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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines
Differenzwinkels insbesondere einer Brennkraftmaschine zwischen
einem ersten Winkelereignis und einem zweiten Winkelereignis, wobei
das erste Winkelereignis einen definierten Zeitabstand zu dem zweiten
Winkelereignis aufweist sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei
direkt einspritzenden Otto- und Dieselmotoren ist einerseits die
Genauigkeit der Haupteinspritzung wichtig, um die mechanischen Belastungen des
Motors sowie Geräusch
und Abgas in definierten Grenzen zu halten. Andererseits soll auch
der zeitliche Abstand zwischen zwei nahe aneinander gelegenen Einspritzungen
(Vor- und Haupteinspritzung) möglichst
gut eingehalten werden, um reproduzierbare hydraulische Verhältnisse,
insbesondere die Druckwelle in der Injektorzuleitung, zu erhalten,
die einen stabilen Motorbetriebspunkt gewährleisten.
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Die
Voreinspritzung soll auf einen intern zu berechnenden Winkel gelegt
werden, sodass der Abstand zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung
einer gewünschten
Zeit entspricht. Dazu kann ein in der Zukunft befindliches Zeitsegment
bezüglich des
Kurbelwellensignals in ein Winkelsegment umgerechnet werden. Dies
erfolgt bisher durch eines der folgenden Verfahren
- – Umrechnung
mit der mittleren Drehzahl (gemittelt über einen OT Abstand)
- – Umrechnung
mit einer geeigneten Segmentdrehzahl (gemittelt über einen halben OT Abstand)
- – Umrechnung
mit der mittleren Drehzahl aus einem Winkelbereich fester Breite,
der sich ungefähr
in der Mitte des Zeitsegments befindet (ITAC)
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Probleme des
Standes der Technik
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Mit
den Verfahren nach Stand der Technik werden große Fehler gemacht, welche mit
größer werdendem
Zeitsegment stärker
werden, da ein nicht mittiges Segment oder ein Teilsegment zur Umrechnung
herangezogen wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen genaueren Differenzwinkel
zwischen zwei Winkelereignissen, zwischen denen eine Zeitdifferenz
bekannt ist, insbesondere einen (Kurbelwellen-) Winkel zum Absetzen
einer Voreinspritzung in einem definierten Zeitabstand zu einer
Haupteinspritzung anzugeben.
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Vorteile der
Erfindung
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Dieses
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Differenzwinkels, insbesondere
einer Brennkraftmaschine, zwischen einem ersten Winkelereignis und
einem zweiten Winkelereignis, wobei das erste Winkelereignis einen
definierten Zeitabstand zu dem zweiten Winkelereignis aufweist,
wobei beginnend mit dem Kurbelwellenwinkel des zweiten Winkelereignisses
die Zahnzeiten der vorhergehenden Zähne ermittelt und sukzessive
zu dem Zeitabstand zwischen erstem und zweiten Winkelereignis aufaddiert
werden und dabei die Zahnwinkel der zu den jeweiligen Zahnzeiten
gehörenden Zähne zu dem
Differenzwinkel aufaddiert werden, wobei die Zahnzeiten aus den
Zahnzeiten eines vorhergehenden Arbeitstaktes multipliziert mit
einem Korrekturfaktor ermittelt werden. Unter Winkelereignis wird
jedwede Aktion verstanden, die zu einer bestimmten Winkelstellung,
insbesondere einem Kurbelwellen- oder Nockenwellenwinkel erfolgt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das erste Winkelereignis eine Voreinspritzung
und das zweite Winkelereignis eine Haupteinspritzung einer Brennkraftmaschine
ist.
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Die
vorgeschlagene Lösung
besteht im Kern darin, das komplette Zeitsegment auszuwerten, was dann
naturgemäß auch mittig
getan wird. Ausgangspunkt ist die Annahme, dass der Drehzahlverlauf
im letzten Arbeitsspiel einen ähnlichen
Verlauf hatte, auch wenn sich die mittlere Drehzahl inzwischen etwas
geändert
hat. Da die Frequenz des Drehzahlverlaufs direkt mit der mittleren
Drehzahl zusammenhängt,
wird die Dauer des Zeitsegments mit einem entsprechenden Korrekturfaktor
beaufschlagt, welcher sich als Quotient aus der Dauer des gleichen
einen Zahns vor einem Arbeitsspiel und seiner Dauer im aktuellen
Arbeitsspiel berechnet.
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In
einem Speicher, der mindestens die Dauern der Kurbelwellenzähne des
letzten Arbeitsspiels enthält,
startet man beginnend vom aktuellen Winkel der Haupteinspritzung,
der im letzten Arbeitsspiel betrachtet wird. Man geht Zahn für Zahn solange
weiter, bis die Dauer des gewünschten
Zeitsegments abgearbeitet ist und endet an einem Zielwinkel. Der
zeitliche Abstand zwischen Start- und Zielwinkel in der Zukunft
sollen dem gewünschten
Zeitabstand entsprechen.
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Das
beschriebene Verfahren ist auch bei nicht-konstanter Drehzahl einsetzbar,
auch wenn der kurzfristige Drehzahlverlauf abhängig von der mittleren Drehzahl
gegenüber
der mittleren Drehzahl eine Amplituden- und/oder Phasenmodulation
erhält.
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Korrekturfaktor aus
der aktuellen Zahnzeit eines ausgewählten Zahnes dividiert durch
die Zahnzeit des ausgewählten
Zahnes im vorangegangenen Arbeitstakt berechnet wird. Der Korrekturfaktor
kann auch als Mittelwert aus der aktuellen Zahnzeit mehrerer ausgewählter Zähne dividiert
durch die Zahnzeit des jeweils ausgewählten Zahnes im vorangegangenen
Arbeitstakt berechnet werden. Es wird also ein vor der Voreinspritzung
liegender Zahn ausgewählt
und die (mittlere) Drehzahländerung
mit diesem durch Vergleich der Zahnzeit aus dem vorangegangenen
Arbeitsspiel bestimmt. Das vorangegangene Arbeitsspiel ist hier
so zu verstehen, dass auch mehrere Arbeitsspiele inzwischen vergangen
sein können.
Ebenso kann das vorangegangene Arbeitsspiel das eines anderen Zylinders
sein, beispielsweise das Zylinders, der zuvor den Arbeitstakt hatte.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Zahnzeit des letzter Zahnes vor der Haupteinspritzung
und des ersten Zahnes nach der Voreinspritzung interpoliert wird,
wodurch bei geringen Betriebspunktänderungen keine Sprünge im Ergebnis
auftreten können.
In der Regel werden diese beiden Zähne nur teilweise überstrichen,
sodass der Winkel interpoliert werden muss. Dies kann nach bekannten Verfahren
erfolgen, z.B. durch Extrapolation des vorausgegangenen Zahnes oder
Interpolation des vorausgegangenen und des nachfolgenden Zahnes.
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der ausgewählte Zahn
anhand der Drehzahländerung
zwischen aktuellem Arbeitstakt und des vorhergehenden Arbeitstaktes
geschätzt
wird. Hier kann ein fester Zahn beispielsweise in einem fest gewählten Kurbelwellenwinkel
vor der Haupteinspritzung gewählt
werden, alternativ kann der Zahn mit Hilfe des definierten Zeitabstandes
zwischen Haupt- und Voreinspritzung geschätzt werden. Zur Schätzung kann beispielsweise
eine etwas größerer Zeitraum
als der definierte Zeitabstand zwischen Haupt- und Voreinspritzung
mit der mittleren Drehzahl in einen Kurbelwellenwinkel umgerechnet
werden und so ein Zahn ausgewählt
werden. Der Zahn kann nahezu beliebig gewählt werden, da er nur der Bestimmung
der gemittelten Drehzahländerung
zwischen beiden betrachteten Arbeitstakten liegt. Dennoch ist es
vorteilhaft, wenn der Zahn kurz vor der Voreinspritzung liegt, da
dann die gemittelten Drehzahlen die Verhältnisse während der Vor- und Haupteinspritzung
besser annähern.
Die Schätzung
geht davon aus, dass proportional zur Drehzahländerung eine größere oder
kleinere Anzahl an Zähnen
zwischen Haupteinspritzung, deren Winkellage a priori bekannt ist,
und der Voreinspritzung, deren Winkellage noch nicht bekannt ist,
liegt.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Steuergerät mit Mitteln
zur Bestimmung eines Differenzwinkels einer Brennkraftmaschine zwischen
einem ersten Winkelereignis und einem zweiten Winkelereignis, wobei
das erste Winkelereignis einen definierten Zeitabstand zu dem zweiten
Winkelereignis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel
beginnend mit dem Kurbelwellenwinkel des zweiten Winkelereignisses
die Zahnzeiten der vorhergehenden Zähne ermitteln und sukzessive zu
dem Zeitabstand zwischen erstem und zweiten Winkelereignis aufaddieren
können
und dabei die Zahnwinkel der zu den jeweiligen Zahnzeiten gehörenden Zähne zu dem
Differenzwinkel aufaddiert werden, wobei die Zahnzeiten aus den
Zahnzeiten eines vorhergehenden Arbeitstaktes multipliziert mit
einem Korrekturfaktor ermittelt werden. Das Steuergerät umfasst
dabei vorzugsweise Speichermittel zur Speicherung der Zahnzeiten
mindestens eines Arbeitsspieles.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Skizze einer Geberscheibe und eines Gebers;
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2a, 2b Skizzen
des Signalverlaufs des Gebers über
Teilbereiche zweier Arbeitsspiele;
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3 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Skizze mit einer Geberscheibe 1, die beispielsweise
unmittelbar an einer nicht dargestellten Kurbelwelle oder einer
Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist oder mittelbar
mittels Getriebeelementen bezüglich
der Rotation mit der Kurbelwelle Nockenwelle verbunden ist. Die
Geberscheibe 1 rotiert um eine Achse 2. Am Außenumfang
der Geberscheibe 1 sind Geberradmarken 3 angeordnet.
Die Geberradmarken 3 bestehen beispielsweise aus Zähnen 4,
die jeweils äquidistant über den
Außenumfang
der Geberscheibe 1 angeordnet sind. Zwischen den Zähnen 4 sind
jeweils Zahnlücken 7 angeordnet.
Eine weitere Geberradlücke 5,
beispielsweise wie hier dargestellt in Form einer doppelt so breiten
Zahnlücke 7 eines
breiteren oder doppelt so breiten Zahnes 4 oder dergleichen, markiert
eine ausgewiesene Nullstellung der Kurbelwelle. An der Geberradscheibe 1 ist
ein Geber 6 angeordnet, der ein elektrisches Signal liefert,
dass in Form z.B. eines Rechtecksignals die Zähne 4 und Zahnlücken 7 bzw.
die Geberradlücke 5 repräsentiert.
Durch Rotation der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle und damit der
Geberscheibe 1 werden jeweils die Zähne 4 sowie die Geberradlücke 5 an
dem Geber 6 vorbeigeführt.
Dadurch wird beispielsweise ein elektrisches Signal in dem Geber 6 ausgelöst. Der
Geber 6 kann ein induktiver Sensor, ein Hall-Sensor, ein
kapazitiver Sensor oder dergleichen sein. Alternativ kann dieser
auch optisch arbeiten, z.B. wenn dieser durch die Zähne 4 bzw,
die Markierung 5 hervorgerufene optische Veränderungen
messen kann.
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2a und 2b zeigen
jeweils eine Skizze eines Signalverlaufs S des Gebers 6.
Es handelt sich um ein Rechtecksignal, bei dem jeweils einer der Werte
einem Zahn 4 und der andere der Werte einer Zahnlücke 7 zugeordnet
ist. In 2a ist ein Signalverlauf S' dargestellt, in
dem das Absetzen der Haupteinspritzung HE' und das Absetzen der Voreinspritzung
VE' jeweils einem
Zahn Zx' zugeordnet
ist x steht hier für
eine ganze Zahl, beispielsweise Z1, Z2 usf.. Die Zähne sind
beispielhaft mit Z1' bis
Z5' durchnummeriert,
die zugehörigen
Zahnzeiten sind jeweils mit t1' bis
t5' bezeichnet.
Gestrichene Größen bezeichnen
einen Signalverlauf eines vergangenen Arbeitsspieles, nicht gestrichene
Größen den
Signalverlauf eines aktuellen Arbeitsspieles.
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Zwischen
Voreinspritzung VE und Haupteinspritzung HE liegt ein konstanter
vorgegebener Zeitabstand Δt_VH.
Dieser beträgt
beispielsweise (unabhängig
von der Drehzahl n) 1-4 ms. Der Zeitabstand Δt_VH wird nun in einen Differenzwinkel Δϕ_VH
umgerechnet. Aus dem Differenzwinkel Δϕ_VH folgt der Winkelabstand
in °KW (grad
Kurbelwelle) zwischen Voreinspritzung VE und Haupteinspritzung HE.
Zur Verdeutlichung ist im Beispiel der 1 angenommen,
dass die Voreinspritzung zwischen dem willkürlich durchnummerierten zweiten
und dritten Zahn, mithin zwischen Z2' und Z3' stattgefunden hat. Der in 2a dargestellte
Signalverlauf gehört
zu einem Arbeitsspiel, dass in der Vergangen heit durchlaufen wurde.
Die zugehörigen
Zahnzeiten sind in einem Speicher eines nicht dargestellten Steuergerätes abgelegt.
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In 2b ist
der (zukünftige)
Signalverlauf für
die aktuell abzusetzende Voreinspritzung VE und Haupteinspritzung
HE dargestellt. Dabei wird angenommen, dass zum jetzigen Zeitpunkt
der Zahn Z0 vorliege, die Zähne
Z1 bis Z5 und die zugehörigen Zahnzeiten
t1 bis t5 liegen also in der Zukunft. Bekannt ist der Kurbelwellenwinkel °KW und damit
der zugehörige
Zahn zum Absetzen der Haupteinspritzung HE, dies sei im vorliegenden
Beispiel wiederum der Zahn Z5. Nicht bekannt ist der Differenzwinkel Δϕ_VH,
zu dem die Voreinspritzung VE abzusetzen ist. Dieser ist deshalb
nicht bekannt, weil der zugehörige
Drehzahlverlauf zwischen Voreinspritzung VE und Haupteinspritzung
HE nicht bekannt ist, da er in der Zukunft liegt. Bekannt ist allerdings
die Zeitdifferenz zwischen Voreinspritzung VE und Haupteinspritzung
HE. Diese soll identisch zur der im Diagramm der 2a dargestellten
Zeitdifferenz Δt_VH
sein. Der Kurbelwellenwinkel ϕ_V zum Absetzen der Voreinspritzung
VE wird nun sukzessiv aus dem Kurvenwellenwinkel ϕ_H zum
Absetzen der Haupteinspritzung HE zurückgerechnet. Dies geschieht
dergestalt, dass ausgehend von der Zeit t_H zum Absetzen der Haupteinspritzung
HE, dies ist beispielsweise die Zeit des Zahnes Z5, die jeweiligen
Zahnzeiten, somit der Zähne
4,3 usw. zurückgegangen
und aufaddiert werden, bis der Zeitabstand Δt_VH zwischen Voreinspritzung
VE und Haupteinspritzung HE erreicht ist. Dazu werden die jeweiligen
Zahnzeiten tx aus den Zahnzeiten tx' des vorangegangenen Arbeitsspieles unter
Berücksichtigung
einer (konstanten) Drehzahländerung Δn = n/n' berechnet. Die Drehzahländerung Δn wird aus
den Zahnzeiten eines gerade vorliegenden Zahnes, im vorliegenden
Beispiel des Zahnes 0, berechnet und ergibt einen konstanten Faktor n'/n = k = t0/t0'. Statt die einzelnen
Zahnzeiten mit dem Faktor k umzurechnen, was für jede Zahnzeit eine Multiplikation
erfordert, können
auch die nicht umgerechneten Zahnzeiten aufaddiert werden bis die
Summe den umgerechneten Zeitabstand Δt_VH/k ergibt. Gedanklich wird
in der Berechnung also der konstante Faktor k aus der Summe herausgezogen.
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Dabei
wird davon ausgegangen, dass der Quotient aus der Zahnzeit des aktuellen
Arbeitsspieles eines Zahnes und der zugehörigen Zahnzeit aus dem vorangegangenen
Arbeitsspiel konstant ist, tn/tn' = t0/t0' = k
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Die
aktuellen Zahnzeiten tx lassen sich also jeweils aus den vorangegangenen
Zahnzeiten tx' des vorangehenden
Arbeitsspieles bestimmen. Die Zahnzeiten tx werden ausgehend vom
Zahn Z_H, dem die Haupteinspritzung HE zugeordnet ist, sukzessiv
zurückgehend
aufaddiert, wobei die zugehörigen
Zahnwinkel ϕ_Zx ebenfalls mit aufaddiert werden. Wenn die
Summe der aufaddierten Zahnzeiten den definierten Zeitabstand zwischen
Voreinspritzung und Haupteinspritzung ergeben, so ergibt der aufaddierte
Winkel den Differenzwinkel zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung.
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Die
Zahnwinkel eines Zahnes sind in der Regel konstant 6° und ergeben
sich aus der Teilung des Geberrades. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist
also Verfahren zur Bestimmung eines Differenzwinkels (Δϕ_VH)
einer Brennkraftmaschine zwischen einer Voreinspritzung (VE) und
einer Haupteinspritzung (HE), wobei die Voreinspritzung (VE) einen
definierten Zeitabstand (Δt_VH)
zu der Haupteinspritzung (HE) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
beginnend mit dem Kurbelwellenwinkel (ϕ_H) der Haupteinspritzung
die Zahnzeiten (t_H, t_(H-1), (t_(H-2) ...) der vorhergehenden Zähne ermittelt
und sukzessive zu dem Zeitabstand (Δt_VH) zwischen Voreinspritzung
(VE) und Haupteinspritzung (HE) aufaddiert werden und dabei die
Zahnwinkel (ϕ_Z) der zu den jeweiligen Zahnzeiten (t_Z)
gehörenden Zähne (Zn)
zu dem Differenzwinkel (Δϕ_VH)
aufaddiert werden, wobei die Zahnzeiten (tz) aus den Zahnzeiten
(tz') eines vorhergehenden
Arbeitstaktes multipliziert mit einem Korrekturfaktor (k) ermittelt werden.
Grundsätzlich
eignet sich das Verfahren zur Bestimmung eines ersten Winkelereignisses,
das zeitlich definiert vor einem zweiten Winkelereignis liegt, wobei
der Winkel des zweiten Ereignisses bekannt ist.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. In Schritt 101 wird
zunächst
die Zahnzeit t0' des vorausgegangenen
Arbeitsspieles aus dem Speicher des Steuergerätes ausgelesen. In Schritt 102 wird der
entsprechende Wert im aktuellen Arbeitsspiel gemessen oder aus einem
Speicher ausgelesen. Aus beiden Werten wird in Schritt 103 der
Korrekturfaktor k bestimmt . Sodann wird eine Schleife umfassend die
Schritte 104a, 104b sowie 105 durchlaufen. Dabei
wird in Schritt 104a die Zahnzeiten wie zuvor beschrieben
aufaddiert, bis diese wie in Schritt 105 überprüft wird
definierten Zeitabstand Δt_VH
erreichen. Die Schleife wird solange durchlaufen, bis die Prüfung in
Schritt 105 das Ergebnis N ergibt. Parallel wird der Differenzwinkel Δϕ_VH
in Schritt 104b aufaddiert. Ergibt die Prüfung in
Schritt 105 den Wert J, so wird in Schritt 106 der
Differenzwinkel Δϕ_VH
als Summe der in Schritt 104b addierten Winkel zur weiteren
Verarbeitung an das Steuergerät übergeben.