DE102009001128A1 - Verfahren zur Drehmomentbestimmung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des an einer Kurbelwelle (4) einer Brennkraftmaschine (1) anliegenden Drehmoments (M_A), wobei die Kurbelwelle mit einer Geberradscheibe (11) verbunden ist, der ein Sensor (16) zugeordnet ist, welcher Markierungen (14, 15, 17) der Geberradscheibe (11) in ein elektrisches Signal umsetzt, das eine Drehung der Kurbelwelle (4) um einen bestimmten Drehwinkel (°KW) repräsentiert, wobei aus dem Signal (W) des Sensors eine Momentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle ermittelt wird und aus einer Schwankungsbreite (Δn_m) der Momentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle (4) über einen bestimmten Zeitraum das an der Kurbelwelle (4) anliegende Drehmoment (M_A) ermittelt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine anliegenden Drehmoments.
  • Das abgegebene Ist-Drehmoment einer Brennkraftmaschine, im Folgenden kurz als Drehmoment der Brennkraftmaschine bezeichnet, ist für die Steuerung unterschiedlichster Betriebsparameter der Brennkraftmaschine von Bedeutung. Insbesondere kann anhand eines aktuell, d. h. zu einem bestimmten Zeitpunkt, abgegebenen Drehmomentes ein Vergleich zwischen dem Soll-Drehmoment und dem Ist-Drehmoment stattfinden, welches beispielsweise in einem Arbeitstakt eines einzelnen Zylinders unmittelbar Rückschlüsse auf die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge eines Dieselmotors oder eines direkt einspritzenden Benzinmotors zulässt. Das Ist-Drehmoment wird heutzutage üblicherweise im Antriebsstrang nicht erfasst. Das Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine wird sowohl bei einer Dieselbrennkraftmaschine als auch bei einer direkt einspritzenden Benzinbrennkraftmaschine unter anderem über die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert.
  • Da das Drehmoment nicht geregelt, sondern lediglich gesteuert werden kann, wird in heutigen Steuerungen für Brennkraftmaschinen ein erheblicher Aufwand betrieben, um die Mengenstreuung des Systems, hier insbesondere der Injektoren, auszugleichen. Dazu werden unterschiedlichste Verfahren angewendet, beispielsweise eine Nullmengenkalibrierung, Leerlaufruheregler, Injektor-Mengenausgleich, Mittelwertadaption und dergleichen. Derartige Abgleiche sind notwendig, da die eingespritzte Menge nicht gemessen und damit geregelt, sondern lediglich mittelbar, beispielsweise über Brennraumdrücke oder dergleichen, erfasst werden kann.
  • Aus der DE 10 2005 047 578 ist ein Verfahren zur Bestimmung des an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine anliegenden Drehmoments bekannt, bei dem Schüttelbewegungen des Motorblocks, dies sind Drehbewegungen um die Kurbelwellenachse relativ zur Ka rosserie, mittels karosseriefester Sensoren erfasst werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist der zusätzlich benötigte Sensor.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine einfach zu realisierende Drehmomenterfassung an der Brennkraftmaschine anzugeben. Dabei soll insbesondere auf vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden, sodass zu der Drehmomenterfassung keine zusätzlichen Sensoren nötig sind.
  • Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung des an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine anliegenden Drehmoments, wobei die Kurbelwelle mit einer Geberradscheibe verbunden ist, der ein Sensor zugeordnet ist, welcher Markierungen der Geberradscheibe in ein elektrisches Signal umsetzt, das eine Drehung der Kurbelwelle um einen bestimmten Drehwinkel repräsentiert, wobei aus dem Signal des Sensors eine Momentandrehzahl der Kurbelwelle ermittelt wird und aus einer Schwankungsbreite der Momentandrehzahl der Kurbelwelle über einen bestimmten Zeitraum das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment ermittelt wird. Die Schwankungsbreite ist die Differenz lokaler Maxima und lokaler Minima der Momentandrehzal. Eine derartige Geberradscheibe samt zugeordneten Sensor ist bei Brennkraftmaschinen insbesondere im Automobilbau üblich zur Bestimmung der Kurbelwellenposition und der Drehzahl der Kurbelwelle. Üblich sind Geberradscheiben mit einer 6° Teilung, wobei eine zusätzliche Zahnlücke eine ausgewiesene Stellung der Kurbelwelle zugeordnet ist. die Geberradscheibe hat somit meist eine sogenannte 58 + 2 Teilung.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schwankungsbreite als Differenz einer maximalen Momentandrehzahl und einer minimalen Momentandrehzahl über einen bestimmten Zeitraum ermittelt wird. Die Maxima und Minima ergeben sich dadurch, dass die Drehmomentabgabe jeweils bei der Zündung des Gemisches entsteht, also diskontinuierlich abgegeben wird. Im ersten augenblick kann diese Energie nicht in eine Drehzahlerhöhung der Welle umgesetzt werden, sondern wird in Drehenergie des Motorblocks zwischengespeichert. Der Abstand der Minima und Maxima ist daher durch die Zylinderzahl festgelegt. Bei 4-Taktmotoren werden innerhalb von 120 Inkrementen alle Zylinder einmal zünden. Der Abstand zwischen 2 Maxima beträgt also 120 Inkremente/Zylinderzahl. Der bestimmte Zeitraum ist ein Zeitfenster, während dem die Werte der Momentandrehzahl ausgewertet wer den. Das Zeitfenster kann beispielsweise etwa 20 bis 100 Inkremente der Geberradscheibe, also etwa 120–720°KW, betragen. Wird dies über mehrere lokale Minima und Maxima der Momentandrehzahl durchgeführt, erhält man einen mittleren Wert der minimalen und maximalen Momentandrehzahl und damit einen Mittelwert der Schwankungsbreite.
  • Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass aus dem Signal des Sensors ein moduliertes Winkelsignal ermittelt wird und aus der Differenz zwischen dem moduliertem Winkelsignal und einem Referenzsignal das Drehmoment der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Das modulierte Winkelsignal enthält den Einfluss der Schüttelbewegung der Brennkraftmaschine. Das Referenzsignal entspricht einem theoretisch zu erwartenden Signal ohne überlagerte Schüttelbewegung, das Signal entspricht also einem Signal eines karosseriefest montierten zweiten Sensors. Der motorblockfeste Sensor macht die Schüttelbewegung des Motorblocks mit, diese stellen sich im Signal des Sensors als Drehzahlschwankungen dar. Die so gemessene Drehzahlschwankung der Kurbelwelle setzt sich aus der Schüttelbewegung des Motorblocks und der Drehzahlschwankung der Kurbelwelle zusammen. Dabei ist die Drehzahlschwankung der Kurbelwelle deutlich träger als die Schüttelbewegung des Motorblocks, da über die Kurbelwelle die Antriebsräder und damit die Fahrzeugmasse verknüpft ist.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Referenzsignal aus einem über die Zeit gemittelten Verlauf der Momentandrehzahl ermittelt wird. Erstere werden in dem Referenzsignal herausgemittelt, sodass die Differenz zwischen moduliertem und unmoduliertem Signal die Modulation, das ist die Schüttelbewegung, liefert.
  • Das Referenzsignal wird alternativ einem gespeicherten Signalverlauf entnommen. Der gespeicherte Signalverlauf wird in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine in dem eine möglichst geringe Schüttelbewegung des Motorblocks auftritt, ermittelt. Der gespeicherte Signalverlauf ist dabei vorzugsweise das Signal des Sensors während eines Schubbetriebes der Brennkraftmaschine über einen Messzeitraum. Dieses Signal beinhaltet dann die Drehzahlschwingung, die sich über Kompression und Dekompression des Zylinders ergibt ohne Drehmomentabgabe.
  • Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Referenzsignal und das modulierte Winkelsignal zu einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert werden. Der Zeitpunkt kann praktisch beliebig gewählt werden und fällt nicht mit einer ausgewiesenen Stellung der Kurbelwelle zusammen. Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass zu der Schwankungsbreite der Mo mentandrehzahl bzw. der Differenz zwischen dem moduliertem Winkelsignal und dem Referenzsignal ein zugeordneter Drehmomentwert in einem Kennfeld abgelegt ist. Ein Kennfeld kann leicht im Versuch ermittelt werden und im Betrieb der Brennkraftmschine ohne Rechenaufwand und Zeitverzögerung ausgelesen werden.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass aus den Differenzen aufeinander folgender lokaler Minima und Maxima der Momentandrehzahl ein Istwert eines Drehmomentbeitrags eines einzelnen Zylinders ermittelt wird. Statt das Drehmoment über der Zeit zu mitteln wird so ein Drehmomentbeitrag jedes einzelnen Zylinders in dessen Arbeitstakt, also in dem Takt, in dem die Zündung des Gemisches erfolgt, ermittelt. Ist der Istwert des Drehmomentbeitrag jedes Zylinders identisch, so sind Unterschiede auf Streuungen der Einspritzventile zurückzuführen. Deren Timing (Öffnungs- und Schließzeitpunkt) kann nun korrigiert werden, um gleiche Drehmomentbeiträge zu erhalten.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass aus dem Istwert des Drehmomentbeitrags des Zylinders und einem Vergleich mit einem Sollwert des Drehmomentbeitrages ein Korrekturwert für Ansteuergrößen eines dem Zylinder zugeordneten Einspritzventils ermittelt wird. Der Korrekturwert kann z. B. ein Offset für Einspritzbeginn oder -ende sein.
  • Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Verfahren die Schritte
    • – Ermittlung eines Kennfeldes Schwankungsbreite der Momentandrehzahl zu Kurbelwellenmoment über der gemittelten Drehzahl und Ablegen desselben in einem Kennfeld;
    • – Ermittlung einer Schwankungsbreite der Momentandrehzahl und der gemittelten Drehzahl;
    • – Ermittlung eines Drehmomentes aus einem Kennfeld durch Vergleich der Schwankungsbreite mit einem in dem Kennfeld abgelegten Wert und Entnahme des dem Wert zugeordneten Drehmomentwertes umfasst
  • Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine deren Kurbelwelle mit einer Geberradscheibe verbunden ist, der ein Sensor zugeordnet ist, welcher Markierungen der Geberradscheibe in ein elektrisches Signal umsetzt, das eine Drehung der Kurbelwelle um einen bestimmten Drehwinkel repräsentiert, wobei die Brennkraftmaschine elastisch in der Vorrichtung gelagert ist, wobei aus dem Signal des Sensors eine Momentandrehzahl der Kurbelwelle ermittelt wird und aus einer Schwankungsbreite der Momentandrehzahl der Kurbelwelle über einen bestimmten Zeitraum das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment ermittelt wird.
  • Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird
  • Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine Skizze einer Brennkraftmaschine;
  • 2 eine Anordnung zur Drehzahlerfassung bei einer Brennkraftmaschine;
  • 3 Signalverläufe von Winkelsignalen;
  • 4 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 5 ein Diagramm der Momentandrehzahl einer Brennkraftmaschine für eine geringe Einspritzmenge;
  • 6 ein Diagramm der Momentandrehzahl einer Brennkraftmaschine für eine hohe Einspritzmenge.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 1 zeigt eine Skizze einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Motorblock 2, mehreren Zylindern 3, in denen in bekannter Art und Weise Kolben, die über Pleuel auf eine Kurbelwelle 4 einwirken, angeordnet sind sowie einen Zylinderkopf 5. Die Brennkraftmaschine 1 ist in ei nem nicht näher dargestellten Motorraum eines Fahrzeuges angeordnet, wobei sich die Brennkraftmaschine 1 zum einen über die Kurbelwelle 4 und eine nicht dargestellte Fahrzeugkupplung sowie ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe, zum anderen über mehrere Motorblockaufhängungen 6 an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie abstützt.
  • Wenn die Brennkraftmaschine 1 ein Antriebsmoment M_A über die Kurbelwelle 4 an den nicht dargestellten weiteren Antriebsstrang des Fahrzeuges abgibt, erfordert das Momentengleichgewicht, dass ein entsprechendes Abstützmoment M_S über die Motoraufhängung in die Karosserie des Fahrzeuges eingeleitet wird. Ist das Antriebsmoment M_A nicht konstant, sondern über die Zeit veränderlich, so ist für das Momentengleichgewicht zusätzlich das Trägheitsmoment M_T der Brennkraftmaschine 1 zu berücksichtigen, wobei sich sämtliche Momente zu 0 addieren.
  • Die Motorblockaufhängungen 6 umfassen motorblockfeste Elemente 7 sowie karosseriefeste Elemente 9, die über elastische Verbindungsmittel 8 miteinander verbunden sind.
  • Durch die elastische Aufhängung der Brennkraftmaschine führt diese Drehbewegung bzw. lineare Bewegung x und y aus. Mit x sind hier Bewegungen der motorblockfesten Elemente 7 gegenüber den karosseriefesten Elementen 9 bezeichnet, mit y sind beispielhaft Bewegungen des Zylinderkopfes 5 gegenüber der Karosserie bezeichnet.
  • An der Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine 1 liegt das Drehmoment M_A an, welches in der Frequenz der Arbeitstakte schwankt. Daraus ergibt sich eine Schüttelbewegung der Brennkraftmaschine in Form der Bewegungen x und y aufgrund der Trägheit des Antriebsstranges. Diese Schüttelbewegungen hängen bezüglich ihrer Frequenz von der Motordrehzahl ab, bezüglich der Amplitude hängen diese von der abgegebenen Leistung und bezüglich der Phasenlage vom Zündzeitpunkt ab.
  • Die sich einstellende Mittellage oder Nulllage der Brennkraftmaschine bzw. des Motorblocks in der drehbar gelagerten Aufhängung ist ein direktes Maß für die mittlere abgegebene Leistung. Schwingt der Motorblock um seine Nullage, so befindet sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf, ist deren mittlere Lage negativ, so ist die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb, ist die mittlere Lage positiv, so gibt die Brennkraftmaschine ein Drehmoment ab. Eine positive Auslenkung ist eine Drehung aus der Nullage entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle, eine negative Auslenkung entsprechend in Drehrichtung der Kurbelwelle.
  • 2 zeigt eine Skizze mit einer Geberscheibe 11, die unmittelbar an der Kurbelwelle 4 angeordnet ist oder alternativ mittelbar mittels Getriebeelementen bezüglich der Rotation mit der Kurbelwelle 4 bzw. einer in 1 nicht dargestellten Nockenwelle verbunden ist. Die Geberscheibe 11 rotiert um eine Achse 12. Am Außenumfang der Geberscheibe 11 sind Geberradmarken 13 angeordnet. Die Geberradmarken 13 bestehen aus Zähnen 14, die jeweils äquidistant über den Außenumfang der Geberscheibe 11 angeordnet sind. Zwischen den Zähnen 14 sind jeweils Zahnlücken 17 angeordnet. Eine weitere Geberradlücke 15, beispielsweise wie hier dargestellt in Form einer doppelt so breiten Zahnlücke 17 eines breiteren oder doppelt so breiten Zahnes 14 oder dergleichen, markiert eine ausgewiesene Nullstellung der Kurbelwelle. An der Geberradscheibe 11 ist ein Geber 16 angeordnet, der ein elektrisches Signal W liefert, dass in Form z. B. eines Rechtecksignals die Zähne 14 und Zahnlücken 17 bzw. die Geberradlücke 15 repräsentiert. Durch Rotation der Kurbelwelle 4 bzw. der Nockenwelle und damit der Geberscheibe 11 werden jeweils die Zähne 14 sowie die Geberradlücke 15 an dem Geber 16 vorbeigeführt. Dadurch wird ein elektrisches Signal in dem Geber 16 ausgelöst. Der Geber 16 kann ein induktiver Sensor, ein Hall-Sensor, ein kapazitiver Sensor oder dergleichen sein. Alternativ kann dieser auch optisch arbeiten, z. B. wenn dieser durch die Zähne 14 bzw. die Markierung 15 hervorgerufene optische Veränderungen messen kann.
  • Der Geber 16 ist karosseriefest angeordnet. Durch einen Vergleich der Signale des Gebers 16 mit einem Referenzsignal, das dem Signal eines fest mit der Brennkraftmaschine verbundenen Sensors entspricht, können Relativbewegungen der Brennkraftmaschine gegenüber der Karosserie erfasst werden.
  • 3 zeigt Signalverläufe des Gebers 16, sowie den Verlauf eines Referenzsignales und aus den zuvor genannten Signalen abgeleitete Größen. Dargestellt sind jeweils die Signalverläufe S über den Kurbelwellenwinkel KW in Grad [°]-Kurbelwelle. Die Signalverläufe S können z. B. Spannungen oder logischen Werten wie z. B. 0, 1 und –1 entsprechen. Die Darstellung der 3 deckt einen Bereich von einem willkürlich gewählten Nullpunkt 0°KW bis etwa 23°KW ab, die Werte für 5°, 10°, 15° und 20° sind stellvertretend in dem Diagramm angegeben. Dargestellt ist ein unmoduliertes Winkelsignal UW, das als zunächst theoretische Größe dem Signal des Gebers 16 ohne jede aufmodulierte Schüttelbewegung der Brennkraftmaschine entspricht. Die Schüttelbewegung wird als Modulation M überlagert. Die Modulation M hat eine Frequenz, die deutlich niedriger ist als die des unmodulierten Winkel signales. Zum Beispiel wird bei einem Vierzylindermotor eine steigende Flanke aufgrund der üblichen 58 + 2 Zahneteilung des Geberrades alle 6°KW auftreten. Die Schüttelbewegung ist üblicherweise harmonisch mit der Zündung eines Zylinders, so dass bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine als Grundfrequenz etwa die doppelte Frequenz der Drehzahl der Kurbelwelle auftritt. Die Frequenz der Modulation ist auf diese Weise in etwa 1/30 des unmodulierten Winkelsignales. Daher stellt sich die Modulation in 3 näherungsweise als Gerade dar. Die Modulation M bewirkt eine zeitliche Verschiebung des unmodulierten Winkelsignales, daraus resultiert ein moduliertes Winkelsignal MW. Dieses entspricht dem in 2 durch den Geber 16 gelieferten Signal W. Das modulierte Winkelsignal MW ist in 3 unter dem unmodulierten Winkelsignal UW und der Modulation M eingezeichnet. Die Linie darunter ist ein Differenzsignal DW, dieses ist die Differenz des unmodulierten Winkelsignales von dem modulierten Winkelsignal, also DW = MW – UW. Das unmodulierte Winkelsignal UW, das modulierte Winkelsignal MW und das daraus resultierende Differenzsignal DW können jeweisl nur die Werte 0 und 1 annehmen. Die von 0 verschiedenen Werte des Differenzsignales DW, mithin der zwischen jeweils einer steigenden und einer fallenden Flanke eingeschlossene von 0 verschiedene Wert, ist ein Maß für die Größe der Modulation.
  • Unterhalb des Differenzsignales D_W ist ein über der Zeit integrierter Wert Int(D_W) des Differenzsignales DW dargestellt. Der Nullpunkt für 0°KW in 3 kann willkürlich gewählt werden, es ist dies keine ausgewiesene Stellung der Kurbelwelle. Bei 0°KW werden lediglich die Signale des unmodulierten Winkelsignals UW und das Signal des modulierten Winkelsignals MW synchronisiert.
  • Das unmodulierte Winkelsignal kann beispielsweise ein über der Zeit gemitteltes Signal des modulierten Winkelsignales sein. Wird das modulierte Winkelsignal beispielsweise über mindestens eine halbe Kurbelwellenumdrehung bei einem Vierzylindermotor, so dass zumindest eine komplette Periode der Schüttelbewegung durchgeführt wurde, gemittelt, so fällt der Anteil der Modulation im Wesentlichen weg und man erhält das unmodulierte Winkelsignal. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ermittlung des über die Zeit integrierten Wertes int(DW) des Differenzsignals DW. In einen Block 101 wird zunächst das modulierte Winkelsignal mittels des Gebers 16 bestimmt. In einem Block 102 wird ein über der Zeit bestimmter Mittelwert des modulierten Signals bestimmt und daraus das unmodulierte Winkelsignal (UW) bestimmt. In einem danach angeordneten Block 103 wird das Differenzsignal DW = MW – UW ermittelt. Dies wird in einem Block 104 über die Zeit integriert, so dass das Signal int(DW) erhalten wird. In einem Block 105 wird dieser Wert verglichen mit einem in einem Kennfeld abgelegten Wert, dem, möglicherweise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ein Wert des momentanten Drehmomentes an der Kurbelwelle zugeordnet ist. Die Betriebsabhängigkeit kann durch Parameter, die in die Auswertung des Kennfeldes eingehen, wie z. B. Einspritzmenge, Einspritztiming, Luftmenge, Zündzeitpunkt und dergleichen, berücksichtigt werden. Am Ende des Verfahrens steht in einem Schritt 106 das aktuell an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment der Brennkraftmaschine bereit.
  • 5 und 6 zeigen Diagramme der Momentandrehzahl n_m einer Brennkraftmaschine für unterschiedliche Einspritzmengen. Dargestellt ist jeweils die Momentandrehzahl n_m von Segment zu Segment in Umdrehung pro Minute (rpm) über der Anzahl der Inkremente. Die mittlere Drehzahl n beträgt jeweils 800 1/min. In 5 ist eine geringe Einspritzmenge von 6,6 mg pro Einspritzung (stroke) dargestellt, dies korrespondiert mit einem geringen Kurbelwellendrehmoment, in 6 ist eine große Einspritzmenge von 36,9 mg/Einspritzung dargestellt. Dies korrespondiert mit einem großen Drehmoment der Kurbelwelle. Die Minimalwerte und Maximalwerte der Momentandrehzahl n_m sind jeweils die Maxima bzw. Minima der Kurve, ein mittlerer Wert jeweils einhüllende Geraden A (Maximalwert) bzw. B (Minimalwert) der Kurven parallel zur Abszisse. In 5 beträgt die jeweils minimale Momentandrehzahl n_min jeweils etwa 760 1/min, die momentane Maximaldrehzahl n_max etwa 830 1/min. Entsprechend kann aus der 6 eine minimale Momentandrehzahl n_min von etwa 730 1/min und eine maximale Momentandrehzahl von etwa 870 1/min entnommen werden. Die Spanne der Drehzahlschwankungen Δn_m = n_max – n_min, hier als Schwankungsbreite bezeichnet, korreliert dabei mit dem an der Kurbelwelle anliegenden Drehmoment. Es kann daher für jede Brennkraftmaschine ein Kennfeld bestimmt werden, dass der Differenz zwischen maximaler und minimaler Momentandrehzahl einen Drehmomentwert des an der Kurbelwelle anliegenden Drehmomentes zuordnet. Um diesen Wert zu bestimmen, könnten also über eine geeignete Anzahl von Inkrementen, im vorliegenden Fall also mindestens etwa 20, der Minimalwert und der Maximalwert der Momentandrehzahl bestimmt werden. Dies findet effektiv bei den zuvor anhand der 3 und 4 dargestellten Verfahren statt. Nur wird dort durch die Differenzbildung und anschließende Integration über der Zeit ein Mittelwert der Maxima und Minima gebildet, dies entspricht also der Ermittlung eines Mittelwertes der minimalen Momentandrehzahlen und der maximalen Momentandrehzahlen über eine größere Anzahl von Inkrementen.
  • In 5 und 6 sind jeweils Differenzen aufeinanderfolgender Minima und Maxima der Momentandrehzahl gekennzeichnet. Diese sind als Z1 bis Z6 bezeichnet. Die Differenzen Z1 bis Z6 können jeweils einem Arbeitstakt eines Zylinders zugeordnet werden, also einer Zündung des Kraftstoff/Luftgemisches im Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders. Der im Arbeitstakt befindliche Zylinder, also der Zylinder, der gerade gezündet hat, wird über den absoluten Kurbelwellenwinkel, der in Form der Zahnzeit bekannt ist, zugeordnet. Die Differenz der Momentandrehzahl zwischen aufeinanderfolgenden Minima und Maxima der Momentandrehzahl ist ein Maß für das aktuell abgegebene Drehmoment, das dem jeweiligen Zylinder zugeordnet werden kann. Das Drehmoment korreliert bei sonst gleichen Betriebsparametern wie Luftmenge, Lufttemperatur, Zündzeitpunkt, Abgasrückführung, Ventilöffnungszeiten und dergleichen mit der eingespritzten Kraftstoffmenge. Unterschiede in den Differenz Z1 bis Z6 zweier aufaneinaderfolgender Minima und Maxima der Momentandrehzahl können so den jeweiligen Einspritzmengen zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine Kalibrierung der Einspritzdüsen. Ist die Schwankungsbreite zweier aufeinanderfolgender Minima und Maxima größer als die benachbarter Differenzen, so ist die eingespritzte Kraftstoffmenge ebenfalls größer. So ist z. B. die Differenz Z3 in 5 größer als die Differenz Z4. Die in dem Arbeitstakt des der Differenz Z3 zugeordneten Zylinders eingespritzte Kraftstoffmenge ist größer als die die in dem Arbeitstakt des der Differenz Z4 zugeordneten Zylinders eingespritzte Kraftstoffmenge. Gleiches gilt für die Differenz Z5 gegenüber der Differenz Z3 in 6. Aus den Differenzen können mit dem zuvor beschriebenen Verfahren unmitelbar aus dem Kennfeld Momentenbeiträge der einzelnen Zylinder ermittelt werden. Die Relation der Momentenbeiträge kann sodann zur Kalibrierung der Einspritzzeiten verwendet werden, indem diese mit einem Korrekturfaktor belegt werden, der z. B. mittels eines Kennfeldes oder einer Zuordnungsfunktion aus den Quotienten der Differenzen bestimmt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise durch ein in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine ablaufendes Computerprogramm durchgeführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005047578 [0004]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bestimmung des an einer Kurbelwelle (4) einer Brennkraftmaschine (1) anliegenden Drehmoments (M_A), wobei die Kurbelwelle mit einer Geberradscheibe (11) verbunden ist, der ein Sensor (16) zugeordnet ist, welcher Markierungen (14, 15, 17) der Geberradscheibe (11) in ein elektrisches Signal umsetzt, das eine Drehung der Kurbelwelle (4) um einen bestimmten Drehwinkel (°KW) repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal (W) des Sensors eine Momentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle ermittelt wird und aus einer Schwankungsbreite (Δn_m) der Momentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle (4) über einen bestimmten Zeitraum das an der Kurbelwelle (4) anliegende Drehmoment (M_A) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite (Δn_m) als Differenz einer maximalen Momentandrehzahl (n_max) und einer minimalen Momentandrehzahl (n_min) über einen bestimmten Zeitraum ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal (W) des Sensors (11) ein moduliertes Winkelsignal (MW) ermittelt wird und aus der Differenz zwischen dem moduliertem Winkelsignal (MW) und einem Referenzsignal (UW) das Drehmoment (M_A) der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (UW) aus einem über die Zeit gemittelten Verlauf der Momentandrehzahl (n_m) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (UW) einem gespeicherten Signalverlauf entnommen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gespeicherte Signalverlauf das Signal (W) des Sensors (11) während eines Schubbetriebes der Brennkraftmaschine über einen Messzeitraum ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (UW) und das modulierte Winkelsignal (MW) zu einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Schwankungsbreite der Momentandrehzahl (n_m) bzw. der Differenz zwischen dem moduliertem Winkelsignal (MW) und dem Referenzsignal (UW) ein zugeordneter Drehmomentwert (MA) in einem Kennfeld abgelegt ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Differenzen aufeinander folgender lokaler Minima und Maxima der Momentandrehzahl ein Istwert eines Drehmomentbeitrags eines einzelnen Zylinders ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Istwert des Drehmomentbeitrags des Zylinders und einem Vergleich mit einem Sollwert des Drehmomentbeitrages ein Korrekturwert für Ansteuergrößen eines dem Zylinder zugeordneten Einspritzventils ermittelt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die Schritte – Ermittlung eines Kennfeldes Schwankungsbreite der Momentandrehzah zu Kurbelwellenmoment und Ablegen desselben in einem Kennfeld; – Ermittlung einer Schwankungsbreite der Momentandrehzahl; – Ermittlung eines Drehmomentes aus einem Kennfeld durch Vergleich der Schwankungsbreite mit einem in dem Kennfeld abgelegten Wert und Entnahme des dem Wert zugeordneten Drehmomentwertes umfasst.
  12. Vorrichtung, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (1) deren Kurbelwelle (4) mit einer Geberradscheibe (11) verbunden ist, der ein Sensor (16) zugeordnet ist, welcher Markierungen (14, 15, 17) der Geberradscheibe (11) in ein elektrisches Signal (W) umsetzt, das eine Drehung der Kurbelwelle (4) um einen bestimmten Drehwinkel (°KW) repräsentiert, wobei die Brennkraftmaschine (1) elastisch in der Vorrichtung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal (W) des Sensors (16) eine Momentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle (4) ermittelt wird und aus einer Schwankungsbreite (Δn_m) der Mo mentandrehzahl (n_m) der Kurbelwelle (4) über einen bestimmten Zeitraum das an der Kurbelwelle (4) anliegende Drehmoment (M_A) ermittelt wird.
  13. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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