DE19941172C2

DE19941172C2 - Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments

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Publication number: DE19941172C2
Application number: DE19941172A
Authority: DE
Inventors: Manfred Homeyer; Winfried Langer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: GB2356053B; FR2797950A1; ITMI20001907A1; JP2001082236A; FR2797950B1; ITMI20001907A0; DE19941172A1; GB2356053A; IT1318782B1; GB0021101D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist), mit den Verfahrensschritten: DOLLAR A - Aufnahme der Ist-Kennlinie (1) des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, DOLLAR A - Ermitteln der Gasfüllung (m_L) in einem Brennraum der Brennkraftmaschine, DOLLAR A - Bestimmen des Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten der Ist-Kennlinie (1) des Verlaufs der Drehzahl (n), DOLLAR A - Korrektur des Ist-Moments (M_ist) in Abhängigkeit von der ermittelten Gasfüllung (m_L). DOLLAR A Um die Gasfüllung (m_L) auf möglichst einfache Weise und ohne den Einsatz zusätzlicher Meßmittel ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, DOLLAR A - eine Norm-Kennlinie (2) des Verlaufs der Drehzahl (n_norm) für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda = 1 festzulegen, DOLLAR A - die Abweichungen der Ist-Kennlinie (1) der Drehzahl (n) von der Norm-Kennlinie (2) zu bestimmen, DOLLAR A - aus den Abweichungen ein Maß (A) für die Gasfüllung zu bestimmen, und DOLLAR A - aus dem Maß (A) für die Gasfüllung die Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine zu ermitteln.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist), mit den Verfahrensschritten:

- Aufnahme der Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine,
- Ermitteln der Gasfüllung (m_L) in einem Brennraum der Brennkraftmaschine,
- Bestimmen des Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten der Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl (n),
- Korrektur des Ist-Moments (M_ist) in Abhängigkeit von der ermittelten Gasfüllung (m_L).

Zur Erfassung der Stellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, ist es bekannt, auf der 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 dem Verlauf der gemessenen Zahnzeiten wird dann aus dem Kehrwert des Produkts aus Gesamtzahl (Z) der Zähne des Geberzahnrads und der gemessenen Zahnzeit (tz) die Ist- Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle bestimmt (n = 1/(tz . Z)). Die Drehzahl der Kurbelwelle kann ohne weiteres in die Winkelgeschwindigkeit (Omega) der Kurbelwelle umgerechnet werden (Omega = 2 . pi . n).

In einem nachfolgenden Auswerteschritt ist es aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 199 28 664 bekannt, aus den gemessenen Zahnzeiten, aus der Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle oder aus der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle den Verlauf des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments zu bestimmen. Das Ist-Moment der Brennkraftmaschine wird an eine zentrale Steuereinheit der Brennkraftmaschine zur Optimierung der Leistungscharakteristik, des Geräuschverhaltens und des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine weitergeleitet. Das Ist-Moment kann darüber hinaus auch zur Leistungs- bzw. Drehmomentregelung, Fahrdynamikregelung oder Drehmomentüberwachung herangezogen werden.

Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen, die mit Lambda = 1 betrieben werden, befindet sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Verhältnis von 1 : 1 in dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen neuerer Bauart werden zur Reduzierung des Verbrauchs, der Abgase und/oder der Verbrennungsgeräusche der Brennkraftmaschine zunehmend mager (Lambda < 1) oder mit Abgasrückführung (AGR) betrieben. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann bei solchen Brennkraftmaschinen bis zu einem Verhältnis von 1 : 5 (Lambda = 5) abgemagert werden. In Zukunft wird sicherlich ein noch magerer Betrieb einer Brennkraftmaschine möglich sein. Die in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda < 1 zusätzlich enthaltene Luft bzw. das zusätzlich enthaltene Abgas führt zu einer Veränderung der Zahnzeiten, des Verlaufs der Drehzahl und damit auch der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, ohne daß sie tatsächlich zu einem anderen von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moment führt. Insbesondere tritt durch die höhere Gasfüllung des Brennraums während der Kompressionsphase ein Abbremsen der Kurbelwelle und bei der anschließenden Expansionsphase ein Beschleunigen der Kurbelwelle auf. Das Abbremsen der Kurbelwelle macht sich in einem früheren Anstieg der Zahnzeiten, das Beschleunigen der Kurbelwelle in einer früheren Abnahme der Zahnzeiten bemerkbar.

Durch die Gasfüllung beim Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda < 1 oder mit Abgasrückführung wird also das ermittelte von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist- Moment verfälscht. Aus diesem Grund muß die Gasfüllung des Brennraums bestimmt und das ermittelte Ist-Moment der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Gasfüllung korrigiert werden. Es ist bekannt, die Gasfüllung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Luftmassensensors zu ermitteln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß die Gasfüllung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ohne zusätzliche Meßmittel bestimmt werden kann.

Als eine erste Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß zur Ermittlung der Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine

- eine Norm-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda = 1 festgelegt wird,
- die Norm-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine verstärkt wird, so dass die Extrema der Norm-Kennlinie und der Ist-Kennlinie den gleichen Drehzahl-Wert haben,
- eine erste Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Drehzahl in der ersten Hälfte des Arbeitshubs ermittelt wird,
- eine zweite Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Drehzahl in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs ermittelt wird,
- aus der Summe der ersten Fläche und der zweiten Fläche oder aus der Summe bestimmter Teile der ersten Fläche und der zweiten Fläche ein Maß für die Gasfüllung bestimmt wird, und
- aus dem Maß für die Gasfüllung die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, wird vorgeschlagen, daß zur Ermittlung der Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine

- eine Basislinie als Verbindungslinie der Minima der Ist-Kennlinie bestimmt wird,
- eine erste Fläche zwischen der Ist-Kennlinie der Drehzahl und der Basislinie in der ersten Hälfte eines Arbeitshubs eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
- eine zweite Fläche zwischen der Ist-Kennlinie der Drehzahl und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs ermittelt wird,
- aus einer der beiden Flächen, aus der Differenz der ersten Fläche und der zweiten Fläche oder aus dem Verhältnis der ersten Fläche zu der zweiten Fläche ein Maß für die Gasfüllung bestimmt wird, und
- aus dem Maß für die Gasfüllung die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

Da, wie eingangs bereits erläutert, aus den Zahnzeiten der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle und daraus wiederum die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt werden kann, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, daß die erfindungsgemäßen Verfahren anstatt mit der Drehzahl der Kurbelwelle auch unmittelbar anhand der Zahnzeiten oder alternativ anhand der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ausgeführt werden. Des weiteren ist es denkbar, die erfindungsgemäßen Verfahren anhand einer beliebigen anderen Kennlinie auszuführen, die sich aus der Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle herleiten läßt.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren kommt 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.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden die Abweichungen der Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl relativ zu einer bei Lambda = 1 aufgenommenen Norm-Kennlinie der Drehzahl zum Bestimmen der Gasfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine herangezogen. Die Ist-Kennlinie weicht für Lambda < 1 deutlich von der Norm-Kennlinie ab. Die Abweichungen der Ist-Kennlinie von der Norm-Kennlinie können auf unterschiedliche Arten 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 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ergibt sich somit, daß der Arbeitshub eines Zylinders dreißig Zähne (2 . 60 Zähne/4 Zylinder = 30) umfaßt.

Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Norm-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda = 1 festgelegt. Dann wird aus den Abweichungen der Ist-Kennlinie der Drehzahl der Kurbelwelle relativ zu der Norm-Kennlinie die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt. Dazu wird die Norm-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl in einem Arbeitshub eines Zylinders der Brennkraftmaschine verstärkt, so dass die Extrema der Norm- Kennlinie und der Ist-Kennlinie den gleichen Drehzahl-Wert haben.

Dann wird eine erste Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Drehzahl in der ersten Hälfte des Arbeitshubs und zweite Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Drehzahl in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs ermittelt. Bei dem o. g. Beispiel entspricht die erste Hälfte des Arbeitshubs also den Zähnen 1 bis 15 und die zweite Hälfte des Arbeitshubs den Zähnen 16 bis 30. Der erste Zahn ist an dem Punkt der niedrigsten Geschwindigkeit, also an dem oberen Totpunkt (OT) des Zylinders, zu legen.

Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Basislinie aus den Minima der Ist-Kennlinie bestimmt. Dass wird eine erste Fläche zwischen der Ist-Kennlinie der Drehzahl und der Basislinie in der ersten Hälfte eines Arbeitshubs eines Zylinders der Brennkraftmaschine und eine zweite Fläche zwischen der Ist-Kennlinie der Drehzahl und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs ermittelt.

Die beiden Flächen des ersten Verfahrens bzw. des zweiten Verfahrens können in einem beliebigen Intervall innerhalb der ersten Hälfte bzw. der zweiten Hälfte des Arbeitshubs gewählt werden. Für eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Gasfüllung in dem Brennraum anhand der beiden Flächen ist es jedoch wichtig, daß die ersten und zweiten Flächen innerhalb eines Arbeitshubs stets in den gleichen Intervallen betrachtet werden.

Aus der Differenz der ersten Fläche und der zweiten Fläche wird dann ein Maß für die Gasfüllung des Brennraums bestimmt. Alternativ wird das Maß für die Gasfüllung aus dem Verhältnis der ersten Fläche zu der zweiten Fläche bestimmt. Aus dem Maß für die Gasfüllung wird schließlich die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment wird in Abhängigkeit von der ermittelten Gasfüllung des Brennraums korrigiert. Zur Korrektur des ermittelten Ist-Moments kann jedoch auch unmittelbar das Maß für die Gasfüllung herangezogen werden, ohne daraus vorher die Gasfüllung zu ermitteln. Es ist des weiteren denkbar eine beliebige andere Größe, die sich aus dem Maß für die Gasfüllung herleiten läßt, zur Korrektur des ermittelten Ist-Moments heranzuziehen.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise und ohne großen Rechenaufwand ein Maß für die Gasfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Das ermittelte von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist- Moment kann dann entweder unmittelbar anhand des Maßes für die Gasfüllung oder mittelbar anhand der Gasfüllung korrigiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Genauigkeit der Bestimmung des Ist-Moments einer Brennkraftmaschine entscheidend verbessert werden. Auf den Einsatz von zusätzlichen Meßmitteln zur Bestimmung der Gasfüllung kann erfindungsgemäß verzichtet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ist-Kennlinie vor der Ermittlung der Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine auf berechenbare Einflußgrößen, mindestens auf die oszillierenden Massen, korrigiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die erste Fläche die gesamte Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist- Kennlinie bzw. zwischen der Ist-Kennlinie und der Basislinie in der ersten Hälfte des Arbeitshubs umfaßt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die erste Fläche die Fläche zwischen der Norm-Kennlinie und der Ist- Kennlinie bzw. zwischen der Ist-Kennlinie und der Basislinie in der ersten Hälfte des Arbeitshubs in einem Intervall umfaßt.

Ebenso wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die zweite Fläche die gesamte Fläche zwischen der Norm- Kennlinie und der Ist-Kennlinie bzw. zwischen der Ist- Kennlinie und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs umfaßt.

Desgleichen wird gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die zweite Fläche die Fläche zwischen der Norm- Kennlinie und der Ist-Kennlinie bzw. zwischen der Ist- Kennlinie und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs in einem Intervall umfaßt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine aus dem Produkt des Maßes für die Gasfüllung und eines Proportionalitätsfaktors bestimmt wird. Die Gasfüllung ergibt sich somit aus der Gleichung:

m_L = A . k_p,

wobei m_L die Gasfüllung, A das Maß für die Gasfüllung und k_p der Proportionalitätsfaktor ist.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine aus dem Produkt des Maßes für die Gasfüllung und einer Kennlinie bestimmt wird, die von bestimmten Parametern der Brennkraftmaschine abhängig ist, z. B. von der Drehzahl.

Vorteilhafterweise wird der Proportionalitätsfaktor bzw. die Kennlinie vor der eigentlichen Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments ermittelt. Dazu wird ein Ist-Wert der Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine anderweitig gemessen. Der Proportionalitätsfaktor bzw. die Kennlinie wird aus dem Quotient des gemessenen Ist-Werts der Gasfüllung und des ermittelten Maßes für die Gasfüllung mit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, ermittelt. Der Proportionalitätsfaktor ergibt sich somit aus der Gleichung

k_p = m_L_ist/A,

wobei k_p der Proportionalitätsfaktor, m_L_ist der anderweitig gemessene Ist-Wert für die Gasfüllung und A das ermittelte Maß für die Gasfüllung ist. Für die Messung des Ist-Werts der Gasfüllung kann eine Brennkraftmaschine tatsächlich oder simulativ betrieben werden.

Der Proportionalitätsfaktor wird vor der Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments durchgeführt und in geeigneter Weise gespeichert. Während der Ermittlung der Gasfüllung kann dann auf den gespeicherten Proportionalitätsfaktor bzw. die gespeicherte Kennlinie zugegriffen werden. Die Ermittlung des Proportionalitätsfaktors muß für jeden Typ von Brennkraftmaschine erfolgen. Der ermittelte Proportionalitätsfaktor oder die ermittelte Kennlinie kann dann für alle Brennkraftmaschinen dieser Typreihe verwendet werden.

Es ist denkbar, den Proportionalitätsfaktor durch Simulation zu gewinnen. Vorzugsweise wird der Proportionalitätsfaktor 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 wird das Verfahren bei Magermotoren oder Schichtladungsmotoren zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments eingesetzt. Insbesondere diese Arten von Brennkraftmaschinen werden bei Lambda < 1 betrieben. Die Gasfüllung in dem Brennraum dieser Brennkraftmaschinen kann zu Fehlern bei der Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle führen. Diese Fehler werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise kompensiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Norm-Kennlinie und Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine; und

Fig. 2 Ist-Kennlinie des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.

Durch die Figuren soll veranschaulicht werden, wie bei den erfindungsgemäßen Verfahren die Gasfüllung in dem Brennraum einer Brennkraftmaschine bestimmt wird. Die ermittelte Gasfüllung wird dann zur Korrektur eines von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments herangezogen. Das Ist-Moment wurde durch Auswerten des Verlaufs der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren kommt zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments 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 tz, gemessen. Aus den Zahnzeiten tz und der Gesamtzahl Z der Zähne des Geberzahnrads kann dann der Verlauf der Drehzahl n der Kurbelwelle bestimmt werden (n = 1/(tz . Z)). Die Drehzahl n der Kurbelwelle kann ohne weiteres in die Winkelgeschwindigkeit Omega der Kurbelwelle umgerechnet werden (Omega = 2 . pi . n). Durch Auswerten der Zahnzeiten tz, der Drehzahl n der Kurbelwelle oder der Winkelgeschwindigkeit Omega der Kurbelwelle wird das von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist bestimmt.

Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen, die mit Lambda = 1 betrieben werden, befindet sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Verhältnis von 1 : 1 in dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen neuerer Bauart werden zur Reduzierung des Verbrauchs, der Abgase und/oder der Verbrennungsgeräusche der Brennkraftmaschine zunehmend mager (d. h. mit Lambda < 1) oder mit Abgasrückführung (AGR) betrieben. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann bei solchen Brennkraftmaschinen bis zu einem Verhältnis von 1 : 5 (Lambda = 5) abgemagert werden. Die in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda < 1 zusätzlich enthaltene Luft bzw. das zusätzlich enthaltene Abgas führt zu einer Veränderung der Zahnzeiten tz, des Verlaufs der Drehzahl n und damit auch der Winkelgeschwindigkeit Omega der Kurbelwelle, ohne daß sie tatsächlich zu einem anderen von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moment M_ist führt. Insbesondere tritt durch die höhere Gasfüllung des Brennraums während der Kompressionsphase ein Abbremsen der Kurbelwelle und bei der anschließenden Expansionsphase ein Beschleunigen der Kurbelwelle auf. Das Abbremsen der Kurbelwelle macht sich in einem früheren Anstieg der Zahnzeiten tz, das Beschleunigen der Kurbelwelle in einer früheren Abnahme der Zahnzeiten tz bemerkbar.

Durch die Gasfüllung beim Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda < 1 wird also das ermittelte, von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist verfälscht. Aus diesem Grund muß die Gasfüllung des Brennraums bestimmt und das ermittelte Ist-Moment M_ist der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Gasfüllung korrigiert werden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und 2 wird die Kennlinie der Zahnzeiten tz zum Bestimmen der Gasfüllung ausgewertet. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch ohne weiteres auch durch Auswerten der Kennlinie von anderen Größen durchführbar, die aus den Zahnzeiten tz hergeleitet werden. Ein solche Größe ist bspw. die Drehzahl n der Kurbelwelle oder die Winkelgeschwindigkeit Omega der Kurbelwelle.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Ist-Kennlinie tz(z) der Zahnzeiten tz über den einzelnen Zähnen z des Geberzahnrads aufgetragen (Kurve 1 in Fig. 1 und Fig. 2). Um die Gasfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine zu bestimmen, werden die Abweichungen der Ist-Kennlinie tz(z) der Zahnzeiten (tz) relativ zu einer bei Lambda = 1 aufgenommenen Norm-Kennlinie tz_norm(z) (Kurve 2 in Fig. 1) der Zahnzeiten tz_norm ermittelt. Die Ist-Kennlinie 1 weicht für Lambda < 1 deutlich von der Norm-Kennlinie 2 ab. Die Abweichungen der Ist-Kennlinie 1 von der Norm-Kennlinie 2 können auf unterschiedliche Arten 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 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ergibt sich somit, daß der Arbeitshub z_hub eines Zylinders dreißig Zähne (2 . 60 Zähne/4 Zylinder = 30) umfaßt. In den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 wird ein Arbeitshub z_hub betrachtet, der von dem Zahn z = 13 bis z = 43 geht.

Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren (vgl. Fig. 1) wird zunächst die Norm-Kennlinie tz_norm(z) 2 der Zahnzeiten tz_norm für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda = 1 festgelegt. Dann wird aus den Abweichungen der Ist-Kennlinie tz(z) 1 der Zahnzeiten z relativ zu der Norm-Kennlinie tz_norm(z) 2 die Gasfüllung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt. Dazu wird die Norm- Kennlinie 2 der Zahnzeiten tz in dem Arbeitshub z_hub eines Zylinders der Brennkraftmaschine verstärkt, so dass die Extrema der Norm-Kennlinie 2 und der Ist-Kennlinie 1 den gleichen Wert für die Zahnzeit tz haben.

Dann wird eine erste Fläche F1 zwischen der Norm-Kennlinie 2 und der Ist-Kennlinie 1 der Zahnzeiten tz in der ersten Hälfte des Arbeitshubs z_hub und zweite Fläche F2 zwischen der Norm-Kennlinie 2 und der Ist-Kennlinie 1 der Zahnzeiten tz in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs z_hub ermittelt. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 entspricht die erste Hälfte des Arbeitshubs z_hub also den Zähnen z = 13 bis z = 28 und die zweite Hälfte des Arbeitshubs z_hub den Zähnen z = 29 bis z = 43.

Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren (vgl. Fig. 2) wird zunächst eine Basislinie bestimmt, die sich aus der Verbindungslinie der Minima der Ist-Kennlinie ergibt. Dann wird die erste Fläche F1 zwischen der Ist-Kennlinie 1 der Zahnzeiten tz und der Basislinie in der ersten Hälfte eines Arbeitshubs z_hub eines Zylinders der Brennkraftmaschine und eine zweite Fläche F2 zwischen der Ist-Kennlinie 1 der Zahnzeiten und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs z_hub ermittelt.

Die erste Fläche F1 und die zweite Fläche F2 umfassen in den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 die gesamte Fläche zwischen der Norm-Kennlinie 2 und der Ist- Kennlinie 1 bzw. zwischen der Ist-Kennlinie 1 und der Basislinie in einer Hälfte des Arbeitshubs z_hub. Die beiden Flächen F1, F2 des ersten Verfahrens bzw. des zweiten Verfahrens können aber auch in einem beliebigen Intervall innerhalb der ersten Hälfte bzw. der zweiten Hälfte des Arbeitshubs z_hub gewählt werden. Für eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Gasfüllung in dem Brennraum anhand der beiden Flächen ist es jedoch wichtig, daß stets die gleichen ersten und zweiten Flächen F1, F2 innerhalb des jeweiligen Arbeitshubs z_hub betrachtet werden.

Aus der Differenz der ersten Fläche F1 und der zweiten Fläche F2 wird dann ein Maß A für die Gasfüllung des Brennraums bestimmt. Alternativ wird das Maß A für die Gasfüllung aus dem Verhältnis der ersten Fläche F1 zu der zweiten Fläche F2 bestimmt. Aus dem Maß A für die Gasfüllung wird schließlich die Gasfüllung m_L in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte, von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Ist-Moment M_ist wird in Abhängigkeit von der ermittelten Gasfüllung m_L des Brennraums korrigiert. Zur Korrektur des ermittelten Ist- Moments M_ist kann jedoch auch unmittelbar das Maß A für die Gasfüllung herangezogen werden, ohne daraus vorher die Gasfüllung m_L zu ermitteln. Es ist des weiteren denkbar eine beliebige andere Größe, die sich aus dem Maß A für die Gasfüllung herleiten läßt, zur Korrektur des ermittelten Ist-Moments M_ist heranzuziehen.

Die Gasfüllung m_L in dem Brennraum der Brennkraftmaschine wird aus dem Produkt des Maßes A für die Gasfüllung und eines Proportionalitätsfaktors k_p bestimmt. Die Gasfüllung ergibt sich somit aus der Gleichung:

m_L = A . k_p.

Der Proportionalitätsfaktor k_p wird vor der eigentlichen Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments M_ist ermittelt. Dazu wird ein Ist-Wert der Gasfüllung m_L_ist in dem Brennraum der Brennkraftmaschine anderweitig, bspw. auf einem Motorprüfstand, gemessen. Der Proportionalitätsfaktor k_p wird aus dem Quotient des gemessenen Ist-Werts m_L_ist der Gasfüllung und des ermittelten Maßes A für die Gasfüllung mit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, ermittelt. Der Proportionalitätsfaktor ergibt sich somit aus der Gleichung

k_p = m_L_ist/A.

Der Proportionalitätsfaktor k_p wird vor der Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments M_ist durchgeführt und in geeigneter Weise gespeichert. Während der Ermittlung der Gasfüllung m_L kann dann auf den gespeicherten Proportionalitätsfaktor k_p zugegriffen werden. Die Ermittlung des Proportionalitätsfaktors k_p muß für jeden Typ von Brennkraftmaschine erfolgen. Der ermittelte Proportionalitätsfaktor k_p kann dann für alle Brennkraftmaschinen dieser Typreihe verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Magermotoren oder Schichtladungsmotoren zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments M_ist eingesetzt.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist), mit den Verfahrensschritten:

- Aufnahme der Ist-Kennlinie (1) des Verlaufs der Drehzahl (n) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine,
- Ermitteln der Gasfüllung (m_L) in einem Brennraum der Brennkraftmaschine,
- Bestimmen des Ist-Moments (M_ist) durch Auswerten der Ist-Kennlinie (1) des Verlaufs der Drehzahl (n),
- Korrektur des Ist-Moments (M_ist) in Abhängigkeit von der ermittelten Gasfüllung (m_L),

dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine

- eine Norm-Kennlinie (2) des Verlaufs der Drehzahl (n_norm) für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Lambda = 1 festgelegt wird,
- die Norm-Kennlinie (2) des Verlaufs der Drehzahl (n_norm) in einem Arbeitshub (z_hub) eines Zylinders der Brennkraftmaschine verstärkt wird, so dass die Extrema der Norm-Kennlinie (2) und der Ist-Kennlinie (1) den gleichen Drehzahl-Wert haben,
- eine erste Fläche (F1) zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist-Kennlinie (1) der Drehzahl (n) in der ersten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) ermittelt wird,
- eine zweite Fläche (F2) zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist-Kennlinie (1) der Drehzahl (n) in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) ermittelt wird,
- aus der Summe der ersten Fläche (F1) und der zweiten Fläche (F2) oder aus der Summe bestimmter Teile der ersten Fläche (F1) und der zweiten Fläche (F2) ein Maß (A) für die Gasfüllung bestimmt wird, und
- aus dem Maß (A) für die Gasfüllung die Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

2. Verfahren zum Bestimmen des von einer Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist), mit den Verfahrensschritten:

dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine

- eine Basislinie als Verbindungslinie der Minima der Ist-Kennlinie (1) bestimmt wird,
- eine erste Fläche (F1) zwischen der Ist-Kennlinie (1) der Drehzahl (n) und der Basislinie in der ersten Hälfte eines Arbeitshubs (z_hub) eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
- eine zweite Fläche (F2) zwischen der Ist-Kennlinie (1) der Drehzahl (n) und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) ermittelt wird,
- aus einer der beiden Flächen (F1; F2), 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 die Gasfüllung bestimmt wird, und
- aus dem Maß (A) für die Gasfüllung die Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Kennlinie (1) vor der Ermittlung der Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine auf berechenbare Einflußgrößen, mindestens auf die oszillierenden Massen, korrigiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (F1) die gesamte Fläche zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist- Kennlinie (1) bzw. zwischen der Ist-Kennlinie (1) und der Basislinie in der ersten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (F1) die Fläche zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist-Kennlinie (1) bzw. zwischen der Ist-Kennlinie (1) und der Basislinie in der ersten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) in einem Intervall umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (F2) die gesamte Fläche zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist- Kennlinie (1) bzw. zwischen der Ist-Kennlinie (1) und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (F2) die Fläche zwischen der Norm-Kennlinie (2) und der Ist-Kennlinie (1) bzw. zwischen der Ist-Kennlinie (1) und der Basislinie in der zweiten Hälfte des Arbeitshubs (z_hub) in einem Intervall umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine aus dem Produkt des Maßes (A) für die Gasfüllung und eines Proportionalitätsfaktors (k_p) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (k_p) vor der Durchführung des Verfahrens aus der Gleichung
k_p = m_L_ist/A
bei einem bestimmten anderweitig gemessenen Ist-Wert der Gasfüllung (m_L_ist) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine mit einer Brennkraftmaschine, die möglichst geringe Toleranzen aufweist, ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung (m_L) in dem Brennraum der Brennkraftmaschine aus dem Produkt des Maßes (A) für die Gasfüllung (m_L) und einer Kennlinie bestimmt wird, die von bestimmten Parametern der Brennkraftmaschine abhängig ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (k_p) bzw. die Kennlinie auf einem Motorprüfstand empirisch ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei Magermotoren oder Schichtladungsmotoren zum Bestimmen des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Ist-Moments (M_ist) eingesetzt wird.