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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Nockenwellenposition einer Verbrennungskraftmaschine gerichtet.
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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 kann. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Kombination einer Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage einer Einlassnockenwelle und einer Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage einer Auslassnockenwelle einer Serien-Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Das Verfahren wird im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. Die jeweilige Ist-Phasenlage der Nockenwellen wird in Bezug auf einen Betriebspunkt der Serien-Verbrennungskraftmaschine bestimmt.
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Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bestimmen von Modellen an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine für verschiedene Betriebspunkte, wobei jedes Modell für jeweils einen Betriebspunkt der Referenz-Verbrennungskraftmaschine einen Zusammenhang zwischen einem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten Drucksignal (bzw. mindestens einem Merkmal eines Drucksignals) in Abhängigkeit von der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage des jeweiligen Betriebspunkts darstellt;
- b) Anfahren eines ersten Betriebspunkts mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine und Erfassen (z. B. Messen) eines ersten Drucksignals bei einer (angenommenen) ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage und einer (angenommenen) ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage und Bestimmen eines ersten Merkmals aus dem ersten Drucksignal;
- c) Bestimmen einer ersten Punktewolke, wobei die einzelnen Punkte der ersten Punktewolke durch die aus den Modellen abgeleiteten Kombinationen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage für das in Schritt b) bestimmte erste Merkmal gebildet werden;
- d) Anfahren eines zweiten Betriebspunkts mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine und Erfassen (z. B. Messen) eines zweiten Drucksignals bei einer (angenommenen) zweiten Einlassnockenwellen-Phasenlage und einer (angenommenen) zweiten Auslassnockenwellen-Phasenlage und Bestimmen eines zweiten Merkmals aus dem zweiten Drucksignal;
- e) Bestimmen einer zweiten Punktewolke, wobei die einzelnen Punkte der zweiten Punktewolke durch die aus den Modellen abgeleiteten Kombinationen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage für das in Schritt d) bestimmte zweite Merkmal gebildet werden;
- f) Bilden einer Schnittmenge der ersten Punktewolke und der zweiten Punktewolke; wobei ein aus der Schnittmenge bestimmter Schnittpunkt der Punktewolken die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage darstellt.
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Die obige, insbesondere 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) und c) sowie d) und e) jeweils gleichzeitig statt. Insbesondere findet Schritt f) nach den Schritten b) bis e) statt, ggf. zumindest zeitlich überlagernd mit den Schritten d) und e). Insbesondere werden die Schritte b) bis f) nach Schritt a) und in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
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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.
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Das vorgeschlagene Verfahren soll insbesondere ermöglichen, dass im Betrieb eine Regelung der Nockenwellen überprüft und ggf. verändert bzw. korrigiert wird.
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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.
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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.
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Das Verfahren ermöglicht damit insbesondere, dass eine frei wählbare Anzahl von Betriebspunkten angefahren werden kann, 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.
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Im Gegensatz zur
DE 10 2016 219 582 B3 werden hier also nicht unterschiedliche Signalfrequenzen eines einzigen Betriebspunktes analysiert. In der
DE 10 2016 219 582 B3 wird ein Drucksignal ausgewertet, dass während eines Betriebspunktes ermittelt wird. Dabei kann die Lage der dazu ermittelten Höhenschnittlinien und damit deren Schnittwinkel nicht beeinflusst werden.
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Insbesondere kann bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein zweiter Betriebspunkt so ausgewählt werden, dass eine damit ermittelte Punktewolke, die vereinfacht als Linie bezeichnet werden kann bzw. als solche auch darstellbar ist, eine deutlich andere Steigung aufweist als die Punktewolke bzw. Linie des ersten Betriebspunkts. Diese Auswahl kann anhand der Kenntnis der Modelle erfolgen, die an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelt wurden.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht damit insbesondere ein robusteres und stabileres, insbesondere genaueres Ergebnis für die Bestimmung der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen.
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Zur Erfassung der Ist-Phasenlage der Nockenwellen werden gemäß Schritt a) Modelle an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Diese Modelle dienen in den Schritten c) und e) zur Bestimmung der Punktewolken.
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In diesen Modellen sind für den jeweiligen Betriebspunkt die Ist-Phasenlagen der Nockenwellen und das Drucksignal bzw. das mindestens eine Merkmal des 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 Drucksignals erfasst. Im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine werden zur Durchführung des Verfahrens insbesondere die Betriebspunkte angefahren, für die Modelle hinterlegt sind.
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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.
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An der Referenz-Verbrennungskraftmaschine wird also angenommen, dass die Soll-Phasenlage der Ist-Phasenlage entspricht.
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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 Drucksignal bzw. dem mindestens einen Merkmal des Drucksignals.
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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.
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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 Drucksignals die bei dieser Kombination und in diesem Betriebspunkt jeweils vorliegende Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage.
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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 Drucksignals die bei dieser Kombination und in diesem Betriebspunkt jeweils vorliegende Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage.
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Das zweite und dritte Kennfeld kann z. B. jeweils durch Invertierung des ersten Kennfelds bestimmt werden.
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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.
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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.
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Insbesondere werden mit Hilfe der Kennfelder bzw. Untermodelle später beliebige Werte für Ist-Phasenlagen und Merkmale durch Interpolation bestimmt.
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Insbesondere können die Kennfelder auch durch Gleichungssysteme realisiert bzw. ersetzt werden.
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Im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine werden gemäß der Schritte b) und d) in den Betriebspunkten die Merkmale der Drucksignale 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 den Schritten b) und d) 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.
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Die im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine angefahrenen Betriebspunkte entsprechen insbesondere den Betriebspunkten, für die die Modelle im Steuergerät hinterlegt sind.
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Insbesondere werden die in den Schritten b) und d) erfassten Drucksignale bzw. das mindestens eine Merkmal in den Schritten c) und e) mit den Modellen verglichen.
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Aus den Modellen werden dann gemäß der Schritt c) und e) die für diesen Betriebspunkt und das erfasste Merkmal möglichen Kombinationen der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen ausgelesen. Für die Punktewolke wird z. B. ermittelt, für welche Ist-Werte der Einlassnockenwellen-Phasenlage dieses Merkmal und damit welche Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage vorliegt. Weiter wird für dieselbe Punktewolke z. B. ermittelt, für welche Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage dieses Merkmal und damit welche Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage vorliegt. Die so ermittelte Punktewolke kann 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. Da jeder Punkt der Punktewolke die Koordinaten der jeweiligen Kombination von Ist-Phasenlagen für dieses eine Merkmal aufweist, weist die Punktewolke vorliegend nur zwei Dimensionen auf. Das Diagramm stellt die Ist-Phasenlagenkombinationen dar, bei denen sich im Modell bzw. Untermodell das gemessene Merkmal ergibt - also eine Höhenlinie im Modell bzw. Untermodell.
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Die Punktewolken setzen 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.
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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.
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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 Drucksignal wird erneut erfasst.
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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.
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Insbesondere wird in zumindest einem der Schritte b) und d) mindestens ein weiteres Merkmal aus dem jeweiligen Drucksignal erfasst, wobei in Schritt a) für dieses weitere Merkmal ebenfalls Modelle erstellt wurden, auf die in den Schritten c) und e) 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 Drucksignals umfassen, z. B. eine Amplitude, ein Maximalwert, etc..
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Insbesondere werden die Schritte d) bis f) für mindestens einen dritten Betriebspunkt durchgeführt.
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Insbesondere wird zumindest einer der in den Schritten b) und d) angefahrenen Betriebspunkte in Abhängigkeit von einer an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten Eignung ausgewählt, wobei die Eignung einen möglichst großen Schnittwinkel der in den Schritten c) und e) bestimmten und in Schritt f) zum Schneiden gebrachten Punktewolken umfasst. Die Vorteile dieser Auswahl wurde bereits vorstehend erläutert.
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Insbesondere können aus den erfassten Drucksignalen mit einer Fourier-Transformation, z. B. einer diskreten Fourier-Transformation, die Amplituden bestimmter Signalfrequenzen des Drucksignals als Merkmale ermittelt werden. Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung der Amplituden bestimmter Signalfrequenzen ist z. B. aus der eingangs genannten
DE 10 2016 219 582 B3 bekannt.
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Es können aber auch andere Methoden zur Bestimmung von Merkmalen aus dem Drucksignal verwendet werden. Das vorliegende Verfahren ist nicht auf die Durchführung einer Fourier-Transformation beschränkt. Neben der Amplitude können auch andere Merkmale des Drucksignals verwendet werden.
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Insbesondere weisen die in den Schritten b) und d) angefahrenen Betriebspunkte entweder jeweils gleiche angenommene Phasenlagen und unterschiedliche Merkmale (es werden also voneinander unterschiedliche Merkmale der Drucksignale erfasst) oder unterschiedliche Phasenlagen und gleiche Merkmale auf, wobei bei unterschiedlichen Phasenlagen zum Bilden der Schnittmenge gemäß Schritt f) zumindest die eine Punktewolke um den Wert einer zwischen den unterschiedlichen Phasenlagen vorliegenden Abweichung (also um die, die unterschiedlichen Phasenlagen verursachende Verstellung der Nockenwellenstellung) verschoben wird.
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In den Schritten b) und d) werden voneinander unterschiedliche Betriebspunkte der Serien-Verbrennungskraftmaschine angefahren. Dabei werden jeweils ein Drucksignal bzw. mindestens ein Merkmal des Drucksignals sowie die (angenommenen) Phasenlagen ermittelt. Beim Anfahren von unterschiedlichen Betriebspunkten, bei denen ein gleiches Merkmal erfasst werden, die aber unterschiedliche Phasenlagen aufweisen, kann die Abweichung der Phasenlagen zwischen den unterschiedlichen Betriebspunkten ermittelt werden. Diese Abweichung ist also der Unterschied der Phasenlagen zueinander, d. h. die Differenz zwischen der Phasenlage der jeweiligen Nockenwelle im ersten und im zweiten Betriebspunkt. Dabei wird insbesondere angenommen, dass für die an der Serien-Verbrennungskraftmaschine eingestellten Phasenlagen die gleichen Randbedingungen gelten, also z. B. Anbaufehler Geberrad, Sensor, etc., und dass damit die relative Verstellung zwischen den Phasenlagen mit hoher Güte eingestellt und erfasst werden kann. Es wird also davon ausgegangen, dass eine Differenz zwischen den in den unterschiedlichen Betriebspunkten eingestellten (ggf. nicht tatsächlich vorliegenden) Phasenlagen der Differenz entspricht, die zwischen den tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen vorliegt.
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Die Differenz zwischen den ersten Phasenlagen und den zweiten Phasenlagen wird in Schritt d), e) und/oder insbesondere unmittelbar vor Schritt f) bestimmt.
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In Schritt f) kann anhand der Differenz und in Kenntnis der Modelle die eine Punktewolke bzw. die Funktion oder die Linie in dem Diagramm korrigiert werden, so dass miteinander korrespondierende Punktewolken erhalten und zum Bilden der Schnittmenge verwendet werden können.
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Insbesondere werden die Drucksignale in der Serien-Verbrennungskraftmaschine zumindest in einer Ansaugseite oder in einer Auslassseite der Serien-Verbrennungskraftmaschine über einen dort angeordneten Drucksensor erfasst. Aus den erfassten Drucksignalen kann das jeweilige mindestens eine Merkmal des Drucksignals bestimmt werden, z. B. in einem Steuergerät der Serien-Verbrenn ungskraftmaschi ne.
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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.
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Der in Schritt f) ermittelte Schnittpunkt der Punktewolken bildet also insbesondere die Kombination von Ist-Phasenlagen, also die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage, die in den Betriebspunkten tatsächlich vorliegen.
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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 und die zweiten 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 bzw. zweite Phasenlage der tatsächlich vorliegenden jeweiligen Ist-Phasenlage entsprechen.
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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.
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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.
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Insbesondere variiert die Mindestabweichung in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Parameter: Drehzahl, Kurbelwellenlage, 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.
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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 Drucksignalen angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiter ein Steuergerät, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt, bzw. ausgestattet, konfiguriert oder programmiert, ist.
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Insbesondere wird auch ein Steuergerät vorgeschlagen, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist.
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Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Serien-Verbrennungskraftmaschine in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 2: ein erstes Kennfeld;
- 3: ein zweites Kennfeld;
- 4: ein drittes Kennfeld;
- 5: ein Diagramm mit einer für einen ersten Betriebspunkt und ein erstes Merkmal ermittelten ersten Punktewolke;
- 6: ein Diagramm mit einer für den ersten Betriebspunkt und ein zweites Merkmal ermittelten zweiten Punktewolke;
- 7: ein Diagramm, in dem die erste Punktewolke nach 5 und die zweite Punktewolke nach 6 eine Schnittmenge ausbilden;
- 8: ein Diagramm mit einer für einen zweiten Betriebspunkt und ein zweites Merkmal ermittelten ersten Punktewolke; und
- 9: ein Diagramm, in dem die erste Punktewolke nach 8 unter Berücksichtigung der Abweichung der Phasenlagen der unterschiedlichen Betriebspunkte verschoben ist, und die verschobene erste Punktewolke und die zweite Punktewolke nach 6 eine Schnittmenge ausbilden.
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1 zeigt eine Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 umfasst eine Kurbelwelle 31, eine verstellbare Einlassnockenwelle 2 und eine verstellbare Auslassnockenwelle 4, mindestens einen mit der Kurbelwelle 31 verbundenen Kolben 32 und einen Zylinder 33, in dem der Kolben 32 Hubbewegungen durchführt, sowie eine Ansaugseite 26, über die zumindest Luft über mindestens ein von der Einlassnockenwelle 2 betätigbares Einlassventil 34 dem Zylinder 33 zuführbar ist, und eine Auslassseite 27, über die Abgas über mindestens ein von der Auslassnockenwelle 4 betätigbares Auslassventil 35 aus dem Zylinder 33 abführbar ist. In der Ansaugseite 26 und in der Auslassseite 27 ist jeweils ein Drucksensor 28 zur Erfassung von Drucksignalen 11, 12, 13 angeordnet (für das Verfahren ist mindestens ein Drucksensor 28 erforderlich). Die Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 umfasst weiter ein Steuergerät 29, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt, bzw. ausgestattet, konfiguriert oder programmiert, ist.
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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 einen Betriebspunkt 6, 7, 8 der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 bestimmt.
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Bei dem Verfahren erfolgt gemäß Schritt a) ein Bestimmen von Modellen 9, 10 an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine für verschiedene Betriebspunkte 6, 7, 8, wobei jedes Modell 9, 10 für jeweils einen Betriebspunkt 6, 7, 8 der Referenz-Verbrennungskraftmaschine einen Zusammenhang zwischen einem an der Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelten Drucksignal 11, 12 13 (bzw. mindestens einem Merkmal 16, 21 eines Drucksignals 11, 12, 13) in Abhängigkeit von der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 des jeweiligen Betriebspunkts 6, 7, 8 darstellt.
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Gemäß Schritt b) erfolgt ein Anfahren eines ersten Betriebspunkts 6 mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 und Erfassen (z. B. Messen) eines ersten Drucksignals 11 bei einer (angenommenen) ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage 14 und einer (angenommenen) ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage 15 und Bestimmen eines ersten Merkmals 16 aus dem ersten Drucksignal 11.
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Gemäß Schritt c) erfolgt ein Bestimmen einer ersten Punktewolke 17 (siehe z. B. 5), wobei die einzelnen Punkte 18 der ersten Punktewolke 17 durch die aus den Modellen 9, 10 abgeleiteten Kombinationen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 für das in Schritt b) bestimmte erste Merkmal 16 gebildet werden (als Vereinigungsmenge).
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Gemäß Schritt d) erfolgt ein Anfahren eines zweiten Betriebspunkts 7 mit der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 und Erfassen (z. B. Messen) eines zweiten Drucksignals 12 bei einer (angenommenen) zweiten Einlassnockenwellen-Phasenlage 19 und einer (angenommenen) zweiten Auslassnockenwellen-Phasenlage 20 und Bestimmen eines zweiten Merkmals 21 aus dem zweiten Drucksignal 12.
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Gemäß Schritt e) erfolgt ein Bestimmen einer zweiten Punktewolke 22 (siehe z. B. 6), wobei die einzelnen Punkte 18 der zweiten Punktewolke 22 durch die aus den Modellen 9, 10 abgeleiteten Kombinationen der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 für das in Schritt d) bestimmte zweite Merkmal 21 gebildet werden.
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Gemäß Schritt f) erfolgt ein Bilden einer Schnittmenge der ersten Punktewolke 17 und der zweiten Punktewolke 22 (siehe z. B. 7), wobei ein aus der Schnittmenge bestimmter Schnittpunkt 23 der Punktewolken 17, 22 die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 darstellt.
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Die rotatorische Position einer Kurbelwelle 31 einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt die Lage eines Kolbens 32 in einem Zylinder 33 der Verbrennungskraftmaschine und, bei Vorliegen mehrerer Zylinder 33, insbesondere die Lage der Kolben 32 zueinander. Zur Verbesserung der Emissionen und/oder der erzeugten Leistung der Verbrennungskraftmaschine 5 können die Phasenlagen 1, 3 jeder einzelnen Nockenwelle 2, 4 und damit die Steuerzeiten der Ventile (Einlassventil 34, Auslassventil 35) individuell verstellt werden. Dabei sind die Steuerzeiten der Ventile 34, 35 im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 5 durch Verstellung der Phasenlage 1, 3 der betreffenden Nockenwelle 2, 4 veränderbar, aber für alle von der jeweiligen Nockenwelle 2, 4 betätigten Ventile 34, 35 nur gemeinsam. Damit kann für jeden Betriebspunkt 6, 7, 8 der Verbrennungskraftmaschine 5 eine gewünschte Kombination von Phasenlagen 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 und damit bestimmte Steuerzeiten der Ventile 34, 35 eingestellt werden. In einem Betriebspunkt 6, 7, 8, der z. B. durch eine Drehzahl der Kurbelwelle 31, ein anliegendes Drehmoment und eine Phasenlage 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 definiert ist, liegt also während der Drehbewegung der Kurbelwelle 31 eine festgelegte Kombination der Phasenlagen 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 vor. Durch ein Steuergerät 29 werden für bestimmte Betriebspunkte 6, 7, 8 der Verbrennungskraftmaschine 5 bestimmte Kombinationen von Nockenwellen-Phasenlagen 1, 3 vorgegeben.
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Das vorgeschlagene Verfahren soll insbesondere ermöglichen, dass im Betrieb eine Regelung der Nockenwellen 2, 4 überprüft und ggf. verändert bzw. korrigiert wird.
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Z. B. aufgrund eines Wechsels von Komponenten kann es auftreten, dass eine von dem Steuergerät 29 vorgegebene (angenommene) Nockenwellen-Phasenlage 14, 15, 19, 20 aber nicht tatsächlich realisiert wird, sondern, dass zumindest eine Nockenwelle 2, 4 eine andere Ist-Phasenlage 1, 3 einnimmt, die von einer vorgegebenen Soll-Phasenlage abweicht. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren soll ermöglicht werden, dass diese tatsächlich vorliegende Ist-Phasenlage 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 erkannt wird und mit den von dem Steuergerät 29 vorgegebenen Steuergrößen 30 abgeglichen wird. Aus dem Abgleich kann in dem Steuergerät 29 eine Korrektur vorgenommen werden, so dass ab diesem Zeitpunkt die von dem Steuergerät 29 vorgegebenen Steuergrößen 30 eine gewünschte und reproduzierbare Phasenlage 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 einstellen können.
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Zur Erfassung der Ist-Phasenlage 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 werden gemäß Schritt a) Modelle 9, 10 an einer Referenz-Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Diese Modelle 9, 10 dienen in den Schritten c) und e) zur Bestimmung der Punktewolken 17, 22.
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In diesen Modellen 9, 10 sind für den jeweiligen Betriebspunkt 6, 7, 8 die Ist-Phasenlagen 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 und das Drucksignal 11, 12, 13 bzw. das mindestens eine Merkmal 16, 21 des Drucksignals 11, 12, 13 gespeichert. Diese Modelle 9, 10 werden im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 in einem Steuergerät 29 hinterlegt und als gültig anerkannt. Dabei werden für einen Betriebspunkt 6, 7, 8 der Referenz-Verbrennungskraftmaschine, z. B. definiert durch Drehzahl der Kurbelwelle 31 und ein anliegendes Drehmoment sowie durch eine Soll-Phasenlage der Nockenwelle 2, 4, unterschiedliche Kombinationen der Ist-Phasenlagen 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 und das jeweils ermittelte Merkmal 16, 21 des Drucksignals 11, 12, 13 erfasst. Im Betrieb der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 werden zur Durchführung des Verfahrens die Betriebspunkte 6, 7, 8 angefahren, für die Modelle 9, 10 hinterlegt sind.
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An der Referenz-Verbrennungskraftmaschine wird also angenommen, dass die Soll-Phasenlage der Ist-Phasenlage 1, 3 entspricht.
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Für jeweils einen Betriebspunkt 6, 7, 8 wird jeweils ein Modell 9, 10 erzeugt und in dem Steuergerät 29 hinterlegt. Das Modell 9, 10 beschreibt den Zusammenhang zwischen den Ist-Phasenlagen 1, 3 und dem Drucksignal 11, 12, 13 bzw. dem mindestens einen Merkmal 16, 21 des Drucksignals 11, 12, 13.
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Jedes Modell 9, 10 weist eine Mehrzahl von Kennfeldern 36, 37, 38 bzw. Untermodellen auf.
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2 zeigt ein erstes Kennfeld 36. 3 zeigt ein zweites Kennfeld 37. 4 zeigt ein drittes Kennfeld 38. Die 2 bis 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
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Das erste Kennfeld 36 bzw. Untermodell eines ersten Modells 9 umfasst ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 (aufgetragen an der horizontal in der Figurenebene verlaufenden x-Achse des ersten Kennfelds 36) und abhängig davon eingestellten Werten der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 (aufgetragen an der vertikal in der Figurenebene verlaufenden y-Achse des ersten Kennfelds 36) das für die jeweilige Kombination von Phasenlagen 1, 3 ermittelte erste Merkmal 16 (aufgetragen an der in die Figurenebene verlaufenden z-Achse des ersten Kennfelds 36).
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Das zweite Kennfeld 37 bzw. Untermodell des ersten Modells 9 umfasst ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 (aufgetragen an der horizontal in der Figurenebene verlaufenden x-Achse des zweiten Kennfelds 37) und von dabei jeweils vorliegenden Werten des ersten Merkmals 16 des ersten Drucksignals 11 (aufgetragen an der vertikal in der Figurenebene verlaufenden y-Achse des zweiten Kennfelds 37) die bei dieser Kombination von Phasenlage 1 und Merkmal 16 und in diesem Betriebspunkt 6 jeweils vorliegende Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 (aufgetragen an der in die Figurenebene verlaufenden z-Achse des zweiten Kennfelds 37).
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Das dritte Kennfeld 38 bzw. Untermodell des ersten Modells 9 umfasst ausgehend von bestimmten Werten der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 (aufgetragen an der horizontal in der Figurenebene verlaufenden x-Achse des dritten Kennfelds 38) und von dabei jeweils vorliegenden Werten des ersten Merkmals 16 des ersten Drucksignals 11 (aufgetragen an der vertikal in der Figurenebene verlaufenden y-Achse des dritten Kennfelds 38) die bei dieser Kombination von Phasenlage 3 und Merkmal 16 in diesem Betriebspunkt 6 jeweils vorliegende Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 (aufgetragen an der in die Figurenebene verlaufenden z-Achse des dritten Kennfelds 37).
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Die in den Schritten b) und d) erfassten Drucksignale 11, 12, 13 bzw. das mindestens eine Merkmal 16, 21 werden in den Schritten c) und e) mit den Modellen 9, 10 verglichen. Aus den Modellen 9, 10 werden dann gemäß der Schritt c) und e) die für diesen Betriebspunkt 6, 7, 8 und das erfasste Merkmal 16, 21 möglichen Kombinationen der Ist-Phasenlagen 1, 3 der Nockenwellen 2, 4 ausgelesen. Für die Punktewolke 17, 22 wird z. B. ermittelt, für welche Ist-Werte der Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 dieses Merkmal 16, 21 und damit welche Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 vorliegt. Weiter wird für dieselbe Punktewolke 17, 22 z. B. ermittelt, für welche Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 dieses Merkmal 16, 21 und damit welche Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 vorliegt. Die so ermittelte Punktewolke 17, 21 kann z. B. durch eine Funktion nachgebildet werden. Die Funktion kann z. B. eine Linie in einem Diagramm ausbilden (siehe 5 bis 9).
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5 zeigt ein Diagramm mit einer für einen ersten Betriebspunkt 6 und ein erstes Merkmal 16 ermittelten ersten Punktewolke 17. 6 zeigt ein Diagramm mit einer für den ersten Betriebspunkt 6 und ein zweites Merkmal 21 ermittelten zweiten Punktewolke 22. 7 zeigt ein Diagramm, in dem die erste Punktewolke 17 nach 5 und die zweite Punktewolke 22 nach 6 eine Schnittmenge ausbilden. Die 5 bis 7 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 wird verwiesen.
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In den Diagrammen ist an einer horizontalen Achse die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und an einer vertikalen Achse die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 aufgetragen. Da jeder Punkt der Punktewolke 17, 22 die Koordinaten der jeweiligen Kombination von Ist- Phasenlagen 1, 3 für dieses eine Merkmal 16, 21 aufweist, weist die Punktewolke 17, 22 vorliegend nur zwei Dimensionen auf. Die Diagramme stellen die Ist-Phasenlagenkombinationen 1, 3 dar, bei denen sich im Modell 9, 10 bzw. Kennfeld 36, 37, 38 das gemessene Merkmal 16, 17 ergibt - also eine Höhenlinie im Modell 9, 10 bzw. Kennfeld 36, 37, 38.
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Die Punktewolken 17, 22 setzen sich durch Punkte 18 zusammen, die aus den Kennfeldern 36, 37, 38 ausgelesen werden können.
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Die für den ersten Betriebspunkt 6 ermittelte erste Punktewolke 17 (siehe 5) setzt sich aus den, aus dem vorstehend beschriebenen zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten, Punkten und aus den, aus dem vorstehend beschriebenen dritten Kennfeld 38 abgeleiteten, Punkten zusammen. Aus dem zweiten Kennfeld 37 können für das gemessene erste Merkmal 16 die entsprechenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die für diese Kombination von Phasenlage 1 und Merkmal 16 vorliegenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte der Phasenlagen 1, 3 bilden dabei die aus dem zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 der ersten Punktewolke 17. Aus dem dritten Kennfeld 38 können für das gemessene erste Merkmal 16 die entsprechenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 und die für diese Kombination von Phasenlage 3 und Merkmal 16 vorliegenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte bilden dabei die aus dem dritten Kennfeld 38 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 der ersten Punktewolke 17.
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Die für den ersten Betriebspunkt 6 ermittelte zweite Punktewolke 22 setzt sich aus den, aus dem vorstehend beschriebenen zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten, Punkten und aus den, aus dem vorstehend beschriebenen dritten Kennfeld 38 abgeleiteten, Punkten zusammen. Aus dem zweiten Kennfeld 37 können für das gemessene zweite Merkmal 21 die entsprechenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die für diese Kombination von Phasenlage 1 und Merkmal 21 vorliegenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte der Phasenlagen 1, 3 bilden dabei die aus dem zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 der zweiten Punktewolke 22. Aus dem dritten Kennfeld 38 können für das gemessene zweite Merkmal 21 die entsprechenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 und die für diese Kombination von Phasenlage 3 und Merkmal 21 vorliegenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte bilden dabei die aus dem dritten Kennfeld 38 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 der zweiten Punktewolke 22.
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Gemäß Schritt f) des Verfahrens erfolgt ein Bilden einer Schnittmenge der ersten Punktewolke 17 und der zweiten Punktewolke 22 (siehe z. B. 7), wobei ein aus der Schnittmenge bestimmter Schnittpunkt 23 der Punktewolken 17, 22 die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 darstellt. Die Größe des Schnittwinkels 24 kann als Gütewert für die so ermittelten Ist-Phasenlagen 1, 3 angesehen werden.
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Insbesondere weisen die in den Schritten b) und d) angefahrenen Betriebspunkte 6, 7, 8 entweder jeweils gleiche Phasenlagen 14, 15, 19, 20 auf und es werden unterschiedliche Merkmale 16, 21 erfasst oder unterschiedliche Phasenlagen 14, 15, 19, 20, wobei dann gleiche Merkmale 16, 21 erfasst werden. Bei unterschiedlichen Phasenlagen 14, 15, 19, 20 wird zum Bilden der Schnittmenge gemäß Schritt f) zumindest die eine Punktewolke 17, 22 um den Wert einer zwischen den unterschiedlichen Phasenlagen 14, 15, 19, 20 vorliegenden Abweichung 25 (also um die, die unterschiedlichen Phasenlagen 14, 15, 19, 20 verursachende Verstellung der Nockenwellenstellung) verschoben.
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8 zeigt ein Diagramm mit einer für einen zweiten Betriebspunkt 7 und ein zweites Merkmal 21 ermittelten ersten Punktewolke 17. Die für den zweiten Betriebspunkt 7 ermittelte erste Punktewolke 17 setzt sich aus den, aus einem zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten, Punkten und aus den, aus einem dritten Kennfeld 38 abgeleiteten, Punkten zusammen. Aus dem zweiten Kennfeld 37 können für das gemessene zweite Merkmal 21 die entsprechenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die für diese Kombination von Phasenlage 1 und Merkmal 21 vorliegenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte der Phasenlagen 1, 3 stellen dabei die aus dem zweiten Kennfeld 37 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 (also einen ersten Teil) der ersten Punktewolke 17. Aus dem dritten Kennfeld 38 können für das gemessene zweite Merkmal 21 die entsprechenden Werte der Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 und die für diese Kombination von Phasenlage 3 und Merkmal 21 vorliegenden Werte der Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 ausgelesen werden. Die Kombinationen dieser Werte stellen dabei die aus dem dritten Kennfeld 38 abgeleiteten einzelnen Punkte 18 (als einen zweiten Teil) der ersten Punktewolke 17.
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Diese erste Punktewolke 17 kann nun mit der zweiten Punktewolke 22 nach 6 (ermittelt für den ersten Betriebspunkt 6 und das zweite Merkmal 21) zum Schneiden gebracht werden.
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9 zeigt ein Diagramm, in dem die erste Punktewolke 17 nach 8 unter Berücksichtigung der Abweichung 25 der Phasenlagen 1, 3 der unterschiedlichen Betriebspunkte 6, 7 verschoben ist, und die verschobene erste Punktewolke 17 (um die Abweichung 25 entlang der vertikalen Richtung nach unten und entlang der horizontalen Richtung nach rechts verschoben) und die zweite Punktewolke 22 nach 6 eine Schnittmenge mit einem Schnittpunkt 23 ausbilden.
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Dabei erfolgt die Verschiebung entlang der horizontalen Richtung, um die Änderung der angenommen Einlassnockenwellen-Phasenlage, z. B. von der ersten Einlassnockenwellen-Phasenlage 14 hin zur zweiten Einlassnockenwellenphasenlage 19, zu kompensieren. Entsprechend erfolgt die Verschiebung entlang der vertikalen Richtung, um die Änderung der angenommen Auslassnockenwellen-Phasenlage, z. B. von der ersten Auslassnockenwellen-Phasenlage 15 hin zur zweiten Auslassnockenwellen-Phasenlage 20, zu kompensieren.
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Beim Anfahren von unterschiedlichen Betriebspunkten 6, 7, bei denen ein gleiches Merkmal (hier das zweite Merkmal 21) erfasst wird aber unterschiedliche Phasenlagen 14, 15, 19, 20 eingestellt werden, kann die Abweichung 25 der Phasenlagen 14, 15, 19, 20 zwischen den unterschiedlichen Betriebspunkten 6, 7 ermittelt werden. Diese Abweichung 25 ist also der Unterschied der Phasenlagen 14, 15, 19, 20 zueinander, d. h. die Differenz zwischen der Phasenlage 14, 15, 19, 20 der jeweiligen Nockenwelle 2, 4 im ersten Betriebspunkt 6 und im zweiten Betriebspunkt 7. Dabei wird angenommen, dass für die an der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 eingestellten Phasenlagen 14, 15, 19, 20 die gleichen Randbedingungen gelten, also z. B. Anbaufehler Geberrad, Sensor, etc., und dass damit die relative Verstellung zwischen den Phasenlagen 14, 15, 19, 20 mit hoher Güte eingestellt und erfasst werden kann. Es wird also davon ausgegangen, dass eine Abweichung 25 zwischen den in den unterschiedlichen Betriebspunkten 6, 7 eingestellten (ggf. nicht tatsächlich vorliegenden) Phasenlagen 14, 15, 19, 20 der Abweichung 25 entspricht, die zwischen den tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen 1, 3 vorliegt.
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In Schritt f) kann anhand der Abweichung 25 und in Kenntnis der Modelle 9, 10 die eine Punktewolke 17 bzw. die Funktion oder die Linie in dem Diagramm korrigiert werden, so dass miteinander korrespondierende Punktewolken 17, 22 erhalten und zum Bilden der Schnittmenge verwendet werden können.
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Der in Schritt f) ermittelte Schnittpunkt 23 der Punktewolken 17, 22 bildet insbesondere die Kombination von Ist-Phasenlagen 1, 3, also die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3, die in den Betriebspunkten 6, 7 8 tatsächlich vorliegen.
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Diese Werte der Ist-Phasenlagen 1, 3 können nun verwendet werden, um die bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt verwendeten Werte für die angenommenen Phasenlagen 14, 15, 19, 20 (also z. B. die ersten Phasenlagen 14, 15 und die zweiten Phasenlagen 19, 20) neu zu kalibrieren. Es wird also eine Differenz der Ist-Phasenlage 1, 3 der betreffenden Nockenwelle 2, 4 von der bis dahin eingestellten Phasenlage 14, 15, 19, 20 festgestellt und basierend auf dieser Abweichung, die Steuergröße 30 im Steuergerät 29 geändert. Danach sollte die an der Serien-Verbrennungskraftmaschine 5 eingestellte (Soll-)Phasenlage 14, 15, 19, 20, also z. B. die erste bzw. zweite Phasenlage, der tatsächlich vorliegenden jeweiligen Ist-Phasenlage 1, 3 entsprechen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage
- 2
- Einlassnockenwelle
- 3
- Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage
- 4
- Auslassnockenwelle
- 5
- Serien-Verbrennungskraftmaschine
- 6
- erster Betriebspunkt
- 7
- zweiter Betriebspunkt
- 8
- dritter Betriebspunkt
- 9
- erstes Modell
- 10
- zweites Modell
- 11
- erstes Drucksignal
- 12
- zweites Drucksignal
- 13
- drittes Drucksignal
- 14
- erste Einlassnockenwellen-Phasenlage
- 15
- erste Auslassnockenwellen-Phasenlage
- 16
- erstes Merkmal
- 17
- erste Punktewolke
- 18
- Punkt
- 19
- zweite Einlassnockenwellen-Phasenlage
- 20
- zweite Auslassnockenwellen-Phasenlage
- 21
- zweites Merkmal
- 22
- zweite Punktewolke
- 23
- Schnittpunkt
- 24
- Schnittwinkel
- 25
- Abweichung
- 26
- Ansaugseite
- 27
- Auslassseite
- 28
- Drucksensor
- 29
- Steuergerät
- 30
- Steuergröße
- 31
- Kurbelwelle
- 32
- Kolben
- 33
- Zylinder
- 34
- Einlassventil
- 35
- Auslassventil
- 36
- erstes Kennfeld
- 37
- zweites Kennfeld
- 38
- drittes Kennfeld
