DE102020207172B3 - Verfahren zur Bestimmung einer Nockenwellenposition einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Kombination einer Ist-Einlassnockenwelle-Phasenlage (1) einer Einlassnockenwelle (2) und einer Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage (3) einer Auslassnockenwelle (4) einer Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) mit mindestens einem Zylinder (6), wobei das Verfahren im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) durchgeführt wird und die jeweilige Ist-Phasenlage (1, 3) der Nockenwellen (2, 4) in Bezug auf einen Betriebspunkt (7) der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) bestimmt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Nockenwellenposition einer Verbrennungskraftmaschine gerichtet.
  • Moderne Verbrennungskraftmaschinen - wie zum Beispiel Ottomotoren - werden stetig weiterentwickelt. Ein wesentlicher Bestandteil der Verbesserungen des Verbrauchs- und Emissionsverhaltens wird durch bedarfsgerechte und möglichst energetisch effiziente Dosierung der Zylinderladung (als Gemisch aus Frischluft und Restgas) erzielt. Dabei kommt den Ladungswechselsteuerorganen eine herausragende Rolle zu, da insbesondere durch Phasensteuerung von Einlass- und Auslassnockenwellen sowohl die Gesamtladungsmasse als auch die Zusammensetzung (Restgas) in weiten Bereichen bedarfsgerecht angepasst werden können. Die Wirkung bzw. der Hebel auf die Hauptparameter der Verbrennung (Gesamtladungsmasse und Restgasanteil) durch die Phasensteuerung (in komplexeren Systemen auch Hubkurvensteuerung wie ACT oder ACT+ über AVS) hängt wesentlich von den momentanen Randparametern des externen Gassystems des Verbrennungsmotors ab. Neben den passiven Umgebungsbedingungen wie Umgebungsdruck und -temperatur ist besonders der „angebotene“ Saugrohrdruck an der Saugseite der Verbrennungskraftmaschine als Kombination aus Aufladung (VTG-Position, Abgasenthalpie) und Drosselung (Drosselklappe) und das „angebotene“ Spülgefälle zwischen Abgasgegendruck an der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine und Saugrohrdruck als Treiber zur Dosierung der internen Restgasmasse für die Wirkung bzw. den Hebel der Phasensteuerung relevant. Je nach den sich ergebenden Druckverhältnissen im Saugrohr an der Saugseite und im Abgaskrümmer an der Auslassseite muss die Ansteuerung der Phasenlagen der Einlass- und der Auslassnockenwelle, also die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile diesen Bedingungen angepasst werden.
  • Dabei ist es Ziel, dieses Zusammenwirken selbst im dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine so zu optimieren und in situ zu dosieren, dass ein minimaler Verbrauch bei akzeptablem Fahrverhalten entsteht. Konsequenterweise liegen die optimalen Zustände im Bereich möglichst kleiner Druckdifferenzen (kleine Vorhalte: Drosselklappe und Spülgefälle), da unnötig hohe Druckniveaus energetischen Aufwand bedeuten, der dann nicht als Vortrieb (technische Arbeit) genutzt wird. Die Optimierung des Ladungswechsels führt z.B. dazu, mit möglichst geringem Spülgefälle die Restgasmasse (bzw. die interne AGR) zu dosieren. Da die Massenströme aber grundsätzlich über die Druckgefälle getrieben werden, erfolgt die Feindosierung und Steuerung über den geometrischen Pfad (effektive Querschnittsfläche). Die Veränderung der geometrischen Parameter (in diesem Beispiel Ventilhubverläufe über Phasenstellung) in Druckdifferenzsituationen nahe dem Druckausgleich hat dann einen sehr großen Hebel auf die Zielgrößen. Anders formuliert: Das System wird durch das Optimierungsziel „Verbrauch“ vorzugsweise in einem sehr empfindlichen, sensitiven Bereich betrieben, in dem die geometrischen Parameter massive Auswirkungen auf den Gesamtprozess haben.
  • In dieser Situation ist es zunehmend wichtig, die genauen absoluten geometrischen Eigenschaften des Systems (jedes einzelnen Musters) zu kennen. Für die Phasensteuerung ist dies neben den geometrischen Fertigungsgenauigkeiten von Ventilen, Nockenwellen etc. ganz besonders auch die Positionierung der Nockenwellen zur Kurbelwelle und die Montage der Geberräder inklusive der Sensoren. In modernen Verbrennungskraftmaschinen wird die Einbausituation dieses Systems am Ende der Fertigung vermessen und den jeweiligen Bauteilen zugeordnet. Diese spezifischen Einbauwerte werden im Motorsteuergerät eingelesen und im Betrieb des Motors bei der Bestimmung der Positionen von Einlass- und Auslassnockenwelle berücksichtigt. Solange die Einbausituation durch Verschleiß oder Wartung nicht gestört wird, ist damit eine sehr genaue Positionserkennung der Nockenwellen gegeben. Im Falle eines Tauschs von Bauteilen müssen die spezifischen Einbauwerte des Neuteils nach Abschluss der Arbeiten in das Steuergerät übertragen werden. Würden Bauteile nicht fachgerecht getauscht, dann würde die Positionierung der Nockenwellen möglicherweise nicht der physikalischen Realität entsprechen und der Betrieb des Fahrzeugs wäre insoweit beeinträchtigt, dass die optimalen Verbrauchs- und Emissionswerte nicht mehr erreicht werden können. Um dieses zu verhindern, könnte der unqualifizierte Tausch von Bauteilen mechanisch unterbunden werden. Eine andere Alternative wäre ein Verfahren, das im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine die physikalische Realität erkennen, überwachen und ggf. adaptieren kann.
  • Ein Ansatz für diese Alternative ist es, die pulsierenden Drücke im Einlass- und/oder Auslasskrümmer, also in der Einlassseite bzw. Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine, zu erfassen und auf Basis des gemessenen Drucksignals auf die Positionen bzw. Phasenlagen der Einlass- bzw. Auslassnockenwelle zu schließen. Als vereinfachte Wirkkette ergibt sich folgender Zusammenhang: Der Kurbeltrieb mit Kolben und Kurbelwelle erzeugt ein zyklisch im Verbrennungstakt variierendes Zylindervolumen. Dieses wird über die geöffneten Ventile (also den Ventilhubverlauf) kurzgeschlossen mit den benachbarten Volumina Saugrohr bzw. Einlassseite und Abgaskrümmer bzw. Auslassseite. Der jeweilige Ventilhubverlauf wird über die Phasenverstellung in seiner Phase verschoben, die Drücke in den beiden Volumina verändern sich daher nach der Lage der Ventilhubverläufe relativ zu der Kolbenbewegung. Über Messung dieser Drücke erhält man unabhängig von der Positionsmessung der Nockenwellen eine zweite Information über das Zusammenwirken von Ventilhubverlauf und Zylindervolumen. Geht man von genau gefertigten Nockenwellenformen, Zylindergeometrien und minimal variierenden Ventilspielen aus, dann dominieren die Phasenlagen der Nockenwellen bestimmte Aspekte in den gewählten Drucksignalen.
  • Die Genauigkeit der Erkennung der Nockenwellenphasenlagen hängt von weiteren Betriebsparametern wie z. B. Drehzahl, Umgebungsdruck, VTG- und Drosselposition, sowie einer möglichen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ab. Diese müssen für die Phasenerkennung ggfs. in einem engeren Rahmen reproduzierbar eingestellt werden. Das hat zur Folge, dass die Erkennung nicht permanent, sondern nur unter bestimmten gewählten Bedingungen, z. B. in bestimmten Betriebspunkten, erfolgen kann. Die Positionssensoren und Geberräder der Verbrennungskraftmaschine, z. B. Sensoren zur Erfassung der Phasenlagen von Kurbelwelle und Nockenwellen, lassen sich in diesem Szenario nicht einsparen.
  • Aus der DE 10 2015 209 665 A1 ist bekannt, dynamische Druckschwingungen im Einlass- und/oder Auslasstrakt zu messen und ein Kurbelwellenpositions- bzw. Nockenwellenpositions-Feedbacksignal zu ermitteln. Aus den Druckschwingungen und den Kurbelwellensignalen können durch diskrete Fourier-Transformation die Phasenwinkel ausgesuchter Signalfrequenzen der Druckschwingungen ermittelt werden. Diese Phasenwinkel können mit Referenz-Phasenwinkeln und Referenz-Ventilsteuerzeiten verglichen werden, so dass Ventilsteuerzeiten für die vorliegende Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden können.
  • Aus der DE 10 2016 219 582 B3 ist bekannt, dynamische Druckschwingungen für einen Betriebspunkt im Einlass- und Auslasstrakt zu messen und ein Kurbelwellenpositions- bzw. Nockenwellenpositions-Feedbacksignal zu ermitteln. Aus den Druckschwingungen und den Kurbelwellensignalen können durch diskrete Fourier-Transformation die Amplituden ausgesuchter Signalfrequenzen der gemessenen Druckschwingungen ermittelt werden. Es wird hier berücksichtigt, dass die Amplituden der einzelnen ausgesuchten Signalfrequenzen, also die Ausschlaghöhe des Druckschwingungssignals in Bezug auf eine Mittellinie, und das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal in Abhängigkeit stehen von der Einlassventilhub-Phasendifferenz bzw. -Phasenlage und der Auslassventil-Phasendifferenz bzw. -Phasenlage. Auf Basis der ermittelten Amplituden der jeweiligen ausgesuchten Signalfrequenzen werden Höhenlinien gleicher Amplitude, die in Abhängigkeit von Einlassventilhub-Phasendifferenz und Auslassventilhub-Phasendifferenz stehen, in Kennfeldern ermittelt, wobei diese Kennfelder an einer Referenzkraftmaschine für diese Signalfrequenzen ermittelt wurden. Diese Höhenlinien gleicher Amplitude der ausgesuchten unterschiedlichen Signalfrequenzen werden in eine gemeinsame, durch Einlassventilhub-Phasendifferenz und Auslasshub-Phasendifferenz aufgespannte Ebene projiziert. Schnittpunkte dieser Höhenlinien ergeben konkrete Werte für Einlassventilhub-Phasendifferenz bzw. -Phasenlage und Auslasshub-Phasendifferenz bzw. - Phasenlage.
  • In der DE 10 2016 219 582 B3 werden zwei Signalfrequenzen ausgewertet, die im Rahmen einer Messung, also in einem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wurden, also z. B. die Signalfrequenzen eines Drucksignals im Ansaugtrakt und/ oder im Auslasstrakt. Da die Stabilität und Robustheit des Verfahrens z. B. von dem Schnittwinkel der Höhenlinien abhängt, kann für Betriebspunkte, in denen die ermittelten Drucksignale keine deutlich unterschiedlich geneigt verlaufenden Höhenlinien aufweisen, keine hohe Genauigkeit der ermittelten Werte für die tatsächliche Phasenlage ermittelt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine robustere und stabilere Bestimmung von Ist-Phasenlagen von Nockenwellen ermöglicht werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Kombination einer Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage einer Einlassnockenwelle und einer Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage einer Auslassnockenwelle einer Serien-Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder aufweist, vorgeschlagen. Das Verfahren kann im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Die jeweilige Ist-Phasenlage der Nockenwellen kann in Bezug auf einen Betriebspunkt der Serien-Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden.
  • Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Bestimmen von mindestens einem Modell an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine, wobei das mindestens eine Modell für mindestens einen Betriebspunkt der Referenz-Verbrennungskraftmaschine einen Zusammenhang zwischen einem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten ersten Drucksignal (bzw. mindestens einem Merkmal eines ersten Drucksignals) in Abhängigkeit von der Ist-Einlassnockenwelle-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage des jeweiligen Betriebspunkts darstellt;
    2. b) Anfahren eines Betriebspunkts mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine und Erfassen (z. B. Messen) eines zweiten Drucksignals bei einer (angenommenen) ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage und einer (angenommenen) ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage zumindest während eines Arbeitsspiels des mindestens einen Zylinders;
    3. c) Bearbeiten des zweiten Drucksignals mit einer Filterung zur Auswahl mindestens einer Signalfrequenz des zweiten Drucksignals, so dass die Signalfrequenz als Verlauf eines Druckwerts über einer Zeit darstellbar ist;
    4. d) Aufteilen des Verlaufs des zweiten Drucksignals des mindestens einen Arbeitsspiels in eine Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes Segment ein Zeitintervall umfasst;
    5. e) Bestimmen mindestens eines (ersten) Merkmals des zweiten Drucksignals in einem der Segmente, wobei das erste Merkmal das zweite Drucksignal zu einem Zeitpunkt innerhalb des Segments beschreibt;
    6. f) Vergleich zumindest dieses ersten Merkmals mit einem entsprechenden Merkmal des in dem Modell hinterlegten ersten Drucksignals und Bestimmen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage.
  • Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis f) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. während der Einrichtung und/oder des Betriebes des Systems kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Ganz besonders bevorzugt finden die Verfahrensschritte b) bis f) nach Schritt a) statt. Insbesondere finden die Schritte c) bis f) während oder unmittelbar nach oder zeitlich zumindest teilweise parallel zu Schritt b) statt. Insbesondere werden die Schritte a) bis f) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
  • Die rotatorische Position einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt die Lage eines Kolbens in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine und, bei Vorliegen mehrerer Zylinder, insbesondere die Lage der Kolben zueinander. Zur Verbesserung der Emissionen und/oder der erzeugten Leistung der Verbrennungskraftmaschine können die Phasenlagen jeder einzelnen Nockenwelle und damit die Steuerzeiten der Ventile (Einlassventil, Auslassventil) individuell verstellt werden. Dabei sind die Steuerzeiten der Ventile im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch Verstellung der Phasenlage der betreffenden Nockenwelle veränderbar, aber für alle von der jeweiligen Nockenwelle betätigten Ventile nur gemeinsam. Damit kann für jeden Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine eine gewünschte Kombination von Phasenlagen der Nockenwellen und damit bestimmte Steuerzeiten der Ventile eingestellt werden. In einem Betriebspunkt, der z. B. durch eine Drehzahl der Kurbelwelle, ein anliegendes Drehmoment und eine Phasenlage der Nockenwellen definiert ist, liegt also während der Drehbewegung der Kurbelwelle eine festgelegte Kombination der Phasenlagen der Nockenwellen vor.
  • Das vorgeschlagene Verfahren soll insbesondere ermöglichen, dass im Betrieb eine Regelung der Nockenwellen überprüft und ggf. verändert bzw. korrigiert wird.
  • Insbesondere werden durch ein Steuergerät für bestimmte Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine bestimmte Kombinationen von Nockenwellen-Phasenlagen vorgegeben. Dabei wird die Phasenlage jeder Nockenwelle in Abhängigkeit von einer rotatorischen Position der Kurbelwelle bestimmt. Z. B. aufgrund eines Wechsels von Komponenten kann es auftreten, dass eine von dem Steuergerät vorgegebene (angenommene) Nockenwellen-Phasenlage aber nicht tatsächlich realisiert wird, sondern, dass zumindest eine Nockenwelle eine andere Ist-Phasenlage einnimmt, die von einer vorgegebenen Soll-Phasenlage abweicht. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren soll ermöglicht werden, dass diese tatsächlich vorliegende Ist-Phasenlage der Nockenwellen erkannt wird und mit den von dem Steuergerät vorgegebenen Steuergrößen abgeglichen wird. Aus dem Abgleich kann in dem Steuergerät eine Korrektur vorgenommen werden, so dass ab diesem Zeitpunkt die von dem Steuergerät vorgegebenen Steuergrößen eine gewünschte und reproduzierbare Phasenlage der Nockenwellen einstellen können.
  • Insbesondere wird bei dem Verfahren vorausgesetzt, dass die Fehler in den Nockenwellen-Phasenlagen durch Bauteile und Toleranzen bestimmt werden (z. B. Einbaufehler Sensor, Geberrad, etc.) und damit die relative Verstellung der Nockenwellen-Phasenlagen von einem Betriebspunkt zum anderen Betriebspunkt mit der gleichen Güte bzw. Genauigkeit eingestellt und erfasst werden kann wie das wiederholte Anfahren eines Betriebspunkts mit einer bestimmten Kombination von Nockenwellen-Phasenlagen.
  • Das Verfahren ermöglicht insbesondere, vorbestimmte Merkmale eines (zweiten) Drucksignals der Serien-Verbrennungskraftmaschine mit, an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten, gleichen Merkmalen eines vergleichbaren (ersten) Drucksignals zu vergleichen. Dabei werden insbesondere gleiche Betriebspunkte angefahren, da die dabei auftretenden Drucksignale einander entsprechen sollten.
  • Insbesondere werden hier Merkmale eines Drucksignals miteinander verglichen, die jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt auftreten. Dabei können die Zeitpunkte, aufgrund des Verlaufs des Drucksignals, konkreten, z. B. gemessenen, Winkelstellungen der Kurbelwelle zugeordnet werden.
  • Im Folgenden bezeichnet der Begriff Merkmal ein im Rahmen des Verfahren an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine oder an der Serien-Verbrennungskraftmaschine ermitteltes Merkmal und umfasst insbesondere auch den Begriff erstes Merkmal.
  • Insbesondere ist das Drucksignal eine Hauptschwingung eines Druckverlaufs an der Eingangsseite oder der Ausgangsseite der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere liegt die Hauptschwingung in der Zündfrequenz der Verbrennungskraftmaschine. Über ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine wiederholt sich eine Hauptschwingung insbesondere entsprechend der Anzahl der Zylinder, also bei vier Zylindern viermal. Das Arbeitsspiel einer Vier-Takt Verbrennungskraftmaschine umfasst insbesondere einen Winkelbereich von 720 Winkelgrad, also zwei Umdrehungen der Kurbelwelle.
  • Insbesondere wird das zweite Drucksignal bzw. dessen Verlauf in Segmente unterteilt, z. B. in steigende Segmente (also Segmente, in denen das zweite Drucksignal ausgehend von einem geringen Druckwert oder einem Minimum des zweiten Drucksignals sich hin zu einem hohen Druckwert oder einem Maximum des zweiten Drucksignals verändert) und fallende Segmente (also Segmente, in denen das zweite Drucksignal ausgehend von einem hohen Druckwert oder einem Maximum sich hin zu einem geringen Druckwert oder einem Minimum verändert). In jedem Segment kann z. B. das mindestens eine (erste) Merkmal vorliegen bzw. erfasst werden.
  • Die Betrachtung der einzelnen Segmente (hinsichtlich der im Modell hinterlegten und an der Serien-Verbrennungskraftmaschine ermittelten Merkmale) ermöglicht eine Zuordnung des betrachteten Merkmals z. B. zu einem konkreten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Es werden also gerade nicht alle Hauptschwingungen übereinandergelegt und aus deren Überlagerung ein Merkmal bestimmt (wie z. B. bei einer Fourier-Transformation), sondern es ist möglich, ein Merkmal einer bestimmten Kurbelwellenstellung (bei einer Vier-Takt-Verbrennungskraftmaschine jede Kurbelwellenstellung über einen Bereich von jeweils 720 Winkelgrad) zuzuordnen. Damit können z. B. Schädigungen, die nur an mindestens einem Zylinder der Serien-Verbrennungskraftmaschine auftreten, aus dem zweiten Drucksignal bzw. dem jeweiligen ersten Merkmal ermittelt werden. Weiter ergibt die Zuordnung von Segmenten zu Zylindern auch Vorteile bei jeder Art von unsymmetrischen (unharmonischen) Drucksignalen, wie z. B. Zylinderabschaltung und getrennte Luftführung von Zylindergruppen.
  • Weitere Vorteile des hier vorgeschlagenen Verfahrens, im Vergleich zu einer Analyse des Drucksignals mit einer FFT, insbesondere aufgrund der mit dem vorgeschlagenen Verfahren separat pro Zylinder betrachtbaren Segmente, sind:
    • • die Nutzbarkeit, wenn ein Teil der Zylinder abgeschaltet wird: beispielsweise im Halbmotorbetrieb, bei dem das Drucksignal dann nicht mehr die harmonische Grundordnung vom Vollmotor-Vier-Takt-Betrieb aufweist;
    • • die Nutzbarkeit bei getrennter Luft-/Abgasführung von Zylinderbänken: beispielsweise bei einem V8-Motor mit getrennten Pfaden und jeweils Drucksensoren vor jeder Zylinderbank, bei dem dann die Drucksignale jeweils unharmonischer (also schlechter für eine für alle Zylinder gleichermaßen gültige FFT-Auswertung) sind.
  • Zur Erfassung der Ist-Phasenlage der Nockenwellen wird gemäß Schritt a) mindestens ein Modell bzw. eine Mehrzahl von Modellen an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelt.
  • In diesen Modellen sind für den jeweiligen Betriebspunkt die Ist-Phasenlagen der Nockenwellen und das erste Drucksignal bzw. das mindestens eine Merkmal des ersten Drucksignals gespeichert. Diese Modelle werden im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine in einem Steuergerät hinterlegt und als gültig anerkannt. Dabei werden für einen Betriebspunkt der Referenz-Verbrennungskraftmaschine, z. B. definiert durch Drehzahl der Kurbelwelle und ein anliegendes Drehmoment sowie durch eine Soll-Phasenlage der Nockenwelle, unterschiedliche Kombinationen der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen und das jeweils ermittelte Merkmal des ersten Drucksignals erfasst. Im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine werden zur Durchführung des Verfahrens insbesondere die Betriebspunkte angefahren, für die Modelle hinterlegt sind.
  • Die Ist-Phasenlagen und Merkmale können an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine durch Sensoren, z. B. durch Drucksensoren, Drehwinkelsensoren, etc., bestimmt werden, wobei die Referenz-Verbrennungskraftmaschine sich durch besonders geringe Abweichungen und besonders genau bekannte Bauteile auszeichnet.
  • An der Referenz-Verbrennungskraftmaschine wird also angenommen, dass die Soll-Phasenlage der Ist-Phasenlage entspricht.
  • Insbesondere wird für jeweils einen Betriebspunkt jeweils ein Modell erzeugt und in dem Steuergerät hinterlegt. Das Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen den Ist-Phasenlagen und dem ersten Drucksignal bzw. dem mindestens einen Merkmal des ersten Drucksignals.
  • Jedes Modell kann eine Mehrzahl von Kennfeldern bzw. Untermodellen aufweisen. Ein erstes Kennfeld bzw. Untermodell eines Modells umfasst z. B. ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und abhängig davon eingestellten Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage das für die jeweilige Kombination ermittelte Merkmal.
  • Ein zweites Kennfeld bzw. Untermodell eines Modells umfasst z. B. ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und von dabei jeweils vorliegenden Werten des Merkmals des ersten Drucksignals die bei dieser Kombination und in diesem Betriebspunkt jeweils vorliegende Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage.
  • Ein drittes Kennfeld bzw. Untermodell eines Modells umfasst z. B. ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage und von dabei jeweils vorliegenden Werten des Merkmals des ersten Drucksignals die bei dieser Kombination und in diesem Betriebspunkt jeweils vorliegende Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage.
  • Das zweite und dritte Kennfeld kann z. B. jeweils durch Invertierung des ersten Kennfelds bestimmt werden.
  • Jedes Kennfeld bzw. Untermodell beschreibt also ausgehend von bestimmten Werten zweier Eingangsgrößen die jeweils dritte Größe. Ausgehend von dem ersten Kennfeld kann also z. B. ein zweites Kennfeld (Untermodell) durch Invertieren des ersten Kennfelds gebildet werden. Das zweite Kennfeld umfasst dann ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage die abhängig davon ermittelten Merkmale und die für die jeweilige Kombination eingestellten Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage. Ein drittes Kennfeld (Untermodell) kann ebenfalls durch Invertieren des ersten Kennfelds gebildet werden. Das dritte Kennfeld umfasst dann ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage die abhängig davon ermittelten Merkmale und die für die jeweilige Kombination eingestellten Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage.
  • Das Speichern der Vielzahl von Kennfeldern (Untermodellen) kann insbesondere einen im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Rechenaufwand reduzieren, da ein Auslesen der betreffenden Werte der Phasenlagen für im Betrieb ermittelte Merkmale vereinfacht werden kann.
  • Insbesondere werden mit Hilfe der Kennfelder bzw. Untermodelle später beliebige Werte für Ist-Phasenlagen und Merkmale durch Interpolation bestimmt.
  • Insbesondere können die Kennfelder bzw. Modelle auch durch Gleichungssysteme realisiert bzw. ersetzt werden.
  • Im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine wird gemäß der Schritte b) bis e) in mindestens einem Betriebspunkt das mindestens eine Merkmal des zweiten Drucksignals erfasst und ausgewertet. Dabei wird die in dem jeweiligen Betriebspunkt vorliegende (aber ggf. nicht korrekte, weil verstellte) Phasenlage der Nockenwellen ebenfalls erfasst. Diese erfassten Phasenlagen werden insbesondere im Schritt f) verwendet, um die Abweichung der in Schritt b) eingestellten (aber nicht tatsächlich vorliegenden) Phasenlagen von den tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen zu bestimmen, so dass im nachfolgenden Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine ggf. um diese Abweichung korrigierte Werte für die Phasenlage verwendet werden können.
  • Die im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine angefahrenen Betriebspunkte entsprechen insbesondere den Betriebspunkten, für die die Modelle im Steuergerät hinterlegt sind.
  • Insbesondere werden die in Schritt b) erfassten zweiten Drucksignale bzw. das in Schritt e) bestimmte mindestens eine Merkmal in Schritt f) mit den Modellen verglichen.
  • Aus den Modellen können die, für diesen in Schritt b) angefahrenen Betriebspunkt und das gemäß Schritt e) erfasste Merkmal möglichen Kombinationen der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen ausgelesen werden. Es wird z. B. ermittelt, für welche Ist-Werte der Einlassnockenwellen-Phasenlage dieses Merkmal und damit welche Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage vorliegt. Weiter wird z. B. ermittelt, für welche Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage dieses Merkmal und damit welche Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage vorliegt. Die so ermittelten Kombinationen von Parametern können z. B. durch eine Funktion nachgebildet werden. Die Funktion kann z. B. eine Linie in einem Diagramm ausbilden. In dem Diagramm kann z. B. an einer ersten Achse die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und an einer zweiten Achse die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage aufgetragen sein.
  • Das Anfahren von mehreren Betriebspunkten und/oder das Vergleichen mehrerer unterschiedlicher Merkmale kann dabei die Genauigkeit der Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen erhöhen.
  • Die Kombinationen von Parametern können auch als Punktewolke angesehen werden, wobei die einzelnen Punkte der Punktewolke durch die aus den Modellen abgeleiteten Kombinationen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage für das in Schritt e) bestimmte Merkmal gebildet werden. Da jeder Punkt der Punktewolke die Koordinaten der jeweiligen Kombination von Ist-Nockenwellen-Phasenlagen für dieses eine Merkmal aufweist, weist die Punktewolke vorliegend nur zwei Dimensionen auf.
  • In einem diese zwei Dimensionen darstellenden Diagramm können die Kombinationen von Ist-Nockenwellen-Phasenlagen, bei denen sich im Modell bzw. Untermodell das gemessene Merkmal ergibt, z. B. als eine Höhenlinie im Modell bzw. Untermodell dargestellt werden.
  • Die jeweilige Punktewolke setzt sich insbesondere durch Punkte zusammen, die aus den Kennfeldern bzw. Untermodellen ausgelesen werden können. Z. B. setzt sich die für den einen Betriebspunkt ermittelte Punktewolke aus den für das erfasste Merkmal vorliegenden Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlagen sowie den für diese Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und diesen Betriebspunkt vorliegenden Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlagen zusammen. Die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage wird also insbesondere aus dem entsprechenden, bereits im Steuergerät hinterlegten oder im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine ermittelten, Kennfeld bzw. Untermodell ausgelesen. Weiter setzt sich die Punktewolke aus den für das erfasste Merkmal vorliegenden Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlagen sowie den für diese Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage und diesen Betriebspunkt vorliegenden Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlagen zusammen.
  • Die für den einen Betriebspunkt ermittelte Punktewolke setzt sich insbesondere aus den, aus dem vorstehend beschriebenen zweiten Kennfeld abgeleiteten, Punkten und aus den, aus dem vorstehend beschriebenen dritten Kennfeld abgeleiteten, Punkten zusammen. Aus dem zweiten Kennfeld können für das gemessene Merkmal die entsprechenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die für diese Kombination vorliegenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte bilden dabei die aus dem zweiten Kennfeld abgeleiteten einzelnen Punkte der Punktewolke. Aus dem dritten Kennfeld können für das gemessene Merkmal die entsprechenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage und die für diese Kombination vorliegenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte bilden dabei die aus dem dritten Kennfeld abgeleiteten einzelnen Punkte der Punktewolke.
  • Zur Ermittlung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen wird insbesondere ein Schnittpunkt von Punktewolken bestimmt, wobei die zum Schneiden gebrachten Punktewolken durch Bestimmen eines weiteren Merkmals (insbesondere ein anderes Merkmal als das bisher bestimmte und verwendete Merkmal) aus dem gleichen Drucksignal (also dem gleichen Betriebspunkt) oder durch das Anfahren mindestens eines anderen Betriebspunkts mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine und Erfassen (z. B. Messen) eines weiteren (dritten) Drucksignals bei einer (angenommenen) anderen Einlassnockenwellen-Phasenlage und einer (angenommenen) anderen Auslassnockenwellen-Phasenlage und Bestimmen eines weiteren Merkmals (insbesondere das gleiche Merkmal wie das in dem anderen Betriebspunkt bestimmte Merkmal oder ein anderes Merkmals) aus diesem anderen (dritten) Drucksignal.
  • Es kann also insbesondere eine frei wählbare Anzahl von Betriebspunkten angefahren werden, wobei allein über die Anzahl der voneinander unterschiedlichen Betriebspunkte die Robustheit und Stabilität des Ergebnisses, also der Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen, beeinflusst werden kann. Weiter können bestimmte Kombinationen von Betriebspunkten ausgewählt werden, die eine möglichst robuste Bestimmung der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen ermöglicht. Das Verfahren kann aber auch die Bestimmung von mehreren Merkmalen aus einem Drucksignal, das in einem gleichen Betriebspunkt ermittelt bzw. gemessen wurde, umfassen, wobei die Punktewolken sich dann nur hinsichtlich des jeweiligen Merkmals unterscheiden.
  • Dabei kann eine Plausibilisierung bereits mit dem Modell bzw. den Untermodellen durchgeführt werden. Es kann z. B. geprüft werden, ob für die ausgewählten Betriebspunkte ein eindeutiges Verhalten der die jeweilige Punktewolke bildenden Punkte erwartet werden kann, zumindest in einem die angenommenen oder erwartenden Nockenwellen-Phasenlagen umfassenden Teilbereich der Punktewolken. Falls nicht, können nur zulässige Bereiche der Punktewolke ausgewählt werden oder es wird ein anderer Betriebspunkt angefahren oder der Betriebspunkt wird wiederholt angefahren oder das zweite Drucksignal wird erneut erfasst.
  • Beispielsweise können die aus dem einen Untermodell ermittelten Punkte in einem Diagramm einen Kreis ergeben. Wenn die aus dem anderen Untermodell ermittelten Punkte diesen Kreis aber z. B. in nur einem Quadranten des Kreises die erste Punktewolke ergänzen, kann dieser Quadrant und die darin enthaltenen Punkte als Punktewolke sinnvoll verwendet werden.
  • Insbesondere wird in Schritt e) mindestens ein weiteres Merkmal aus dem jeweiligen zweiten Drucksignal erfasst, wobei in Schritt a) für dieses weitere Merkmal ebenfalls Modelle erstellt wurden, auf die in Schritt f) zurückgegriffen wird. Das weitere Merkmal kann z. B. das Signal eines weiteren Drucksensors sein. Dieser kann z. B. im Ansaugtrakt oder im Auslasstrakt angeordnet sein. Das weitere Merkmal kann auch ein anderes Merkmal des gleichen (ersten und/oder zweiten) Drucksignals umfassen, z. B. eine Amplitude, ein Maximalwert, ein Minimalwert, eine Steigung, etc.
  • Insbesondere wird das zweite Drucksignal in der Serien-Verbrennungskraftmaschine zumindest in einer Ansaugseite oder in einer Auslassseite der Serien-Verbrennungskraftmaschine über einen dort angeordneten Drucksensor erfasst. Aus dem erfassten zweiten Drucksignal kann das jeweilige mindestens eine Merkmal des zweiten Drucksignals bestimmt werden, z. B. in einem Steuergerät der Serien-Verbrennungskraftmaschine.
  • Der Schnittpunkt der Punktewolken bildet insbesondere die Kombination von Ist-Phasenlagen, also die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage, die in dem mindestens einen Betriebspunkt gemäß Schritt b) tatsächlich vorliegen.
  • Diese Werte der Ist-Phasenlagen können nun verwendet werden, um die bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt verwendeten Werte für die angenommenen Phasenlagen (also z. B. die ersten Phasenlagen) neu zu kalibrieren. Es wird also eine Abweichung der Ist-Phasenlage der betreffenden Nockenwelle von der bis dahin eingestellten Phasenlage festgestellt und basierend auf dieser Abweichung, die Steuergröße im Steuergerät geändert. Danach sollte die an der Serien-Verbrennungskraftmaschine eingestellte (Soll-)Phasenlage, also z. B. die erste Phasenlage, der tatsächlich vorliegenden jeweiligen Ist-Phasenlage entsprechen.
  • Die Steuergröße kann z. B. die Phasenlage einer Nockenwelle sein. Mit dem Verfahren können Abweichungen zwischen der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlage und einer an der Serien-Verbrennungskraftmaschine eingestellten und angenommenen (Soll-)Phasenlage erkannt und die Phasenlage der Nockenwelle korrigiert bzw. kalibriert werden. Die neu eingestellten Phasenlagen sollten dann insbesondere den Ist-Phasenlagen entsprechen. Dieser Zustand kann durch das vorliegende Verfahren insbesondere auch überprüft und plausibilisiert werden.
  • In Schritt c) erfolgt das Bearbeiten des zweiten Drucksignals mit einer Filterung zur Auswahl mindestens einer Signalfrequenz des zweiten Drucksignals, so dass die Signalfrequenz als Verlauf eines Druckwerts in Abhängigkeit von der Zeit bzw. von dem Kurbelwellenwinkel darstellbar ist. Insbesondere ist der Verlauf der Signalfrequenz, also des Druckwerts, in einem Diagramm darstellbar, wobei an einer vertikalen Achse ein Druckwert des zweiten Drucksignals und an einer horizontalen Achse die Zeit bzw. der fortlaufende Kurbelwellenwinkel aufgetragen sind.
  • Für die Einteilung des zweiten Drucksignals in Segmente wird das zweiten Drucksignal in einem besonders einfachen, robusten Verfahren insbesondere mit einer Fourier-Transformation bearbeitet. Insbesondere wird nur eine Signalfrequenz des zweiten Drucksignals berücksichtigt, z. B. eine Hauptschwingung des zweiten Drucksignals.
  • Alternativ kann die Einteilung in Segmente, z. B. durch die Identifizierung von Extremwerten des Drucksignals durch a priori-Wissen vorgegeben werden (z. B. anhand der Solllagen der Nockenwellen-Phasenlagen). Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass hier ggf. eine Kopplung entsteht, d. h. nur wenn die Ist-Nockenwellen-Phasenlagen keine große Abweichung von den angenommenen Nockenwellen-Phasenlagen haben, werden die Extremwerte sicher erkannt.
  • Bei der Bestimmung der Segmente über die Hauptfrequenz ist diese Kopplung nicht vorhanden, da die Positionen der Extremwerte (also entlang der Zeitachse) allein aus dem Drucksignal ermittelt werden.
  • Gemäß Schritt d) erfolgt das Aufteilen des Verlaufs des zweiten Drucksignals des mindestens einen Arbeitsspiels in eine Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes Segment ein Zeitintervall umfasst. Jedes Segment umfasst insbesondere ein Zeitintervall bzw. ein Intervall des Kurbelwellenwinkels.
  • Insbesondere kann für jedes Segment eine Mehrzahl von (unterschiedlichen) Merkmalen bestimmt werden, die mit dem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten mindestens einen Modell und den dort hinterlegten Merkmalen abgeglichen werden können. Insbesondere umfasst ein Segment ein Zeitintervall, bzw. ein Intervall des Kurbelwellenwinkels, das durch zwei benachbarte Extremwerte definiert ist.
  • Ein Arbeitsspiel einer Vier-Takt Verbrennungskraftmaschine umfasst z. B. dann acht Segmente.
  • Der Anfangspunkt und/oder der Endpunkt eines Segments kann insbesondere anhand von Extremwerten (z. B. Maximum und Minimum) des Verlaufs des zweiten Drucksignals bestimmt werden. Insbesondere kann das Zeitintervall eines Segments anhand eines Maximums und eines Minimums des Verlaufs des zweiten Drucksignals bestimmt werden. Insbesondere kann für ein Segment eine Überlappung (entlang der Zeitachse) mit einem benachbarten Segment vorgesehen sein, so dass jeder Extremwert auch für mehrere Segmente verwendbar ist. Insbesondere umfasst jedes Segment nur ein (globales) Maximum und nur ein (globales) Minimum des Verlaufs des zweiten Drucksignals.
  • Für jedes Segment bzw. für den Verlauf können Merkmale identifiziert werden, die mit den Merkmalen des in Schritt a) ermittelten mindestens einen Modells verglichen werden können. Dabei können die Merkmale jedes Segments z. B. anhand der Lage der Extremwerte oder anhand der Lage anderer charakteristischer Werte identifiziert werden.
  • Insbesondere kann für eine Mehrzahl von Segmenten ein gemeinsames Modell erzeugt und im Steuergerät hinterlegt sein. Es ist aber auch möglich, jeweils ein Modell für genau ein Segment zu erzeugen und im Steuergerät zu hinterlegen. Ggf. kann so die Rechenzeit im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine verkürzt werden. Ggf. kann so aber die Speicherkapazität im Steuergerät reduziert werden, da z. B. Modelle nur für bestimmte Segmente oder einzelne Segmente im Steuergerät hinterlegt sind.
  • In Schritt d) erfolgt insbesondere ein Bestimmen von Extremwerten des zweiten Drucksignals in Bezug auf die Zeitachse bzw. den Kurbelwellenwinkel. Die Segmente können also anhand der Lage der Extremwerte identifiziert bzw. festgelegt werden.
  • In Schritt e) erfolgt insbesondere das Auswählen eines Bereichs des zweiten Drucksignals, der z. B. zwischen zwei benachbarten Extremwerten des zweiten Drucksignals, also zwischen einem Maximum und einem Minimum, angeordnet ist. Der Bereich umfasst insbesondere also einen innerhalb eines Zeitintervalls liegenden Abschnitt des Verlaufs des Drucksignals. Insbesondere kann das Zeitintervall konkreten Kurbelwellenwinkeln zugeordnet werden. Insbesondere liegt der Abschnitt in (jeweils) einem der in Schritt d) bestimmten Segmente. Dieser Abschnitt ist insbesondere kleiner als das Zeitintervall eines Segments.
  • Insbesondere kann dieser Abschnitt des Verlaufs des zweiten Drucksignals durch eine Funktion, insbesondere durch eine Gerade, approximiert werden. Die Approximation kann durch Näherungsverfahren oder andere mathematische Methoden erfolgen. Die Funktion kann auch nichtlinear sein, z. B. eine Parabel- oder e-Funktion. Diese Approximation kann insbesondere durch das Steuergerät durchgeführt werden.
  • Das Approximieren des Verlaufs durch eine Gerade erhöht eine Stabilität gegenüber Messfehlern und Rauschen. Verläuft der Verlauf in diesem Abschnitt also stetig, kann eine numerisch robuste, störunempfindliche Information zur Ermittlung der Ist-Phasenlage bereitgestellt werden.
  • Insbesondere kann die Amplitude zwischen den benachbarten Extemwerten, also dem Maximum und dem Minimum, normiert werden. Der Abschnitt umfasst insbesondere ein Abschnitts- Zeitintervall, in dem der Verlauf zumindest den ersten Wert „50 % der normierten Amplitude“ aufweist.
  • In diesem Abschnitt des Zeitintervalls liegt insbesondere eine schnelle Änderung eines Druckwerts im Hinblick auf die Veränderung der Zeit bzw. des Kurbelwellenwinkels vor. Die Geschwindigkeit der Änderung wird insbesondere durch die Steigung des Verlaufs des zweiten Drucksignals in diesem Abschnitt des Verlaufs visualisiert.
  • Insbesondere umfasst der Abschnitt ein Abschnitts-Zeitintervall, dass durch ein symmetrisches Intervall in Bezug auf die normierte Amplitude definiert ist. Insbesondere umfasst der Abschnitt also z. B. ein Abschnitts-Zeitintervall, dass den Verlauf des zweiten Drucksignals zwischen einem zweiten Wert „30 % der normierten Amplitude“ und einem dritten Wert „70 % der normierten Amplitude“ umfasst. In diesem Abschnitt kann insbesondere die größte Steigung des Verlaufs angenommen werden bzw. der Verlauf des zweiten Drucksignals als für die Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen signifikant erwartet werden.
  • Die Approximation des Verlaufs in diesem Abschnitt kann z. B. durch eine Geradenfunktion oder eine andere Funktion erfolgen, die sich ausgehend von dem zweiten Wert hin zum dritten Wert über das ermittelte Zeitintervall erstreckt. Dabei kann ein Kreuzungspunkt einer so ermittelten Geraden oder anderen Funktion z. B. mit dem ersten Wert „50 % der normierten Amplitude“ einen konkreten Zeitpunkt bzw. einen konkreten Kurbelwellenwinkel ergeben. Dieser Zeitpunkt bzw. die Abweichung dieses Zeitpunkts gegenüber einem zeitlichen Mittelwert zwischen den Extremwerten (der zeitliche Mittelwert entspricht z. B. dem Zeitpunkt, der bei 50 % der zeitlichen Differenz zwischen den Extremwerten liegt), kann z. B. unter Berücksichtigung des jeweiligen Segments als erstes Merkmal identifiziert und zur Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen gemäß Schritt f) verwendet werden.
  • Während bei einer Geraden-Funktion z. B. diese Abweichung des Zeitpunkts und/oder die Steigung als erstes Merkmal verwendet werden können, kann bei einer anderen Funktion z. B. ein Parameter des jeweiligen Kurvensegments als Merkmal bestimmt werden.
  • Insbesondere wird das mindestens eine erste Merkmal in Bereichen des Verlaufs des zweiten Drucksignals ermittelt, die z. B. eine großer Steigung aufweisen, also gerade nicht in Bereichen der Extremwerte.
  • Das vorliegende Verfahren ermöglicht damit insbesondere ein robusteres und stabileres, insbesondere genaueres Ergebnis für die Ist-Phasenlagen der Nockenwellen.
  • Insbesondere erfolgt gemäß Schritt f) ein Vergleich des zumindest einen Merkmals, z. B. der Abweichung des Zeitpunkts und/oder die Steigung des Verlaufs in einem Segment bzw. in einem Abschnitt eines Segments mit dem mindestens einen Modell bzw. mit dem korrespondierenden mindestens einen Merkmal im Modell. Insbesondere kann so eine Ist-Phasenlagen der Nockenwellen ermittelt werden. Die von dem Steuergerät vorgegebenen Werte für die Phasenlagen der Nockenwellen, also z. B. die ersten Nockenwellen-Phasenlagen, können so um einen Korrekturfaktor oder -wert korrigiert werden, so dass im nachfolgenden Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine korrekte Phasenlagen der Nockenwellen eingestellt werden können.
  • Insbesondere erfolgt in Schritt c) eine Tiefpassfilterung des zweiten Drucksignals im Rahmen einer Fourier-Transformation. Insbesondere werden dabei nur Teile des zweiten Drucksignals bis zu einer bestimmten Ordnung berücksichtigt, also Bereiche höherer Frequenz werden gedämpft.
  • Insbesondere erfolgt in Schritt c) eine Bandpassfilterung des zweiten Drucksignals im Rahmen einer Fourier-Transformation. Insbesondere werden dabei nur Teile des zweiten Drucksignals, z. B. einer Ordnung, berücksichtigt. Insbesondere werden also Bereiche niedrigerer und höherer Frequenz gedämpft.
  • Insbesondere ermöglicht die Ermittlung von Merkmalen jedes Segments eine Zuordnung der Merkmale zu einzelnen Zylindern. Damit können Merkmale unterschiedlicher Segmente, also unterschiedlicher Zylinder miteinander verglichen werden. Insbesondere ist so eine Diagnose der Serien-Verbrennungskraftmaschine und ihrer Komponenten, z. B. Sensoren, möglich. Insbesondere können eventuelle Schädigungen einzelnen Zylindern zugeordnet werden.
  • Bei dem durch die DE 10 2016 219 582 B3 vorgeschlagenen Verfahren wurden nur die FFT-Koeffizienten Amplitude und Phasenlage ermittelt. Diese stellen eine Mittelung der Parameter Amplitude und Phasenlage für alle Zylinder dar. Eine Zuordnung von Merkmalen zu einzelnen Zylindern ist dort nicht möglich.
  • Insbesondere wird aus dem erfassten zweiten Drucksignal mit einer Fourier-Transformation der Verlauf des Druckwerts der mindestens einen Signalfrequenz in Bezug auf die Zeit bzw. den Kurbelwellenwinkel ermittelt.
  • Insbesondere ist zumindest eines der folgenden Merkmale in Schritte e) bestimmbar: Druckwert und Zeitpunkt bzw. Kurbelwellenwinkel mindestens eines Maximums, Druckwert und Zeitpunkt bzw. Kurbelwellenwinkel mindestens eines Minimums, Amplitude des Verlaufs des Drucksignals, Richtung des Verlaufs (steigend oder fallend) in dem Segment bzw. Bereich bzw. Abschnitt, Steigung des Verlaufs in einem Abschnitt und/ oder zu einem bestimmten Zeitpunkt und/ oder bei einem bestimmten Druckwert oder Wert des Druckwerts.
  • Insbesondere kann jedes durch das Verfahren ermittelte Merkmal in dem mindestens einen Modell hinterlegt sein. Jedes weitere berücksichtigte Merkmal ermöglicht insbesondere eine weitere Steigerung der Robustheit und Genauigkeit des Verfahrens.
  • Insbesondere werden die zweiten Drucksignale in der Serien-Verbrennungskraftmaschine zumindest in einer Ansaugseite und/ oder in einer Auslassseite der Serien-Verbrennungskraftmaschine über einen dort angeordneten Drucksensor erfasst. Aus den erfassten zweiten Drucksignalen kann das jeweilige mindestens eine Merkmal des zweiten Drucksignals bestimmt werden, z. B. in einem Steuergerät der Serien-Verbrennungskraftmaschine.
  • Insbesondere werden die in Schritt f) bestimmten Ist-Phasenlagen in einem Steuergerät der Serien-Verbrennungskraftmaschine zur Korrektur von durch das Steuergerät zum Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Steuergrößen verwendet. Insbesondere werden also die bisher verwendeten Steuergrößen verändert, so dass im weiteren Betrieb z. B. geänderte Phasenlagen eingestellt werden.
  • Der in Schritt f) erfolgte Vergleich des Merkmals mit dem mindestens einen Modell bzw. der dabei ermittelte Schnittpunkt der Punktewolken, ergibt insbesondere die Kombination von Ist-Phasenlagen, also die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage, die in dem untersuchten Betriebspunkt bzw. in den untersuchten Betriebspunkten tatsächlich vorliegen.
  • Diese Werte der Ist-Phasenlagen können nun verwendet werden, um die bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt verwendeten Werte für die angenommenen Phasenlagen (also z. B. die ersten Phasenlagen) neu zu kalibrieren. Es wird also eine Abweichung der Ist-Phasenlage der betreffenden Nockenwelle von der bis dahin eingestellten Phasenlage festgestellt und basierend auf dieser Abweichung, die Steuergröße im Steuergerät geändert. Danach sollte die an der Serien-Verbrennungskraftmaschine eingestellte (Soll-)Phasenlage, also z. B. die erste Phasenlage der tatsächlich vorliegenden jeweiligen Ist-Phasenlage entsprechen.
  • Die Steuergröße kann z. B. die Phasenlage einer Nockenwelle sein. Mit dem Verfahren können Abweichungen zwischen der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlage und einer an der Serien-Verbrennungskraftmaschine eingestellten und angenommenen (Soll-)Phasenlage erkannt und die Phasenlage der Nockenwelle korrigiert bzw. kalibriert werden. Die neu eingestellten Phasenlagen sollten dann insbesondere den Ist-Phasenlagen entsprechen. Dieser Zustand kann durch das vorliegende Verfahren insbesondere auch überprüft und plausibilisiert werden.
  • Insbesondere werden die durch das Steuergerät zum Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Steuergrößen nur dann unter Berücksichtigung der Ist-Phasenlagen verändert, wenn eine Mindestabweichung zwischen den Ist-Phasenlagen und den dazu vergleichbaren Steuergrößen festgestellt wird. Ggf. ist eine Korrektur nicht erforderlich, weil die ermittelte Abweichung der Ist-Phasenlage innerhalb einer vorbestimmbaren Toleranz liegt.
  • Insbesondere variiert die Mindestabweichung in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Parameter: Drehzahl, Kurbelwellenwinkel, Umgebungsdruck, VTG-Position, Drosselklappenposition, Zusammensetzung Kraftstoff-Luft-Gemisch. Insbesondere kann also die Mindestabweichung je nach Betriebspunkt bzw. Parameter einen jeweils unterschiedlichen Wert aufweisen, so dass in Abhängigkeit von zumindest einem der genannten Parameter entschieden werden kann, ob eine Korrektur der Steuergrößen vorgenommen wird.
  • Die Ausführungen zu dem zweiten Drucksignal und dem daraus abgeleiteten Merkmal bzw. Merkmalen gelten insbesondere gleichermaßen für das an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelte erste Drucksignal.
  • Es wird weiter eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Kurbelwelle, eine verstellbare Einlassnockenwelle und/oder eine verstellbare Auslassnockenwelle, mindestens einen mit der Kurbelwelle verbundenen Kolben und einen Zylinder, in dem der Kolben Hubbewegungen durchführt, sowie eine Ansaugseite, über die zumindest Luft über mindestens ein von der Einlassnockenwelle betätigbares Einlassventil dem Zylinder zuführbar ist, und eine Auslassseite, über die Abgas über mindestens ein von der Auslassnockenwelle betätigbares Auslassventil aus dem Zylinder abführbar ist. In der Ansaugseite und/oder in der Auslassseite ist mindestens ein Drucksensor zur Erfassung von zweiten Drucksignalen (bzw. des mindestens einen zweiten Drucksignals) angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiter ein Steuergerät, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt, bzw. ausgestattet, konfiguriert oder programmiert, ist.
  • Insbesondere wird auch ein Steuergerät vorgeschlagen, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist.
  • Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
  • Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
  • Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
  • Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Verbrennungskraftmaschine und/oder das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
  • Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • 1: eine Verbrennungskraftmaschine in einer Seitenansicht im Schnitt; und
    • 2: ein zweidimensionales Diagramm.
  • 1 zeigt eine Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 umfasst eine Kurbelwelle 39, eine verstellbare Einlassnockenwelle 2 und eine verstellbare Auslassnockenwelle 4, mindestens einen mit der Kurbelwelle 39 verbundenen Kolben 32 und einen Zylinder 6, in dem der Kolben 32 Hubbewegungen durchführt, sowie eine Ansaugseite 33, über die zumindest Luft über mindestens ein von der Einlassnockenwelle 2 betätigbares Einlassventil 34 dem Zylinder 6 zuführbar ist, und eine Auslassseite 35, über die Abgas über mindestens ein von der Auslassnockenwelle 4 betätigbares Auslassventil 36 aus dem Zylinder 6 abführbar ist. In der Ansaugseite 33 und in der Auslassseite 35 ist jeweils ein Drucksensor 37 zur Erfassung von Drucksignalen 10 angeordnet (für das Verfahren ist mindestens ein Drucksensor 37 erforderlich). Die Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 umfasst weiter ein Steuergerät 38, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt, bzw. ausgestattet, konfiguriert oder programmiert, ist.
  • Das Verfahren dient der Bestimmung einer Kombination einer Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 einer Einlassnockenwelle 2 und einer Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 einer Auslassnockenwelle 4 einer Serien-Verbrennungskraftmaschine 5. Das Verfahren wird im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 durchgeführt. Die jeweilige Ist-Phasenlage 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 wird in Bezug auf mindestens einen Betriebspunkt 7 der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 bestimmt.
  • Bei dem Verfahren erfolgt gemäß Schritt a) ein Bestimmen von Modellen 8 an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine für verschiedene Betriebspunkte 7, wobei jedes Modell 8 für jeweils einen Betriebspunkt 7 der Referenz-Verbrennungskraftmaschine einen Zusammenhang zwischen einem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten ersten Drucksignal 9 (bzw. mindestens einem Merkmal 19 eines Drucksignals 9) in Abhängigkeit von der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 des jeweiligen Betriebspunkts 7 darstellt.
  • Gemäß Schritt b) erfolgt ein Anfahren eines Betriebspunkts 7 mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 und Erfassen (z. B. Messen) eines zweiten Drucksignals 10 bei einer (angenommenen) ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage 11 und einer (angenommenen) ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage 12 sowie eines Kurbelwellenwinkels 41 über dafür vorgesehene Sensoren 40.
  • Gemäß Schritt c) erfolgt ein Bearbeiten des zweiten Drucksignals 10 mit einer Filterung zur Auswahl mindestens einer Signalfrequenz 13 des zweiten Drucksignals 10, so dass die Signalfrequenz 13 als Verlauf 14 eines Druckwerts 15 über einer Zeit 16 darstellbar ist (siehe 2).
  • 2 zeigt ein zweidimensionales Diagramm. An der vertikalen Achse des Diagramms ist der Druckwert 15 eines zweiten Drucksignals 10 aufgetragen. An der horizontalen Achse ist die Zeit 16 bzw. der fortlaufende Kurbelwellenwinkel 41 einer Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 aufgetragen. Weiter ist in dem Diagramm der Verlauf 14 eines zweiten Drucksignals 10 dargestellt. Das zweite Drucksignal 10 ist von einem Drucksensor 37 in einer Ansaugseite 33 oder in einer Auslassseite 35 der Verbrennungskraftmaschine 5 erfasst worden. Das Diagramm umfasst den Verlauf 14 des zweiten Drucksignals 10 über ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 5, also über einen Winkelbereich von 720 Winkelgrad der Kurbelwelle 39 (beim 4-Takt-Motor). Hier ist ein an der Auslassseite 35 im Rahmen des Schrittes b) gemessenes und im Rahmen des Schrittes c) tiefpassgefiltertes zweites Drucksignal 10, bis einschließlich 9. Ordnung, dargestellt.
  • In Schritt b) erfolgt also das Anfahren eines Betriebspunkts 7, definiert durch eine Kombination einer Aktorik der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5, z. B. durch Drehzahl, Last, Drosselklappe, Turbolader, Nockenwellen-Phasenlagen. Weiter erfolgt in Schritt b) das Erfassen des zweiten Drucksignals 10 über den Drucksensor 37 in der Auslassseite 35. Dabei werden die dafür vom Steuergerät 38 vorgegebenen Phasenlagen der Nockenwellen 2, 4 in Abhängigkeit von einer Zeit 16 bzw. einem Zeitpunkt 20 erfasst. Die vom Steuergerät 38 vorgegebenen Phasenlagen der Nockenwellen 2, 4 sind die erste Einlassnockenwelle-Phasenlage 11 und die erste Auslassnockenwelle-Phasenlage 12, die ggf. fehlerhaft sind und von einer tatsächlich vorliegenden Ist-Nockenwellen-Phasenlage 1, 3 abweichen, so dass die diesbezüglichen Steuergrößen des Steuergeräts 38 ggf. korrigiert werden müssen.
  • In Schritt c) erfolgt das Bearbeiten des zweiten Drucksignals 10 mit einer Filterung zur Auswahl mindestens einer Signalfrequenz 13 des zweiten Drucksignals 10, so dass die Signalfrequenz 13 als Verlauf 14 eines Druckwerts 15 über einer Zeit 16 darstellbar ist.
  • Das zweite Drucksignal 10 weist eine Hauptschwingung in der Zündfrequenz der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 auf. Über ein Arbeitsspiel der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 wiederholt sich eine Hauptschwingung entsprechend der Anzahl der Zylinder 6, also vorliegend bei vier Zylindern 6 viermal.
  • Gemäß Schritt d) erfolgt das Aufteilen des Verlaufs 14 des zweiten Drucksignals 10 des mindestens einen Arbeitsspiels in eine Mehrzahl von Segmenten 17, wobei jedes Segment 17 ein Zeitintervall 18 umfasst. Jedes Segment 17 kann eine Mehrzahl von Merkmalen 19 liefern, die mit dem Modell 9 der Referenz-Verbrennungskraftmaschine abgeglichen werden können.
  • Die Segmente 17 werden in steigende Segmente 17, also Segmente 17, in denen das zweite Drucksignal 10 ausgehend von einem geringen Druckwert 15 bzw. einem Minimum 21 des zweiten Drucksignals 10 sich hin zu einem hohen Druckwert 15 bzw. einem Maximum 22 des zweiten Drucksignals 10 verändert, und fallende Segmente 17, in denen das zweite Drucksignal 10 ausgehend von einem hohen Druckwert 15 oder einem Maximum 22 sich hin zu einem geringen Druckwert 15 oder einem Minimum 21 verändert, unterteilt. In jedem Segment 17 kann z. B. das mindestens eine Merkmal 19 vorliegen bzw. erfasst werden.
  • Die Betrachtung der einzelnen Segmente 17 (hinsichtlich der im Modell 9 hinterlegten und an der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 ermittelten Merkmale 19) ermöglicht eine Zuordnung des betrachteten Merkmals 19 z. B. zu einem konkreten Zylinder 6 der Verbrennungskraftmaschine 5. Es werden also gerade nicht alle Hauptschwingungen übereinandergelegt und aus deren Überlagerung ein Merkmal 19 bestimmt (wie z. B. bei einer Fourier-Transformation), sondern es ist möglich, ein Merkmal 19 einer bestimmten Kurbelwellenwinkel-Stellung (bei einer vier-Takt-Verbrennungskraftmaschine jede Kurbelwellenwinkel-Stellung über einen Bereich von jeweils 720 Winkelgrad) zuzuordnen. Damit können z. B. Schädigungen, die nur an mindestens einem Zylinder 6 der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 auftreten, aus dem zweiten Drucksignal 10 bzw. dem jeweiligen ersten Merkmal 19 ermittelt werden.
  • In Schritt d) erfolgt ein Bestimmen von Extremwerten des zweiten Drucksignals 10 in Bezug auf die Zeitachse (Zeit 16) bzw. die Kurbelwellen-Phasenlage. Die Segmente 17 werden vorliegend anhand der Lage der Extremwerte, also der Minima 21 und Maxima 22 identifiziert bzw. festgelegt.
  • In Schritt e) erfolgt das Auswählen eines Bereichs des zweiten Drucksignals 10, der zwischen zwei benachbarten Extremwerten des zweiten Drucksignals 10, also zwischen einem Maximum 22 und einem Minimum 21, angeordnet ist. Der Bereich umfasst einen innerhalb eines Zeitintervalls 18 liegenden Abschnitt 23 des Verlaufs 14 des zweiten Drucksignals 10. Das Zeitintervall 18 kann einem konkreten Kurbelwellenwinkel 41 zugeordnet werden. Der Abschnitt 23 liegt in einem der in Schritt d) bestimmten Segmente 17. Der Abschnitt 23 bzw. das Abschnitts-Zeitintervall 26 ist kleiner als das Zeitintervall 18 eines Segments 17.
  • Der Abschnitt 23 umfasst ein Abschnitts-Zeitintervall 26, dass durch ein symmetrisches Intervall in Bezug auf die normierte Amplitude definiert ist. Der Abschnitt 23 umfasst ein Abschnitts-Zeitintervall 26, dass den Verlauf 14 des zweiten Drucksignals 10 zwischen einem zweiten Wert 28 „30 % der normierten Amplitude“ und einem dritten Wert 29 „70 % der normierten Amplitude“ umfasst. In diesem Abschnitt 23 kann insbesondere die größte Steigung 30 des Verlaufs 14 angenommen werden bzw. der Verlauf des zweiten Drucksignals 10 als für die Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen 1, 3 signifikant erwartet werden.
  • Der Abschnitt 23 des Verlaufs 14 des zweiten Drucksignals 10 kann durch eine Funktion 24, hier durch eine Gerade, approximiert werden. Die Approximation kann durch Näherungsverfahren oder andere mathematische Methoden erfolgen. Die Approximation kann durch das Steuergerät 38 durchgeführt werden.
  • Das Approximieren des Verlaufs 14 durch eine Gerade bzw. durch lineare Regression, erhöht eine Stabilität gegenüber Messfehlern und Rauschen, insbesondere weil hier eine ausgeprägte Steigung 30 vorliegt und weil mehr als ein Abtastwert verwendet wird. Verläuft der Verlauf 14 in diesem Abschnitt 23 also stetig, kann eine numerisch robuste, störunempfindliche Information zur Ermittlung der Ist-Phasenlage 1, 3 bereitgestellt werden.
  • Die Amplitude 25 wird zwischen den benachbarten Extemwerten, also dem Maximum 22 und dem Minimum 21, normiert, erstreckt sich also zwischen den Druckwerten 15 von „0“ bis „1“. Der Abschnitt 23 umfasst ein Abschnitts-Zeitintervall 26, in dem der Verlauf 14 zumindest den ersten Wert 27 „50 % der normierten Amplitude“ aufweist.
  • In diesem Abschnitt 23 des Zeitintervalls 18 liegt eine schnelle Änderung eines Druckwerts 15 im Hinblick auf die Veränderung der Zeit 16 bzw. des Kurbelwellenwinkels vor. Die Geschwindigkeit der Änderung wird durch die Steigung 30 des Verlaufs 14 des zweiten Drucksignals 10 in diesem Abschnitt 23 des Verlaufs 14 visualisiert.
  • Die Approximation des Verlaufs 14 in diesem Abschnitt 23 kann z. B. durch eine Geraden-Funktion 24 oder eine andere Funktion 24 erfolgen, die sich ausgehend von dem zweiten Wert 28 hin zum dritten Wert 29 über das ermittelte Abschnitts-Zeitintervall 26 erstreckt. Dabei kann ein Kreuzungspunkt 31 einer so ermittelten Geraden mit dem ersten Wert 17 „50 % der normierten Amplitude“ einen konkreten Zeitpunkt 20 bzw. eine konkrete Kurbelwellen-Phasenlage ergeben. Dieser Zeitpunkt 20 bzw. die Abweichung dieses Zeitpunkts 20 gegenüber einem zeitlichen Mittelwert zwischen den Extremwerten (der zeitliche Mittelwert entspricht z. B. dem Zeitpunkt, der bei 50 % der zeitlichen Differenz zwischen den Extremwerten liegt), kann z. B. unter Berücksichtigung des jeweiligen Segments 17 als erstes Merkmal 19 identifiziert und zur Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen 1, 3 gemäß Schritt f) verwendet werden.
  • Während bei einer Geraden-Funktion 24 z. B. der Zeitpunkt 20, die Abweichung des Zeitpunkts 20 und/oder die Steigung 30 als erstes Merkmal 19 verwendet werden können, kann bei einer anderen Funktion 24 z. B. ein Parameter des jeweiligen Kurvensegments 17 als Merkmal 19 bestimmt werden.
  • Insbesondere wird das mindestens eine erste Merkmal 19 in Bereichen des Verlaufs 14 des zweiten Drucksignals 10 ermittelt, die z. B. eine großer Steigung 30 aufweisen, also gerade nicht in Bereichen der Extremwerte, also der Minima 21 bzw. Maxima 22.
  • Das vorliegende Verfahren ermöglicht damit insbesondere ein robusteres und stabileres, insbesondere genaueres Ergebnis für die Ist- Nockenwellen-Phasenlagen 1, 3.
  • Gemäß Schritt f) erfolgt ein Vergleich des zumindest einen Merkmals 19, z. B. der Abweichung des Zeitpunkts 20 und/oder die Steigung 30 des Verlaufs 14 in einem Segment 17 bzw. in einem Abschnitt 23 eines Segments 17 mit dem mindestens einen Modell 8 bzw. mit dem korrespondierenden mindestens einen Merkmal im Modell 8. Damit kann so eine Ist-Nockenwellen-Phasenlagen 1, 3 ermittelt werden. Die von dem Steuergerät 38 vorgegebenen Werte für die Phasenlagen der Nockenwellen, also z. B. die ersten Nockenwellen-Phasenlagen 11, können so um einen Korrekturfaktor oder -wert korrigiert werden, so dass im nachfolgenden Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 korrekte Phasenlagen der Nockenwellen eingestellt werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ist-Einlassnockenwelle-Phasenlage
    2
    Einlassnockenwelle
    3
    Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage
    4
    Auslassnockenwelle
    5
    Serien-Verbrennungskraftmaschine
    6
    Zylinder
    7
    Betriebspunkt
    8
    Modell
    9
    erstes Drucksignal
    10
    zweites Drucksignal
    11
    erste Einlassnockenwellen-Phasenlage
    12
    erste Auslassnockenwellen-Phasenlage
    13
    Signalfrequenz
    14
    Verlauf
    15
    Druckwert
    16
    Zeit
    17
    Segment
    18
    Zeitintervall
    19
    erstes Merkmal
    20
    Zeitpunkt
    21
    Minimum
    22
    Maximum
    23
    Abschnitt
    24
    Funktion
    25
    Amplitude
    26
    Abschnitts-Zeitintervall
    27
    erster Wert
    28
    zweiter Wert
    29
    dritter Wert
    30
    Steigung
    31
    Kreuzungspunkt
    32
    Kolben
    33
    Ansaugseite
    34
    Einlassventil
    35
    Auslassseite
    36
    Auslassventil
    37
    Drucksensor
    38
    Steuergerät
    39
    Kurbelwelle
    40
    Sensor
    41
    Kurbelwellenwinkel

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Kombination einer Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage (1) einer Einlassnockenwelle (2) und einer Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage (3) einer Auslassnockenwelle (4) einer Serien-Verbrennungskraftmaschine (5), die mindestens einen Zylinder (6) aufweist, wobei das Verfahren im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) durchgeführt wird und die jeweilige Ist-Phasenlage (1, 3) der Nockenwellen (2, 4) in Bezug auf einen Betriebspunkt (7) der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) bestimmt wird; zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen von mindestens einem Modell (8) an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine, wobei das mindestens eine Modell (8) für mindestens einen Betriebspunkt (7) der Referenz-Verbrennungskraftmaschine einen Zusammenhang zwischen einem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten ersten Drucksignal (9) in Abhängigkeit von der Ist-Einlassnockenwelle-Phasenlage (1) und der Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage (3) des jeweiligen Betriebspunkts (7) darstellt; b) Anfahren eines Betriebspunkts (7) mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) und Erfassen eines zweiten Drucksignals (10) bei einer ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage (11) und einer ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage (12) zumindest während eines Arbeitsspiels des mindestens einen Zylinders (6); c) Bearbeiten des zweiten Drucksignals (10) mit einer Filterung zur Auswahl mindestens einer Signalfrequenz (13) des zweiten Drucksignals (10), so dass die Signalfrequenz (13) als Verlauf (14) eines Druckwerts (15) über einer Zeit (16) darstellbar ist; d) Aufteilen des Verlaufs (14) des zweiten Drucksignals (10) des mindestens einen Arbeitsspiels in eine Mehrzahl von Segmenten (17), wobei jedes Segment (17) ein Zeitintervall (18) umfasst; e) Bestimmen mindestens eines ersten Merkmals (19) des zweiten Drucksignals (10) in einem der Segmente (17), wobei das erste Merkmal (19) das zweite Drucksignal (10) zu einem Zeitpunkt (20) innerhalb des Segments (17) beschreibt; f) Vergleich zumindest dieses ersten Merkmals (19) mit einem entsprechenden Merkmal des in dem Modell (8) hinterlegten ersten Drucksignals (9) und Bestimmen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage (1) und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage (3).
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Aufteilung des Verlaufs (14) in Schritt d) in steigende Segmente (17), in denen sich das zweite Drucksignal (10) ausgehend von einem geringen Druckwert (15) oder einem Minimum (21) des zweiten Drucksignals (10) sich hin zu einem hohen Druckwert (15) oder einem Maximum (22) des zweiten Drucksignals (10) verändert, und fallende Segmente (17), in denen sich das zweite Drucksignal (10) ausgehend von dem hohen Druckwert (15) oder dem Maximum (22) sich hin zu dem geringen Druckwert (15) oder dem Minimum (21) verändert, erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Zeitintervall (18) eines Segments (17) anhand eines Maximums (22) und eines Minimums (21) des Verlaufs (14) des zweiten Drucksignals (10) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Zuordnung des ersten Merkmals (19) zu einem konkreten Zylinder (6) einer Mehrzahl von Zylindern (6) der Serien-Verbrennungskraftmaschine (5) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt e) ein Auswählen eines Bereichs des zweiten Drucksignals (10) erfolgt, der zwischen zwei benachbarten Extremwerten des zweiten Drucksignals (10), also zwischen einem Maximum (22) und einem Minimum (21) des Verlaufs (14), angeordnet ist; wobei der Bereich einen innerhalb des Zeitintervalls (18) liegenden Abschnitt (23) des Verlaufs (14) des zweiten Drucksignals (10) aufweist.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei der Abschnitt (23) durch eine Funktion (24) approximiert wird.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei eine Amplitude (25) zwischen dem benachbarten Maximum (22) und dem Minimum (21) normiert wird; wobei der Abschnitt (23) ein Abschnitts-Zeitintervall (26) umfasst, in dem der Verlauf (14) zumindest einen ersten Wert (27) „50 % der normierten Amplitude“ als Druckwert (15) aufweist; wobei das Abschnitts-Zeitintervall (26) durch ein symmetrisches Intervall in Bezug auf die normierte Amplitude zwischen dem Maximum (22) und dem benachbarten Minimum (21) definiert ist; wobei das Abschnitts-Zeitintervall (26) den Verlauf (14) des zweiten Drucksignals (10) zwischen einem zweiten Wert (28) „30 % der normierten Amplitude“ des Druckwerts (15) und einem dritten Wert (29) „70 % der normierten Amplitude“ des Druckwerts (15) umfasst; wobei in diesem Abschnitt eine größte Steigung (30) des Verlaufs (14) angenommen wird.
  8. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die Approximation des Verlaufs (14) in dem Abschnitt (23) durch eine Funktion (24) erfolgt, die sich ausgehend von dem ersten Wert (27) hin zum zweiten Wert (28) über das ermittelte Abschnitts-Zeitintervall (26) erstreckt; wobei ein Kreuzungspunkt (31) der Funktion (24) mit dem ersten Wert (27) „50 % der normierten Amplitude“ einen konkreten Zeitpunkt (20) ergibt; wobei der Zeitpunkt (20) als Merkmal (19) identifiziert und zur Bestimmung der Ist-Nockenwellen-Phasenlagen (1, 3) gemäß Schritt f) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das in Schritt e) bestimmte erste Merkmal (19) zumindest den Druckwert (15) und den Zeitpunkt (20) eines Maximums (22), den Druckwert (15) und den Zeitpunkt (20) eines Minimums (21), eine Amplitude (25) des Verlaufs (14) des zweiten Drucksignals (10), eine Richtung des Verlaufs (14) in dem Segment (17), eine Steigung (30) des Verlaufs (14) in einem Abschnitt (23) eines Segments (17), umfasst.
  10. Verbrennungskraftmaschine (5), zumindest umfassend eine US 2009 / 0 243 575 A1 eine verstellbare Einlassnockenwelle (2), eine verstellbare Auslassnockenwelle (4), mindestens einen mit der Kurbelwelle (39) verbundenen Kolben (32) und einen Zylinder (6), in dem der Kolben (32) Hubbewegungen durchführt, sowie eine Ansaugseite (33), über die zumindest Luft über mindestens ein von der Einlassnockenwelle (2) betätigbares Einlassventil (34) dem Zylinder (6) zuführbar ist, und eine Auslassseite (35), über die Abgas über mindestens ein von der Auslassnockenwelle (4) betätigbares Auslassventil (36) aus dem Zylinder (6) abführbar ist; wobei in der Ansaugseite (33) oder in der Auslassseite (35) mindestens ein Drucksensor (37) zur Erfassung von Drucksignalen (10) angeordnet ist; wobei die Verbrennungskraftmaschine (5) weiter ein Steuergerät (38) umfasst, dass zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche geeignet ausgeführt ist.
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