DE102012219466A1

DE102012219466A1 - Verfahren zum Erkennen einer stabilen Verbrennung

Info

Publication number: DE102012219466A1
Application number: DE201210219466
Authority: DE
Inventors: Christian Flach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-24
Also published as: KR102038897B1; KR20140052858A; CN103775223B; CN103775223A

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erkennen einer stabilen Verbrennung während des Startvorganges und des Betriebs eines geschleppten Verbrennungsmotors wird ein Signal eines Kurbelwellendrehzahlgebers überwacht und durch die Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors charakterisierende Merkmale dieses Signals auf das Vorhandensein eines stabilen Verbrennungsvorgangs geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer stabilen Verbrennung eines Verbrennungsmotors nach der Gattung des Anspruchs 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
In heutigen Fahrzeugen werden Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren gestartet. Die Erkennung des Startendes erfolgt heute üblicherweise anhand einer Drehzahlschwelle, die oberhalb der Selbstlaufgrenze des Verbrennungsmotors und der maximalen Starterdrehzahl liegt. Der Verbrennungsmotor ist nämlich nur bei Vorhandensein einer stabilen Verbrennung in der Lage, diese Drehzahl während eines Startvorganges zu erreichen. Und nur in diesem Fall ist ein Selbstlauf des Verbrennungsmotors sichergestellt. Das Erkennen des Überschreitens der Drehzahlschwelle enthält eine kombinierte Information, nämlich die Information, dass die Drehzahl die Schwelle überschritten hat und dass eine stabile Verbrennung vorliegt.
Hybridfahrzeuge bieten nun die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor vor Freigabe der Kraftstoffeinspritzung auf eine deutlich höhere Drehzahl als die Selbstlaufgrenze zu „bringen“, denn die Elektromotoren von Hybridfahrzeugen weisen praktisch immer wesentlich höhere Leistungen auf als die Startermotoren konventioneller Fahrzeuge. Durch diese Möglichkeit, den Verbrennungsmotor auf eine deutlich höhere Drehzahl als die Selbstlaufgrenze anzutreiben, ist eine Information über eine stabile Verbrennung nicht mehr ausschließlich über eine Schwelle der Motordrehzahl möglich. Gleichzeitig soll aber nicht zuletzt aus Kostengründen und zur Reduzierung von weiteren Störfaktoren zusätzliche Sensorik weitestgehend vermieden werden, um auch bei Hybridfahrzeugen eine stabile Verbrennung des Verbrennungsmotors und insbesondere das Startende auf zuverlässige Weise zu erkennen. Außerdem soll die an einem Serienmotor vorhandene Messtechnik verwendet werden, um eine Information über eine stabile Verbrennung bei einem Motorstart zu erhalten.
Diese Problematik gilt für Hybride gemäß UNO-Definition (http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridantrieb), für Mehrsystemfahrzeuge wie beispielsweise dieselelektrisch angetriebene Lokomotiven, bimodale Schienenfahrzeuge wie Zweikrafttriebwagen, Flugzeuge mit Mischantrieb, Wasserfahrzeuge mit dieselelektrischem Antrieb, etc.. Gemein ist allen betroffenen Systemen, dass mindestens zwei Energiewandler vorhanden sind, deren einer eine Verbrennungskraftmaschine im Sinne eines Hubkolbenmotors ist. Mindestens ein weiterer Energiewandler kann mehr Energie ins System einbringen als nötig ist um den Verbrennungsmotor auf eine höhere Drehzahl als die im Stand der Technik definierte Drehzahlgrenze zu bringen. Im Folgenden werden die beteiligten Energiewandler in einen primären Energiewandler, der mit dem Verbrennungsmotor identisch ist, und sekundäre Energiewandler, beispielsweise eine elektrische Maschine oder ein hydraulischer Motor, unterschieden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Durch das Verfahren zum Erkennen einer stabilen Verbrennung eines geschleppten Verbrennungsmotors, bei dem die zusätzliche Änderung eines Signals eines Kurbelwellendrehzahlgebers kontinuierlich überwacht und dieses Signal ausgewertet wird, um auf das Vorhandensein eines stabilen Verbrennungsvorgangs zu schließen, können auf sehr zuverlässige Weise mit Hilfe der bei Serienverbrennungsmotoren vorhandenen „Messtechnik“ Aussagen über das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung gewonnen werden. Die zeitliche Änderung eines Signals eines Kurbelwellendrehzahlgebers kontinuierlich überwachen bedeutet dabei, nicht nur das Feststellen des Erreichens einer Schwelle zu detektieren, sondern kontinuierlich die zeitliche Änderung des Signals des Kurbelwellendrehzahlgebers zu erfassen und hieraus Schlüsse zu ziehen, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Grundidee der Erfindung ist es, das Signal eines Kurbelwellendrehgebers möglichst präzise auszuwerten und aufgrund dieses Signals das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung des Verbrennungsmotors auf der Basis der Form einer Drehunförmigkeit zu erkennen. Da Hubkolbenmotoren nicht wie etwa Turbinen kontinuierlich laufen, sondern einen in verschiedene Takte aufgeteilten Prozess durchlaufen, kommt es an der Kurbelwelle zu einer Drehzahl- und Momentenpulsation, die um einen stationären Mittelwert schwankt. Die Form der Drehunförmigkeit wird dabei bestimmt durch die Anzahl der Zylinder, den Druckverlauf im Zylinder, die Geometrie und die Massen der Motorbauteile, das Arbeitsverfahren (Zweitakt- bzw. Viertaktverfahren) sowie den Betriebspunkt des Motors. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass die Form der Drehunförmigkeit aufgrund der Verbrennung eine signifikante Änderung erfährt, wenn die Kraftstoffzufuhr in die Brennräume des Verbrennungsmotors gestartet wird. Im Folgenden wird der Betrieb des Verbrennungsmotors ohne Kraftstoffzufuhr als „geschleppt“, der Betrieb des Verbrennungsmotors nach Beginn der Kraftstoffzufuhr als „befeuert“ bezeichnet. Die zur Verbrennung bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren benötigte Zufuhr der Zündenergie wird als synchronisiert mit der Kraftstoffzufuhr angenommen, womit nach Beginn der Kraftstoffzufuhr auch bei fremdgezündeten Motoren vom befeuerten Betrieb ausgegangen wird.
Auf diese Weise können zusätzliche Sensoren, Messeinrichtungen oder dergleichen entfallen und es können zusätzliche sehr aufwendige Verfahren, wie beispielsweise die Überwachung des Drehmoments des sekundären Energiewandlers oder dergleichen entfallen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren verwendet werden, um das Startende eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zu erkennen. Das Startende ist gegeben, wenn eine stabile Verbrennung vorliegt. Das Verfahren kann aber ebenso dazu verwendet werden, während des Betriebs einen stabilen Lauf des Verbrennungsmotors zu detektieren. Nämlich beispielsweise dann, wenn während des Betriebs die Verbrennung im primären Energiewandler gezielt oder durch Fehler im System zum Erliegen kommt, während die Motordrehzahl durch Einwirkung eines sekundären Energiewandlers oder des Antriebsstranges keine signifikante Änderung erfährt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise in diesem Fall das Aussetzen und Wiedereinsetzen der Verbrennung zuverlässig erkannt werden um eine Betriebsstrategie in vorteilhafter Weise zu beeinflussen.
Bevorzugt wird der primäre Energiewandler, d.h. der Verbrennungsmotor, durch einen weiteren Energiewandler, beispielsweise einen Elektromotor, geschleppt. „Geschleppt“ kann aber auch bedeuten, dass sich das Fahrzeug im Schubbetrieb befindet und das „Schleppen“ aufgrund der Trägheit des Fahrzeugs durch den Antriebsstrang erfolgt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus dem Signal eine die Drehzahl charakterisierende Größe und/oder eine den zeitlichen Verlauf der Drehzahl charakterisierende Größe und/oder eine die Winkellage zum sogenannten Zünd-OT des Zylinders (ZOT) charakterisierende Größe bestimmt wird/werden.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens, das eine die Drehzahl charakterisierende Größe, nämlich die zeitliche Drehzahländerung verwendet, ist vorgesehen, dass Drehzahländerungen im geschleppten Betrieb des Verbrennungsmotors und nach Beginn der Kraftstoffzufuhr im befeuerten Zustand des Verbrennungsmotors bestimmt werden, der Betrag der Differenz dieser Drehzahländerungen bestimmt wird, der Betrag mit einer vorgebbaren Schwelle verglichen wird und dann, wenn der Betrag die vorgebbare Schwelle überschreitet, auf eine stabile Verbrennung des Verbrennungsmotors geschlossen wird. Der Beginn der Kraftstoffzufuhr ist bei elektronischen Motorsteuerungen bekannt und die entsprechenden Daten können dem Steuergerät entnommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese Information auch über eine Auswertung der Nadelbewegung der Einspritzventile, also dem Öffnen eines oder mehrerer Einspritzventile, bereitgestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens, welches zusätzlich eine die Winkellage zum oberen Totpunkt charakterisierende Größe benutzt, ist vorgesehen, dass die zeitliche Änderung der Drehzahl vor dem oberen Totpunkt im Verdichtungstakt eines Viertakt-Verbrennungsmotors und die zeitliche Änderung der Drehzahl nach dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt bestimmt werden. Der beschriebene obere Totpunkt (OT) zwischen Verdichtungs- und Arbeitstakt entspricht dem sog. Zünd-OT (ZOT) des Viertaktverbrennungsmotors und liegt im Drehzahlminimum. Der Hintergrund dieser Vorgehensweise liegt darin, dass ein geschleppter Verbrennungsmotor einen anderen zeitlichen Verlauf der Drehzahl im Arbeitstakt aufweist als ein Verbrennungsmotor, der selbsttätig aufgrund eines stabilen Verbrennungsvorgangs läuft. Deshalb kann sowohl durch

a) Bilden einer Differenz zwischen dem Wert einer den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl charakterisierenden Größe in einem vorgebbaren Winkelbereich nach dem ZOT (Arbeitstakt) im geschleppten und im befeuerten Betrieb und Vergleich der Differenz mit einer vorgebbaren Schwelle

b) Bildung der Differenz zwischen den Werten einer den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl charakterisierenden Größe in vorgebbaren Winkelbereichen vor (Verdichtungstakt) und nach (Arbeitstakt) dem ZOT und Vergleich der Differenz mit einer vorgebbaren Schwelle

Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass sowohl der Bereich, in dem der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl im Verdichtungs- und/oder Arbeitstakt bestimmt wird als auch die Differenzschwellen abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und zusätzlich oder stattdessen von anderen Motorparametern wie beispielsweise Motortemperatur, Öltemperatur, Ladedruck, Drosselklappenwinkel, Einspritzmenge usw. vorgebbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht nur bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor einsetzbar, sondern auch bei einem Zweitakt-Verbrennungsmotor. In diesem Falle wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens, welches eine die Winkellage zum oberen Totpunkt charakterisierende Größe verwendet, der zeitliche Verlauf der Verbrennungsmotordrehzahl in einem Winkelbereich im ersten Takt vor OT und der zeitliche Verlauf der Drehzahl in einem Winkelbereich im zweiten Takt, also vor und nach dem OT eines Zweitakt-Verbrennungsmotors, bestimmt. Bei einem Zweitakt-Motor ist jeder obere Totpunkt zugleich auch Zünd-OT. In der vorliegenden Anmeldung wird im Zusammenhang mit Zweitakt-Verbrennungsmotoren von oberem Totpunkt (OT) gesprochen. Analog zu dem oben beschriebenen Verfahren für Verbrennungsmotoren, die nach dem Viertaktverfahren arbeiten, kann durch Differenzbildung einer den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl charakterisierenden Größe zwischen

a) dem zweiten Takt im geschleppten und befeuerten Betrieb und
b) dem ersten und dem zweiten Takt

Auch in diesem Falle können sowohl die Vergleichsschwellen als auch der Bereich, in dem die zeitliche Änderung der Drehzahl während des ersten und/oder des zweiten Takts bestimmt wird, abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder weiteren die Drehunförmigkeit beeinflussenden Motorparametern wie z.B. der Öltemperatur vorgebbar sein.
Die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens und seiner Varianten können als Computerprogramm implementiert sein, das auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät eines Verbrennungsmotors, abläuft. Das Computerprogramm kann auf einem Computerprogrammprodukt mit Programmcode gespeichert sein. Auf diese Weise kann das Verfahren in bestehende Steuergerätesoftware eingespielt werden. Dies insbesondere auch deshalb, weil das Verfahren sehr vorteilhaft keine zusätzliche Hardware erfordert, sondern in bestehenden Hardwareumgebungen sofort einsetzbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch den zeitlichen Drehzahlverlauf zur Erläuterung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 schematisch den zeitlichen Drehzahlverlauf zur Erläuterung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 schematisch den zeitlichen Drehzahlverlauf zur Erläuterung einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In heutigen Fahrzeugen werden Verbrennungsmotoren mittels Elektromotoren gestartet. Gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird bei Verwendung konventioneller Startermotoren die Drehzahl des Verbrennungsmotors erfasst und ein Startende erkannt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors über einer Drehzahlschwelle liegt, die oberhalb der Selbstlaufgrenze des Verbrennungsmotors und der maximalen Starterdrehzahl liegt. Das Überschreiten der Drehzahlschwelle enthält dabei gewissermaßen eine kombinierte Information, nämlich zum einen das Überschreiten der Drehzahlschwelle und – zum anderen – die Information über das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung. Über dieses an sich bekannte Konzept des Verbrennungsmotors mit einer elektrischen Starteinrichtung hinaus gibt es heute diverse Systeme, die über mindestens zwei Energiewandler verfügen, um einen Antrieb zu gewährleisten. Dazu zählen beispielsweise Schiffe und Lokomotiven mit dieselelektrischem Antrieb und sogenannte Hybridfahrzeuge, die über wenigstens einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor verfügen. In diesem Falle ist der Elektromotor in der Lage, sowohl das Fahrzeug anzutreiben als auch den Verbrennungsmotor zu starten. Ferner gibt es insbesondere im kommunalen Bereich auch Fahrzeuge, bei denen das Hybridkonzept aus einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Hydraulikmotoren besteht. Die Hydraulikmotoren werden dabei von unter Druck stehendem Hydraulikfluid gespeist, wobei der Druck zuvor mit Hilfe des Verbrennungsmotors bzw. durch Bremsenergierückgewinnung erzeugt wurde.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient der Erkennung eines stabilen Laufs des Verbrennungsmotors und insbesondere der Erkennung des Startendes des Verbrennungsmotors.
In jedem System, das über mindestens zwei Energiewandler verfügt, von denen einer ein Verbrennungsmotor ist und mindestens ein weiterer in der Lage ist, den Verbrennungsmotor vor Freigabe der Kraftstoffeinspritzung auf eine höhere Drehzahl als die im Stand der Technik beschriebene Drehzahl oberhalb einer maximalen Starterdrehzahl zu bringen, ist eine Information über eine stabile Verbrennung nicht mehr ausschließlich über eine Schwelle der Motordrehzahl möglich. Mit Hilfe des nachstehend beschriebenen Verfahrens ist es möglich, das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung auch in diesen Fällen zu bestimmen. Dabei kann auch eine Rückmeldung erfolgen, ob der Verbrennungsmotor eine stabile Verbrennung bei Hybridkonzepten aufweist, bei denen die Freigabe der Verbrennung im Vergleich zu konventionellen Starterabwurfdrehzahlen erst bei höheren Drehzahlen erfolgt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Freigabe der Verbrennung durch ein überlagertes Fahrzeug- oder Hybridsteuergerät erfolgt, welches eine weitere „Strategie“ davon abhängig macht, ob der Start des Verbrennungsmotors erfolgreich war oder nicht. Neben der Erkennung einer stabilen Verbrennung während des Starts des Verbrennungsmotors kann es für solche Systeme, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor ausschließlich dafür genutzt wird, einem weiteren Energiewandler Energie zur Verfügung zu stellen und keinen Vortrieb erzeugen kann, vorteilhaft sein, ein Erliegen bzw. Wiedereinsetzen der Verbrennung im Verbrennungsmotor zu erkennen, was ebenfalls Auswirkungen auf die Strategie eines „überlagerten“ Steuergerätes haben kann.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, ein Drehzahlsignal des Verbrennungsmotors, welches präzise mittels eines Kurbelwellendrehzahlgebers erfasst werden kann, auszuwerten. Dabei verwendet die Erfindung die Erkenntnis, dass ein befeuerter Motor eine signifikant höhere Drehunförmigkeit aufweist als ein geschleppter Motor bei gleicher Drehzahl. So lassen sich unter anderem höhere Gradienten der Winkelgeschwindigkeit im Arbeitstakt beobachten, die durch den Verbrennungsdruck bedingt sind. Durch eine hinreichend präzise Auswertung des Signals des Kurbelwellendrehzahlgebers können sowohl eine Drehzahlinformation als auch ein die Winkellage relativ zum oberen Totpunkt charakterisierendes Signal bestimmt werden. Für die gesamte Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass es sich dann, wenn vom oberen Totpunkt (OT) gesprochen wird, immer um den Zünd-OT eines Zylinders (ZOT) handelt. Der ZOT liegt im Drehzahlminimum (vergleiche 2). Durch die Auswertung des Drehzahlsignals und gegebenenfalls der Winkellage ist es möglich, eine Information darüber zu generieren, ob eine momentenbildende Verbrennung im Verbrennungsmotor stattfindet oder nicht. Dies kann im Prinzip auf unterschiedliche Weise geschehen. Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend in Verbindung mit 1 erläutert. 1a zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl n bei einem geschleppten Verbrennungsmotor und 1b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Verbrennungsmotors bei einem befeuerten Motor, genauer bei einem Motor mit stabiler Verbrennung. Der Drehzahlverlauf über der Zeit des geschleppten Verbrennungsmotors weist eine Amplitude Δn_{mot 1} auf, wohingegen der Drehzahlverlauf des befeuerten Verbrennungsmotors eine Amplitude Δn_{mot 2} aufweist. Es wird nun bei dieser ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine stabile Verbrennung geschlossen, wenn die Differenz der Drehzahl-Amplituden Δn_{mot 2} und Δn_{mot 1} größer als eine vorgebbare Schwelle S1 ist: Δn_{mot 2} – Δn_{mot 1} > S1.
Der befeuerte Zustand des Verbrennungsmotors wird dabei durch Vorliegen von Einspritzungen identifiziert. Das heißt mit anderen Worten, es wird die Drehzahländerung vor Beginn der Kraftstoffzufuhr (im geschleppten Zustand) und nach Beginn der Kraftstoffzufuhr (im befeuerten Zustand) ermittelt, der Betrag der Differenz dieser Drehzahländerung wird bestimmt und dann, wenn der Betrag die vorgebbare Schwelle S1 überschritten hat, wird auf eine stabile Verbrennung des Verbrennungsmotors geschlossen.
Dabei kann die Schwelle S1, ab der auf eine stabile Verbrennung geschlossen wird, eine Funktion der Öltemperatur T_Öl und der Drehzahl n_mot des Verbrennungsmotors sein: S1 = f(T_Öl, n_mot).
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 dargestellt. 2a zeigt den Drehzahlverlauf über der Zeit eines geschleppten Verbrennungsmotors und 2b zeigt den Drehzahlverlauf über der Zeit eines befeuerten Verbrennungsmotors. Statt die Amplitude der Drehzahl zu bestimmen, kann auch vorgesehen sein, die zeitliche Änderung der Drehzahl in einem Winkelintervall [φ_1, φ₂] nach ZOT durch Ermitteln der Zeitableitung des Drehzahlsignals zu bestimmen. Die Zeitableitung des Drehzahlsignals, die unter anderem eine Größe ist, welche die zeitliche Änderung des Drehzahlsignals charakterisiert, ist im geschleppten Zustand des Verbrennungsmotors deutlich geringer als im befeuerten. Auch in diesem Falle kann eine Schwelle S2 vorgegeben werden, deren Überschreiten der Differenz der Zeitableitungssignale auf einen befeuerten Zustand des Verbrennungsmotors schließen lässt. |n ._{mot, pwr befeuert}| – |n ._{mot, pwr geschleppt}| > S2
Dabei kann das betrachtete Winkelintervall [φ₁, φ₂] und die Schwelle S2, ab der auf eine stabile Verbrennung geschlossen wird, wiederum eine Funktion der Öltemperatur und der Drehzahl des Verbrennungsmotors sein: [φ₁, φ₂] = f(T_Öl, n_mot). S2 = f(T_Öl, n_mot).
Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verbindung mit 3 nachstehend erläutert. Diese Variante des Verfahrens benutzt einen Vergleich der Drehzahländerung zwischen einem Kompressions- und Arbeitstakt. Diese Differenz sollte im befeuerten Betrieb größer sein als im geschleppten Betrieb. Dabei ist wiederum in 3a der geschleppte Betrieb und in 3b der befeuerte Betrieb des Verbrennungsmotors dargestellt. Es werden in einem Bereich zwischen zwei ZOT eines Viertakt-Verbrennungsvorgangs der Zeitgradient im Arbeitstakt n ._{mot, pwr} und der Zeitgradient der Drehzahl n ._{mot, Cmp} im Verdichtungstakt bestimmt. Es wird eine Differenz gebildet zwischen dem Betrag des ersteren Zeitgradienten und dem Betrag des letzteren Zeitgradienten. Diese Differenz wird mit einer weiteren Schwelle S3 verglichen und dann, wenn die Differenz größer ist als die Schwelle S3 wird auf das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung geschlossen: |n ._{mot, pwr}| – |n ._{mot, Cmp}| > S3.
Dabei können der Bereich [φ_1, φ₂], in dem der Zeitgradient im Arbeitstakt bestimmt wird, der Winkelbereich im Verdichtungstakt [φ_3, φ₄],und die Vergleichsschwelle S3 abhängig von Drehzahl und Öltemperatur des Verbrennungsmotors gewählt werden: [φ_1,φ₂] = f(T_Öl, n_mot). [φ_3,φ₄] = f(T_Öl, n_mot). S3 = f(T_Öl, n_mot).
Die Varianten des vorstehend beschriebenen Verfahrens wurden anhand eines Viertakt-Verbrennungsmotors beschrieben. Das Verfahren ist aber nicht auf einen Viertakt-Verbrennungsmotor beschränkt, sondern kann rein prinzipiell auch bei einem Zweitakt-Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen. Dabei entspricht dem Verdichtungstakt vor dem oberen Totpunkt beim Viertaktmotor der erste Takt eines Zweitaktmotors und dem Arbeitstakt nach dem ersten Totpunkt bei einem Viertaktmotor der zweite Takt des Zweitaktmotors. Auch im Falle eines Zweitaktmotors können die Winkelbereiche, in denen die zeitliche Änderung der Drehzahl während des ersten und des zweiten Takts bestimmt wird, abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder weiteren Motorparametern vorgegeben werden.
Die Schwellen wie auch die Winkelbereiche können nicht nur von der Motordrehzahl und der Öltemperatur, sondern auch oder stattdessen von anderen Motorparametern, zum Beispiel der Motortemperatur, dem Ladedruck im Falle eines aufgeladenen Motors, dem Drosselklappenwinkel, der Einspritzmenge und dergleichen abhängen. Darüber hinaus ist an dieser Stelle hervorzuheben, dass für die Bestimmung der Form der Drehunförmigkeit nicht der erste Verdichtungs- bzw. Arbeitstakt nach Beginn der Kraftstoffzufuhr herangezogen werden muss. Es ist möglich und auch vorteilhaft, eine vorgebbare Anzahl von Zyklen nach einer vorgebbaren Zeit nach dem Beginn der Kraftstoffzufuhr, aus denen der Mittelwert ermittelt wird, heranzuziehen. Die Anzahl der Zyklen und die Zeitspanne kann wiederum von Motorparametern abhängig sein, zum Beispiel der Drehzahl, der Last, der Temperatur und dergleichen. Gleiches gilt für den geschleppten Betrieb des Motors, auch hier kann es für die Bestimmung der Form der Drehunförmigkeit vorteilhaft sein mehrere Zyklen zu beobachten und einen Mittelwert zu bilden.
Das vorstehend beschriebene Programm kann auf sehr vorteilhafte Weise als Computerprogramm im Steuergerät des Verbrennungsmotors implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät lesen kann. Auf diese Weise können auch bestehende Steuergeräte mit dem Programm nachgerüstet werden und so das Verfahren in bestehenden Fahrzeugen gewissermaßen „nachgerüstet“ werden. Dies auch deshalb, weil das erfindungsgemäße Verfahren keine zusätzliche Hardware benötigt.
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 Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridantrieb [0005]

Claims

Verfahren zum Erkennen einer stabilen Verbrennung eines geschleppten Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung eines Signals eines Kurbelwellendrehzahlgebers kontinuierlich überwacht wird und anhand dieser zeitlichen Änderung auf das Vorhandensein eines stabilen Verbrennungsvorgangs geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleppen des Verbrennungsmotors während seines Startvorganges oder nach Abschluss des Startvorganges während des Betriebs des Verbrennungsmotors vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Energiewandler oder der Antriebsstrang, insbesondere eines Fahrzeugs, den Verbrennungsmotor schleppt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal eine die Drehzahl charakterisierende Größe und/oder eine den zeitlichen Verlauf der Drehzahl charakterisierende Größe und/oder eine die Winkellage zum oberen Zünd-Totpunkt des Zylinders (ZOT) charakterisierende Größe bestimmt wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Drehzahländerungen vor Beginn der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor und nach Beginn der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor bestimmt werden, der Betrag der Differenz dieser Drehzahländerung bestimmt wird, der Betrag mit wenigstens einer vorgebbaren Schwelle (S1, S2) verglichen wird und dann, wenn der Betrag die vorgebbare Schwelle (S1, S2) überschreitet, auf eine stabile Verbrennung des Verbrennungsmotors geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahländerung die Drehzahlamplitude oder die erste Zeitableitung des Drehzahlsignals verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl wenigstens eine Schwelle (S1, S2) als auch ein Kurbelwinkel-Bereich ([φ₁, φ₂]) relativ zum oberen Zünd-Totpunkt (ZOT) des Zylinders, in dem die zeitliche Änderung der Drehzahl bestimmt wird, abhängig von der Drehzahl und/oder weiteren die Form der Drehunförmigkeit beeinflussenden Betriebsparametern des Verbrennungsmotors vorgebbar sind.
Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Totpunkten (ZOT) die zeitliche Änderung der Drehzahl im Arbeitstakt eines Viertakt-Verbrennungsmotors und die zeitliche Änderung der Drehzahl im Verdichtungstakt bestimmt werden, die Differenz des Betrags der zeitlichen Drehzahländerung im Arbeitstakt und des Betrags der zeitlichen Drehzahländerung im Verdichtungstakt gebildet wird, diese Differenz mit einer weiteren vorgebbaren Schwelle (S3) verglichen wird und dann, wenn die Differenz die weitere vorgebbare Schwelle (S3) überschreitet, auf das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die weitere vorgebbare Schwelle (S3) als auch Kurbelwinkel-Bereiche ([φ₁, φ₂]) und ([φ₃, φ₄]) im Verdichtungstakt bzw. im Arbeitstakt, in denen die zeitliche Änderung der Drehzahl bestimmt wird, abhängig von der Drehzahl und/ oder weiteren, die Form der Drehunförmigkeit beeinflussenden Betriebsparametern des Verbrennungsmotors , vorgebbar sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zeitliche Änderung der Drehzahl die erste Zeitableitung und/oder höhere Zeitableitungen des Drehzahlsignals verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung der Drehzahl in einem Winkelbereich relativ zum oberen Totpunkt (OT) während des Verdichtens oder Arbeitens im ersten Takt und die zeitliche Änderung der Drehzahl in einem Winkelbereich nach dem oberen Totpunkt (OT) während des zweiten Takts eines Zweitakt-Verbrennungsmotors bestimmt werden und die Differenz des Betrags der bestimmten zeitlichen Drehzahländerung während des ersten und des Betrags der bestimmten zeitlichen Drehzahländerung während des zweiten Takts gebildet wird, diese Differenz mit einer vorgebbaren Schwelle verglichen wird und dann, wenn die Differenz die vorgebbare Schwelle überschreitet, auf das Vorhandensein einer stabilen Verbrennung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelbereiche, in denen die zeitliche Änderung der Drehzahl während des ersten und während des zweiten Takts bestimmt wird, abhängig von der Drehzahl und/ oder weiteren, die Form der Drehunförmigkeit beeinflussenden Betriebsparametern des Zweitakt-Verbrennungsmotors vorgebbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als zeitliche Änderung der Drehzahl die erste Zeitableitung und/oder höhere Zeitableitungen des Drehzahlsignals verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Schwellen (S1, S2, S3) und Winkelbereiche ([φ₁, φ₂]; [φ₃, φ₄]) von Parametern des Verbrennungsmotors wie Motordrehzahl und Öltemperatur, zusätzlich oder stattdessen von weiteren die Form der Drehunförmigkeit beeinflussenden Parametern, insbesondere die Motortemperatur, der Ladedruck, der Drosselklappenwinkels und die Einspritzmenge, abhängen.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät eines Verbrennungsmotors abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wenn das Programm auf einem Computer oder dem Steuergerät eines Fahrzeugs ausgeführt wird.