DE102004054711A1

DE102004054711A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004054711A1
Application number: DE102004054711A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schueler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US7376506B2; FR2877996A1; US20060122766A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100) vorgeschlagen, das eine verbesserte Ermittlung einer bevorzugten Stellung einer Welle (1) der Brennkraftmaschine (100) ermöglicht. Dabei wird die bevorzugte Stellung der Welle (1), ausgehend von einem einen Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine (100) charakterisierenden Signal, abhängig von einer ermittelten Phasenbeziehung zwischen diesem Signal und der bevorzugten Stellung der Welle abgeleitet.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.

Es sind bereits Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen eine bevorzugte Stellung einer Welle der Brennkraftmaschine ermittelt wird. So ist beispielsweise aus der EP 0 661 433 B1 bekannt, bei Brennkraftmaschinen einen Induktivgeber vorzusehen, der die Zähne am Anlasserzahnkranz abtastet und ausgehend davon einen Drehzahlwert bestimmt. Des weiteren ist vorgesehen, dass mittels einer Markierung der obere Totpunkt wenigstens eines Zylinders gekennzeichnet wird. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass ein Zahn ausgelassen bzw. ein Zahn entsprechend hervorgehoben wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die bevorzugte Stellung der Welle ausgehend von einem einen Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signal abhängig von einer ermittelten Phasenbeziehung zwischen diesem Signal und der bevorzugten Stellung der Welle abgeleitet wird. Auf diese Weise lässt sich die bevorzugte Stellung der Welle mit Hilfe des für den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine charakteristischen Signals ermitteln, so dass insbesondere keine Markierung, beispielsweise durch eine Lücke oder Zähnchen mit unterschiedli cher Zahnbreite, in einem Geberrad zur Ermittlung der Stellung der Welle erforderlich ist. Eine durch eine solche Markierung im Geberrad bedingte Verschlechterung der Ergebnisse von Funktionen der Brennkraftmaschine, die auf eine genaue Stellungsinformation des Geberrades angewiesen sind, kann somit vermieden werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Die Phasenbeziehung zwischen dem den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signal und der bevorzugten Stellung der Welle lässt sich besonders einfach als Phasenbeziehung zwischen einer vorgegebenen Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals und der bevorzugten Stellung der Welle ermitteln.

Die bevorzugte Stellung der Welle lässt sich dann einfach dadurch bestimmen, dass zunächst die vorgegebene Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals ermittelt wird und davon ausgehend unter Berücksichtigung der ermittelten Phasenbeziehung die bevorzugte Stellung der Welle bestimmt wird. Zu diesem Zweck wird lediglich die einfache Operation einer Phasenaddition benötigt.

Als vorgegebene Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals eignet sich besonders eine Position auf einer Signalflanke in einer Hochdruckphase der Brennkraftmaschine. Dort ist das den Verbrennungsverlauf charakterisierende Signal synchron zum Winkel der Welle der Brennkraftmaschine. Somit lässt sich die beschriebene Phasenbeziehung und damit auch die bevorzugte Stellung der Welle besonders präzise mit Hilfe des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals ermitteln.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Stellung der Welle durch einen Geber erfasst wird und die bevorzugte Stellung der Welle als diejenige vom Geber erfasste Stellung der Welle ermittelt wird, die in der ermittelten Phasenbeziehung zum den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signal steht. Auf diese Weise kann die bevorzugte Stellung der Welle nach wie vor vom Geber mit hoher Präzision beispielsweise in der Lage einer von einem Zähnchen eines als Zähnchenrad ausgebildeten Geberrades erzeugten Signalflanke ermittelt werden, wohingegen die der bevorzugten Stellung der Welle zugeordnete Stellung des Geberrades bzw. das dieser bevorzugten Stellung zugeordnete Zähnchen im Falle des als Zähnchenrad ausgebildeten Zähnchenrades mit geringerer Anforderung an die Genauigkeit aus dem den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signal unter Verwendung der ermittelten Phasenbeziehung bestimmt werden kann. Die Anforderung an die Genauigkeit des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals kann somit geringer gehalten werden als die Anforderung ein die Genauigkeit für die Erfassung der Stellung der Welle durch den Geber insbesondere mit Hilfe des beschriebenen Geberrades.

Dennoch kann die Genauigkeit der Ermittlung der bevorzugten Stelle der Welle ausgehend vom den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signal erhöht werden, wenn das den Verbrennungsverlauf charakterisierende Signal, insbesondere mittels eines Tiefpasses, gefiltert wird.

Weiterhin eignet sich für eine möglichst genaue Bestimmung der Phasenbeziehung am besten die Auswertung einer Signalflanke.

Als für das den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal eignet sich besonders die Verwendung eines Signals eines Körperschallsensors, insbesondere dessen niederfrequenter Anteil, oder eines Zylinderdrucksignals.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine grob schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zugehöriger Steuerung, 2a) den Verlauf der Amplitude eines Körperschallsensors über dem Kurbelwellenwinkel, 2b) den Verlauf der Signal-Amplitude eines Gebersignals zur Detektion eines oberen Totpunkts einer Kurbelwelle über dem Kurbelwellenwinkel, 3 einen Ablaufplan für die Ermittlung einer Phasenbeziehung und 4 einen Ablaufplan für die Ermittlung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Das beschriebene Verfahren ist aber nicht nur auf die Anwendung bei Dieselbrennkraftmaschinen beschränkt, sie kann auch auf andere Typen von Brennkraftmaschinen übertragen werden. In diesem Fall müssen entsprechende Elemente ausgetauscht werden. So kommt beispielsweise bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen dem Zündzeitpunkt eine ähnliche Bedeutung zu, wie dem Einspritzbeginn bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Dieselbrennkraftmaschine bezeichnet. An einer Kurbelwelle 1 der Brennkraftmaschine ist ein Anlasserzahnkranz 110 angeordnet. Dieser wird von einem Induktivgeber 120 abgetastet. Der Induktivgeber 120 beaufschlagt ein Steuergerät 130, insbesondere ein EDC-Steuergerät(EDC=Electronic Diesel Control), mit Signalen.
Der Brennkraftmaschine wird über eine Kraftstoffpumpe 140 Kraftstoff zugemessen. Die Kraftstoffpumpe 140 wird von einer Pumpenantriebswelle, auf der ein Inkrementrad 150 angeordnet ist, angetrieben. Die Inkremente des Inkrementrades 150 werden von einem Inkrementgeber 160 abgetastet. Der Inkrementgeber 160 beaufschlagt dann das EDC-Steuergerät 130 mit einem entsprechenden Signal.
Die Pumpenantriebswelle wird von der Nockenwelle 170 der Brennkraftmaschine angetrieben, bzw. die Nockenwelle dient als Pumpenantriebswelle. Die Nockenwelle 170 und die Kurbelwelle sind über ein Antriebsmittel 180, insbesondere einen Zahnriemen oder eine Kette, miteinander verbunden. Die Pumpenantriebswelle lässt sich mittels eines Spritzverstellers 190 gegenüber der Nockenwelle 170 verschieben.
Das EDC-Steuergerät 130 beaufschlagt abhängig von den Signalen verschiedener Sensoren, die verschiedene Betriebskenngrößen erfassen, die Kraftstoffpumpe 140 und den Spritzversteller 190 mit Ansteuersignalen.
Diese Einrichtung arbeitet im wesentlichen wie folgt: Ausgehend von verschiedenen Sensorsignalen berechnet das EDC-Steuergerät 130 einen Wert für die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Einspritzbeginn. Ausgehend von diesen Werten bestimmt das Steuergerät 130 Ansteuerimpulse zur Ansteuerung des Spritzverstellers 190, der den Einspritzbeginn festlegt. Ferner gibt das Steuergerät 130 Ansteuerimpulse zur Ansteuerung eines Stellers zur Einstellung eines mengenbestimmenden Stellgliedes an die Kraftstoffpumpe 140.
Ein Induktivgeber 120 tastet die Zähne auf dem Anlasserzahnkranz 110 ab. Hieraus erkennt das Steuergerät 130 die Stellung der Kurbelwelle 1. Bei dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 in der Kompressionsphase eines der Zylinder der Brennkraftmaschine 100 handelt es sich um eine bevorzugte Stellung der Kurbelwelle 1. Um eine optimale Kraftstoffzumessung erzielen zu können, muss der Einspritzbeginn in Bezug auf den genannten oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 erfolgen. Aus diesem Grund ist am Anlasserzahnkranz 110 eine Markierung vorgesehen, die der Induktivgeber 120 erkennt. Der Impuls, der ausgehend von dieser Markierung erzeugt wird, wird üblicherweise als Referenzimpuls bezeichnet. Da sich ein Arbeitsspiel des Zylinders über 720° Kurbelwellenwinkel erstreckt, d.h. 2 Kurbelwellenumdrehungen, genügt die Kurbelwellenposition alleine nicht um zu bestimmen, ob der durch die Markierung am Anlasserzahnkranz 110 gebildete Referenzimpuls nun den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 in der Kompressionsphase des Zylinders kennzeichnet oder den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 in der Ausstoßphase des Zylinders. Da pro Arbeitsspiel nur eine Nockenwellenumdrehung stattfindet, kann die Bestimmung des Kompressionstaktes des Zylinders mit Hilfe eines Phasengebers an einem Nockenwellengeberrad erfolgen. Als Nockenwellengeberrad kann hier das Inkrementrad 150 und als zugeordneter Phasengeber der Inkrementgeber 160 Verwendung finden. Als Ergebnis werden somit nur diejenigen Referenzimpulse des Induktivgebers 120 ermittelt, die den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 in der Kompressionsphase bzw. im Kompressionstakt des Zylinders kennzeichnen. Diese sind in 2b) dargestellt.
Auf Grund von Anbautoleranzen ergibt sich eine Abweichung zwischen der Lage des Referenzimpulses und dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle.
Um eine genaue Kraftstoffzumessung erzielen zu können, ist diese Abweichung zu berücksichtigen. Es ist deshalb vorgesehen, dass Korrekturwerte ermittelt, in einem Speicher abgelegt und bei der Berechnung der Ansteuersignale berücksichtigt werden.
Diese Ermittlung der Korrekturwerte wird vorzugsweise EOL (End of Line = Ende des Montagebandes) und/oder in bestimmten Abständen durchgeführt. Dies bedeutet, das Verfahren zur Ermittlung der Korrekturwerte wird vom Steuergerät 130 und/oder von einer externen Einrichtung am Ende der Fertigung der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs oder im Anschluss an eine Reparatur desselben, bei der Wartung oder in bestimmten Zeitabständen durchgeführt.
Die Brennkraftmaschine 100 umfasst gemäß 1 beispielhaft 4 Zylinder 5, 10, 15, 20, die die Kurbelwelle 1 im Betrieb in dem Fachmann bekannter Weise antreiben. Dabei ist ein erster Zylinder mit dem Bezugszeichen 5, ein zweiter Zylinder mit dem Bezugszeichen 10, ein dritter Zylinder mit dem Bezugszeichen 15 und ein vierter Zylinder mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Zwischen dem zweiten Zylinder 10 und dem dritten Zylinder 15 ist wie in 1 gestrichelt dargestellt ein Körperschallsensor 25 angeordnet, der einen Körperschall der Brennkraftmaschine 100 erfasst und ein entsprechendes Messsignal dem Steuergerät 130 zuführt. Dieses Messsignal wird im Folgenden auch als Körperschallsignal bezeichnet und ist charakteristisch für den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine 100. Die Taktfolge der Zylinder 5, 10, 15, 20 ist dabei beispielsweise wie folgt: Erster Zylinder 5 – dritter Zylinder 15 – vierter Zylinder 20 – zweiter Zylinder 10. Das Körperschallsignal, das in 1 mit dem Buchstaben K gekennzeichnet ist, verläuft dann über dem Kurbelwellenwinkel KW beispielsweise gemäß dem Diagramm nach 2a). 2a) zeigt speziell einen niederfrequenten Anteil des Körperschallsignals. Dort ist für einen Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine 100 die Amplitude des Körperschallsignals K über dem Kurbelwellenwinkel KW aufgetragen. Dabei sind deutlich die durch die Hochdruckphasen der im Kompressionstakt arbeitenden Zylinder 5, 10, 15, 20 verursachten negativen Signalspitzen zu erkennen. Dabei rühren die negativen Signalspitzen geringerer Amplitude von den Kompressionstakten des ersten Zylinders 5 und des vierten Zylinders 20 her, wobei sich deren negative Signalspitzen über dem Kurbelwellenwinkel KW abwechseln. Die negativen Signalspitzen mit größerer Amplitude rühren dabei von den Hochdruckphasen der Kompressionstakte des zweiten Zylinders 10 und des dritten Zylinders 15 her und wechseln sich über den Kurbelwellenwinkel KW ebenfalls ab. Zur Verdeutlichung ist in 2a) jede negative Signalspitze mit dem verursachenden zugeordneten Zylinder gekennzeichnet, wobei der erste Zylinder 5 durch „Zyl. 1", der zweite Zylinder 10 durch „Zyl. 2", der dritte Zylinder 15 durch „Zyl. 3" und der vierte Zylinder 20 durch „Zyl. 4" gekennzeichnet sind. Die vom zweiten Zylinder 10 und vom dritten Zylinder 15 verursachten negativen Signalspitzen sind in ihrer Amplitude größer als die vom ersten Zylinder 5 und vom vierten Zylinder 20 verursachten Signalspitzen. Der Grund dafür ist, dass der Körperschallsensor 25 zwischen dem zweiten Zylinder 10 und dem dritten Zylinder 15 angeordnet ist und daher die von diesen beiden Zylindern erzeugten Körperschallwerte stärker aufzeichnet als die vom ersten Zylinder 5 und vom vierten Zylinder 20 erzeugten Körperschallwerte. Abhängig von der Polarität des Körperschallsensors 25 kann das Körperschallsignal auch invertiert, d. h. mit umge kehrtem Vorzeichen, vorliegen, und muss dann entsprechend angepasst ausgewertet werden.
2b) zeigt das Signal des Induktivgebers 120, das in 1 mit dem Buchstaben I gekennzeichnet ist. Dabei ist der Verlauf der Amplitude des Signals des Induktivgebers 120 in 2b) ebenfalls über dem Kurbelwellenwinkel KW dargestellt. Auf Grund der Markierung am Anlasserzahnkranz 110, die wie in der EP0661433B1 beschrieben bspw. durch Weglassen eines Zahns realisiert werden kann, lässt sich aus dem Signal I des Induktivgebers 120 der obere Totpunkt der Kurbelwelle 1 als bevorzugte Stellung der Kurbelwelle 1 detektieren, wobei im vorliegenden Beispiel dieser obere Totpunkt dem oberen Totpunkt des Kolbens des ersten Zylinders 5 im Kompressionstakt entspricht. Dabei sind in 2b) nur die oben beschriebenen Referenzimpulse des Signals des Induktivgebers 120 dargestellt. Wie zu erkennen ist, treten diese Referenzimpulse bei den gleichen Kurbelwellenwinkeln auf, bei denen nach 2a) das Körperschallsignal K eine negative Signalspitze für den ersten Zylinder 5 ausweist. Somit ist in 2a) und 2b) zu entnehmen, dass die Phase zwischen den Signalspitzen des Körperschallsignals K und dem Signal I des Induktivgebers 120 konstant ist, wobei sie im beschriebenen Beispiel gleich Null ist, weil die Referenzimpulse des Signals I des Induktivgebers 120 bezogen auf den Kurbelwellenwinkel mit den negativen Signalspitzen des Körperschallsignals K für den ersten Zylinder 5 zusammenfallen. Ganz allgemein kann jedoch zwischen dem Signal I des Induktivgebers 120 und dem Körperschallsignal K jede beliebige Phasenverschiebung vorliegen, wobei diese Phasenverschiebung immer konstant sein wird. Ganz allgemein befinden sich also die Referenzimpulse des Signals I des Induktivgebers 120 immer in einer festen, d.h. konstanten Phasenbeziehung zum Verlauf des Körperschallsignals K. Somit wird vorgeschlagen, den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 ausgehend vom Körperschallsignal K abhängig von der ermittelten Phasenbeziehung zwischen dem Körperschallsignal K und dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 abzuleiten. Dabei wird bspw. in einer Applikationsphase der Brennkraftmaschine 100 beispielsweise unter Verwendung eines herkömmlichen Anlasserzahnkranzes 110 mit der beschriebenen Markierung für den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 der Verlauf des Signals des Induktivgebers 120 gemäß 2b) aufgenommen und mit dem vom Körperschallsensor 25 ermittelten Körperschallsignal K gemäß 2a) im Steuergerät 130 verglichen. Zu diesem Zweck wird eine Position des Körperschallsignals K fest vorgegeben und die Phasenbeziehung zwischen dieser vorgegebenen Position des Körperschallsignals und dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 gemäß den Referenzimpulsen nach 2b) ermittelt. So wird im Beispiel nach 2 als vorgegebene Position des Körperschallsignals K eine Position auf einer Signalflanke des Körperschallsignals K in einer Hochdruckphase der Brennkraftmaschine 100, d. h. also während des Kompressionstaktes eines der Zylinder 5, 10, 15, 20 ausgewählt. Der Vorteil besteht darin, dass das niederfrequente Körperschallsignal K speziell in den Kompressionstakten synchron zum Winkel der Kurbelwelle 1 ist. Für eine möglichst genaue Winkelbestimmung eignet sich für die Auswertung des Körperschallsignals K am besten die Verwendung einer Signalflanke. Beispielhaft kann dabei eine solche Signalflanke in der Hochdruckphase gewählt werden, bei der etwa 50 % der Amplitude des Körperschallsignal K vorliegt. Diese Amplitude wird auch als Signalhub des Körperschallsignals K bezeichnet. In 2a) wird die vorgegebene Position des Körperschallsignals K mit dem Buchstaben V gekennzeichnet. Wie 2a) zu entnehmen ist, liegt dabei die vorgegebene Position V des Körperschallsignals K jeweils auf einer negativen Signalflanke, die eine Hochdruckphase im Kompressionstakt des dritten Zylinders 15 kennzeichnet und befindet sich bei etwa 50 % des entsprechenden Signalhubes wie beschrieben. Gemäß 2b) ist erkennbar, dass die Phasenbeziehung zwischen der jeweils vorgegebene Position V des Körperschallsignals K und dem am nächsten liegenden Referenzimpuls des Signals I des Induktivgebers 120 gemäß 2b) durch eine konstante Phasendifferenz Δ gebildet wird.
Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 100, d.h. im Betrieb der Brennkraftmaschine 100 nach abgeschlossener Adaption, können dann ein Anlasserzahnkranz 110 ohne Markierung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 d.h. insbesondere ohne Auslassung eines Zahns für eine solche Markierung verwendet werden. Der obere Totpunkt der Kurbelwelle 1 wird dann wie folgt bestimmt: Zunächst wird die vorgegebene Position V des Körperschallsignals K im Steuergerät 130 ermittelt. Ausgehend von dieser vorgegebenen Position V wird die in der Adaptionsphase bestimmte Phasendifferenz Δ der vorgegebenen Position V hinzu addiert und somit eine neue Phasenlage erreicht, die dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 entspricht. Außerdem wird die Stellung der Kurbelwelle 1 in herkömmlicher Weise durch den Induktivgeber 120 mittels der in 2b) nicht dargestellten und durch die übrigen Zähnchen des Anlasserzahnkranzes 110 bedingten Impulse des Signals des Induktivgebers 120 erfasst. Der obere Totpunkt der Kurbelwelle 1 wird dann vom Steuergerät 130 als diejenige vom Induktivgeber 120 erfasste Stellung der Kurbelwelle 1 ermittelt, die in der in der Adaptionsphase ermittelten Phasenbeziehung zum Körperschallsignal K steht. Das bedeutet, das derjenige Impuls des Signals I des Induktivgebers 120 als dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 zugeordnet erkannt wird, der um die in der Adaptionsphase ermittelte Phasendifferenz Δ von der vorgegebenen Position V des Körperschallsignals K abweicht. Somit wird für die Ermittlung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 weiterhin die hohe Genauigkeit der Messung durch den Induktivgeber 120 auf Grund der abgetasteten Zähne auf dem Anlasserzahnkranz 110 genutzt. Dieser Anlasserzahnkranz 110 kann beispielsweise als Zähnchenrad mit 60 Zähnchen á 6 Grad Kurbelwellenwinkel für Zahn und Lücke ausgebildet sein. Für das Körperschallsignal K benötigt man dann lediglich eine Genauigkeit von +/–1/2 Zähnchen, das heißt +/–3 Grad Kurbelwellenwinkel KW, da durch das Körperschallsignal K lediglich sichergestellt werden muss, dass das richtige Zähnchen des Anlasserzahnkranzes 110 als Bezugspunkt für den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 gewählt wird. Die eigentliche Genauigkeit für die Ermittlung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 wird dabei über die Genauigkeit des Anbaus des Anlasserzahnkranzes 110 an die Kurbelwelle 1 der Brennkraftmaschine 100 sicher gestellt. Das Körperschallsignal K selbst kann dadurch von Störungen befreit werden, in dem es beispielsweise gefiltert wird, wozu insbesondere ein Tiefpass verwendet werden kann. Auf diese Weise wird die Ermittlung der vorgegebenen Position V und damit auch die Ermittlung der Phasendifferenz Δ für jedes Arbeitsspiel genauer.
Gemäß dem Ablaufplan nach 3 wird nun beispielhaft der Ablauf bei der Ermittlung der Phasenbeziehung zwischen dem Körperschallsignal K und der Position des Anlasserzahnkranzes 110 beim oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 beschrieben. Das Programm kann beispielsweise während einer Adaptionsphase der Brennkraftmaschine 100 durchlaufen werden. Nach dem Start des Programms führt die Steuerung 130 bei einem Programmpunkt 200 eine Filterung, insbesondere eine Tiefpassfilterung oder eine Bandpassfilterung, des vom Körperschallsensor 25 erfassten Körperschallsignals K durch. Auf diese Weise werden höherfrequente Störungen aus dem Körperschallsignal K entfernt. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 205 verzweigt.
Bei Programmpunkt 205 ermittelt die Steuerung 130 in der beschriebenen Weise die vorgegebene Position V im Körperschallsignal K. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 210 verzweigt.
Bei Programmpunkt 210 ermittelt die Steuerung 130 ebenfalls in der beschriebenen Weise beispielsweise unter Verwendung eines Anlasserzahnkranzes 110 mit einer Markierung, insbesondere durch Auslassung eines Zähnchens, für den oberen Totpunkt der Kur belwelle 1 mit Hilfe der beschriebenen und in 2b) dargestellten Referenzimpulse die Stellungen des Anlasserzahnkranzes 110, die dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 entsprechen. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 215 verzweigt.
Bei Programmpunkt 215 ermittelt die Steuerung 130 die Phasendifferenz Δ zwischen einem den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 kennzeichnenden Referenzimpuls im Signal I des Induktivgebers 120, der sich auf Grund der Markierung des Anlasserzahnkranzes 110 ergibt, und der diesem Referenzimpuls nächstliegenden vorgegebenen Position V des Körperschallsignals K in der beschriebenen Weise. Die Phasendifferenz Δ ist dabei gleich der Differenz der Phase, d. h. dem Kurbelwellenwinkel eines Referenzimpulses des Signals I des Induktivgebers 120 abzüglich der Phase, d. h. des Kurbelwellenwinkels der dem Referenzimpuls nächstliegenden vorgegebenen Position V des Körperschallsignals K. Anschließend wird das Programm verlassen.
In 4 ist ein Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf zur Erkennung des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 dargestellt. Dieses Programm wird im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 100 nach Abschluss der Adaption und Ermittlung der Phasendifferenz Δ wie im Ablaufplan nach 3 beschrieben durchlaufen. Nach dem Start des Programms ermittelt die Steuerung 130 bei einem Programmpunkt 300 in der beschriebenen Weise die vorgegebene Position V des vom Körperschallsensor 25 erfassten Körperschallsignals K. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 305 verzweigt.
Bei Programmpunkt 305 addiert die Steuerung 130 zu dem der vorgegebenen Position V des Körperschallsignals K zugeordneten Kurbelwellenwinkel die beispielsweise gemäß dem Ablaufplan nach 3 ermittelte Phasendifferenz Δ hinzu und erhält somit als Ergebnis den Kurbelwellenwinkel, der vom Induktivgeber 120 als der Kurbelwellenwinkel des oberen Totpunktes der Kurbelwelle 1 gemessen wird. Dabei muss der Anlasserzahnkranz 110 für diesen beschriebenen Normalbetrieb keine Markierung mehr für den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 umfassen. Das Zähnchen des Anlasserzahnkranzes 110, das dem bei Programmpunkt 305 ermittelten Kurbelwellenwinkel zugeordnet ist, liefert somit beim Signal I des Induktivgebers 120 einen Impuls, der den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 kennzeichnet. Die Zuordnung des bei Programmpunkt 305 ermittelten Kurbelwellenwinkels zum entsprechenden Impuls des Signals 1 des Induktivgebers 120 erfolgt dann mittels der Steuerung 130 bei einem nachfolgenden Programmpunkt 310. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 315 verzweigt.
Bei Programmpunkt 315 markiert die Steuerung 130 die Impulse des Signals I des Induktivgebers 120 als dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 zugeordnet, die um ein ganzzahliges Vielfaches von 720 Grad Kurbelwellenwinkel von dem bei Programmpunkt 310 ermittelten Impuls für den oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 beabstandet sind. Auf diese Weise lässt sich aus dem Signal I des Induktivgebers 120 ohne besondere Markierung des Anlasserzahnkranzes 110 der obere Totpunkt als diejenige vom Induktivgeber 120 erfasste Stellung der Kurbelwelle 1 ermitteln, die in der durch die Phasendifferenz Δ definierten Phasenbeziehung zur vorgegebenen Position V des Körperschallsignal K steht. Anschließend wird das Programm verlassen.
Im zuvor beschriebenen Beispiel wurde zur Abtastung der Zähne des Anlasserzahnkranzes 110 der Induktivgeber 120 verwendet. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung eines solchen Induktivgebers beschränkt. Vielmehr kann jeder geeignete Geber zur Abtastung der Zähne des Anlasserzahnkranzes 110 verwendet werden. Insbesondere eignet sich auch ein die Zähne des Anlasserzahnkranzes 110 optisch abtastender Geber. Auch der Anlasserzahnkranz 110 ist lediglich beispielhaft beschrieben, wobei allgemein die Stellung bzw. der Winkel der Kurbelwelle 1 in beliebiger Weise in eine abtastbare Form gebracht werden kann, wobei sich im Falle eines optisch arbeitenden Gebers beispielsweise auch die Verwendung einer optischen Speicherplatte als Geberrad eignen kann. Die Erfindung ist somit in entsprechender Weise auf beliebige Sensoren zur Ermittlung des Winkels bzw. der Stellung der Kurbelwelle 1 anwendbar. Weiterhin muss es sich bei der Welle nicht unbedingt um die Kurbelwelle 1 der Brennkraftmaschine 100 handeln. Es kann sich dabei beispielsweise alternativ auch um die Nockenwelle oder die Pumpenantriebswelle handeln. Weiterhin muss es sich bei der bevorzugten Stellung der Welle auch nicht um den oberen Totpunkt handeln. Vielmehr kann jede beliebige Stellung der Welle als bevorzugte Stellung vorgegeben werden. Die Nutzung des Körperschallsignals K als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal ist in sofern vorteilhaft, weil die Nutzung von Körperschallsensoren beispielsweise zur Klopfregelung bei Ottomotoren sowieso schon vorgesehen ist. Auch bei Dieselmotoren wird der Einsatz von Körperschallsensoren zukünftig immer interessanter. Dort wird das Körperschallsignal beispielsweise zur Kalibrierung, Regelung und Optimierung der Voreinspritzung bei konventionellen Brennverfahren eingesetzt.
Die aus dem Signal I des Induktivgebers 120 abgeleiteten Winkelinformationen der Kurbelwelle 1 können beispielsweise zur Bestimmung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 100 verwendet werden. Aus der Drehzahl wiederum kann dann ein Drehmoment der Brennkraftmaschine 100 oder die Erkennung der Phasenlage des Motors oder die Ansteuerbeginnberechnung für die Kraftstoffeinspritzung ermittelt werden.
Alternativ zur Verwendung des Körperschallsignals kann auch ein Zylinderdrucksignal als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal der Brennkraftmaschine 100 verwendet werden. Dieses Zylinderdrucksignal kann dabei mittels eines oder mehrerer Zylinderdrucksensoren in einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine 100 ermittelt werden. So kann der zeitliche Verlauf des Zylinderdrucksignals des ersten Zylinders 5 analog zum Körperschallsignal in der beschriebenen Weise vom Steuergerät 130 ausgewertet werden um die Phasenbeziehung zur bevorzugten Stellung der Kurbelwelle 1, beispielsweise wieder zum oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1, zu ermitteln. So kann in entsprechender Weise aus dem Zylinderdrucksignal die bevorzugte Stellung der Kurbelwelle 1 abgeleitet werden. Dabei weist das Zylinderdrucksignal am oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 ein Maximum auf. Dabei kann eine entsprechend vorgegebene Position des Zylinderdrucksignals auch wieder auf einer winkelsynchronen Signalflanke des Zylinderdrucksignals gewählt werden.
Das Signal des Induktivgebers 120 wird hier nicht als ein den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine 100 charakterisierendes Signal betrachtet, weil es im Gegensatz zum Körperschallsignal K oder zum Zylinderdrucksignal nicht die Unterscheidung verschiedener Verbrennungsphasen oder -takte ermöglicht. Ein den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine 100 charakterisierendes Signal ermöglicht aber gerade eine solche Unterscheidung bzw. Erkennung zumindest einer konkreten Verbrennungsphase. So ermöglichen das Körperschallsignal K und das Zylinderdrucksignal zumindest eindeutig die Erkennung einer Kompressionsphase eines Zylinders im Gegensatz zum Signal des Induktivgebers 120.
Als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal kann alternativ auch das Signal eines Dehnungsmessstreifens verwendet werden, der so angebracht ist, dass er die durch Kompression und Expansion verursachten Dehnungen mindestens eines der Zylinder der Brennkraftmaschine 100 detektiert.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100), bei dem eine bevorzugte Stellung einer Welle (1) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die bevorzugte Stellung der Welle (1) ausgehend von einem einen Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine (100) charakterisierenden Signal abhängig von einer ermittelten Phasenbeziehung zwischen diesem Signal und der bevorzugten Stellung der Welle (1) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenbeziehung zwischen einer vorgegebenen Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals und der bevorzugten Stellung der Welle (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der bevorzugten Stellung der Welle (1) zunächst die vorgegebene Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals ermittelt und davon ausgehend unter Berücksichtigung der ermittelten Phasenbeziehung die bevorzugte Stellung der Welle (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals eine Position auf einer Signalflanke in einer Hochdruckphase gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Position des den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signals eine Position auf der Sig nalflanke gewählt wird, die etwa der Hälfte des Signalhubs in der zugehörigen Hochdruckphase entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Welle (1) durch einen Geber erfasst wird und dass die bevorzugte Stellung der Welle (1) als diejenige vom Geber erfasste Stellung der Welle (1) ermittelt wird, die in der ermittelten Phasenbeziehung zum den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Signal steht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Verbrennungsverlauf charakterisierende Signal, insbesondere mittels eines Tiefpasses, gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal ein Signal eines Körperschallsensors, insbesondere dessen niederfrequenter Anteil, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal ein Zylinderdrucksignal gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal ein Signal eines Dehnungsmessstreifens gewählt wird.