-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Korrektur einer pulsierenden Größe, insbesondere einer Luftmasse einer Brennkraftmaschine, aus.
-
Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse werden üblicherweise mikromechanische Luftmassenmesser eingesetzt, deren Sensorelement der strömenden Luft ausgesetzt wird. Da die Luftmasse in der Luftführung der Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen als pulsierende Strömung in der Luftführung vorliegt, wird das Sensorelement beispielsweise nicht in der Luftführung eingebaut, sondern in einem Strömungsbypass, in dem die Pulsationen geringer sind. Bei einigen Motoren, beispielsweise drosselfreien Motoren, sind die Pulsationen jedoch besonders stark und können nicht ohne Weiteres kompensiert werden.
-
Durch das Pulsieren der Luftmasse in der Luftführung ergibt sich eine Abweichung der vom Luftmassenmesser gemessenen Luftmasse und einer externen Referenz. Die Luftmasse wird mit einem Sensorelement in einem Bypass indirekt gemessen. Dieser Bypass hat ein typenspezifisches Übertragungsverhalten. Dieses Übertragungsverhalten führt zu einer Änderung der Eigenschaften der pulsierenden Luftmasse und zu einer Abweichung der gemessenen Luftmasse.
-
Wird diese über die Größen Amplitude, Luftmasse, Pulsationsfrequenz korrigiert, wird die Abweichung verringert. Diese Korrektur wird allgemein als Pulsationskorrektur bezeichnet.
-
Die
EP 1114244B1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe, beispielsweise der im Saugrohr eines Motors strömenden Luft, bei der die Signalaufbereitung und die Korrektur des Pulsationsfehlers in einer Auswerteeinrichtung, die Bestandteil des Sensors ist, erfolgt. Am Ausgang der Signalaufbereitung gibt der Sensor, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser ein korrigiertes Ausgangssignal ab, welches direkt ein Maß für die zu bestimmende Größe, beispielsweise die Masse der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömende Luft ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur einer pulsierenden Größe und ein Computerprogramm auf einem Speichermedium zur Ausführung des Verfahrens.
-
Erfindungsgemäß betrifft das Verfahren die Korrektur einer pulsierenden Größe, insbesondere einer Luftmasse einer Brennkraftmaschine, wobei ein Signal der pulsierenden Größe mittels eines Sensors kontinuierlich ermittelt wird und das Signal der pulsierenden Größe in frequenzspezifische Signalanteile zerlegt und deren Amplituden ermittelt werden, wobei das Signal der pulsierende Größe in Abhängigkeit mindestens eines frequenzspezifischen Signalanteils korrigiert wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die frequenzspezifischen Signalanteile unterschiedlich starke Beiträge haben bzw. unterschiedlich gut für die Korrektur der pulsierenden Größe geeignet sind.
-
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der mindestens ein frequenzspezifische Signalanteil in Abhängigkeit mindestens einer Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks der Brennkraftmaschine umgerechnet wird und die pulsierende Größe mit dem umgerechneten frequenzspezifischen Signalanteil korrigiert wird. Die Umrechnung des zur Korrektur ermittelten frequenzspezifischen Signalanteils kann z. B. über eine Gewichtung mit einem Multiplikationsfaktor bzw. vom Multiplikationsfaktoren in Abhängigkeit mindestens einer Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
-
Dies erhöht die Genauigkeit der Korrektur der pulsierenden Größe, da der Einfluss der mindestens einen Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks auf den mindestens einen frequenzspezifische Signalanteil somit berücksichtigt werden kann und die Korrektur der pulsierenden Größe damit präziser durchgeführt werden kann. Weiterhin kann auch der Betriebszustand der Brennkraftmaschine für die Umrechnung mit einberechnet werden. Betriebszustände sind hierbei z. B. der Lastzustand der Brennkraftmaschine, Drehzahl des Motors oder des Turboladers, Regenerationsprozesse z. B. von Abgasfiltern usw..
-
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Amplituden der ermittelten frequenzspezifischen Signalanteile der pulsierenden Größe untereinander verglichen werden und ein frequenzspezifischer Signalanteil mit der größten Amplitude ermittelt wird und die pulsierende Größe in Abhängigkeit des frequenzspezifischen Signalanteils mit der größten Amplitude korrigiert wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der frequenzspezifische Signalanteil mit der größten Amplitude einen großen Beitrag für die Korrektur der pulsierenden Größe besitzt.
-
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der frequenzspezifische Signalanteil mit einer Frequenz entsprechend einer Zündfrequenz ermittelt und die pulsierende Größe in Abhängigkeit mindestens dieses Signalanteils korrigiert wird. Die Zündfrequenz ist dabei die Frequenz, die durch die vom Motor der Brennkraftmaschine erzeugten Zündungen der Zylinder hervorgerufen wird. Die Zündungen der Zylinder und das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile erzeugen Pulsationen im Ansaugtrakt und beeinflussen somit den gemessenen Luftmassenstrom bzw. das Signal des Luftmassenstroms. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, den frequenzspezifischen Signalanteil mit einer Frequenz entsprechend der Zündfrequenz bzw. der Pulsationsfrequenz zu ermitteln und für die Korrektur zu verwenden.
-
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der frequenzspezifische Signalanteil mit einer Frequenz entsprechend einer Kurbelwellenfrequenz ermittelt und die pulsierenden Größe in Abhängigkeit mindestens dieses Signalanteils korrigiert wird. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass die Zündfrequenz bzw. Pulsationsfrequenz aus der Frequenz der Kurbelwelle berechnet werden kann. Die Kurbelwellenfrequenz ist dabei definiert als z. B. die Zeit, in der der Motor zwei Kurbelwellenumdrehungen durchführt hat, geteilt durch die Anzahl der Zylinder des Motors. Diesen Zusammenhang bezeichnet man auch als Segment.
-
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Amplituden der frequenzspezifischen Signalanteile über einen Zeitbereich, mit einem vorgebbaren Startzeitpunkt und einem vorgebbaren Endzeitpunkt, insbesondere kontinuierlich ermittelt werden, und über eine Maximum-/Minimumbildung und/oder über eine quadratische Mittelwertbildung und/oder über eine Varianz ermittelt werden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die gemittelten Werte mögliche Schwankungen ausgleichen. Der erste und der zweite Wert werden hierbei z.B. über ein Modell und/oder mit Hilfe eines Sensors z.B. eines Heißfilmluftmassensensors und/oder eines Kraftstoffeinspritzsensors und/oder eines Lambda-Sensors ermittelt. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich diese Berechnungen ressourcenschonend und einfach z. B. in einem Steuergerät bzw. Mikrocontroller implementieren.
-
Vorteilhaft ist es, wenn das Signal der pulsierenden Größe mittels Fast Fourier Transformation, insbesondere Power Fast Fourier Transformation, in frequenzspezifische Signalanteile zerlegt wird.
-
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die frequenzspezifischen Signalanteile einfach und ressourcenschonend mittels z. B. eines Steuergerätes oder Mikrocontrollers berechnet werden können.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Signal der pulsierenden Größe, insbesondere der Luftmasse, mittels eines Heißfilmluftmassensensors (2) oder eines Pressure Based Air Flow Meter Sensors (8) ermittelt wird bzw. von einem für die Bestimmung der Luftmasse geeigneten Sensors bestimmt wird.
-
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung,
- 2 den beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zur Überwachung einer Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsform.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftanlage 4, über die der Brennkraftmaschine 10 Luft 50 zugeführt wird, und eine Abgasanlage 11, über die in Strömungsrichtung Abgase 51 aus der Brennkraftmaschine 10 abgeführt werden. Die Darstellung ist dabei auf für die folgende Darstellung relevante Teile beschränkt.
-
In der Luftanlage 4 ist in Strömungsrichtung der Luft 50 gesehen Folgendes angeordnet: Ein Luftfilter 1, ein Heißfilmluftmassensensor (HFM) 2, ein Verdichter 5 eines Abgasturboladers 6, ein Ladeluftkühler 7 und eine Drosselklappe 9. Alternativ oder zusätzlich kann zum HFM-Sensor 2 auch ein Pressure Based Air Flow Meter (PFM) Sensor 8 zur Ermittlung des Luftmassenstroms eingesetzt werden. Die Positionierung des Heißfilmluftmassensensors 2 kann dabei innerhalb der Luftanlage 4 variieren.
-
In der Abgasanlage 11 ist ausgehend von der Brennkraftmaschine 10 in Strömungsrichtung des Abgases 51 z. B. folgendes angeordnet: eine Abgasturbine 12, ein Oxidationskatalysator (DOC) 13, ein Dieselpartikelfilter 15 (DPF). Die beschriebenen Werte können z. B. als Sensorwerte oder als Modellwerte vorliegen und werden z.B. einem Steuergerät 100 als Sensordaten zur Verfügung gestellt.
-
Stromaufwärts der Abgasturbine 12 des Abgasturboladers 6, d.h. auf einer Hochdruckseite der Abgasanlage, zweigt von der Abgasanlage 11 eine Abgasrückführleitung 24 ab, die stromaufwärts der Brennkraftmaschine 10 und die stromabwärts der Drosselklappe 9 in die Luftanlage 4 mündet. Stromabwärts der Brennkraftmaschine 10 befinden sich entlang der Abgasrückführleitung 24 ein HD-AGR-Ventil 22 und HD-AGR-Kühler 23 und. Die Rückführung von Abgas dient der Verringerung der Emission der Brennkraftmaschine 10.
-
In der 2 ist der beispielhafte Ablauf des Verfahrens dargestellt, das beispielsweise in einem Steuergerät 100 ablaufen kann. In einem Schritt 200 wird das Verfahren zur Korrektur der pulsierenden Größe gestartet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der pulsierende Größe um eine Luftmasse einer Brennkraftmaschine 10. Die Luftmasse bzw. das Signal der Luftmasse wird dabei z. B. von einem Heißfilmluftmassenmessersensor (HFM) 2 ermittelt. Alternativ kann z. B. auch ein Pressure Based Air Flow Meter (PFM) Sensor 8 oder ein anderer für die Bestimmung der Luftmasse geeigneter Sensor verwendet werden.
-
In einem Schritt 300 wird das Signal des HFM-Sensors 2 mittels z. B. Fast Fourier Transformation, insbesondere durch Power Fast Fourier Transformation, in frequenzspezifische Signalanteile zerlegt. Die Fouriertransformation kann z. B. durch das Steuergerät 100 und oder durch einen im HFM-Sensor 2 integrierten Mikrocontroller durchgeführt werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird über einen Zeitbereich, mit einem vorgebbaren Startzeitpunkt und einem vorgebbaren Endzeitpunkt, die Amplituden der frequenzspezifischen Signalanteile ermittelt.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht der Zeitbereich z. B. der Zeit, in der ein Motor zwei Kurbelwellenumdrehungen durchführt hat, geteilt durch die Anzahl der Zylinder. Diesen Zeitberiech bezeichnet man auch als Segment. Dieser Zeitbereich kann z. B. durch das Steuergerät 100 bestimmt werden.
-
In einem Schritt 400 werden die Amplituden der ermittelten frequenzspezifischen Signalanteile miteinander verglichen und der frequenzspezifische Signalanteil mit der größten Amplitude bestimmt. Der Vergleich der Amplituden kann z. B. durch einen Größer-/Kleinervergleich durchgeführt werden.
-
Die Amplituden der frequenzspezifischen Signalanteile können z. B. durch eine Minimum-/Maximumbestimmung oder durch eine Root Mean Square (quadratisches Mittel) Berechnung oder über die Varianz ermittelt werden. Zusätzlich wird für den gleichen Zeitbereich das ursprüngliche Signal des HFM-Sensors 2 gemittelt, z. B. über das harmonische Mittel, das geometrische Mittel, das arithmetische Mittel oder über den Median.
-
In einer alternativen Ausführungsform können auch Amplituden vorgebbarer frequenzspezifischer Signalanteile ermittelt werden. Es können z. B. die Amplituden der Signalanteile mit Frequenz entsprechend der Zündungsfrequenz und/oder die Amplituden der Signalanteile mit der Frequenz entsprechend der Kurbelwellenfrequenz ermittelt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können auch Signalanteile mit den Frequenzen für das Verfahren verwendet werden, die durch z. B. die Drehzahl des Turboladers 6, Abgasrückführventile, Drosselklappensteller, Schneeklappen, Turboladerbypässe, Drallklappen , Tankentlüftungsventile, Kurbelgehäuseentlüftung, fahrzeugspezifische Luftführungsgeometrien stromauf und stromabwärts des HFM-Sensors hervorgerufen werden.
-
Alternativ können zusätzlich zum frequenzspezifischen Signalanteil mit der größten Amplitude weitere frequenzspezifische Signalanteile mit deren Amplituden bestimmt und in Kombination mit dem Signalanteil mit der größten Amplitude zur Verrechnung verwendet werden. Dies kann z. B. durch eine einfache Addition der ermittelten frequenzspezifischen Signalanteile und/oder durch eine Gewichtung der ermittelten frequenzspezifischen Signalanteile durch Multiplikationsfaktoren mi∈ [- 1; 0] mit i ∈ ℕ und anschließender Addition der gewichteten frequenzspezifischen Signalanteile durchgeführt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können auch Oberschwingungen der frequenzspezifischen Signalanteile mit den Frequenzen fi , also ganzzahlige Vielfache der Frequenzen n · fi mit n ⊂ ℕ für die Signalanteile betrachtet und somit für das Verfahren verwendet werden.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in einem Schritt 500 das über den gleichen Zeitbereich gemittelte ursprüngliche Signal des HFM-Sensors 2 in Abhängigkeit des mindestens einen frequenzspezifischen Signalanteils korrigiert. Dies kann z. B. durch eine einfache Subtraktion des gemittelten Signals des HFM-Sensors 2 mit dem mindestens einen frequenzspezifischen Signalanteil durchgeführt werden.
-
Diese Berechnung kann z. B. im Steuergerät 100 oder in einem zusätzlichen Mikrocontroller implementiert sein.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann im Schritt 500 das über den gleichen Zeitbereich gemittelte ursprüngliche Signal des HFM-Sensors 2 in Abhängigkeit des frequenzspezifischen Signalanteils mit der größten Amplitude korrigiert werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können die zur Korrektur verwendeten ermittelten frequenzspezifischen Signalanteile auch als Eingangssignal für ein Fehlerkennfeld, welches z. B. im Steuergerät 100 implementiert ist, genutzt werden. Im Fehlerkennfeld können weitere Umgebungsgrößen wie z. B. Temperatur und Luftfeuchte der Luft im Ansaugtrakt 4, der Umgebungsdruck, die aktuelle Drehzahl des Turboladers 6, die aktuelle Stellung der Abgasventile, die Drosselklappenstellung usw. in Betracht gezogen werden. Das über den gleichen Zeitbereich ursprünglich ermittelte Signal des HFM-Sensors 2 wird dann mittels der verwendeten frequenzspezifischen Signalanteile korrigiert.
-
Alternativ können die Korrekturwerte des Kennfelds beispielsweise durch Messungen an einem Prüfstand ermittelt werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird in einem Schritt 500 der zur Korrektur ermittelte frequenzspezifische Signalanteil in Abhängigkeit z. B. mindestens einer Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks der Brennkraftmaschine 10 umgerechnet und der umgerechnete frequenzspezifische Signalanteil wird dann für die Korrektur des gemittelten ursprünglichen Signals des HFM-Sensors 2 verwendet.
-
Die Umrechnung des zur Korrektur ermittelten frequenzspezifischen Signalanteils kann z. B. als eine Gewichtung über einen Multiplikationsfaktor bzw. Multiplikationsfaktoren in Abhängigkeit mindestens einer Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks der Brennkraftmaschine 10 erfolgen.
-
Als Stellgrößen der Brennkraftmaschine 10 eignen sich z. B. die Drehzahl des Turboladers 6, Abgasrückführventile, Drosselklappensteller, Schneeklappen, Turboladerbypässe, Drallklappen, Tankentlüftungsventile, Kurbelgehäuseentlüftung, fahrzeugspezifische Luftführungsgeometrien stromauf und stromabwärts des HFM-Sensors 2. Auch kann weiterhin noch der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 mit für die Umrechnung der mindestens einer Stellgröße und/oder einer Luftfeuchte und/oder einer Lufttemperatur und/oder eines Luftdrucks der Brennkraftmaschine 10 mit einbezogen werden.
-
Im Anschluss an den Schritt 500 kann das Verfahren wieder im Schritt 200 fortgesetzt werden.
-
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
-
