
einer Frequenz f./k abgibt. Das Signal Sk gelangt an eine Eingangsklemme einer Abtastschaltung 54, deren andere
Eingangsklemme mit dem Empfänger 34 gemäß Fig.4 verbunden ist und konstant mit dem Signal Sn mit der
Auspuffgeräusch-Frequenz f versorgt wird. Die Abtastschaltung 54 weist nicht gezeigte Bandfilter auf, deren
Zahl derjenigen der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine entspricht und die als Fehlzündungs-Abtastvorrichtung
dienen und veränderliche Übertragungsbänder haben, die sich aus einem weißen Rauschen der zuvor in
Fig.6 beschriebenen Art ergeben. Die Übertragungsbänder,
die in der Abtastschaltung 54 eingestellt sind, weisen
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jeweils Mittelfrequenzen auf, die dem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz f^/k des Signals Sk entsprechen,
das von dem Frequenzteiler 52 zugeführt wird. Wenn die Ausführungsform der Fig.8 für eine Brennkraftmaschine
mit vier Arbeitszylindern verwendet wird, läßt die Abtastschaltung 54 somit diejenigen Frequenzen
durch, die innerhalb der Bandbreiten mit den jeweiligen Mittel frequenzen f./k, 2f./k, 3f./k: und 4f./k liegen. In
diesem Falle wird der Wert k so gewählt, daß der Wert 4f./k im wesentlichen gleich der eigentlichen Auspuffgeräusch-Frequenz
f bei Normalzündung ist. Die auf diese Weise durch die einzelnen Bandfilter in der Abtastschaltung
54 hindurchgehenden Signale bestehen daher lediglich aus denjenigen Frequenzen, die innerhalb
der jeweiligen Bandbreiten liegen, die um die Auspuffgeräusch-Frequenz
f und deren Bruchteils-Harmonische, die in der Auspuffgeräusch-Frequenz f des Signals Sn,
das der Abtastschaltung 54 zugeführt wird, enthalten sind, zentriert sind. Die von der Abtastschaltung 54 abgegebenen
Signale gelangen an eine Halteschaltung 56, die die Eingangssignale zu einem einzigen zusammengesetzten
Signal zusammenfaßt und das zusammengesetzte Signal sammelt. Die Halteschaltung 56 weist eine Ausgangsklemme
auf, die mit einem Niederfrequenzfilter verbunden ist, das lediglich Niederfrequenzkomponenten der
zusammengesetzten Welle von der Halteschaltung 56 als Fehlzündungssignal Sf an die Ausgangsklemme des Niederfrequenzfilters
58 hindurchläßt.
Fig.9 zeigt Sinuswellen W1, W, und W3 mit unterschiedlichen
Frequenzen f.., f_ und f_, die Bruchteils-Harmonische
1/(4t), 3/(4t) und 5/(4t) einer bestimmten Grundfrequenz 1/t sind. Wenn die Wellen W , W9 und W, in bezug
auf ihre Amplitude in Intervallen t abgetastet werden, so weisen die Amplituden in jedem Falle dieselben
709827/0316
Werte auf, so daß sie, obgleich sie unterschiedliche Frequenzen f., f„, f3 besitzen, als Wellen gleicher
Frequenz erscheinen. Das bedeutet, daß beim Abtasten von Frequenzen, die in einer Reihe von aufeinander
folgenden Frequenzbändern b., b0, b_ ... mit gleichen
Bandbreiten 1/(2t) und jeweiligen Mittelfrequenzen f1,
f _, f_ ... liegen, in den obenerwähnten Intervallen t
die Frequenzcharakteristika aller Bänder b.., b2, b3
einander gleichen, so daß alle Frequenzen der Welle, die die abgetasteten Punkte glatt verbinden, in einem
der Bänder b., b„, b3 ..., beispielsweise b. enthalten
sein können. Wenn eine Welle mit Frequenzkomponenten, die ganzzahlige Vielfache von 1/t sind, in Intervallen
t abgetastet wird, können die bestimmten Frequenzkomponenten als Gleichstrom betrachtet werden. Daher enthält
die Ausgangssignalwelle des Niederfrequenzfilters 58 der Anordnung der Fig.8 alle Frequenzkomponenten,
die ein ganzzahliges Vielfaches des Wertes k.Ti sind. Fig.11 zeigt Beispiele von Wellen mit derartigen Frequenzkomponenten,
die in den Auspuffgeräuschen einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine auftreten, wobei die
Intervalle t als 4Ti angesetzt sind.
Fig.12 veranschaulicht ein weiteres Beispiel des Frequenz-Analysators
der Fehlzündungs-Abtastvorrichtung der Fig.4. Dieser Analysator umfaßt erste und zweite
Drehschalter 60 und 62 mit mehreren Kontakten sowie ein Niederfrequenzfilter 64. Der erste Drehschalter 60
umfaßt ein drehbares Kontaktglied 66, das auf einer feststehenden Achse angebracht und elektrisch über die
Eingangsklemme g mit dem Empfänger 34 gemäß Fig.4 verbunden ist. Das drehbare Kontaktglied 66 wird daher
kontinuierlich mit dem Signal Sn mit der Auspuffgeräusch-Frequenz f beaufschlagt. Der erste Drehschalter
60 weist weiterhin eine Anzahl von feststehenden Kon-
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taktelementen 68a, 68b,... 68n auf, deren Anzahl derjenigen
der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine entspricht, auf die die Ausführungsform gemäß Fig.12 angewendet
werden soll. Die feststehenden Kontaktglieder 68a, 68b ... 68n liegen id einem Kreis, dessen Mittelpunkt
durch die Drehachse des drehbaren Kontaktgliedes 66 gebildet wird, und sie weisen im wesentlichen gleiche
Winkelabstände voneinander um diese Drehachse herum auf. Das Kontaktglied 66 ist in Richtung des Pfeiles r um
diese Drehachse schwenkbar.
Der zweite Drehschalter 62 ist ähnlich wie der erste Drehschalter 60 aufgebaut und umfaßt ein drehbares Kontaktglied
70, das um eine feste Achse in Richtung des Pfeiles r1 schwenkbar und mit einer Ausgangsklemme j1 ver
bunden ist, sowie eine Anzahl von feststehenden Kontaktelementen 72a, 72b, ... 72n, die im wesentlichen in
gleichen Winkelabständen in einem Kreis um die Drehachse des Kontaktgliedes 70 angeordnet sind. Die drehbaren Kontaktelemente
66 und 72 des ersten und zweiten Drehschalters 60,62 sind miteinander durch ein geeignetes mechanisches
Gestänge 74 verbunden. Das mechanische Gestänge 74 ist mit der nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine
verbunden, so daß die drehbaren Kontaktglieder 66 und 70 des ersten und zweiten Drehschalters 60,62 zugleich um
ihre Achsen mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die proportional zu der Ausgangsdrehzahl der Maschine ist.
Das drehbare Kontaktglied 66 wird elektrisch nacheinander mit den feststehenden Kontaktelementen 68a, 68b, ...
68n des ersten Drehschalters 60 verbunden, und zugleich tritt das drehbare Kontaktglied elektrisch nacheinander
mit den feststehenden Kontaktelementen 72a, 72b, ...72n des zweiten Drehschalters 62 in Verbindung, und zwar in
Intervallen, die proportional zu der Ausgangsdrehzahl der Maschine sind. Daher bildet das mechanische Gestänge 74
eine Alternativlösung zu dem drehzahlabhängigen Frequenz-
709827/0318
26586U - a© -
generator 44 der Fig.4. Auf der anderen Seite umfaßt das
Niederfrequenzfilter 64 eine Anzahl von Filtern 64a, 64b, ... 64n, die jeweils aus einer Kombination eines Widerstandes
und eines Kondensators bestehen, die mit R und C und den Indexen a, b und η bezeichnet sind. Die feststehenden
Kontaktglieder 68a, 68b, ... 68n des ersten Drehschalters 60 sind über diese Filter 64a, 64b, ...
64n mit den feststehenden Kontaktgliedern 72a, 72b, ... 72n des zweiten Drehschalters 62 verbunden. Die Ausgangsklemme
j1 des zweiten Drehschalters 62 ist elektrisch
mit einer geeigneten, nicht gezeigten Steuerschaltung verbunden, die Fehlzündungen anhand der Signalwellen abtastet,
die sich an der Klemme j' einstellen, wie sich im folgenden ergeben wird.
Die einzelnen Filter 64a, 64b, ... 64n sind so aufgebaut und angeordnet, daß die abgeschnittenen Frequenzen in
dieser Reihenfolge niedriger werden und daß die abgeschnittene Frequenz des letzten Filters 64n bei 0 liegt.
Wenn die drehbaren Kontaktglieder 66 und 70 um ihre jeweiligen Achsen gedreht werden und nacheinander die zugehörigen
Kontaktglieder 68a, 68b, ... 68n und 72a, 72b, ... 72n mit einer Geschwindigkeit berühren, die proportional
zu der Ausgangsdrehzahl der Maschine ist, ergibt sich eine Reihenfolge von bestimmten Wellen an der Ausgangsklemme
j' des zweiten Drehschalters 62 mit Intervallen, die bestimmt werden durch die Drehgeschwindigkeit
der Kontaktglieder 66 und 70.
In diesem Falle weisen die Impulse an der Ausgangsklemme j' des zweiten Drehschalters 62 eine Amplitude auf, die
stufenweise abnimmt, wenn die Kontaktglieder 66 und 70 die jeweiligen feststehenden Kontaktglieder von den Kontaktgliedern
68a und 72a bis zu den Kontaktgliedern 68n und 72n berühren, und zwar aufgrund der erwähnten Charakteristika
der einzelnen Filter 64a, 64b, ... 64n. Wenn
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26586U
die Drehgeschwindigkeit der drehbaren Kontaktglieder 66 und 70 der Schalter 60 und 62 so gewählt wird, daß
die beiden Kontaktglieder eine volle Umdrehung pro Zeit Tr durchführen, ergeben sich an der Ausgangsklemme
j' des zweiten Drehschalters 62 Mittelfrequenzen der Bandbreiten der Wellen von i/Tr, wobei i eine ganze
Zahl, beginnend bei 0 ist. Daraus ergibt sich, daß dann, wenn die feststehenden Kontaktelemente der Drehschalter
60 und 62 in der Anzahl derjenigen der Zylinder entsprechen und wenn weiterhin die obenerwähnte
Zeitperiode Tr des Umdrehungszyklus der Kontaktglieder 66 und 70 der Drehschalter als Produkt der Anzahl der
Maschinenzylinder und der Periode des Zündzyklus des Zündsystems bei einem Zweitakt- oder Viertaktbetrieb
der Maschine gewählt wird, daß die zuvor erwähnte Auspuffgeräusch-Frequenz f bei normaler Zündung, die anfänglich in der
Signalwelle Sn an der Eingangsklemme g des ersten Drehschalters 60 enthalten ist, nicht über die Eingangsklemme
j' des zweiten Drehschalters 62 hinweggeht. Nur die harmonischen Bruchteilskomponenten der Frequenz f
können von der Eingangsklemme g zu der Ausgangsklemme j' übertragen werden. Das Auftreten von Fehlzündungen
in der Maschine kann daher ohne weiteres festgestellt werden durch Überwachung der Wellen an der Ausgangsklemme
j' des zweiten Drehschalters 62.
Obgleich die vorstehende Beschreibung auf eine Funkenzündungs-Brennkraftmaschine
mit einem katalytischen Konverter zur Reinigung der Auspuffgase in dem Auspuffsystem
der Maschine Bezug nimmt, kann das Grundkonzept des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung bei jeder beliebigen Funkenzündungs-Brennkraftmaschine
angewendet werden, die nicht mit derartigen Konvertern ausgerüstet ist.
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sprechend einem Zyklus verbunden ist, dessen Periode gleich dem Produkt der Anzahl der Arbeitszylinder
und der Periode jedes der Zündzyklen in der Maschine ist.
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Leerseite
Claims (12)
1. Verfahren zum Abtasten von Fehlzündungen einer
V.. Funkenzündungs-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß man die Auspuffgeräusche
der Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals mit einer mit den abgetasteten Auspuffgeräuschen veränderlichen
Auspuffgeräusch-Frequenz abtastet, wobei das Signal ein Frequenz-Spektrum mit Spitzenwerten
umfaßt, deren.einer bei einer Grundfrequenzkomponente des Signals unabhängig von den
Zündbedingungen in der Maschine liegt und deren andere bei bestimmten harmonischen Bruchteils-Frequenzen
der Grundfrequenzkomponente bei Fehl-' Zündungen in der Maschine auftreten, daß man
die Ausgangsdrehzahl der Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines mit der Drehzahl veränderlichen
Signals abtastet und daß man das aufgrund der Auspuffgeräusche ermittelte Signal im Hinblick
auf die Grundfrequenzkomponente und die harmonischen Bruchteils-Frequenzen analysiert und Fehlzündungen
aufgrund der Beziehung zwischen den jeweiligen Spektrumsamplituden des Frequenzspektrums
bei der Grundfrequenzkomponente und den harmonischen Bruchteils-Frequenzen ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man das Auspuffgeräusch-Signal
mit einem Grundfrequenzband mit einer Mittelfrequenz bei der Grundfrequenzkomponente
und Niederfrequenzbändern mit Mittelfrequenzen bei den Bruchteils-Harmonisehen erzeugt, daß man
die Mittelfrequenzen aller Bänder entsprechend dem Maschinendrehzahl-Signal variiert und daß man
die jeweiligen Spektrumsdichtewerte der Niederfrequenzbänder
in bezug auf den Spektrumsdichte-
7 0 9827/03 16
ORIGINAL INSPECTED
- 26586U Λ.
wert des Grundfrequenzbandes überwacht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederfrequenzbänder
in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht werden durch Erzeugung von Signalen, deren eines
gebildet wird durch das Grundfrequenzband und deren andere gebildet werden durch die Niederfrequenzbänder,
daß die Signale der Niederfrequenzbänder zur Erzeugung eines einzigen gemischten
Signals miteinander kombiniert werden und daß der Spektrumsdichtewert des zusammengesetzten
Signals mit dem Spektrumsdichtewert des Grundfrequenzbandes zur Erzeugung eines Fehlzündungssignals
bei größerem kombinierten Signal verglichen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Niederfrequenzbänder
in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht durch Erzeugung eines weißen Rauschsignals mit
einem FrequenzSpektrum mit festliegender Amplitude, daß man vorbestimmte Basisfrequenzbänder
aus dem weißen Rauschsignal entsprechend der Gesamtzahl des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder
erzeugt, wobei die Basisfrequenzbänder vorbestimmte harmonische Mittelfrequenzen
aufweisen, daß man als maschinendrehzahl-abhängiges
Signal ein Signal mit veränderlicher Frequenz erzeugt, das mit der Zündfrequenz der Maschine
synchronisiert ist, daß man ein Bruchteilssignal mit veränderlicher Frequenz erzeugt, die
gleich einem vorgegebenen Bruchteil der Frequenz des Maschxnendrehzahlsxgnals ist, daß man die
Mittelfrequenzen der Basisfrequenzbänder ent-
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sprechend der Frequenz des Bruchteilssignals variiert und das Grundfrequenzband und die Niederfrequenzbänder
aus dem Basisfrequenzband erzeugt, daß man Signale erzeugt, die nur aus denjenigen Frequenzkomponenten des Basisfrequenzsignals
bestehen, die in das Grundfrequenzband und die Niederfrequenzbänder fallen, daß
man diese Signale des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder miteinander zur Erzeugung
eines einzigen zusammengesetzten Signals kombiniert, daß man aus dem kombinierten Signal
diejenigen Frequenzkomponenten entnimmt, die niedriger als ein bestimmter Grenzwert unterhalb
des Grundfrequenzbandes sind und ein Fehlzündungssignal aus den herausgenommenen Frequenzkomponenten
erzeugt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Niederfrequenzbänder
in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht durch Unterteilung des Auspuffgeräusch-Signals
in eine vorbestimmte Anzahl von Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzbändern und
daß man nacheinander die Komponenten in Zyklen mit Perioden abtastet, die gleich dem Produkt der
Anzahl der Arbeitszylinder der Maschine und der Periode jedes Zündzyklus der Maschine sind und
nur diejenigen Frequenzkomponenten aus dem Signal herausnimmt, die niedriger als das Grundfrequenzband
sind und ein Fehlzündungssignal aus den herausgenommenen Frequenzen erzeugt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die
Gesamtzahl aus dem Grundfrequenzband und den Niederfrequenzbändern
gleich der Anzahl der Arbeitszylinder der Maschine ist.
709827/031$
- 26586H .f.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elektroakustischen
Wandler (34) zur Abtastung der Auspuffgeräusche der Maschine und zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals mit Auspuffgeräusch-Frequenz,
das sich mit den Auspuffgeräuschen ändert und ein FrequenzSpektrum mit
Spitzenwerten aufweist, deren einer bei einer Grundfrequenzkomponente des Signals unabhängig
von den Zündbedingungen der Maschine und deren andere bei bestimmten harmonischen Bruchteils-Frequenzen
der Grundfrequenzkomponente bei Fehlzündungen auftreten, durch eine Abtasteinrichtung
(32,44) zur Abtastung der Ausgangsdrehzahl der Brennkraftmaschine (20) und zur Erzeugung eines
entsprechenden, mit der Drehzahl veränderlichen Signals, und durch einen Frequenzanalysator (38)
zum Analysieren des Signals in bezug auf die Grundfrequenzkomponente des Signals und deren
harmonische Bruchteils-Frequenzen auf der Basis des drehzahlabhängigen Signals und zur Abtastung
von Fehlzündungen aus der Beziehung zwischen den Amplituden des Frequenzspektrums des Signals bei
der Grundfrequenzkomponente und den harmonischen Bruchteils-Frequenzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenz-Analysator (38)
derart ausgebildet ist, daß er aus dem Auspuffgeräusch-Signal ein Grundfrequenzband mit einer
Mittelfrequenz bei der Grundfrequenzkomponente und Niederfrequenzbänder mit Mittelfrequenzen bei
den harmonischen Bruchteils-Frequenzen herausnimmt, die Mittelfrequenzen aller Frequenzbänder
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entsprechend dem Maschinendrehzahl-Signal variiert und die jeweiligen Spektrumsdichtewerte
der Niederfrequenzbänder in bezug auf das Grundfrequenzband überwacht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (38) eine
Anzahl von Bandfiltern (46a, 46b, ...) umfaßt, deren
eines(46a) das Grundfrequenzband und deren andere die Niederfrequenzbänder aufweisen, daß
jedes der Bandfilter an einer Eingangsklemme mit dem elektroakustischen Wandler (34) zur Aufnahme
des Auspuffgeräusch-Signals und an einer anderen Eingangsklemme mit der Maschinendrehzahl-Abtasteinrichtung
(32,44) verbunden ist, daß die Maschinendrehzahl-Abtasteinrichtung als Signal ein
kontinuierliches Signal mit einer mit der Ausgangsdrehzahl der Maschine veränderlichen Frequenz erzeugt,
daß ein Mischer (50) an Eingangsklemmen parallel mit den Ausgängen der Bandfilter (46) der
Niederfrequenzbänder verbunden ist und deren Signale kombiniert und ein einziges, zusammengesetztes
Signal erzeugt und daß ein Komparator (48) vorgesehen ist, der an einem Eingang mit dem Ausgang
des Bandfilters mit dem Grundfrequenzband und an einem anderen Eingang mit dem Ausgang des
Mischers verbunden ist und beide Spektrumsdichtewerte vergleicht und ein Fehlzündungssignal erzeugt,
wenn das kombinierte Signal des Mischers (50) größer als das Signal des Bandfilters (46a)
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Bandfilter (46) in ihrer
Anzahl der Anzahl der Arbeitszylinder in der Brennkraftmaschine (20) entsprechen.
709827/0318
. 6.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Analysator (38) einen
Frequenzteiler (52) umfaßt, der mit einer Eingangsklemme (h) mit der Maschinendrehzahl-Abtasteinrichtung
verbunden ist, daß die Maschinendrehzahl-Abtasteinrichtung (32,44) als Drehzahlsignal
ein kontinuierliches Signal mit variabler Frequenz erzeugt, das mit der Zündfrequenz der
Maschine synchronisiert ist, daß der Frequenzteiler 52 ein Bruchteilssignal mit veränderlicher
Frequenz erzeugt, die gleich einem vorbestimmten Bruchteil der Frequenz des Maschinendrehzahl-Signals
ist, daß eine Abtastschaltung (54) vorgesehen ist, die ein weißes Rauschsignal mit
einem Frequenzspektrum mit festliegender Amplitude erzeugt und vorbestimmte Basisfrequenzbänder aus
dem weißen Rauschsignal entsprechend der Anzahl des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder
bildet, daß die Basisfrequenzbänder vorbestimmte harmonische Mittelfrequenzen aufweisen,
daß die Abtastschaltung (54) mit einer Ausgangsklemme des Frequenzteilers (52) verbunden ist und
die Variierung der Mittelfrequenzen der Basisfrequenzbänder entsprechend der Frequenz des Bruchteilssignals
zur Erzeugung des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder aus den Basisfrequenzbändern
gestattet, daß die Abtastschaltung (54) mit einem weiteren Eingang mit dem elektroakustisehen
Wandler (34) verbunden ist und dessen Signal aufnimmt und Signale abgibt, deren Frequenzkomponenten
ausschließlich im Bereich des Grundfrequenzbandes und der Niederfrequenzbänder liegen,
daß eine Halteschaltung (56) mit einem Eingang mit dem Ausgang der Abtastschaltung (54) verbunden ist
und die von der Abtastschaltung abgegebenen Signale zur Erzeugung eines einzigen zusammengesetzten
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Signals sammelt, und daß ein Niederfrequenzfilter (58) anschließend an die Halteschaltung
(56) angeordnet ist und aus dem zusammengesetzten Signal diejenigen Frequenzkomponenten entnimmt,
die niedriger als die Grenzfrequenz der Niederfrequehzfilter sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenz-Analysator
(38) zwei Drehschalter (60,62) mit jeweils einem drehbaren Kontaktglied (66,70) umfaßt,
das um eine feste Drehachse entlang einer Anzahl von feststehenden Kontaktelementen (68,72)
schwenkbar ist, die in gleichen Winkelabständen um die feststehende Achse herum angeordnet sind
und in ihrer Anzahl derjenigen der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine entsprechen, daß die
drehbaren Kontaktglieder (66,70) der Drehschalter (60,62) nacheinander die Kontaktelemente (68,72)
der Drehschalter abtasten, daß das drehbare Kontaktglied (66) eines der Drehschalter (60) elektrisch
mit dem elektroakustischen Wandler (34) verbunden ist, und daß Niederfrequenzfilter (64)
entsprechend der Anzahl der feststehenden Kontaktelemente beider Drehschalter vorgesehen sind, die
jeweils mit einem der feststehenden Kontaktglieder eines der Drehschalter und einem feststehenden
Kontaktelement des anderen Drehschalters verbunden sind, daß die Niederfrequenzfilter (64) Grenzfrequenzen
aufweisen, die sich voneinander unterscheiden, daß die Maschinendrehzahl-Abtasteinrichtung
(32,44) ein mechanisches Gestänge(74) in Verbindung mit den drehbaren Kontaktgliedern (66,70) der
Drehschalter umfaßt, daß das mechanische Gestänge mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine zum
Antreiben der drehbaren Kontaktglieder um ihre Achsen mit jeweils einer vollen Umdrehung ent-
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