DE69701500T2 - Device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular a motor vehicle - Google Patents
Device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular a motor vehicleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebes eines Dieselmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.The present invention relates to a device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular of a motor vehicle.
Es ist bekannt, daß das Drehmoment, welches ein Dieselmotor liefert, hauptsächlich von der in ihn eingespritzten Kraftstoffmenge abhängt. Eine schlechte Steuerung dieser eingespritzten Menge oder des Zeitpunktes, an welchem sie eingespritzt wird, kann den Motor erheblich schädigen.It is known that the torque delivered by a diesel engine depends mainly on the quantity of fuel injected into it. Poor control of this quantity injected or the time at which it is injected can cause significant damage to the engine.
Ein solcher Fehler kann beispielsweise durch eine fehlerhafte Einspritzdüse auf einem einzelnen Zylinder des Motors ausgelöst werden, was für das System zur Steuerung der Einspritzung besonders schwierig festzustellen ist.Such a fault can be caused, for example, by a faulty injector on a single cylinder of the engine, which is particularly difficult for the injection control system to detect.
Gemäß dem Stand der Technik wurde insbesondere ein Einspritzsystem für Dieselmotoren mit gemeinsamer Versorgung der Einspritzdüsen entwickelt, welches "COMMON RAIL" genannt wird, und dank welchem die verschiedenen Einspritzdüsen des Motors von einem permanenten Kraftstoffdruck versorgt werden.In particular, according to the state of the art, an injection system for diesel engines with a common supply of the injectors has been developed, called "COMMON RAIL", thanks to which the various injectors of the engine are supplied with a permanent fuel pressure.
Es ist jedoch in einem solchen System extrem schwierig, irgendeinen Funktionsfehler, beispielsweise einer Einspritzdüse, festzustellen, was relativ starke Schäden des Motors, und sogar dessen Versagen auslösen kann (siehe JP-A-60026164).However, in such a system it is extremely difficult to detect any malfunction, for example of an injector, which can cause relatively serious damage to the engine, and even its failure (see JP-A-60026164).
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, diese Probleme zu lösen, indem eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Dieselmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen wird, welches einfach und zuverlässig ist und ermöglicht, beispielsweise einen Fehler einer Einspritzdüse mit einer Reaktionszeit festzustellen, welche der Schwere dieses Fehlers für den Motor angepaßt ist.The aim of the invention is therefore to solve these problems by proposing a device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular for a motor vehicle, which is simple and reliable and makes it possible to detect, for example, a fault in an injector with a reaction time adapted to the severity of this fault for the engine.
Hierzu hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Dieselmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:To this end, the invention relates to a device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular for a motor vehicle, characterized in that it comprises:
- Vorrichtungen zur Erfassung der Stärke der Vibrationen des Motors während bestimmter Phasen seines Betriebszyklus mit einem Fühler für die Vibrationen des Motors, Vorrichtungen zur Verarbeitung des Ausgangssignals dieses Fühlers, Vorrichtungen zur Einrichtung von Zeitfenstern für die Erfassung der Stärke der Vibrationen, welche den Betriebsphasen des Motors entsprechen und auf seinem Betriebszyklus etikettiert sind, Erkennungsvorrichtungen für jedes Erfassungszeitfenster des entsprechenden Zylinders des Motors und Vorrichtungen zur Korrektur der Stärke der erfaßten Vibrationen, um den Abstand zu berücksichtigen, welcher die Zylinder von dem Fühler trennt,- means for detecting the intensity of the vibrations of the engine during certain phases of its operating cycle by means of an engine vibration sensor, means for processing the output signal of this sensor, means for establishing time windows for detecting the intensity of the vibrations corresponding to the operating phases of the engine and labelled on its operating cycle, means for detecting each detection time window of the corresponding cylinder of the engine and means for correcting the intensity of the vibrations detected to take account of the distance separating the cylinders from the sensor,
- Vorrichtungen zur Erstellung einer für den Betrieb des Motors spezifischen Information, indem die Stärke dieser Vibrationen durch einen Referenzwert geteilt wird, welcher von Vorrichtungen zur Berechnung des kleinsten gleitenden Mittelwertes der für jeden Zylinder während vorheriger Zyklen des Betriebs des Motors gemessenen Vibrationen geliefert wird, und- means for producing information specific to the operation of the engine, by dividing the intensity of these vibrations by a reference value provided by means for calculating the smallest moving average of the vibrations measured for each cylinder during previous cycles of operation of the engine, and
- Vorrichtungen zur Analyse dieser für den Betrieb des Motors spezifischen Information, um daraus eine Information für die Überwachung seines Betriebs zu bestimmen, wobei sie Informationen über die Drehzahl und die Belastung seines Betriebs empfangen und Vorrichtungen zum Vergleich, für die gegebene Drehzahl und Belastung, der für den Betrieb des Motors spezifischen Information mit einem Sicherheitsschwellenwert, um im Falle der Überschreitung eine zulässige maximale Drehzahl des Motors aus Vorrichtungen zur Speicherung entsprechender Daten auszulesen, und Vorrichtungen zum Abschalten von wenigstens dem entsprechenden Zylinder des Motors aufweisen, wenn die spezifische Information immer den Sicherheitsschwellenwert überschreitet, und wenn die zulässige maximale Drehzahl des Motors erreicht wird.- means for analysing this information specific to the operation of the engine in order to determine therefrom information for monitoring its operation, receiving information on the speed and load of its operation and means for comparing, for the given speed and load, the information specific to the operation of the engine with a safety threshold in order to read out, in the event of it being exceeded, a permissible maximum speed of the engine from devices for storing corresponding data, and means for switching off at least the corresponding cylinder of the engine if the specific information always exceeds the safety threshold and when the permissible maximum speed of the engine is reached.
Die Erfindung wird besser verstanden bei der Lektüre der nachfolgenden, ausschließlich beispielhaft gegebenen Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen gegeben ist, bei welchen:The invention will be better understood from reading the following description, given purely by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
- Abb. 1 ein Blockschaltbild darstellt, welches die allgemeine Struktur einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung illustriert,- Fig. 1 is a block diagram illustrating the general structure of a monitoring device according to the invention,
- Abb. 2 ein Blockschaltbild darstellt, welches die verschiedenen Vorrichtungen illustriert, welche Teil einer solchen Vorrichtung sind, und- Fig. 2 is a block diagram illustrating the various devices that form part of such a device, and
- die Abb. 3, 4 und 5 verschiedenen Graphiken darstellen, welche die Bestimmung einer Schutzkurve eines Motors illustrieren, welche in einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung verwendet wird.- Figures 3, 4 and 5 represent various graphs illustrating the determination of a motor protection curve used in a monitoring device according to the invention.
In Abb. 1 ist in allgemeiner Weise die Struktur einer Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Dieselmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dargestellt.Figure 1 shows in general terms the structure of a device for monitoring the operation of a diesel engine, in particular for a motor vehicle.
In dieser Abbildung ist der Dieselmotor mit der Bezugszahl 1 bezeichnet, und die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Vibrationsfühler auf, welcher mit der allgemeinen Bezugszahl 2 bezeichnet ist, und welcher an irgendeiner Stelle in dem Motor des Fahrzeugs angeordnet ist, um die Stärke seiner Vibrationen während seines Betriebs zu erfassen.In this figure, the diesel engine is designated by the reference number 1 and the device according to the invention comprises a vibration sensor, designated by the general reference number 2, which is arranged at any point in the engine of the vehicle in order to detect the intensity of its vibrations during its operation.
Der Ausgang dieses Fühlers ist mit einer Informationsverarbeitungseinheit verbunden, welche von irgendeinem geeigneten Rechner gebildet, beispielsweise mit der allgemeinen Bezugszahl 3 bezeichnet und mit Vorrichtungen zur Speicherung von Daten verbunden ist, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 4 bezeichnet sind, und welche nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben werden.The output of this sensor is connected to an information processing unit, which is formed by any suitable computer, for example designated by the general reference numeral 3, and is connected to data storage devices, designated by the general reference numeral 4, and which are described in more detail below.
Wie ebenfalls nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben wird, ermöglichen diese verschiedenen Vorrichtungen, den Betrieb des Motors zu analysieren, um daraus eine Information zur Überwachung seines Betriebs zu bestimmen.As will also be described in more detail below, these various devices make it possible to analyse the operation of the engine in order to determine information for monitoring its operation.
Es ist festzustellen, daß die Informationsverarbeitungseinheit 3 und die Vorrichtungen zur Speicherung von Daten 4 beispielsweise in einem Hauptrechner zur Überwachung des Betriebs des Motors oder in einem speziell für diese Funktion eingerichteten Rechner integriert sein können.It should be noted that the information processing unit 3 and the data storage devices 4 may be integrated, for example, in a main computer for monitoring the operation of the engine or in a computer specially designed for this function.
Der mit der allgemeinen Bezugszahl 2 bezeichnete Vibrationsfühler kann, was ihn anbetrifft, ein Fühler der klassischen Art sein, welcher ermöglicht, die Vibrationen des Motors zu erfassen, und er kann beispielsweise von einem Beschleunigungsmeßfühler gebildet sein.The vibration sensor, designated by the general reference 2, may be a sensor of the conventional type enabling the vibrations of the engine to be detected and may, for example, be constituted by an accelerometer sensor.
In Abb. 2 sind die verschiedenen Vorrichtungen zur Verarbeitung des Ausgangssignals eines solchen Fühlers illustriert.Fig. 2 illustrates the various devices for processing the output signal of such a sensor.
In dieser Abb. 2 ist der Fühler immer mit der allgemeinen Bezugszahl 2 bezeichnet und sein Ausgang ist mit Signalverarbeitungsvorrichtungen verbunden, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 5 bezeichnet sind.In this figure 2, the sensor is always designated by the general reference number 2 and its output is connected to signal processing devices designated by the general reference number 5.
Diese Verarbeitungsvorrichtungen umfassen beispielsweise Verstärkungs-, Filter-, Gleichrichtungs- und/oder Integrationsvorrichtungen der klassischen Art.These processing devices include, for example, amplification, filtering, rectification and/or integration devices of the conventional type.
Der Ausgang diese Verarbeitungsvorrichtungen 5 ist mit Vorrichtungen verbunden, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 6 bezeichnet sind, und welche ermöglichen, Zeitfenster zur Erfassung der Stärke der Vibrationen zu erstellen, welche bestimmten Betriebsphasen des Motors entsprechen und auf seinem Betriebszyklus etikettiert sind.The output of these processing devices 5 is connected to devices designated by the general reference 6, which make it possible to create time windows for detecting the intensity of the vibrations, which correspond to certain operating phases of the engine and are labelled on its operating cycle.
In der Tat ermöglichen diese Vorrichtungen, für bestimmte Betriebsbereiche jedes Zylinders des Motors die Stärke der entsprechenden Vibrationen zu messen.In fact, these devices make it possible to measure the intensity of the corresponding vibrations for specific operating ranges of each cylinder of the engine.
Diese Vibrationen können beispielsweise in einem Bereich gemessen werden, welcher sich von · Stufen vor dem oberen Totpunkt (OT) oder bis zu dem oberen Totpunkt, welcher diesem Zylinder entspricht, erstreckt.These vibrations can be measured, for example, in a range that extends from · steps before top dead center (TDC) or up to the top dead center corresponding to this cylinder.
Dies ermöglicht, die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erhöhen, indem das Verhältnis des Signals zum Rauschen durch Signal-Abtast-Schaltung erhöht wird.This allows to increase the sensitivity of the device by increasing the ratio of the signal to noise through signal sampling circuitry.
Wie in Abb. 2 dargestellt ist, sind in dieser Vorrichtung ebenfalls Vorrichtungen vorgesehen, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 7 bezeichnet sind, und ermöglichen, für jedes Erfassungszeitfenster den entsprechenden Zylinder des Motors zu erkennen, wobei diese Vorrichtungen 7 am Eingang beispielsweise Informationen über die Drehzahl und die Belastung des Betriebs des Motors empfangen.As shown in Fig. 2, this device also includes devices designated by the general reference numeral 7, which allow the identification of the corresponding cylinder of the engine for each detection time slot, these devices 7 receiving at input, for example, information on the speed and the load of the engine operation.
Der Ausgang dieser Erkennungsvorrichtungen 7 ist einerseits mit Vorrichtungen 8 zur Korrektur der Stärke der gemessenen Vibrationen verbunden, um den Abstand zu berücksichtigen, welcher jeden Zylinder von dem Fühler trennt, wobei diese Vorrichtungen 8 ebenfalls den Ausgang der Erstellungsvorrichtungen 6 aufnehmen, und andererseits mit den Berechnungsvorrichtungen, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 9 bezeichnet sind, und welche nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben werden.The output of these detection devices 7 is connected, on the one hand, to devices 8 for correcting the intensity of the vibrations measured in order to take into account the distance separating each cylinder from the sensor, these devices 8 also receive the output of the generating devices 6, and on the other hand with the calculating devices, which are designated by the general reference numeral 9 and which are described in more detail below.
Die Korrekturvorrichtungen 8 ermöglichen, die Streuungen in der Signalhöhe zwischen den Zylindern, welche mit ihren unterschiedlichen Abständen von dem Fühler zusammenhängen, auszugleichen, wobei von diesen Korrekturvorrichtungen eine Verstärkungskorrektur speziell an der Stärke der Vibrationen jedes Zylinders des Motors vorgenommen wird.The correction devices 8 make it possible to compensate for the variations in the signal level between the cylinders, which are linked to their different distances from the sensor, these correction devices making a gain correction specifically to the intensity of the vibrations of each cylinder of the engine.
Der Ausgang dieser Korrekturvorrichtungen 8 ist mit den zuvor erwähnten Berechnungsvorrichtungen 9 verbunden, aber ebenso mit Vorrichtungen zur Erstellung von Referenzwerten, welche in dieser Abbildung mit der Bezugszahl 10 bezeichnet sind.The output of these correction devices 8 is connected to the previously mentioned calculation devices 9, but also to devices for establishing reference values, which are designated in this figure by the reference number 10.
In der Tat sind die Berechnungsvorrichtungen 9 dafür eingerichtet, eine für den Betrieb des Motors spezifische Information IC zu erstellen, indem die Stärke der jedem Zylinder des Motors zugeordneten Vibrationen durch einen Referenzwert geteilt wird, welcher ebenfalls jedem seiner Zylinder zugeordnet ist.Indeed, the calculation devices 9 are designed to produce information IC specific to the operation of the engine by dividing the intensity of the vibrations associated with each cylinder of the engine by a reference value which is also associated with each of its cylinders.
In dem in dieser Abbildung beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der jedem Zylinder des Motors zugeordnete Referenzwert von den Vorrichtungen 10 geliefert, welche ermöglichen, den kleinsten gleitenden Mittelwert der Stärke der für jeden Zylinder während vorheriger Betriebszyklen des Motors gemessenen Vibrationen zu berechnen.In the embodiment described in this figure, the reference value associated with each cylinder of the engine is provided by the devices 10 which make it possible to calculate the smallest moving average of the intensity of the vibrations measured for each cylinder during previous operating cycles of the engine.
Es ist somit ersichtlich, daß am Ausgang der Berechnungsvorrichtungen 9 eine für den Betrieb des Motors spezifische Information verfügbar ist, welche jedem Zylinder zugeordnet und durch Teilung der Stärke der entsprechenden Vibrationen durch einen entsprechenden Referenzwert erhalten wird.It can thus be seen that at the output of the calculation devices 9 there is available information specific to the operation of the engine, which information is associated with each cylinder and is obtained by dividing the intensity of the corresponding vibrations by a corresponding reference value.
Diese für den Betrieb des Motors spezifische Information wird dann an die in dieser Abbildung mit der allgemeinen Bezugszahl 11 bezeichneten Analysevorrichtungen übermittelt, um daraus eine Information zur Überwachung des Betriebs des Motors zu bestimmen.This information specific to the operation of the engine is then transmitted to the analysis devices indicated in this figure by the general reference numeral 11 in order to determine therefrom information for monitoring the operation of the engine.
Insbesondere umfassen diese Analysevorrichtungen Vergleichsvorrichtungen, welche mit der allgemeinen Bezugszahl 12 bezeichnet sind, und welche am Eingang die für den Betrieb des Motors spezifische Information IC und Informationen über die Drehzahl und die Belastung seines Betriebs empfangen, wobei diese Vorrichtungen 12 dafür eingerichtet sind, die spezifische Information IC mit einem Sicherheitsschwellenwert zu vergleichen, was nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben wird, und im Falle der Überschreitung eine zulässige maximale Drehzahl des Motors aus Vorrichtungen zur Speicherung entsprechender Daten auszulesen, welche beispielsweise von den in der Abb. 1 mit der allgemeinen Bezugszahl 4 bezeichneten Speichervorrichtungen gebildet sind.In particular, these analysis devices comprise comparison devices, designated by the general reference numeral 12, which have at the input the elements necessary for the operation of the engine specific information IC and information on the speed and load of its operation, these devices 12 being arranged to compare the specific information IC with a safety threshold, which will be described in more detail below, and, if exceeded, to read a permissible maximum speed of the engine from devices for storing corresponding data, which are constituted, for example, by the storage devices designated by the general reference numeral 4 in Figure 1.
Diese Vergleichsvorrichtungen 12 liefern somit zwei Informationen an die in dieser Abbildung mit der allgemeinen Bezugszahl 13 bezeichneten Steuervorrichtungen, nämlich eine Information über die Überschreitung des Sicherheitsschwellenwertes und eine Information über die zulässige maximale Drehzahl des Motors, um diesen Vorrichtungen 13 zu ermöglichen, ein Abschalten von wenigstens dem entsprechenden Zylinder des Motors zu veranlassen, wenn die spezifische Information immer den Sicherheitsschwellenwert überschreitet, und wenn die zulässige maximale Drehzahl des Motors erreicht ist, um jegliche Beschädigung von diesem zu vermeiden.These comparison devices 12 thus supply two pieces of information to the control devices indicated in this figure by the general reference numeral 13, namely information on the exceedance of the safety threshold and information on the maximum permissible speed of the engine, in order to enable these devices 13 to cause a shutdown of at least the corresponding cylinder of the engine when the specific information always exceeds the safety threshold and when the maximum permissible speed of the engine is reached, in order to avoid any damage to the latter.
Es ist so festzustellen, daß die Analysevorrichtungen zwei Informationen verarbeiten, nämlich eine Überschreitung des Sicherheitsschwellenwertes auf einem Zylinder im Verlauf der Analyse und die zulässige maximale Drehzahl des Motors, um ein Abschalten dieses Zylinders oder eventuell des Motors zu veranlassen oder nicht zu veranlassen.It can thus be seen that the analysis devices process two pieces of information, namely the exceedance of the safety threshold on a cylinder during the analysis and the maximum permissible engine speed, in order to initiate or not initiate the shutdown of that cylinder or possibly the engine.
Der Sicherheitsschwellenwert und die zulässige maximale Drehzahl des Motors können, wie bereits zuvor erwähnt wurde, in Speichervorrichtungen für Daten gespeichert werden, welche für verschiedene Drehzahlen und Belastungen des Betriebs des Motors eine Schutzkurve für diesen aufweisen, welche ermöglicht, die zulässige maximale Drehzahl des Motors abhängig von der für den Betrieb des Motors spezifischen Information zu bestimmen, und welche ausgehend von einer zuvor bestimmten Kurve des Versagens des Motors erstellt wird, wie dies in den Abb. 3 bis 5 illustriert ist.The safety threshold and the maximum permissible speed of the motor can, as previously mentioned, be stored in data storage devices which, for different speeds and loads of operation of the motor, comprise a protection curve for the latter, which enables the maximum permissible speed of the motor to be determined depending on the information specific to the operation of the motor and which is established starting from a previously determined motor failure curve, as illustrated in Figures 3 to 5.
In der Tat kann, wie es in der Abb. 3 illustriert ist, ein Bereich des Versagens des Motors erstellt und in einer Graphik dargestellt werden, indem PTM-Parameter überwacht werden, welche direkt repräsentativ für das Verhalten des Motors sind, wie beispielsweise der Druck und die Temperatur.Indeed, as illustrated in Figure 3, an engine failure zone can be created and plotted by monitoring PTM parameters that are directly representative of the engine behavior, such as pressure and temperature.
Ausgehend von diesem Bereich des Versagens des Motors kann für eine gegebene Drehzahl und Belastung ein spezifisches Signal für einen akzeptablen Betrieb erstellt werden, wie es in Abb. 4 illustriert ist, indem ein bestimmter Sicherheitsabstand bezüglich des Versagensbereiches des Motors genommen wird. Es ist so festzustellen, daß die Risiken des Versagens des Motors jenseits der in dieser Abb. 4 illustrierten Kurve nicht mehr annehmbar sind.Starting from this motor failure area, for a given speed and load, a specific signal of acceptable operation can be established, as illustrated in Fig. 4, by taking a certain safety margin with respect to the motor failure area. It can thus be stated that the risks of motor failure beyond the curve illustrated in this Fig. 4 are no longer acceptable.
Ausgehend von dieser Grenzkurve für das Versagen des Motors ist es möglich, eine Schutzkurve für diesen zu erstellen, wie diejenige, welche in Abb. 5 illustriert ist, wobei diese Schutzkurve die zulässige maximale Drehzahl des Motors abhängig von der für seinen Betrieb spezifischen Information darstellt.Starting from this limit curve for the failure of the motor, it is possible to establish a protection curve for it, such as the one illustrated in Fig. 5, where this protection curve represents the maximum permissible speed of the motor depending on the information specific to its operation.
Der Sicherheitsschwellenwert kann der horizontalen Asymptote dieser Schutzkurve entsprechen, wie es illustriert ist.The safety threshold may correspond to the horizontal asymptote of this protection curve as illustrated.
In der Tat werden diese verschiedenen Informationen gemäß Versuchen mit dem Motor während dessen Entwicklung erstellt, wobei dieser Versuche ermöglichen, die Verhaltensgrenzen des Motors abhängig von der Höhe des von dem Vibrationsfühlers ausgegebenen Signals zu bestimmen.In fact, these different pieces of information are created according to tests carried out on the engine during its development, these tests making it possible to determine the behaviour limits of the engine depending on the level of the signal emitted by the vibration sensor.
Es ist so festzustellen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine gewisse Anzahl von Vorteilen in dem Maße aufweist, wie sie ermöglicht, einen optimalen und unmittelbaren Schutz des Zylinders oder des Motors im Falle eines Betriebsfehlers, beispielsweise durch sein Einspritzsystem, sicherzustellen, und zwar mit einem verringerten Umfang an falschen Erfassungen.It can thus be seen that the device according to the invention has a certain number of advantages in that it makes it possible to ensure optimal and immediate protection of the cylinder or the engine in the event of an operating fault, for example due to its injection system, with a reduced level of false detections.
Selbstverständlich können verschiedene Ausführungsarten dieser Vorrichtung vorgesehen werden.Of course, different designs of this device can be provided.
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