EP1525382B1 - Regelung der betriebsweise einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1525382B1
EP1525382B1 EP03787594A EP03787594A EP1525382B1 EP 1525382 B1 EP1525382 B1 EP 1525382B1 EP 03787594 A EP03787594 A EP 03787594A EP 03787594 A EP03787594 A EP 03787594A EP 1525382 B1 EP1525382 B1 EP 1525382B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
engine
torque
signal
regulator
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Reinhold Hagel
Stephan Krell
Peter Schimmelpfennig
Mehmet Tuna
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio

Definitions

  • the invention relates to a control method for controlling the operation of an internal combustion engine and a device for controlling the operation of an internal combustion engine of a motor vehicle by means of said method.
  • the invention relates to a method for detecting and regulating the uneven running in an internal combustion engine.
  • a method performing control device which is typically present in modern motor vehicles, is also known, for example, as engine smoothness control (ESC).
  • ESC engine smoothness control
  • Such motor synchronous control systems are widely known (see ZB US 6,021,758 ), so that the structure and operation of the different, known motor synchronous control systems will not be discussed in more detail below.
  • the torque changes mentioned are reflected, for example, in the instantaneous crankshaft speed or in the instantaneous crankshaft acceleration. These can be measured and evaluated in the engine control unit.
  • the present invention is therefore based on the object to avoid the torque changes or torque variations at more uniform or at least largely reduce.
  • this object is achieved by a method having the features of claim 1, a device having the features of claim 9 and an internal combustion engine with the features of claim 16.
  • the method according to the invention is able to detect the uneven running on the basis of a determined speed signal and to reduce this by suitable adjustment of the injection quantities.
  • This adjustment is made according to the invention by a control system which detects which or which cylinder has to be adjusted.
  • the control system also provides information that in addition to the qualitative information also provides quantitative information about the extent of the adjustment, that is, which cylinder must be adjusted as much.
  • the speed signal is transformed into an angular frequency range.
  • the spectral components thus obtained are also called orders.
  • the transformation is advantageously carried out with the aid of the Hartley transformation. Since the adjustment of individual cylinders has an influence on the low-frequency spectral components in particular, these low-frequency spectral components primarily form the uneven running. In order to regulate the running noise to zero, it is therefore advisable to correct the low-frequency spectral components to zero.
  • the internal combustion engine associated with a controller which drastically reduces the disturbing spectral components in the entire operating range and thus significantly improves the vibration behavior of the entire drive train.
  • the invention further relates to a method for detecting misfires in an internal combustion engine.
  • a device is also commonly known as misfire detection.
  • the invention further relates to a method for the detection and regulation of the delivered average torque or the average power in an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a control device according to the invention for an internal combustion engine, based on which the inventive method is represented.
  • FIG. 1 1 is a self-igniting internal combustion engine in a motor vehicle and reference numeral 2 shows the control device according to the invention for controlling the cylinder adjustment of the internal combustion engine.
  • the control device 2 has a signal scanning device 3, which detects a rotation of the crankshaft and generates a signal derived therefrom.
  • This typically digital signal is fed to a downstream device 4, which forms an arithmetic mean from the signal supplied by the signal sampling device 3.
  • This information is subsequently supplied to a frequency analysis device 5, which performs a spectral analysis.
  • This spectral analysis is then further processed in a correction device 6, which performs a correction of the frequency components.
  • a cylinder classification is carried out in a device 7 which will be described in more detail below.
  • a classification signal can be tapped, which is a downstream controller 8 can be fed.
  • the controller 8 generates from this a control signal which can be coupled into the internal combustion engine, so that the cylinders can be optimally adapted to the given conditions in accordance with the requirements.
  • FIG. 1 Although devices 4, 6 were shown. However, it should be noted that one or both of these elements can be omitted without the Functioning of the control device according to the invention is appreciably impaired.
  • the present invention is also not limited to self-igniting internal combustion engines, but can in principle be used advantageously even in whatever form engine 1.
  • FIG. 2 shows a detailed block diagram illustrating the device 7 for cylinder classification.
  • the device 7 contains in a first segment a means for reference phase generation 71, the means for reference phase calibration 72 and reference phase selection 73 are arranged downstream.
  • a device 74 is provided in which, for example, evaluation criteria are determined or calculated, which can be accessed later.
  • evaluation criteria are determined or calculated, which can be accessed later.
  • the main causes and / or the secondary causes of a disturbance or a deviation are determined in a downstream unit 75. Additionally or alternatively, a possible adjustment for compensating the disturbance or deviation can already be derived.
  • the downstream unit 76 the qualitative and possibly also the quantitative adjustment measures are determined.
  • the formation of the arithmetic mean takes place on the basis of at least two consecutive speed segments of length 720 ° of the crankshaft.
  • the speed segments of length 720 ° of the crankshaft are also called working cycle.
  • the formation of the arithmetic mean value serves to eliminate cyclical fluctuations that result from uneven combustion.
  • the arithmetic averaging could additionally or alternatively also be carried out in the angular frequency range. For this purpose, the said frequency transformation must be applied to each individual evaluable working cycle.
  • the device 4 for arithmetic averaging could also be dispensed with, although the invention has a better functionality with a device for arithmetic averaging.
  • the means 4 for arithmetic averaging could also be arranged at a different location in the control device 2.
  • the averaged speed signal (period 720 ° of the crankshaft) is subjected to a spectral analysis.
  • a discrete Hartley transformation (DHT) is made.
  • the said DHT transformation which originated from the Image processing comes in contrast to the commonly used and widely used in digital signal processing and communications technology Fourier transformation has the particular advantage of being able to be calculated by only real operations.
  • the speed signal is in this case in individual angular frequencies, also called orders, separated, which serve to assess the rough running.
  • the vibrations have a frequency that is less than twice the engine speed.
  • the amplitudes of the 0.5th and the 1st order represent actual values for the smooth running.
  • the orders mentioned, in the following relevant orders can be influenced by the injection and designate vibrations with the frequency of the half and the simple engine speed. These are significantly reduced by the method according to the invention.
  • the value zero represents the nominal value for the amplitudes of the 0.5th and the 1st order. From the spectral transformation applied to the rotational speed signal complex numerical values can be derived, which in magnitude (or amplitude) and phase for the respective Orders are converted.
  • this correction device 6 could also make a different correction than the drag correction.
  • the determination of the displaced cylinder is based on speed and load-dependent reference phases, which are stored for the relevant orders in the control unit. Following the determination of the reference phases, which can be carried out on the engine test bench or while driving, these are also subjected to a drag correction. In addition, a calibration factor can be derived from the combination of the relevant orders of the reference phases.
  • the corrected motor orders represent the basis for the next method steps. If the amplitudes of the oscillations of the 0.5th and the 1st order exceed a predetermined threshold value and a quasi steady state operating state is present, the control is activated.
  • Reference phases are assigned to the measured phases of the 0.5th and 1st order.
  • the reference phase of the 0.5th order, which is closest to the measurement phase, is referred to as the primary phase, the associated cylinder as the primary cylinder.
  • the reference phase of the 0.5th order, which is the second closest to the measurement phase, is called the secondary phase and the associated cylinder referred to as a secondary cylinder.
  • evaluation criteria are established, taking into account the respective load and rotational speed situation, by means of which the cylinders to be adjusted and their required adjustment direction are determined.
  • four evaluation criteria are determined, which are referred to below as PK1 value, PK2 value, PK3 value, AK value.
  • a so-called PK1 value is calculated, which is compared with a predetermined threshold.
  • a so-called PK2 value is calculated from the primary phase, the secondary phase, the measurement amplitude and the measurement phase of the 0.5th order, which is compared with a further predetermined threshold.
  • the PK1 and PK2 values are assigned the logical values "HIGH” and "LOW”.
  • PK2 can also be determined from the measurement phase and the primary phase, i. H. from the distance of both phases.
  • AK value Another criterion is the so-called AK value.
  • the load and speed-dependent ratio of the measurement amplitudes of the 0.5th and the 1st order is compared with a threshold.
  • the comparison with another threshold value provides the logical value "High” or "LOW” for the AK value.
  • the respective cylinder to be adjusted and optionally also the respective required adjustment direction are determined.
  • the adjustment contribution of the secondary cause is typically determined relative to the main cause.
  • the relative contribution of the secondary cause can be determined analytically.
  • the secondary cause can be hidden. In this case, typically only a single cylinder, namely the main cause, is adjusted.
  • the measured relevant orders are advantageously compensated by the generation of the corresponding countervibrations or at least largely reduced.
  • the determined qualitative adjustments of the main cause and of the secondary cause or causative agents are distributed to all cylinders in such a way that the sum of the adjustments over all 4 cylinders is equal to or nearly equal to zero. As a result, the original engine torque or the original engine power is not changed.
  • the amplitudes of the relevant orders represent the control deviation and are subjected to a speed and load-dependent weighting. Finally, with the aid of the determined qualitative adjustments and the actual amplitudes of the relevant orders, cylinders are determined individual, quantitative correction factors. These are fed to a regulator 8, which, in the event that there is no regulator limitation, influences the respective required individual cylinder injection quantities.
  • the controller 8 is formed in the present embodiment as a simple I-controller. However, any arbitrary control device could be used here, of course, which provides a control signal on the output side as a function of the determined correction values.
  • control device according to the invention advantageously also has additional functionalities. These functionalities of the control device according to the invention described below can additionally or alternatively be implemented to the above-described control of the rough running in an internal combustion engine (ESC control).
  • ESC control internal combustion engine
  • misfires leads to torque changes, which are reflected for example in the current crankshaft speed or in the instantaneous crankshaft acceleration.
  • a speed signal By means of the method according to the invention described below, it is possible to detect misfiring on the basis of a speed signal. Furthermore, it is possible to detect in which cylinders misfires have occurred.
  • the speed signal is transformed into the angular frequency range in a corresponding manner as in the motor tracking control. Since the adjustment of individual cylinders affect especially the low-frequency spectral components, especially these are used for the detection of misfires.
  • the inventive method is in turn based on the evaluation of the engine speed.
  • a donor wheel is mounted with preferably equidistant angle markings on the crankshaft.
  • the times between the individual markings of the rotating encoder wheel are detected by a sensor and then converted into rotational speeds in the microcontroller.
  • a quasi-stationary operating state In the presence of a quasi-stationary operating state is a 720 ° long section of the speed signal, which also referred to as a work cycle, subjected to a spectral analysis by means of a discrete Hartley transformation (DHT).
  • the speed signal is separated into individual angular frequencies, which are used for the detection of misfires. Since the adjustment of individual cylinders primarily affects the amplitudes of the vibrations having a frequency which is smaller than twice the engine speed, in a 4-cylinder engine the amplitudes of the 0.5th and the 1st order are quantities, from which the presence of misfiring can be concluded.
  • the named orders referred to below as relevant orders, designate oscillations with the frequency of the half and the single engine speed.
  • the spectral transformation applied to the speed signal generally provides complex numerical values which are converted into magnitude and phase for the respective orders.
  • the occurrence of one or more concurrent misfires causes the amplitudes of the relevant orders to increase sharply.
  • the occurrence of a misfire can be displayed.
  • the comparison of the amplitudes with a predetermined threshold takes place in a so-called amplitude discriminator. This provides for each cycle a statement about the presence of misfires.
  • the amplitudes of the 0.5th and the 1st orders are below the stated threshold, then there is no dropout. If both are above, then it is recognized that either one cylinder or three cylinders have a misfire. Two drops from adjacent cylinders are detected when only the 0.5th order amplitude is above the threshold. Two misfires of complementary cylinders, that is, cylinders not adjacent to each other in the firing order, are present if only the amplitude of the first order exceeds the threshold.
  • the determination of the cylinders, which have a misfire, takes place in the block cylinder detection on the basis of speed- and load-dependent reference phases, which are stored for the relevant orders in the control unit. Following the determination of the reference phases, which can be carried out on the engine test bench or while driving, these are also subjected to a drag correction. In addition, a calibration factor can be derived from the combination of the relevant orders of the reference phases. Reference phases are assigned to the measured phases of the 0.5th and 1st order. The reference phase of the 0.5th order or the respectively associated cylinder, which is closest to the measurement phase of the 0.5th order, then supplies the so-called primary cylinder.
  • a reference phase criterion is determined. Taking into account the respective threshold excesses in the amplitude discriminator and the knowledge of the primary cylinder, the identification of the suspending cylinders takes place.
  • the engine torque and the engine power can indeed be determined, but this requires additional design effort. Variations in the output engine torque or in the output engine power are also reflected, for example, in the instantaneous crankshaft speed or in the instantaneous crankshaft acceleration. These can be evaluated in the engine control unit using an existing sensor.
  • the speed signal Since the combustion energy is contained substantially in excellent frequency components of the speed signal, the speed signal is transformed into the angular frequency range.
  • the resulting spectral components are also called orders.
  • the 4th, 6th, 8th, etc. order may also be used.
  • the amplitude of the vibration of the 3rd order and in the 8-cylinder the amplitude of the vibration of the 4th order or the even-numbered multiples of the named orders are evaluated.
  • the abovementioned spectral components represent actual variables for the engine torque output or the engine output output and can be compared with the engine torque requested by the engine control unit or the respective engine power.
  • the internal combustion engine is associated with a controller which minimizes the difference between the actual engine torque and the target engine torque or between the actual engine power and the target engine power by varying the injection quantity.
  • the method according to the invention is based on the evaluation of the engine speed.
  • an attached to the crankshaft encoder wheel is provided with preferably equidistant angle markers.
  • the times with a rotating donor wheel occur between the individual markers of the rotating encoder wheel are detected by a sensor and converted by a microcontroller in these times associated speeds.
  • the formation of the arithmetic mean takes place on the basis of at least two consecutive speed segments of length 720 ° of the crankshaft. This serves to eliminate cyclical fluctuations resulting from uneven combustion.
  • the averaged speed signal (period 720 ° crankshaft) is subjected to spectral analysis by means of a discrete Hartley transformation (DHT).
  • DHT discrete Hartley transformation
  • the spectral transformation applied to the speed signal generally provides complex numerical values that are converted into magnitude and phase.
  • a calculation of the actual engine torque or the actual engine power can also be carried out in an analytical manner.
  • the difference between the requested by the engine control unit target engine torque and the actual actual actual engine torque is detected and this minimized by varying the injection quantity.
  • ESC Engine Smoothness Control
  • control of the operating mode of the internal combustion engine is nevertheless realizable by the control device with the aid of the Hartley transformation in complete departure from previously known solutions in a very elegant manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine bei dem eine Re­gelungseinrichtung eine Einrichtung zur Signalabtastung, eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Frequenz­analyse sowie eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Zylinderklassifikation aufweist, bei dem zunächst ein Drehzahlsignal ermittelt wird und anschließend das Dreh zahlsignal in einen Winkel-Frequenzbereich transformiert wird, wobei die Transformation mittels einer Hartley­ Transformation erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Regelung der Betriebsweise einer Brenn­kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mittels eines solchen Verfahrens sowie einem Brennkraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mittels des genannten Verfahrens.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Detektion und Regelung der Laufunruhe bei einer Brennkraftmaschine. Ein solches Verfahren ausführende Regeleinrichtung, die bei modernen Kraftfahrzeugen typischerweise vorhanden ist, ist beispielsweise auch als Motorgleichlaufregelung (engl. Engine Smoothness Control (ESC)) bekannt. Solche Motorgleichlaufregelsysteme sind vielfach bekannt (siehe Z.B. US 6,021,758 ), so dass den Aufbau und die Funktionsweise der unterschiedlichen, bekannten Motorgleichlaufregelsysteme nachfolgend nicht näher eingegangen wird.
  • Aufgrund des unvermeidlichen Vorliegens von Fertigungstoleranzen des Einspritzsystems sowie durch das Auftreten von Alterungseffekten werden den Zylindern unterschiedliche Kraftstoffmengen zugemessen. Selbst geringfügige Unterschiede in der den Zylindern zugeführten Kraftstoffmengen führen zu Drehmomentänderungen, die Ursache von unerwünschten Vibrationen beispielsweise von Spiegeln, Lenkern und dergleichen sein können. Einen besonders unerwünschten Einfluss haben solche Vibrationen bei der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, da es hier häufig zu Motorschüttlern kommen kann, die bei der Dimensionierung der Motorkonstruktion mit berücksichtigt werden müssen, da sie unter Umständen die Lebensdauer des Motors negativ beeinflussen. Zudem wird durch die genannte Streuung der Einspritzmenge ein ungünstiger Einfluss auf Geräusch, Lebensdauer und Emissionen der Brennkraftmaschine ausgeübt. Diese unerwünschten Einflüsse gilt es verständlicherweise zu vermeiden.
  • Die genannten Drehmomentänderungen spiegeln sich beispielsweise in der momentanen Kurbelwellendrehzahl bzw. in der momentanen Kurbelwellenbeschleunigung wieder. Diese können gemessen werden und im Motorsteuergerät ausgewertet werden.
  • Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die Drehmomentänderungen bzw. Drehmomentvariationen bei gleichmäßiger zu vermeiden bzw. zumindest weitestgehend zu verringern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, die Laufunruhe ausgehend von einem ermittelten Drehzahlsignal zu detektieren sowie diese durch geeignete Verstellung der Einspritzmengen zu verringern. Diese Verstellung erfolgt erfindungsgemäß durch ein Regelungssystem, welches erkennt, welcher oder welche Zylinder verstellt werden muss. Vorteilhafterweise stellt das Regelungssystem auch eine Information bereit, die neben der qualitativen Information auch eine quantitative Auskunft über das Ausmaß der Verstellung gibt, das heißt welcher Zylinder muss wie stark verstellt werden.
  • Hierzu wird das Drehzahlsignal in einen Winkel-Frequenzbereich transformiert. Die so gewonnenen Spektralanteile werden auch als Ordnungen bezeichnet. Die Transformation erfolgt dabei vorteilhafterweise unter Zuhilfenahme der Hartley-Transformation. Da die Verstellung einzelner Zylinder insbesondere einen Einfluss auf die niederfrequenten Spektralanteile besitzt, bilden vornehmlich diese niederfrequenten Spektralanteile die Laufunruhe ab. Um die Laufunruhe auf Null zu regeln, bietet es sich daher an, vornehmlich die niederfrequenten Spektralanteile auf Null auszuregeln. Zu diesem Zwecke ist der Brennkraftmaschine ein Regler zugeordnet, welcher die störenden Spektralanteile im gesamten Betriebsbereich drastisch reduziert und somit das Schwingungsverhalten des gesamten Antriebstranges deutlich verbessert.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion von Zündaussetzern bei einer Brennkraftmaschine. Eine solche Vorrichtung ist im Allgemeinen auch als Misfire Detection bekannt.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion und Regelung des abgegebenen mittleren Momentes bzw. der mittleren Leistung bei einer Brennkraftmaschine.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind den weiteren Unteransprüchen unter Bezugnahme auf die Zeichnung und die Beschreibung entnehmbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt dabei:
    • Figur 1
    das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Rege- lungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, an- hand derer das erfindungsgemäße Verfahren darge- stellt wird;
    Figur 2
    ein detailliertes Blockschaltbild, welches den Block der Zylinderklassifikation veranschaulicht.
  • Gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren - sofern nichts anderes angegeben ist - mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
  • Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, anhand derer das erfindungsgemäße verfahrendargestellt wird.
  • In Figur 1 ist mit Bezugszeichen 1 eine selbstzündende Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug und mit Bezugszeichen 2 die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung zur Regelung der Zylinderverstellung der Brennkraftmaschine dargestellt.
  • Die Regelungseinrichtung 2 weist eine Einrichtung zur Signalabtastung 3 auf, die eine Drehung der Kurbelwelle erfasst und ein davon abgeleitetes Signal erzeugt. Dieses typischerweise digitale Signal wird einer nachgeschaltet angeordneten Einrichtung 4 zugeführt, die ausgehend von dem von der Einrichtung zur Signalabtastung 3 zugeführten Signal einen arithmetischen Mittelwert bildet. Diese Information wird nachfolgend einer Einrichtung zur Frequenzanalyse 5 zugeführt, die eine Spektralanalyse vornimmt. Diese Spektralanalyse wird anschließend in einer Korrektureinrichtung 6, die eine Korrektur der Frequenzanteile vornimmt, weiter verarbeitet. Mit dem so gewonnen Daten bzw. Informationen wird in einer nachfolgend noch detaillierter beschriebenen Einrichtung 7 eine Zylinderklassifikation vorgenommen. Am Ausgang der Einrichtung 7 ist ein Klassifikationssignal abgreifbar, welches einem nachgeschalteten Regler 8 zuführbar ist. Der Regler 8 erzeugt daraus ein Regelsignal, welches in die Brennkraftmaschine einkoppelbar ist, so dass die Zylinder entsprechend den Anforderungen optimal an die gegebenen Verhältnisse angepasst werden können.
  • In Figur 1 wurden zwar Einrichtungen 4, 6 dargestellt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass auf eines oder beide dieser Elemente auch verzichtet werden kann, ohne dass die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung nennenswert beeinträchtig wird.
  • Die vorliegende Erfindung sei ferner nicht auf selbstzündende Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann prinzipiell auch bei wie auch immer ausgebildeten Brennkraftmaschinen 1 vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Figur 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Einrichtung 7 zur Zylinderklassifikation. Die Einrichtung 7 enthält in einem ersten Segment ein Mittel zur Referenzphasengenerierung 71, dem Mittel zur Referenzphasenkalibrierung 72 und Referenzphasenselektion 73 nachgeordnet sind. In einem zweiten Segment ist eine Einrichtung 74 vorgesehen, bei der beispielsweise Bewertungskriterien bestimmt oder errechnet werden, auf die später zugegriffen werden kann. Ausgehend davon werden in einer nachgeschalteten Einheit 75 die Hauptverursacher und/oder die Nebenverursacher einer Störung oder einer Abweichung bestimmt. Zusätzlich oder alternativ kann auch bereits jetzt eine mögliche Verstellung zur Ausregelung der Störung bzw. der Abweichung abgeleitet werden. In der nachgeschalteten Einheit 76 werden die qualitative und gegebenenfalls auch die quantitativen Verstellmaße bestimmt.
  • Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert:
    • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert vornehmlich auf der Auswertung der Motordrehzahl. Hierzu wird beispielsweise ein Geberrad mit vorzugsweise äquidistanten Winkel-Markierungen an der Kurbelwelle angebracht. Die Zeiten zwischen den einzelnen Markierungen des rotierenden Geberrades werden von einem Sensor, beispielsweise einem induktiven oder einem optischen Sensor, erfasst. Das so erfasste Signal wird anschließend in einer programmgesteuerten Einheit, beispielsweise einem Mikrocontroller, Mikroprozessor oder dergleichen, in Drehzahlen umgerechnet. Diese programmgesteuerte Einheit kann Bestandteil der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung 2 sein oder auch in der Motorsteuerung enthalten sein. Umgekehrt kann auch die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung 2 Bestandteil der Motorsteuerung sein.
  • Es liegen somit in äquidistanten Winkelabständen Abtastwerte der Kurbelwellendrehzahl vor. Die Anzahl der Winkel-Markierungen sind dabei derart groß zu wählen, dass das Abtasttheorem eingehalten werden kann.
  • Bei Vorliegen eines quasistationären Betriebszustandes erfolgt ausgehend von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlsegmenten der Länge 720° der Kurbelwelle die Bildung des arithmetischen Mittelwertes. Die Drehzahlsegmente der Länge 720° der Kurbelwelle werden auch als Arbeitsspiel bezeichnet. Die Bildung des arithmetischen Mittelwertes dient dazu, zyklische Schwankungen, die bei einer ungleichmäßigen Verbrennung entstehen, zu eliminieren. Die arithmetische Mittelung könnte zusätzlich oder alternativ auch im Winkel-Frequenzbereich durchgeführt werden. Hierzu muss die genannte Frequenztransformation auf jedes einzelne auswertbare Arbeitsspiel angewandt werden. In einer Weiterbildung könnte auf die Einrichtung 4 zur arithmetischen Mittelung auch verzichtet werden, wenngleich die Erfindung mit einer Einrichtung zur arithmetischen Mittelung eine bessere Funktionalität aufweist. Die Einrichtung 4 zur arithmetischen Mittelung könnte auch an einer anderen Stelle in der Regelungseinrichtung 2 angeordnet sein.
  • Im nachfolgenden Verfahrenschritt wird das gemittelte Drehzahlsignal (Periodendauer 720° der Kurbelwelle) einer Spektralanalyse unterzogen. Für die Transformation wird erfindungsgemäß eine Diskreten Hartley-Transformation (DHT) vorgenommen. Die genannte DHT-Transformation, die aus der Bildverarbeitung stammt, bietet im Gegensatz zu der üblicherweise verwendeten und in der digitalen Signalverarbeitung und der Nachrichtentechnik weit verbreiteten FourierTransformation den besonderen Vorteil, durch ausschließlich reelle Operationen berechnet werden zu können. Das Drehzahlsignal wird dabei in einzelne Winkel-Frequenzen, auch Ordnungen genannt, separiert, welche der Beurteilung der Laufunruhe dienen. Die Schwingungen weisen dabei eine Frequenz auf, die kleiner als die doppelte Motordrehzahl ist. Da die Verstellung einzelner Zylinder vor allem die Amplituden der niederfrequenten Schwingungen beeinflusst, stellen bei einem 4-Zylinder-Motor die Amplituden der 0,5-ten und der 1-ten Ordnung Istwerte für die Laufunruhe dar. Die genannten Ordnungen, im folgenden relevante Ordnungen genannt, können von der Einspritzung beeinflusst werden und bezeichnen Schwingungen mit jeweils der Frequenz der halben und der einfachen Motordrehzahl. Diese werden durch das erfindungsgemäße Verfahren deutlich reduziert. Der Wert Null stellt hierbei den Sollwert für die Amplituden der 0,5-ten und der 1-ten Ordnung dar. Aus der auf das Drehzahlsignal angewandten Spektraltransformation können komplexe Zahlenwerte abgeleitet werden, welche in Betrag (bzw. Amplitude) und Phase für die jeweiligen Ordnungen umgerechnet werden.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass im Falle eines 6-Zylinder-Motors zusätzlich die 1,5-te Ordnung, im Falle eines 8-Zylinder-Motors zusätzlich die 1,5-te und die 2-te Ordnung zu berücksichtigen wären.
  • Da die berechneten komplexen Zahlenwerte bzw. Amplituden- und Phasenwerte aufgrund des Auftretens von typischerweise vorkommender parasitärer Effekte (Geberradfehler, Massenmomente, etc.) im Allgemeinen verfälscht werden, werden diese mit Hilfe einer vorteilhafterweise vorgesehenen, sogenannten Schleppkorrektur eliminiert. Hierzu werden im stationären Schleppbetrieb, das heißt im Betriebszustand ohne Einspritzung, Messungen beispielsweise der momentanen Kurbelwellendrehzahl durchgeführt. Die anschließende Anwendung der Hartley-Transformation liefert drehzahlabhängige Korrekturwerte für die Schwingungen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung. Diese Korrekturwerte werden im Steuergerät abgespeichert.
  • Auf diese Einrichtung 6 zur Korrektur der Frequenzanteile kann auch verzichtet werden, wenngleich die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung 2 mit dieser Einrichtung eine bessere Funktionalität aufweist. Darüber hinaus könnte diese Korrektureinrichtung 6 auch eine andere Korrektur als die Schleppkorrektur vornehmen.
  • Die Ermittlung der verstellten Zylinder erfolgt anhand von drehzahl- und lastabhängigen Referenzphasen, welche für die relevanten Ordnungen im Steuergerät abgelegt werden. Im Anschluss an die Bestimmung der Referenzphasen, welche am Motorprüfstand oder im Fahrbetrieb erfolgen kann, werden diese ebenfalls einer Schleppkorrektur unterzogen. Zudem lässt sich aus der Kombination der relevanten Ordnungen der Referenzphasen ein Kalibrierungsfaktor ableiten.
  • Die korrigierten Motorordnungen stellen die Basis für die nächsten Verfahrensschritte dar. Überschreiten die Amplituden der Schwingungen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung einen vorgegebenen Schwellwert und liegt ein quasistationärer Betriebszustand vor, wird die Regelung aktiviert.
  • Den gemessenen Phasen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung werden Referenzphasen zugeordnet. Die Referenzphase der 0,5-ten Ordnung, welche der Messphase am nächsten liegt, wird als Primärphase bezeichnet, der zugehörige Zylinder als Primärzylinder. Die Referenzphase der 0,5-ten Ordnung, welche der Messphase am zweitnächsten liegt, wird als Sekundärphase und der zugehörige Zylinder als Sekundärzylinder bezeichnet.
  • Mittels der den Messphasen zugeordneten Referenzphasen und der gemessenen Amplituden und Phasen werden unter Berücksichtigung der jeweiligen Last- und Drehzahlsituation Bewertungskriterien erstellt, anhand derer die zu verstellenden Zylinder und deren erforderliche Verstellrichtung bestimmt werden. Im vorliegenden Fall werden vier Bewertungskriterien ermittelt, die nachfolgend als PK1-Wert, PK2-Wert, PK3-Wert, AK-Wert bezeichnet werden.
  • Mittels der Primärphase, der Referenzphase der 1-ten Ordnung und einem Kalibrierungsfaktor wird ein sogenannter PK1-Wert berechnet, welcher mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird. Ebenso wird aus der Primärphase, der Sekundärphase, der Messamplitude und der Messphase der 0,5-ten Ordnung ein sogenannter PK2-Wert berechnet, welcher mit einer weiteren vorgegebenen Schwelle verglichen wird. In Abhängigkeit von einem Überschreiten der genannten Schwellen werden den PK1- und PK2-Werten die logischen Werte "HIGH" und "LOW" zugeordnet. Wahlweise kann PK2 auch aus der Messphase und der Primärphase bestimmt werden, d. h. aus dem Abstand beider Phasen.
  • Als weiteres Kriterium wird der sogenannte AK-Wert benötigt. Zur Bestimmung des AK-Wertes wird das last- und drehzahlabhängige Verhältnis der Messamplituden der 0,5-ten und der 1-ten Ordnung mit einer Schwelle verglichen. Der Vergleich mit einem weiteren Schwellwert liefert den logischen Wert "High" bzw. "LOW" für den AK-Wert. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein sogenannter PK3-Wert, welcher mittels der Primärphase, einer dazu komplementären Primärphase (= Phase des zum Primärzylinders nicht benachbarten Zylinders), der Messamplitude und der Messphase bestimmt wird, mit einer weiteren Schwelle verglichen werden, woraus für den PK3-Wert der logische Wert "High" oder "LOW" resultiert.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden der jeweils zu verstellende Zylinder und gegebenenfalls auch die jeweils erforderliche Verstellungsrichtung ermittelt.
  • Der PK1-Wert wird zur Bestimmung des maßgeblich verstellten Zylinders, zum Beispiel der Hauptverursacher der Verstellung, und dessen Verstellungsrichtung herangezogen. Ist beispielsweise PK1 = "High", so ist der Hauptverursacher der Verstellung der zur Primärphase zugehörige Zylinder. Zudem ist der identifizierte Zylinder zu fett, d. h. dem Zylinder wird eine zu großen Menge an Kraftstoff zugeführt. In diesem Falle sollte die Einspritzmenge dieses Zylinders reduziert werden.
  • Die Werte PK1 und PK2 verknüpft mit dem AK-Wert - wahlweise auch dem PK3-Wert - lassen den Zylinder mit dem zweitgrößten Anteil an der Verstellung (=Nebenverursacher) sowie dessen Verstellrichtung erkennen.
  • Der Verstellungsbeitrag des Nebenverursachers wird typischerweise relativ zum Hauptverursacher bestimmt.
  • Der relative Beitrag des Nebenverursachers lässt sich in analytischer Weise ermitteln. Alternativ kann der Nebenverursacher ausgeblendet werden. In diesem Falle wird typischerweise lediglich ein einzelner Zylinder, nämlich der Hauptverursacher, verstellt.
  • Die gemessenen relevanten Ordnungen werden vorteilhafterweise durch die Erzeugung der entsprechenden Gegenschwingungen kompensiert oder zumindest weitestgehend verringert. Hierzu werden die ermittelten qualitativen Verstellungen des Hauptverursachers und des oder der Nebenverursacher auf alle Zylinder so aufgeteilt, dass die Summe der Verstellungen über alle 4 Zylinder gleich oder nahezu gleich Null ist. Dadurch wird das ursprüngliche Motormoment bzw. die ursprüngliche Motorleistung nicht verändert.
  • Die Amplituden der relevanten Ordnungen stellen die Regelabweichung dar und werden einer drehzahl- und lastabhängigen Gewichtung unterzogen. Schließlich werden mit Hilfe der ermittelten qualitativen Verstellungen und der Ist-Amplituden der relevanten Ordnungen Zylinder individuelle, quantitative Korrekturfaktoren ermittelt. Diese werden einem Regler 8 zugeführt, welcher im Falle, dass keine Reglerbegrenzung vorliegt, Einfluss auf die jeweiligen erforderlichen Zylinder individuellen Einspritzmengen nimmt. Der Regler 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als einfacher I-Regler ausgebildet. Jedoch könnte hier selbstverständlich auch jede beliebige Regeleinrichtung verwendet werden, die in Abhängigkeit von den ermittelten Korrekturwerten äusgangsseitig ein Regelsignal bereit stellt.
  • Neben der eben beschriebenen Funktionalität weist die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung vorteilhafterweise auch zusätzliche Funktionalitäten auf. Diese nachfolgend beschriebenen Funktionalitäten der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung können zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Regelung der Laufunruhe bei einer Brennkraftmaschine (ESC-Regelung) implementiert sein.
    • Aussetzererkennung (Misfire Detection)
  • Aufgrund des bei einer Brennkraftmaschine unvermeidlichen Auftretens von Zündaussetzern kann unerwünschterweise unverbrannter Kraftstoff in die Umwelt gelangen. Zudem kann dadurch auch eine dauerhafte Schädigung von bei modernen Kraftfahrzeugen vorhandenen Abgasnachbehandlungssystemen, beispielsweise des Katalysators, auftreten. Beides hat zur Folge, dass die Abgasbelastung der Umwelt erhöht wird. Um dies weitestgehend zu vermeiden existieren nationale und internationale Vorschriften und Gesetze (z. B. OBD II, E-OBD), die unter anderem eine Einrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei Kraftfahrzeugen vorschreiben.
  • Das Auftreten von Zündaussetzern führt zu Drehmomentänderungen, welche sich beispielsweise in der momentanen Kurbelwellendrehzahl bzw. in der momentanen Kurbelwellenbeschleunigung widerspiegeln. Mittels des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ausgehend von einem Drehzahlsignal Zündaussetzer zu detektieren. Ferner ist es möglich zu erkennen, bei welchen Zylindern Zündaussetzer aufgetreten sind. Hierzu wird in entsprechender Weise wie bei der Motorgleichlaufregelung das Drehzahlsignal in den Winkel-Frequenzbereich transformiert. Da die Verstellung einzelner Zylinder sich vor allem auf die niederfrequenten Spektralanteile auswirken, werden vor allem diese zur Detektion von Zündaussetzern herangezogen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert wiederum auf der Auswertung der Motordrehzahl. Hierzu wird beispielsweise ein Geberrad mit vorzugsweise äquidistanten Winkel-Markierungen an der Kurbelwelle angebracht. Die Zeiten zwischen den einzelnen Markierungen des rotierenden Geberrades werden von einem Sensor detektiert und anschließend im Mikrocontroller in Drehzahlen umgerechnet.
  • Dadurch werden in äquidistanten Winkelabständen Abtastwerte der Kurbelwellendrehzahl ermittelt. Dabei ist sicherzustellen, dass die Anzahl der Winkel-Markierungen ausreichend groß ist, so dass das Abtasttheorem in jedem Fall eingehalten wird.
  • Bei Vorliegen eines quasistationären Betriebszustandes wird ein 720° langer Ausschnitt des Drehzahlsignals, welcher auch als Arbeitsspiel bezeichnet wird, mittels einer Diskreten Hartley-Transformation (DHT) einer Spektralanalyse unterzogen. Das Drehzahlsignal wird dabei in einzelne Winkel-Frequenzen separiert, welche zur Detektion von Zündaussetzern dienen. Da die Verstellung einzelner Zylinder vor allem die Amplituden der Schwingungen beeinflusst, die eine Frequenz aufweisen, die kleiner als die doppelte Motordrehzahl ist, stellen bei einem 4-Zylinder-Motor die Amplituden der 0,5-ten und 1-ten Ordnung Größen dar, aus welchen auf das Vorliegen von Zündaussetzern geschlossen werden kann. Die genannten Ordnungen, im folgenden relevante Ordnungen genannt, bezeichnen Schwingungen mit jeweils der Frequenz der halben und der einfachen Motordrehzahl. Hierbei ist zu erwähnen, dass im Falle eines 6-Zylinder-Motors zusätzlich die 1,5-te Ordnung, im Falle eines 8-Zylinder-Motors zusätzlich die 1,5-te und die 2-te Ordnung berücksichtigt werden kann. Die auf das Drehzahlsignal angewandte Spektraltransformation liefert im allgemeinen komplexe Zahlenwerte, die in Betrag bzw. Amplitude und Phase für die jeweiligen Ordnungen umgerechnet werden.
  • Da die berechneten komplexen Zahlenwerte bzw. Amplituden- und Phasenwerte aufgrund des Auftretens von immer vorhandenen parasitären Effekten - zum Beispiel ein Geberradfehler, ein Fehler des Massenmoments, etc. - im Allgemeinen verfälscht werden, werden diese mit Hilfe einer sogenannten Schleppkorrektur eliminiert. Hierzu werden im stationären Schleppbetrieb (= Betriebszustand ohne Einspritzung) Messungen beispielsweise der momentanen Kurbelwellendrehzahl durchgeführt. Die anschließende Anwendung der Hartley-Transformation liefert vorteilhafterweise drehzahlabhängige Korrekturwerte für die Schwingungen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung. Diese Korrekturwerte werden dann im Steuergerät abgespeichert.
  • Das Auftreten von einem oder mehreren gleichzeitig auftretenden Zündaussetzern bewirkt, dass die Amplituden der relevanten Ordnungen stark ansteigen. Durch Auswertung der Amplituden kann das Auftreten eines Zündaussetzers anzeigt werden. Der Vergleich der Amplituden mit einer vorgegebenen Schwelle erfolgt in einem sogenannten Amplitudendiskriminator. Dieser liefert für jedes Arbeitsspiel eine Aussage über das Vorliegen von Zündaussetzern.
  • Liegen beispielsweise die Amplituden der 0,5-ten und 1-ten Ordnungen unter der genannten Schwelle, so liegt kein Aussetzer vor. Liegen beide darüber, so wird erkannt, dass entweder ein Zylinder oder drei Zylinder einen Zündaussetzer aufweisen. Zwei Aussetzer von benachbarten Zylindern werden erkannt, wenn nur die Amplitude der 0,5-ten Ordnung über der Schwelle liegt. Zwei Aussetzer von komplementären, das heißt in der Zündfolge nicht benachbarten Zylindern liegen vor, wenn nur die Amplitude der 1-ten Ordnung die Schwelle überschreitet.
  • Die Ermittlung der Zylinder, welche einen Zündaussetzer aufweisen, erfolgt im Block Zylinderdetektion anhand von drehzahl- und lastabhängigen Referenzphasen, welche für die relevanten Ordnungen im Steuergerät abgelegt werden. Im Anschluss an die Bestimmung der Referenzphasen, welche am Motorprüfstand oder im Fahrbetrieb erfolgen kann, werden diese ebenfalls einer Schleppkorrektur unterzogen. Zudem lässt sich aus der Kombination der relevanten Ordnungen der Referenzphasen ein Kalibrierungsfaktor ableiten. Den gemessenen Phasen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung werden Referenzphasen zugeordnet. Die Referenzphase der 0,5-ten Ordnung bzw. der jeweils zugehörige Zylinder, der der Messphase der 0,5-ten Ordnung am nächsten liegt, liefert dann den sogenannten Primärzylinder.
  • Mittels der Referenzphasen und des Kalibrierungsfaktors wird ein Referenzphasenkriterium ermittelt. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Schwellwertüberschreitungen im Amplitudendiskriminator und der Kenntnis des Primärzylinders erfolgt die Identifikation der aussetzenden Zylinder.
    • Momentennachführung - Leistungsnachführung
  • Aufgrund des unvermeidlichen Auftretens von Alterungseffekten des Motors und vor allem dessen Einspritzsystems nimmt das von der Brennkraftmaschine abgegebene Motormoment bzw. die abgegebene Motorleistung mit der Zeit ab. Dieser Effekt wird insbesondere bei Nutzfahrzeugen als Mangel empfunden, da hier sehr viel höhere Motorlaufzeiten gefordert werden als bei Personenkraftfahrzeugen. Ein Austausch des Motors ist hier zum einen teuer, zum anderen fällt das Nutzfahrzeug auch für eine längere Zeit aus. Insbesondere durch das Auftreten von Fertigungstoleranzen wird eine mehr oder weniger starke Variation im Motormoment und damit einhergehend ein Abfallen der Motorleistung bedingt, welches häufig nur durch einen zeitaufwendigen Bandendeabgleich kompensiert werden kann.
  • Durch das Anbringen von Drehmomentsensoren oder Zylinderdrucksensoren in den Zylindern kann das Motormoment bzw. die Motorleistung zwar bestimmt werden, jedoch erfordert dies zusätzlichen konstruktiven Aufwand. Variationen im abgegebenen Motormoment bzw. in der abgegebenen Motorleistung spiegeln sich beispielsweise auch in der momentanen Kurbelwellendrehzahl bzw. in der momentanen Kurbelwellenbeschleunigung wieder. Diese können im Motorsteuergerät unter Ausnutzung eines bereits vorhandenen Sensors ausgewertet werden.
  • Mittels des im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das abgegebene Motormoment bzw. die abgegebene Motorleistung ausgehend vom Drehzahlsignal zu detektieren sowie diese durch eine geeignete Verstellung der Einspritzmengen zu beeinflussen bzw. auszuregeln.
  • Da die Verbrennungsenergie im wesentlichen in ausgezeichneten Frequenzanteilen des Drehzahlsignals enthalten ist, wird das Drehzahlsignal in den Winkel-Frequenzbereich transformiert. Die resultierenden Spektralanteile werden auch als Ordnungen bezeichnet. Durch Auswertung der Amplitude der Schwingung der 2-ten Ordnung kann bei einem 4-Zylinder-Motor auf das abgegebene Motormoment bzw. die abgegebene Motorleistung geschlossen werden. Alternativ kann dazu auch die 4-te, 6-te, 8-te, etc. Ordnung herangezogen werden. Entsprechend werden beispielsweise bei einem 6-Zylinder-Motor die Amplitude der Schwingung der 3-ten Ordnung und beim 8-Zylinder die Amplitude der Schwingung der 4-ten Ordnung bzw. die geradzahligen Vielfachen der genannten Ordnungen ausgewertet.
  • Die genannten Spektralanteile stellen nach geeigneter Kalibrierung Ist-Größen für das abgegebene Motormoment bzw. die abgegebene Motorleistung dar und können mit dem vom Motorsteuergerät angeforderten Motormoment bzw. der jeweiligen Motorleistung verglichen werden. Der Brennkraftmaschine ist ein Regler zugeordnet, der durch Variation der Einspritzmenge den Unterschied zwischen Ist-Motormoment und Soll-Motormoment bzw. zwischen Ist-Motorleistung und Soll-Motorleistung minimiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert wie die oben beschriebenen Verfahren auf der Auswertung der Motordrehzahl. Dabei ist wiederum ein an der Kurbelwelle angebrachtes Geberrad mit vorzugsweise äquidistanten Winkel-Markierungen bereit gestellt. Die Zeiten, die bei einem drehenden Geberrad zwischen den einzelnen Markierungen des rotierenden Geberrades auftreten, werden von einem Sensor detektiert und von einem Mikrocontroller in diesen Zeiten zugeordnete Drehzahlen umgerechnet. Es liegen damit in äquidistanten Winkelabständen Abtastwerte der Kurbelwellendrehzahl vor. Auch hier ist sicherzustellen, dass das Abtasttheorem stets eingehalten wird.
  • Bei Vorliegen eines quasistationären Betriebszustandes erfolgt die Bildung des arithmetischen Mittelwertes ausgehend von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlsegmenten der Länge 720° der Kurbelwelle. Dies dient dazu, um zyklische Schwankungen, die aus einer ungleichmäßigen Verbrennung herrühren, zu eliminieren.
  • Im folgenden Verfahrenschritt wird das gemittelte Drehzahlsignal (Periodendauer 720° Kurbelwelle) mittels einer Diskreten Hartley-Transformation (DHT) einer Spektralanalyse unterzogen. Das Drehzahlsignal wird dabei in einzelne Winkel-Frequenzen separiert, wobei die Momenteninformation bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus der Amplitude der Schwingung der 2-ten Ordnung (= Schwingungen mit der Frequenz der Motordrehzahl) generiert wird. Die auf das Drehzahlsignal angewendete Spektraltransformation liefert im Allgemeinen komplexe Zahlenwerte, die in Betrag bzw. Amplitude und Phase umgerechnet werden.
  • Da die berechneten komplexen Zahlenwerte bzw. Amplituden- und Phasenwerte aufgrund des Auftretens von typischerweise vorhandenen parasitären Effekten (z. B. Geberradfehler, Massenmomente, etc.) im Allgemeinen verfälscht werden, werden diese mittels einer Korrektureinrichtung (z.B. Schleppkorrektur) eliminiert. Hierzu werden im stationären Schleppbetrieb (= Betriebszustand ohne Einspritzung) Messungen beispielsweise der momentanen Kurbelwellendrehzahl durchgeführt. Die anschließende Anwendung der Hartley-Transformation liefert drehzahlabhängige Korrekturwerte für die Schwingung der 2-ten Ordnung. Diese Korrekturwerte werden im Steuergerät abgespeichert.
  • Da die Amplitude der 2-ten Ordnung, die ein Maß für das abgegebene Motormoment bzw. die abgegeben Motorleistung ist, bei fester Drehzahl streng monoton mit der Last ansteigt, kann diese bei einem Referenzmotor erfasst und drehzahlabhängig in einem Kennlinienfeld abgelegt werden. Dieses Kennlinienfeld dient dann als Bezug zur Ermittlung des Ist-Motormomentes bzw. der Ist-Motorleistung.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine Berechnung des Ist-Motormomentes bzw. der Ist-Motorleistung auch auf analytische Weise durchgeführt werden.
  • Durch ein nachfolgendes Regelungssystem wird der Unterschied zwischen dem vom Motorsteuergerät angeforderten Soll-Motormoment und dem tatsächlichen vorliegenden Ist-Motormoment detektiert und dieser durch Variation der Einspritzmenge minimiert. Vor Abarbeitung des vorgestellten Verfahrens kann gegebenenfalls auch eine Gleichstellung der Drehzahlhübe mittels einer sogenannten Motorgleichlaufregelung (ESC: Engine Smoothness Control) erfolgen.
  • Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden anhand einer Brennkraftmaschine mit vier Zylinder dargestellt. Die Erfindung sei jedoch nicht ausschließlich auf solche Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich bei geeigneter, für den Fachmann naheliegender Anpassungen auch auf Brennkraftmaschinen mit mehr oder weniger als vier Zylinder erweitern.
  • Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden die Erfindung anhand einer Hartley-Transformation beschrieben. Die Erfindung kann jedoch sehr vorteilhaft bei geeigneter Abwandlung auch unter zu Hilfenahme einer anderen Transformation, beispielsweise einer Fast Fourier Transformation (FFT), einer Diskreten Fourier Transformation (DFT) oder dergleichen sehr vorteilhaft angewendet werden, wenngleich die Erfindung im Falle einer Hartley-Transformation am vorteilhaftesten und damit am geeignetsten ist.
  • In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde jeweils eine arithmetische Mittelwertbildung vorgenommen. Die Erfindung sei jedoch nicht ausschließlich darauf beschränkt, sondern lässt sich sehr vorteilhaft auch bei einer geometrischen Mittelwertsbildung oder dergleichen einsetzen.
  • Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch die wie beschriebene Regelungseinrichtung unter Zuhilfenahme der Hartley-Transformation in völliger Abkehr von bisher bekannten Lösungen auf sehr elegante Weise jedoch nichts desto trotz sehr einfache Weise eine Regelung der Betriebsweise der Brennkraftmaschine realisierbar ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Beschreibung so dargestellt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung bestmöglichst zu erklären, jedoch lässt sich die Erfindung bei geeigneter Abwandlung selbstverständlich in mannigfaltigen anderen Ausführungsformen realisieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug
    2
    Regelungseinrichtung.
    3
    Einrichtung zur Signalabtastung
    4
    Einrichtung zur arithmetischen Mittelwertbildung
    5
    Einrichtung zur Frequenzanalyse
    6
    Korrektureinrichtung zur Korrektur der Frequenzan- teile
    7
    Einrichtung zur Zylinderklassifikation
    71
    Mittel zur Referenzphasengenerierung
    72
    Mittel zur Referenzphasenkalibrierung
    73
    Mittel zur Referenzphasenselektion
    74
    Einrichtung mit vorgegebenen Bewertungskriterien
    75
    Einheit zur Bestimmung von Hauptverursachern und/oder Nebenverursachern einer Störung oder ei- ner Abweichung
    76
    Einheit zur Bestimmung der qualitativen und/oder quantitativen Verstellmaße
    8
    (I-)Regler

Claims (16)

  1. Regelungsverfahren zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, bei dem eine Regelungseinrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Signalabtastung, eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Frequenzanalyse sowie eine nachgeschaltet angeordnete Einrichtung zur Zylinderklassifikation aufweist, mit den folgenden Schritten:
    a. ermitteln eines Drehzahlsignals,
    b. transformieren des Drehzahlsignals in einen Winkel-Frequenzbereich mittels einer Hartley-Transformation,
    c. Analysieren des Winkel-Frequenzbereichs und separieren in einzelne Winkel-Frequenzen, die eine Phaseninformation und eine Amplitudeninformation enthalten,
    d. Durchführen einer Zylinderklassifikation mittels der Phaseninformation und der Amplitudeninformation, wobei in einem ersten Vergleich die Phaseninformation mit einer zugeordneten Referenzphase verglichen wird und in einem zweiten Vergleich die Amplitudeninformation mit einem zugeordneten ersten Amplitudenschwellwert verglichen wird und wobei der erste Vergleich und der zweite Vergleich einzelne Zylinderinformationen ergeben,
    e. Verarbeiten dieser Zylinderinformationen, um auf der Basis des ersten Phasenvergleichs jeden Zylinder zu identifizieren, der eine Laufunruhe in der Brennkraftmaschine verursacht, ferner um, ebenfalls auf der Basis des ersten Phasenvergleichs, für jeden einzelnen zu verstellenden Zylinder die Verstellrichtung zu bestimmen und ferner um auf der Basis des zweiten Amplitudenvergleichs die Einspritzmenge zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Laufunruhe in der Brennkraftmaschine zu korrigieren,
    f. Erzeugen eines Regelsignals auf Grund des Verarbeitens der Zylinderinformationen in Schritt e und zuführen dieses Reglersignal an einen Regler , um die Laufunruhe in der Brennkraftmaschine zu korrigieren,
    g. Detektieren eines Zündaussetzers in einem der Zylinder, indem in einem weiteren Vergleich der Amplitudeninformation mit einem zweiten zugeordneten Amplitudenschwellwert die Information geliefert wird, um zu entscheiden, ob die Laufunruhe durch den Zündaussetzer verursacht wird, wenn die Amplitudeninformation den zweiten zugeordneten Amplitudenschwellwert überschreitet,
    h. Detektieren des abgegebenen Motormoments bzw. der abgegebenen Motorleistung,
    i. Vergleichen des abgegebenen Motormoments bzw. der abgegebenen Motorleistung mit einem angeforderten Motormoment bzw. einem angeforderten Motorleistung, um eine Information von einem Nachlassen des Motormoments bzw. der Motorleistung zu liefern,
    j. Anpassen des Regelsignals auf Grund der Information von einer Abnahme des Motormoments bzw. der Motorleistung, und
    k. Zuführen des angepassten Regelsignals an den Regler (8) zu Regelung der Einspritzung in alle Zylinder zum Nachführen des abgegebenen Motormoments bzw. der abgegebenen Motorleistung in Bezug auf das angeforderte Motormoment bzw. die angeforderte Motorleistung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines quasistationären Betriebszustandes ausgehend von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlsegmenten die Bildung eines Mittelwertes, insbesondere eines arithmetischen Mittelwertes, erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass parasitäre Effekte in den berechneten komplexen Zahlenwerten und/oder den Referenzphasen einer Schleppkorrektur unterzogen und so eliminiert werden.
  4. Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion der Zündaussetzer vor allem niederfrequente Spektralanteile verwendet werden.
  5. verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Detektion der Zündaussetzer anhand von drehzahl- und lastabhängigen Referenzphasen erfolgt, die für die relevanten Ordnungen in einer Steuereinrichtung vorher abgelegt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Referenzphasen und des Kalibrierungsfaktors ein Referenzphasenkriterium ermittelt wird und dass die Identifikation der aussetzenden Zylinder unter Berücksichtigung der jeweiligen Überschreitungen mindestens eines Schwellenwertes und der Kenntnis des jeweils ersten Zylinders erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Motormomentes bzw. der Motorleistung durch Verstellung der Einspritzmenge ausgeregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitude, die ein Maß für das abgegebene Motormoment bzw. die abgegeben Motorleistung ist, bei einem Referenzmotor erfasst und drehzahlabhängig in einem Kennlinienfeld abgelegt wird.
  9. Vorrichtung zur Regelung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit
    - einer Einrichtung zur Signalabtastung zur Erzeugung eines Drehzahlsignals,
    - einer der Einrichtung zur Frequenzanalyse mit einem Eingang zum Empfangen des Drehzahsignals zur Durchführung einer Hartley-Transformation des Drehzahlsignals, wobei das Drehzahlsignal in einen Winkel-Frequenzbereich transformiert wird,und die Einrichtung zur Frequenzanalyse einzelne Winkel-Frequenzen erzeugt,
    - einer Einrichtung zur Zylinderklassifikation, deren einer Eingang mit einem Ausgang der Einrichtung zur Frequenzanalyse verbunden ist, und
    - einem Regler , dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Einrichtung zur Zylinderklassifikation verbunden ist, um ein Eingangssignal von der Einrichtung zur Zylinderklassifikation zu empfangen,
    wobei die Einrichtung zur Signalabtastung, die Einrichtung zur Frequenzanalyse und die Einrichtung zur Zylinderklassifikation geeignet sind, einen Zylinder mit einem Zündaussetzer zu detektieren, und wobei die Einrichtung zur Signalabtastung, die Einrichtung zur Frequenzanalyse und die Einrichtung zur Zylinderklassifikation und der Regler darüber hinaus geeignet sind, Regelsignale zu erzeugen, die ein Nachlassen des Motormoments bzw. der Motorleistung ausgleichen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass eine Einrichtung zur arithmetischen Mittelwertbildung vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung zur arithmetischen Mittelwertbildung zwischen der Einrichtung zur Signalabtastung und der Einrichtung zur Frequenzanalyse angeordnet ist
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Korrektur der Frequenzanteile vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Korrektur der Frequenzanteile zwischen der Einrichtung zur Frequenzanalyse und der Einrichtung zur Zylinderklassifikation angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Zylinderklassifikation zumindest eine der nachfolgenden Mittel aufweist:
    - Mittel zur Referenzphasengenerierung;
    - Mittel zur Referenzphasenkalibrierung;
    - Mittel zur Referenzphasenselektion;
    - Einrichtung zur Ermittlung von Bewertungskriterien;
    - Einheit zur Bestimmung von Hauptverursachern und/oder Nebenverursachern einer Störung und/oder einer Abweichung;
    - Einheit zur Bestimmung der qualitativen und/oder quantitativen Verstellmaße.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Zylinderklassifikation ein Regler, insbesondere ein I-Regler oder ein PI-Regler, nachgeschaltet angeordnet ist.
  16. Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einem Zylinder und mit mindestens einer Motorsteuerung, wobei zumindest eine Motorsteuerung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 aufweist.
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