DE19941171B4

DE19941171B4 - Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Moments

Info

Publication number: DE19941171B4
Application number: DE19941171A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr. Langer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: DE19941171A1; GB0021099D0; GB2355804A; GB2355804B; US6401527B1; FR2797951A1; FR2797951B1; IT1318781B1; ITMI20001906A1; ITMI20001906A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Es wird ein einfach und schnell arbeitendes und insbesondere wenig Rechenleistung benötigendes Verfahren vorgeschlagen, wobei aus der Drehzahl (n) auf verschiedene Arten ein Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) ermittelt werden kann, wobei aus dem Maß (A) dann das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird. Das Maß (A) kann in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt werden aus DOLLAR A - der Differenz bzw. dem Verhältnis der Flächen (F1, F2) zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) und der mittleren Drehzahl (n_); DOLLAR A - der Differenz bzw. dem Verhältnis der Extrema (E1, E2) der maximalen bzw. minimalen Drehzahl (n) zueinander und DOLLAR A - der Differenz bzw. dem Verhältnis der Extrema (E1, E2) und der mittleren Drehzahl (n_).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Zur Erfassung der Stellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, ist es bekannt, auf die Welle eine Geberscheibe oder ein Geberrad mit Markierungen vorzusehen, die mittels eines feststehenden Aufnehmers abgetastet werden. Das Geberrad ist bspw. als ein Geberzahnrad mit Zähnen als Markierungen auf dem Umfang des Geberrades ausgebildet. Der Aufnehmer ist bspw. als ein induktiver Aufnehmer ausgebildet, in dem bei einer Drehung der Kurbelwelle und des Geberzahnrades von den vorbeilaufenden Zähnen Spannungsimpulse induziert werden. Es werden die zeitlichen Abstände der Spannungsimpulse bzw. der Zähne des Geberzahnrads, die sog. Zahnzeiten, gemessen. Aus den gemessenen Zahnzeiten wird dann der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle bestimmt. In einem nachfolgenden Auswerteschritt wird aus dem Verlauf der Drehzahl der Verlauf des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments bestimmt.
Das Ist-Moment der Brennkraftmaschine wird an eine zentrale Steuereinheit der Brennkraftmaschine zur Optimierung der Leistungscharakteristik, des Geräuschverhaltens und des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine weitergeleitet. Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen mit einer Saugrohreinspritzung wird zur Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments die Luftfüllung der Zylinder der Brennkraftmaschine gemessen. Das Ist-Moment kann jedoch nur bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen, die mit Lambda=1 (Luft-, Kraftstoffgemisch im Verhältnis 1:1) betrieben werden, aus der Luftfüllung der Zylinder bestimmt werden. Bei Brennkraftmaschinen neuerer Bauart, insbesondere bei sog. Magermotoren und Schichtladungsmotoren (direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen; Benzin- oder Dieselmotoren), die mit bis zu Lambda=10 (Luft-, Kraftstoffgemisch im Verhältnis 10:1) betrieben werden, bleibt die Luftfüllung der Zylinder konstant, lediglich die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge wird variiert. Deshalb kann bei Brennkraftmaschinen neuerer Bauart das Ist-Moment der Brennkraftmaschine nicht aus der Luftfüllung der Zylinder bestimmt werden. Aus diesem Grund wird das Ist-Moment bspw. aus der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmt.

Aus der nachveröffentlichten DE 199 28 664 ist ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments bekannt, bei dem aus der Drehzahl der Kurbelwelle zunächst eine Kennlinie ermittelt wird, deren Kennlinienpunkte aus den Blocksummen der Zahnzeiten gemäß vorgegebener Gleichungen bestimmt werden. Zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Moments werden dann die Extrema dieser Kennlinie ausgewertet.

Aus der US 5,239,473 ist ein Verfahren zur Detektion von Fehlzündungen einer Brennkraftmaschine bekannt. Aus der US 4,697,561 ist ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten durchschnittlichen Moments und zum Bestimmen von Momentenschwankungen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass es einfach und schnell arbeitet und insbesondere wenig Rechenleistung benötigt.

Als eine erste Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß

– aus dem Verlauf der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine die mittlere Drehzahl ermittelt wird,
– eine erste Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl ermittelt wird,
– eine zweite Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl ermittelt wird,
– aus der Differenz der ersten Fläche und der zweiten Fläche oder aus dem Verhältnis der ersten Fläche zu der zweiten Fläche ein Maß für das Ist-Moment bestimmt wird, und
– aus dem Maß für das Ist-Moment das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment bestimmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt vorzugsweise ein induktiver Drehzahlgeber zum Einsatz. Der Drehzahlgeber weist einerseits ein der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordnetes Geberzahnrad und andererseits einen feststehenden induktiven Aufnehmer auf. Bei einer Drehung der Kurbelwelle und des Geberzahnrades werden in dem Aufnehmer von den vorbeilaufenden Zähnen Spannungsimpulse induziert. Es werden die zeitlichen Abstände der Spannungsimpulse bzw. der Zähne des Geberzahnrads, die sog. Zahnzeiten, gemessen. Aus den Zahnzeiten und der Gesamtzahl der Zähne des Geberzahnrads kann dann der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle bestimmt werden. Der Verlauf der Drehzahl wird über den Zähnen des Geberzahnrads aufgetragen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Drehunförmigkeit der Kurbelwelle aus den Flächen zwischen dem Drehzahlverlauf und einer mittleren Drehzahl ermittelt und zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments herangezogen. Dadurch kann auf einfache Weise und ohne großen Rechenaufwand ein Maß für das Ist-Moment bestimmt werden, das dann in das von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moment umgerechnet werden kann. Aus der Fläche zwischen dem Drehzahlverlauf und der mittleren Drehzahl kann das Ist-Moment mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.

Während einer zweifachen Drehung der Kurbelwelle führt jeder der Zylinder der Brennkraftmaschine einen Arbeitshub aus. Demnach ergibt sich die Anzahl der Zähne des Geberzahnrads, die ein Arbeitshub eines Zylinders umfasst, aus dem Quotienten der zweifachen Zähnezahl des Geberzahnrads und der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Beim Einsatz eines 60-2-Zahnrades, das an seinem Umfang 60 Zähne aufweist, wobei zwei Zähne nur imaginär, also tatsächlich nicht ausgebildet sind und eine Lücke bilden, bei einer 12-Zylinder-Brennkraftmaschine ergibt sich somit, dass der Arbeitshub eines Zylinders zehn Zähne (2·60 Zähne/12 Zylinder = 10) umfasst.

Als charakteristische Kenngröße wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz bzw. das Verhältnis der ersten und der zweiten Fläche in der ersten bzw. zweiten Hälfte des Arbeitshubs herangezogen. Bei dem o. g. Beispiel entspricht die erste Hälfte des Arbeitshubs also fünf Zähnen des Geberzahnrads und die zweite Hälfte des Arbeitshubs den nachfolgenden fünf Zähnen. Ausgehend von dem ersten Zahn des Geberzahnrads umfasst die erste Hälfte des Arbeitshubs somit die Zähne 1 bis 5 und die zweite Hälfte des Arbeitshubs die Zähne 6 bis 10. Der Arbeitshub kann ausgehend von einem beliebigen Zahn des Geberzahnrads beliebige zehn Zähne umfassen. Die erste Fläche und die zweite Fläche können innerhalb der fünf Zähne des Geberzahnrads ein beliebiges Intervall umfassen. Wichtig ist jedoch, dass bei der Bestimmung des Maßes des Ist-Moments für alle Arbeitshübe die gleichen Intervalle für die erste und die zweite Fläche herangezogen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Fläche die gesamte Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl umfasst. Die erste Fläche wird also in dem vollständigen Intervall des halben Arbeitshubs ermittelt. In dem o. g. Beispiel umfasst das Intervall, in dem die erste Fläche ermittelt wird, alle fünf Zähne der ersten Hälfte des Arbeitshubs.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Fläche die Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl innerhalb eines Intervalls umfasst. Das Intervall kann eine beliebige Größe innerhalb der jeweiligen Hälfte des Arbeitshubs aufweisen.

Ebenso wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die zweite Fläche die gesamte Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl umfasst.

Desgleichen wird gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die zweite Fläche die Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl innerhalb eines Intervalls umfasst.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, wird vorgeschlagen, dass

– ein erstes Extrema der maximalen Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
– ein zweites Extrema der minimalen Drehzahl in dem Arbeitshub ermittelt wird,
– aus der Differenz des ersten Extrema und des zweiten Extrema oder aus dem Verhältnis des ersten Extrema zu dem zweiten Extrema ein Maß für das Ist-Moment bestimmt wird, und
– aus dem Maß für das Ist-Moment das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment bestimmt wird.

Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, vorgeschlagen, dass

– aus dem Verlauf der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine die mittlere Drehzahl ermittelt wird,
– ein erstes Extrema der maximalen Drehzahl in dem Arbeitshub ermittelt wird,
– ein zweites Extrema der minimalen Drehzahl in dem Arbeitshub ermittelt wird,
– aus der Differenz eines der Extrema und der mittleren Drehzahl oder aus dem Verhältnis eines der Extrema zu der mittleren Drehzahl ein Maß für das Ist-Moment bestimmt wird, und
– aus dem Maß für das Ist-Moment das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment bestimmt wird.

Gemäß dieser beiden Lösungen der Aufgabe werden nicht Flächen des Drehzahlverlaufs, sondern Extrema des Drehzahlverlaufs in einem Arbeitshub zur Bestimmung des Ist-Moments einer Brennkraftmaschine herangezogen. Die Extrema des Drehzahlverlaufs erlauben auf einfache Weise eine schnelle und genaue Bestimmung des Ist-Moments.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass vor dem Auswerten der Drehzahl der Verlauf der Drehzahl hinsichtlich bekannter Einflussgrößen, insbesondere hinsichtlich der oszillierenden Massen, korrigiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment aus dem Produkt des Maßes für das Ist-Moment und einer drehzahlabhängigen Kennlinie summiert mit einem drehzahlabhängigen Offset-Wert bestimmt wird. Das Ist-Moment ergibt sich somit aus der Gleichung: M_ist = A·k_p(n) + Offset(n), (1)wobei M_ist das Ist-Moment, A das Maß für das Ist-Moment und k_p(n) eine drehzahlabhängige Kennlinie ist.

Vorteilhafterweise wird die drehzahlabhängige Kennlinie vor der eigentlichen Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments aus dem Quotient eines bestimmten von der Brennkraftmaschine tatsächlich abgegebenen Ist-Moments und des ermittelten Maßes für das Ist-Moment bei verschiedenen Drehzahlen mit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, ermittelt. Durch Lösung eines linearen Gleichungssystems durch zwei Messpunkte bei jeder Drehzahl ergibt sich die drehzahlabhängige Kennlinie somit aus der Gleichung k_p(n) = (M – Offset(n))/A, (2)wobei k_p(n) die drehzahlabhängige Kennlinie, M das von der Brennkraftmaschine tatsächlich abgegebene Ist-Moment und A das ermittelte Maß für das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment ist. Es wird also eine Brennkraftmaschine tatsächlich oder simulativ bei verschiedenen Drehzahlen betrieben. Das von der Brennkraftmaschine tatsächlich abgegebene Ist-Moment wird gemessen und durch das ermittelte Maß für das Ist-Moment dividiert. Als Ergebnis dieser Division erhält man die Kennlinie, die abhängig ist von der Drehzahl, bei der die Brennkraftmaschine gerade betrieben wird.

Die drehzahlabhängige Kennlinie wird vor der Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments durchgeführt und in geeigneter Weise gespeichert. Während der Ist-Moment-Bestimmung kann dann auf die gespeicherte Kennlinie zugegriffen werden. Die Ermittlung der drehzahlabhängigen Kennlinie muss für jeden Typ von Brennkraftmaschine erfolgen. Die ermittelte Kennlinie kann dann für alle Brennkraftmaschinen dieser Typreihe verwendet werden.

Es ist denkbar, die drehzahlabhängige Kennlinie und den drehzahlabhängigen Offset-Wert durch Simulation zu gewinnen. Vorzugsweise wird die drehzahlabhängige Kennlinie und/oder der drehzahlabhängige Offset-Wert jedoch auf einem Motorprüfstand empirisch ermittelt. Auf einem Motorprüfstand lassen sich zum einen realistische und praxisnahe Messergebnisse erzielen, in denen auch solche Faktoren berücksichtigt sind, die in eine Simulation üblicherweise nicht einfließen. Zum anderen können auf einem Motorprüfstand die auf eine Brennkraftmaschine wirkenden Störfaktoren, insbesondere Toleranzen, reduziert bzw. ihre Auswirkung auf die Messergebnisse kompensiert werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung fließen auch die Toleranzen der Brennkraftmaschine in die Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments ein. Es wird vorgeschlagen, dass das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment aus der Summe des Maßes für das Ist- Moment und eines toleranzabhängigen Ausgleichswerts dividiert durch die Drehzahl multipliziert mit der drehzahlabhängigen Kennlinie und schließlich summiert mit dem drehzahlabhängigen Offset-Wert bestimmt wird. Das Ist-Moment ergibt sich somit aus der Gleichung: M_ist = k_p(n)·(Y_T/n + A) + Offset(n), (3)wobei M_ist das Ist-Moment, A das Maß für das Ist-Moment, k_p(n) die drehzahlabhängige Kennlinie, Y_T der toleranzabhängige Ausgleichswert und n die Drehzahl der Kurbelwelle ist.

Der toleranzabhängige Ausgleichswert wird vorteilhafterweise aus der tiefpassgefilterten Differenz von Ist-Moment und Soll-Moment multipliziert mit der Drehzahl und dividiert durch die drehzahlabhängige Kennlinie ermittelt. Der toleranzabhängige Ausgleichswert ergibt sich somit aus der Gleichung: Y_T = Tiefpass {(M_ist – M_soll)·n/k_p(n)}, (4)wobei M_ist das Ist-Moment, M_soll das Soll-Moment, n die Drehzahl der Kurbelwelle und k_p(n) die drehzahlabhängige Kennlinie ist. Für das Ist-Moment, kann das Ist-Moment entweder aus Gleichung (1) oder aus Gleichung (3) oder ein korrigiertes Ist-Moment gemäß Gleichung (5) eingesetzt werden. Der toleranzabhängige Ausgleichswert muss für jede einzelne Brennkraftmaschine ermittelt werden. Dies kann entweder einmal nach der Fertigung der Brennkraftmaschine (Einrichten der Steuerung der Brennkraftmaschine) oder vor jeder Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine (Kalibrieren der Steuerung der Brennkraftmaschine) oder bei einer Inspektion der Brennkraftmaschine in einem definierten Betriebspunkt geschehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der toleranzabhängige Ausgleichswert während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dadurch kann die Steuerung der Brennkraftmaschine auch an ein sich langsam änderndes Eingangssignal, also das Maß für das Ist-Moment, ständig angepasst und das Ausgangssignal, also das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist, entsprechend korrigiert werden.

Der toleranzabhängige Ausgleichswert wird in bestimmten Betriebsbereichen mit einer großen Zeitkonstante adaptiert. Dazu wird der Ausgleichswert tiefpassgefiltert. Aufgrund der großen Zeitkonstante fließen schnelle Änderungen des Eingangssignals nicht oder nur in sehr geringem Umfang in die Berechnung des Ausgleichswerts ein. Insbesondere die langsamen Änderungen des Eingangssignals fließen in die Berechnung des Ausgleichswerts ein. Solche langsamen Änderungen des Eingangssignals haben ihr Ursache bspw. in Toleranzen der Brennkraftmaschine, in Alterungserscheinungen (geringere Kompression, geringere Reibung) oder in Temperaturverformungen der Brennkraftmaschine.

Vorteilhafterweise wird der toleranzabhängige Ausgleichswert bei einer hohen Drehzahl ermittelt. Bei hohen Drehzahlen, die im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegen, können die Toleranzen der Zähne (z. B. Abmessungen der Zähne, Steigungen der Zahnflanken) des auf der Kurbelwelle befestigten Geberzahnrads besonders gut korrigiert werden. Da die Zeiten der Änderung des Eingangssignals aufgrund der Zahntoleranzen bei hohen Drehzahlen sehr gering sind, haben sie wegen der Tiefpassfilterung keinen bzw. nur einen sehr geringen Einfluss auf den toleranzabhängigen Ausgleichswert.

Die drehzahlabhängige Kennlinie wurde bei einer bestimmten Gasfüllung in einem Zylinder ermittelt. Zur Bestimmung des Ist-Moments bei Magermotoren wird die drehzahlabhängige Kennlinie vorzugsweise auf die Gasfüllung = 0 korrigiert. Dazu wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die drehzahlabhängige Kennlinie und der drehzahlabhängige Offset-Wert mit konstanter Drosselung der Brennkraftmaschine ermittelt werden und das ermittelte Ist-Moment um die Differenz zu der aktuellen Drosselung multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor korrigiert wird. Die Gleichung zur Bestimmung des korrigierten Ist-Moments mit auf die Gasfüllung = 0 korrigierter drehzahlabhängigen Kennlinie lautet: M_ist' = k_p(n)·(A + Y_T/n) + Offset(n) – y_p·p, (5)wobei M_ist' das korrigierte Ist Moment, A das Maß für das Ist-Moment, n die Drehzahl der Kurbelwelle, k_p(n) die drehzahlabhängige Kennlinie, y_p ein Proportionalitätsfaktor und p die Gasfüllung in dem Zylinder ist. Der Proportionalitätsfaktor wird in einem Betriebspunkt mit definierter Drehzahl und Moment und aus mindestens zwei verschiedenen Gasfüllungen im Zylinder bei Magermotoren bestimmt. Die Gasfüllung in dem Zylinder wird z. B. durch einen Saugrohrdrucksensor gemessen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 den Verlauf der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine;
3 den Verlauf der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine; und
4 den Verlauf der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine.
Das in dem Ablaufdiagramm in 1 dargestellte Verfahren dient zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments M_ist durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Zur Erfassung der Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, ist auf der Kurbelwelle ein Geberrad mit Markierungen vorgesehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Geberrad als ein Geberzahnrad und sind die Markierungen als Zähne auf dem Umfang des Geberzahnrads ausgebildet. Die Zähne werden durch einen feststehenden induktiven Aufnehmer abgetastet. Es ist jedoch auch denkbar, die Zähne auch auf andere Weise abzutasten. In dem Aufnehmer werden bei einer Drehung der Kurbelwelle und des Geberzahnrades von den vorbeilaufenden Zähnen Spannungsimpulse induziert.
Es werden die zeitlichen Abstände der Spannungsimpulse bzw. der Zähne des Geberzahnrads, die sog. Zahnzeiten tz, gemessen (vgl. Block 1 in 1). Durch den Kehrwert des Produkts der Gesamtzahl der Zähne Z des Geberzahnrads und der gemessenen Zahnzeiten tz wird der Verlauf der Drehzahl n der Kurbelwelle in Block 2 bestimmt. In Block 2 wird also nacheinander für alle Zahnzeiten tz aus der Gleichung n = 1/(Z·tz) (6)der Verlauf der Drehzahl n bestimmt.
Aus dem Verlauf der Drehzahl n wird in Block 3 dann ein Maß A für das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist bestimmt. Anstatt aus den Zahnzeiten tz zunächst die Drehzahl n zu bestimmen kann das Maß A auch unmittelbar aus dem Verlauf der Zahnzeiten tz bestimmt werden. Für die nachfolgenden Ausführungen wird jedoch davon ausgegangen, dass das Maß A aus der Drehzahl n bestimmt wird.
Erfindungsgemäß sind verschiedene Verfahren vorgesehen, um das Maß A aus der Drehzahl n zu bestimmen. Zunächst wird der Verlauf der Drehzahl n über den Zähnen z des Geberzahnrads aufgetragen (durchgezogene Linie in 2, 3 und 4). Aus dem Verlauf der Drehzahl n in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine wird die mittlere Drehzahl n (gestrichelte Linie in 2, 3 und 4) ermittelt. Während einer zweifachen Drehung der Kurbelwelle übt jeder der Zylinder der Brennkraftmaschine einen Arbeitshub aus. Daraus ergibt sich die Anzahl der Zähne z_hub des Geberzahnrads, die einem Arbeitshub eines Zylinders entsprechen, aus der Gleichung: z_hub = 2·Z/Zyl, (7)wobei Z die Gesamtzahl der Zähne des Geberrades ist.
Beim Einsatz eines 60-2-Zahnrades, das an seinem Umfang 60 Zähne aufweist, wobei zwei Zähne nur imaginär, also tatsächlich nicht ausgebildet sind und eine Lücke bilden, bei einer 12-Zylinder-Brennkraftmaschine ergibt sich somit, dass der Arbeitshub eines Zylinders zehn Zähne z_hub (2·60 Zähne/12 Zylinder = 10) umfasst.
Innerhalb des Arbeitshubs hat die Drehzahl n einen annäherungsweise sinusförmigen Verlauf, mit einem Teil des Verlaufs oberhalb der mittleren Drehzahl n_ und einem Teil des Verlaufs unterhalb der mittleren Drehzahl n_. Der sinusförmige Verlauf der Drehzahl ergibt daraus, dass während der Kompressionsphasen der Zylinder der Brennkraftmaschine ein drehzahlreduzierende Kraft und während der Expansionsphasen eine drehzahlfördernde Kraft über die Zylinderkolben auf die Kurbelwelle wirkt.
Gemäß eines ersten Verfahrens zum Bestimmen des Maßes A für das Ist-Moment M_ist (vgl. 2 und 3) wird zwischen dem Verlauf der Drehzahl n in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl n_ eine erste Fläche F1 ermittelt. Ebenso wird zwischen dem Verlauf der Drehzahl n in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl n_ eine zweite Fläche F2 ermittelt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die erste Hälfte des Arbeitshubs den Zähnen 1 bis 5 und die zweite Hälfte des Arbeitshubs den Zähnen 6 bis 10.
Die erste Fläche F1 und die zweite Fläche F2 können innerhalb der jeweiligen Hälfte des Arbeitshubs durch ein beliebiges Intervall begrenzt sein. In 2 umfassen die Fläche F1 und die Fläche F2 die gesamte Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl n in der ersten bzw. zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl n_. In 3 dagegen umfassen die Fläche F1 und die Fläche F2 eine Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl n in der ersten bzw. zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl n_ in einem Intervall I1 bzw. einem Intervall I2. Die Intervalle I1, I2 können eine beliebige Größe innerhalb der jeweiligen Hälfte des Arbeitshubs aufweisen. Wichtig ist jedoch, dass bei der Bestimmung des Maßes A des Ist-Moments M_ist für alle Arbeitshübe gleich große Intervalle I1 und I2 herangezogen werden.
Aus der Differenz der ersten Fläche F1 und der zweiten Fläche F2 bzw. aus dem Verhältnis der ersten Fläche F1 zu der zweiten Fläche F2 wird dann das Maß A für das Ist-Moment M_ist bestimmt. Die Differenz oder das Verhältnis der beiden Flächen F1, F2 ist eine charakteristische Kenngröße für das Maß A für das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist.
Gemäß eines anderen Verfahrens zum Bestimmen des Maßes A für das Ist-Moment M_ist (vgl. 4) wird ein erstes Extrema E1 der maximalen Drehzahl n und ein zweites Extrema E2 der minimalen Drehzahl n in dem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt. Dann kann aus der Differenz des ersten Extrema E1 und des zweiten Extrema E2 oder aus dem Verhältnis des ersten Extrema E1 zu dem zweiten Extrema E2 das Maß A für das Ist-Moment M_ist bestimmt werden.
Gemäß eines weiteren Verfahrens zum Bestimmen des Maßes A für das Ist-Moment M_ist (vgl. 4) wird aus der Differenz eines der Extrema E1; E2 und der mittleren Drehzahl n_ oder aus dem Verhältnis eines der Extrema E1; E2 zu der mittleren Drehzahl n_ ein Maß A für das Ist-Moment M_ist bestimmt.
In den nachfolgenden Blöcken 4 bis 7 wird dann aus dem Maß A für das Ist-Moment M_ist das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist bestimmt. In Block 4 wird zunächst das gemessene Moment M_mess aus dem Produkt des Maßes A und einer drehzahlabhängigen Kennlinie k_p(n) nach der Gleichung M_mess = A·k_p(n) + Offset(n) (8)ermittelt.
Die drehzahlabhängige Kennlinie k_p(n) wird im Vorfeld der Bestimmung des Ist-Moments M_ist aus der Gleichung k_p(n) = (M – Offset(n))/A (9)mit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, empirisch ermittelt und gespeichert. Die Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auf einem Motorprüfstand bei einem bestimmten von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moment M und bei verschiedenen Drehzahlen n betrieben. Während der Bestimmung des Ist-Moment M_ist kann auf die gespeicherte Kennlinie k_p(n) zugegriffen werden. Die Ermittlung der drehzahlabhängigen Kennlinie k_p(n) muss für jeden Typ von Brennkraftmaschine erfolgen. Die ermittelte Kennlinie k_p(n) kann dann für alle Brennkraftmaschinen dieser Typreihe verwendet werden.
Die drehzahlabhängige Kennlinie k_p(n) wurde bei einer bestimmten Gasfüllung in einem Zylinder ermittelt. Zur Bestimmung des Ist-Moments M_ist bei Magermotoren wird die drehzahlabhängige Kennlinie k_p(n) auf die Gasfüllung = 0 korrigiert. Die Gleichung zur Bestimmung des korrigierten Ist-Moments M_ist' mit auf die Gasfüllung = 0 korrigierter drehzahlabhängigen Kennlinie k_p(n) lautet: M_ist' = k_p(n)·(A + Y_T/n) + Offset(n) – y_p·p, (10)wobei M_ist' das korrigierte Ist Moment, A das Maß für das Ist-Moment, n die Drehzahl der Kurbelwelle, k_p(n) die drehzahlabhängige Kennlinie, y_p ein Proportionalitätsfaktor und p die Gasfüllung in dem Zylinder ist. Die Gasfüllung p in dem Zylinder wird z. B. durch einen Saugrohrdrucksensor gemessen. Der Proportionalitätsfaktor y_p wird in einem Betriebspunkt mit definierter Drehzahl n und Moment M und aus mindestens zwei verschiedenen Gasfüllungen p1, p2 im Zylinder bei Magermotoren bestimmt. y_p = (A1 – A2)/(p1 – p2). (11)
Die drehzahlabhängige Kennlinie k_p(n) und der drehzahlabhängige Offset Offset(n) werden korrigiert, indem A = k_p(n) + Offset(n) ersetzt wird durch A' = A – y_p·p.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt das gemessene Moment M_mess einen Zwischenwert auf dem Weg zur Bestimmung des tatsächlichen von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments M_ist dar. Das gemessene Moment M_mess ist jedoch bereits so genau, daß es als das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist ausgegeben werden kann (M_ist = M_mess). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das gemessene Moment M_mess erst einer Korrektur der Abweichungen aufgrund von Toleranzen der Brennkraftmaschine o. ä. unterzogen, bevor es als Ist-Moment M_ist ausgegeben wird. Diese Korrektur ist nicht erforderlich, falls die Kennlinien an der vorliegenden Brennkraftmaschine appliziert wurden.
Zur Korrektur der Abweichungen aufgrund von Toleranzen der Brennkraftmaschine wird das von der Brennkraftmaschine aufgebracht Ist-Moment M_ist in Block 5 nach der Gleichung M_ist = M_mess + Y_T/n (12)ermittelt, wobei Y_T ein toleranzabhängiger Ausgleichswert ist.
Der toleranzabhängige Ausgleichswert Y_T wird in Block 6 aus der Gleichung Y = (M_ist – M_soll)·n/k_p(n) (13)und in Block 7 aus einer Tiefpassfilterung des Zwischenwertes Y Y_T = Tiefpass {Y} (14)ermittelt, wobei M_soll das Soll-Moment der Brennkraftmaschine ist. Der toleranzabhängige Ausgleichswert Y_T muss für jede einzelne Brennkraftmaschine ermittelt werden. Dies geschieht vorzugsweise während des Betriebs der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise können insbesondere Störfaktoren kompensiert werden, die zu sehr langsamen Änderungen des Eingangssignals, also des Maßes A für das Ist-Moment M_ist, führen.
Der toleranzabhängige Ausgleichswert Y_T wird in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine mit einer großen Zeitkonstante adaptiert. Dazu wird der Zwischenwert Y tiefpassgefiltert. Aufgrund der Tiefpassfilterung fließen schnelle Änderungen des Eingangssignals, also des Maßes A für das Ist-Moment M_ist, nicht oder nur in sehr geringem Umfang in die Berechnung des Ausgleichswerts Y_T ein.
Der toleranzabhängige Ausgleichswert Y_T wird vorzugsweise bei einer hohen Drehzahl n ermittelt. Bei hohen Drehzahlen n können die Toleranzen der Zähne (z. B. Abmessungen, Steigungen der Flanken) des auf der Kurbelwelle befestigten Geberzahnrads besonders gut korrigiert werden. Da die Zeiten der Änderung des Eingangssignals aufgrund der Zahntoleranzen bei hohen Drehzahlen n sehr gering sind, haben sie aufgrund der Tiefpassfilterung keinen bzw. nur einen sehr geringen Einfluss auf den toleranzabhängigen Ausgleichswert Y_T.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – aus dem Verlauf der Drehzahl (n) in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine die mittlere Drehzahl (n_) ermittelt wird, – eine erste Fläche (F1) zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) ermittelt wird, – eine zweite Fläche (F2) zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) ermittelt wird, – aus der Differenz der ersten Fläche (F1) und der zweiten Fläche (F2) oder aus dem Verhältnis der ersten Fläche (F1) zu der zweiten Fläche (F2) ein Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird, und – aus dem Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (F1) die gesamte Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (F1) die Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) in einem Intervall (I1; I2) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fläche (F2) die gesamte Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fläche (F2) die Fläche zwischen dem Verlauf der Drehzahl (n) in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs und der mittleren Drehzahl (n_) in einem Intervall (I1; I2) umfasst.
Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erstes Extrema (E1) der maximalen Drehzahl (n) in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird, – ein zweites Extrema (E2) der minimalen Drehzahl (n) in dem Arbeitshub ermittelt wird, – aus der Differenz des ersten Extrema (E1) und des zweiten Extrema (E2) oder aus dem Verhältnis des ersten Extrema (E1) zu dem zweiten Extrema (E2) ein Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird, und – aus dem Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird.
Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – aus dem Verlauf der Drehzahl (n) in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine die mittlere Drehzahl (n_) ermittelt wird, – ein erstes Extrema (E1) der maximalen Drehzahl (n) in dem Arbeitshub ermittelt wird, – ein zweites Extrema (E2) der minimalen Drehzahl (n) in dem Arbeitshub ermittelt wird, – aus der Differenz eines der Extrema (E1; E2) und der mittleren Drehzahl (n_) oder aus dem Verhältnis eines der Extrema (E1; E2) zu der mittleren Drehzahl (n_) ein Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird, und – aus dem Maß (A) für das Ist-Moment (M_ist) das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auswerten der Drehzahl der Verlauf der Drehzahl (n) hinsichtlich bekannter Einflussgrößen, insbesondere hinsichtlich der oszillierenden Massen, korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) aus dem Produkt des Maßes (A) für das Ist-Moment (M_ist) und einer drehzahlabhängigen Kennlinie (k_p(n)) summiert mit einem drehzahlabhängigen Offset-Wert (Offset(n)) bestimmt wird: M_ist = A·k_p(n) + Offset(n), (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Kennlinie (k_p(n)) vor der Durchführung des Verfahrens aus der Gleichung k_p(n) = (M – Offset(n))/Amit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, bei einem bestimmten von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moment (M) und bei verschiedenen Drehzahlen (n) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Kennlinie (k_p(n)) und/oder der drehzahlabhängige Offset-Wert (Offset(n)) auf einem Motorprüfstand empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment (M_ist) aus der Summe des Maßes (A) für das Ist-Moment (M_ist) und eines toleranzabhängigen Ausgleichswerts (Y_T) dividiert durch die Drehzahl (n) multipliziert mit der drehzahlabhängigen Kennlinie (k_p(n)) und schließlich summiert mit dem drehzahlabhängigen Offset-Wert (Offset(n)) bestimmt wird: M_ist = k_p(n)·(Y_T/n + A) + Offset(n), (3).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der toleranzabhängige Ausgleichswert (Y_T) aus der tiefpassgefilterten Differenz von Ist-Moment (M_ist) und Soll-Moment (M_soll) multipliziert mit der Drehzahl (n) und dividiert durch die drehzahlabhängige Kennlinie (k_p(n)) ermittelt wird: Y_T = Tiefpass {(M_ist – M_soll)·n/k_p(n)}, (4).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der toleranzabhängige Ausgleichswert (Y_T) bei einer hohen Drehzahl (n) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der toleranzabhängige Ausgleichswert (Y_T) während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Kennlinie (k_p(n)) und der drehzahlabhängige Offset-Wert (Offset(n)) mit konstanter Drosselung der Brennkraftmaschine ermittelt werden und das ermittelte Ist-Moment (M_ist) um die Differenz zu der aktuellen Drosselung multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor korrigiert wird: M_ist' = k_p(n)·(A + Y_T/n) + Offset(n) – y_p·p, (5).