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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage, sowie eine Steuerung, die solch ein Verfahren ausführt.
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Der Zündzeitpunkt ist neben der Frischluft- und der Einspritzmenge eine der wichtigsten Stellgrößen zur Steuerung von Otto-Verbrennungsmotoren. Für eine präzise Steuerung des Zündzeitpunkts ist die Kenntnis über die Position des Kolbens bzw. die Lage des Kurbelwellengeberrades wesentlich. Durch Fertigungstoleranzen können Abweichungen zwischen der angenommenen und der tatsächlichen Referenzlage des Kurbelwellengeberrades auftreten.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 102 37 221 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer hochaufgelösten Lage eines Messsignals bezüglich des Kurbelwellenwinkels. Zur Bestimmung der Lage der Kurbelwelle werden die Zähne eines auf der Kurbelwelle des Motors angebrachten Kurbelwellentriggerrades (Geberzahnrad) mittels eines Positionssensors abgetastet. Das Verfahren ist, so die
DE 102 37 221 A1 , für alle kurbelwellensynchron beeinflussten Größen von Vorteil, beispielsweise für Vibrations- bzw. Klopfsensoren und dergleichen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 10 2006 035 877 84 offenbart ein Klopfdetektionssystem für einen fremdgezündeten Motor. Das Klopfdetektionssystem umfasst einen Klopfsensor, der auf eine Vibration des Motors anspricht und der ein Klopfsignal erzeugt. Das Klopfdetektionssystem berechnet auf der Grundlage des Klopfsignals eine Klopfintensität und regelt eine Zündzeitpunkteinstellung des Motors auf der Grundlage der Klopfintensität.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2006 016 484 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem verbrennungsrelevante Kenngrößen einer Brennkraftmaschine gemessen werden. Die Messsignale werden aufbereitet und in Folge einer Interpretation der aufbereiteten Messsignale werden Verbrennungsaussetzer erkannt. Eine Sensorik umfasst u.a. einen oder mehrere Körperschall- bzw. Klopfsensoren und einen Kurbelwellensensor. Aus dem Drehzahlverlauf des Kurbelwellensensors wird beispielsweise auf vollständige oder teilweise Aussetzer (verschleppte unvollständige Verbrennung) geschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Motorsteuerung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und der entsprechend eingerichteten elektronischen Steuereinheit nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Erkennung der Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage durch ein signalbasiertes Verfahren auf Basis eines Signals, insbesondere eines Körperschallsignals oder eines Drehzahlsignals. Das Verfahren umfasst ein Generieren eines Merkmals aus dem Signal, wobei eine Verschiebung des Merkmals mit einer Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage korreliert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Signal um ein hochaufgelöstes Körperschallsignal. Das Körperschallsignal kann beispielsweise mittels eines Körperschallsensors erzeugt werden. Ein beispielhafter Körperschallsensors detektiert, etwa nach dem Piezo-Elektrischen Prinzip, Körperschallerscheinungen. Der Körperschallsensor kann beispielsweise ein Klopfsensor sein, der Bestandteil der elektronischen Klopfregelung in einem Verbrennungsmotor ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Klopfsensor jedoch nicht auf die Bekannte Weise zur Erkennung von Klopfen des Motors verwendet, sondern zur Erkennung von Körperschallerscheinungen die einen Rückschluss auf die Referenzlage der Kurbelwelle erlauben.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Körperschallsignal um ein digitales Körperschallsignal, insbesondere ein hochaufgelöstes Körperschallsignal. Ein digitales hochaufgelöstes Körperschallsignal kann beispielsweise durch einen Analog-Digital-Umsetzer aus einem analogen Körperschallsignal des Klopfsensors erhalten werden. Das Klopfsignal wird vorzugsweise bei Teillast- oder auch Volllastarbeitspunkten ermittelt.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Generieren des Merkmals ein Bandpassfiltern des Körperschallsignals. Die Bandpassfilterung eines Körperschallsignals kann beispielweise durch einen zeitdiskreten Filter erreicht werden. Eine Bandpassfilterung kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 2000 und 8000 Hz stattfinden.
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Durch Bandpassfiltern des Körperschallsignals ergibt sich ein Signal, bei dem in einem bestimmten Bereich ein Extremwert vorhanden ist. Beispielsweise kann das bandpassgefilterte Körperschallsignal über einen Zylinderzyklus oder über mehrere aufeinanderfolgende Zylinderzyklen hinweg daraufhin analysiert werden, bei welchem Kurbelwellenwinkel (oder in welchem Bereich von Kurbelwellenwinkeln) ein Extremwert des Körperschallsignals vorliegt. Bei dem Extremwert des Körperschallsignals kann es sich beispielsweise um einen Maximalwert oder einen Minimalwert des Körperschallsignals handeln.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Generieren des Merkmals ferner ein Ermitteln eines Winkels eines Extremwerts des bandpassgefilterten Körperschallsignals. Der Winkel des Extremwertes entspricht in dieser bevorzugten Ausführungsform dem Merkmal. Bei dem gemessenen Winkel kann es sich um einen Kurbelwellenwinkel handeln.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Signal um ein hochaufgelöstes Drehzahlsignal. Das Drehzahlsignal kann beispielsweise von einem Drehzahlgeber bereitgestellt werden, der auf einem magnetischen Messprinzip zur Abtastung von ferromagnetischen Zahnrädern beruht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Drehzahlsignal um ein digitales Drehzahlsignal. Vorzugsweise wird das Drehzahlsignal in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs ermittelt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Generieren des Merkmals ein Ermitteln von Fourierkoeffizienten des hochaufgelösten Drehzahlsignals. Die Fourierkoeffizienten werden vorzugsweise durch Ermittlung der Fourierreihe bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Fourierkoeffizient der Fourierreihe modelliert. Alternativ könnten Fourierkoeffizienten auch mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) des hochaufgelösten Drehzahlsignals erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die Fourierkoeffizienten für Messwerte berechnet, die einem Zylinderzyklus zugeordnet sind. Die Messung kann für mehrere, beispielsweise aufeinanderfolgende Zylinderzyklen wiederholt werden und das Merkmal jeweils für einen Zylinderzyklus bestimmt werden. Das so für die jeweiligen Zylinderzyklen ermittelte Merkmal kann dann gemittelt werden.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Generieren des Merkmals ein Ermitteln eines Phasenwinkels auf Basis des oder der Fourierkoeffizienten. Beispielsweise können für die Messwerte eines Zylinderzyklus Fourierkoeffizienten ermittelt werden, aus denen sich für jeden Zylinderzyklus ein Phasenwinkel als Merkmal ableiten lässt. Der Phasenwinkel lässt sich beispielsweise aus dem Fourierkoeffizienten mit der größten Amplitude gewinnen. Es ist aber auch möglich eine Fourierreihe mit nur einer Komponente zu modellieren und die Phase dieser einen Komponente als Merkmal zu verwenden. Bei einem 4-Zylinder-Motor könnte beispielsweise bevorzugt die 180°-Komponente gewählt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner ein Vergleichen des ermittelten Merkmals (Ist-Wert der Referenzlage des Kurbelwellengeberrades) mit einem Referenzwert des Merkmals (angenommene Referenzlage des Kurbelwellengeberrades) umfassen. Der Referenzwert des Merkmals (angenommene Referenzlage) kann vorab ("offline") bestimmt werden. Beispielsweise kann der Referenzwert nach Einbau eines Kurbelwellengeberrades mit exakt bestimmter Lage in einer Offline-Berechnung erfolgen. Bei der Offline-Berechnung wird beispielsweise ein hochaufgelöstes Körperschallsignal oder Drehzahlsignal erfasst und daraus für die exakte bestimmte Lage des Kurbelwellengeberrades ein Referenzwert des Merkmals (die angenommene Referenzlage) bestimmt. Der auf diese Weise offline ermittelte Referenzwert für das Merkmal kann in späteren "online"-Berechnungen mit gemessenen Ist-Werten des Merkmals (tastsächliche Referenzlage der Kurbelwelle) verglichen werden.
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Da eine Verschiebung des Merkmals mit einer Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage korreliert, kann durch Vergleich des "online" gemessenen Merkmals (Ist-Wert der Referenzlage des Kurbelwellengeberrades) mit einem Referenzwert (angenommene Referenzlage des Kurbelwellengeberrades) ein Adaptionsverfahren ein Adaptieren durchführen.
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Unter Korrelation des Merkmals mit einer Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage ist hier lediglich gemeint, dass das Merkmal in der einen oder anderen Art Rückschlüsse auf die Kurbelwellengeberradreferenzlage erlaubt, insbesondere durch eine Verschiebung des Merkmals auf eine Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage rückgeschlossen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise ein Korrigieren des Winkelsystems im Steuergerät auf Basis des ermittelten Merkmals umfassen. Durch das Verfahren kann damit eine Abweichungen zwischen der angenommenen Referenzlage und der tatsächlichen Referenzlage (Ist-Wert) des Kurbelwellengeberrades einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt und eine Korrektur des steuergeräteinternen Winkelsystems durchgeführt werden. Dadurch kann beispielsweise für einen Zylinder die Position des Kolbens korrigiert werden.
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Das Merkmal kann gemittelt über alle Zylinder ermittelt werden, beispielsweise indem ein Sensor so positioniert wird, dass er Körperschall von allen Zylindern umfasst. Alternativ könnte ein Sensor auch speziell so platziert werden, dass er bevorzugt Körperschall eines bestimmten Zylinders aufnimmt, oder es könnten mehrere Sensoren zum Einsatz kommen, die jeweils nahe an entsprechenden Zylindern positioniert sind.
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Mit der Kenntnis über die Referenzlage des Kurbelwellengeberrades kann auch eine verbesserte Modellierung (Füllung) oder ein verbessertes Einspritztiming erreicht werden. Von der Kenntnis über die Referenzlage des Kurbelwellengeberrades können prinzipiell sämtliche Abläufe profitieren, bei denen die Lage der Kurbelwelle bzw. des Kurbelwellengeberrades von Relevanz ist.
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Eine Kontrolle der genauen Position des Kolbens und der Ein- und Auslassventile ist für die Berechnung der Füllung im Brennraum und der eingespritzten Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt bei modernen Motoren von besonderer Bedeutung. Dies trifft bei Motoren mit Miller-Zyklus ganz besonders zu.
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Berücksichtigt man Abweichungen zwischen der angenommenen und der tatsächlichen Referenzlage des Kurbelwellengeberrades bei der Berechnung des Winkelsystems im Fahrzeug, so kann verhindert werden, dass der Zündfunken gegebenenfalls zu früh oder zu spät abgesetzt und die Verbrennung entsprechend früher oder später als angenommen erfolgt. Dies kann zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades und der Schadstoffemission führen und im Extremfall möglicherweise auch eine Beschädigung des Motors vermeiden. Neben dem korrekt abgesetzten Zündfunken kann eine Berücksichtigung des Winkelfehlers vor allem in modernen Verbrennungsmotoren (vollvariabler Ventiltrieb) dazu führen, dass die Ventilstellung gut zur aktuellen Kolbenposition passt und sich somit eine optimale Füllung ergibt. Auch die Gemischaufbereitung kann dadurch verbessert werden, was sich wiederum positiv auf den Wirkungsgrad und die Schadstoffemission auswirken kann.
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Im Allgemeinen können die oben beschriebenen Verfahren den Wirkungsgrad, die Schadstoffemission und die Laufruhe einer Verbrennungskraftmaschine verbessern.
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Die beschriebenen Verfahren können ganz oder teilweise als computer-implementierte Verfahren ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine elektronische Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Bei der elektronischen Steuereinheit kann es sich beispielsweise um eine Motorsteuerung handeln, oder um einen Teil einer Motorsteuerung. Die Steuereinheit kann als Prozessor implementiert sein, der Instruktionen eines Computerprogramms ausführt, welches die beschriebenen Verfahren implementiert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der:
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1 schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem Körperschallsensor und einem Drehzahlgeber;
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2 schematisch ein Verfahren zur Vorabbestimmung ("Offline"-Bestimmung) einer Referenzlage eines Merkmals zeigt;
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3 schematisch ein Verfahren zur "Online"-Bestimmung eines Merkmals zeigt, das aus einem gemessenen Körperschallsignal bestimmt wird und zur Adaption des Winkelsystems einer Motorsteuerung verwendet wird;
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4 ein Ausführungsbeispiel für die Bestimmung eines Merkmals aus einem bandpassgefilterten Körperschallsignal zeigt;
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5 schematisch ein Verfahren zur Vorabbestimmung ("Offline"-Bestimmung) einer Referenzlage eines Merkmals zeigt;
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6 schematisch ein Verfahren zur "Online"-Bestimmung eines Merkmals zeigt, das aus einem gemessenen Drehzahlsignal bestimmt wird und zur Adaption eines Winkelsystems verwendet wird; und
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7a, 7b und 7c ein Ausführungsbeispiel für die Bestimmung eines Merkmals aus einem hochaufgelösten Drehzahlsignal zeigen.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen ein Verfahren zur Erkennung der Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage eines Kraftfahrzeugs durch ein signalbasiertes Verfahren auf Basis eines Körperschallsignals oder eines Drehzahlsignals.
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 eines Kraftfahrzeugs. Der Verbrennungsmotor 10 weist in dieser Ausführungsform beispielhafte vier Zylinder 11 auf, die mit einer Kurbelwelle 12 in Wirkverbindung stehen. Ein Kurbelwellengeberrad 15 weist einen Drehzahlgeber auf und misst die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 12 und erzeugt ein Drehzahlsignal, das von einer Motorsteuereinheit 16 erfasst wird. Der Motor weist ferner einen Körperschallsensor 14 auf. Der Körperschallsensor 14 misst den vom Verbrennungsmotor erzeugten Körperschall und erzeugt ein Körperschallsignal das ebenfalls von der Motorsteuereinheit 16 erfasst wird. Die Motorsteuereinheit 16 verwendet das Körperschallsignal und/oder das Drehzahlsignal, um daraus ein Merkmal zur erzeugen, das geeignet ist, um eine Abweichung der Lage des Kurbelwellengeberrades 15 von einer Referenzlage zu erkennen und ein Winkelsystem der Motorsteuereinheit 16 entsprechend zu adaptieren. Das Winkelsystem der Motorsteuereinheit 16 sorgt für eine optimierte Steuerung des Zündzeitpunkts von Zündkerzen 13 der Zylinder 11, und/oder eine Optimierung des Einspritztimings der Einspritzventile und/oder eine Optimierung der Steuerzeiten der Ventile auf Basis der erkannten Abweichung.
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Merkmalsbildung mittels hochaufgelöstem Körperschallsignals
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2 zeigt schematisch ein Verfahren zur Vorabbestimmung ("offline"-Bestimmung) einer Referenzlage eines Merkmals, das aus einem gemessenen hochaufgelösten Körperschallsignal bestimmt wird. In einem ersten Schritt 21 wird ein Kurbelwellengeberrad mit exakt bestimmter Lage eingebaut bzw. auf eine exakt bestimmte Lage justiert. Diese exakt bestimmte Lage wird als Referenzlage (angenommene Referenzlage) betrachtet. Unter dieser exakt bestimmten Lage des Kurbelwellengeberrades wird in Schritt 22 ein hochaufgelöstes Körperschallsignal erfasst. In Schritt 23 wird aus dem hochaufgelösten Körperschallsignal für diese Referenzlage das Merkmal bestimmt. Die Bestimmung des Merkmals kann so erfolgen, wie dies unten unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben ist.
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3 zeigt schematisch ein Verfahren zur "online"-Bestimmung eines Merkmals, das aus einem gemessenen Körperschallsignal bestimmt wird und zur Adaption des Winkelsystems verwendet wird. In Schritt 31 wird das hochaufgelöste Körperschallsignal erfasst. In Schritt 32 erfolgt eine Signalaufbereitung, hier insbesondere eine Bandpassfilterung des Körperschallsignals. In Schritt 33 wird das Merkmal aus dem hochaufgelösten Körperschallsignal bestimmt. Die Bestimmung des Merkmals kann so erfolgen, wie dies unten unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben ist. In Schritt 34 wird bezüglich des Merkmals eine Mittelwertbildung vorgenommen. In Schritt 35 wird das Merkmal mit einem Referenzmerkmal verglichen. In Schritt 36 wird auf Basis des Vergleichs des Merkmals mit dem Referenzmerkmal das Winkelsystem korrigiert. Das Referenzmerkmal kann mittels dem in 2 beschriebenen Verfahren vorab bei exakt bestimmter Lage des Kurbelwellengeberrades gewonnenen werden.
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Das Verfahren der 3 kann beispielsweise in einer Motorsteuerung (Bezugszeichen 16 in 1) eines Kraftfahrzeugs ausgeführt werden.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Bestimmung eines Merkmals aus einem bandpassgefiltertes Körperschallsignal, wie sie in Schritt 23 der 2 und/oder Schritt 33 der 3 stattfinden könnte. Das bandpassgefiltertes Körperschallsignal wird in diesem Ausführungsbeispiel über einen Messzeitraum erfasst, der hier beispielhaft zehn Zyklen eines Zylinders entspricht. In dem Diagramm der 4 ist auf der Rechtswertachse die Winkellage des Kurbelwellengeberrades (Kurbelwellenwinkel) in einem Winkelbereich von –10° bis +50° aufgetragen. Der Kurbelwellenwinkel 0° entspricht dem oberen Totpunkt eines Kolbens in der angenommenen Referenzlage des Kurbelwellengeberrades. Auf der Hochwertachse ist das für die jeweilige Lage des Kurbelwellengeberrades gemessene bandpassgefilterte Körperschallsignal in Volt aufgetragen. In dem Diagramm sind die Messwerte von zehn Zyklen überlagert, so dass sich zehn übereinandergelegte Messkurven ergeben. Die Messkurven weisen einen Extremwert bei einem Kurbelwellenwinkel auf, der bei ca. –0.18 ° Kurbelwelle liegt. Diese Lage des gemessenen Extremwerts des Körperschallsignals wird hier als Merkmal für die Abweichung der tatsächlichen Kurbelwellengeberradreferenzlage von der angenommenen Kurbelwellengeberradreferenzlage verwendet, hier durch Vergleich des gemessenen Ist-Werts des Merkmal mit einem entsprechenden Wert des Merkmals, der "offline" bestimmt wurde. Das Merkmal gibt einen Hinweis auf die tatsächliche Lage des oberen Totpunkts des Kolbens an, bzw. auf deren Verschiebung aus der angenommenen Lage.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Merkmal über den Messzeitraum gemittelt, indem eine Mittelwertbildung über die Messwerte der jeweiligen Zylinderzyklen durchgeführt wird (vgl. Schritt 34 der 3). Dazu wird der Extremwert für jeden Zylinderzyklus ermittelt und eine Mittelwertbildung über die so bestimmten Extremwerte durchgeführt. In dem Beispiel der 4 ergibt sich als Lage des Extremwerts ein Mittelwert von –0.18° Kurbelwelle. Ein Vergleich des Ist-Werts des Merkmals mit dem "offline" gemessenen Referenzwert gibt an, dass die tatsächliche Lage des Kurbelwellengeberrades gegenüber der angenommenen Kurbelwellengeberradreferenzlage (also der "offline" ermittelten Referenzlage) eine Abweichung von –0.18° Kurbelwelle aufweist. Dieser ermittelte Wert kann zur Korrektur des Winkelsystems verwendet werden, also beispielsweise, um den Bezug für den Zündwinkel, den Einspritzwinkel und die Einlassventil- und Auslassventil-Öffnung zu korrigieren.
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Merkmalsbildung mittels hochaufgelöstem Drehzahlsignals
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5 zeigt schematisch ein Verfahren zur Vorabbestimmung ("offline"-Bestimmung) einer Referenzlage eines Merkmals, das aus einem gemessenen hochaufgelösten Drehzahlsignal bestimmt wird. In einem ersten Schritt 51 wird ein Kurbelwellengeberrad mit exakt bestimmter Lage eingebaut bzw. auf eine exakt bestimmte Lage justiert. Diese exakt bestimmte Lage wird als angenommene Referenzlage betrachtet. Unter dieser exakt bestimmten Lage des Kurbelwellengeberrades wird in Schritt 52 ein hochaufgelöstes Drehzahlsignal erfasst. In Schritt 53 erfolgt eine Fehlerkorrektur. In Schritt 54 wird aus dem hochaufgelösten Drehzahlsignal für diese Referenzlage das Merkmal bestimmt. Diese Bestimmung des Merkmals kann so erfolgen, wie dies in Bezug auf die 7a–c beschrieben ist.
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6 zeigt schematisch ein Verfahren zur "online"-Bestimmung eines Merkmals, das aus einem gemessenen hochaufgelösten Drehzahlsignal bestimmt wird und zur Adaption des Winkelsystems der Motorsteuereinheit verwendet wird. In Schritt 61 wird das hochaufgelöste Drehzahlsignal erfasst. In Schritt 62 erfolgt eine Fehlerkorrektur. In Schritt 63 wird das Merkmal aus dem hochaufgelösten Drehzahlsignal bestimmt. Diese Bestimmung des Merkmals kann so erfolgen, wie dies in Bezug auf die 7a–c beschrieben ist. In Schritt 64 wird bezüglich des Merkmals eine Mittelwertbildung vorgenommen. In Schritt 65 wird das Merkmal mit dem gemäß 5 gewonnenen Referenzmerkmal verglichen. In Schritt 66 wird auf Basis des Vergleichs des gemessenen Merkmals ("Ist-Wert" der Kurbelwellengeberradreferenzlage) mit dem Referenzmerkmal (angenommene Kurbelwellengeberradreferenzlage) das Winkelsystem korrigiert. Bei der Fehlerkorrektur des Schritts 63 kann es sich beispielsweise um eine Geberradfehlerkorrektur handeln, bei der Fehler der „Zähne“ aus Bauteiltoleranzen heraus korrigiert werden, indem bekannte „Abstandsfehler“ zeitlich entsprechend korrigiert werden.
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Auch das Verfahren der 6 kann beispielsweise in der Motorsteuerung (16 in 1) eines Kraftfahrzeugs ausgeführt werden.
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Die 7a, 7b und 7c zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Bestimmung eines Merkmals aus einem hochaufgelösten Drehzahlsignal, wie sie in Schritt 53 der 5 und/oder in Schritt 63 der 6 stattfinden könnte. Das hochaufgelöste Drehzahlsignal wird in diesem Ausführungsbeispiel über einen Zeitraum erfasst, der etwa 10500 Zahndrehzahlen des Kurbelwellengeberrades entspricht (nach jedem Zahn wird ein neuer Drehzahlwert ermittelt). In dem Diagramm der 7a ist auf der Rechtswertachse die fortschreitende Winkellage des Kurbelwellengeberrades in durchgezählten Zähnen abgetragen, d.h. der Wert auf der Rechtswertachse erhöht sich mit jedem Messwert um eins. In dem Ausführungsbeispiel wurde ein Kurbelwellengeberrad verwendet, das pro Kurbelwellenumdrehung 60 neue Drehzahlwerte liefert. In der 7a sind demnach etwa 175 Kurbelwellenumdrehungen abgebildet (10500/60 = 175).
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Auf der Hochwertachse ist die für den entsprechenden Zeitpunkt bzw. die jeweilige Kurbelwellenlage gemessene Drehzahl aufgetragen. Diese gemessene Drehzahl ergibt sich aus der vom Drehzahlgeber ermittelten Zeitdifferenz zwischen zwei Sensorpulsen (jeweils ausgelöst durch einen Zahndurchgang) und dem bekannten Winkel, dem ein Zahndurchgang entspricht. In dem abgebildeten Zeitraum ist die Drehzahl von einem Wert von etwa 2110 U/min auf einen Wert von etwa 1830 U/min gefallen. Die dargestellte Drehzahl wurde in einer Schubphase ermittelt, so dass es sich um eine Schubdrehzahl handelt.
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7b zeigt die normierten Drehzahlen pro Zylindersegment. Dazu werden die Messdaten der 7a den einzelnen Zylindersegmenten zugeordnet, was beispielsweise durch Division ohne Rest der fortschreitenden Winkellage des Kurbelwellengeberrades ausgedrückt in Zylindersegmenten durch die Anzahl der Zylindersegmente (Modulo-Funktion) erfolgen kann. In 7b ergibt sich für jeden Zylinderzyklus eine eigene Messkurve. Insgesamt sind in 7b demnach etwa Messkurven für 175 Zylinderzyklen überlagert. Um eine einheitliche Darstellung zu ermöglichen werden die Messkurven auf einen Wertebereich um 1 normiert, indem für jeden Zylinderzyklus ein Mittelwert der Messwerte ermittelt wird und die Messwerte eines Zylinderzyklus durch den jeweils zugehörigen Mittelwert geteilt werden. Die überlagerten Messkurven lassen eine Sinus-artige Oszillation erkennen. Bewegt sich der Kolben im Schub nach oben muss dieser die Luft im Zylinder komprimieren, wodurch eine erhöht Gegenkraft wirkt. Daher sinkt die Drehzahl. Bewegt sich der Kolben nach unten, ist die Gegenkraft geringer und die Drehzahl steigt wieder leicht. In Summe fällt die Drehzahl im Schub, wie in 7a zu sehen ist.
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7c zeigt eine aus den gemessenen Drehzahlen errechnete Zündfrequenzkomponente. Zur Bestimmung der Zündfrequenzkomponente werden die Messwerte eines jeweiligen Zylinderzyklus (siehe 7b) durch eine Fourierreihe modelliert. Die Fourierreihe der Messwerte lässt sich als ein Satz komplexer Fourierkoeffizienten darstellen, die sich wiederum jeweils als Amplitude und Phase darstellen lassen. In dem Ausführungsbeispiel wurde eine Fourierreihe mit nur einer Komponente, hier der 180°-Komponente, modelliert und die Phase dieser einen Komponente als Merkmal verwendet. In 7c ist in einem Polardiagramm für jeden Zylinderzyklus ein Pfeil eingetragen, dessen Länge und Winkel Amplitude bzw. Phase des Fourierkoeffizienten mit der größten Amplitude darstellt. Die Überlagerung dieser etwa 175 Pfeile ist in 7c mit Bezugszeichen 71 gekennzeichnet. In dem Beispiel der 7a wurde für einen 4-Zylinder-Motor die 180°-Komponente gewählt. In anderen Ausführungsbeispielen könnte bevorzugt eine andere Komponente gewählt werden, oder es könnten auch mehrere Komponenten betrachtet werden.
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Eine Mittelwertbildung (Schritt 64 in 6) über die Zylinderzyklen liefert den fett gezeichneten Pfeil 72, der das über den Messzeitraum gemittelte Merkmal (gemittelte Amplitude, gemittelter Winkel) angibt. In dem Beispiel der 7c ergibt sich eine gemittelte Phase von ca. 135°. Die Abweichung dieses "online"-gemessenen Merkmals (der Ist-Wert der Phase steht für die tatsächliche Kurbelwellengeberradreferenzlage) von einem "offline" ermittelten Referenzwert (angenommene Kurbelwellengeberradreferenzlage) (siehe 5) wird hier als Repräsentation für die Verschiebung der Kurbelwellengeberradreferenzlage verwendet. Der gemessene Ist-Wert ("online") im Verhältnis zu seinem angenommenen Referenzwert ("offline") gibt einen Hinweis auf die tatsächliche Lage des oberen Totpunkts des Kolbens im Messzeitraum an und kann für eine Korrektur des Winkelsystem verwendet werden.
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Die aufgezeigten Ausführungsbeispiele sind als exemplarisch aufzufassen. Abweichungen sind möglich und für den Fachmann erkennbar, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche verlassen wird.
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Beispielsweise ist die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Mittelwertbildung des Merkmals (34 in 3 und 64 in 6) optional. Statt das Merkmal für jeden Zylinderzyklus separat zu bilden und eine Mittelwertbildung auf dem Merkmal auszuführen kann alternativ auch aus den jeweiligen Messwerten der Zylinderzyklen eine Mittelwertkurve bestimmt werden und das Merkmal anhand dieser gemittelten Messkurve gebildet werden.
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Ebenso sind die beschriebenen Schritte der Signalaufbereitung wie beispielsweise die Filterung in Schritt 32 der 3 oder die Geberrad-Fehlerkorrektur in Schritt 53 der 5 oder Schritt 62 der 6 als optional zu betrachten. Die genannten Maßnahmen der Signalaufbereitung können ergänzt, ausgetauscht oder weggelassen werden, ohne dass vom Grundprinzip der Erfindung abgewichen wird.
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Auch sind die in den Ausführungsbeispielen angebenden Reihenfolgen der Verfahrensschritte rein exemplarisch zu verstehen. Beispielsweise könnte der Vergleich des gemessenen Merkmals (Ist-Wert) mit dem Referenzmerkmal gemäß Schritt 35 der 3 bzw. Schritt 65 der 6 und die Korrektur des Winkelsystems gemäß Schritt 36 der 3 bzw. Schritt 66 der 6 auch in einem gemeinsamen Schritt (z.B. zeitgleich bzw. kombiniert) erfolgen.
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Ferner sind die Komponenten des Ausführungsbeispiels der 1 nicht als zwingend zu erachten. Beispielsweise weist der Verbrennungsmotor der 1 sowohl einen Körperschallsensor als auch einen Drehzahlgeber auf, so dass die Bestimmung der Referenzlage des Kurbelwellengeberrades auf Basis des Körperschallsignals alleine, auf Basis des Drehzahlsignals alleine, oder auch auf Basis beider Signale zusammen ermittelt werden kann. In Ausführungsformen in denen nur ein Sensor eingesetzt wird, also nur die Messwerte eines Drehzahlgebers oder nur die Messwerte eines Körperschallsensors alleine verwendet werden, kann selbstverständlich der jeweils andere Sensor auch weggelassen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 11
- Zylinder
- 12
- Kurbelwelle
- 13
- Zündkerzen
- 14
- Körperschallsensor
- 15
- Kurbelwellengeberrad (Drehzahlgeber)
- 16
- Motorsteuereinheit
- 21
- Einbau eines Geberrades mit exakt bestimmter Lage
- 22
- Erfassung des hochaufgelösten Körperschallsignals
- 23
- Bestimmung des Merkmals für die Referenzlage
- 31
- Erfassung des hochaufgelösten Klopfsignals
- 32
- Signalaufbereitung (Filterung)
- 33
- Bestimmung des Merkmals
- 34
- Mittelwertbildung des Merkmals
- 35
- Vergleich des Merkmals mit Referenzmerkmal
- 36
- Korrektur Winkelsystem
- 41
- Extremwert des Körperschallsignals (Merkmal)
- 51
- Einbau eines Geberrades mit exakt bestimmter Lage
- 52
- Erfassung der hochaufgelösten Drehzahl
- 53
- Geberrad-Fehlerkorrektur
- 54
- Bestimmung des Merkmals für die Referenzlage
- 61
- Erfassung der hochaufgelösten Drehzahl
- 62
- Geberrad-Fehlerkorrektur
- 63
- Bestimmung des Merkmals
- 64
- Mittelwertbildung des Merkmals
- 65
- Vergleich des Merkmals mit Referenzmerkmal
- 66
- Korrektur Winkelsystem
- 71
- Überlagerung von Merkmalen mehrerer Zylinderzyklen (Amplitude, Winkel)
- 72
- Mittelwert des Merkmals (gemittelte Amplitude, gemittelter Winkel)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10237221 A1 [0003, 0003]
- DE 10200603587784 [0004]
- DE 102006016484 A1 [0005]
