EP2593649A1 - Verfahren und steuergerät zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum steuern einer brennkraftmaschine

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EP2593649A1
EP2593649A1 EP11729631.9A EP11729631A EP2593649A1 EP 2593649 A1 EP2593649 A1 EP 2593649A1 EP 11729631 A EP11729631 A EP 11729631A EP 2593649 A1 EP2593649 A1 EP 2593649A1
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EP
European Patent Office
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valve
camshaft
signal
cylinder
crankshaft
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11729631.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harry SCHÜLE
Markus Stutika
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2593649A1 publication Critical patent/EP2593649A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • F02D13/0226—Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a control device according to the preamble of claim 7, for controlling an internal combustion engine.
  • the invention thus relates z.
  • Example the control of a gasoline or diesel engine, which is used as a drive source in a conventional motor vehicle or as one of several drive sources in a hybrid vehicle. From this automotive field of application, methods and control units according to the preamble of claim 1 or 7 in many ⁇ bibtigen versions known.
  • Valve train adjusting devices in internal combustion engines for motor vehicles are known in various designs from the prior art. It should be mentioned here by way of example three: In the adjustment device “Valvetronic” (BMW) is arranged by means of an electric servomotor and a Exzenterwel ⁇ le arranged between the camshaft and valve stem actuating mechanism to achieve a variable Ven- til (maximum) hubs adjusted in dependence on certain operating Para ⁇ meters of the internal combustion engine.
  • This adjustment of the valve lift can be combined with a so-called camshaft phase adjustment, in which, depending on the operating state of the internal combustion engine, a relative adjustment of the crankshaft and camshaft relative to each other and thus a change in the valve timing is made.
  • the known valve train adjusting devices can also be divided into two categories with regard to the variability of the adjustment, namely discontinuously variable systems and continuously variable systems.
  • a discontinuously variable system may, for. B. be constructed so that per valve several different profiles the camshaft are applied. Each profile results in a different lift curve for the valve, whereby only one profile can be active at a time and can be switched between the different profiles. In concepts of this kind, a change in the lift curve is performed abruptly.
  • continuously variable systems offer further variability of the valve train. Since these systems allow a stepless change in the valve actuation characteristic, z. As the otherwise caused by a sudden switching difficulties.
  • Continuous systems are mainly used for low-loss load control of internal combustion engines. For example, via the variability of the lift curve of an intake valve, the air or mixture supply to the combustion chamber can be controlled.
  • Such a position sensor signal could then be taken into account as Materialssin ⁇ formation in the determination of the switching state of the valve operating adjustment by the electronic engine control unit.
  • This evaluation result can be used as such as a the ⁇ aktu elle adjusting the valve train adjustment representing "sensor signal".
  • ⁇ ses evaluation result can be fed to the control unit in addition to a La ⁇ gesensorsignal it was for. B. to a redundancy in the determination of the current setting or z. B. to realize an improvement in the accuracy of this determination.
  • a further advantage of the invention is that the evaluation result can also be used to make a diagnosis regarding the proper functioning of the valvetrain changeover. If z. B. by means of the control unit a switching is ⁇ controls, the evaluation result, however, no proper ⁇ proper actual adjustment (switching) reflects, so there is an error, the detection of which generates a suitable warning or an entry can be made in a diagnostic memory.
  • Cylinder pressure sensors are known in the field of engine technology and serve to measure the cylinder pressure.
  • the cylinder pressure signal is used in the prior art only for the evaluation of the combustion. This can z. B. errors in the metering of the fuel, the air mass or a recirculated combustion exhaust gas component determined or corrected.
  • a multi-cylinder combustion For this purpose, in the prior art either only one single cylinder pressure sensor on one of the cylinders is used as a representative of the totality of all cylinders, or alternatively a separate cylinder pressure sensor is provided for each cylinder.
  • cylinder pressure sensors usually have such a high sensitivity or such a high resolution in the measurement of the cylinder pressure that they are also susceptible to noise ⁇ noise, which (as structure-borne noise) by a z. B. metallic cylinder block spread.
  • the basic idea of the present invention is to use the induced by such noise interference signals in one or more cylinder pressure signals detected by one or more cylinder pressure sensors as an information source Subject Author ⁇ fend the engine state, more particularly status of the valve train adjustment device. If one or more camshafts rotate, thereby driving the valve (opening and closing of intake and exhaust valves) to betechnikstelli ⁇ gene such noises occur which lead to characteristic noises in the cylinder or the pressure signals.
  • a possible evaluation criterion can, for. B. be to detect sudden changes, so as discontinuities or "signal peaks" in the measured pressure curve and based their characteristic (eg amplitude, frequency components, duration, etc.) and / or additional information about the engine position (eg crankshaft signal, camshaft signal, etc.) to a specific process in the valve train (eg valve opening or valve closing operation) ). Such a procedure is much easier, faster and often more precise than z.
  • the evaluation may include an identification of times or crank angles at which intake valves and / or exhaust valves are opened or closed.
  • step z. B. Störsigna ⁇ le be detected, which are caused by the valves in question when they are actuated.
  • detectable interference signal results z. B. at the conclusion of a closing operation of a valve (inlet or outlet ⁇ valve).
  • a valve body eg valve disk
  • a mechanical shock which manifests itself as an interference signal (eg "signal peak") in the actual useful signal (representative for the cylinder pressure) makes very clearly noticeable.
  • each cylinder must be provided with at least one cylinder pressure sensor, the z. B. may be installed in the region of a respective cylinder head.
  • the noises of the opening or closing of the inlet as well as the outlet valve can be detected.
  • averaging the current setting (switching state) of the valve train adjustment device during engine operation in particular the times of interference signals can be considered, accordingly, that by opening or
  • the respective strength of the interference signals depends called characterized drapege ⁇ z. B. from the concrete selected installation position of the sensor.
  • the intake valve and the other part of the exhaust forth can be pre-call ⁇ qualitatively and / or quantitatively in the analysis distinguishable interference signals, so that advantageously, the a specific noise-inducing valve may be decorated in a simple manner identifi ⁇ (z. B. on the basis of the interference signal amplitude).
  • a determination of the current switching state of the Vers ⁇ dividing device z. B. be accomplished by the fact that hand of a predetermined algorithm (or by means of a stored in the control unit map or the like) the inference to the course of the entire valve actuation ⁇ process ("lift curve") is pulled.
  • lift curve the inference to the course of the entire valve actuation ⁇ process
  • a prerequisite for the functioning of this method of determining the current setting may be a given
  • valve timing i.e., those times or crank angles at which a valve opening operation begins or a valve closing operation ends
  • valve opening duration i.e., those times or crank angles at which a valve opening operation begins or a valve closing operation ends
  • This condition is z. B. is satisfied when the variable setting is represented by at least two (or more) of a map of the valve lift against the crank angle in their timing different lifting strokes.
  • different valve timing mean different lifting curves, so that taking into account the specific operation of the valve train adjusting from the knowledge of these valve timing on the then clearly associated lifting curves (equivalent: switching state of the valve train adjustment) can be closed.
  • the latter conclusion can z. B. be carried out by means of suitable evaluation software in the control unit, by means of which also the previous determination of the valve timing is accomplished.
  • the invention can thus be provided independently of any possibly in the area of the valve drive adjusting device. Henen position sensor information about the current setting of this adjusting device are obtained. Thus, it is particularly possible to dispense with a specially provided for this purpose position sensor.
  • the change (switching) of the operating characteristic of the relevant valve comprises a valve lift adjustment.
  • the valve drive adjusting device can be actuated to achieve different valve maximum strokes.
  • the various operating characteristics differ from each other in terms of a maximum valve lift.
  • Change (switching) of the operating characteristic of the valve in question comprises a camshaft phasing.
  • the valve drive adjusting device can be switched to change the valve timing of the valve in question.
  • the "camshaft phase adjustment” may refer to the appropriate relative rotation between the camshaft and crankshaft. In this case, the operating characteristics differ with respect to a camshaft phase from each other.
  • the change in the operating characteristic caused by the switching comprises probably a valve lift as well as a Nockenwellenpha- senver ein (ie change in the timing) of the valve in question.
  • a switching between two different operating characteristics of the valve in question is provided, wherein at least the valve (maximum) stroke is changed by the switching.
  • a camshaft sensor is provided which provides a camshaft angle dependent camshaft signal. In this regard, however, assign to the principle conceivable in the context of the invention ⁇ way to dispense with the use of a camshaft sensor or the camshaft signal thus supplied in the determination of the camshaft angle.
  • a current setting of the valve train adjustment z. B. be determined that a detected based on the evaluation result time or crank angle of a certain event of a valve actuation process in relation to ei ⁇ nem detected on the basis of the camshaft signal time or crank angle of another specific event of ⁇ same valve actuation process is set.
  • Time it may be in particular those at the time (crank angle equivalent) act, when a specific valve closes (fitting a valve body at a Ven ⁇ tildicht Structure).
  • This time can z. B. in relation to the set based on the camshaft signal (usually taking into account the crankshaft signal) determined time or crank angle, to which previously the valve opening operation began. From these two times or crank angles, the time span or crank angle difference between the beginning and the end of the valve actuation can then be determined (calculated) by a simple subtraction. (Z. B. map) of the valve drive adjustment device from this difference can then again using an appropriate software algorithm or pre-stored data to the current overall SET ⁇ lung (switching state) are closed.
  • Adjustment is realized so that the opening time ⁇ point for the different stroke curves remains the same (and only the closing time (and possibly maximum stroke) is changed by the switch). In this case arise for various lift curves always different time or Kurbelwin ⁇ keldifferenzen between the beginning and end of the valve actuation. As an alternative to determining the current switching state based on this difference, this can also be done on the basis of only the closing time.
  • this method based on a determination of a valve ⁇ closing time to determine the associated lift curve or the switching state of the valve train adjustment, but succeeds z. B. even if with the switching of the adjusting device no change in the valve closing time but only the valve (maximum) hubs a ⁇ goes forth.
  • the through seating of the valve body z. B. valve plate
  • the Subject Author ⁇ Fende valve sealing surface z. B. inlet mouth on a cylinder Derkopf
  • valve drive adjustment device can also be drawn in this case.
  • camshaft sensor provided for determining the camshaft angle. If such a camshaft sensor is provided, however, so carried out by the control unit determination of the camshaft angle in the context of the invention advantageously z. B. additionally under
  • crankshaft signal ent ⁇ speaks a tooth of a provided with a plurality of teeth encoder wheel.
  • the camshaft signal is used to encode the camshaft ⁇ angle, and in the simplest case has two different levels, the two consecutive revolutions of the crankshaft wave are assigned. However, the camshaft signal may also have other signal or pulse shapes. However, it should be ensured that the camshaft signal allows subdivision of each operating cycle of the engine into two segments (each of 360 °) corresponding to two consecutive crankshaft revolutions (720 °).
  • crankshaft signals and cam ⁇ wave signals can be advantageously provided in the context of the present invention (see. Eg. For example, DE 100 56 862 Cl).
  • Camshaft sensor supplied camshaft signal is used.
  • the case of a faulty (defective) generation of the crankshaft signal and / or the No ⁇ ckenwellensignals be diagnosed, and stored, for example, in a usual in motor vehicles diagnostic memory as an error entry.
  • the plausibility check can also be used to diagnose any assembly errors, for example incorrectly mounted camshaft drives such as toothed belts or chains.
  • the mentioned plausibility check of the crankshaft and / or camshaft signal can serve further purposes.
  • the result of the evaluation of the cylinder pressure signal with respect to spurious signals upon detection of an implausible crankshaft signal as a replacement for this crankshaft signal or to correct this crankshaft signal and / or at Determining an implausible camshaft signal as He ⁇ set for this camshaft signal or to correct this ⁇ camshaft signal is used.
  • Auswer ⁇ processing result can thus be used (to the controller) also for speed calculation and / or implementation of a run-flat running with a defective crankshaft sensor or a defect in the provision of the crankshaft signal. The same applies to the case of a defective camshaft sensor or ei ⁇ ner erroneous provision of the camshaft signal.
  • a further option which is interesting in the context of the invention is to take into account the evaluation result for the detection and then preferably adaptation of deviations in the valve train or the valve drive adjusting device as a result of component tolerances and / or aging.
  • component tolerances and aging it may in particular lead to a deviation of the design times or angles for valve opening operations and valve closing operations.
  • the information obtained only on the basis of the camshaft signal and / or a position sensor signal of the valve drive adjusting device would be inaccurate, what the times or angles of the actual opening and
  • the cylinder pressure signal provides an additional benefit for determining the current setting of valve train adjustment devices such.
  • the evaluation result obtained on the basis of the cylinder pressure signal can in particular be used to determine the precise (actual) actual function of the valve drive adjusting device. Go out of the evaluation result precise timing of the relevant processes in Ven ⁇ tiltrieb shows which as a valuable actual information for an otherwise z.
  • B. in a conventional manner implemented processing or use of information about the switching state can serve.
  • a solvent used for controlling the internal combustion engine control device may be provided as an electronic program-controlled to the special ⁇ control unit in a conventional manner (eg. B. microcontrollers troller).
  • the control unit is developed in such a way (for example by a corresponding modification of the control software) that a control method of the type described above is thus carried out.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an internal combustion engine in the form of a 4-stroke gasoline engine
  • FIG. 2 is an illustration of a cylinder pressure signal fau ⁇ fes as a function of the crank angle in the engine of Fig. 1,
  • FIG. 3 is a plot of high pass filtered cylinder pressure signal over the crank angle
  • Fig. 4 two cylinder pressure waveforms in a Dar ⁇ position corresponding to FIG. 2, for two different switching states of a valve train adjustment device in the motor of FIG. 1,
  • FIG. 5 is an illustration different valve lift curves in
  • Fig. 1 illustrates an internal combustion engine 10, exemplified is at wel ⁇ cher here to a four-cylinder 4-stroke gasoline engine.
  • Each cylinder 12 is at least one injection valve or Kraftstoffinj injector 14 for injecting fuel (here:
  • each cylinder 12 is assigned at least one inlet valve 16 and at least one outlet valve 18 and at least one camshaft for actuating the inlet and outlet valves.
  • a camshaft 20 for actuating the intake valves 16 and a further (not shown) camshaft for actuating the exhaust valves 18 is provided.
  • An electronic control unit 24 inter alia, a dependent of the rotational position of the camshaft 20 Nockenwel ⁇ lens signal CAM and a dependent of the rotational position of the crankshaft 22 crankshaft signal CRK are entered.
  • These signals CAM and CRK are generated by a suitable sensor system, here a camshaft sensor 26 and a crankshaft sensor 28. In a manner known per se, the signals CAM and CRK are each generated as rectangular signals.
  • Each pulse of the crankshaft signal CRK corresponds to a tooth of a sensor wheel, wherein a double tooth gap for a synchronizing pulse after each full Umdre ⁇ hung (360 °) of the crankshaft 22 provides.
  • the circumference of the sender wheel z. B. 30 or 60 teeth (minus the missing at the "gap" teeth) arranged.
  • the two different levels of the cam signal CAM correspond to two successive revolutions of the crankshaft 22. With respect to these codes of the rotational positions of the crankshaft 22 and the camshaft 20 is hereby z.
  • German patent DE 100 56 862 Cl in which resulting in engine operation time profiles of such sensor signals CRK and CAM are shown in the drawing and described in more detail.
  • the electronic control unit 24 controls ⁇ specific particular, the fuel injection (injection timings and injection amounts) into the cylinder 12 by means of the respectively associated fuel injector 14 (arrival control signal INJ).
  • other operations of the internal combustion engine 10 are controlled with the control unit 24, as here in particular a spark ignition (ignition timing) with ⁇ each of a cylinder 12 each associated spark plug 30 (high voltage pulse IGN).
  • a valvetrain adjusting device 21 shown symbolically in FIG. 1 serves to controllably change the operating characteristic of the valve actuated by means of the camshaft 20 (here: inlet valve 16).
  • the operation of the intake valve 16 does not take place un ⁇ indirectly or indirectly via a mechanism invariable . (eg. B. simple rocker arms etc.), but as shown in Figure 1 Darge ⁇ provides via the controllable means of an output from the control unit 24 adjust signal VADJ valve train adjusting means 21.
  • the operating characteristic in this case, the relationship between the current angular position the camshaft 20 (camshaft angle) and current valve lift VLFT (see Fig. 5) of the valve 16 switched ⁇ who.
  • only two different actuation characteristics are provided for this valve 16, namely one with a relatively large valve (maximum) and one stroke with a relatively small valve (maximum).
  • Fig. 5 shows the corresponding lift curves L16-1 (for forming inlet valve 16, wherein a large stroke) and L16-2 (for Einlassven ⁇ til 16 wherein a small stroke).
  • L16-1 for forming inlet valve 16, wherein a large stroke
  • L16-2 for Einlassven ⁇ til 16 wherein a small stroke
  • ⁇ special for an optimal specification of the injection timing and / or the fuel quantities to be injected as a function of the current switching state of the valvetrain
  • Adjusting device 21 it is necessary to obtain the most accurate information about the current setting of the valve drive adjusting device 21.
  • a corresponding "position sensor” may be provided which, as symbolized in Fig. 1 with the dashed line, a corresponding sensor signal to the controller 24 supplies. It should be noted at this point that such a La ⁇ sensor in the illustrated internal combustion engine 10 is unnecessary, since the current setting (switching state) of Valve drive adjusting device 21 as described here can be determined in other ways.
  • Fig. 5 illustrates the foreseen in beschrie ⁇ surrounded embodiment variation of the supply ⁇ Actuate the characteristic in which both the valve operating duration and the valve lift of the intake valve 16 are vari ⁇ ated.
  • control unit 24 By means of the control unit 24 according to an algorithm for controlling the device 21 generated adjustment signal VADJ can be z.
  • an electro-mechanical or elektrohyd- raulischer actuator are controlled, which is arranged as an actuator for switching between the two operating characteristics (corresponding to the lift curves L16-1 and L16-2 in Fig. 5) in the valve drive adjusting device 21.
  • the switching effected by changing the actuation characteristic may be deviate from the illustrated example ⁇ accordingly realized by means of a control device, which is independent of the control unit 24th For this comes z. B. into consideration, to use a hydraulic ⁇ switching mechanism for switching in response to an engine oil pressure.
  • valve train adjusting device in the form of a so-called "phase converter”, by means of which z. B. load and / or speed-dependent rotation of the respective Nockenwel- le (here: camshaft 20) relative to the crankshaft (and / or with respect to another camshaft) takes place.
  • phase converter z. B. load and / or speed-dependent rotation of the respective Nockenwel- le (here: camshaft 20) relative to the crankshaft (and / or with respect to another camshaft) takes place.
  • Such adjustment systems are the most widely used variable valve controls in the series use of motor vehicle engines. The cam profiles themselves and thus the maximum valve lift and the valve opening duration remain mostly unchanged in such special adjusting devices (phase converter).
  • each of the cylinders 12 is assigned a cylinder pressure sensor 32, which delivers a cylinder pressure signal P (see FIG.
  • the cylinder pressure signal P is used for the evaluation of the combustion in the cylinders 12 and, based on this, for the metering of the fuel, the air mass or a combustion exhaust gas component to be recirculated.
  • the control unit 24 further comprises an evaluation of the cylinder pressure signal P is carried out in view of the fact given by spurious signals, and that the result of this evaluation as a one ⁇ output variable when determining the switching state of the Valve gear adjusting device 21 is taken into account.
  • these interference signals allow conclusions to be drawn about the positions of the valves and thus also for example. B. on the current setting of the valve train adjusting device 21st
  • Each cylinder pressure sensor 32 may advantageously be constructed and functioning according to all pressure measurement principles already known from the prior art.
  • the sensor signal P supplied therefrom is primarily determined by the pressure prevailing in the relevant cylinder 12, in practice, to some extent as an artifact of the pressure measurement, an influence of the sensor signal P by noises or structure-borne noise is transmitted to the cylinder pressure sensors becomes.
  • causes such noises in principle z. B. by all mechanical processes in the valve train.
  • the thus generated noise ⁇ with particular those in turn are dominant, which are caused closing operation by the completion of a valve.
  • z. B placing the valve disk of the inlet valve 16 on the valve sealing area of the engine block to a corresponding (characteristic) noise signal in the cylinder pressure signal P.
  • the time (or crank angle) can thus be very accurately detected ⁇ the, at which the intake valve closes 16th
  • ⁇ the at which the intake valve closes 16th
  • an assignment of a specific interference signal to a specific valve can take place on the basis of predetermined evaluation criteria. It is better and simpler in terms of the evaluation effort if, as in the exemplary embodiment, a cylinder pressure sensor 32 per cylinder 12 is also arranged (on a limiting wall, eg in the cylinder head).
  • Fig. 2 shows an exemplary profile of a nen on the internal combustion engine 10 gemesse- means of the cylinder pressure sensor 16 cylinder pressure signal P as a function of cure ⁇ bel (waves) angle CRA.
  • the course of the signal P is shown here for the case of a towed operation of the internal combustion engine 10.
  • a similar signal curve however, also results in overrun mode.
  • FIG. 2 it can be clearly seen that at a crank angle CRA of approximately -140 °, an interference signal S1 is superimposed on the actual cylinder pressure curve, which interference signal can be assigned to the closing of the inlet valve 16 in the example illustrated.
  • the cylinder pressure signal P is first high-pass filtered. 3 shows the result of a high-pass filtering of the cylinder pressure signal P of FIG. 2.
  • the high-pass-filtered signal PD consists, as shown in FIG. 3, almost only of the interference signals, so that in a subsequent evaluation stage, the individual interference signals are easier to detect and the relevant Assign operations in the valve train are.
  • a "valve closed" signal of the actual cylinder pressure signal P can be determined.
  • ⁇ to a check of the filtered signal with regard to the exceeding of one or more predetermined thresholds z. B. a pattern comparison between the actually detected signal pattern and pre-stored and respective valve train operations associated signal patterns done.
  • a pattern comparison is preferably carried out only for a previously identified as such "noise waveform".
  • the beginning of such Störsignalverlaufes z. B. be detected by detecting a sudden or abnormal change of the cylinder pressure signal P.
  • the resulting waveform may be compared with pre-stored signal patterns to identify the triggering event to associate the fault with a particular valve train operation.
  • Such a procedure in which a pattern matching is carried out if necessary for the interfering signal itself, and not for a longer duration waveform, provides particularly rapid evaluation of a usable resulting ⁇ nis.
  • This evaluation result provides, in the illustrated example so exporting approximately ⁇ those time or crank angle CRA, wherein the inlet valve 16 closes.
  • FIG. 4 shows a section of the illustration of FIG. 2, wherein, however, two curves PI and P2 of the cylinder pressure signal P are shown, which correspond to the two different actuation characteristics of the valve drive adjusting device 21.
  • this interference signal S2 is proposedgeru ⁇ fen by the end of the closing operation of the intake valve 16 when actuated according to the lift curve L16-2.
  • FIGS. 4 and 5 as closed by the software running in the control unit 24 from the ⁇ ser "valve closes" information on the current SET ⁇ ment (switching state) of the valve train adjusting device 21 is closed.
  • the current crankshaft angle CRA is determined in the control unit 24 on the basis of the sensor signals CRK and CAM.
  • crank angle information in the example shown, CRA1 or CRA2, the detected disturbance can already be unambiguously assigned to the currently present switching state (eg corresponding to the lift curve L16-1).
  • This z. B. by a comparison of the determined crank angle (CRA1) with pre ⁇ stored in the engine control unit 24 possible sol ⁇ chen crank angles (eg., CRA1 and CRA2).
  • the qualitative difference between the possible interference signals (S1 and S2) in the case of such an evaluation or for plausibility of the evaluation result can also be used by the software running in the control unit 24.
  • the signal Sl play has a much larger amplitude than the signal S2 at ⁇ .
  • such qualitative differences can recognize the motor ⁇ control and thus ER- the current switching state mittein or detect a switchover of the actuation characteristic detected.
  • the motor controller assigning the result of the evaluation of the cylinder pressure signal P can be made at a plurality of possible switching states, more generally, by a suitable software algorithm or by using a pre-ge ⁇ stored characteristic field or the like.
  • the result of the Auswer ⁇ tung the cylinder pressure signal P is at first the time or crank angle (CRA1), wherein the inlet valve 16
  • the time determined in this special manner (and / or another characteristic of the detected interference signal S1) is supplied as an input to that part of the engine control software running in the control unit 24, which supplies as output a quantity in the software which is representative of the switching state the valve train adjusting device 21 is. This output quantity is thus calculated in the software depending on the input variable.
  • the switching state of the valve train adjustment device 21 is then fed as an input variable that part of the engine control software, which (if necessary taking also in consideration of other engine operating parameters) accomplishes the setting the injection timings and the Constant ⁇ sprayed quantities of fuel.
  • injection timings and fuel quantities depend on which operating characteristic ("large valve lift” or "small valve lift") is currently being used.
  • an injection quantity specification can be built using the inventive evaluation of the cylinder pressure signal with respect to the valve actuation for operations charac ⁇ rule interference, in which a specially for the detection of current setting of the valve train account for adjusting the position sensor 21 provided or (z. B. aging-related) variations of the position sensor signal may advantageously be adap ⁇ advantage.
  • the Anam ⁇ ltechnik the cylinder pressure sensor 32 is ⁇ uses to noise in the internal combustion engine 10 in order to derive first derive an information about the current position of at least one valve, and (by an optionally further evaluation in the field of HEADUNITS ⁇ tes 24) a useful information (eg CRA1) for determining the setting of the valve train adjustment device 21.
  • a useful information eg CRA1
  • the control unit 24 With the use of times such as "valve closes", which are determined from the cylinder pressure signal P, the control unit 24 is always a real physical feedback on the position of the valve. This information can therefore be used advantageously in determining the state of the corresponding adjustment system.
  • this information z. B. be used to detect or adapt to errors or deviations in camshaft position sensors (the variable valve timing).

Abstract

Die Erfindung betrifft die Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Kraftstoffinjektor (14) je Zylinder (12), mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung wenigstens eines Einlassventils (16) und/oder wenigstens eines Auslassventils (18), wobei eine Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) zur steuerbaren Umschaltung zwischen verschiedenen Ventil-Betätigungscharakteristiken vorgesehen ist, optional einem Nockenwellensensor (26), der ein vom Nockenwellenwinkel abhängiges Nockenwellensignal (CAM) liefert, einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel (CRA) darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) liefert, und einem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinjektoren (14) so steuert, dass sie vorgegebene Kraftstoffmengen zu vorgegebenen Einspritzzeitpunkten einspritzen, wobei diese Vorgaben in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) erfolgen. Zur Gewinnung einer Information über diesen Schaltzustand wird mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor (32) zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder (12) geliefertes Zylinderdrucksignal (P) im Hinblick auf Störsignale (S1, S2) ausgewertet und das Auswertungsergebnis bei einer Ermittlung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) für die Vorgabe der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und/oder der Einspritzzeitpunkte berücksichtigt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Steuergerät zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7, zum Steuern einer Brennkraftmaschine .
Insbesondere betrifft die Erfindung somit z. B. die Steuerung von einem Otto- oder Dieselmotor, der als Antriebsquelle in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug oder als eine von mehreren Antriebsquellen in einem Hybridfahrzeug verwendet wird. Aus diesem automobilen Anwendungsbereich sind Verfahren und Steuergeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 in viel¬ fältigen Ausführungen bekannt.
Die bei einer solchen Steuerung verwendete Ventiltrieb- VerStelleinrichtung zur steuerbaren Umschaltung zwischen wenigstens zwei verschiedenen Betätigungscharakteristiken
("Hubkurven") wenigstens eines mittels einer Nockenwelle be¬ tätigten Ventils (Einlassventil oder Auslassventil) ermög¬ licht vorteilhaft eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und/oder eine Leistungssteigerung im Vergleich zu Brennkraftmaschinen ohne Ventiltrieb-Verstelleinrichtung .
Ventiltrieb-Verstelleinrichtungen bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Es seien hier beispielhaft drei erwähnt: Bei der VerStelleinrichtung "Valvetronic" (BMW) wird mittels eines elektrischen Stellmotors und einer Exzenterwel¬ le ein zwischen Nockenwelle und Ventilstössel angeordneter Betätigungsmechanismus zur Erzielung eines variablen Ven- til (maximal ) hubs in Abhängigkeit von bestimmten Betriebspara¬ metern der Brennkraftmaschine verstellt. Diese Verstellung des Ventilhubs kann kombiniert werden mit einer so genannten Nockenwellenphasenverstellung, bei welcher abhängig vom Be- triebszustand der Brennkraftmaschine außerdem eine relative Verstellung von Kurbelwelle und Nockenwelle zueinander und somit eine Veränderung der Ventil-Steuerzeiten vorgenommen wird. Von der Versteileinrichtung "VTEC" (Honda) existieren verschiedene Varianten, denen gemeinsam ist, dass in Abhän- gigkeit von bestimmten Parametern des Motorbetriebs eine Um- schaltung zwischen verschiedenen Betätigungscharakteristiken erfolgt. Bei der Versteileinrichtung "Ti-VCT" (Ford) ist eine Verstellung mittels hydraulischer Aktuatoren vorgesehen. Die Verstellung wird in Abhängigkeit von der Motorlast stufenlos mittels einer elektronischen Kennfeld-Steuerung vorgenommen. Die drei vorstehend erwähnten Versteileinrichtungen werden jeweils von einem elektronischen Motorsteuergerät gesteuert, welches auch die Kraftstoffinj ektoren zur Einspritzung vorgegebener Kraftstoffmengen ansteuert. Es ist jedoch auch mög- lieh, derartige Ventiltrieb-Verstelleinrichtungen während des Motorbetriebs autonom bzw. mit einer vom eigentlichen Motorsteuergerät unabhängigen Steuereinrichtung anzusteuern. Hierfür sind z. B. hydraulische Aktoren (z. B. durch Motoröldruck beaufschlagt), pneumatische Ansteuerungen oder z. B. Flieh- kraftversteller (z. B. für eine Kurbelwellendrehzahlabhängig- keit) denkbar.
Die bekannten Ventiltrieb-Verstelleinrichtungen lassen sich außerdem hinsichtlich der Variabilität der Verstellung in zwei Kategorien unterteilen, nämlich diskontinuierlich variable Systeme und kontinuierlich variable Systeme.
Ein diskontinuierlich variables System kann z. B. so aufgebaut sein, dass pro Ventil mehrere verschiedene Profile auf der Nockenwelle aufgebracht sind. Jedes Profil resultiert in einer anderen Hubkurve für das Ventil, wobei immer nur ein Profil aktiv sein kann und zwischen den verschiedenen Profilen umgeschaltet werden kann. Bei Konzepten dieser Art wird ein Wechsel der Hubkurve sprunghaft durchgeführt.
Kontinuierlich variable Systeme bieten demgegenüber eine weitergehende Variabilität des Ventiltriebs. Da diese Systeme eine stufenlose Veränderung der Ventilbetätigungscharakteris- tik ermöglichen, entfallen damit z. B. die durch eine sprunghafte Umschaltung ansonsten entstehenden Schwierigkeiten. Kontinuierliche Systeme werden vor allem zur verlustarmen Laststeuerung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Beispielsweise kann über die Variabilität der Hubkurve eines Einlass- ventils die Luft- bzw. Gemischzufuhr zum Brennraum gesteuert werden .
Insbesondere bei diskontinuierlich variablen Systemen, welche also eine sprunghafte Umschaltung zwischen verschiedenen Be- tätigungscharakteristiken vorsehen, sollte für eine optimale Steuerung der Verbrennung ebenfalls sprunghaft eine entspre¬ chende Veränderung der zur Motorsteuerung verwendeten Parameter erfolgen. Hierzu zählen z.B. die Parameter, welche bei der Vorgabe (Berechnung) der einzuspritzenden Kraftstoffmen- gen und/oder der Einspritzzeitpunkte bzw. -kurbelwinkel ver¬ wendet werden. Um die Motorsteuerung im "richtigen Moment" umschalten zu können, benötigt das Steuergerät jedoch eine zuverlässige Information über den aktuellen Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung . Diese Information muss stän- dig auf dem "aktuellen Stand" gehalten werden bzw. bei einer Veränderung des Schaltzustandes entsprechend aktualisiert werden. Wenn ein Umschalten der Ventiltrieb-
Verstelleinrichtung beispielsweise zu irgendeinem Zeitpunkt während eines sequenziellen Betriebes einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine erfolgt, so sollte die veränderte Vorgabe der Parameter idealerweise bereits sofort für die diesem Zeitpunkt nachfolgende Motorsteuerung, insbesondere für die betreffenden Steuervorgänge (z. B. Zündung, Einspritzung etc.) spätestens des "nächsten Zylinders" (in der Betriebsse¬ quenz) wirksam sein. Es ist also eine präzise Information über den Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung erforderlich, um die Verbrennung optimal zu steuern. Zwar könnte eine solche Information mittels eines an der Ven- tiltrieb-Verstelleinrichtungen installierten Lagesensors gewonnen werden, welcher ein den aktuellen Schaltzustand der Versteileinrichtung darstellendes Lagesensorsignal an das Steuergerät liefert.
Ein derartiges Lagesensorsignal könnte dann als Eingangsin¬ formation bei der Ermittlung des Schaltzustandes der Ventil- trieb-Verstelleinrichtung durch das elektronische Motorsteuergerät berücksichtigt werden.
Nachteilig würde die Anordnung eines Lagesensors an der Ven- tiltrieb-Verstelleinrichtung jedoch einen gewissen konstruktiven Aufwand bedeuten, insbesondere wenn das davon gelieferte Sensorsignal den tatsächlichen aktuellen Schaltzustand mit großer Genauigkeit darstellen soll.
Es wäre daher wünschenswert, die Gewinnung einer Information über den aktuellen Schaltzustand bzw. die aktuelle Einstel¬ lung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zu vereinfachen, insbesondere um damit eine rasche und präzise Veränderung der Einspritzmengenvorgabe (und ggf. weiterer Steuervorgänge bzw. Parameter hierfür) in Folge einer Veränderung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder geliefertes Zylinderdrucksignal im Hinblick auf Störsignale ausgewertet wird, und dass das Auswertungsergebnis bei einer Ermittlung des Schalt¬ zustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung für die Vorgabe der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und/oder der Einspritzzeitpunkte berücksichtigt wird. Dieses Auswertungsergebnis kann als solches als ein die aktu¬ elle Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung darstellendes "Sensorsignal" verwendet werden. Alternativ kann die¬ ses Auswertungsergebnis jedoch auch in Ergänzung zu einem La¬ gesensorsignal dem Steuergerät zugeführt werden, sei es z. B. um eine Redundanz bei der Ermittlung der aktuellen Einstellung oder z. B. eine Verbesserung der Genauigkeit bei dieser Ermittlung zu realisieren. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Auswertungsergebnis außerdem zur Durchführung einer Diagnose hinsichtlich einer einwandfreien Funktion der Ventiltrieb-Umschaltung verwendet werden kann. Falls z. B. mittels des Steuergerätes eine Umschaltung ange¬ steuert wird, das Auswertungsergebnis jedoch keine ordnungs¬ gemäße tatsächliche Verstellung (Umschaltung) widerspiegelt, so liegt ein Fehler vor, bei dessen Detektion eine geeignete Warnung generiert bzw. ein Eintrag in einem Diagnosespeicher veranlasst werden kann.
Zylinderdrucksensoren sind im Bereich der Motortechnik an sich bekannt und dienen der Messung des Zylinderdrucks. Das Zylinderdrucksignal wird im Stand der Technik lediglich für die Auswertung der Verbrennung herangezogen. Damit können z. B. Fehler bei der Zumessung des Kraftstoffes, der Luftmasse oder eines zurückgeführten Verbrennungsabgasanteils bestimmt bzw. korrigiert werden. Im Falle einer mehrzylindrigen Brenn- kraftmaschine wird im Stand der Technik hierfür entweder nur ein einziger Zylinderdrucksensor an einem der Zylinder als Repräsentant für die Gesamtheit aller Zylinder herangezogen, oder alternativ für jeden Zylinder ein eigener Zylinderdruck- sensor vorgesehen.
Die vorliegenden Erfinder haben nun erkannt, dass derartige Zylinderdrucksensoren üblicherweise eine so hohe Empfindlichkeit bzw. ein so hohes Auflösungsvermögen bei der Messung des Zylinderdruckes besitzen, dass diese auch anfällig für Stör¬ geräusche sind, die sich (als Körperschall) durch einen z. B. metallischen Zylinderblock ausbreiten. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die durch derartige Störgeräusche hervorgerufenen Störsignale in einem oder mehreren Zylinderdrucksignalen, die durch einen oder mehrere Zylinderdrucksensoren erfasst werden, als Informationsquelle betref¬ fend den Motorzustand, insbesondere Zustand der Ventiltrieb- Verstelleinrichtung zu nutzen. Wenn eine oder mehrere Nockenwellen sich drehen, um damit den Ventiltrieb (Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen) zu bewerkstelli¬ gen, so entstehen Geräusche, welche zu charakteristischen Störsignalen in dem bzw. den Zylinderdrucksignalen führen. Durch die erfindungsgemäße Auswertung des (wenigstens einen) Zylinderdrucksignals im Hinblick auf solche Störsignale kön- nen somit vorteilhaft Rückschlüsse auf die aktuelle Einstel¬ lung gezogen werden. Dies z. B. durch Anwendung geeignet vorbestimmter Auswertungskriterien, anhand derer im Motorsteuergerät eine Identifikation von Vorgängen im Ventiltrieb erfolgt, und nachfolgende Ermittlung der aktuellen Einstellung anhand der zuvor identifizierten Vorgänge im Ventiltrieb.
Ein mögliches Auswertungskriterium kann z. B. darin bestehen, plötzliche Änderungen, also etwa Unstetigkeiten bzw. "Signalspitzen" im gemessenen Druckverlauf zu detektieren und anhand ihrer Charakteristik (z. B. Amplitude, Frequenzanteile, Dauer etc.) und/oder anhand zusätzlicher Informationen über die Motorposition (z. B. Kurbelwellensignal, Nockenwellensignal etc.) einem ganz bestimmten Vorgang im Ventiltrieb (z. B. Ventilöffnungs- oder Ventilschließungsvorgang) zuzuordnen. Eine derartige Vorgehensweise ist wesentlich einfacher, schneller und oftmals präziser als z. B. eine Auswertung auf Basis eines Vergleiches des gemessenen Druckverlaufes (Zylin¬ derdrucksignal) mit vorab gespeicherten typischen Druckver- läufen.
Insbesondere kann die Auswertung eine Identifikation von Zeitpunkten bzw. Kurbelwinkeln umfassen, bei denen Einlassventile und/oder Auslassventile geöffnet oder geschlossen werden. Für diesen Auswertungsschritt können z. B. Störsigna¬ le detektiert werden, die durch die betreffenden Ventile bei deren Betätigung hervorgerufen werden.
Ein in der Praxis besonders deutlich hervortretendes und so- mit vergleichsweise einfach durch eine Auswertung
detektierbares Störsignal ergibt sich z. B. beim Abschluss eines Schließvorganges eines Ventils (Einlass- oder Auslass¬ ventil) . Das zu diesem Zeitpunkt erfolgende Aufsetzen eines Ventilkörpers (z. B. Ventilteller) auf eine Dichtungsfläche im Bereich einer den zugehörigen Zylinder begrenzenden Wandung führt zu einer mechanischen Erschütterung, die sich als Störsignal (z. B. "Signalspitze") im eigentlichen Nutzsignal (repräsentativ für den Zylinderdruck) sehr deutlich bemerkbar macht .
Im Fall einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ist es ins¬ besondere im Hinblick auf eine einfache und zuverlässige Identifizierung desjenigen Ventils, welches ein bestimmtes Störsignal hervorgerufen hat, bevorzugt, dass die Zylinder- drucksignale von sämtlichen Zylindern jeweils zugeordneten Zylinderdrucksensoren ausgewertet werden. Hierfür muss jeder Zylinder mit mindestens einem Zylinderdrucksensor versehen sein, der z. B. im Bereich eines betreffenden Zylinderkopfes eingebaut sein kann.
Grundsätzlich können mit einem Zylinderdrucksensor und geeigneter Auswertung des davon gelieferten Zylinderdrucksignals die Geräusche des Öffnens bzw. des Schließens des Einlass- wie auch des Auslassventils erfasst werden. Für die Ermitt¬ lung der aktuellen Einstellung ( Schaltzustand) der Ventil- trieb-Verstelleinrichtung während des Motorbetriebes können dementsprechend insbesondere die Zeitpunkte von Störsignalen berücksichtigt werden, welche durch ein Öffnen oder ein
Schließen eines Einlassventils oder eines Auslassventils her¬ vorgerufen werden. Die jeweilige Stärke der dadurch hervorge¬ rufenen Störsignale hängt z. B. von der konkret gewählten Einbauposition des Sensors ab. Durch einen entsprechenden Einbau des Zylinderdrucksensors, beispielsweise näher einem Einlassventil als einem Auslassventil des betreffenden Zylin¬ ders, können qualitativ und/oder quantitativ im Rahmen der Auswertung voneinander unterscheidbare Störsignale einerseits des Einlassventils und andererseits des Auslassventils her¬ vorgerufen werden, so dass vorteilhaft das ein bestimmtes Störsignal hervorrufende Ventil in einfacher Weise identifi¬ ziert werden kann (z. B. anhand der Störsignalamplitude) .
Falls es sich bei dem zur Ermittlung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung als Eingangsgröße berücksich- tigten Auswertungsergebnis um die Zeitpunkte bzw. Kurbelwin¬ kel handelt, zu denen ein bestimmter Ventilöffnungsvorgang beginnt, oder Ventilschließvorgang endet, so kann im Steuergerät eine Ermittlung des aktuellen Schaltzustandes der Vers¬ teileinrichtung z. B. dadurch bewerkstelligt werden, dass an- hand eines vorbestimmten Algorithmus (bzw. mittels eines im Steuergerät abgespeicherten Kennfeldes oder dergleichen) der Rückschluss auf den Verlauf des gesamten Ventilbetätigungs¬ vorganges ("Hubkurve") gezogen wird. Die Information über den Verlauf der Hubkurve (z. B. in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel) ist jedoch gleichbedeutend mit einer Information über die aktuelle Einstellung ( Schaltzustand) der Versteileinrichtung.
Eine Voraussetzung für das Funktionieren dieser Methode der Ermittlung der aktuellen Einstellung kann ein vorgegebener
Zusammenhang zwischen den Ventilsteuerzeiten (d. h. denjenigen Zeitpunkten bzw. Kurbelwinkeln, zu denen ein Ventilöffnungsvorgang beginnt bzw. ein Ventilschließvorgang endet) und/oder Ventilöffnungsdauer einerseits und der aktuellen Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung andererseits sein .
Diese Voraussetzung ist z. B. dann erfüllt, wenn die variable Einstellung durch wenigstens zwei (oder mehr) von sich in ei- ner Auftragung des Ventilhubs gegen den Kurbelwinkel in ihren Steuerzeiten unterscheidende Hubkurven repräsentiert wird. In diesem Fall bedeuten verschiedene Ventilsteuerzeiten verschiedene Hubkurven, so dass unter Berücksichtigung der konkreten Funktionsweise der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung aus der Kenntnis dieser Ventilsteuerzeiten auf die dann eindeutig zugeordneten Hubkurven (gleichbedeutend: Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung) geschlossen werden kann. Letzterer Rückschluss kann z. B. mittels geeigneter Auswertungssoftware im Steuergerät durchgeführt werden, mittels welcher auch die vorausgehende Ermittlung der Ventilsteuerzeiten bewerkstelligt wird.
Mit der Erfindung kann somit unabhängig von einem gegebenenfalls im Bereich der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung vorgese- henen Lagesensor eine Information über die aktuelle Einstellung dieser Versteileinrichtung gewonnen werden. Somit ist es insbesondere möglich, auf einen eigens hierfür vorgesehenen Lagesensor zu verzichten. Die "Zweckentfremdung" wenigstens eines Zylinderdrucksensors im Rahmen der Erfindung schließt hierbei keineswegs aus, dass das oder die gewonnenen Zylin¬ derdrucksignale auch in "herkömmlicher Weise", also zur Beurteilung der Verbrennungsqualität im Motorbetrieb verwendet werden .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Veränderung (Umschaltung) der Betätigungscharakteristik des betreffenden Ventils eine Ventilhubverstellung umfasst. Damit ist gemeint, dass die Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zur Erzielung unter- schiedlicher Ventilmaximalhübe angesteuert werden kann. In diesem Fall unterscheiden sich die verschiedenen Betätigungscharakteristiken hinsichtlich eines maximalen Ventilhubes voneinander . Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die
Veränderung (Umschaltung) der Betätigungscharakteristik des betreffenden Ventils eine Nockenwellenphasenverstellung umfasst. Damit ist in einem weiteren Sinne gemeint, dass die Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zur Veränderung der Ventil- Steuerzeiten des betreffenden Ventils umschaltbar ist. Im engeren Sinne kann die "Nockenwellenphasenverstellung" die hierfür geeignete Relativverdrehung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle bezeichnen. In diesem Fall unterscheiden sich die Betätigungscharakteristiken hinsichtlich einer Nockenwellen- phase voneinander.
In einer bevorzugten, die vorstehend genannten Möglichkeiten kombinierenden Ausführungsform umfasst die durch die Umschaltung bewirkte Veränderung der Betätigungscharakteristik so- wohl eine Ventilhubverstellung als auch eine Nockenwellenpha- senverstellung (also Veränderung der Steuerzeiten) des betreffenden Ventils. In einer Ausführungsform ist eine Umschaltung zwischen zwei verschiedenen Betätigungscharakteristiken des betreffenden Ventils vorgesehen, wobei durch die Umschaltung zumindest der Ventil (maximal ) hub verändert wird. Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen ist ein Nockenwellensensor vorgesehen, der ein vom Nockenwellenwinkel abhängiges Nockenwellensignal liefert. Diesbezüglich ist jedoch auf die im Rahmen der Erfindung prinzipiell denkbare Möglichkeit hin¬ zuweisen, auf die Nutzung eines Nockenwellensensors bzw. des damit gelieferten Nockenwellensignals bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels zu verzichten. Prinzipiell ist es denk¬ bar, zu diesem Zweck das Auswertungsergebnis betreffend die Störsignale des Zylinderdrucksignals zu nutzen. In einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Nockenwellensensor vorhanden ist, kann eine aktuelle Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung z. B. dadurch ermittelt werden, dass ein auf Basis des Auswertungsergebnisses detektierter Zeitpunkt oder Kurbelwinkel eines bestimmten Er- eignisses eines Ventilbetätigungsvorganges in Relation zu ei¬ nem auf Basis des Nockenwellensignals detektierten Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel eines anderen bestimmten Ereignisses des¬ selben Ventilbetätigungsvorganges gesetzt wird. Bei dem auf Basis des Auswertungsergebnisses detektierten
Zeitpunkt kann es sich insbesondere um denjenigen Zeitpunkt (gleichbedeutend Kurbelwinkel) handeln, zu dem ein bestimmtes Ventil schließt (Aufsetzen eines Ventilkörpers an einer Ven¬ tildichtfläche) . Dieser Zeitpunkt kann z. B. in Relation zu dem auf Basis des Nockenwellensignals (üblicherweise unter Mitberücksichtigung des Kurbelwellensignals) ermittelten Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel gesetzt werden, zu welchem zuvor der Ventilöffnungsvorgang begann. Aus diesen beiden Zeitpunk- ten bzw. Kurbelwinkeln lässt sich dann durch eine einfache Differenzbildung die Zeitspanne bzw. Kurbelwinkeldifferenz zwischen Beginn und Ende der Ventilbetätigung ermitteln (berechnen) . Aus dieser Differenz kann dann wiederum unter Verwendung eines geeigneten Softwarealgorithmus bzw. vorab ge- speicherter Daten (z. B. Kennfeld) auf die aktuelle Einstel¬ lung ( Schaltzustand) der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung geschlossen werden.
Diese Methode der Ermittlung der aktuellen Einstellung funk- tioniert z. B. dann, wenn die Variabilität der Ventiltrieb-
Verstelleinrichtung so realisiert ist, dass der Öffnungszeit¬ punkt für die verschiedenen Hubkurven gleich bleibt (und nur der Schließzeitpunkt (und ggf. Maximalhub) durch die Umschal- tung verändert wird) . In diesem Fall ergeben sich für ver- schiedene Hubkurven stets verschiedene Zeit- bzw. Kurbelwin¬ keldifferenzen zwischen Beginn und Ende der Ventilbetätigung. Alternativ zu einer Ermittlung des aktuellen Schaltzustandes anhand dieser Differenz kann dies auch anhand lediglich des Schließzeitpunktes erfolgen.
Diese Methode, auf Basis einer Ermittlung eines Ventil¬ schließzeitpunktes auch die zugehörige Hubkurve bzw. den Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zu ermitteln, gelingt jedoch z. B. auch dann, wenn mit der Umschal- tung der VerStelleinrichtung keine Veränderung des Ventilschließzeitpunktes sondern nur des Ventil (maximal ) hubs ein¬ hergeht. In diesem Fall wird sich nämlich das sich durch Aufsetzen des Ventilkörpers (z. B. Ventilteller) auf die betref¬ fende Ventildichtfläche (z. B. Einlassmündung an einem Zylin- derkopf) ergebende Störgeräusch in der Regel in Abhängigkeit vom zuvor erreichten Ventilhub verändern. Dies z. B. bedingt durch eine vom zuvor erreichten Ventilmaximalhub abhängige Geschwindigkeit, mit welcher der Ventilkörper an der Dicht- fläche auftrifft. Nachdem derartige Unterschiede des verur¬ sachten Geräusches bzw. Körperschalls jedoch bei der Auswertung des Zylinderdrucksignals detektiert werden können, kann auch in diesem Fall ein entsprechender Rückschluss auf den zuvor erreichten Ventilmaximalhub bzw. somit die Einstellung ( Schaltzustand) der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung gezogen werden .
Wie bereits erwähnt ist es denkbar, im Rahmen der Erfindung auf einen für die Ermittlung des Nockenwellenwinkels vorgese- henen Nockenwellensensor zu verzichten. Falls ein solcher Nockenwellensensor jedoch vorgesehen ist, so kann die vom Steuergerät durchgeführte Ermittlung des Nockenwellenwinkels im Rahmen der Erfindung vorteilhaft z. B. zusätzlich unter
Berücksichtung des Ergebnisses der Auswertung des Zylinder- drucksignals bewerkstelligt sein.
Die Information darüber, ob und wie schnell sich die Kurbel¬ welle dreht, wird bei bekannten Motoren anhand des Kurbelwel¬ lensignals gewonnen. Es handelt sich hierbei üblicherweise um ein "Zahnsignal": Jeder Impuls des Kurbelwellensignals ent¬ spricht einem Zahn eines mit einer Vielzahl von Zähnen versehenen Geberrades. Ein für jeweils eine Kurbelwellenumdrehung (360°) vorgesehener Synchronisationsimpuls entspricht übli¬ cherweise einer einfachen oder doppelten "Zahnlücke" nach der entsprechenden Anzahl von Zähnen.
Das Nockenwellensignal dient zur Kodierung des Nockenwellen¬ winkels, und hat im einfachsten Fall zwei unterschiedliche Pegel, die zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbel- welle zugeordnet sind. Das Nockenwellensignal kann jedoch auch andere Signal- bzw. Impulsformen aufweisen. Es sollte jedoch gewährleistet sein, dass das Nockenwellensignal eine Unterteilung jedes Arbeitsspiels des Motors in zwei Segmente (von jeweils 360°) entsprechend zwei aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen (720°) erlaubt.
Derartige, an sich bekannte Kurbelwellensignale und Nocken¬ wellensignale können vorteilhaft auch im Rahmen der vorlie- genden Erfindung vorgesehen sein (vgl. z. B. DE 100 56 862 Cl) .
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auswertungsergebnis zur Plausibilisierung des vom Kurbelwel- lensensor gelieferten Kurbelwellensignals und/oder des vom
Nockenwellensensor gelieferten Nockenwellensignals verwendet wird. Damit kann beispielsweise der Fall einer fehlerhaften (defekten) Erzeugung des Kurbelwellensignals und/oder des No¬ ckenwellensignals diagnostiziert, und beispielsweise in einem bei Kraftfahrzeugen üblichen Diagnosespeicher als Fehlereintrag gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Plausibilisierung auch zur Diagnose von irgendwelchen Montagefehlern, beispielsweise von falsch montierten Nockenwellenantrieben wie Zahnriemen oder Ketten verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die erwähnte Plausibilisierung des Kurbelwellen- und/oder Nockenwellensignals noch weiteren Zwecken dienen. So ist gemäß einer Weiterbildung beispielsweise vorgesehen, dass das Ergebnis der Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hinblick auf Störsignale bei Feststellung eines unplausiblen Kurbelwellensignals als Ersatz für dieses Kurbelwellensignal oder zur Berichtigung dieses Kurbelwellensignals und/oder bei Feststellung eines unplausiblen Nockenwellensignals als Er¬ satz für dieses Nockenwellensignal oder zur Berichtigung die¬ ses Nockenwellensignals verwendet wird. Insbesondere kann das gemäß der Erfindung vorgesehene Auswer¬ tungsergebnis somit auch zur Drehzahlberechnung und/oder Realisierung eines Notlaufes bei defektem Kurbelwellensensor bzw. einem Defekt im Bereich der Bereitstellung des Kurbelwellensignals (an das Steuergerät) verwendet werden. Dasselbe gilt für den Fall eines defekten Nockenwellensensors bzw. ei¬ ner fehlerhaften Bereitstellung des Nockenwellensignals.
Eine weitere im Rahmen der Erfindung interessante Möglichkeit besteht darin, das Auswertungsergebnis zur Erkennung und dann bevorzugt auch Adaption von Abweichungen im Ventiltrieb bzw. der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung in Folge von Bauteiltoleranzen und/oder Alterungen zu berücksichtigen. Durch Bauteiltoleranzen und Alterungen kann es insbesondere zu einer Abweichung der konstruktiv vorgesehenen Zeiten bzw. Winkel für Ventilöffnungsvorgänge und Ventilschließvorgänge kommen. In diesem Fall wäre die lediglich anhand des Nockenwellensignals und/oder eines Lagesensorsignals der Ventiltrieb- Verstelleinrichtung gewonnene Information ungenau, was die Zeitpunkte bzw. Winkel der tatsächlichen Öffnungs- und
Schließvorgänge anbelangt. Da mittels der Auswertung des Zy¬ linderdrucksignals im Hinblick auf Störsignale jedoch die tatsächlichen Öffnungs- und/oder Schließvorgänge der Ventile detektiert werden können, stellt das Auswertungsergebnis eine in der Praxis äußerst wertvolle Informationsquelle für die Motorsteuerung und insbesondere die Ermittlung des Schaltzu¬ standes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung dar.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Berücksichtigung des Ergebnisses der Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hin- blick auf die Störsignale (bzw. Mitberücksichtigung neben einem Kurbelwellensignal und/oder Nockenwellensignal) liefert das Zylinderdrucksignal einen zusätzlichen Nutzen für eine Ermittlung der aktuellen Einstellung von Ventiltrieb- Versteileinrichtungen wie z. B. diskontinuierlich variablen Systemen, bei denen für das betreffende Ventil verschiedene Profile auf der Nockenwellen aufgebracht sind, wobei zwischen den verschiedenen Profilen gewechselt werden kann. Vorteilhaft kann das auf Basis des Zylinderdrucksignals gewonnene Auswertungsergebnis insbesondere zur Ermittlung der genauen (tatsächlichen) aktuellen Funktion der Ventiltrieb- Verstelleinrichtung genutzt werden. Aus dem Auswertungsergebnis gehen präzise Zeitpunkte der relevanten Vorgänge im Ven¬ tiltrieb hervor, welche als eine wertvolle Ist-Information für eine ansonsten z. B. in herkömmlicher Weise implementierten Weiterverarbeitung bzw. Nutzung der Information über den Schaltzustand dienen können.
Ein zum Steuern der Brennkraftmaschine verwendetes Steuerge- rät kann in herkömmlicher Weise als ein elektronisches, ins¬ besondere programmgesteuertes Steuergerät (z. B. Mikrocon- troller) vorgesehen sein. Im Rahmen der Erfindung ist das Steuergerät jedoch derart weitergebildet (z. B. durch eine entsprechende Modifikation der Steuersoftware) , dass damit ein Steuerverfahren der oben beschriebenen Art durchgeführt wird .
Die oben für das Steuerverfahren bereits beschriebenen Besonderheiten bzw. Ausführungsvarianten können in analoger Weise zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergerätes vorgesehen sein. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine in Form eines 4-Takt-Ottomotors,
Fig. 2 eine Darstellung eines Zylinderdrucksignalverlau¬ fes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel bei dem Mo- tor von Fig. 1,
Fig. 3 eine Auftragung des hochpassgefilterten Zylinderdrucksignals über den Kurbelwinkel, Fig. 4 zwei Zylinderdrucksignalverläufe in einer Dar¬ stellung entsprechend der Fig. 2, für zwei verschiedene Schaltzustände einer Ventiltrieb- Verstelleinrichtung bei dem Motor von Fig. 1, und Fig. 5 eine Darstellung verschiedener Ventilhubkurven in
Abhängigkeit vom Kurbelwinkel und dem Schaltzu¬ stand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung bei dem Motor von Fig. 1. Fig. 1 veranschaulicht eine Brennkraftmaschine 10, bei wel¬ cher es sich hier beispielhaft um einen Vierzylinder-4-Takt- Ottomotor handelt.
Jedem Zylinder 12 ist mindestens ein Einspritzventil bzw. Kraftstoffinj ektor 14 zum Einspritzen von Kraftstoff (hier:
Benzin) in ein einlassseitiges Saugrohr der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet. Des Weiteren ist jedem Zylinder 12 jeweils mindestens ein Einlassventil 16 und mindestens ein Auslassventil 18 sowie mindestens eine Nockenwelle zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile zugeordnet. Im dargestellten Ausführungsbei- spiel ist eine Nockenwelle 20 zur Betätigung der Einlassventile 16 und eine weitere (nicht dargestellte) Nockenwelle zur Betätigung der Auslassventile 18 vorgesehen.
In an sich bekannter Weise besteht zwischen den Nockenwellen und einer Kurbelwelle 22 eine z. B. über eine Steuerkette oder dergleichen realisierte Drehkopplungsverbindung, welche dafür sorgt, dass die Nockenwellen im Betrieb der Brennkraft¬ maschine 10 mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 22 umlau¬ fen, um damit ein Arbeitsspiel bzw. einen Gaswechsel gemäß des 4-Takt-Verfahrens zu bewerkstelligen.
Einem elektronischen Steuergerät 24 werden unter anderem ein von der Drehstellung der Nockenwelle 20 abhängiges Nockenwel¬ lensignal CAM und ein von der Drehstellung der Kurbelwelle 22 abhängiges Kurbelwellensignal CRK eingegeben. Diese Signale CAM und CRK werden durch eine geeignete Sensorik, hier einen Nockenwellensensor 26 und einen Kurbelwellensensor 28, erzeugt . In an sich bekannter Weise werden die Signale CAM und CRK jeweils als Rechtecksignale erzeugt.
Jeder Impuls des Kurbelwellensignals CRK entspricht einem Zahn eines Geberrades, wobei eine doppelte Zahnlücke für ei- nen Synchronisationsimpuls nach jeweils einer vollen Umdre¬ hung (360°) der Kurbelwelle 22 sorgt. Typischerweise sind am Umfang des Geberrades z. B. 30 oder 60 Zähne (abzüglich der an der "Lücke" fehlenden Zähne) angeordnet. Die beiden unterschiedlichen Pegel des Nockenwellensignals CAM entsprechen zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle 22. Bezüglich dieser Kodierungen der Drehstellungen der Kurbelwelle 22 und der Nockenwelle 20 sei hiermit z. B. auf die Deutsche Patentschrift DE 100 56 862 Cl verwiesen, in welcher sich im Motorbetrieb ergebende zeitliche Verläufe solcher Sensorsignale CRK und CAM zeichnerisch dargestellt und näher beschrieben sind.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuert das elektroni¬ sche Steuergerät 24 insbesondere die Kraftstoffeinspritzung (Einspritzzeitpunkte und Einspritzmengen) in die Zylinder 12 mittels des jeweils zugeordneten Kraftstoffinj ektors 14 (An- steuersignal INJ) . Darüber hinaus werden mit dem Steuergerät 24 noch andere Vorgänge der Brennkraftmaschine 10 gesteuert, wie hier insbesondere eine Fremdzündung (Zündzeitpunkte) mit¬ tels einer jedem Zylinder 12 jeweils zugeordneten Zündkerze 30 (Hochspannungsimpuls IGN) .
Eine in Fig. 1 symbolisiert eingezeichnete Ventiltrieb- Verstelleinrichtung 21 dient zur steuerbaren Veränderung der Betätigungscharakteristik des mittels der Nockenwelle 20 be- tätigten Ventils (hier: Einlassventil 16).
Zwar besteht auch im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen Nockenwelle 20 und Kurbelwelle 22 eine feste Winkelzu¬ ordnung durch eine drehfeste Kopplung (bei welcher die No- ckenwelle 20 mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 22 um¬ läuft) .
Die Betätigung des Einlassventils 16 erfolgt jedoch nicht un¬ mittelbar bzw. mittelbar über einen invariablen Mechanismus (z. B. einfache Kipphebel etc.), sondern wie in Fig. 1 darge¬ stellt über die mittels eines vom Steuergerät 24 ausgegebenen Einstellsignals VADJ steuerbare Ventiltrieb-Verstell- einrichtung 21. Damit kann die Betätigungscharakteristik, hier also der Zusammenhang zwischen aktueller Drehwinkelstellung der Nockenwelle 20 (Nockenwellenwinkel) und aktuellem Ventilhub VLFT (vgl. Fig. 5) des Ventils 16 umgeschaltet wer¬ den. Im dargestellten Beispiel sind lediglich zwei verschiedene Betätigungscharakteristiken für dieses Ventil 16 vorge- sehen, nämlich eine mit relativ großem Ventil (maximal ) hub und eine mit relativ kleinem Ventil (maximal ) hub . Bei einer Um- schaltung zwischen diesen beiden Betätigungscharakteristiken wird im dargestellten Beispiel nicht der kurbelwinkelmäßige Beginn der Ventilbetätigung, sondern lediglich der im Verlauf der Ventilbetätigung maximal erreichte Ventilhub sowie die zeitliche Dauer der Ventilbetätigung (und somit das kurbel¬ winkelmäßige Ende) der Ventilbetätigung verändert.
Fig. 5 zeigt die entsprechenden Hubkurven L16-1 (für das Ein- lassventil 16, bei großem Hub) und L16-2 (für das Einlassven¬ til 16, bei kleinem Hub) . Außerdem ist in Fig. 5 eine
Hubkurve L18 für das Auslassventil 18 eingezeichnet. Insbe¬ sondere für eine optimale Vorgabe der Einspritzzeitpunkte und/oder der einzuspritzenden Kraftstoffmengen in Abhängig- keit vom aktuellen Schaltzustand der Ventiltrieb-
Verstelleinrichtung 21 ist es erforderlich, eine möglichst genaue Information über die aktuelle Einstellung der Ventil- trieb-Verstelleinrichtung 21 zu gewinnen. Hierfür könnte z. B. ein entsprechender "Lagesensor" vorgesehen sein, welcher wie in Fig. 1 mit der gestrichelten Linie symbolisiert ein entsprechendes Sensorsignal an das Steuergerät 24 liefert. Es sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass ein solcher La¬ gesensor bei der dargestellten Brennkraftmaschine 10 entbehrlich ist, da die aktuelle Einstellung ( Schaltzustand) der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21 wie hier beschrieben in anderer Weise ermittelt werden kann.
Der Zweck der Umschaltung der Ventilbetätigungscharakteristik ist es, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebspara¬ metern des betreffenden Motors (Last, Drehzahl etc.) die Ventilsteuerzeiten zu verändern (z. B. um die so genannte Ventilüberschneidung zu variieren) und/oder den Ventil (maximal ) hub in Abhängigkeit von derartigen Betriebspara- metern zu variieren. Fig. 5 veranschaulicht die im beschrie¬ benen Ausführungsbeispiel vorgesehene Veränderung der Betäti¬ gungscharakteristik, bei welcher sowohl die Ventilbetätigungsdauer als auch der Ventilhub des Einlassventils 16 vari¬ iert werden.
Mittels des vom Steuergerät 24 gemäß eines Algorithmus zur Steuerung der Einrichtung 21 erzeugten Einstellsignals VADJ kann hierfür z. B. ein elektromechanischer oder elektrohyd- raulischer Aktor angesteuert werden, der als ein Stellglied zur Umschaltung zwischen den zwei Betätigungscharakteristiken (entsprechend den Hubkurven L16-1 und L16-2 in Fig. 5) in der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21 angeordnet ist.
Die durch Umschaltung bewirkte Veränderung der Betätigungs- Charakteristik (hier: für das Einlassventil 16) könnte abwei¬ chend vom dargestellten Beispiel auch mittels einer Steuereinrichtung realisiert sein, die unabhängig von dem Steuergerät 24 ist. Hierfür kommt z. B. in Betracht, einen hydrauli¬ schen Umschaltmechanismus zur Umschaltung in Abhängigkeit von einem Motoröldruck einzusetzen.
Falls abweichend vom dargestellten Beispiel mit der Verände¬ rung der Betätigungscharakteristik eine Veränderung der Ventilsteuerzeiten (Verfrühung oder Verspätung) bewirkt werden soll, so könnte dies auch mittels einer Ventiltrieb- Verstelleinrichtung in Form eines so genannten "Phasenwandlers" realisiert werden, mittels welchem z. B. Last- und/oder Drehzahl-abhängig eine Verdrehung der betreffenden Nockenwel- le (hier: Nockenwelle 20) gegenüber der Kurbelwelle (und/oder gegenüber einer weiteren Nockenwelle) erfolgt. Derartige Verstellsysteme sind die am weitesten verbreiteten variablen Ventilsteuerungen im Serieneinsatz von Kraftfahrzeugmotoren. Die Nockenprofile selbst und somit der maximale Ventilhub und die Ventilöffnungsdauer bleiben bei derartigen speziellen Versteileinrichtungen (Phasenwandler) zumeist unverändert.
Nach einer Initiierung der Umschaltung der Betätigungscharakteristik mittels des Einstellsignals VADJ vergeht eine gewis- se Zeit, bis die neue Betätigungscharakteristik
tatsächlichwirksam ist. Diese Zeit hängt von einer Vielzahl von Umständen ab. Dazu zählen nicht nur Motorparameter wie z. B. die Drehzahl etc., zu denen dem Motorsteuergerät genaue Informationen vorliegen, sondern auch Umstände, zu denen kei- ne solchen Informationen vorliegen. Nachdem die Zeit zwischen Initiierung und Wirksamwerden der neuen Betätigungscharakteristik daher in der Praxis variiert und nicht ganz exakt vor¬ hersehbar ist, stellt das initiierende Ansteuersignal VADJ selbst kein "Sensorsignal" dar, welches eine genaue Vorhersa- ge für den Zeitpunkt der tatsächlichen Umschaltung des Ventiltriebes erlauben würde. Zu bedenken ist außerdem, dass z. B. durch Toleranzen und Alterungserscheinungen im Laufe der Zeit Abweichungen zwischen der konstruktiv vorgesehenen und der tatsächlich realisierten Betätigungscharakteristik auf- treten können. Letztere Problematik könnte prinzipiell zwar durch den bereits erwähnten "Lagesensor" gelöst werden. Damit verbunden ist jedoch ein entsprechender konstruktiver Aufwand zur Bereitstellung des Lagesensorsignals, insbesondere wenn dieses Signal mit hoher Genauigkeit die aktuelle Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung darstellen soll.
Diese Problematik ist bei der dargestellten Brennkraftmaschi- ne 10 dadurch gelöst, dass jedem der Zylinder 12 ein Zylinderdrucksensor 32 zugeordnet ist, welcher ein den aktuellen Zylinderdruck darstellendes Zylinderdrucksignal P (vgl. Fig. 2) an das Steuergerät 24 liefert. Mittels der im Steuergerät 24 ablaufenden Motorsteuersoftware wird das Zylinderdrucksig- nal P für die Auswertung der Verbrennung in den Zylindern 12 und darauf aufbauend für die Zumessung des Kraftstoffes, der Luftmasse oder eines zurückzuführenden Verbrennungsabgasanteils herangezogen. Für die Lösung der vorstehend erläuterten Problematik entscheidend ist jedoch, dass mittels des Steuer- gerätes 24 ferner eine Auswertung des Zylinderdrucksignals P im Hinblick auf darin enthaltene Störsignale durchgeführt wird, und dass das Ergebnis dieser Auswertung als eine Ein¬ gangsgröße bei der Ermittlung des Schaltzustandes der Ventil- trieb-Verstelleinrichtung 21 berücksichtigt wird. Wie nach- folgend erläutert, erlauben diese Störsignale Rückschlüsse auf die Stellungen der Ventile und somit auch z. B. auf die aktuelle Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21.
Jeder Zylinderdrucksensor 32 kann vorteilhaft nach allen aus dem Stand der Technik bereits bekannten Druckmessprinzipien aufgebaut sein und funktionieren. Wenngleich das davon gelieferte Sensorsignal P in erster Linie von dem im betreffenden Zylinder 12 herrschenden Druck bestimmt wird, so ergibt sich in der Praxis, gewissermaßen als Artefakt der Druckmessung, eine Beeinflussung des Sensorsignals P durch Geräusche bzw. durch Körperschall, welcher zu den Zylinderdrucksensoren übertragen wird. Verursacht werden solche Geräusche prinzipiell z. B. durch sämtliche mechanischen Vorgänge im Ventiltrieb. Unter den so¬ mit erzeugten Störsignalen sind wiederum insbesondere diejenigen dominierend, welche durch den Abschluss eines Ventil- schließvorganges hervorgerufen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel führt z. B. das Aufsetzen des Ventiltellers des Einlassventils 16 auf den Ventildichtbereich des Motorblockes zu einem entsprechenden (charakteristischen) Störsignal im Zylinderdrucksignal P.
Durch die Auswertung des Zylinderdrucksignals P kann somit sehr genau der Zeitpunkt (bzw. Kurbelwinkel) detektiert wer¬ den, zu welchem das Einlassventil 16 schließt. Prinzipiell und abweichend vom dargestellten Ausführungsbei¬ spiel ist es denkbar, dass weniger als ein Zylinderdrucksensor pro vorhandenem Zylinder 12 eingesetzt wird. Insbesondere da jedes Ventil der Brennkraftmaschine 10 in einer anderen räumlichen Beziehung (z. B. Abstand) von einem Zylinderdruck- sensor steht, kann anhand vorbestimmter Auswertungskriterien eine Zuordnung eines bestimmten Störsignals zu einem bestimmten Ventil erfolgen. Besser und vom Auswertungsaufwand her einfacher ist es, wenn wie bei dem Ausführungsbeispiel auch vorgesehen je ein Zylinderdrucksensor 32 pro Zylinder 12 (an einer diesen begrenzenden Wandung, z. B. im Zylinderkopf) angeordnet ist.
Eine Vereinfachung der Unterscheidung von Störsignalen, die von den verschiedenen Ventilen ein und desselben Zylinders 12 hervorgerufen werden, lässt sich z. B. dadurch erreichen, dass der betreffende Zylinderdrucksensor 32 nicht "in der Mitte" zwischen den Ventilen angeordnet ist, sondern z. B. mit deutlich verschiedenen "akustischen Abständen" zu den einzelnen Ventilen. In diesem Fall werden sich insbesondere die Amplituden der Störsignale unterscheiden, je nach dem, von welchem der Ventile das betreffende akustische Störge¬ räusch ausging. Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei¬ spiel könnte die Brennkraftmaschine 10 auch lediglich einen einzigen Zylinder 12 aufweisen. Derartige einzylindrige
Brennkraftmaschinen werden z. B. oftmals bei Motorrädern eingesetzt. Auch bei einer einzylindrigen Brennkraftmaschine kann mit Hilfe der Erfindung die Gewinnung eines zur Ermittlung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung nützlichen Signals realisiert werden.
Eine Möglichkeit zur Realisierung der Auswertung des Zylin- derdrucksignals P wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Verlauf eines an der Brennkraftmaschine 10 mittels des Zylinderdrucksensors 16 gemesse- nen Zylinderdrucksignals P in Abhängigkeit vom Kur¬ bel (wellen) winkel CRA. In dieser Darstellung entspricht der Wert von CRA = 0° dem oberen Totpunkt der Kolbenbewegung im Zylinder 12. Der Verlauf des Signals P ist hier für den Fall eines geschleppten Betriebes der Brennkraftmaschine 10 darge- stellt. Ein ähnlicher Signalverlauf ergibt sich jedoch auch im Schubbetrieb.
In Fig. 2 deutlich erkennbar ist bei einem Kurbelwinkel CRA von etwa -140° dem tatsächlichen Zylinderdruckverlauf ein Störsignal Sl überlagert, welches im dargestellten Beispiel dem Schließen des Einlassventils 16 zugeordnet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Auswertung des Zylinderdrucksignals P im Hinblick auf solche Störanteile wird das Zylinderdrucksignal P zunächst hochpassgefiltert . Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer Hochpassfilterung des Zylinderdrucksignals P von Fig. 2. Das hochpassgefilterte Signal PD besteht, wie aus Fig. 3 ersichtlich, nahezu lediglich aus den Störsignalen, so dass in einer nachfolgenden Auswertungsstufe die einzelnen Störsignale leichter zu detektieren und den betreffenden Vorgängen im Ventiltrieb zuzuordnen sind.
Insbesondere nach einer derartigen Hochpassfilterung kann in einfacher Weise eine Auswertung im Hinblick auf diejenigen Störsignale erfolgen, die durch die Einlassventile und/oder Auslassventile bei deren Betätigung hervorgerufen wurden.
Wie es Fig. 3 verdeutlicht, kann somit bereits mit Hilfe ei¬ nes einfachen Hochpassfilters und der Ermittlung von Störimpulsen (z. B. anhand der Überschreitung einer vorbestimmten Schwelle) ein "Ventil schließt "-Signal aus dem eigentlichen Zylinderdrucksignal P ermittelt werden. Alternativ oder zu¬ sätzlich zu einer Überprüfung des gefilterten Signals hinsichtlich der Überschreitung einer oder mehrerer vorbestimmter Schwellen könnte z. B. ein Mustervergleich zwischen dem tatsächlich detektierten Signalmuster und vorab gespeicherten und jeweiligen Ventiltriebvorgängen zugeordneten Signalmustern erfolgen. Ein solcher Mustervergleich erfolgt bevorzugt jedoch nur für einen zuvor bereits als solchen identifizierten "Störsignalverlauf". Wie bereits erwähnt, kann der Beginn eines solchen Störsignalverlaufes z. B. durch Detektion einer plötzlichen bzw. abnormalen Änderung des Zylinderdrucksignals P festgestellt werden. Der sich im Anschluss daran ergebende Signalverlauf kann zwecks Identifizierung des auslösenden Ereignisses mit vorab gespeicherten Signalmustern verglichen werden, um die Störung einem bestimmten Ventiltriebvorgang zuzuordnen. Eine derartige Vorgehensweise, bei welcher ein Mustervergleich allenfalls für das Störsignal selbst und nicht für einen länger andauernden Signalverlauf durchgeführt wird, liefert besonders rasch ein nutzbares Auswertungsergeb¬ nis .
Dieses Auswertungsergebnis liefert im dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel also denjenigen Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel CRA, bei welchem das Einlassventil 16 schließt.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Darstellung von Fig. 2, wobei jedoch zwei Verläufe PI und P2 des Zylinderdrucksignals P eingezeichnet sind, welche den beiden verschiedenen Betäti- gungscharakteristiken der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21 entsprechen .
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ergibt sich bei dem Verlauf PI (für großen Ventilhub, vgl. Hubkurve L16-1 in Fig. 5) eine deutlich ausgeprägte Störung Sl bei einem Kurbelwinkel CRA1 von etwa -140°. Aus einem Vergleich mit Fig. 5 wird deutlich, dass dieses Störsignal Sl offensichtlich durch das Ende des Schließvorganges des Einlassventils 16 hervorgerufen wird. Für den in Fig. 4 ebenfalls eingezeichneten Verlauf P2 (für kleinen Ventilhub) liegt eine ähnliche Störung S2 demgegen¬ über bei einem früheren Kurbelwinkel CRA2 von etwa -230°. Das Störsignal S2 ist weniger stark ausgeprägt. Wie aus einem Vergleich mit Fig. 5 ersichtlich, wird dieses Störsignal S2 durch das Ende des Schließvorganges des Einlassventils 16 bei dessen Betätigung entsprechend der Hubkurve L16-2 hervorgeru¬ fen . Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 erläutert, wie durch die im Steuergerät 24 ablaufende Software aus die¬ ser "Ventil schließt "-Information auf die aktuelle Einstel¬ lung ( Schaltzustand) der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21 geschlossen wird.
In an sich bekannter Weise wird im Steuergerät 24 auf Basis der Sensorsignale CRK und CAM der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRA ermittelt.
Durch die bereits beschriebene Auswertung des Zylinderdrucksignals P im Hinblick auf Störsignale können sodann diejenigen Kurbelwinkel (z. B. CRA1) ermittelt werden, bei welchen solche Störsignale (z. B. Sl) auftreten. Hierzu wird bevor- zugt eine hochpassgefilterte Version des Zylinderdrucksignals P (vgl. Fig. 3) herangezogen.
Anhand dieser Kurbelwinkelinformation, im dargestellten Beispiel also CRA1 oder CRA2, kann die detektierte Störung be- reits eindeutig dem aktuell vorliegenden Schaltzustand (z. B. der Hubkurve L16-1 entsprechend) zugeordnet werden. Dies z. B. durch einen Vergleich des ermittelten Kurbelwinkels (CRA1) mit vorab im Motorsteuergerät 24 gespeicherten möglichen sol¬ chen Kurbelwinkeln (z. B. CRA1 und CRA2).
Ergänzend kann von der im Steuergerät 24 ablaufenden Software auch der qualitative Unterschied zwischen den möglichen Störsignalen (Sl und S2) bei einer solchen Auswertung bzw. zur Plausibilisierung des Auswertungsergebnisses herangezogen werden. Im dargestellten Beispiel besitzt das Signal Sl bei¬ spielsweise eine wesentlich größere Amplitude als das Signal S2. Auch derartige qualitative Unterschiede kann die Motor¬ steuerung erkennen und somit den aktuellen Schaltzustand er- mittein bzw. eine erfolgte Umschaltung der Betätigungscharakteristik detektieren.
In der Motorsteuerung kann die Zuordnung des Ergebnisses der Auswertung des Zylinderdrucksignals P zu einem von mehreren möglichen Schaltzuständen ganz allgemein durch einen geeigneten Softwarealgorithmus bzw. durch Verwendung eines vorab ge¬ speicherten Kennfeldes oder dergleichen vorgenommen werden. Bei dem beschriebenen Beispiel ist das Ergebnis der Auswer¬ tung des Zylinderdrucksignals P zunächst der Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel (CRA1), bei welchem das Einlassventil 16
schließt. Der in dieser speziellen Weise ermittelte Zeitpunkt (und/oder eine andere Eigenschaft des detektierten Störsig- nals Sl) wird als eine Eingangsgröße demjenigen Teil der im Steuergerät 24 ablaufenden Motorsteuersoftware zugeführt, welcher als Ausgangsgröße eine Größe in der Software liefert, welche repräsentativ für den Schaltzustand der Ventiltrieb- Verstelleinrichtung 21 ist. Diese Ausgangsgröße wird also in der Software von der Eingangsgröße abhängig berechnet.
Der somit ermittelte Schaltzustand der Ventiltrieb- Verstelleinrichtung 21 wird sodann als Eingangsgröße demjenigen Teil der Motorsteuersoftware zugeführt, welcher (gegebe- nenfalls unter Mitberücksichtigung weiterer Motorbetriebsparameter) die Vorgabe der Einspritzzeitpunkte und der einzu¬ spritzenden Kraftstoffmengen bewerkstelligt. Diese Einspritzzeitpunkte und der Kraftstoffmengen hängen davon ab, welche Betätigungscharakteristik ("großer Ventilhub" oder "kleiner Ventilhub") aktuell verwendet wird. Somit kann mithilfe der erfindungsgemäßen Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hinblick auf die für Ventilbetätigungsvorgänge charakteristi¬ schen Störsignale insbesondere eine Einspritzmengenvorgabe aufgebaut werden, bei welcher ein eigens zur Detektion der aktuellen Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung 21 vorgesehener Lagesensor entfallen bzw. (z. B. alterungsbedingte) Abweichungen des Lagesensorsignals vorteilhaft adap¬ tiert werden können.
Zusammenfassend wird bei der Brennkraftmaschine 10 die Anfäl¬ ligkeit des Zylinderdrucksensors 32 auf Störgeräusche ausge¬ nutzt, um daraus zunächst eine Information über die aktuelle Stellung wenigstens eines Ventils abzuleiten und (durch eine gegebenenfalls weitere Auswertung im Bereich des Steuergerä¬ tes 24) eine nutzbringende Information (z. B. CRA1) für die Ermittlung der Einstellung der Ventiltrieb-Verstellein- richtung 21 zu liefern. Mit der Verwendung von Zeitpunkten wie "Ventil schließt", die aus dem Zylinderdrucksignal P ermittelt werden, liegt dem Steuergerät 24 stets eine echte physikalische Rückmeldung über die Position des Ventils vor. Diese Information kann daher vorteilhaft bei der Ermittlung des Zustandes des entspre- chenden Verstellsystems genutzt werden.
Weiterhin kann diese Information z. B. verwendet werden, um Fehler bzw. Abweichungen bei Nockenwellenlagesensoren (der variablen Ventilsteuerung) zu detektieren bzw. zu adaptieren.
Es ist sogar ein Betrieb des Motors ohne Nockenwellensensor möglich (indem stattdessen das Ergebnis der Auswertung des Zylinderdrucksignals P herangezogen wird) . Ferner ist z. B. ein Notlauf des Motors bei einem Defekt des Kurbelwellensen- sors und/oder des Nockenwellensensors möglich.
Wenn beim Zusammenbau des Motors 10 die drehwinkelmäßige Zu¬ ordnung zwischen Nockenwelle 20 und Kurbelwelle 22 in Grund¬ position nicht korrekt durchgeführt wird, z. B. bei einem Auswechseln eines Nockenwellenzahnriemens in einer Kfz- Werkstatt, so hat die Motorsteuerung 24 eine falsche Informa¬ tion über die Position der Nockenwelle 22. Dies hätte norma¬ lerweise zur Folge, dass die Parameter für die Verbrennung nicht richtig vom Motorsteuergerät 24 eingestellt werden kön¬ nen, was zu erhöhten Emissionen, schlechtem Motorlauf, und im Extremfall sogar zu Motorschäden führen kann. Eine ähnliche Problematik ergibt sich bei Abweichungen durch Fertigungstoleranzen, Alterung usw. Derartige Zusammenbaufehler und auch erst später im Betrieb auftretende Abweichungen von der Soll¬ position bzw. -konfiguration können mit Hilfe der Auswertung des Zylinderdrucksignals P jedoch ebenfalls vorteilhaft er- fasst und berücksichtigt werden.

Claims

Verfahren zum Steuern einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10) mit
- mindestens einem Kraftstoffinj ektor (14) je Zylinder (12) zum Einspritzen von Kraftstoff,
- mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung we¬ nigstens eines Einlassventils (16) und/oder wenigstens eines Auslassventils (18), wobei eine Ventiltrieb- Verstelleinrichtung (21) zur steuerbaren Umschaltung zwischen wenigstens zwei verschiedenen Betätigungscha¬ rakteristiken von wenigstens einem mittels der Nockenwelle (20) betätigten Ventil (16, 18) vorgesehen ist,
- einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel (CRA) darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) liefert, und
- einem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinj ekto- ren (14) so steuert, dass sie von dem Steuergerät (24) vorgegebene Kraftstoffmengen zu von dem Steuergerät (24) vorgegebenen Einspritzzeitpunkten einspritzen, wo bei diese Vorgaben in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) erfolgen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindes¬ tens ein von einem Zylinderdrucksensor (32) zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder (12) geliefertes Zylinderdrucksignal (P) im Hinblick auf Störsignale (Sl, S2) ausgewertet wird, und dass das Auswertungsergeb nis bei einer Ermittlung des Schaltzustandes der Ventil- trieb-Verstelleinrichtung (21) für die Vorgabe der einzu spritzenden Kraftstoffmengen und/oder der Einspritzzeitpunkte berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betätigungscharakte ristiken sich hinsichtlich eines maximalen Ventilhubes voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Betätigungscharakteristiken sich hinsichtlich einer Nockenwellenphase voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung des Zylinderdrucksignals (P) ein von einem Nockenwellensensor (26) abhängig vom Nockenwellenwinkel geliefertes Nockenwellensignal (CAM) berücksich¬ tigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder (12) auf¬ weist und die Zylinderdrucksignale (P) von sämtlichen Zy lindern (12) jeweils zugeordneten Zylinderdrucksensoren (32) ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswertungsergebnis ferner zur Plausibilisierung des vom Kurbelwellensensor (28) gelieferten Kurbelwellensignals (CRK) und/oder des vom Nockenwellensensor (26) gelieferten Nockenwellensignals (CAM) verwendet wird.
Steuergerät zum Steuern einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10) mit
- mindestens einem Kraftstoffinj ektor (14) je Zylinder (12) zum Einspritzen von Kraftstoff, - mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung we¬ nigstens eines Einlassventils (16) und/oder wenigstens eines Auslassventils (18), wobei eine Ventiltrieb- Versteileinrichtung (21) zur steuerbaren Umschaltung zwischen wenigstens zwei verschiedenen Betätigungscha¬ rakteristiken von wenigstens einem mittels der Nockenwelle (20) betätigten Ventil (16, 18) vorgesehen ist, einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel (CRA) darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) liefert, und
- dem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinj ektoren (14) so steuert, dass sie von dem Steuergerät (24) vor¬ gegebene Kraftstoffmengen zu von dem Steuergerät (24) vorgegebenen Einspritzzeitpunkten einspritzen, wobei diese Vorgaben in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) erfolgen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuergerät (247) dazu ausgebildet ist, mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor (32) zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder (12) geliefertes Zylinderdrucksignal (P) im Hinblick auf Störsignale (Sl, S2) aus¬ zuwerten und das Auswertungsergebnis bei einer Ermittlung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung (21) für die Vorgabe der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und/oder der Einspritzzeitpunkte zu berücksichtigen.
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