DE102006026380A1

DE102006026380A1 - Verfahren und Steuergerät zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006026380A1
Application number: DE200610026380
Authority: DE
Inventors: Peter Skala; Joachim Palmer; Horst Wagner; Andreas Rupp; Ruediger Fehrmann; Matthias Schueler; Armin Woite
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-12-13
Also published as: FR2902141A1; ITMI20071116A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl (n) einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Um das Verfahren besonders robust und zuverlässig zu gestalten, wird vorgeschlagen, dass - die Drehzahl (n) über die Zeit (t) oder über den Kurbelwellenwinkel (phi) aufgenommen wird, - aus dem aufgenommenen Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)) die aktuelle mittlere Drehzahl (nMit) ermittelt wird, - der aufgenommene Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)) in den Frequenzbereich transformiert wird, - die aktuelle Zündfrequenzkomponente (Deltafz) der Brennkraftmaschine im Frequenzbereich ermittelt wird, - die aktuelle Zündfrequenzkomponente (Deltafz) mit einer im Vorfeld anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine bei einer der mittleren Drehzahl (nMit) entsprechenden Drehzahl ermittelten Zündfrequenzkomponente verglichen wird und - anhand der Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente (Deltafz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (nMit) mittels eines Schätzkennfelds (KF) ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Die geschätzte charakteristische Größe ist bspw. ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Ist-Moment (Mest) oder eine Lage einer Verbrennung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät Mittel zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufweist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogramm zur Abarbeitung auf einem Rechengerät eines Steuergeräts.
Als charakteristische Größe der Brennkraftmaschine kann beispielsweise das von der Brennkraftmaschine abgegebene Ist-Moment oder die Lage einer Verbrennung in einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine anhand der Drehzahl der Kurbelwelle geschätzt werden. Das ermittelte Ist-Moment kann beispielsweise zur Realisierung einer Motorregelung statt der üblichen Motorsteuerung herangezogen werden. Die ermittelte Verbrennungslage kann zur Korrektur des geschätzten Ist-Moments herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das geschätzte Ist-Moment und/oder die geschätzte Verbrennungslage auch zur Realisierung anderer Steuerung- und/oder Regelungsaufgaben oder Überwachungsaufgaben in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Nach dem Stand der Technik arbeitet ein Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach folgendem vereinfachten Prinzip. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs gibt über ein Gaspedal oder einen Gasgriff ein gewünschtes Soll-Moment vor, das die Brennkraftmaschine abgeben soll. Das Steuergerät nimmt den Fahrerwunsch auf und ermittelt die entsprechende Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung des Soll-Moments erforderlich ist. Die Variation der Kraftstoffmenge erfolgt über die Ansteuerzeiten von Injektoren, über welche der Kraftstoff in ein Saugrohr oder direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine gelangt. Das Steuergerät veranlasst eine entsprechende Ansteuerung der Injektoren zu vorgegebenen Zeitpunkten und für vorgegebene Zeitdauern. Es wird davon ausgegangen, dass die Brennkraftmaschine auch tatsächlich das vorgegebene Moment abgibt. Eine Rückkopplung des Ist-Moments ist bei den bekannten Motorsteuergeräten nicht vorgesehen. Es handelt sich somit um eine reine Motorsteuerung. Dies gilt sowohl für Benzin- als auch für Diesel-Brennkraftmaschinen.
Unter bestimmten Rand- oder Betriebsbedingungen und/oder aufgrund äußerer Einflüsse kann es jedoch vorkommen, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Ist-Moment zum Teil erheblich und merklich von dem vorgegebenen Soll-Moment abweicht. So können bspw. extreme Temperaturen im positiven wie im negativen Sinne, Fertigungstoleranzen der Injektoren, Beschädigungen der Injektoren oder anderer Teile der Brennkraftmaschine, Alterungserscheinungen, eine Fremdverbrennung beim Diesel-Motor, ein Luftüberschuss im Brennraum, etc. zu einem von dem Soll-Moment abweichenden Ist-Moment führen. Für diese Fälle wäre es wünschenswert, eine Information über das von der Brennkraftmaschine tatsächlich abgegebene Ist-Moment im Steuergerät zur Verfügung zu haben, entweder zur Korrektur der Steuerung oder zur Realisierung einer Motorregelung.
Der einfachste Fall wäre der Einsatz eines entsprechenden Momenten-Sensors, der jedoch relativ teuer ist, Einbauraum benötigt und das Gewicht der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs erhöht. Insofern wäre es wünschenswert, das Ist-Moment aus vorhandenen Größen zu emulieren bzw. abzuschätzen. Entsprechendes gilt auch für die geschätzte Lage der Verbrennung in dem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine und/oder für andere charakteristische Größen der Brennkraftmaschine.
Ein Verfahren zum Abschätzen des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Ist-Moments ist beispielsweise aus der DE 199 31 985 A1 bekannt, wobei anhand der Drehzahl und der Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle, des Einlassdrucks und anhand verschiedener Motordaten ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Ist-Moment ermittelt wird. Das bekannte Verfahren ist jedoch relativ aufwendig, hat einen hohen Speicherplatz- und Rechenleistungsbedarf und ist deshalb auch relativ teuer. Das Verfahren bietet umfangreiche Funktionen, wie bspw. eine zylinderindividuelle Auswertung des Ist-Moments. Diese Funktionen sind jedoch in der Praxis nicht erforderlich; es ist völlig ausreichend, wenn das von der Brennkraftmaschine abgegebene, über die Zylinder gemittelte Ist-Moment ermittelt werden kann. Die gesamte Berechnung des Ist-Moments erfolgt bei dem bekannten Verfahren im Zeitbereich.
Aus der DE 103 04 112 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Ermittlung des Ist-Moments einer Brennkraftmaschine aus der Kurbelwellendrehzahl und dem an der Brennkraftmaschine anliegenden Einlassdruck bekannt. Die Ermittlung erfolgt dabei zum Teil im Frequenzbereich. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren einige Unzulänglichkeiten, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit höherer Zylinderzahl, aufweist und das ermittelte bzw. geschätzte Ist-Moment zum Teil deutlich von dem tatsächlich abgegebenen Ist-Moment abweicht.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine beliebige charakteristische Größe einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen Zylinderzahl, insbesondere ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Ist-Moment und/oder die Lage einer Verbrennung in dem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine, mit Standardsensoren auf möglichst genaue, zuverlässige und robuste Art und Weise zu ermitteln.
Technische Lösung
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass

– die Drehzahl über die Zeit oder über den Kurbelwellenwinkel aufgenommen wird,
– aus dem aufgenommenen Drehzahlverlauf die aktuelle mittlere Drehzahl ermittelt wird,
– der aufgenommene Drehzahlverlauf in den Frequenzbereich transformiert wird,
– die aktuelle Zündfrequenzkomponente der Brennkraftmaschine im Frequenzbereich ermittelt wird,
– die aktuelle Zündfrequenzkomponente mit einer im Vorfeld anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine bei einer der mittleren Drehzahl entsprechenden Drehzahl ermittelten Zündfrequenzkomponente verglichen wird, und
– anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl mittels eines Schätzkennfelds ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

Vorteilhafte Wirkungen
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Vergleich von Kennlinien oder Kennfeldern mit den in geeigneter Weise vorverarbeiteten komplexen Amplituden der Zündfrequenzkomponente (umfassend einen Realteil und einen Imaginärteil) des Drehzahlsignals der betrachteten Brennkraftmaschine und einer Referenz-Brennkraftmaschine. Durch den Vergleich der Kennlinien bzw. Kennfelder der betrachteten Brennkraftmaschine mit den im Vorfeld aufgenommenen Kennlinien bzw. Kennfeldern einer Referenz-Brennkraftmaschine kann die charakteristische Größe der betrachteten Brennkraftmaschine, zum Beispiel das von der Brennkraftmaschine abgegebene Ist-Moment oder die Lage der Verbrennung in einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine, mit hoher Genauigkeit, sicher und zuverlässig ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine hochgenaue Schätzung der charakteristischen Größe sowohl bei Brennkraftmaschinen mit wenigen Zylinder, bspw. mit vier Zylindern, als auch bei Brennkraftmaschinen mit einer höheren Zylinderanzahl, bspw. mit acht oder zwölf Zylindern. Selbstverständlich funktioniert das Verfahren auch zuverlässig bei Brennkraftmaschinen mit weniger als vier oder mehr als zwölf Zylindern oder mit einer ungeraden Zylinderanzahl.
Die Drehzahl der Kurbelwelle wird vorzugsweise mittels eines Geberrades aufgenommen, das drehfest mit der Kurbelwelle in Verbindung steht und der Drehbewegung der Kurbelwelle folgt. Das Geberrad weist an seiner Umfangsfläche mehrere Zähne, insbesondere 60-2 Zähne auf. Von den über den Umfang in gleichem Abstand verteilt angeordneten 60 Zähnen sind 2 zur Synchronisation der Motorsteuerung ausgelassen. Das Geberrad führt eine der Drehbewegung der Kurbelwelle entsprechende Drehbewegung aus. Durch einen ortsfesten Sensor werden die zeitlichen Abstände zwischen den Zähnen gemessen und aus den Zahnabständen die Drehzahl der Kurbelwelle ermittelt. Des weiteren wird der aktuelle Drehzahlverlauf vorzugsweise mittels einer diskreten Fourier Transformation (DFT) in den Frequenzbereich transformiert. Alternativ könnte die Zündfrequenzkomponente auch mittels eines Bandpasses ermittelt werden, dessen Mittenfrequenz in etwa der Zündfrequenz entspricht, wobei auch dann eine Zerlegung in Real- und Imaginärteil mittels DFT erfolgen müsste.
Die Zündfrequenz im Frequenzbereich wird für die betrachtete Brennkraftmaschine ermittelt. Bei 4-Takt-Motoren gilt, dass die Ordnung der Zündfrequenz der Anzahl der Zylinder des Motors multipliziert mit 0,5 entspricht. Bei 2-Takt-Motoren gilt, dass die Ordnung der Zündfrequenz der Anzahl der Zylinder des Motors entspricht. Bei einer als Vierzylindermotor ausgebildeten Brennkraftmaschine ist die Zündfrequenz doppelt so groß wie die Drehfrequenz der Kurbelwelle, da pro Kurbelwellenumdrehung in zwei Zylindern gezündet wird. Pro Kurbelwellenumdrehung finden also zwei Zündungen statt. Die Zündfrequenzkomponente ist also ein Funktionswert der Transformation des Signals des Drehzahl- oder Winkelsensors der Kurbelwelle in den Frequenzbereich bei der Zündfrequenz. Die auf diese Weise ermittelte Zündfrequenzkomponente umfasst eine Amplitude und eine Phase; es handelt sich also um einen komplexen Zeiger. Die DFT wird bspw. auf Einzelzahndrehzahlen angewendet. Die mittlere Drehzahl für die Kennlinie und die Kennfelder ist eine mittlere Drehzahl über die letzten zwei Kurbelwellenumdrehungen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente einen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine umfassen. Gemäß diesem Vorschlag wird die Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine anhand von im Schubbetrieb aufgenommenen Kennlinien bzw. Kennfeldern ermittelt, wohingegen die aktuelle Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine in einem beliebigen Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Last- oder Teillastbetrieb, ermittelt wurde. Das im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine abgegebene Moment liegt im Bereich von 0. Somit wird bei der Erfindung die Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld für den Schubbetrieb ermittelten Zündfrequenzkomponente als ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine herangezogen. Der Betrag der Differenz erlaubt einen genauen und zuverlässigen Rückschluss auf das von der Brennkraftmaschine abgegebene Ist-Moment. Die Phasenlage der Differenz erlaubt einen genauen und zuverlässigen Rückschluss auf die mittlere Verbrennungslage aller Zylinders der Brennkraftmaschine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelte Zündfrequenzkomponente zumindest in Abhängigkeit einer Drehzahl der Kurbelwelle in einem Kennfeld abgelegt wird, von wo aus die Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine zum Vergleich mit der aktuellen Zündfrequenzkomponente in Abhängigkeit von der mittleren Drehzahl abgerufen werden kann.
Des weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem Schätzkennfeld ein indizierter Mitteldruck oder ein anderes Maß, das dem inneren Drehmoment entspricht, als Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl und einem Maß für die aktuelle Zündfrequenzkomponente abgelegt ist. Das andere Maß ist beispielsweise die Einspritzmenge, das Drehmoment o.a. Der indizierte Mitteldruck kann bspw. als von einer Hochdruckschleife (HD) eines Druck-Volumen (pV)-Diagramms umschlossene Fläche ermittelt werden. Abgelegt werden kann der indiziere Mitteldruck p_mi kann als Summe aus indiziertem Mitteldruck im Niederdruckbereich p_miND und indiziertem Mitteldruck im Hochdruckbereich p_miHD, nur der indiziere Mitteldruck im Hochdruckbereich p_miHD, oder eine andere Größe für das innere Motormoment. Ein anderes Verfahren zur Ermittlung des indizierten Mitteldrucks einer Brennkraftmaschine ist ausführlich in der DE 199 31 985 A1 beschrieben. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich Bezug genommen.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass in dem Schätzkennfeld als Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ein Soll-Moment in Abhängigkeit von der Drehzahl und einem Maß für die aktuelle Zündfrequenzkomponente abgelegt ist. Das Maß für die aktuelle Zündfrequenzkomponente kann die Komponente selbst oder aber eine bezüglich verwendetem Geberrad und/oder anliegendem Einlassdruck korrigierte Komponente oder ein beliebig anderes Maß für die Komponente sein. Das Kennfeld mit dem Verlauf des Soll-Moments gibt die in der Regel vom Hersteller der Brennkraftmaschine bzw. vom Hersteller des Kraftfahrzeugs vorgegebene Umsetzung des Fahrer-Wunschmoments in ein Soll-Moment wieder und kann normiert oder unmittelbar als Schätzkennfeld herangezogen werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente einen bestimmten an der Brennkraftmaschine anliegenden Einlassdruck, bspw. einen Ladedruck, umfassen. Vorteilhafterweise wird die aktuelle Zündfrequenzkomponente in Abhängigkeit von dem an der Brennkraftmaschine aktuell anliegenden Einlassdruck bzw. Ladedruck korrigiert. Durch diese Weiterbildung wird berücksichtigt, dass eine Änderung von Betrag und Phase der aktuellen Zündfrequenzkomponente nicht nur durch eine Variation des abgegebenen Ist-Moments, sondern bspw. auch durch eine Variation des anliegenden Einlassdrucks bzw. Ladedrucks verursacht werden kann. Beim Auswerten der Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente mit der anhand der im Vorfeld aufgenommenen Kennlinien bzw. Kennfelder ermittelten Zündfrequenzkomponente ist nicht bekannt, ob Betrag und Phase des Differenzzeigers aufgrund einer Variation des Ist-Moments oder lediglich aufgrund einer Variation des Einlassdrucks verändert sind. Nach erfolgter Einlassdruckkorrektur sind die Auswirkungen des Einlassdrucks auf die Differenz bzw. auf den Betrag und die Phase des Differenzzeigers herausgefiltert. Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass ein Korrekturwert der Zündfrequenzkomponente in Abhängigkeit von dem aktuell anliegenden Einlassdruck ermittelt und der Korrekturwert zur ird. VorzugswEinlassdruckkorrektur herangezogen weise wird der Korrekturwert von der aktuellen Zündfrequenzkomponente subtrahiert. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert anhand der Differenz des aktuellen Einlassdrucks und einem Einlassdruck, der während der Ermittlung der Zündfrequenzkomponente im Vorfeld an der Referenz-Brennkraftmaschine im Schub analog, und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl mittels eines Kennfelds ermittelt wird.
Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente die Verwendung einer bestimmten Art von Geberrad umfassen. Die Art des Geberrads kann bspw. ein herkömmliches Geberrad, ein Mulitpolrad, mittels eines induktiven Sensors, mittels eines Hall-Sensors o.a. sein, die für die Drehzahlerfassung eingesetzt werden können. All diese verschiedenen Arten von Geberrad benötigen eine Geberradkorrektur, um die Genauigkeit der Drehmomentenschätzung zu verbessern. Die Art des Geberrads wird vorzugsweise durch die Fertigungsweise des Geberrads bestimmt. Ein Geberrad kann bspw. als ganzes aus dem Vollen gestanzt werden. Alternativ ist es denkbar, dass immer mehrere Zähne, bspw. zwei Zähne oder die einem Viertel des Umfangs entsprechenden Zähne (bei einem Geberrad mit 60-2 Zähnen also 15 Zähne) zusammen ausgestanzt werden. Da die Breite der Zähne und die Abstände zwischen den Zähnen niemals ganz genau gleich groß gefertigt werden können, wiederholen sich auf dem Umfang des fertigen Geberrads die Fehler des Stanzvorgangs periodisch. Wenn bspw. immer zwei Zähne zusammen ausgestanzt werden und der Abstand zwischen den beiden Zähnen zu groß gewählt ist und damit jeder 2. Abstand des fertigen Geberrades zu groß ist, wird das aufgenommene Drehzahlsignal durch eine Schwingung mit der 30-fachen (60 Zähne/2) Frequenz der Drehzahl überlagert, die nach der Transformation in den Frequenzbereich als Peak 30. Ordnung deutlich zu erkennen ist. In entsprechender Weise kann es beim gleichzeitigen Herausstanzen jeweils eines Viertels der Zähne zu einem Peak 4. Ordnung (60 Zähne/15) kommen. Wenn diese Peaks im Bereich der Zündfrequenz liegen, kann es zu Fehlern bei der Ermittlung des Ist-Moments kommen. Um dies zu verhindern, wird die Geberradkorrektur durchgeführt.
Zur Geberradkorrektur wird vorgeschlagen, dass eine Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente der Brennkraftmaschine unter einer bestimmten Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine, vorzugsweise im Schubbetrieb, und einer im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine unter derselben Betriebsbedingung der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelt wird, und alle Abweichungen der Differenz von Null als Geberradfehler interpretiert und korrigiert werden. Es wird also im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine eine Kennlinie bzw. ein Kennfeld im Schubbetrieb mit einem bestimmten Geberrad aufgenommen. Aus dem im Vorfeld aufgenommenen Kennfeld wird abhängig von der Drehzahl bzw. der mittleren Drehzahl der Kurbelwelle die entsprechende Zündfrequenzkomponente ermittelt. Die betrachtete Brennkraftmaschine wird dann ebenfalls im Schubbetrieb betrieben, und in der oben beschriebenen Weise wird ebenfalls abhängig von der Drehzahl bzw. der mittleren Drehzahl die entsprechende aktuelle Zündfrequenzkomponente ermittelt. Die Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der ermittelten Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine müsste eigentlich gleich Null sein, da beide Zündfrequenzkomponenten im Schubbetrieb und bei der gleichen Drehzahl ermittelt wurden. Falls die Differenz dennoch ungleich Null ist, wird davon ausgegangen, dass die Abweichungen durch Geberradfehler verursacht sind. Deshalb wird die Abweichung auf etwa Null reduziert, d.h. kompensiert. Es wird vorgeschlagen, dass zur Geberradkorrektur die unter den bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelte Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente von der zuvor ermittelten Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente subtrahiert wird.
Des weiteren wird vorgeschlagen, dass die Differenz der aktuellen, unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine normiert wird, bevor anhand der Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl mittels des Schätzkennfelds ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Vorzugsweise wird zur Normierung aus dem komplexen Wert für die Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente ein reeller Wert gebildet. Das bedeutet also, dass nahezu die gesamte Berechnung zum Ermitteln der charakteristischen Größe der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in der komplexen Ebene ablaufen. Lediglich ganz zum Schluss, bevor abhängig von der Drehzahl bzw. der mittleren Drehzahl der Kurbelwelle und von der Differenz der Zündfrequenzkomponenten der Referenz-Brennkraftmaschine und der betrachteten Brennkraftmaschine aus dem Schätzkennfeld der entsprechende Wert für die charakteristische Größe (z.B. das Ist-Moment bzw. die Verbrennungslage) entnommen wird, wird der komplexe Wert der Differenz in einen entsprechenden reellen Wert umgerechnet. Das bedeutet also, dass insbesondere die Ermittlung einer dem Ist-Moment entsprechenden Größe aus der Drehzahl, und die Korrektur dieser Größe hinsichtlich anliegendem Einlassdruck und/oder verwendetem Geberrad in der komplexen Ebene ausgeführt wird. Vorteilhafterweise wird zur Normierung ein Absolutwert der Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente mit der mittleren Drehzahl multipliziert und durch einen Normierungsfaktor geteilt. Zum Schätzen des abgegebenen Ist-Moments wird der Betrag der Differenz betrachtet und zum Schätzen der Verbrennungslage die Phase der Differenz. Der Normierungsfaktor wird vorzugsweise derart gewählt, dass er in etwa der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine entspricht oder sich geschickt rechnertechnisch verarbeiten lässt. Dies ist bspw. bei einem Normierungsfaktor von 1024 (2¹⁰) oder 2048 (2¹¹) oder einem Wert der Fall, der sich als eine Zweierpotenz darstellen lässt. Daraus ergibt sich, dass der Absolutwert der Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und ermittelte Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine bei Leerlaufdrehzahl mit einem Faktor von etwa Eins multipliziert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer charakteristischen Größe der Brennkraftmaschine kann über den Betrag der komplexen Differenz zwischen der Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine das Ist-Moment abgeschätzt werden. Unabhängig davon kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Phasenlage der komplexen Differenz zwischen der Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine die Verbrennungslage der Brennkraftmaschine abgeschätzt werden. Auch eine Ermittlung sowohl des abgegebenen Ist-Moments als auch der Verbrennungslage ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, dass bei der Ermittlung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Ist-Moments die Lage einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird. Die Lage der Verbrennung hat Einfluss auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und damit auch auf das abgegebene Ist-Moment. Je weiter die Verbrennungslage vom normalen Betriebspunkt abweicht, desto größer ist der Einfluss auf das Ist-Moment. Deshalb wird vorgeschlagen, durch einen Vergleich der bei der betrachteten Brennkraftmaschine vorliegenden Verbrennungslage mit der bei der Applikation bei der Referenz-Brennkraftmaschine vorliegenden Verbrennungslage die Ermittlung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Ist-Moments zu korrigieren. Eine Möglichkeit ist eine Korrektur aufgrund der Verbrennungslage nach der Normierung, aber noch vor dem Schätzkennfeld. Dem Schätzkennfeld wird dann neben der mittleren Drehzahl, nicht die normiere Differenz aus aktueller Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine zugeführt, sondern eine bezüglich der Verbrennungslage korrigierte normierte Differenz. Es ist auch denkbar, dass die Korrektur bezüglich der Verbrennungslage erst nach dem Schätzkennfeld erfolgt. Dann wird das zunächst ohne Berücksichtigung der Verbrennungslage geschätzte Ist-Moment entsprechend korrigiert. In beiden Fällen erhält man einen wesentlich genaueren und zuverlässigeren Schätzwert für das Ist-Moment. Die Verbrennungslage kann durch Auswerten von Signalen von einem oder mehreren Sensoren, insbesondere einem Zylinderdrucksensor, einem Körperschallsensor und/oder einem Klopfsensor, der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Alternativ ist es denkbar, dass die Verbrennungslage durch Auswerten der Phase des komplexen Werts der Differenz der Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Als eine weitere Lösung der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät des weiteren Mittel aufweist:

– zum Aufnehmen der Drehzahl über die Zeit (t) oder über den Kurbelwellenwinkel (phi),
– zum Ermitteln der aktuellen mittleren Drehzahl aus dem aufgenommenen Drehzahlverlauf,
– zum Transformieren der aktuellen Drehzahlverlaufs in den Frequenzbereich,
– zum Ermitteln der aktuellen Zündfrequenzkomponente der Brennkraftmaschine im Frequenzbereich,
– zum Vergleichen der aktuellen Zündfrequenzkomponente mit einer im Vorfeld anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine bei einer der mittleren Drehzahl entsprechenden Drehzahl ermittelten Zündfrequenzkomponente, und
– zum Ermitteln eines Maßes für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl mittels eines Schätzkennfelds.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 29 aufweist.
Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend von dem Computerprogramm der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Schritten nach einem der Ansprüche 1 bis 29 programmiert ist, wenn es auf dem Rechengerät abgearbeitet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Funktionsdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Steuergerätes;
3 ein Funktionsdiagramm zur Einlassdruckkorrektur im Rahmen des Funktionsdiagramms aus 2 am Beispiel des Realteils;
4 einen Drehzahlverlauf aufgetragen über einem Kurbelwellenwinkel für eine simulierte 4-Zylinder-Brennkraftmaschine;
5 ein Frequenzspektrum des simulierten Drehzahlverlaufs aus 4 für eine mittlere Drehzahl von 900 U/min nach der Transformation in den Frequenzbereich;
6 zwei Zündfrequenzkomponenten und deren Differenz für das Frequenzspektrum zweiter Ordnung aus 5;
7a ein Beispiel für ein Kennfeld zur Einlassdruckkorrektur des Realteils der Differenz der Zündfrequenzkomponenten, und
7b ein Beispiel für den Imaginärteil zur Einlassdruckkorrektur des Imaginärteils der Differenz der Zündfrequenzkomponenten;
8a ein Kennfeld mit den indizierten Mitteldruck über der Drehzahl und der Differenz Zündfrequenzkomponenten, und
8b ein Soll-Moment-Kennfeld über der Drehzahl und der Differenz der beiden Zündfrequenzkomponenten;
9 ein 3-dimensionales Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Heizverlauf in einem Zylinder der Brennkraftmaschine und einer Verschiebung des Einspritzbeginns, zu dem mit der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders begonnen wird; und
10 ein Funktionsdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Steuergeräts gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 20, beispielsweise einen Otto-Motor oder einen Diesel-Motor. Nachfolgend wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor 20 um einen Dieselmotor handelt. Dem Diesel-Motor 20 ist über eine Luftzufuhr 25 Frischluft zugeführt. Die Strömungsrichtung der Frischluft in der Luftzufuhr 25 ist in 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Luftzufuhr 25 ist ein Verdichter 45 angeordnet, der die dem Dieselmotor 20 zugeführte Frischluft verdichtet. Der Verdichter 45 ist beispielsweise als ein Turbolader oder als ein Kompressor ausgebildet, der durch die Abluft des Verbrennungsmotors 20, elektrisch oder auf andere Weise angetrieben werden kann. Dem Verdichter 45 in Strömungsrichtung der Frischluft in der Luftzufuhr 25 nachfolgend angeordnet ist ein Drucksensor 50. Der Drucksensor 50 misst den Druck der durch den Verdichter 45 verdichteten Frischluft in der Luftzufuhr 25 und leiten den Messwert an ein Steuergerät 35 weiter, das als ein Motorsteuergerät ausgebildet ist. Die verdichtete Frischluft wird dem Dieselmotor 20 über ein in 1 nicht dargestelltes Einlassventil zugeführt. Einem Brennraum des Diesel-Motors 20 wird über ein Einspritzventil 55 Kraftstoff zugeführt. Das Einspritzventil 55 wird dabei von der Motorsteuerung 35 angesteuert, um einen vorgegebenen Kraftstoffmassenstrom dem Brennraum zuzuführen. Der Kraftstoffmassenstrom kann beispielsweise zur Erzielung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnisses gewählt sein. Durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches wird ein Kolben eines Zylinders des Verbrennungsmotors 20 bewegt, der wiederum eine Kurbelwelle des Motors 20 antreibt. Dies ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und erfolgt in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise. Dabei kann der Verbrennungsmotor 20 auch mehr als einen Zylinder aufweisen, wobei für jeden Zylinder ein Einspritzventil 55 vorgesehen ist. Am Verbrennungsmotor 20 ist ein Drehzahl- oder Kurbelwinkelsensor 30 angeordnet, der den Kurbelwinkelverlauf erfasst und ein entsprechendes Messsignal an die Motorsteuerung 35 weiterleitet. Ein übliches Beispiel erfasst 60 Kurbelwinkel-Lagen pro Umdrehung der Kurbelwelle. Aus dem Kurbelwinkelverlauf kann die Motorsteuerung 35 in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 20 ableiten. Das bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches gebildete Abgas wird über ein in 1 nicht dargestelltes Auslassventil des Verbrennungsmotors 20 in einen Abgasstrang 60 ausgestoßen. Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 60 ist in 1 ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet. Im Abgasstrang 60 ist in diesem Beispiel eine Turbine 65 angeordnet, die vom Abgas angetrieben wird. Die Turbine 65 ist über eine Welle 70 mit dem Verdichter 45 verbunden. Somit wird der Verdichter 45 über die Welle 70 von der Turbine 65 zur Verdichtung der dem Verbrennungsmotor 20 zugeführten Frischluft angetrieben. Die Turbine 65, die Welle 70 und der Verdichter 45 bilden einen sog. Abgasturbolader. Die Turbine 65 kann wie in 1 dargestellt von der Motorsteuerung 35 zur Einstellung eines vorgegebenen Verdichterdruckverhältnisses über den Verdichter 45 beispielweise mittels einer Einlassdruckregelung angesteuert werden. Dabei kann die Motorsteuerung 35 beispielsweise ein sog. Waste-Gate der Turbine 65 in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise zur Einstellung des gewünschten Verdichterdruckverhältnisses ansteuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung geht es um die Ermittelung eines Ist-Wertes eines von einer Antriebseinheit 5 der Brennkraftmaschine 1 aufgebrachten Moments. Die Antriebseinheit 5 umfasst dabei den Verbrennungsmotor 20 und ein mit diesem in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise zusammenwirkendes Getriebe, das in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Als Ausgangsgröße der Antriebseinheit 5 wird in diesem Beispiel ein indiziertes Motormoment M gewählt. Alternativ wäre es auch denkbar, eine Ausgleichsleistung, eine Zylinderfüllung, eine Last, eine Einspritzmenge oder dergleichen oder eine von einer der genannten Größen abgeleitete Größe als Ausgangsgröße der Antriebseinheit 5 zu wählen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das indizierte Motordrehmoment M in Abhängigkeit einer aktuellen Motordrehzahl n_Mot der Brennkraftmaschine 1 (das heißt der Kurbelwellendrehzahl) eines aktuellen Druckes p_Boost in der Luftzufuhr 25 der Brennkraftmaschine 1 und einer aktuellen Zündfrequenzkomponente bei der aktuellen Motordrehzahl n_Mot zu ermitteln. Bei dem aktuellen p_Boost kann es sich, wie in diesem Beispiel, um den Ladedruck in Strömungsrichtung dem Verdichter 45 nachfolgend, der vom Drucksensor 50 gemessen wird, handeln. Alternativ könnte es sich bei dem aktuellen Druck p_Boost auch ganz allgemein um den sogenannten Saugrohrdruck in Strömungsrichtung des Frischgases oder Einlassdruck unmittelbar vor dem Verbrennungsmotor 20 handeln, insbesondere wenn kein Abgasturbolader bzw. kein anderer Verdichter 45 vorgesehen ist.
Die Motordrehzahl n_Mot kann, wie nachfolgend angenommen, in Form ihres zeitlichen Mittelwertes n_Mit zur Bestimmung des Ist-Wertes der Ausgangsgröße, insbesondere zur Bestimmung des von der Antriebseinheit 5 abgegebenen Ist-Moments, herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass sich zeitliche Schwankungen in der Motordrehzahl n_Mot nicht auf die Bestimmung des Ist-Momentes auswirken. Die Zündfrequenzkomponente wird in der Motorsteuerung 35 aus dem Messsignal des Drehzahl- oder Kurbelwinkelsensors 30, beispielsweise durch eine Fourier Transformation, insbesondere durch eine diskrete Fourier Transformation (DFT), oder mittels eines Bandpasses ermittelt, dessen Mittenfrequenz der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors 20 entspricht. Falls der Verbrennungsmotor 20 beispielsweise als ein 4-Zylinder-Motor ausgebildet ist, ist die Zündfrequenz doppelt so groß wie die Drehfrequenz n der Kurbelwelle, da pro Kurbelwellenumdrehung in zwei Zylindern gezündet wird. Pro Kurbelwellenumdrehung finden also zwei Zündungen statt. Die Zündfrequenzkomponente ist also die Transformation des Signals des Drehzahl- oder Kurbelwinkelsensors 30 in den Frequenzbereich bei der entsprechenden Zündfrequenz. Die auf diese Weise gemessene Zündfrequenzkomponente umfasst eine Amplitude und eine Phase; es handelt sich also um einen komplexen Zeiger.
Das von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebene Moment M ist zunächst nicht bekannt, da die tatsächlich in die Brennräume des Motors 20 eingespritzte und verbrannte Kraftstoffmenge bereits durch Fertigungstoleranzen und externe Einflüsse, wie beispielsweise der Temperatur, von der Soll-Kraftstoffmenge abweichen kann. Die tatsächlich verbrannte Kraftstoffmenge ist jedoch insbesondere bei einem Dieselmotor eine sicherheitskritische Größe, da möglicherweise ungewollt eingespritzter Kraftstoff durch den ständigen Luftüberschuss momentenwirksam verbrannt werden kann und den Verbrennungsmotor unkontrolliert beschleunigen würde.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein Verfahren und ein Steuergerät 35 zu entwickeln, welches das von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebene Ist-Moment sicher und zuverlässig abschätzen kann. Entsprechende serientaugliche Sensoren sind derzeit am Markt nicht erhältlich, so dass in heutigen Motorsteuerungen durch zahlreiche Überwachungsfunktionen die Gültigkeit der Soll-Kraftstoffmenge und die korrekte Ansteuerung der Injektoren rekonstruiert werden müssen.
Um die verbrannte Kraftstoffmenge bzw. das an der Kurbelwelle anliegende resultierende Drehmoment abschätzen zu können, wurden im Stand der Technik verschiedene Methoden angegeben, um diese Information aus der gemessenen Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu schätzen (vgl. beispielsweise DE 199 31 985 A1 und DE 103 04 112 A1 ). Der diesen Methoden gemeinsame Grundgedanke ist, dass das im Verbrennungsmotor nicht-kontinuierlich erzeugte Drehmoment zu einer Welligkeit im Drehzahlsignal führt (vgl. 4). Durch Auswertung dieser Drehungleichförmigkeit verknüpft mit Zusatzinformationen über den Betrieb der Brennkraftmaschine wird ein je nach verwendetem Verfahren unterschiedliches Signalmerkmal berechnet, aus dem dann mittels eines Schätzkennfeldes das geschätzte Ist-Moment ermittelt wird.
Erfindungsgemäß wird ein besonders robustes, zuverlässiges und genaues Verfahren vorgeschlagen, mit dem das von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebene Ist-Moment besonders sicher und zuverlässig ermittelt werden kann. Die Erfindung basiert auf einem Vergleich von Kennlinien oder Kennfeldern mit in geeigneter Weise vorverarbeiteten komplexen Amplituden einer Zündfrequenzkomponente des Drehzahlsignals n des betrachteten Verbrennungsmotors und eines Referenzmotors. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist der vergleichsweise geringe Bedarf an Rechen- und Speicherkapazität in dem Steuergerät 35, da – wie später noch im Detail erläutert wird – nur eine Frequenz, nämlich die Zündfrequenz, ausgewertet werden muss. Es wird ausschließlich die Wirkung der Verbrennung auf das Drehzahlsignal n (Zündfrequenzkomponente) ermittelt. Die Momentenschätzung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Güte auch bei Verbrennungsmotoren 20 mit einer höheren Zylinderzahl > 6 und verschiedenen Motorbetriebsarten des Verbrennungsmotors 20 (Mager, Homogen, Teilhomogen etc.). Zudem kann auf einen – derzeit am Markt sowieso nicht erhältlichen – Sensor zum Ermitteln des von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebenen Ist- Moments verzichtet werden. Das zur Realisierung des Verfahrens ausgewertete Drehzahlsignal n ist bei jedem Verbrennungsmotor 20 sowieso verfügbar und wird in der Regel mittels eines 60-2 Geberrades hoch aufgelöst gemessen. Das geschätzte Ist-Moment kann dem Steuergerät 35 wieder zugeführt werden, um die ursprüngliche Momentensteuerung in eine Momentenregelung umzuwandeln. Außerdem kann das geschätzte Ist-Moment zur Überwachung, Plausibilitätsprüfung, etc. des Verbrennungsmotors 20 und des Betriebs des Verbrennungsmotors 20 eingesetzt werden.
Zur Ermittlung des Ist-Moments aus dem Kurbelwellendrehzahlsignal werden folgende Eingangsgrößen verarbeitet (vergl. 2):

T_inc:: gemessene Inkrementzeiten des Geberrades, das heißt, zeitlicher Abstand zwischen zwei Zähnen des Geberrades (oder auch Summenzeiten über mehrere Inkremente),
pL:: durch den Drucksensor 50 gemessene Ladedruck am Einlassventil,
n_Mit:: aktuelle gemittelte Motordrehzahl (Teilergebnis einer diskreten Fourier Transformation (DFT).

Echte Eingangssignale, die von außen an das Steuergerät 35 angelegt werden müssen, sind also die Inkrementzeiten T_inc des Geberrades, die ein Maß für die Kurbelwellendrehzahl n sind, und der Ladedruck pL. 4 zeigt den Drehzahlverlauf n aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel phi in der Einheit Grad KW am Beispiel eines 4-Zylindermotors. In 4 ist der Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors 20 im Schubbetrieb mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet und der Drehzahlverlauf unter Last mit dem Bezugszeichen 82 bezeichnet. Aus den Inkrementzeiten T_inc wird im Rahmen der DFT (vergleiche Block 90 in 2) die aktuelle gemittelte Motordrehzahl n_Mit ermittelt. Des weiteren wird mittels der DFT der aktuelle Drehzahlverlauf n(t) bzw. n(phi) in den Frequenzbereich transformiert. Das transformierte Drehzahlspektrum des Drehzahlverlaufs aus 4 ist für eine mittlere Drehzahl n_Mit = 900 U/min in 5 dargestellt. Die Amplituden der verschiedenen Spektren im Schubbetrieb sind mit dem Bezugszeichen 84 bezeichnet. Diese Amplituden 84 werden unter Last um die mit dem Bezugszeichen 86 bezeichneten Abschnitte vergrößert, so dass die Amplituden der Spektren des Verbrennungsmotors 20 unter Last die Abschnitte 84 und 86 umfassen. Dann wird die aktuelle Zündfrequenzkomponente A _fz der Brennkraftmaschine 1 im Frequenzbereich ermittelt. Wie bereits oben erläutert, entspricht die Zündfrequenzkomponente bei einem 4-Zylindermotor dem Drehzahlspektrum zweiter Ordnung. Die Zündfrequenzkomponente A _fz ist in 5 mit dem Bezugszeichen 88 bezeichnet.
Im einfachsten Fall der vorliegenden Erfindung werden die in dem Block 90 ermittelte Zündfrequenzkomponente A _fz und die mittlere Drehzahl n_Mit einem Schätzkennfeld 92 als Eingangsgrößen zugeführt, wobei dann am Ausgang das geschätzte Ist-Moment M_est anliegt. Im Vorfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter vorgegebenen Betriebsbedingungen Kennlinien bzw. Kennfelder aufgenommen und abgespeichert. Aus einem Vergleich der aktuellen Zündfrequenzkomponente A _fz der betrachteten Brennkraftmaschine mit einer unter entsprechenden Bedingungen aufgenommenen Zündfrequenzkomponente A _fz,ref der Referenz-Brennkraftmaschine (vergl. 6) wird die Differenz 100 der beiden Zündfrequenzkomponenten ermittelt, wobei dem Schätzkennfeld 92 streng genommen nicht die aktuelle Zündfrequenzkomponente A _fz, sondern vielmehr die Differenz 100 der beiden Zündfrequenzkomponenten (A _fz – A _fz,ref) zugeführt wird. Die Kennlinien bzw. Kennfelder der Referenz-Brennkraftmaschine werden vorab beispielsweise im Schubbetrieb bei einem bestimmten Ladedruck pL_ref und unter Verwendung einer bestimmten Art von Geberrad (zum Beispiel mit 60-2 Zähnen) aufgenommen. Um das Ist-Moment der Brennkraftmaschine 1 möglichst genau abschätzen zu können, werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Auswirkungen der von den Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine abweichenden Betriebsbedingungen der betrachteten Brennkraftmaschine ermittelt und bei der Momentenschätzung berücksichtigt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Zündfrequenzkomponente A _fz noch unerwünschte Einflüsse durch Aufladung (Kompression/Dekompression) und Geberrad Teilungsfehler beinhaltet.
Mit dem Bezugszeichen 94 ist in 2 eine Einlassdruckkorrektur bezeichnet, die im Detail in 3 für den Realteil der komplexen Zündfrequenzkomponente A _fz dargestellt ist. Auch der Imaginärteil wird in einer entsprechenden Korrektureinheit berücksichtigt. Die Einlassdruckkorrektur sowohl für den Realteil als auch für den Imaginärteil sind vorzugsweise beide in dem Funktionsblock 94 integriert. Durch die Einlassdruckkorrektur 94 können die Einflüsse durch Aufladung, die zu Fehlern bei der Abschätzung des von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebenen Ist-Moments führen können, kompensiert werden.
Die Einlassdruckkorrektur umfasst ein erstes Kennfeld (Schub_KL) 102, in dem für verschiedene Drehzahlen im Vorfeld für eine Referenz-Brennkraftmaschine im Schubbetrieb aufgenommene Zündfrequenzkomponenten, in dem dargestellten Beispiel aus 3 nur den Realteil, A_fz,Schub enthalten ist. An einer Subtraktionsstelle wird von der aktuell berechneten Zündfrequenzkomponente, in dem Beispiel aus 3 von deren Realteil A_fz, der im Schub bei gleicher Drehzahl n_Mit ermittelte Anteil A_fz,Schub subtrahiert. Am Ausgang des Subtraktionselements 104 liegt also der Differenzzeiger 100 (vergl. 6), bzw. bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Realteil des Differenzzeigers 100, an. Die Einlassdruckkorrektur 94 umfasst außerdem ein weiteres Kennfeld (Schub_pL) 106, in dem der bei der Aufnahme des Kennfeldes Schub_KL 102 an der Referenz-Brennkraftmaschine vorhandene Einlassdruck in Abhängigkeit von der Drehzahl n gespeichert ist. Am Ausgang des Kennfeldes 106 liegt also der Ladedruck pL_ref vom Schubbetrieb der Referenz-Brennkraftmaschine an. In einer Subtraktionseinheit 108 wird die Differenz aus dem aktuell an der betrachteten Brennkraftmaschine 1 anliegende Ladedruck pL und des Referenz-Ladedrucks pL_ref gebildet. Diese Differenz ist mit ΔpL bezeichnet und wird neben der mittleren Drehzahl n_Mit einem Ladedruckkennfeld (pL_Korr_KF) 110 zugeführt, in dem der Zusammenhang zwischen einem komplexen Korrekturwert ΔA _fz,pL in dem Ausführungsbeispiel aus 3 nur des Realteils von ΔA _fz,pL und der mittleren Drehzahl n_Mit und der Ladedruckdifferenz ΔpL abgelegt ist. Entsprechende Kennfelder für den Realteil bzw. für den Imaginärteil können beispielsweise 7a) für den Realteil und b) für den Imaginärteil entnommen werden. Der Zusammenhang kann im Vorfeld zum Beispiel auf einem Rollenprüfstand mittels Drehzahl- und Einlassdruckvariation ermittelt werden und beispielsweise über zwei separate Kennfelder (eines für den Realteil und eines für den Imaginärteil) abgebildet werden. In einem dritten Subtraktionspunkt 112 wird dann von der Differenz 100 der aktuellen Zündfrequenzkomponente A _fz und der entsprechenden Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine der Anteil A _fz,pL abgezogen, der auf einen bei der betrachteten Brennkraftmaschine 1 von der Referenz-Brennkraftmaschine abweichenden Ladedruck pL zurückzuführen ist. Falls der aktuelle Ladedruck pL mit dem Einlassdruck im Schubbetrieb, bei dem die Kennlinie 102 anhand der Referenz-Brennkraftmaschine aufgenommen wurde, übereinstimmt, liegt am Ausgang des Kennfeldes 110 Null an; eine Einlassdruckkorrektur ist in diesem Fall nicht erforderlich.
Die um den Einlassdruckeinfluss korrigierte Zündfrequenzkomponente 114 wird neben der mittleren Drehzahl n_Mit als Eingangssignal für eine Geberradkorrektur 96 (vergl. 2) herangezogen. Da bereits im Rahmen der Einlassdruckkorrektur 94 die Schubkennlinien 106 für Realteil und Imaginärteil subtrahiert wurden, wird im Schub bei der Referenz-Brennkraftmaschine dieses Eingangssignal 114 sowohl für den Realteil als auch für den Imaginärteil auf Null liegen. Sollte das Eingangssignal jedoch Abweichungen hiervon aufweisen, werden diese Abweichungen durch unterschiedliche Zahnteilungsfehler des Geberrades der Referenz-Brennkraftmaschine und der aktuell betrachteten Brennkraftmaschine 1 bewirkt. Diese Differenz wird im Schub mit Hilfe angepasster Algorithmen bekannter Verfahren eingelernt. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die WO 95/23974 verwiesen, wo eine Geberradkorrektur der Mengenausgleichsregelung beschrieben ist. Am Ausgang der Geberradkorrektur 96 liegt ein Korrekturwert ΔA _fz,GA an. Dieser Korrekturwert wird von der korrigierten Zündfrequenzkomponente A _fz,korr 114 subtrahiert.
Bei der Geberradkorrektur 96 wird also davon ausgegangen, dass die im Vorfeld aufgenommene Schubkennlinie 102 anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine mit einem bestimmten Geberrad, das einen bestimmten Zahnteilungsfehler aufweist, aufgenommen wurde. Wenn man dann in der aktuellen Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine 1 die Einflüsse des Einlassdrucks – wie weiter oben beschrieben – kompensiert, geht man davon aus, dass die korrigiere Zündfrequenzkomponente A _fz,pL als Eingangssignal 114 zu der Geberradkorrektur 96 gleich Null ist, sofern das Geberrad der betrachteten Brennkraftmaschine 1 den gleichen Zahnteilungsfehler wie die Referenz-Brennkraftmaschine aufweist. Andere Geberräder mit abweichenden Zahnteilungsfehlern führen zu einem Eingangssignal 114, das von Null verschieden ist. Für diese von Null abweichenden Werte des Eingangssignals 114 wird im Rahmen der Geberradkorrektur 96 unter Berücksichtigung der mittleren Drehzahl n_Mit der Korrekturwert ΔA _fz,GA berechnet. Verschiedene Korrekturwerte ΔA _fz,GA können für verschiedene Drehzahlen und für verschiedene Werte des Eingangssignals 114 beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt werden. Der ermittelte Korrekturwert ΔA _fz,GA wird in einem Subtraktionspunkt 98 von dem Eingangssignal 114 (A _fz – ΔA _fz,pL) subtrahiert. Das heißt also, dass nach dieser Geberradkorrektur 96 alle Fahrzeuge, bzw. Brennkraftmaschinen eines Projekts bei gleichen Betriebspunkten identische Zündfrequenzkomponenten A _fz,V wie das Referenzfahrzeug, bzw. die Referenz-Brennkraftmaschinen erzeugen. Damit ist die Applikation des Referenzfahrzeugs auf die Serie anwendbar. Die korrigierte Zündfrequenzkomponente A _fz,V ist im Schubbetrieb der betrachteten Brennkraftmaschine 1 nahe Null und zwar sowohl für den Realteil als auch für den Imaginärteil.
Bevor die korrigierte Zündfrequenzkomponente A _fz,V dem Schätzkennfeld 92 zugeführt wird, kann eine Normierung 93 ausgeführt werden. Im Rahmen der Normierung 93 wird aus dem komplexen Eingangswert A _fz,V ein reeller Zahlenwert A_fz,Norm gebildet, wobei der reelle Zahlenwert A_fz,Norm als Ausgangssignal der Normierung 93 eine Funktion der korrigierten komplexen Zündfrequenzkomponente A _fz,V und der mittleren Drehzahl n_Mit ist. Ziel der Normierung ist es, eine momentenproportionale Größe aus der komplexen korrigierten Zündfrequenzkomponente A _fz,V zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Berechnung der Amplitude oder durch andere geeignete Operationen erfolgen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zunächst der Betrag der komplexen korrigierten Zündfrequenzkomponente A _fz,V gebildet, mit der mittleren Drehzahl n_Mit multipliziert und durch einen Normierungsfaktor geteilt wird. Der Normierungsfaktor wird vorzugsweise so gewählt, dass der Absolutwert der korrigierten komplexen Zündfrequenzkomponente abs(A _fz,V) im Leerlauf mit einem Wert von etwa 1 multipliziert wird. Daraus ergibt sich für die den Beispielen aus den 5 bis 9 zugrundeliegenden 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ein Normierungsfaktor, der in etwa der Leerlaufdrehzahl, also etwa 800 U/min entspricht. Das abschließende Schätzkennfeld 92 übernimmt die Ist-Moment-Ermittlung abhängig von der mittleren Drehzahl n_Mit und der normierten Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm.
Das Schätzkennfeld 92 wird beispielsweise durch Prüfstandsversuche appliziert, indem eine Reihe von Drehzahl- und Lastpunkten vermessen werden. Diese Applikation erfolgt üblicherweise im Normalbetrieb des Referenz-Motors. Neue, zusätzliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors, zum Beispiel Partikelfilter-Regenerationsbetrieb, NOx-Katalysator-Regenerationsbetrieb, teilhomogene und homogene Verbrennung etc., bringen häufig auch eine Verschiebung der Verbrennungslage mit sich. Da die Verbrennungslage auch den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beeinflusst, ändern sich durch eine Variation des Einspritzbeginns und damit der Verbrennungslage sowohl der Betrag als auch die Phasenlage der Frequenzkomponenten des Drehzahlsignals. Hierdurch nimmt die normierte Frequenzkomponente A_fz,Norm einen anderen Wert an. Dies kann unter Umständen, insbesondere bei vom Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 stark abweichenden Verbrennungslagen, zu einer Fehlschätzung des von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebenen Ist-Moments führen, da der Einfluss der Verbrennungslage nicht berücksichtigt wurde. Hier kann eine Berücksichtigung der Verbrennungslage in Form einer Brennbeginnkorrektur 95', 95'' (vergl. 2) Abhilfe schaffen. Die Brennbeginnkorrektur kann entweder zwischen der Normierung 93 und dem Schätzkennfeld 92 angeordnet sein (Bezugszeichen 95'), oder aber im Anschluss an das Schätzkennfeld 92 (Bezugszeichen 95''). Die Blöcke 95' und 95'' für die Brennbeginnkorrektur sind in 2 lediglich gestrichelt dargestellt, da entweder die Brennbeginnkorrektur 95' oder die Brennbeginnkorrektur 95'' oder überhaupt keine Brennbeginnkorrektur vorgesehen wird.
Die Eingangssignale für die Brennbeginnkorrektur 95', 95'' sind in Klammern dargestellt. So hat eine zwischen der Normierung 93 und dem Schätzkennfeld 92 angeordnete Brennbeginnkorrektur 95' als Eingangssignal die normierte Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm sowie die Verbrennungslage Phi. Am Ausgang der Brennbeginnkorrektur 95' liegt die korrigierte Zündfrequenzkomponente A_fz,korr an. In dem Schätzkennfeld 92 wird dann in Abhängigkeit der korrigierten Zündfrequenzkomponente A_fz,korr und der mittleren Drehzahl n_Mit das geschätzte Ist-Moment M_est ermittelt, das ein korrigiertes Ist-Moment M_korr darstellt.
Wenn die Brennbeginnkorrektur 95'' im Anschluss an das Schätzkennfeld 92 angeordnet ist, liegen an dem Schätzkennfeld 92 die Eingangssignale normierte Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm und die mittlere Drehzahl n_Mit an. In Abhängigkeit dieser Eingangssignale wird mittels des Schätzkennfeldes 92 das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene geschätzte Ist-Moment M_est ermittelt. In diesem Fall ist in dem Schätzkennfeld 92 das geschätzte Ist-Moment M_est in Abhängigkeit von der normierten Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm und der mittleren Drehzahl n_Mit abgelegt. Das geschätzte Ist-Moment M_est wird zusammen mit der Verbrennungslage Phi der Brennbeginnkorrektur 95'' zugeführt, an deren Ausgang das korrigierte Ist-Moment M_korr anliegt.
Durch die Brennbeginnkorrektur 95', 95'' kann die Lage der Verbrennung als zusätzlicher Eingang in die Drehmomentenschätzung genutzt werden. Die Verbrennungslage Phi wird vorzugsweise nicht geschätzt, sondern durch die Auswertung von zusätzlichen Sensoren, wie beispielsweise eines Zylinderdrucksensors, eines Körperschallsensors oder eines Klopfsensors, bestimmt. Anhand der Verbrennungslage Phi wird ein Korrekturwert A_fz,korr, M_korr ermittelt. Das geschätzte Drehmoment M_est kann dadurch kontinuierlich an die bezüglich Brennbeginn geänderten Betriebsbedingungen angepasst werden. Hierdurch ist eine besonders hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Momentenschätzung unabhängig von der Verbrennungslage Phi in der betrachteten Brennkraftmaschine 1 möglich. Das hat den Vorteil, dass nicht für jeden Motorbetriebszustand eine eigene Applikation der Drehmomentenschätzung notwendig ist. Die Anpassung an die verschiedenen Betriebszustände, insbesondere an unterschiedliche Verbrennungslagen Phi, erfolgt während der Drehmomentenschätzung. Trotzdem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in Betriebszuständen, die insbesondere hinsichtlich der Verbrennungslage Phi deutlich von dem Normalzustand abweichen, eine hohe Schätzgenauigkeit des Ist-Moments M_est gewährleistet werden.
Es hat sich gezeigt, dass der Einfluss der Brennbeginnverschiebung auf die normierte Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm bei konstanter Einspritzmenge und Drehzahl bis zu einem vorgebbaren Kurbelwellenwinkel (°KW) nach OT (oberer Totpunkt) vernachlässigbar klein ist. Bei einer Brennbeginnverschiebung jenseits dieses vorgebbaren Kurbelwellenwinkels nach OT hat die Brennbeginnverschiebung jedoch einen deutlich erkennbaren Einfluss auf die normierte Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm. Dieser Einfluss führt dazu, dass bei etwa dem doppelten vorgebbaren Kurbelwellenwinkel nach OT der Wert der normierten Zündfrequenzkomponente A_fz,Norm fast halbiert ist, als bei einer Brennbeginnverschiebung im Bereich zwischen 0°KW und dem vorgebbaren Kurbelwellenwinkel nach OT. Das Motormoment nimmt ebenfalls erkennbar ab.
Durch einen Vergleich der gemessenen Verbrennungslage Phi mit der bei der Applikation vorliegenden Brennlage wird das Ergebnis M_est des Schätzalgorithmus erfindungsgemäß korrigiert. Eine Möglichkeit besteht darin, das applikationsgemäße Signalmerkmal A_fz,APP zu korrigieren, bevor es in das Schätzkennfeld 92 geführt wird (Brennbeginnkorrektur 95'). Hierfür muss der Zusammenhang zwischen dem Signalmerkmal A_fz,Norm und der Verbrennungslage Phi bekannt sein, der hier als k(Phi) bezeichnet wird.
Daraus ergibt sich:
Auf diese Weise kann durch Vergleich der Relation k(Phi) für die momentane Brennlage Phi mit der Brennlage Phi_App während der Applikationsphase der Referenz-Brennkraftmaschine die Korrektur durchgeführt werden. Die Korrekturfunktion k(Phi) kann offensichtlich je nach Genauigkeitsanforderung in verschiedener Weise ausgeprägt sein, insbesondere:

– als ein eigenes Kennfeld k(Phi, n), welches für verschiedene Drehzahlen n mehrere Datenreihen beinhaltet;
– als eine normierte Kennlinie, die drehzahlunabhängig verwendet wird;
– als eine Berechnung (z.B. eine parabolische Näherung), um den benötigten Speicherplatz zu reduzieren.

Eine mögliche Variante wäre, das Signalmerkmal A_fz,Norm unverändert in das Schätzkennfeld 92 zu führen und erst den Ausgangswert M_est des Schätzkennfeldes 92 zu korrigieren (Brennbeginnkorrektur 95''). Die Korrektur würde zwar mit anderen Daten, aber grundsätzlich auf dieselbe Weise durchgeführt. Eine weitere Möglichkeit wäre schließlich, die Korrektur bereits am nicht normierten "rohen" Wert für die einlassdruck- und geberradkorrigierte Zündfrequenzkomponente A _fz,V durchzuführen. Dies erfordert allerdings bei komplexwertigen Signalen zumindest den doppelten Aufwand, um sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil zu berücksichtigen. Bei Signalmerkmalen, die aus Frequenzgemischen bestehen, müssen überdies die Phasen phi der Frequenzkomponenten A _fz einzeln korrigiert werden.
Der korrigierte Wert der Zündfrequenzkomponente A_fz,Korr am Ausgang der Brennbeginnkorrektur 95' entspricht der äquivalenten Amplitude A im konventionellen Betrieb (ohne oder nur mit einer relativ geringen Verschiebung des Brennbeginns) und erlaubt eine gute Drehmomentenschätzung mit dem konventionell bedateten Schätzkennfeld 92. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung mit der Brennbeginnkorrektur 95', 95'' kann die Genauigkeit der Drehmomentenschätzung in besonderen Betriebszuständen, das heißt, insbesondere bei einer größeren Verschiebung der Verbrennungslage Phi, ohne großen zusätzlichen Applikationsaufwand erhöht werden. Dies bietet das Potential, Toleranzen des Ist-Momenten-Schätzverfahrens weiter zu reduzieren.
In 9 ist die Abhängigkeit der Zündfrequenzkomponente vom Brennbeginn dargestellt. Insbesondere zeigt die 9 die Heizverläufe bei Verschiebung des Einspritzbeginns in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel in der Einheit Grad KW.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem nicht nur das von dem Verbrennungsmotor 20 abgegebene Ist-Moment M_est, sondern zusätzlich auch noch der Brennbeginn phi_B ermittelt werden kann. Die Bauteile 90 bis 98 in 10 entsprechen denen aus 2. Zusätzlich wird noch der mittlere Brennbeginn phi_B anhand der Phasenlage phi_fz,V der geberrad- und einlassdruckkorrigierten Zündfrequenzkomponente A _fz,V berechnet. Der Zusammenhang zwischen dem Brennbeginn phi_B und der Phasenlage phi_fz,V kann am Rollenprüfstand durch Variation des Einspritzbeginns bei verschiedenen Drehzahlen (und gegebenenfalls auch bei verschiedenen Einspritzmengen) ermittelt werden. Dieser Zusammenhang kann dann über ein Kennfeld 116, einen Kennraum oder eine Approximationsfunktion im Steuergerät 35 dauerhaft abgespeichert werden. Bevor die korrigierte Zündfrequenzkomponente A _fz,V dem Kennfeld 116 zugeführt wird, kann eine Normierung 118 ausgeführt werden. Im Rahmen der Normierung 118 wird aus dem komplexen Eingangswert A _fz,V ein reeller Zahlenwert phi_fz,V gebildet, wobei der reelle Zahlenwert phi_fz,V als Ausgangssignal der Normierung 118 eine Funktion der korrigierten komplexen Zündfrequenzkomponente A _fz,V ist. Ziel der Normierung ist es, eine brennbeginnproportionale Größe aus der komplexen korrigierten Zündfrequenzkomponente A _fz,V zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Berechnung der Phasenlage phi_fz,V oder durch andere geeignete Operationen erfolgen.
Der geschätzte Brennbeginn phi_B kann für die Brennbeginnkorrektur 95', 95'' zur Verfügung gestellt werden. Ebenso kann damit die Genauigkeit der Drehmomentenschätzung verbessert werden. Schließlich ist es auch denkbar, den geschätzten Brennbeginn phi_B für eine Plausibilitätsprüfung oder eine anderweitige Überwachungsfunktion heranzuziehen. Die Phasenlage phi_fz,V kann auch selbst für eine Brennlageregelung verwendet werden (unabhängig vom Kennfeld für die Brennlageschätzung). Die Idee dabei ist, für eine gewisse Anzahl an Betriebspunkten (Drehzahl, Einspritzmenge, etc.) einen Sollwert für die Phasenlage phi_fz,V zu messen und in einem Kennfeld zu speichern (Kennfeld-Eingang ist Drehzahl und Einspritzmenge/Sollmoment und Ausgang ist die gemessene Phasenlage phi_fz,V des Applikationsfahrzeugs). Weicht der Istwert im individuellen Fahrzeug von diesem Sollwert ab, kann mit dieser Differenz (Sollwert-Istwert) wieder eine Regelung zum Einstellen der gewünschten Brennlage erfolgen. Hier ist es wichtig zwischen Brennlageschätzung (mit Brennbeginnschätz-Kennfeld) und einer Brennlageregelung zu unterscheiden. Das Einstellen eines Sollwerts mittels der Regelung kann sehr genau erfolgen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl (n) einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drehzahl (n) über die Zeit (t) oder über den Kurbelwellenwinkel (phi) aufgenommen wird, – aus dem aufgenommenen Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)) die aktuelle mittlere Drehzahl (n_Mit) ermittelt wird, – der aufgenommene Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)) in den Frequenzbereich transformiert wird, – die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) der Brennkraftmaschine im Frequenzbereich ermittelt wird, – die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) mit einer im Vorfeld anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine bei einer der mittleren Drehzahl (n_Mit) entsprechenden Drehzahl ermittelten Zündfrequenzkomponente verglichen wird, und – anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Schätzkennfelds (92) ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) mittels eines mit der Kurbelwelle drehfest in Verbindung stehenden und der Drehbewegung der Kurbelwelle folgenden Geberrades und eines entsprechenden ortsfesten Sensors zur Aufnahme einer Drehbewegung des Geberrads aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)) mittels einer diskreten Fourier Transformation (DFT) in den Frequenzbereich transformiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente einen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelte Zündfrequenzkomponente zumindest in Abhängigkeit einer Drehzahl (n) der Kurbelwelle in einem Kennfeld (Schub_KL) abgelegt wird, von wo aus die im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelte Zündfrequenzkomponente zum Vergleich mit der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) in Abhängigkeit von der mittleren Drehzahl (n_Mit) abgerufen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schätzkennfeld (92) ein indizierter Mitteldruck (pmi) oder ein anderes Maß, das dem inneren Drehmoment entspricht, als Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) und einem Maß für die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) abgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schätzkennfeld (92) ein Soll-Moment als Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) und einem Maß für die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) abgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schätzkennfeld (116) eine mittlere Verbrennungslage als Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) und einem Maß der für die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) abgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente (A _fz) einen bestimmten an der Brennkraftmaschine anliegenden Einlassdruck, insbesondere einem Ladedruck (pL), umfassen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Zündfrequenzkomponente (A _fz) in Abhängigkeit von dem an der Brennkraftmaschine aktuell anliegenden Einlassdruck (pL) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturwert (A _fz,pL) der Zündfrequenzkomponente (A _fz) in Abhängigkeit von dem aktuell anliegenden Einlassdruck (pL) ermittelt und der Korrekturwert (A _fz,pL) zur Einlassdruckkorrektur herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (A _fz,pL) von der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (A _fz,pL) anhand der Differenz des aktuellen Einlassdrucks (pL) und einem Einlassdruck, der während der Ermittlung der Zündfrequenzkomponente im Vorfeld an der Referenz-Brennkraftmaschine anlag, und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Kennfelds (pL_Korr_KF) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine zur Ermittlung der im Vorfeld anhand der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelten Zündfrequenzkomponente die Verwendung einer bestimmten Art von Geberrad umfassen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Art des Geberrads durch die Fertigungsweise des Geberrads bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (ΔA _fz,GA) der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz,GA) der Brennkraftmaschine unter einer bestimmten Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und einer im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine unter derselben Betriebsbedingung der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelt wird und alle Abweichungen der Differenz von Null als verschiedene Geberradfehler interpretiert und korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und der Referenz-Brennkraftmaschine im Rahmen der Geberradkorrektur einen Schubbetrieb umfassen.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Geberradkorrektur die unter den bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelte Differenz (ΔA _fz,GA) der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz,GA) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente von der zuvor ermittelten Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente normiert wird, bevor anhand der Differenz der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Schätzkennfelds (92; 116) ein Maß für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Normierung aus dem komplexen Wert für die Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente ein reeller Wert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Normierung ein Absolutwert der Differenz der aktuellen unter einer beliebigen Betriebsbedingung ermittelten Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente mit der mittleren Drehzahl (n_Mit) multipliziert und durch einen Normierungsfaktor geteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Normierungsfaktor derart gewählt wird, dass er in etwa der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine entspricht oder sich geschickt rechnertechnisch verarbeiten lässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als die charakteristische Größe ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Ist-Moment (M_est) geschätzt wird, wobei anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Schätzkennfelds (92) ein Maß für das von der Brennkraftmaschine abgegebene Ist-Moment (M_est) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebenes Ist-Moment (M_est) anhand der Differenz zwischen dem Betrag der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und dem Betrag der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als die charakteristische Größe eine Lage (phi_B) einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine geschätzt wird, wobei anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Schätzkennfelds (116) ein Maß für die Verbrennungslage (phi_B) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungslage (phi_B) anhand der Differenz zwischen der Phase der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der Phase der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Ist-Moments die Lage einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Vergleich der bei der betrachteten Brennkraftmaschine vorliegenden Verbrennungslage mit der bei der Applikation bei der Referenz-Brennkraftmaschine vorliegenden Verbrennungslage die Ermittlung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Ist-Moments korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungslage durch Auswerten von Signalen von einem oder mehreren Sensoren, insbesondere einem Zylinderdrucksensor, einem Körperschallsensor und/oder einem Klopfsensor, der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungslage durch Auswerten der Phase des komplexen Werts der Differenz der Zündfrequenzkomponente der betrachteten Brennkraftmaschine und der Zündfrequenzkomponente der Referenz-Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät Mittel zum Ermitteln einer charakteristischen Größe einer Brennkraftmaschine anhand einer Drehzahl (n) einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät des weiteren Mittel aufweist: – zum Aufnehmen der Drehzahl (n) über die Zeit (t) oder über den Kurbelwellenwinkel (phi), – zum Ermitteln der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) aus dem aufgenommenen Drehzahlverlauf (n(t); n(phi)), – zum Transformieren des aufgenommenen Drehzahlverlaufs (n(t); n(phi)) in den Frequenzbereich, – zum Ermitteln der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) der Brennkraftmaschine im Frequenzbereich, – zum Vergleichen der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) mit einer im Vorfeld anhand einer Referenz-Brennkraftmaschine unter bestimmten Betriebsbedingungen der Referenz-Brennkraftmaschine bei einer der mittleren Drehzahl (n_Mit) entsprechenden Drehzahl ermittelten Zündfrequenzkomponente, und – zum Ermitteln eines Maßes für die charakteristische Größe der Brennkraftmaschine anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zündfrequenzkomponente (A _fz) und der im Vorfeld ermittelten Zündfrequenzkomponente und anhand der aktuellen mittleren Drehzahl (n_Mit) mittels eines Schätzkennfelds (KF).
Steuergerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 30 aufweist.
Computerprogramm zur Abarbeitung auf einem Rechengerät eines Steuergeräts, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens mit den Schritten nach einem der Ansprüche 1 bis 30 programmiert ist, wenn es auf dem Rechengerät abgearbeitet wird.