DE602004004493T2

DE602004004493T2 - Vorrichtung zur Kalibrierung einer Druck-Messkette in einem Zylinder eines Kraftfahrzeugdieselmotors

Info

Publication number: DE602004004493T2
Application number: DE602004004493T
Authority: DE
Inventors: Claire Vermonet; Guillaume Meissonnier; Cedric Lorret; Jean-Marie Vespasien
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA; Delphi Technologies Inc
Current assignee: PSA Automobiles SA; Delphi Technologies Inc
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: US7124020B2; EP1548418B9; FR2862711A1; ES2280017T3; US20050125140A1; EP1548418B1; EP1548418A1; ATE352774T1; FR2862711B1; DE602004004493D1

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein System zur Kalibrierung einer Erfassungskette für den Druck in einem Zylinder eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Kalibrierung einer Erfassungskette für den Druck in einem Zylinder eines Dieselmotors von der Art, die versehen ist mit einem Abgasumwälzkreis und einem Turbokompressor.
Es sind Systeme bekannt, die Informationen betreffend den Druck in den Zylindern zum Steuern oder Diagnostizieren des Betriebszustandes eines Dieselmotors verwenden. Die Genauigkeit der Steuerung oder der Diagnose hängt von der Genauigkeit der Erfassungskette für den Druck in den Zylindern ab.
In herkömmlicher Weise verbindet die Erfassung des Drucks in einem Zylinder einen Zylinderdrucksensor und Konditionierungsmittel. Der Sensor umfaßt ein aktives Element, welches das für die gemessene physikalische Größe empfindliche Element bildet. Jedoch muß im allgemeinen das von dem Sensor gelieferte Signal verarbeitet werden, um ein Signal zu erhalten, das als "Messung" bezeichnet wird, welches kennzeichnend für die gemessene physikalische Größe ist. Wenn beispielsweise das aktive Element des Sensors ein piezoelektrisches Element ist; das für eine Deformierung empfindlich ist, die es erfährt, gehört tatsächlich das Signal, welches es liefert, zu einem Wertebereich eines Deformierungssignals. Die Konditionierungsmittel sind nun dazu angepaßt, unter Verwendung von Konditionierungsparametern dieses Signal zu formen und diesen Wertebereich der Deformierung mit einem Wertebereich des Drucks in Entsprechung zu bringen.
Es sind Verfahren der Kalibrierung bekannt, die darin bestehen, für eine Familie von Sensoren eines selben Modells die Entsprechung zwischen dem Wertebereich der Deformierung und dem Wertebereich des Drucks zu erhalten, d.h., Werte von Konditionierungsparametern zu bestimmen. Diese Entsprechung, die beispielsweise durch den Hersteller des Sensors oder durch Tests bestimmt wird, die am Werksausgang an einer Stichprobe von an Kraftfahrzeugen montierten Sensoren durchgeführt werden, wird dann in den Kon ditionierungsmitteln auf dauerhafte Weise für die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs gespeichert.
Nun unterliegen aber die Eigenschaften von Sensoren einer bedeutenden Streuung ihrer Werte.
Daher weisen die aus einer Massenfertigung stammenden Sensoren eine Unsicherheit hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit auf, die von einem Sensor zu einem anderen stark variieren kann, was eine bedeutende Unsicherheit für einen bestimmten Sensor zur Folge hat, wenn die Werte der Konditionierungsparameter für eine Familie von Sensoren bestimmt worden sind.
Außerdem erlebt der Sensor im Laufe seines Lebens Abweichungen seiner Eigenschaften, beispielsweise aufgrund der Entwicklung seines Verschleißzustandes. Daher sind nach einer gewissen Zeit die anfänglichen Werte der Konditionierungsparameter nicht mehr angepaßt und der resultierende Meßfehler ist ungewiß.
Aus dem Dokument EP-A-0 399 069 ist ein System zur Kalibrierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, das oben genannte Problem zu lösen durch Bereitstellen eines Systems zur automatischen Kalibrierung eines von einem Sensor für den Zylinderdruck eines Dieselmotors gelieferten Signals, das in der Lage sein soll, speziell das von dem Sensor gelieferte Signal in einer Weise zu kalibrieren, die robust gegenüber den Unsicherheiten bezüglich der Eigenschaften des Sensors ist.
Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung zum Gegenstand ein System zur Kalibrierung einer Erfassungskette für den Druck in einem Zylinder eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug, von der Art, die einen dem Zylinder zugeordneten Sensor für den Zylinderdruck und Mittel zur Konditionierung des von dem Sensor gelieferten Signals in Abhängigkeit von Konditionierungsparametern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

– Aufnahmemittel für das von dem Zylinderdrucksensor gelieferte Signal;
– eine Informationsverarbeitungseinheit, die dazu geeignet ist, die Werte der Konditionierungsparameter in Abhängigkeit von einem polytropischen thermodynamischen Modell der Entwicklung des Drucks in dem Zylinder, eines Referenzdrucks der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders und des von dem Drucksensor gelieferten, durch die Aufnahmemittel aufgenommenen Signals zu bestimmen; und
– Mittel zur Modifizierung der Werte der Konditionierungsparameter in der Erfassungskette in Abhängigkeit von den von der Informationsverarbeitungseinheit bestimmten Werten der Konditionierungsparameter. Gemäß weiterer Merkmale ist das System dadurch gekennzeichnet, daß
– die Informationsverarbeitungseinheit Bestimmungsmittel aufweist, die dazu geeignet sind, den Wert der Konditionierungsparameter in Abhängigkeit von Werten des Drucks in dem Verbrennungsraum eines polytropischen Modells der reinen Kompression des Zylinderzyklus zu bestimmen gemäß der Beziehung:
wobei θ ein Wert des Kurbelwinkels des Zylinders ist, V₀ das Volumen des Verbrennungsraumes des Zylinders für einen vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, P₀ ein vorbestimmter Referenzdruck in dem Verbrennungsraum für den vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels ist, γ ein polytropischer Koeffizient ist, V(θ) das Volumen des Verbrennungsraumes für den Wert des Kurbelwinkels des Zylinders θ ist und P(θ) der Druck in dem Verbrennungsraum für den Wert des Kurbelwinkels des Zylinders θ ist;
– die Bestimmungsmittel dazu geeignet sind, die Konditionierungsparameter eines Modells der Konditionierung des von dem Sensor für den Druck in dem Zylinder gelieferten Signals zu bestimmen gemäß der Beziehung: Pmes = A × U + Poffset wobei U das von dem Sensor für den Druck gelieferte Signal ist, P_offset eine Verschiebung ist, A eine Verstärkung ist und P_mes der von den Konditionierungsmitteln gelieferte gemessene Zylinderdruck ist;
– die Bestimmungsmittel dazu geeignet sind, die Verstärkung A und die Verschiebung P_offset der Konditionierungsmittel zu bestimmen gemäß den Beziehungen:
wobei:
– M, N, Q, R und S vorbestimmte Zahlen sind;
– {θ k / 1; k = 1, ..., Q}, {θ i / 2; i = 1, ..., N}, {θ i / 3; i = 1, ..., R}, und {θ k / 4; k = 1, ..., S} vorbestimmte Mengen von Kurbelwinkelwerten sind, enthalten jeweils in einem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster von Kurbelwinkelwerten der Phase der reinen Kompression des Zyklus;
– {V(θ k / 1, j); k = 1, ..., Q}, {V(θ i / 2, j); i = 1, ..., N}, {V(θ i / 3, j); i = 1, ..., R}, und {V(θ k / 4); k = 1, ..., S} die Mengen von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes für die Mengen der Werte des Kurbelwinkels sind, jeweils enthalten in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders;
– {U(θ k / 1, j); k = 1, ..., Q}, {U(θ i / 2, j); i = 1, ..., N}, {U(θ i / 3, j); i = 1, ..., R}, und {U(θ k / 4, j); k = 1, ..., S} die Mengen von Werten des Signals sind, das von dem Zylin derdrucksensor während des j-ten Zylinderzyklus für die Mengen von Kurbelwinkelwerten, jeweils enthalten in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus, geliefert wird; und
– P₀ (j) der Referenzdruck für den j-ten Zyklus des Zylinders ist;
– die Werte θ i / 1 und θ i / 3 die Werte des Kurbelwinkels am Beginn der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus sind und die Werte θ j / 1 und θ k / 4 die Werte des Kurbelwinkels am Ende der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus sind;
– jeder der Werte des Kurbelwinkels θ k / 1, θ i / 2, θ i / 3 und θ k / 4 bestimmt ist, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des von dem Drucksensor für den Wert des Kurbelwinkels gelieferten Signals zu optimieren;
– der Motor mit Abgasumwälzmitteln ausgestattet ist und mit einem Turbokompressor verbunden ist, und dadurch, daß die Informationsverarbeitungseinheit Mittel zur Bestimmung des Referenzdrucks P₀ in Abhängigkeit von dem Aufladungsdruck am Ausgang des Turbokompressors umfaßt;
– die Mittel zur Bestimmung des Referenzdrucks P₀ mit den Bestimmungsmitteln verbunden sind und dazu geeignet sind, den Referenzdruck P₀ zu bestimmen gemäß der Beziehung: P0 = α × Psural wobei α ein Wert eines Füllkoeffizienten ist und P_sural ein Wert des Aufladungsdrucks am Ausgang der Turbokompressors für den Kurbelwinkel des Zylinders entsprechend dem unteren Totpunkt des Zylinderzyklus ist;
– die Informationsverarbeitungseinheit Auswahlmittel für den Wert des Füllkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Typ des Zylinders und dem Wert der Drehzahl des Motors umfaßt;
– die Informationsverarbeitungseinheit Auslösungsmittel umfaßt, die mit den Bestimmungsmitteln verbunden sind und dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Gesetz der Auslösung der Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen;
– die Auslösungsmittel dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen, wenn das Kraftfahrzeug eine Anzahl von Kilometern seit der vorigen Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells zurückgelegt hat, die größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert von Kilometern ist;
– die Auslösungsmittel dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen, wenn eine Zeitdauer seit der vorigen Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells vergangen ist, die größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert der Dauer ist;
– die Bestimmungsmittel dazu geeignet sind, kontinuierlich die Verschiebung des Konditionierungsmodells zu bestimmen; und
– der Sensor für den Druck ein Sensor ist, der dazu geeignet ist, eine Deformierung des Aufbaus des Motors zu messen.

Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden werden beim Lesen der folgenden als Beispiel gegebenen Beschreibung und in Beziehung mit den beigefügten Zeichnungen, von denen:
1 eine schematische Ansicht eines Zylinders eines Dieselmotors ist, der einer Erfassungskette für den Druck in dem Zylinder zugeordnet ist, die durch ein erfindungsgemäßes Kalibrierungssystem kalibriert wird; und
2 ein Ablaufplan der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Kalibrierungssystems ist.
In 1 ist in schematischer Weise ein Zylinder 10 eines Dieselmotors dargestellt.
Der Zylinder 10 des Motors ist versehen mit eine Kraftstoffeinspritzdüse 12, die in einem Deckel 14 des Zylinders montiert ist, und umfaßt einen Einlaßweg 16 für eine Luft-Abgas-Mischung, die aus einem Turbokompressor 18 stammt, der mit einem Abgasumwälzsystem verbunden ist, und einem Auslaßweg 20 für die Verbrennungsgase. Das innere Volumen des Zylinders 10, begrenzt durch den Deckel 14 und einen Kolben 22, der mit einer Kurbelstange 24 verbunden ist, definiert einen Verbren nungsraum 26, dessen Volumen variabel ist in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel des Zylinders 10.
Der Zylinder 10 des Motors ist verbunden mit einer Erfassungskette 28 für den Druck in dem Zylinder, die den Druck in dem Verbrennungsraum 26 des Zylinders mißt, beispielsweise für Erfordernisse der Steuerung der Arbeitsweise des Motors.
Diese Erfassungskette 28 für den Druck umfaßt einen Sensor 30 für den Zylinderdruck, der ein Signal U liefert, welches von dem Druck in dem Zylinder abhängt, und Konditionierungsmittel 32, die das von dem Sensor gelieferte Signal U aufbereiten.
Der Drucksensor 30 umfaßt beispielsweise ein piezoelektrisches Element und ist auf oder in dem Deckel 14 des Zylinders montiert. Der Sensor 30 liefert ein Signal U in Abhängigkeit von der Deformierung, der das piezoelektrische Element aufgrund der Druckänderung in dem Verbrennungsraum 26 des Zylinders unterliegt.
Die Konditionierungsmittel 32 sind dazu geeignet, eine Verarbeitung des Signals U zu vollbringen, welches sie am Eingang empfangen, und liefern am Ausgang das Signal P_mes gemäß der Beziehung: Pmes = A × U + Poffset (1A)wobei P_offset eine Verschiebung für den Sensor und A eine Verstärkung für den Sensor ist.
Eine Informationsverarbeitungseinheit 34 empfängt an Eingang eine Messung des Winkels der Motorwelle von einem Meßfühler 36 für den Winkel der Motorwelle, beispielsweise einen Hall-Effekt-Magnetsensor, der mit einem mit der Motorwelle verbundenen Zahnrad versehen ist. Die Informationsverarbeitungseinheit 34 weist unter anderem Eingänge für den Wert der Motordrehzahl auf, der durch einen Drehzahlaufnehmer (nicht dargestellt) geliefert wird, und für die Anzahl der von dem Kraftfahrzeug zurückgelegten Kilometer.
Die Informationsverarbeitungseinheit 34 empfängt ebenfalls an einem Eingang eine Messung des Aufladungsdrucks P_sural von einem Sensor 38 für den Aufladungsdruck, der am Ausgang des Turbokompressors 18 angeordnet ist, sowie das von dem Drucksensor 30 gelieferte Signal U.
Diese Informationsverarbeitungseinheit 34 ist dazu angepaßt, die Werte der Verstärkung A und der Verschiebung P_offset zu bestimmen durch das Einsetzen eines Algorithmus, der die Werte der Drehzahl, des von dem Sensor gelieferten Signals U, des Aufladungsdrucks P_sural, des Winkels der Motorwelle und der Anzahl der von dem Kraftfahrzeug zurückgelegten Kilometer verwendet, wie es genauer im folgenden erläutert werden wird.
Zu diesem Zweck weist sie Auslösungsmittel 50 auf, die dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung A in Abhängigkeit von der Anzahl der zurückgelegten Kilometer auszulösen.
Die Informationsverarbeitungseinheit 34 umfaßt weiter einen nichtflüchtigen Speicher 52. Dieser Speicher 52 enthält eine Entsprechungstabelle 54, die einen vorbestimmten Wert eines Füllkoeffizienten α liefert, der die Menge der in den Zylinder eingelassenen Luft mit dem Druck in dem Ansaugkrümmer des Motors verbindet in Abhängigkeit von dem Verweis auf den Zylinder, für den die zugeordnete Erfassungskette für den Druck kalibriert ist, und von dem Wert der Drehzahl des Motors.
Der Speicher 52 ist verbunden mit Mitteln 56 zur Bestimmung eines Werts des Referenzdrucks P₀ der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert des Aufladungsdrucks P_sural und des ausgewählten Wertes des Füllkoeffizienten α. Der Speicher 52 enthält außerdem eine Liste von Bestimmungsparametern 58, die verwendet werden zur Bestimmung der Werte der Verstärkung A und der Verschiebung P_offset.
Bestimmungsmittel 60 für den Kurbelwinkel der Informationsverarbeitungseinheit 34 haben als Eingabe den gemessenen Wert des Winkels der Motorwelle, der durch den Meßfühler 36 für den Winkel der Motorwelle geliefert wird, und liefern, auf eine an sich bekannte Weise, in Abhängigkeit von dem Verweis auf den Zylinder einen Wert des Kurbelwinkels.
Die Informationsverarbeitungseinheit 34 umfaßt außerdem Bestimmungsmittel 62 für die Konditionierungsparameter, die mit Aufnahmemitteln 64 für das von dem Drucksensor 30 gelieferte Signal U verbunden sind. Die Bestimmungsmittel 62 emp fangen u.a. am Eingang die Ausgänge der Auslösungsmittel 50, des Speichers 52, der Bestimmungsmittel 56 für den Referenzdruck und der Bestimmungsmittel 60 für den Kurbelwinkel des Zylinders.
Die Bestimmungsmittel 62 sind dazu geeignet, die Werte der Konditionierungsparameter A und P_offset gemäß einem polytropischen thermodynamischen Modell des Drucks in dem Verbrennungsraum des Zylinders zu bestimmen gemäß der Beziehung:
wobei V₀ ein Volumen des Verbrennungsraumes für einen vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, P₀ ein vorbestimmter Wert des Drucks in dem Verbrennungsraum für den vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels ist, γ ein polytropischer Koeffizient ist, V(θ) das Volumen des Verbrennungsraumes für den Wert des Kurbelwinkels θ ist und P(θ) der theoretische Wert des Drucks in dem Verbrennungsraum für den Wert des Kurbelwinkels θ ist.
Wie sich sagen läßt, bestimmen die Bestimmungsmittel 62 durch Empfangen eines Referenzdruckwertes P₀ der Phase der reinen Kompression eines Zyklus des Zylinders und des Wertes des Kurbelwinkels, der in sicherer Weise des Volumen des Verbrennungsraumes bestimmt, am Eingang theoretischerweise den Wert des Drucks in dem Verbrennungsraum für einen beliebigen Punkt des Zyklus der reinen Kompression dieses Zyklus für den Zylinder.
Basierend auf der Kenntnis des theoretischen Wertes des Druck in dem Verbrennungsraum des Zylinders sind die Bestimmungsmittel 62 dazu geeignet, Werte der Verstärkung und der Verschiebung zu bestimmen gemäß den Beziehungen:
wobei:

– M, N, Q, R und S vorbestimmte Zahlen sind, gespeichert in der Parameterliste 58 des Speichers 52;
– {θ k / 1; k = 1, ..., Q} eine vorbestimmte Menge von Werten des Kurbelwinkels sind, enthalten in einem ersten Fenster von Kurbelwinkelwerten der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders ist, gespeichert in der Parameterliste 58 des Speichers 52;
– {V(θ k / 1); k = 1, ..., Q} die Menge von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes 26 für die Menge der Werte des Kurbelwinkels, enthalten in dem ersten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, wobei diese Menge von Werten des Volumens in der Parameterliste 58 des Speichers 52 gespeichert wird;
– {θ i / 2; i = 1, ..., N} eine vorbestimmte Menge von Werten des Kurbelwinkels ist, enthalten in einem zweiten Fenster von Werten des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus, gespeichert in der Parameterliste 58 des Speichers 52;
– {V(θ i / 2); i = 1, ..., N} die Menge von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes 26 für die Menge der Werte des Kurbelwinkels, enthalten in dem zweiten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, wobei diese Menge von Werten des Volumens in der Parameterliste 58 des Speichers 52 gespeichert wird;
– {θ i / 3; i = 1, ..., R} eine vorbestimmte Menge von Werten des Kurbelwinkels ist, enthalten in einem dritten Fenster von Werten des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus, gespeichert in der Parameterliste 58 des Speichers 52;
– {V(θ i / 3); i = 1, ..., R} die Menge von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes 26 für die Menge der Werte des Kurbelwinkels, enthalten in dem dritten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, wobei diese Menge von Werten des Volumens in der Parameterliste 58 des Speichers 52 gespeichert wird;
– {θ k / 4; k = 1, ..., S} eine vorbestimmte Menge von Werten des Kurbelwinkels ist, enthalten in einem vierten Fenster von Werten des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus, gespeichert in der Parameterliste 58 des Speichers 52;
– {V(θ k / 4); k = 1, ..., S} die Menge von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes 26 für die Menge der Werte des Kurbelwinkels, enthalten in dem vierten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, wobei diese Menge von Werten des Volumens in der Parameterliste 58 des Speichers 52 gespeichert wird;
– {U(θ k / 1, j); k = 1, ..., Q} die Menge von Werten des Signals ist, das von dem Zylinderdrucksensor 30 während des j-ten Zylinderzyklus für die Menge von Kurbelwinkelwerten geliefert wird, die in denn ersten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus enthalten sind;
– {U(θ i / 2, j); i = 1, ..., N} die Menge von Werten des Signals ist, das von dem Zylinderdrucksensor 30 während des j-ten Zylinderzyklus für die Menge von Kurbelwinkelwerten geliefert wird, die in dem zweiten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus enthalten sind;
– {U(θ i / 3, j); i = 1, ..., R} die Menge von Werten des Signals ist, das von dem Zylinderdrucksensor 30 während des j-ten Zylinderzyklus für die Menge von Kurbelwinkelwerten geliefert wird, die in dem dritten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus enthalten sind;
– {U(θ k / 4, j); k = 1, ..., S} die Menge von Werten des Signals ist, das von dem Zylinderdrucksensor 30 während des j-ten Zylinderzyklus für die Menge von Kurbelwinkelwerten geliefert wird, die in dem vierten Fenster der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus enthalten sind;
– RPM(j) der Wert der Drehzahl des Motors ist, wenn der Kurbelwinkel dem unteren Totpunkt des j-ten Zylinderzyklus entspricht, ref._cylindre der Verweis auf den Zylinder ist, α(RPM(j),ref._cylindre) ein Wert des Füllkoeffizienten der Entsprechungstabelle 54 ist, der in Abhängigkeit von dem Wert der Drehzahl RPM(j) und dem Verweis auf den Zylinder ref._cylindre bestimmt ist, und P₀(j) = α(RPM(j),ref._cylindre) × P_sural(j) der Referenzdruck für den j-ten Zylinderzyklus gleich dem Wert α(RPM(j),ref._cylindre) multipliziert mit dem Wert des Aufladungsdrucks P_sural(j), bestimmt, wenn der Kurbelwinkel dem unteren Totpunkt des j-ten Zylinderzyklus entspricht, ist.

Die so bestimmten Werte werden an Mittel 66 zur Modifizierung der Konditionierungsparameter der Konditionierungsmittel 32 der Erfassungskette für den Druck 28 in dem Zylinder geliefert, um den Wert der Konditionierungsparameter in den Konditionierungsmitteln 32 zu aktualisieren.
Es ist zu beachten, daß von dem Fachmann zahlreiche Varianten in Betracht gezogen werden können, um einen Wert der Verstärkung A und einen Wert der Verschiebung P_offset basierend auf den Beziehungen (1A) und (1B) zu bestimmen. Die obigen Beziehungen (2) und (3) entsprechen der bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Systems. Es können jedoch andere Beziehungen verwendet werden. Beispielsweise ist es, indem man N=Q und R=S setzt, möglich, den Wert der Verstärkung A und der Verschiebung P_offset zu berechnen gemäß den Beziehungen:
wobei T eine vorbestimmte Zahl ist.
Die Arbeitsweise der Informationsverarbeitungseinheit ist im folgenden mit Bezug auf das Ablaufschema der 2 erläutert.
Nach dem ersten Anlassen des Kraftfahrzeugs während eines Schritts 100 wird eine Strategie zur Kalibrierung der Erfassungskette für den Druck in dem Zylinder initialisiert. Die Initialisierung der Kalibrierungsstrategie beruht insbesondere darauf die Periodizität der Kalibrierung der Erfassungskette zu bestimmen und die Werte der Kurbelwinkel auszuwählen, die zum Bestimmen der Werte der Verstärkung und der Verschiebung verwendet werden. Eine bevorzugte Art der Arbeitsweise des erfindungsgemßen Kalibrierungssystems beruht darauf, die Verschiebung P_offset in kontinuierlicher Weise zu bestimmen, d.h., einen Wert der Verschiebung für jeden Zyklus des Zylinders zu bestimmen, und in regelmäßiger Weise die Verstärkung A. So besteht diese Initialisierung u.a. darin, die Anzahl der von dem Kraftfahrzeug zurückgelegten Kilometer zwischen zwei Bestimmungen des Wertes der Verstärkung A zu wählen.
In einem folgenden Schritt 102, ausgelöst nachfolgend auf das Anlassen des Motors, werden die Werte der Parameter der Parameterliste 58, die für die Bestimmung der Konditionierungsparameter gemäß den Beziehungen (2) und (3) verwendet werden, in die Bestimmungsmittel 62 aus der Parameterliste 58 des Speichers 52 geladen.
Der Wert jedes dieser Parameter wurde beispielsweise in optimaler Weise bei früheren Untersuchungen berechnet. Jeder der Winkelwerte wurde so bestimmt, um das Signal-zu-Rauschverhältnis des entsprechenden Wertes des von dem Sensor 30 gelieferten Signals zu optimieren, und derart, daß die Kurbelwinkelwerte θ k / 1, θ i / 2 am Beginn der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders gewählt werden und die Kurbelwinkelwerte θ i / 3 und θ k / 4 am Ende der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders gewählt werden.
Außerdem ist es zu beachten, daß in der Umgebung des unteren Totpunktes des Zyklus des Zylinders, der den Beginn der Phase der reinen Kompression definiert, der Zylinderdeckel in einer signifikanten Weise durch die Druckänderungen, die durch die Verbrennung des Kraftstoffes in den benachbarten Zylindern erzeugt werden, deformiert wird. Infolgedessen liefert ein Drucksensor von der Art mit einem piezoelektrischen Element ein Signal, das eine signifikante Komponente aufweist, die von der Verbrennung in den benachbarten Zylindern abhängt. Im Fall eines Sensors dieser Art sind vorteilhafterweise die Kurbelwinkelwerte θ k / 1, θ i / 2, θ i / 3 und θ k / 4 folglich gleichfalls bestimmt, um einem Winkelwertebereich anzugehören, für den das von dem Sensor 30 gelieferte Signal nicht durch die Verbrennung in den benachbarten Zylindern gestört ist.
Wenn einmal die Initialisierung der Bestimmungsparameter beendet ist, wird in einem Schritt 104 ein erster Pufferspeicher (nicht dargestellt) der Bestimmungsmittel 62 initialisiert.
In einem folgenden Schritt 106 fragen die Bestimmungsmittel 56 für den Referenzdruck P₀ die Entsprechungstabelle 54 ab, die ihnen den Wert des Füllkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Verweis auf den Zylinder und dem Wert der Drehzahl liefert, wenn der Kurbelwinkel dem unteren Totpunkt des Zyklus des Zylinders entspricht. Die Mittel 56 multiplizieren dann diesen Wert des Füllkoeffizienten mit dem Wert des Aufladungsdrucks, der dem unteren Totpunkt entspricht, um den Referenzdruck P₀ für den laufenden Zyklus des Zylinders zu bilden, gemäß der Beziehung (3). Dieser Wert des Referenzdrucks wird dann an die Bestimmungsmittel 62 geliefert, um in dem ersten Pufferspeicher für eine spätere Verwendung gespeichert zu werden.
In einem auf den Schritt 106 folgenden Schritt 108 speichern die Bestimmungsmittel 62 in dem ersten Pufferspeicher die Werte des von dem Sensor 30 für den Druck in dem Zylinder gelieferten Signals, aufgenommen von den Aufnahmemitteln 64, für diesen laufenden Zyklus des Zylinders und entsprechend den Kurbelwinkelwerten, die durch die Liste 58 der Bestimmungsparameter des Speichers 52 geliefert werden. Wenn einmal der laufende Zyklus des Zylinders beendet ist, berechnen die Bestimmungsmittel 62 in einem Schritt 110 den Wert der Verschiebung P_offset gemäß der Beziehung (3) in Abhängigkeit von den Werten P₀ und den Werten des von dem Sensor gelieferten Signals, die in dem ersten Pufferspeicher gespeichert sind. Dieser Wert der Verschiebung P_offset wird dann an die Modifizierungsmittel 66 der Konditionierungsparameter der Konditionierungsmittel 32 geliefert für die Aktualisierung des Wertes der Verschiebung derselben. Der Schritt 110 führt dann in eine Schleife zum Schritt der Initialisierung 104 des ersten Pufferspeichers.
Wie sich sagen läßt, wird die Bestimmung der Verschiebung in kontinuierlicher Weise bewirkt, d.h., für jeden Zyklus des Zylinders, was die kontinuierliche Bestimmung und die kontinuierliche Kompensation von Abweichungen des vom Sensor 30 gelieferten Signals ermöglicht.
In einem auf dem Initialisierungsschritt 102 nachfolgenden Schritt 120 führen die Auslösungsmittel 50 einen Test aus, um zu erfahren, ob die Anzahl der zurückgelegten Kilometer seit der letzten Bestimmung des Wertes der Verstärkung A größer oder gleich einem vorbestimmten Wert von zurückgelegten Kilometern ist.
Wenn das Ergebnis dieses Tests negativ ist, fahren die Auslösungsmittel 50 damit fort, das Auftreten eines solchen Ereignisses zu untersuchen.
Wenn das Ergebnis dieses Tests positiv ist, lösen die Auslösungsmittel 50 in einem Schritt 122 die Bestimmung der Verstärkung A aus. Ein zweiter Zykluszähler der Bestimmungsmittel 62 (nicht dargestellt) wird dann auf 1 initialisiert, und ein zweiter Pufferspeicher (nicht dargestellt) der Bestimmungsmittel 62 wird initialisiert.
In einem folgenden Schritt 124 führen die Bestimmungsmittel 62 einen Test aus, um zu erfahren, ob der Wert des Zylinderzykluszählers kleiner oder gleich M ist. Wenn das Ergebnis dieses Tests positiv ist, wird dann ein Wert des Referenzdrucks P₀ für den laufenden Zyklus des Zylinders bestimmt und in dem zweiten Pufferspeicher gespeichert in einer analogen Weise zu der oben für die Bestimmung des Wertes der Verschiebung beschriebenen.
Ebenso werden in einem Schritt 128 die Werte des von dem Sensor 30 gelieferten Signals für den laufenden Zyklus des Zylinders, die den Kurbelwinkelwerten entsprechen, die in der Parameterliste 58 für die Bestimmung der Verstärkung A gespeichert sind, von den Aufnahmemitteln 64 aufgenommen und in dem zweiten Pufferspeicher für eine spätere Verwendung gespeichert.
In einem Schritt 130 wird der zweite Zylinderzykluszähler um einen Inkrementierungsschritt von eins am Ende des Zyklus des Zylinders inkrementiert, und der Schritt 130 führt in eine Schleife zum Beginn des Schritts 124.
Wenn das Ergebnis des Tests auf den Wert des zweiten Zylinderzykluszählers negativ ist, wird in einem Schritt 132 der Wert der Verstärkung A gemäß der Beziehung (2) in Abhängigkeit von den Werten des Referenzdrucks und den Werten des von dem Sensor gelieferten Signals, die in dem zweiten Pufferspeicher gespeichert sind, bestimmt. Der neu bestimmte Wert der Verstärkung A wird dann an die Modifizierungsmittel 66 der Konditionierungsparameter der Konditionierungsmittel 32 zur Aktualisierung des Wertes der Verstärkung derselben geliefert. Der Schritt 132 führt dann in eine Schleife zum Beginn des Schritts 120.
Wie sich sagen läßt, wird die Verstärkung in regelmäßiger Weise bestimmt, so daß die Abweichungen des Sensors, insbesondere die Abweichung seiner Empfindlichkeit, in regelmäßiger Weise korrigiert werden durch die regelmäßige Bestimmung des Wertes der Verstärkung A der Konditionierungsmittel.
Die Wahl der Werte der Parameter M, N, Q, R und S hängt von dem Know-How des Fachmanns ab, der diese Werte basierend auf einem Kompromiß zwischen der numerischen Robustheit der Bestimmung der Konditionierungsparameter und der für diese Bestimmung verwendeten Berechnungszeit bestimmt.
Ein Wert des Füllkoeffizienten α wird für jeden Typ des Zylinders und in Abhängigkeit von dem Wert der Drehzahl des Motors bestimmt.
Ein Zylindertyp wird insbesondere durch die Position dieses Zylindertyps in dem Motor definiert. Denn aufgrund seiner Empfindlichkeit für Deformierungen des Zylinderdeckels liefert ein Drucksensor, der eine Deformierung seines Aufbaus oder des Aufbaus des Motors mißt, um den Druck in dem Zylinder zu messen, infolgedessen ein Signal, das eine Komponente enthält, die von der Deformierung des Zylinderdec kels abhängt, die durch die Entzündung des Kraftstoffes in den benachbarten Zylindern hervorgerufen wird. Da die relative Anordnung der Zylinder in dem Motor nicht symmetrisch ist, hängt der Referenzdruck P₀ von der Position des Zylinders in dem Motor ab. Diese Abhängigkeit des Referenzdrucks von der Position des Zylinders wird durch den Füllkoeffizienten α berücksichtigt, der von der Position des Zylinders abhängt.
Außerdem ist beobachtet worden, daß die intrinsische Verstärkung eines Drucksensors leicht variiert in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors. Diese Abhängigkeit der intrinsischen Verstärkung des Sensors wird berücksichtigt durch die Verwendung eines Füllkoeffizienten α in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors. Also werden die Werte des Füllkoeffizienten für den Zylindertyp bestimmt für eine vorgegebene Menge von Werten der Drehzahl des Motors.
Selbstverständlich kann eine zusätzliche Abhängigkeit des Füllkoeffizienten α gegenüber anderen Parameters des Motors, beispielsweise der Aufladung desselben, durch das erfindungsgemäße Systems vorteilhafterweise verwendet werden, um die Kalibrierungsstrategie des von dem Sensor 30 gelieferten Signals zu verfeinern.
Die Werte des Füllkoeffizienten α werden bei einer früheren Untersuchung bestimmt. Diese Untersuchung beruht insbesondere darauf, einen Wert des Füllkoeffizienten für jedes Paar (Zylindertyp, Drehzahl) einer vorbestimmten Menge von Paaren (Zylindertyp, Drehzahl) zu bestimmen. Beispielsweise kann es sich darum handeln, für ein ausgewähltes Paar (Zylindertyp, Drehzahl) die Verstärkung A einer Erfassungskette für den Druck in einem Zylinder des ausgewählten Typs eines Testmotors zu bestimmen, von dem man vorab den Wert durch eine Untersuchung betreffend Referenzsensoren kennt, beispielsweise A_ref. Dafür geht man in der folgenden Weise vor:

– Berechne T Werte A_i für die Verstärkung gemäß der Beziehung (2) mit α = 1, M = N = Q = 1, mit sehr großem T (beispielsweise 2000 Zylinderzyklen), wobei die Drehzahl und die Aufladung des Testmotors während den T Zyklen konstant sind, so daß der Aufladungsdruck für den dem unteren Totpunkt entsprechenden Kurbelwinkel für die T Zyklen konstant ist; wobei die Kurbelwinkelwerte für die Berechnung dieser Werte der Verstärkung in der vorher beschriebenen Weise ausgewählt sind;
– Führe einen gleitenden Mittelwert auf einem Fenster von L (beispielsweise L = 10) Werten A_i der Verstärkung aus, wobei so geschätzte Durchschnittswerte A_i erhalten werden;
– Bestimme den Wert von α für das ausgewählte Paar (Zylindertyp, Drehzahl) so, daß er der Wert ist, der den durchschnittlichen Fehler der Schätzung zu Null macht, d. h. einen Wert α derart, daß

Nach einer anderen Ausführungsform ist die Drehzahl des Motors während der Bestimmung der Verstärkung und der Verschiebung konstant, so daß der Referenzdruck für den Zylinder konstant ist. Diese Ausführungsform vermeidet somit, daß man für jeden Zyklus des Zylinders einen neuen Wert des Referenzdrucks berechnen muß.
Gleichfalls kann, vielmehr als daß die Bestimmung der Verstärkung ausgelöst wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Kilometern seit der vorigen Kalibrierung d er Verstärkung zurückgelegt worden ist, die Kalibrierung der Verstärkung durch die Auslösungsmittel 50 in regelmäßigen Zeitintervallen ausgelöst werden, beispielsweise jedes Mal, wenn die seit der vorigen Bestimmung der Verstärkung abgelaufene Zeitdauer größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert einer Zeitdauer ist.
Weitere Formen der Berechnung der Verstärkung und des Offsets der Konditionierungsmittel, die auf der Verwendung des polytropischen Modells der Phase der reinen Kompression des Zyklus des Zylinders basieren, sind möglich. Es ist somit möglich, einen Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate, einen Schätzer oder anderes zu verwenden.

Claims

System zur Kalibrierung einer Erfassungskette (28) für den Druck in einem Zylinder (10) eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug, von der Art, die einen dem Zylinder zugeordneten Zylinderdrucksensor (30) und Konditionierungsmittel (32) für das durch den Sensor (30) gelieferte Signal in Abhängigkeit von Konditionierungsparametern aufweist, wobei das System umfaßt: – Aufnahmemittel (64) für das von dem Zylinderdrucksensor (30) gelieferte Signal; – eine Informationsverarbeitungseinheit (34), die dazu geeignet ist, die Werte der Konditionierungsparameter in Abhängigkeit von einem polytropischen thermodynamischen Modell der Entwicklung des Drucks in dem Zylinder während der Phase der reinen Kompression des Zyklus desselben, eines Referenzdrucks und des durch den Drucksensor (30) gelieferten, durch die Aufnahmemittel (64) aufgenommenen Signals zu bestimmen; und – Mittel (66) zur Modifizierung der Werte der Konditionierungsparameter in der Erfassungskette (28) in Abhängigkeit von den von der Informationsverarbeitungseinheit (34) bestimmten Werten der Konditionierungsparameter, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzdruck ein Druck der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsverarbeitungseinheit (34) Bestimmungsmittel (62) aufweist, die dazu geeignet sind, den Wert der Konditionierungsparameter in Abhängigkeit von Werten des Druckes in dem Verbrennungsraum eines polytropischen Modells der reinen Kompression des Zylinderzyklus zu bestimmen gemäß der Beziehung:
wobei θ ein Wert des Kurbelwinkels des Zylinders ist, V₀ das Volumen des Verbrennungsraumes (26) des Zylinders (10) für einen vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus ist, P₀ ein vorbestimmter Referenzdruck in dem Verbrennungsraum (26) für den vorbestimmten Wert des Kurbelwinkels ist, γ ein polytropischer Koeffizient ist, V(θ) das Volumen des Verbrennungsraumes (26) für den Wert des Kur belwinkels des Zylinders θ ist und P(θ) der Druck in dem Verbrennungsraum (26) für den Wert des Kurbelwinkels des Zylinders θ ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel (62) dazu geeignet sind, die Konditionierungsparameter eines Konditionierungsmodells des durch den Drucksensor (30) in dem Zylinder (10) gelieferten Signals zu bestimmen gemäß der Beziehung: Pmes = A × U + Poffset wobei U das von dem Drucksensor (30) gelieferte Signal ist, P_offset eine Verschiebung ist, A eine Verstärkung ist und P_mes der gemessene, von den Konditionierungsmitteln (32) gelieferte Zylinderdruck ist.
System nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel (62) dazu geeignet sind, die Verstärkung A und die Verschiebung P_offset der Konditionierungsmittel zu bestimmen gemäß den Beziehungen:
wobei: – M, N, Q, R und S vorbestimmte Zahlen sind; – {θ k / 1; k = 1, ..., Q}, {θ i / 2; i = 1, ..., N}, {θ i / 3; i = 1, ..., R}, und {θ k / 4; k = 1, ..., S} vorbestimmte Mengen von Kurbelwinkelwerten sind, enthalten jeweils in einem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster von Kurbelwinkelwerten der Phase der reinen Kompression des Zyklus; – {V(θ k / 1); k = 1, ..., Q}, {V(θ i / 2); i = 1, ..., N}, {V(θ i / 3); i = 1, ..., R}, und {V(θ k / 4); k = 1, ..., S} die Mengen von Werten des Volumens des Verbrennungsraumes (26) für die Mengen der Kurbelwinkelwerte, jeweils enthalten in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster der reinen Kompressionsphase des Zyklus des Zylinders, sind; – {U(θ k / 1, j); k = 1, ..., Q}, {U(θ i / 2, j); i = 1, ..., N}, {U(θ i / 3, j); i = 1, ..., R}, und {U(θ k / 4, j); k = 1, ..., S} die Mengen von Werten des Signals sind, das von dem Zylinderdrucksensor (30) während des j-ten Zylinderzyklus für die Mengen von Kurbelwinkelwerten, jeweils enthalten in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Fenster der reinen Kompressionsphase des Zylinderzyklus, geliefert wird; und – P₀(j) der Referenzdruck für den j-ten Zylinderzyklus ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte θ i / 1 und θ i / 3 die Werte des Kurbelwinkels am Beginn der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus sind und die Werte θ i / 2 und θ k / 4 die Werte des Kurbelwinkels am Ende der Phase der reinen Kompression des Zylinderzyklus sind.
System nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Werte des Kurbelwinkels θ k / 1, θ i / 2 i, θ i / 3 i und θ k / 4 k bestimmt ist, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des von dem Drucksensor (30) für den Wert des Kurbelwinkels gelieferten Signals zu optimieren.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit Abgasumwälzmitteln ausgestattet ist und mit einem Turbokompressor (18) verbunden ist, und dadurch, daß die Informationsverarbeitungseinheit (34) Mittel (56) zur Bestimmung des Referenzdrucks P₀ in Abhängigkeit von dem Aufladungsdruck am Ausgang des Turbokompressors (18) umfaßt.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (56) zur Bestimmung des Referenzdrucks P₀ mit den Bestimmungsmitteln (62) verbunden sind und dazu geeignet sind, den Referenzdruck P₀ zu bestimmen gemäß der Beziehung: P0 = α × Psural wobei α ein Wert eines Füllkoeffizienten ist und P_sural ein Wert des Aufladungsdrucks am Ausgang des Turbokompressors (18) für den Kurbelwinkel des Zylinders ist, der dem unteren Totpunkt des Zylinderzyklus entspricht.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsverarbeitungseinheit (34) Mittel (54) zur Auswahl des Wertes des Füllkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Typ des Zylinders und dem Wert der Drehzahl des Motors umfaßt.
System nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsverarbeitungseinheit (34) Auslösungsmittel (50) umfaßt, die mit den Bestimmungsmitteln (62) verbunden sind und dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Gesetz der Auslösung der Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösungsmittel (50) dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen, wenn das Kraftfahrzeug eine Anzahl von Kilometern seit der vorigen Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells durchfahren hat, die größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert von Kilometern ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösungsmittel (50) dazu geeignet sind, die Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells auszulösen, wenn eine Zeitdauer seit der vorigen Bestimmung der Verstärkung des Konditionierungsmodells abgelaufen ist, die größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert der Zeitdauer ist.
System nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel (62) dazu geeignet sind, kontinuierlich die Verschiebung des Konditionierungsmodells zu bestimmen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (30) ein Sensor ist, der dazu geeignet ist, eine Deformierung es Aufbaus des Motors zu messen.