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Die
Erfindung betrifft eine Steuerung eines Verbrennungsmotors nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren dazu nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Aus
dem Skriptum „Eingebettete
Systeme 1" zur Vorlesung
im Wintersemester 2001/2002 von Martin Fränzle des Fachbereichs Informatik
der Carl von Ossietzky Universität
Oldenburg, S. 24, 3.1 ist eine digitale
Zündelektronik
bekannt, die das Signal einer Nockenwellenmarkierung zur Drehwinkelberechnung
erfasst und den berechneten Drehwinkel einem Klopfsignal zuordnet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Kenntnisse über den
laufenden Verbrennungsprozess in einem Verbrennungsmotor zu verbessern und
Signale für
eine Regelung besser und schneller zu erzeugen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Steuerung eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Dabei
ist erfindungsgemäß ein Speicher
vorgesehen, in dem das aktuelle winkelabhängige Signal für eine vorgegebene
Zeit ablegbar ist, wobei die im Speicher hinterlegten winkelabhängigen Signale festlegbaren
Messfenstern zuordenbar sind.
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Als
Messfenster wird dabei ein Zeitintervall bezeichnet, innerhalb dessen
Messdaten erfasst werden. Ein Messfenster kann beispielsweise durch einen
Startzeitpunkt des Messfensters und eine Messdauer festgelegt werden.
Im vorliegenden Fall werden die Messfenster typischerweise als Kurbelwellenwinkelbereich
festgelegt.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung werden
winkelabhängige
Signale gespeichert. Diese gespeicherten winkelabhängigen Signale
können nun
Messfenstern zugeordnet werden. Sind die Messfenster als Kurbelwellenwinkelbereich
festgelegt, so wird ein winkelabhängiges Signal dann einem Messfenster
zugeordnet, wenn die Winkelinformation des Signals in den Kurbelwellenwinkelbereich
des Messfensters fällt.
Damit ist es möglich,
die Messwerte eines Messfensters gesondert auszuwerten. Einzelne
Phasen des Verbrennungsprozesses können so gezielt und unabhängig voneinander
ausgewertet werden. Fehler in Teilprozessen des Verbrennungsprozesses
können
entsprechend separat korrigiert werden, ohne den gesamten Ablauf
des Verbrennungsprozesses zu verändern.
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Ist
das Messfenster kleiner als ein Arbeitsspiel, so kann die Auswertung
bereits abgeschlossen sein, bevor der Bereich des Messfensters erneut durchlaufen
wird. Diese schnelle Auswertung von Informationen über den
Verbrennungsprozess eröffnet die
Möglichkeit,
die bisherige, aufwändige
kennfeldgeführte
Steuerung der Verbrennung durch eine Regelung auf Basis von Brennrauminformationen
zu ersetzen. Dies führt
zu einer verbesserten Beeinflussung des Verbrennungsprozesses. Eine
Regelung oder Steuerung erfolgt schneller und genauer.
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In
einer Ausführungsform
ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, in der die winkelabhängigen Signale
abhängig
von einem festlegbaren Messfenster auswertbar sind. In der Auswerteeinrichtung
können
die dem Messfenster zugeordneten Signale umgerechnet, einem Kennfeld
zugeordnet oder sonst wie ausgewertet werden. Dazu können Mittelwerte, Summen
oder Integrale gebildet werden. Auf diese Weise lassen sich aus
den Signalen spezifische Merkmale berechnen, die einer Ansteuerung
eines Aktors zur Verfügung
gestellt werden können.
Dabei können
die Signale von mehreren Sensoren miteinander verknüpft werden.
Beispielsweise können gleichartige
Signale unterschiedlicher Zylinder miteinander verglichen oder unterschiedliche
Signale eines Zylinders miteinander verknüpft werden.
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In
einer Ausführungsform
ist eine Ansteuerung vorgesehen ist, die einen Aktor nach Maßgabe der
winkelabhängigen
Signale eines festlegbaren Messfenster ansteuert. Damit ist eine
winkelabhängige
und genaue Ansteuerung von Aktoren möglich. Als Aktoren kommen beispielsweise
eine Drosselklappe, Injektoren, oder Komponenten von Zündsystem
und Luftzufuhr in frage.
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Es
können
mehrere Ansteuerungen und/oder mehrere Aktoren vorgesehen sein.
Dabei können
verschiedene Ansteuerungen gemeinsam auf einen Aktor wirken und
diesen Aktor zu unterschiedlichen Zeiten ansteuern. Ebenso kann
sich die Wirkung der Ansteuerungen auf den Aktor zeitweise überlagern.
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Ebenso
kann eine Ansteuerung kann auf mehrere Aktoren wirken. Dies kann
beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine Phase des Verbrennungsverlaufs
durch mehrere Aktoren verändert
werden kann oder wenn unterschiedliche Zylinder gleichermaßen beeinflusst
werden sollen.
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In
einer Ausführungsform
sind mehrere Messfenster einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet.
Dies bietet die Möglichkeit
den Messbereich des einzelnen Messfensters so auszulegen, dass die
Auswertung des Messfensters einer oder nur wenigen Einflussgrößen zugeordnet
werden kann. Damit ist eine gezielte Einflussnahme auf den Verbrennungsprozess
im Bereich des Messfensters für
diesen Zylinder ermöglicht.
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In
einer Ausführungsform
sind der Startpunkt und/oder der Endpunkt eines Messfensters bezogen auf
die Winkelinformationen des Verbrennungsmotors veränderbar.
Damit kann die Position und die Länge des Messfensters optimiert
werden. Insbesondere können
die Messfenster drehzahlabhängig
verändert
werden. Damit können
drehzahlabhängige Veränderungen
berücksichtigt
werden.
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In
einer Ausführungsform
können
Messfenster einander überlappen.
Damit kann ein Messwert für
mehrere Messfenster und/oder mehrere unterschiedliche Auswertungen
genutzt werden.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen
eine Ausführungsform
der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 den
Verlauf des Verbrennungsdrucks eines Verbrennungsmotors mit beispielhaft
zugeordneten Messfenstern.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Steuerung 1 eines Verbrennungsmotors. Die dargestellte
Ausführungsform
der Steuerung 1 weist einen Winkelsensor 4a und
einen Zustandssensor 5a auf, sowie ein Motorsteuergerät 2 und
einen Aktor 15a.
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Das
Motorsteuergerät 2 weist
einen Mikrorechner 3 und eine Ansteuerung 14 auf.
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Der
Winkelsensor 4a ist typischerweise als ein Kurbelwellensensor 4a oder
vergleichbares ausgeführt.
Der Winkelsensor 4a gibt seine Sensorsignale an das Motorsteuergerät 2.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein weiterer
Winkelsensor 4b vorgesehen. Typischerweise ist dieser als
ein Nockenwellensensor 4b ausgeführt.
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In 1 weist
das Motorsteuergerät 2 eine Signalaufbereitung 6 auf,
an welche die Winkelsensoren 4a, 4b ihre Sensorsignale
geben. In der Signalaufbereitung 6 findet eine Aufbereitung
der Sensorsignale statt. Beispielsweise werden die Signale geglättet oder
verstärkt.
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Das
Motorsteuergerät 2 gibt
die Sensorsignale der Winkelsensoren 4a, 4b an
den Mikrorechner 3 weiter. Im Mikrorechner 3 wird
aus den Sensorsignalen des Winkelsensors 4a und ggf. des
Winkelsensors 4b ein Winkel eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors
ermittelt.
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Dazu
werden in 1 die in der Signalaufbereitung 6 des
Motorsteuergerätes 2 aufbereiteten
Signale an eine Signalerfassung 7 des Mikrorechners 3 weitergegeben.
In der Signalerfassung 7 können die Sensorsignale mit
einer Zeit-Information
oder einem Eingangscode verknüpft
werden. Damit lassen sich später
zeitgleiche Signale unterschiedlicher Sensoren einander zuordnen.
In der Signalerfassung 7 werden die Signale der Signalaufbereitung 6 erfasst
und an eine Winkelermittlung 8 weitergegeben.
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Die
Winkelermittlung 8 ist im Mikrorechner 3 angeordnet.
In der Winkelermittlung 8 wird aus den Signalen des Winkelsensors 4a bzw.
aus den Signalen der Winkelsensoren 4a und 4b ein
Winkel eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors ermittelt.
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Wie
bereits erwähnt,
weist die Steuerung 1 einen Zustandssensor 5a auf.
Dieser Zustandssensor 5a kann beispielsweise als Klopfsensor,
Ionenstromsensor oder als Brennraumdrucksensor ausgeführt sein.
Ebenso können
andersartige Sensoren eingesetzt werden, die geeignet sind, direkte
oder indirekte Informationen über
den Verbrennungsprozess oder Randbedingungen des Verbrennungsprozesses
zu erfassen. Die Signale des Zustandssensors 5a werden
an das Motorsteuergerät 2 weitergegeben.
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In 1 ist,
repräsentativ
für andere,
ein weiterer Zustandssensor 5b vorgesehen. Dabei kann es
sich um einen dem Zustandssensor 5a gleichartigen Sensor
handeln, der einen anderen Zylinder des Verbrennungsmotors sensiert.
Ebenso kann es sich um einen andersartigen Sensor handeln, der den gleichen
Zylinder sensiert. Hier sind beliebige Kombinationen von Sensorarten
und Erfassungsorten denkbar. Auch die Anzahl der erfassbaren Sensoren wird
nur durch die Kapazitäten
des Mikrorechners 3 und des Speichers 12 begrenzt.
Die Signale des Zustandssensors 5b werden an das Motorsteuergerät 2 weitergegeben.
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In 1 geben
die Zustandssensoren 5a, 5b die Signale an eine
Signalaufbereitung 9 des Motorsteuergerätes 2. In der Signalaufbereitung 9 findet eine
Aufbereitung der Signale statt. Beispielsweise werden die Signale
geglättet,
angehoben und/oder verstärkt.
Insbesondere können
die Signale in der Signalaufbereitung 9 mit einer Zeit-Information
oder einem Eingangscode verknüpft
werden. Damit lassen sich später
zeitgleiche Signale unterschiedlicher Sensoren einander zuordnen.
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Das
Motorsteuergerät 2 gibt
die Signale an den Mikrorechner 3 weiter. Im Mikrorechner 3 werden die
Signale mit den Informationen über
den Winkel zu winkelabhängigen
Signalen verknüpft
und gespeichert.
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In
der in 1 dargestellten Ausgestaltung werden die in der
Signalaufbereitung 9 aufbereiteten Signale an eine Signalwandlung 10 des
Mikrorechners 3 weitergegeben.
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In
der Signalwandlung 10 werden die Signale der Signalaufbereitung 9 erfasst
transformiert. Bevorzugt handelt es sich bei der Signalwandlung 10 um einen
Analog/Digital-Wandler. Anschließend werden die von der Signalwandlung 10 transformierten
Signale an eine Filterung 11 weitergegeben.
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Die
Filterung 11 ist im Mikrorechner 3 angeordnet.
In der Filterung 11 werden die aufbereiteten Signale der
Zustandssensoren 5a und 5b analog oder digital
gefiltert.
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In
der dargestellten Ausführungsform
wird der Filterung 11 eine Information über den von der Winkelermittlung 8 ermittelten
Winkel des Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors zugeführt. Dabei wird
jedem der aufbereiteten und analog oder digital gefilterten Signale
der Zustandssensoren 5a und 5b ein in der Winkelermittlung 8 ermittelter
Winkel des Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors zugeordnet. Das
Ergebnis dieser Verarbeitung sind winkelabhängige Signale.
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Die
winkelabhängigen
Signale werden in einem Speicher 12 des Mikrorechners 3 gespeichert. Der
Speicher 12 kann als Ringspeicher ausgebildet sein. Ein
Ringspeicher ist ein Speicher, in dem die zuerst eingelesenen Daten
auch zuerst am Ausgang erscheinen, nachdem sie den Speicher zyklisch
durchlaufen haben. Dazu werden die Daten bei jedem neuen Dateneingang
innerhalb des Ringspeichers weitergeschoben. Der Speicher kann so
ausgelegt werden, dass er die Daten von mehr als nur einen Arbeitsspiel
speichern kann. Beispielsweise kann er in der Lage sein, die Daten
von zwei Arbeitsspielen zu speichern. Damit ist es möglich, Messfenster
festzulegen und auszuwerten die von einem Arbeitspiel in das nächste Arbeitsspiel
hineinreichen. In dem in 2 dargestellten Beispiel für eine Anordnung
von Messfenstern beginnt das Messfenster M8(Sn-1) in dem nicht dargestellten
vorangehenden Arbeitspiel (Sn-1) und ragt in das dargestellte Arbeitspiel
(Sn). Das Messfenster M8(Sn) beginnt in dem dargestellten Arbeitspiel
(Sn) und ragt in ein nicht dargestelltes nachfolgendes Arbeitspiel
(Sn+1) hinein.
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Im
Speicher 12 werden die winkelabhängigen Signale abgelegt und
verwaltet. Dabei kann gesteuert werden, wie und wohin die Daten
abgelegt und ausgegeben werden. Die im Speicher 12 abgelegten
winkelabhängigen
Signale können
ausgelesen werden. Die aus dem Speicher 12 ausgelesenen winkelabhängigen Signale
können
ausgewertet und/oder weiterverarbeitet werden. Bevorzugt erfolgt die
Ausgabe der Signale abhängig
von ihrer Zuordnung zu festgelegten oder festlegbaren Messfenstern.
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In 1 erfolgt
die Ausgabe der abgelegten winkelabhängigen Signale an eine Auswerteeinrichtung 13 des
Mikrorechners 3. Die Auswerteeinrichtung 13 ordnet
die winkelabhängigen
Signale einzelnen Messfenstern zu. Dabei kann ein Signal auch mehreren
Messfenstern zugeordnet werden. Ebenso kann jedem Messfenster eine
eigene Messgenauigkeit zugeordnet werden. Die Messgenauigkeit legt fest,
wie viele der erfassten Messpunkte zur Auswertung herangezogen werden
sollen. Beispielsweise kann nur jeder fünfte Messpunkt oder nur jeder
zwanzigste Messpunkt in einem Messfenster für die Auswertung berücksichtigt
werden. Damit kann die Geschwindigkeit der Auswertung zu Lasten
der Genauigkeit erhöht
werden.
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Als
Variante kann die einem Messfenster zugeordnete Datenmenge dadurch
verringert werden, dass z.B. jeweils 5 oder zwanzig Werte des Messfensters
durch eine Mittelwertbildung zu einem Wert zusammengefasst werden.
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Die
einem Messfenster zugeordneten Signale können nun in der Auswerteeinrichtung 13 ausgewertet
und Berechnungen unterzogen werden.
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Das
Ergebnis dieser Auswertung der Signale wird durch die Auswerteeinrichtung 13 des
Mikrorechners 3 an das Motorsteuergerät 2 ausgegeben.
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Dazu
ist im Motorsteuergerät 2 eine
Ansteuerung 14 vorgesehen. Die Ansteuerung 14 erfasst
die Ergebnisse der Auswertung 13. In der Ansteuerung 14 werden
diese Ergebnisse in Steuerbefehle für einen Aktor 15a umgewandelt.
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Ein
solcher Aktor 15a kann beispielsweise als Einspritzdüse, Ventilsteuerung,
Zündung
oder dergleichen ausgeführt
sein.
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In 1 ist,
repräsentativ
für andere,
ein weiterer Aktor 15b vorgesehen. Dabei kann es sich um
einen dem Aktor 15a gleichartigen Aktor oder um einen andersartigen
Aktor handeln. Auch die Anzahl der Aktoren ist beliebig.
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Die
Ansteuerung 14 des Motorsteuergeräts 2 steuert die Aktoren 15a, 15b nach
Maßgabe
dieser Informationen.
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2 zeigt
einen Druckverlauf in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors mit
beispielhaft zugeordneten Messfenstern. Dabei ist der Druckverlauf über ein
Arbeitsspiel von 720° Kurbelwellenwinkel [KW]
dargestellt. In der gewählten
Skalierung liegt der obere Totpunkt am Zündzeitpunkt bei 0° KW und der
obere Totpunkt des Ladungswechsels bei –360° KW. Entsprechend läuft die
Skalierung der X-Achse von –540° KW bis +180° KW. Die
Y-Achse, die den Druck im Zylinder darstellt, ist nicht skaliert.
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Unterhalb
der X-Achse sind beispielhaft einige Messfenster dargestellt. So
kann ein Messfenster sehr kurz sein, wie M1, M5 oder M6 oder das
gesamte Arbeitsspiel abdecken, wie M2. Des Weiteren können sich
Messfenster überlappen,
wie M1, M2 und M3 oder M3 und M4.
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Es
ist ebenfalls möglich,
dass ein Messfester, so wie bei dem Messfenster M8, über ein
Arbeitsspiel hinaus und in das nächste
Arbeitsspiel hinein reicht. In 2 ist das
Messfenster M8(Sn-1) noch dem nicht dargestellten vorhergehenden
Arbeitsspiel zugeordnet und das Messfenster M8(Sn) ist dem dargestellten
Arbeitsspiel zugeordnet.
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Die
zeitliche Auflösung
der Messwerte kann für
jedes Messfenster frei gewählt
werden. Beispielsweise kann für
ein Messfenster jeder erfasste Messwert oder nur jeder fünfte oder
jeder zwanzigste Messwert ausgelesen werden. Damit lässt sich
die zur Auswertung des Messfensters benötigte Zeit beeinflussen. Allerdings
sinkt mit der zeitlichen Auflösung
der Messwerte auch die Genauigkeit des Auswerteergebnisses. Damit
ist es möglich
für jedes Messfenster
einzeln festzulegen, wie schnell und wie genau die Auswertung erfolgen
soll. Insbesondere können
auch einander überlappende
Messfenster eine unterschiedliche zeitliche Auflösung aufweisen.