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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Nockenwellenposition einer Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Hybridkraftfahrzeug 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 (Motor-)Steuergerät eingelesen und im Betrieb des Kraftfahrzeugs 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, 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 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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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 Serienverbrennungskraftmaschine in einem Hybridkraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Verfahren wird im Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine durchgeführt. Die jeweilige Ist-Phasenlage der Nockenwellen wird insbesondere in Bezug auf einen Betriebspunkt der Serienverbrennungskraftmaschine bestimmt. Das Hybridkraftfahrzeug weist neben der Serienverbrennungskraftmaschine zumindest eine elektrische Maschine als eine Antriebseinheit auf. Die Serienverbrennungskraftmaschine ist über eine Kupplung mit einem Antriebsstrang des Hybridkraftfahrzeugs verbunden
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In einem Regelbetrieb des Kraftfahrzeuges wird die Verbrennungskraftmaschine bei Vorliegen eines Schubbetriebs abgeschaltet und durch die Kupplung von dem Antriebsstrang entkoppelt. Das Verfahren wird im Betrieb des Hybridkraftfahrzeuges durchgeführt. Das Verfahren umfasst zumindest umfassend die folgenden Schritte:
- a) Feststellen eines Schubbetriebs des Hybridkraftfahrzeuges; und danach
- b) Einleiten eines Analysebetriebs des Hybridkraftfahrzeuges, wobei die Serienverbrennungskraftmaschine abgeschaltet und über die Kupplung mit dem Antriebsstrang drehmomentübertragend gekoppelt ist; wobei in dem Analysebetrieb mindestens ein erstes Drucksignal, insbesondere eine Vielzahl von ersten Drucksignalen, der Serienverbrennungskraftmaschine erfasst und mit mindestens einem, an einer Referenzverbrennungskraftmaschine ermittelten Modell verglichen werden.
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Die obige, insbesondere nicht abschließende, Einteilung der Verfahrensschritte in a) und b) 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 a) und b) nacheinander statt. Insbesondere findet Schritt b) nach Schritt a) statt. Insbesondere wird Schritt b) nur dann durchgeführt, wenn die Bedingung nach Schritt a) vorliegt.
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Ein Hybridkraftfahrzeug weist insbesondere neben der Verbrennungskraftmaschine zumindest eine elektrische Maschine (Traktionsantrieb) als eine Antriebseinheit auf. Über jede der Antriebseinheiten kann ein Drehmoment zum Antrieb der Räder des Hybridkraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Die Verbrennungskraftmaschine ist mit den anderen Komponenten des Antriebsstrangs, also z. B. der elektrischen Maschine, den Rädern, einem Getriebe, etc., über eine Kupplung schaltbar verbunden. Über die Kupplung kann die Verbrennungskraftmaschine in den Antriebstrang eingekoppelt werden, wobei in einem eingekoppelten Zustand ein Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine auf mindestens ein Rad übertragen werden kann und in einem ausgekoppelten Zustand kein Drehmoment über die Kupplung übertragen wird.
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Ein Antriebsstrang umfasst insbesondere die drehmomentübertragenen bzw. drehmomenterzeugenden Komponenten des Hybridkraftfahrzeuges, z. B. die Antriebseinheiten, die Räder, das Getriebe, die Kupplung, etc.
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Eine Serienverbrennungskraftmaschine ist insbesondere die in dem jeweiligen Hybridkraftfahrzeug angeordnete Verbrennungskraftmaschine. Demgegenüber ist die Referenzkraftmaschine eine, dem Typ der Serienverbrennungskraftmaschine entsprechende Verbrennungskraftmaschine, die gerade nicht in dem Hybridkraftfahrzeug verbaut ist. An der Referenzkraftmaschine werden insbesondere die für den Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine vorgesehenen Modelle entwickelt.
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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 der Serienverbrennungskraftmaschine eine Regelung der Nockenwellen überprüft und ggf. verändert bzw. korrigiert wird.
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Insbesondere werden durch ein Steuergerät für bestimmte Betriebspunkte der Serienverbrennungskraftmaschine 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) Soll-Phasenlage der Nockenwellen aber nicht tatsächlich realisiert wird, sondern, dass zumindest eine Nockenwelle eine andere tatsächlich vorliegende Ist-Phasenlage einnimmt, die von der 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 eine ggf. vorliegende Abweichung erkannt und in dem Steuergerät eine dann ggf. erforderliche 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 werden die Fehler in den Nockenwellen-Phasenlagen durch Bauteile und Toleranzen bestimmt (z. B. Einbaufehler Sensor, Geberrad, etc.). Damit kann die relative Verstellung der Nockenwellen-Phasenlagen von einem Betriebspunkt zum anderen Betriebspunkt mit der gleichen Güte bzw. Genauigkeit eingestellt und erfasst werden wie das wiederholte Anfahren eines Betriebspunkts mit einer bestimmten Kombination von Nockenwellen-Phasenlagen.
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Insbesondere können eine frei wählbare Anzahl von Betriebspunkten angefahren werden, wobei auch über die Anzahl der voneinander unterschiedlichen Betriebspunkte die Robustheit und Stabilität eines Ergebnisses, also der Bestimmung der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen, beeinflusst werden kann. Weiter können bestimmte Kombinationen von Betriebspunkten ausgewählt werden, die eine möglichst robuste Bestimmung der Ist-Phasenlagen der Nockenwellen ermöglichen.
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Für das Verfahren wird insbesondere auf mindestens ein, an einer Referenzverbrennungskraftmaschine ermitteltes Modell zurückgegriffen. Dieses mindestens eine Modell, insbesondere eine Mehrzahl von Modellen, ist z. B. in einem Steuergerät der Serienverbrennungskraftmaschine hinterlegt.
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In dem mindestens einen Modell sind insbesondere für den jeweiligen Betriebspunkt die Ist-Phasenlagen der Nockenwellen und das zugehörige Drucksignal bzw. ein Merkmal des Drucksignals definiert. Das mindestens eine Modell, bzw. die Ist-Phasenlagen und Drucksignale bzw. Merkmale können an der Referenzverbrennungskraftmaschine durch Sensoren, z. B. durch Drucksensoren, Drehwinkelsensoren, etc., bestimmt werden, wobei die Referenzverbrennungskraftmaschine sich durch besonders geringe Abweichungen und besonders genau bekannte Bauteile auszeichnet. Dabei werden für einen Betriebspunkt der Referenzverbrennungskraftmaschine, 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.
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An der Referenz-Verbrennungskraftmaschine wird also angenommen, dass die Soll-Phasenlage der Ist-Phasenlage entspricht.
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Das so ermittelte mindestens eine Modell wird in der Serienverbrennungskraftmaschine in einem Steuergerät hinterlegt und als gültig anerkannt. Im Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine werden zur Durchführung des Verfahrens insbesondere die Betriebspunkte angefahren oder nur diese Betriebspunkte verwendet, für die Modelle hinterlegt sind.
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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. mindestens eines Merkmals des Drucksignals.
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Ein Drucksignal, dass z. B. für einen Betriebspunkt in einem Modell hinterlegt ist, wird insbesondere in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parametern erzeugt. Diese Parameter umfassen z. B. einen Druck bzw. Druckverlauf im Saugrohr, eine Temperatur im Saugrohr, eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, eine Turbinenstellerposition (VTG und/ oder Wastegate), eine Zylinderabschaltung (Halbmotor/ Vollmotor) eine relative Füllung des Zylinders, eine Abweichung von der Füllung, eine Nockenwellenposition, etc.
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Im vorliegenden Verfahren wird der Umstand ausgenutzt, dass in einem Schubbetrieb, wenn also zumindest von der Verbrennungskraftmaschine (und ggf. auch von der elektrischen Maschine) kein Drehmoment zum Antrieb des Hybridkraftfahrzeuges erzeugt bzw. bereitgestellt wird, aufgrund der fehlenden Verbrennungsvorgänge im mindestens einen Zylinder, die Anzahl der auf das Drucksignal einflussnehmenden Parameter reduziert ist. Damit können Einflussfaktoren anderer Parameter (als eine Abweichung der Phasenlagen) einfacher identifiziert werden.
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Für einen kraftstoffsparenden Betrieb ist es insbesondere erforderlich, dass Analysetätigkeiten möglichst passiv erfolgen. Es soll also insbesondere kein Kraftstoff eingesetzt werden, um die Analysetätigkeiten einzuleiten und/ oder durchzuführen.
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Vorliegend soll ein Analysebetrieb insbesondere nur dann durchgeführt werden, wenn ein Schubbetrieb vorliegt bzw. gemäß Schritt a) festgestellt wird. Üblicherweise, also in einem Regelbetrieb der Serienverbrennungskraftmaschine wird, wenn ein Schubbetrieb vorliegt, die Serienverbrennungskraftmaschine über die Kupplung von dem Antriebsstrang entkoppelt, so dass eine Bremswirkung der Serienverbrennungskraftmaschine auf den Antriebsstrang verhindert werden kann. Hier wird nun vorgeschlagen, einen Analysebetrieb einzuleiten, bei dem die Serienverbrennungskraftmaschine abgeschaltet, aber über die Kupplung mit dem Antriebsstrang drehmomentübertragend gekoppelt bleibt. Infolge der weiteren Koppelung mit dem Antriebstrang wird die Kurbelwelle der Serienverbrennungskraftmaschine weiter von den rotierenden anderen Komponenten des Antriebsstrangs, z. B. von den Rädern, also über die Trägheit des Hybridkraftfahrzeugs, angetrieben. Dabei werden kontinuierlich Drucksignale erzeugt, die aufgrund der fehlenden Verbrennungsvorgänge und der dadurch reduzierten Anzahl an einflussnehmenden Parametern, sehr konstant sind. Für diesen Betriebspunkt bzw. diese Betriebspunkte können mit hoher Genauigkeit an der Serienverbrennungskraftmaschine erste Drucksignale erfasst werden. Das gleiche gilt selbstverständlich für unter gleichen Bedingungen an einer Referenzkraftmaschine ermittelte zweite Drucksignale.
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Aus dem Vergleich dieser Drucksignale, also des mindestens einen ersten Drucksignals mit dem Modell bzw. den dadurch repräsentierten zweiten Drucksignalen, kann so in einfacher Weise auf eine ggf. vorliegende Abweichung der Ist-Phasenlagen gegenüber Soll-Phasenlagen geschlossen und eine ggf. erforderliche Korrektur beschlossen werden.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht damit insbesondere ein robustes und stabiles, insbesondere genaues Ergebnis für die Bestimmung der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen der Nockenwellen.
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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
DE 10 2016 219 582 B3 bekannt. Diese Merkmale der Drucksignale können z. B. als Modell hinterlegt werden.
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Es können aber auch andere Methoden zur Bestimmung von Merkmalen aus einem Drucksignal verwendet werden. Neben der Amplitude können auch andere Merkmale des Drucksignals verwendet werden.
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Insbesondere wird Schritt b) nur eingeleitet, wenn vor Schritt a) ein Signal zur Durchführung von Schritt b) gesetzt wurde. Das Signal wird insbesondere in einem Steuergerät der Serienverbrennungskraftmaschine gesetzt bzw. hinterlegt.
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Insbesondere umfasst das Verfahren vor Schritt a) zumindest die folgenden Schritte:
- i. Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine in einem Regelbetrieb in mindestens einem Betriebspunkt;
- ii. Erfassen von zweiten Drucksignalen und Vergleich der zweiten Drucksignale mit mindestens einem, an einer Referenzverbrennungskraftmaschine ermittelten Modell;
und, wenn die erfassten zweiten Drucksignale eine Abweichung von dem Modell ergeben - iii. Setzen eines Signals zur Durchführung von Schritt b).
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Insbesondere werden die Schritte i. bis iii. in der vorgeschlagenen Reihenfolge durchgeführt. Schritt ii. wird insbesondere während Schritt i. durchgeführt. Schritt iii. wird insbesondere nur dann durchgeführt, wenn die in Schritt ii. erfassten zweiten Drucksignale eine Abweichung von dem mindestens einen Modell aufweisen.
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Insbesondere werden also die zweiten Drucksignale der Serienverbrennungskraftmaschine kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen oder in bestimmten Betriebspunkten (wenn diese z. B. im normalen Regelbetrieb angefahren werden) erfasst und dann ggf. ausgewertet.
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Die zweiten Drucksignale sind insbesondere die Drucksignale der Serienverbrennungskraftmaschine, die im Regelbetrieb, also z. B. in einem Schubbetrieb oder in einem Zugbetrieb der Serienverbrennungskraftmaschine erzeugt bzw. erfasst werden. Demgegenüber sind die ersten Drucksignale die Drucksignale der Serienverbrennungskraftmaschine, die im Analysebetrieb, also nur im Schubbetrieb und bei gekoppelter Serienverbrennungskraftmaschine, erfasst werden.
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Schritt b) des Verfahrens wird insbesondere also nur dann durchgeführt, wenn auf eine mögliche Abweichung der zweiten Drucksignale von dem Modell geschlossen werden kann. Nur in diesem Fall bleibt die Serienverbrennungskraftmaschine bei Vorliegen des Schubbetriebs mit dem Antriebsstrang gekoppelt.
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Insbesondere werden durch den Vergleich des mindestens einen ersten Drucksignals mit dem mindestens einen Modell in einem zu Schritt b) nachfolgenden Schritt c) die Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage und die Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage der Serienverbrennungskraftmaschine bestimmt.
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Insbesondere werden die in Schritt c) bestimmten Ist-Phasenlagen in einem Steuergerät der Serienverbrennungskraftmaschine zur Korrektur von durch das Steuergerät zum Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine bereitgestellten Steuergrößen verwendet. Insbesondere werden also die bisher verwendeten Steuergrößen verändert, so dass im weiteren Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine z. B. geänderte Phasenlagen eingestellt werden.
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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 Serienverbrennungskraftmaschine eingestellten und angenommenen (Soll-)Phasenlage erkannt und die Phasenlage der Nockenwelle korrigiert bzw. kalibriert werden. Die neu eingestellten Phasenlagen sollten dann insbesondere den Soll-Phasenlagen entsprechen. Dieser Zustand kann durch das vorliegende Verfahren insbesondere auch überprüft und plausibilisiert werden.
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Die Bestimmung der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen gemäß Schritt c) kann insbesondere dazu verwendet werden, um die bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt verwendeten Werte für die angenommenen 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 Serienverbrennungskraftmaschine eingestellte Phasenlage einer für den Betriebspunkt vorgesehenen Soll-Phasenlage möglichst genau entsprechen, d. h. die Ist-Phasenlagen sollten dann eine nur noch geringe oder keine Abweichung gegenüber den Soll-Phasenlagen aufweisen.
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Insbesondere werden die durch das Steuergerät zum Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine 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 der Kurbelwelle, Kurbelwellenlage, Umgebungsdruck, VTG-Position, Drosselklappenposition, Zusammensetzung Kraftstoff-Luft-Gemisch, etc. 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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Insbesondere werden zumindest die ersten Drucksignale in der Serienverbrennungskraftmaschine zumindest in einer Ansaugseite oder in einer Auslassseite der Serienverbrennungskraftmaschine über einen dort angeordneten Drucksensor erfasst.
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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.
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In der Ansaugseite 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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Es wird weiter ein Hybridkraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Antriebsstrang mit der beschriebenen Verbrennungskraftmaschine als eine erste Antriebseinheit und eine elektrische Maschine als eine zweite Antriebseinheit sowie eine Kupplung, über die die Verbrennungskraftmaschine mit den anderen Komponenten des Antriebstrangs verbunden ist.
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Insbesondere umfasst die Verbrennungskraftmaschine oder das Hybridkraftfahrzeug ein System zur Datenverarbeitung, z. B. ein Steuergerät, das Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens aufweist und/ oder das Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.
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Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten (z. B. Drucksignale), Daten (z. B. Modelle) oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.
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Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Verbrennungskraftmaschine, das Hybridkraftfahrzeug 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 der Figur erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind.
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1 zeigt eine Serienverbrennungskraftmaschine 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Serienverbrennungskraftmaschine 5 umfasst eine Kurbelwelle 16, eine verstellbare Einlassnockenwelle 2 und eine verstellbare Auslassnockenwelle 4, mindestens einen mit der Kurbelwelle 16 verbundenen Kolben 20 und einen Zylinder 21, in dem der Kolben 20 Hubbewegungen durchführt, sowie eine Ansaugseite 17, über die zumindest Luft über mindestens ein von der Einlassnockenwelle 2 betätigbares Einlassventil 22 dem Zylinder 21 zuführbar ist, und eine Auslassseite 18, über die Abgas über mindestens ein von der Auslassnockenwelle 4 betätigbares Auslassventil 23 aus dem Zylinder 21 abführbar ist. In der Ansaugseite 17 und in der Auslassseite 18 ist jeweils ein Drucksensor 19 zur Erfassung von Drucksignalen 10, 13 angeordnet (für das Verfahren ist mindestens ein Drucksensor 19 erforderlich). Die Serienverbrennungskraftmaschine 5 umfasst weiter ein Steuergerät 14.
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Die Serienverbrennungskraftmaschine 5 ist in einem Hybridkraftfahrzeug 6 angeordnet, dass hier nur schematisch dargestellt ist. Das Hybridkraftfahrzeug 6 umfasst einen Antriebsstrang 9 mit der beschriebenen Verbrennungskraftmaschine 5 als eine erste Antriebseinheit und eine elektrische Maschine 7 als eine zweite Antriebseinheit sowie eine Kupplung 8, über die die Verbrennungskraftmaschine 5 mit den anderen Komponenten des Antriebstrangs 9 verbunden ist.
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Im Betrieb des Hybridkraftfahrzeugs 6 wird die Serienverbrennungskraftmaschine 5 betrieben und Kurbelwelle 16 und Einlassnockenwelle 2 sowie Auslassnockenwelle 4 rotieren. In einem Betriebspunkt werden über das Steuergerät 14 vordefinierte Werte für Soll-Phasenlagen vorgegeben. An der Serienverbrennungskraftmaschine 5 liegt dann eine Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und eine Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage 3 vor, die eine Abweichung gegenüber den Soll-Phasenlagen aufweisen können. Diese Abweichung kann im normalen Betrieb ggf. festgestellt aber nicht genau quantifiziert werden. Zur genauen Bestimmung der Abweichung wird vorgeschlagen, einen Analysebetrieb durchzuführen. Dieser Analysebetrieb wird möglichst kraftstoffsparend durchgeführt.
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Vorliegend soll der Analysebetrieb insbesondere nur dann durchgeführt werden, wenn ein Schubbetrieb vorliegt bzw. gemäß Schritt a) festgestellt wird. Üblicherweise, also in einem Regelbetrieb der Serienverbrennungskraftmaschine 5 wird, wenn ein Schubbetrieb vorliegt, die Serienverbrennungskraftmaschine 5 über die Kupplung 8 von dem Antriebsstrang 9 entkoppelt, so dass eine Bremswirkung der Serienverbrennungskraftmaschine 5 auf den Antriebsstrang 9 verhindert werden kann. Hier wird nun vorgeschlagen, bei Vorliegen des Schubbetriebs gemäß Schritt b) den Analysebetrieb einzuleiten, bei dem die Serienverbrennungskraftmaschine 5 abgeschaltet, aber über die Kupplung 8 mit dem Antriebsstrang 9 drehmomentübertragend gekoppelt bleibt. Infolge der weiteren Koppelung mit dem Antriebstrang 9 wird die Kurbelwelle 16 der Serienverbrennungskraftmaschine 5 weiter von den rotierenden anderen Komponenten des Antriebsstrangs 9, z. B. von den Rädern, angetrieben. Dabei werden kontinuierlich erste Drucksignale 10 erzeugt, die aufgrund der fehlenden Verbrennungsvorgänge und der dadurch reduzierten Anzahl an einflussnehmenden Parametern sehr konstant sind. Für diesen Betriebspunkt können mit hoher Genauigkeit an der Serienverbrennungskraftmaschine 5 erste Drucksignale 10 erfasst werden. Das gleiche gilt selbstverständlich für unter gleichen Bedingungen an einer Referenzkraftmaschine ermittelte zweite Drucksignale 13.
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Aus dem Vergleich dieser Drucksignale 10, 13, also der ersten Drucksignale 10 mit dem Modell 11 bzw. den dadurch repräsentierten zweiten Drucksignalen 13, kann so in einfacher Weise auf eine ggf. vorliegende Abweichung der Ist-Phasenlagen 1, 3 gegenüber den Soll-Phasenlagen geschlossen und eine ggf. erforderliche Korrektur beschlossen werden.
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Schritt b) wird nur dann eingeleitet, wenn vor Schritt a) ein Signal 12 zur Durchführung von Schritt b) gesetzt wurde. Das Signal 12 wird in dem Steuergerät 14 der Serienverbrennungskraftmaschine 5 gesetzt bzw. hinterlegt.
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Gemäß Schritt i. des Verfahrens, erfolgt vor Schritt a) ein Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine 5 in einem Regelbetrieb in mindestens einem Betriebspunkt. Gemäß Schritt ii. erfolgt in dem Betriebspunkt ein Erfassen von zweiten Drucksignalen 13 und ein Vergleich der zweiten Drucksignale 13 mit mindestens einem, an einer Referenzverbrennungskraftmaschine 5 ermittelten Modell 11. Gemäß Schritt iii. erfolgt, wenn die erfassten zweiten Drucksignale 13 eine Abweichung von dem Modell 11 ergeben, ein Setzen eines Signals 12 zur Durchführung von Schritt b).
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Gemäß Schritt b) erfolgt ein Einleiten eines Analysebetriebs des Hybridkraftfahrzeugs 6, wobei die Serienverbrennungskraftmaschine 5 abgeschaltet und über die Kupplung 8 mit dem Antriebsstrang 9 drehmomentübertragend gekoppelt ist. In dem Analysebetrieb werden eine Vielzahl von ersten Drucksignalen 10 der Serienverbrennungskraftmaschine 5 erfasst und mit dem, an einer Referenzverbrennungskraftmaschine ermittelten Modell 11 verglichen.
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Durch den Vergleich der ersten Drucksignale 10 mit dem Modell 11 werden in einem zu Schritt b) nachfolgenden Schritt c) die tatsächlich vorliegende Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage 1 und die Ist-Auslassnockenwelle-Phasenlage 3 der Serienverbrennungskraftmaschine 5 bestimmt.
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Die in Schritt c) bestimmten Ist-Phasenlagen 1, 3 werden in dem Steuergerät 14 der Serienverbrennungskraftmaschine 5 zur Korrektur von durch das Steuergerät 14 zum Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine 5 bereitgestellten Steuergrößen 15 verwendet. Es werden also die bisher verwendeten Steuergrößen 15 verändert, so dass im weiteren Betrieb der Serienverbrennungskraftmaschine 5 z. B. geänderte Phasenlagen 1, 3 eingestellt werden.
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Die Steuergröße 15 kann z. B. die Phasenlage 1, 3 einer Nockenwelle 2, 4 sein. Mit dem Verfahren können Abweichungen zwischen der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlage 1, 3 und einer an der Serienverbrennungskraftmaschine 5 eingestellten und angenommenen (Soll-)Phasenlage erkannt und die Phasenlage 1, 3 der Nockenwelle 2, 4 korrigiert bzw. kalibriert werden. Die neu eingestellten Phasenlagen 1, 3 sollten dann den Soll-Phasenlagen entsprechen. Dieser Zustand kann durch das vorliegende Verfahren auch überprüft und plausibilisiert werden.
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Die Bestimmung der tatsächlich vorliegenden Ist-Phasenlagen 1, 3 gemäß Schritt c) wird dazu verwendet werden, um die bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt verwendeten Werte für die angenommenen Phasenlagen 1, 3 neu zu kalibrieren. Es wird also eine Abweichung der Ist-Phasenlage 1, 3 der betreffenden Nockenwelle 2, 4 von der bis dahin eingestellten Phasenlage 1, 3 festgestellt und basierend auf dieser Abweichung, die Steuergröße 15 im Steuergerät 14 geändert. Danach sollte die an der Serienverbrennungskraftmaschine 5 eingestellte Phasenlage 1, 3 einer für den Betriebspunkt vorgesehenen Soll-Phasenlage möglichst genau entsprechen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ist-Einlassnockenwellen-Phasenlage
- 2
- Einlassnockenwelle
- 3
- Ist-Auslassnockenwellen-Phasenlage
- 4
- Auslassnockenwelle
- 5
- Serienverbrennungskraftmaschine
- 6
- Hybridkraftfahrzeug
- 7
- Maschine
- 8
- Kupplung
- 9
- Antriebsstrang
- 10
- erstes Drucksignal
- 11
- Modell
- 12
- Signal
- 13
- zweites Drucksignal
- 14
- Steuergerät
- 15
- Steuergröße
- 16
- Kurbelwelle
- 17
- Ansaugseite
- 18
- Auslassseite
- 19
- Drucksensor
- 20
- Kolben
- 21
- Zylinder
- 22
- Einlassventil
- 23
- Auslassventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209665 A1 [0007]
- DE 102016219582 B3 [0032]
