DE10341583A1

DE10341583A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Überwachen der Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10341583A1
Application number: DE2003141583
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Alexander Ketterer; Gerhard Dr. Schopp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: DE10341583B4

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat eine Hochdruckpumpe, die von der Nockenwelle angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen. Zum Ermitteln einer Phasenlage (PH_V_PUMP) der Nockenwelle zu der Kurbelwelle wird zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel (CRK1) ein Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils erzeugt. Abhängig von einer tatsächlichen und/oder erwarteten Fördermenge (V_PUMP_AV, V_PUMP_SP) der Hochdruckpumpe wird die Phasenlage (PH_V_PUMP) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Überwachen der Phasenlage der Nockenwelle zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen haben eine Kurbelwelle, welche mittels Pleuelstangen mit den Kolben der Zylinder gekoppelt ist. Die Kolben treiben mittels der Pleuelstange die Kurbelwelle an. Die Kurbelwelle ist mittels eines Übertragers mit einer Nockenwelle gekoppelt, welche Nocken aufweist, die die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine antreiben. Der Übertrager ist regelmäßig als Zahnkränze, die der Nockenwelle und der Kurbelwelle zugeordnet sind, und als eine Kette ausgebildet. Die Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle hat entscheidenden Einfluss auf den Ablauf des Verbrennungsprozesses in der Brennkraftmaschine. So ist zum Beispiel der Ventilhub der Gaswechselventile bei veränderter Phasenlage verschoben in Bezug auf die Kurbelwelle. Dies kann dann zu einer Veränderung der Füllung der Zylinder führen und damit entscheidend in den Verbrennungsprozess eingreifen. Es ist daher notwendig, die Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle im Betrieb exakt zu erfassen. Ferner muss die Phasenlage auch mindestens zweifach unabhängig erfasst werden, um Fehler bei der Erfassung der Phasenlage schnell zu erkennen.
Brennkraftmaschinen, auch Brennkraftmaschinen mit Benzin als Kraftstoff, werden zunehmend mit Einspritzventilen ausgestattet, die im Zylinderkopf so angeordnet sind, dass sie den Kraftstoff direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine zu messen. Im Falle der direkten Zumessung des Kraftstoffs in die Zylinder der Brennkraftmaschine ist für eine ausreichend gute Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches ein hoher Druck des Kraftstoffs notwendig. Daher weisen die Brennkraftmaschinen eine Kraftstoffzuführeinrichtung auf mit einer Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher pumpt, in dem bei normalen Betriebsbedingungen ein Kraftstoffdruck von 50 bis 200 bar herrscht. Die Hochdruckpumpe wird in der Regel von der Nockenwelle angetrieben. Der Hochdruckpumpe ist ein Ventil zugeordnet. Abhängig von der Schaltstellung des Ventils fördert die Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher, der verbunden ist mit den Einspritzventilen.

Aus der DE 101 08 055 C1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle bekannt, bei dem die Phasenlage abhängig von dem erfassten Nockenwellenwinkel und dem erfassten Kurbelwellenwinkel ermittelt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch Merkmale der Patentansprüche 1, 9 und 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe hat, die von der Nockenwelle angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen. Bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel wird ein Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils erzeugt. Abhängig von einer tatsächlichen und/oder erwarteten Fördermenge der Hochdruckpumpe wird die Phasenlage ermittelt. Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, dass die Phasenlage einfach erfasst werden kann, ohne dass für diesen Zweck zusätzliche Sensoren in der Brennkraftmaschine angeordnet sein müssen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die tatsächliche Fördermenge der Hochdruckpumpe abhängig von einem erfassten Kraftstoffdruck dem Kraftstoffspeicher und einer durch die Einspritzventile in die Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessenen Kraftstoffmasse ermittelt.

Dies hat den Vorteil, dass der Kraftstoffdruck von einem Kraftstoffdrucksensor erfasst wird, der für andere Anwendungen in der Regel ohnehin in der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und dass die tatsächliche Fördermenge der Hochdruckpumpe einfach berechnet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erwartete Fördermenge abhängig von dem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die erwartete Fördermenge einfach, z. B. mittels Kennfeldinterpolation, berechenbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Differenz der tatsächlichen und der erwarteten Fördermenge ermittelt. Abhängig von dieser Differenz wird die Phasenlage ermittelt. Auf diese Weise kann die Phasenlage besonders einfach ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der in einem vorangegangenen Zylindersegment erfasste Kraftstoffdruck abhängig von der erwarteten Fördermenge prädiziert für das aktuelle Zylindersegment.

Ein Zylindersegment ist definiert als der Kurbelwellenwinkel eines Arbeitsspiels eines Zylinders dividiert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Ein Zylindersegment beträgt so bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern 180 Grad und bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern 120 Grad Kurbelwellenwinkel.

Die Phasenlage wird abhängig von dem prädizierten und dem in dem aktuellen Zylindersegment erfassten Kraftstoffdruck ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die Phasenlage sehr präzise ermittelt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Differenz des erfassten und prädizierten Kraftstoffdrucks integriert und abhängig von diesem Integral die Phasenlage ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass hierfür gegebenenfalls der Integralanteil eines ohnehin vorhandenen Reglers zur Kraftstoffdruckregelung eingesetzt werden kann, dessen Ausgangsgröße den vorgegebenen Kurbelwellenwinkel beeinflusst, bei dem das Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils erzeugt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Phasenlage zusätzlich abhängig von einer Phasenverstellung durch eine Verstelleinrichtung ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren auch in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, die eine derartige Verstelleinrichtung haben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Phasenlage gespeichert. Bei einem erneuten Motorstart wird die Phasenlage erneut ermittelt und abhängig von der gespeicherten und der neu ermittelten Phasenlage wird auf einen Kettensprung einer Kette erkannt, die in einem Übertrager zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle angeordnet ist. So kann ein Kettensprung besonders zuverlässig erkannt werden.

Gemäß des Aspekts der Aufgabe ein Verfahren zum Überwachen einer Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu schaffen, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein Erwartungswert der Phasenlage vorgegeben ist, ein Vergleichswert der Phasenlage abhängig vom Messsignal des Kurbelwellenwinkelsensors und des Nockenwellenwinkelsensors ermittelt wird. Ein Fehler im Ermitteln des Vergleichswertes wird erkannt, wenn eine Fördermenge-Phasenlage, die abhängig von einer tatsächlichen und/oder erwarteten Fördermenge der Hochdruckpumpe ermittelt wird, innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert der Phasenlage liegt und der Vergleichswert außerhalb dieses Toleranzbandes liegt.

Ein Fehler an der Hochdruckpumpe, dem Ventil oder dem Kraftstoffspeicher wird erkannt, wenn die Fördermenge-Phasenlage außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes und dem Erwartungswert liegt und der Vergleichswert innerhalb des Toleranzbandes liegt.

Eine ungewollte Relativverstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle wird erkannt, wenn die Fördermenge-Phasenlage außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes um dem Erwartungswert liegt und der Vergleichswert ebenfalls außerhalb des Toleranzbandes liegt. Eine derartige ungewollte Relativverstellung kann ein sogenannter Kettensprung sein, bei dem die Kette des Übertragers um ein oder mehrere Zähne eines der Zahnräder weiterspringt. Durch das Verfahren kann eine hohe Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine gewährleistet werden und zusätzlich können gesetzlich vorgeschriebene Diagnosen ohne zusätzliche Sensorik durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung, die eine Vorrichtung zum Ermitteln der Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine hat und in der ein entsprechendes Verfahren abgearbeitet wird,
1a eine weitere Ansicht der Brennkraftmaschine gemäß 1,
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Programms zum Ermitteln der Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle,
3 ein weiteres Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Programms zum Ermitteln der Phasenlage,
4 eine dritte Ausführungsform des Programms zum Ermitteln der Phasenlage,
5 ein weiteres Ablaufdiagramm eines Programms zum Überwachen der Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle,
6 den Verlauf der prozentualen Fördermenge der Hochdruckpumpe bezogen auf den Kurbelwellenwinkel und
7 den Verlauf des Hubs der Hochdruckpumpe und des Schaltsignals, das auf das Ventil einwirkt, über den Kurbelwellenwinkel CRK.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Motorblock umfasst mehrere Zylinder Z1-Z4, welche Kolben 24 und Pleuelstangen 25 haben, über die sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 30 (1A), einem Gasauslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Der Antrieb des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassventils 31 erfolgt dabei mittels einer Nockenwelle 36, auf der Nocken 39 ausgebildet sind, die auf das Gaseinlassventil 30 bzw. das Gasauslassventil 31 einwirken, oder gegebenenfalls mittels zweier Nockenwellen, wobei je eine dem Gaseinlassventil 30 und dem Gasauslassventil 31 zugeordnet ist.
Der Antrieb für das Gaseinlassventil 30 und/oder das Gasauslassventil 31 umfasst vorzugsweise neben der Nockenwelle 36 eine Verstelleinrichtung 37, die einerseits mit der Nockenwelle 36 und andererseits mit der Kurbelwelle 21 gekoppelt ist, z. B. über Zahnkränze, die über eine Kette miteinander gekoppelt sind. Die Zahnkränze und die Kette bilden einen Übertrager. Mittels der Verstelleinrichtung 37 kann die Phase zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 verstellt werden.
Der Zylinderkopf 3 (1) umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze. Alternativ kann das Einspritzventil auch in dem Ansaugkanal angeordnet sein.
Ferner ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff vorgesehen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 hin zu einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Tank verbunden ist. Der mechanische Regulator ist vorzugsweise ein einfaches federbelastetes Ventil in der Art eines Rückschlagventils, wobei dann die Federkonstante so gewählt ist, dass in dem Zulauf 53 ein vorgegebener Niederdruck nicht überschritten wird. Die Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs immer eine so hohe Kraftstoffmenge liefert, dass der vorgegebene Niederdruck nicht unterschritten wird. Der Zulauf 53 ist hin zu einem Ventil 56 geführt, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist.
Ferner ist eine Hochdruckpumpe 54 vorgesehen, die als Hubkolbenpumpe ausgebildet ist und die mit dem Ventil 56 verbunden ist. Ferner ist mit dem Ventil 56 noch ein Zulauf 56a zu einem Kraftstoffspeicher 55 verbunden. Die Hochdruckpumpe 54 wird von der Nockenwelle 36 und einer darauf ausgebildeten Nocke angetrieben. Ein Kolben der Hochdruckpumpe 54 hebt und senkt sich somit zyklisch entsprechend der Drehbewegung der Nockenwelle 36. In einer ersten Schaltstellung des Ventils 56 ist die Hochdruckpumpe hydraulisch mit dem Zulauf 53 verbunden. Sie saugt somit während einer Ansaugbewegung ihres Kolbens Kraftstoff aus dem Zulauf 53 an. Während eines Ausschiebehubs ihres Kolbens drückt sie in dieser Schaltstellung den Kraftstoff zurück in den Zulauf 53.
In der zweiten Schaltstellung des Ventils 56 ist die Hochdruckpumpe 54 hydraulisch verbunden mit dem Zulauf 56a zu dem Kraftstoffspeicher 55. Somit schiebt sie während einer Ausschiebebewegung den Kraftstoff in den Zulauf 56a zu dem Kraftstoffspeicher. Die von der Hochdruckpumpe 54 geförderte Fördermenge, d. h. das Volumen an Kraftstoff, das während eines Zylindersegments durch die Hochdruckpumpe 54 in den Kraftstoffspeicher 55 gepumpt wird, lässt sich steuern durch ein entsprechendes Schaltsignal, das ein Umschalten der Schaltstellung des Ventils 56 von der ersten in die zweite Stellung oder umgekehrt bewirkt.
Die Fördermenge kann auf zwei verschiedene Arten und Weisen eingestellt werden. Zum einen kann mit Beginn des Ausschiebetaktes die Hochdruckpumpe 54 hydraulisch gekoppelt sein mit dem Zulauf 56a zum Kraftstoffspeicher 55. Das Schaltsignal wird dann zu dem Kurbelwellenwinkel erzeugt, von dem erwartet wird, dass die gewünschte Fördermenge gefördert wird und be wirkt dann, dass ab diesem Zeitpunkt die Hochdruckpumpe hydraulisch mit dem Zulauf 53 gekoppelt ist. Alternativ kann die Fördermenge dadurch gesteuert werden, dass für einen vorgebbaren Kurbelwellenwinkel nach Beginn des Ausschiebehubs der Hochdruckpumpe 54 die Hochdruckpumpe 54 hydraulisch mit dem Zulauf 53 gekoppelt ist. Das Schaltsignal bewirkt danach, dass die Hochdruckpumpe 54 über das Ventil 56 mit dem Zulauf 56a zu dem Kraftstoffspeicher 55 gekoppelt ist.
Die Einspritzventile 34 sind mit dem Kraftstoffspeicher 55 verbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen über den Kraftstoffspeicher zugeführt.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 6 umfasst auch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage der Nockenwelle 36 zu der Kurbelwelle 21.
Die Sensoren sind ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst, und ein Nockenwellensensor 36a, welcher den Nockenwellenwinkel CAM erfasst, ein Kraftstoffdrucksensor, welcher den Kraftstoffdruck FUP_MEAS in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst, und ein Luftmassenstrommesser, welcher den Luftmassenstrom erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34, die Zündkerze oder auch das Ventil 56.
Neben dem detailliert dargestellten Zylinder Z1 sind in der Brennkraftmaschine in der Regel noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorhanden, denen dann entsprechende Saugrohre, Abgaskanäle und Stellglieder zugeordnet sind.
Zum Ermitteln der Fördermengen-Phasenlage PH_V_PUMP ist ein Programm in der Steuereinrichtung gespeichert, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine geladen wird und anschließend abgearbeitet wird.
Eine erste Ausführungsform des Programms (1) wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem ggf. Variablen initialisiert werden. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob der Kurbelwellenwinkel CRK gleich einem ersten vorgegebbaren Kurbelwellenwinkel CRK1 ist, bei dem das Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils 56 erzeugt werden soll. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm in einem Schritt S3 für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W, bevor die Bedingung des Schrittes S2 erneut geprüft wird. Ist die Bedingung des Schrittes S2 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S4 das Ventil 54 mit dem Schaltsignal angesteuert.
In einem Schritt S5 wird eine tatsächliche Fördermenge V_PUMP_AV abhängig von einem erfassten Kraftstoffdruck FUP_MEAS(n) des aktuellen Zylindersegments, dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_MEAS(n-1) des vorangegangenen Zylindersegments und einer eingespritzten Kraftstoffmasse MFF_INJ ermittelt. Die eingespritzte Kraftstoffmasse MFF_INJ wird vorzugsweise abhängig von der in dem Zylinder befindlichen Luftmasse ermittelt. Die tatsächliche Fördermenge V_PUMP_AV wird bevorzugt entsprechend der in dem Schritt S5 angegebenen Formel ermittelt, bei der mit RHO die Dichte des Kraftstoffs bezeichnet ist, V_RAIL das Volumen des Kraftstoffspeichers 55 ist und BETA die Kompressibilität des Kraftstoffs ist.
In einem Schritt S6 wird ein zweiter Kurbelwellenwinkel CRK2 abhängig von der in dem Schritt S5 ermittelten tatsächlichen Fördermenge V_PUMP_AV ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels einer Kennlinie, die durch entsprechende Versuche mit der Hochdruckpumpe 54 ermittelt wurde.
In einem Schritt S7 wird eine Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK aus der Differenz des ersten und zweiten Kurbelwellenwinkels CRK1 und CRK2 ermittelt. Ist die Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK ungleich Null, so hat sich die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 im Hinblick auf die Inverse der Kennlinie gemäß Schritt S6 verändert.
In einem Schritt S9 wird dann die Fördermenge-Phasenlage PH_V_PUMP abhängig von der Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK ermittelt. Dabei kann vorteilhaft eine von vornherein gegebene Phasenverstellung zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 oder auch eine zusätzliche Phasenverstellung, welche durch die Verstelleinrichtung 37 hervorgerufen sein kann, berücksichtigt werden.
Das Programm wird dann in einem Schritt S11 beendet.
Eine weitere Ausführungsform des Programms zum Ermitteln der Fördermengen-Phasenlage PH_V_PUMP ist in dem Ablaufdiagramm in 3 dargestellt. Das Programm wird in einem Schritt S15 gestartet, in dem ggf. Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S17 wird eine erwartete Fördermenge V_PUMP_SP der Hochdruckpumpe 54 abhängig von dem ersten Kurbelwellenwinkel CRK1 ermittelt. Dies erfolgt ebenfalls bevorzugt mittels einer Kennlinie, die durch Versuche mit der Hochdruckpumpe 54 ermittelt wurde, und mittels entsprechender Kennlinien-Interpolation.
In einem Schritt S15 wird eine erwartete Kraftstoffmasse MFF_PUMP_AV, die von der Hochdruckpumpe 54 pro Zylindersegment gefördert wird, abhängig von der erwarteten Fördermenge V_PUMP_SP und der Dichte RHO des Kraftstoffs ermittelt.
In einem Schritt S19 wird dann ein prädizierter Kraftstoffdruck FUP_EST abhängig von dem in dem vorangegangenen Zylindersegment erfassten Kraftstoffdruck FUP_MEAS (n-1), der erwarteten Kraftstoffmasse MFF_PUMP_SP und der eingespritzten Kraftstoffmasse MFF_INJ ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt entsprechend der in dem Schritt S19 angegebenen Beziehung.
In einem Schritt S21 wird ein Integralanteil I abhängig von dem prädizierten Kraftstoffdruck FUP_EST(n) und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_MEAS(n) des aktuellen Zylindersegments ermittelt. Dies erfolgt mittels Integrieren der Differenz zwischen dem prädizierten und erfassten Kraftstoffdruck FUP_EST(n), FUP_MEAS(n) des aktuellen Zylindersegments. Bezüglich des Integralanteils I kann ggf. auf einen entsprechenden Integralanteil eines Reglers für den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher zurückgegriffen werden mit der Folge, dass die Berechnungen in den Schritten S17 bis S21 lediglich in dem entsprechenden Regler durchgeführt werden müssen.
In einem Schritt S22 wird die Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK abhängig von dem Integralanteil I, vorzugsweise mittels Kennfeldinterpolation ermittelt.
In einem Schritt S23 wird dann die Fördermenge-Phasenlage PH_V_PUMP abhängig von der Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK entsprechend der Vorgehensweise gemäß Schritt S9 ermittelt. Anschließend wird das Programm in einem Schritt S25 beendet.
Ein weiteres Programm zum Ermitteln der Fördermengen-Phasenlage PH_V_PUMP wird im folgenden anhand des Ablaufdiagramms von 4 beschrieben. Das Programm wird in einem Schritt S27 gestartet, indem ggf. Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S28 wird entsprechend der Vorgehensweise gemäß Schritt S17 eine erwartete Fördermenge V_PUMP_SP der Hochdruckpumpe 54 abhängig von dem ersten Kurbelwellenwinkel CRK1 ermittelt.
In einem Schritt S29 wird die tatsächliche Fördermenge V_PUMP_AV entsprechend des Vorgehens gemäß Schritt S3 ermittelt.
In einem Schritt S30 wird anschließend die Kurbelwellenwinkel-Differenz DELTA_CRK abhängig von der tatsächlichen und der erwarteten Fördermenge V_PUMP_AV, V_PUMP_SP der Hochdruckpumpe ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt mittels eines Kennfeldes und einer entsprechenden Kennfeldinterpolation. Das Kennfeld ist dabei vorzugsweise durch Versuche mit der Hochdruckpumpe 54 ermittelt.
In einem Schritt S31 wird dann die Fördermenge-Phasenlage PH_V_PUMP entsprechend der Vorgehensweise des Schrittes S9 ermittelt. Das Programm wird dann in einem Schritt S32 beendet.
Bevorzugt wird beim jeweiligen Beenden der Programme gemäß der 2 bis 4 die Phasenlage (PH_V_PUMP) gespeichert. Bei einem erneuten Motorstart der Brennkraftmaschine kann die Phasenlage PH_V_PUMP erneut ermittelt werden und abhängig von der gespeicherten und der neu ermittelten Phasenlage PH_V_PUMP auf einen Kettensprung der Kette erkannt werden, die in dem Übertrager zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 angeordnet ist.
Zum Überwachen der Phasenlage der Nockenwelle 36 zu der Kurbelwelle 21 wird ein Programm entsprechend dem Ablaufdiagramm in 5 abgearbeitet. Das Programm wird in einem Schritt S34 gestartet, in dem ggf. Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S35 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine mit einer Verstellvorrichtung 37 ausgestattet ist. Ist dies der Fall, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S36 fortgesetzt. Andernfalls wird die Bearbeitung direkt in dem Schritt S40 fortgesetzt.
In einem Schritt S36 wird geprüft, ob eine Adaptionsbedingung erfüllt ist. Die Bedingung kann beispielsweise erfüllt sein, wenn die Brennkraftmaschine sehr zeitnah gestartet wurde und ggf. eine vorgegebene Betriebsdauer seit der letzten Adaption vergangen ist. Ist die Bedingung erfüllt, so wird in einem Schritt S38 ein Korrekturwert PH_COR der Phasenlage abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK, dem Nockenwellenwinkel CAM und vorzugsweise weiteren Größen wie einer Fahrdistanz DIST seit der letzten Adaption, eines Lastsprungzählers LJ seit der letzten Adaption und einer Betriebsdauer LT seit der letzten Adaption oder ggf. auch abhängig von der Laufunruhe der Brennkraftmaschine ermittelt.
In einem Schritt S40 wird dann ein Rohwert PH_S der Phasenlage abhängig von dem Nockenwellenwinkel CAM und dem Kurbelwellenwinkel CRK ermittelt.
In einem Schritt S42 wird dann ein Vergleichswert PH_AKT der Phasenlage abhängig von dem Rohwert PH_S der Phasenlage und dem Korrekturwert PH_COR der Phasenlage ermittelt.
In einem Schritt S44 wird ein Erwartungswert PH_EXP der Phasenlage eingelesen. Der Erwartungswert ist vorzugsweise vorgegeben und bezeichnet den Wert, den sowohl die Fördermengen-Phasenlage PH_V_PUMP als auch der Vergleichswert PH_AKT der Phasenlage korrekterweise einnehmen sollten.
Der Erwartungswert PH_EXP der Phasenlage kann jedoch auch die Phasenlage sein, die ermittelt werden wird, wenn der erste und zweite Kurbelwellenwinkel CRK1, CRK2 gleich sind.
In einem Schritt S46 erfolgt eine Diagnose. So wird ein Fehler im Ermitteln des Vergleichswertes PH_AKT erkannt, wenn die Fördermengen-Phasenlage PH_V_PUMP innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert liegt und der Vergleichswert PH_AKT nicht innerhalb des Toleranzbandes liegt.
Ein Fehler an der Hochdruckpumpe 54, dem Ventil 56 oder dem Kraftstoffspeicher 55 wird erkannt, wenn die Fördermenge-Phasenlage PH_V_PUMP außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert PH_EXP liegt und der Vergleichswert PH_AKT innerhalb des Toleranzbandes liegt.
Eine ungewollte Relativverstellung der Nockenwelle 36 zu der Kurbelwelle 21 wird erkannt, wenn die Fördermenge-Phasenlage PH_V_PUMP außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert PH_EXP liegt und der Vergleichswert PH_AKT nicht innerhalb des Toleranzbandes liegt.
Wird einer der oben genannten Fehler erkannt, so werden von der Steuereinrichtung 6 entsprechende Notlaufmaßnahmen eingeleitet. In einem Schritt S48 wird das Programm beendet.
In 6 ist die prozentuale Fördermenge der Hochdruckpumpe 54 aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel CRK, an dem das Schaltsignal erzeugt wird und die Änderung der Stellung des Ventils 56 bewirkt. Dabei entspricht die durchgezogene Linie dem Förderverhalten der Hochdruckpumpe, wenn der erste Kurbelwellenwinkel gleich dem zweiten Kurbelwellenwinkel CRK1, CRK2 ist. Die gestrichelten Linien bezeichnen jeweils den Verlauf des Förderverhaltens der Hochdruckpumpe, wenn in einem Fall der erste Kurbelwellenwinkel CRK1 größer ist als der zweite Kurbelwellenwinkel CRK2 und im andern Fall der zweite Kurbelwellenwinkel CRK2 größer ist als der erste Kurbelwellenwinkel CRK1.
In 7 sind dann zum einen über den Kurbelwellenwinkel CRK aufgetragen der Verlauf des Hubs der Hochdruckpumpe 54 und zum anderen das Schaltsignal. Die schraffierte Fläche 99 bezeichnet den Kurbelwellenwinkelbereich, in dem die Kraftstoffpumpe 54 den Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 55 fördert.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle (36) zu einer Kurbelwelle (21) einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe (54) hat, die von der Nockenwelle (36) angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils (56) Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher (55) fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen (34), bei dem – zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel (CRK1) ein Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils (56) erzeugt wird und – abhängig von einer tatsächlichen und/oder erwarteten Fördermenge (V_PUMP_RV, V_PUMP_SP) der Hochdruckpumpe (54) die Phasenlage (PH_V_PUMP) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Fördermenge (V_PUMP_AV) der Hochdruckpumpe (54) abhängig von einem erfassten Kraftstoffdruck (FUP_MEAS) in dem Kraftstoffspeicher (55) und einer durch die Einspritzventile (34) in die Zylinder (Z1 bis Z4) der Brennkraftmaschine zugemessenen Kraftstoffmasse (MFF_INJ) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Fördermenge (V_PUMP_SP) abhängig von dem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel (CRK1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der tatsächlichen und der erwarteten Fördermenge (V_PUMP_AV, V_PUMP_SP) ermittelt wird und dass abhängig von dieser Differenz die Phasenlage (PH_V_PUMP) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im vorangegangenen Zylindersegment erfasste Kraftstoffdruck (FUP_MEAS (n-1)) abhängig von der erwarteten Fördermenge (V_PUMP_SP) prädiziert wird für das aktuelle Zylindersegment und die Phasenlage (PH_V_PUMP) abhängig von dem prädizierten und dem in dem aktuellen Zylindersegment erfassten Kraftstoffdruck (FUP_EST (n), FUP_MEAS (n)) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz des erfassten und prädizierten Kraftstoffdrucks integriert wird und dass abhängig von diesem Integral die Phasenlage (PH_V_PUMP) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (PH_V_PUMP) abhängig von einer Phasenverstellung durch eine Verstelleinrichtung (37) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (PH_V_PUMP) gespeichert wird, und dass bei einem erneuten Motorstart die Phasenlage (PH_V_PUMP) erneut ermittelt wird und abhängig von der gespeicherten und der neu ermittelten Phasenlage (PH_V_PUMP) auf einen Kettensprung einer Kette erkannt wird, die in einem Übertrager zwischen der Kurbelwelle (21) und der Nockenwelle (36) angeordnet ist.
Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle (36) zu einer Kurbelwelle (21) einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe (54) hat, die von der Nockenwelle (36) angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils (56) Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher (55) fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen (34), wobei die Vorrichtung eine Einheit aufweist, – die zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel (CRK1) ein Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils (56) erzeugt und – die abhängig von einer tatsächlichen und/oder erwarteten Fördermenge (V_PUMP_AV, V_PUMP_SP) der Hochdruckpumpe (54) die Phasenlage (PH_V_PUMP) ermittelt.
Verfahren zum Überwachen einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die aufweist die Kurbelwelle (21), eine Nockenwelle (36), die von der Kurbelwelle (21) angetrieben wird, eine Hochdruckpumpe (54), die von einer Nockenwelle (36) angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils (56) Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher (55) fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen (34), bei dem – ein Erwartungswert (PH_EXP) der Phasenlage vorgegeben ist, – ein Vergleichswert (PH_AKT) der Phasenlage abhängig von Messsignalen des Kurbelwellenwinkelsensors (22) und des Nockenwellenwinkelsensors (36a) ermittelt wird und – ein Fehler im Ermitteln des Vergleichswerts (PH_AKT) erkannt wird, wenn die gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelte Phasenlage (PH_V_PUMP) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert (PH_EXP) liegt und der Vergleichswert (PH_AKT) nicht innerhalb des Toleranzbandes liegt, und/oder – dass ein Fehler an der Hochdruckpumpe (54), dem Ventil (56) oder dem Kraftstoffspeicher (55) erkannt wird, wenn die gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelte Phasenlage (PH_V_PUMP) außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert (PH_EXP) liegt und der Vergleichswert (PH_AKT) innerhalb des Toleranzbandes liegt, und/oder – dass eine ungewollte Relativverstellung der Nockenwelle (36) zur Kurbelwelle (21) erkannt wird, wenn die gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelte Phasenlage (PH_V_PUMP) außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes um den Erwartungswert (PH_EXP) liegt und der Vergleichswert (PH_AKT) nicht innerhalb des Toleranzbandes liegt.