EP1673528A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer phasenlage einer nockenwelle einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer phasenlage einer nockenwelle einer brennkraftmaschine

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EP1673528A1
EP1673528A1 EP04787225A EP04787225A EP1673528A1 EP 1673528 A1 EP1673528 A1 EP 1673528A1 EP 04787225 A EP04787225 A EP 04787225A EP 04787225 A EP04787225 A EP 04787225A EP 1673528 A1 EP1673528 A1 EP 1673528A1
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EP
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phase position
camshaft
determined
crankshaft
filter
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for determining a phase position of a camshaft of an internal combustion engine.
  • a known internal combustion engine has a crankshaft which is driven by pistons of the cylinders of the internal combustion engine by means of connecting rods. Furthermore, a camshaft is provided, on which cams are formed for driving gas inlet and gas outlet valves of the internal combustion engine. The camshaft is coupled to the crankshaft by means of a transmitter and is driven by the latter.
  • NOX Nitrogen oxide
  • Exhaust gas recirculation can be achieved particularly well in the internal combustion engine by a so-called internal exhaust gas recirculation.
  • the crankshaft angle range during which both the gas inlet valve opens the inlet to the cylinder and the gas outlet valve opens the outlet to which an exhaust gas duct is led is set in accordance with the desired exhaust gas recirculation rate.
  • This crankshaft angle range is often also referred to as valve overlap.
  • an internal combustion engine is known with a camshaft, the phase position of which is adjustable to the crankshaft by means of an adjusting device.
  • the adjustment device can be controlled hydraulically.
  • the object of the invention is to provide a method and a device which enables a precise detection of the phase position between a camshaft and a crankshaft of an internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for determining a phase position of a camshaft of an internal combustion engine with a crankshaft, a camshaft and an adjusting device, by means of which the phase position of the camshaft relative to the crankshaft can be adjusted.
  • a phase position is determined as a function of a detected crankshaft angle and a detected camshaft angle.
  • a filter coefficient of a filter becomes dependent on the amplitude of an oscillation of the phase position and the change in the phase position is determined.
  • a filtered phase position of the determined phase position is determined using the filter.
  • the invention is based on the knowledge that, in particular in internal combustion engines whose camshafts or camshafts act on a few gas exchange valves, such as, for example, in a V6 internal combustion engine with two camshafts, which are each assigned to the gas exchange valves or only the gas inlet valves of three cylinders, the strong
  • the filtering is carried out by means of a non-recursive filter of the first order. This has the advantage that filtering is particularly simple.
  • the change in the phase position is filtered and the filter coefficient is determined as a function of the filtered change in the phase position.
  • the change in the phase position is filtered as a function of the speed and / or an oil temperature. This has the advantage that the speed and / or oil temperature are characteristic of the pumping capacity of a hydraulic pump and thus of a possible dynamic of a hydraulically controlled adjusting device.
  • the amplitude of the oscillation of the phase position is filtered and the filter coefficient is determined as a function of the filtered amplitude of the oscillation of the phase position.
  • the amplitude is filtered as a function of the speed and / or an oil temperature.
  • the reduction in the filter coefficient is limited to a predetermined threshold value within a predetermined time period or within a predetermined crankshaft angle section. In the event of a sudden change from increasing phase position to decreasing phase position or vice versa, this can prevent the filter coefficient from being briefly reduced from a high value to a low value, with the result that the phase position is then heavily filtered, which is undesirable in the case of such a transient course of the phase position is.
  • the filtering is carried out by means of a non-recursive filter of order two or higher. This enables an even more precise filtering of the phase position.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a control device
  • FIG. 2 shows a further view of parts of the internal combustion engine
  • FIGS. 1 and 2 show a flowchart of a program for determining a phase position of a camshaft relative to a crankshaft of the internal combustion engine according to FIGS. 1 and 2, and
  • Figure 4 is a flowchart of a program for adjusting the phase position between the camshaft and the crankshaft.
  • An internal combustion engine (1) comprises an intake section 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake preferably comprises a throttle ⁇ flap 11, also a manifold 12 and a suction pipe 13, which leads to a cylinder Zl is led into the engine block via an inlet duct.
  • the engine block further comprises a crankshaft 21 which is coupled to the piston 24 of the cylinder ZI via a connecting rod 25.
  • the cylinder head comprises a valve train with an inlet valve 30, an outlet valve 31 and valve drives 32, 33.
  • the gas inlet valve 30 and the gas outlet valve 31 are driven by means of a camshaft 36 (see FIG. 2) on which cams 39 are formed act on the gas inlet valve 30 or the gas outlet valve 31, or if necessary, by means of two camshafts, one each being assigned to the gas inlet valve 30 and the gas outlet valve 31.
  • the drive for the gas inlet valve 30 and / or the gas outlet valve 31 preferably comprises, in addition to the camshaft 36, an adjusting device 37, which is coupled on the one hand to the camshaft 36 and on the other hand to the crankshaft 21, e.g. B. over sprockets, which are coupled together via a chain.
  • an adjusting device 37 which is coupled on the one hand to the camshaft 36 and on the other hand to the crankshaft 21, e.g. B. over sprockets, which are coupled together via a chain.
  • Phase position between the crankshaft 21 and the camshaft 36 can be adjusted.
  • the arrangement of the sprockets and the chain forms a transformer.
  • this is done by increasing the hydraulic pressure in the high-pressure chambers 37a of the adjusting device 37 or lowering the corresponding pressure, depending on the direction in which the adjustment is to take place.
  • the possible adjustment range is indicated in FIG. 2 by arrow 37b.
  • the adjusting device 37 can, for example, only be assigned to one camshaft 36, while the other camshaft is driven directly by the crankshaft 21 by means of the transmitter.
  • the valve overlap of the gas inlet valve 30 and the gas outlet valve 31 can be changed, i.e. the crankshaft angle range during which both an inlet and an outlet of the cylinder are released.
  • the valve overlap can also be changed if two camshafts 36 are assigned two separate adjusting devices 37.
  • the cylinder head 3 (FIG. 1) further comprises an injection valve 34 and a spark plug 35.
  • the injection valve can also be arranged in the intake manifold 13.
  • the exhaust tract 4 comprises a catalytic converter 40.
  • a control device 6 is provided, to which sensors are assigned, which detect different measured variables and each determine the measured value of the measured variable.
  • the control device 6 determines, depending on at least one of the measured variables, manipulated variables which are then converted into one or more actuating signals for controlling the actuators by means of corresponding actuators.
  • the sensors are a pedal position sensor 71, which detects the position of an accelerator pedal 7, an air mass meter 14, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 11, a temperature sensor 15, which detects the intake air temperature, a pressure sensor 16, which detects the intake manifold pressure MAP Crankshaft angle sensor 22, which detects a crankshaft angle CRK, to which a rotational speed N is assigned, another temperature sensor 23, which detects a coolant temperature, a camshaft angle sensor 36a, which detects the camshaft angle CAM, another temperature sensor 25, which detects an oil temperature TOIL, and an oxygen probe 41 which detects a residual oxygen content of the exhaust gas.
  • any subset of the sensors mentioned or additional sensors can be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 11, the gas inlet and gas outlet valves 30, 31, the injection valve 34, the spark plug 35 and the adjusting device 37
  • the internal combustion engine can also comprise further cylinders Z2-Z4, to which corresponding actuators are then also assigned.
  • a program for determining the phase position PH between the crankshaft 21 and the camshaft 36 is carried out in one step Sl ( Figure 1) started, in which variables are initialized if necessary.
  • the phase position PH is determined depending on the crankshaft angle CRK and the camshaft angle CAM. This is done, for example, by counting tooth flanks of a crankshaft angle encoder of the crankshaft angle sensor 22 based on a reference position on the camshaft 36 and then converting it into the phase position PH.
  • an amplitude AMP of an oscillation of the phase position PH is determined.
  • An n in brackets means a value recorded or ascertained in the current calculation cycle of the program. Accordingly, an n-1 in brackets means a value determined or recorded in the last calculation cycle of the program.
  • PH is determined by forming the amount of the difference between the current phase position PH (n) and the phase position PH (n-1) determined in the previous calculation cycle.
  • a filtered amplitude AMP_FIL (n) is determined by filtering the currently determined amplitude AMP (n) with a filter of the first order.
  • the first-order filter has a filter coefficient FF1, which is either fixed, but is advantageously determined beforehand in a step S22 depending on the speed N and / or the oil temperature TOIL. This is preferably done by means of a characteristic curve or a map, specifically by means of characteristic curve or map interpolation. The characteristic curve or the characteristic diagram are determined by corresponding tests on an engine test bench or by simulations.
  • the current change DELTA (n) of the phase position PH is determined by forming the difference between the current phase position PH (n) and the previous phase position PH (n-1).
  • a filtered change DELTA_FIL (n) is determined by means of a filter of the first order by filtering the current change DELTA (n).
  • the filter coefficient FF2 of the second filter can be predefined, but is preferably determined in advance in a step S24 depending on the rotational speed N and / or an oil temperature TOIL, and in the same way as in step S22, preferably by means of map or characteristic curve interpolation.
  • a step S12 the current filter coefficient FF3 (n) for a further filter is then determined, depending on the filtered amplitude AMP_FIL (n) and the filtered change DELTA_FIL (n) of the phase position PH. This is done before ⁇ preferably by means Kennfeldinterpolation from a map that has been determined in advance by experiments on an engine test bench.
  • the map values are preferably selected so that in the cases in which the filtered amplitude AMP_FIL (n) of the oscillation of the phase position is approximately the same, the filtered change DELTA_FIL (n) of the phase position PH are relatively large, for example, have the value 0.7 , On the other hand, if the filtered change DELTA_FIL (n) has almost the value zero and the filtered amplitude AMP_FIL (n) has a significantly larger value than zero, the map values are preferably chosen to be very small, for example with values from 0.1 to 0, second
  • a filtered current phase position PH_FIL (n) is then determined by filtering the current phase position PH (n) by means of a first-order filter with the filter coefficient FF3.
  • processing is preferably continued in step S14, in which it is checked whether the difference between the filter coefficient FF3 (nl), which was determined in the previous calculation run, and the currently determined filter coefficient FF3 (n) is greater than one predefined threshold value SW. If this is not the case, processing is continued directly in step S18.
  • step S14 If, on the other hand, the condition of step S14 is fulfilled, the difference between the filter coefficient FF3 (n-1) and the threshold value SW determined in the previous calculation cycle is assigned to the current filter coefficient FF3 (n) in a step S16. It is thereby achieved that the filter coefficient FF3 changes from one calculation cycle to the next calculation cycle by a maximum of the threshold value SW. Thereby, in the sudden change of increasing phase angle PH to PH decreasing phase position or vice versa ⁇ be prevented that the filter coefficient is set FF3 from a high value to a low value shortly downgrades, resulting in a strong then filtering the
  • Phase position PH which is undesirable with such a transient course of the phase position PH.
  • step S20 The program remains in a step S20 for a predetermined waiting period I_W before the processing is continued again in step S2.
  • the program can also remain in step S20 for a predetermined crankshaft angle before the processing is continued again in step S2.
  • the reprocessing of steps S2 to S18 then corresponds to the next calculation cycle.
  • a further program is processed in the program according to FIG. 3, which determines an actuating signal S (FIG. 4) for controlling the adjusting device 37.
  • the program is started in a step S26, preferably shortly after the start of the internal combustion engine.
  • an exhaust gas recirculation rate EGR is determined, specifically as a function of a required torque TQ_REQ, which is to be generated by the internal combustion engine and which is preferably determined as a function of the position of the accelerator pedal and possibly further torque requirements, such as those of an ABS or ESP system becomes.
  • the exhaust gas recirculation rate is advantageously also determined as a function of an operating mode MOD of the internal combustion engine, which for example is a
  • Shift operation or homogeneous operation of the internal combustion engine can be.
  • the exhaust gas recirculation rate EGR can also be determined depending on further operating variables of the internal combustion engine.
  • a setpoint PH_SP of the phase position is then determined as a function of the exhaust gas recirculation rate EGR, the intake manifold pressure MAP and as a function of the rotational speed N and, if appropriate, other operating variables.
  • the actuating signal S for actuating the adjusting device 37 is then determined as a function of the setpoint PH_SP of the phase position and the filtered phase position PH_FIL (n). This is preferably done by means of a controller which is designed as a P, PI or PID controller.
  • step S32 The adjusting device 37 is then controlled with the control signal S.
  • step S32 the program then remains in step S34 for the predetermined waiting period T_W.
  • the program can also remain in step S34 for a predetermined crankshaft angle before the processing is continued again in step S28.
  • the control quality of the controller of step S28 can be increased very strongly and good dynamic behavior and at the same time a high stationary control accuracy can be achieved. This leads to the exhaust gas recirculation rate EGR in the cylinder ZI being able to be set very quickly and precisely, which then contributes decisively to low nitrogen oxide emissions.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat eine Kurbelwelle, eine Nockenwelle und eine Verstelleinrichtung, mittels der eine Phasenlage (PH) der Nockenwelle zu der Kurbelwelle verstellt werden kann. Die Phasenlage (PH) wird abhängig von einem erfassten Kurbelwellenwinkel (CRK) und einem erfassten Nockenwellenwin­ kel (CAM) ermittelt. Ein Filterkoeffizient (FF3) eines Fil­ters wird abhängig von der Amplitude (AMP) einer Schwingung der Phasenlage (PH) und der Änderung (DELTA) der Phasenlage (PH) ermittelt. Eine gefilterte Phasenlage (PH_FIL) der ermittelten Phasenlage (PH) wird mittels des Filters ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraf maschine .
Eine bekannte Brennkraftmaschine hat eine Kurbelwelle, die von Kolben der Zylinder der Brennkraftmaschine mittels Pleuelstangen angetrieben wird. Ferner ist eine Nockenwelle vorgesehen, auf der Nocken ausgebildet sind zum Antrieb von Gas- einlass- und Gasauslassventilen der Brennkraftmaschine. Die Nockenwelle ist mittels eines Übertragers mit der Kurbelwelle gekoppelt und wird von dieser angetrieben. Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich des Ausstoßes von Schadstoffen bei Brennkraftmaschinen erfordern wirkungsvolle Maßnahmen zum Reduzieren von Schadsto femissionen. Stickoxidemissionen (NOX) können sehr wirkungsvoll durch das Rückführen von Abgas in die Brennräume der Zylinder der Brennkraftmaschine reduziert werden. Durch die rückgeführten Abgase in dem Brennraum wird die Spitzentemperatur der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches gesenkt, was dann zu einer Reduzierung der Stickoxidemissionen führt.
Eine Abgasrückführung kann in der Brennkraftmaschine besonders gut durch eine sogenannte interne Abgasrückführung erreicht werden. Bei einer internen Abgasrückführung wird der Kurbelwellenwinkelbereich, während dessen sowohl das Gaseinlassventil den Einlass zum Zylinder freigibt als auch das Gasauslassventil den Auslass freigibt, zu dem ein Abgaskanal geführt ist, entsprechend der gewünschten Abgasrückführrate eingestellt. Dieser Kurbelwellenwinkelbereich wird häufig auch mit Ventilüberschneidung bezeichnet. Aus der DE 101 08 055 Cl ist eine Brennkraftmaschine bekannt mit einer Nockenwelle, deren Phasenlage zu der Kurbelwelle mittels einer Versteileinrichtung verstellbar ist. Die Ver- stelleinrichtung ist hydraulisch ansteuerbar.
Je nachdem in welchem Betriebspunkt sich die Brennkraftmaschine befindet, müssen sehr unterschiedliche Abgasrückführ- raten eingestellt werden. Dies gilt auch für die unterschiedlichen Betriebsmodi, wie sie beispielsweise bei Brennkraftma- schinen mit Einspritzventilen auftreten, die den Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders zumessen. Diese Betriebsmodi sind beispielsweise ein Schicht-Betrieb oder ein Homogen-Betrieb. Es ergibt sich somit die Anforderung sehr schnell die Abgasrückführraten von hohen auf niedrige und um- gekehrt einzustellen und gleichzeitig die Abgasrückführrate sehr präzise einzustellen. Die DE 101 08 055 Cl offenbart, die Phasenlage abhängig von dem Nockenwellenwinkel und dem Kurbelwellenwinkel zu ermitteln.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die ein genaues Erfassen der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einer Nockenwelle und einer Versteileinrichtung, mittels der die Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle verstellt werden kann. Eine Phasenlage wird abhängig von einem erfassten Kurbelwellenwinkel und einem erfassten Nockenwellenwinkel ermittelt. Ein Filterkoeffizient eines Filters wird abhängig von der Amplitude einer Schwingung der Phasenlage und der Änderung der Phasenlage ermittelt. Eine gefilterte Phasenlage der ermittelten Phasenlage wird mittels des Filters ermittelt .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren Nockenwelle oder Nockenwellen auf wenige Gaswechselventile einwirken, wie dies beispielsweise bei einer V6-Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen, die jeweils den Gaswechselventilen oder nur den Gas- einlassventilen dreier Zylinder zugeordnet sind, starke der
Drehbewegung der Nockenwelle überlagerte Schwingungen auftreten aufgrund der Ventilbewegungen der Gaswechselventile. Dies führt dann zu einer ungenauen Erfassung der Phasenlage und damit im Falle einer Regelung der Phasenlage zur Verringerung der Regelungsgüte, insbesondere im Stationärbetrieb der Regelung.
Durch das erfindungsgemäße Filtern der Phasenlage kann bei geeigneter Wahl der Filterkoeffizienten abhängig von der Amp- litude der Schwingung der Phasenlage und der Änderung der Phasenlage sowohl ein sehr gutes Dynamikverhalten bei der Einstellung einer gewünschten Phasenlage gewährleistet werden als auch die stationäre Genauigkeit bei der Einstellung der Phasenlage verbessert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung mittels eines nichtrekursiven Filters erster Ordnung. Dies hat den Vorteil, dass die Filterung besonders einfach ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Änderung der Phasenlage gefiltert und der Filterkoeffizient abhängig von der gefilterten Änderung der Phasenlage ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die Phasenlage ein- fach und sehr genau bestimmt werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung der Änderung der Phasenlage abhängig von der Drehzahl und/oder einer Öltemperatur . Dies hat den Vorteil, dass die Drehzahl und/oder Öltemperatur charakteris- tisch sind für die Pumpleistung einer Hydraulikpumpe und damit für eine mögliche Dynamik einer hydraulisch angesteuerten Versteileinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Amplitude der Schwingung der Phasenlage gefiltert und der Filterkoef izient abhängig von der gefilterten Amplitude der Schwingung der Phasenlage ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die Phasenlage einfach und sehr genau bestimmt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung der Amplitude abhängig von der Drehzahl und/oder einer Öltemperatur. Dies hat den Vorteil, dass die Drehzahl und/oder Öltemperatur charakteristisch sind für die Pumpleistung einer Hydraulikpumpe und damit für eine mögliche Dynamik einer hydraulisch angesteuerten VerStelleinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Verringern des Filterkoeffizienten innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer oder innerhalb eines vorgegebenen Kur- belwellenwinkelabschnitts auf einen vorgegebenen Schwellenwert begrenzt. Dadurch kann bei einem plötzlichen Wechsel von zunehmender Phasenlage zu abnehmender Phasenlage oder umgekehrt verhindert werden, dass der Filterkoeffizient von einem hohen Wert kurzfristig auf einen niedrigen Wert herabgesetzt wird mit der Folge einer dann starken Filterung der Phasenlage, was bei einem derartigen instationären Verlauf der Phasenlage unerwünscht ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Filterung mittels eines nichtrekursiven Filters der Ordnung zwei oder höher. Dadurch ist ein noch präziseres Filtern der Phasenlage möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,
Figur 2 eine weitere Ansicht von Teilen der Brennkraftma- schine,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 und 2, und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Einstellen der Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle .
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgas- trakt 4. Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine Drossel¬ klappe 11, ferner einen Sammler 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit dem Kolben 24 des Zylinders ZI gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Einlassventil 30, einem Auslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Der Antrieb des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassven- tils 31 erfolgt mittels einer Nockenwelle 36 (siehe Figur 2), auf der Nocken 39 ausgebildet sind, die auf das Gaseinlassventil 30 bzw. das Gasauslassventil 31 einwirken, oder gege- benenfalls mittels zweier Nockenwellen, wobei je eine dem Gaseinlassventil 30 und dem Gasauslassventil 31 zugeordnet ist.
Der Antrieb für das Gaseinlassventil 30 und/ oder das Gasauslassventil 31 umfasst vorzugsweise neben der Nockenwelle 36 eine Versteileinrichtung 37, die einerseits mit der Nockenwelle 36 und andererseits mit der Kurbelwelle 21 gekoppelt ist, z. B. über Zahnkränze, die über eine Kette miteinander gekoppelt sind. Mittels der Versteileinrichtung 37 kann die
Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 verstellt werden. Die Anordnung der Zahnkränze und der Kette bildet einen Übertrager.
Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Erhöhen des hydraulischen Drucks in den Hochdruckkammern 37a der Versteileinrichtung 37 bzw. Erniedrigen des entsprechenden Drucks, je nachdem in welche Richtung die Verstellung erfolgen soll. Der mögliche Verstellbereich ist in der Figur 2 mit dem Pfeil 37b gekennzeichnet.
Falls zwei Nockenwellen 36 vorgesehen sind kann beispielsweise die Versteileinrichtung 37 nur einer Nockenwelle 36 zugeordnet sein, während die andere Nockenwelle direkt mittels des Übertragers von der Kurbelwelle 21 angetrieben wird. In diesem Fall kann die Ventilüberschneidung des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassventils 31 verändert werden, d.h. der Kurbelwellenwinkelbereich, während dessen sowohl ein Ein- lass als auch ein Auslass des Zylinders freigegeben wird. Ein Verändern der Ventilüberschneidung ist auch möglich, wenn zwei Nockenwellen 36 zwei separate VerStelleinrichtungen 37 zugeordnet sind.
Der Zylinderkopf 3 (Figur 1) umfasst ferner ein Einspritzven- til 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil auch in dem Saugrohr 13 angeordnet sein. Der Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 40.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher die Ansaugluft- temperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher den Saugrohrdruck MAP erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst, ein Nockenwellenwinkelsensor 36a, welcher den Nockenwellenwinkel CAM erfasst, ein weiterer Temperatursensor 25, welcher eine Öltemperatur TOIL erfasst und eine Sauerstoffsonde 41 welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst . Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34, die Zündkerze 35 und die Versteileinrichtung 37
Die Brennkraftmaschine kann neben dem Zylinder ZI auch noch weitere Zylinder Z2-Z4 umfassen, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.
Ein Programm zum Ermitteln der Phasenlage PH zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 wird in einem Schritt Sl (Figur 1) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S2 wird die Phasenlage PH abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK und dem Nockenwellenwinkel CAM ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise mittels Auszählen von Zahnflanken eines Kurbelwellenwinkelgebers des Kurbelwellenwin- kelsensors 22 bezogen auf eine Referenzposition auf der Nockenwelle 36 und anschließendes Umrechnen in die Phasenlage PH.
In einem Schritt S4 wird eine Amplitude AMP einer Schwingung der Phasenlage PH ermittelt. Ein in Klammern gesetztes n bedeutet jeweils ein im aktuellen Berechnungszyklus des Pro- gramms erfasster oder ermittelter Wert. Ein in Klammern gesetztes n-1 bedeutet dementsprechend ein bei dem letzten Berechnungszyklus des Programms ermittelter oder erfasster Wert .
Die aktuelle Amplitude AMP (n) der Schwingung der Phasenlage
PH wird durch Betragsbildung der Differenz zwischen der aktuellen Phasenlage PH(n) und der in dem vorangegangenen Berechnungszyklus ermittelten Phasenlage PH(n-l) ermittelt.
In einem Schritt S6 wird eine gefilterte Amplitude AMP_FIL(n) durch Filtern der aktuell ermittelten Amplitude AMP (n) mit einem Filter erster Ordnung ermittelt. Das Filter erster Ordnung hat einen Filterkoeffizienten FFl, der entweder fest vorgegeben ist, vorteilhaft jedoch vorab in einem Schritt S22 abhängig von der Drehzahl N und/oder der Öltemperatur TOIL ermittelt wird. Dies erfolgt vorzugsweise mittels einer Kennlinie oder eines Kennfeldes und zwar durch Kennlinien- oder Kennfeldinterpolation. Die Kennlinie oder das Kennfeld sind durch entsprechende Versuche an einem Motorprüfstand oder durch Simulationen ermittelt. In einem Schritt S8 wird die aktuelle Änderung DELTA (n) der Phasenlage PH durch Bilden der Differenz zwischen der aktuellen Phasenlage PH(n) und der vorangegangenen Phasenlage PH (n- 1) ermittelt.
In einem Schritt S10 wird eine gefilterte Änderung DELTA_FIL (n) mittels eines Filters erster Ordnung durch Filtern der aktuelle Änderung DELTA (n) ermittelt. Der Filterkoeffizient FF2 des zweiten Filters kann fest vorgegeben sein, wird jedoch bevorzugt vorab in einem Schritt S24 abhängig von der Drehzahl N und/oder einer Öltemperatur TOIL ermittelt und zwar ebenso wie im Schritt S22 vorzugsweise mittels Kennfeldoder Kennlinieninterpolation.
In einem Schritt S12 wird dann der aktuelle Filterkoeffizient FF3 (n) für eine weiteres Filter ermittelt und zwar abhängig von der gefilterten Amplitude AMP_FIL (n) und der gefilterten Änderung DELTA_FIL (n) der Phasenlage PH. Dies erfolgt vor¬ zugsweise mittels Kennfeldinterpolation aus einem Kennfeld, das vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand ermittelt wurde. Die Kennfeldwerte sind vorzugsweise so gewählt, dass in den Fällen, in denen die gefilterte Amplitude AMP_FIL (n) der Schwingung der Phasenlage in etwa gleich ist der gefilterten Änderung DELTA_FIL (n) der Phasenlage PH relativ groß sind, beispielsweise den Wert 0,7 haben. Wenn andererseits die gefilterte Änderung DELTA_FIL(n) nahezu den Wert null hat und die gefilterte Amplitude AMP_FIL (n) einen deutlich größeren Wert als null hat, sind die Kennfeldwerte bevorzugt sehr klein gewählt und zwar zum Beispiel mit Werten von 0,1 bis 0,2.
In einem Schritt S18 wird dann eine gefilterte aktuelle Phasenlage PH_FIL (n) durch Filtern der aktuellen Phasenlage PH (n) mittels eines Filters erster Ordnung mit dem Filterko- effizienten FF3 ermittelt. Bevorzugt wird nach dem Schritt S12 die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt, in dem geprüft wird, ob die Differenz des Filterkoeffizienten FF3(n-l), der in dem vorangegangenen Berechnungsdurchlauf ermittelt wurde, und des aktuell ermittelten Filterkoeffizienten FF3 (n) größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert SW. Ist dies nicht der Fall so wird die Bearbeitung direkt in dem Schritt S18 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S14 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S16 dem aktuellen Filterkoeffizienten FF3 (n) die Differenz des in dem vorangegangenen Berechnungszyklus ermittelten Filterkoeffizienten FF3 (n-1) und des Schwellenwertes SW zugeordnet. Dadurch wird erreicht, dass sich der Filterkoeffizient FF3 von einem Berechnungszyklus zu dem nächsten Berechnungszylklus maximal um den Schwellenwert SW ändert. Dadurch kann bei einem plötzlichen Wechsel von zunehmender Phasenlage PH zu abnehmender Phasenlage PH oder umge¬ kehrt verhindert werden, dass der Filterkoeffizient FF3 von einem hohen Wert kurzfristig auf einen niedrigen Wert herab- gesetzt wird mit der Folge einer dann starken Filterung der
Phasenlage PH, was bei einem derartigen instationären Verlauf der Phasenlage PH unerwünscht ist.
Das Programm verharrt für eine vorgegebene Wartezeitdauer I_W in einem Schritt S20, bevor die Bearbeitung erneut im Schritt S2 fortgesetzt wird. Alternativ kann das Programm in dem Schritt S20 auch für einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel verharren, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Das erneute Bearbeiten der Schritte S2 bis S18 entspricht dann dem nächsten Berechnungszyklus.
Parallel zu dem Ermitteln der gefilterten Phasenlage PH_FIL wird im Programm gemäß Figur 3 ein weiteres Programm abgearbeitet, das ein Stellsignal S (Figur 4) zum Steuern der Ver- Stelleinrichtung 37 ermittelt. Das Programm wird in einem Schritt S26 gestartet und zwar vorzugsweise zeitnah zum Start der Brennkraftmaschine. In einem Schritt S28 wird eine Abgasrückführrate EGR ermittelt und zwar abhängig von einem geforderten Drehmoment TQ_REQ, das von der Brennkraftmaschine erzeugt werden soll und das vorzugsweise abhängig von der Stellung des Fahrpedals und gegebenenfalls weiteren Drehmomentanforderungen, wie denen eines ABS- oder ESP-Systems, ermittelt wird. Die Abgasrückführrate wird vorteilhaft auch abhängig von einem Betriebsmodus MOD der Brennkraftmaschine ermittelt, der beispielsweise ein
Schicht-Betrieb oder ein Homogen-Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann. Die Abgasrückführrate EGR kann auch abhängig von weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
In einem Schritt S30 wird dann ein Sollwert PH_SP der Phasenlage abhängig von der Abgasrückführrate EGR, dem Saugrohrdruck MAP und abhängig von der Drehzahl N und gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen ermittelt.
In einem Schritt S32 wird dann das Stellsignal S zum Ansteuern der Versteileinrichtung 37 abhängig von dem Sollwert PH_SP der Phasenlage und der gefilterten Phasenlage PH_FIL (n) ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Reglers der als P-, PI- oder PID-Regler ausgebildet ist.
Die Versteileinrichtung 37 wird dann mit dem Stellsignal S angesteuert. Nach dem Schritt S32 verharrt das Programm dann für die vorgegebene Wartezeitdauer T_W in einem Schritt S34. Alternativ kann das Programm auch in dem Schritt S34 auch für einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel verharren, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S28 fortgesetzt wird.
Durch eine geeignete Wahl des Filterkoeffizienten FF3 kann die Regelgüte des Reglers des Schrittes S28 sehr stark erhöht werden und ein gutes dynamisches Verhalten und gleichzeitig eine hohe stationäre Regelgenauigkeit erreicht werden. Dies führt dazu, dass die Abgasrückführrate EGR in dem Zylinder ZI sehr schnell und stationär genau eingestellt werden kann, was dann entscheidend beiträgt zu geringen Stickoxidemissionen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (21) , einer Nockenwelle (36) und einer VerStelleinrichtung (37) , mittels der die Phasenlage (PH) der Nockenwelle (21) zu der Kurbelwelle (37) verstellt werden kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Phasenlage (PH) abhängig von einem erfassten Kurbelwel- lenwinkel (CRK) und einem erfassten Nockenwellenwinkel (CRM) ermittelt wird,
- ein Filterkoeffizient (FF3) eines Filters abhängig von der Amplitude (AMP) einer Schwingung der Phasenlage (PH) und der Änderung (DELTA) der Phasenlage (PH) ermittelt wird und - eine gefilterte Phasenlage (PH_FIL) der ermittelten Phasenlage (PH) mittels des Filters ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Filterung mittels eines nichtrekursiven Filters erster Ordnung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Änderung (DELTA) der Phasenlage (PH) gefiltert wird und der Filterkoeffizient (FF3) abhängig von der gefilterten Änderung (DELTA_FIL) der Phasenlage (PH) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Filterung der Änderung (DELTA) der Phasenlage (PH) abhängig von der Drehzahl (N) und/oder einer Öltemperatur (TOIL) erfolgt .
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Amplitude (AMP) der Schwingung der Phasenlage (PH) gefiltert wird und der Filterkoeffizient (FF3) abhängig von der gefilterten Amplitude (AMP_FIL) der Schwingung der Phasenlage (PH) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Filterung der Amplitude (AMP) abhängig von der Drehzahl (N) und/oder der Öltemperatur (TOIL) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verringern des Filterkoeffizienten (FF3) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer oder innerhalb eines vorgegebenen Kur- belwellenwinkelabschnitts auf einen vorgegebenen Schwellenwert (SW) begrenzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Filterung mittels eines nichtrekursiven Filters der Ordnung zwei oder höher erfolgt.
9. Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (21) , einer Nockenwelle (36) und einer Versteileinrichtung (37) , mittels der die Phasenlage (PH) der Nockenwelle (36) zu der Kurbelwelle (21) verstellt werden kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- erste Mittel vorgesehen sind, die die Phasenlage (PH) abhängig von einem erfassten Kurbelwellenwinkel (CRK) und einem erfassten Nockenwellenwinkel (CAM) ermitteln, - zweite Mittel vorgesehen sind, die einen Filterkoeffizienten (FF3) eines Filters abhängig von der Amplitude (AMP) einer Schwingung der Phasenlage (PH) und der Änderung (DELTA) der Phasenlage (PH) ermitteln, und
- dritte Mittel vorgesehen sind, die eine gefilterte Phasen- läge (PH_FIL) der ermittelten Phasenlage (PH) mittels des Filters ermitteln.
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