EP2593651A1 - Verfahren und steuergerät zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum steuern einer brennkraftmaschine

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Publication number
EP2593651A1
EP2593651A1 EP11728882.9A EP11728882A EP2593651A1 EP 2593651 A1 EP2593651 A1 EP 2593651A1 EP 11728882 A EP11728882 A EP 11728882A EP 2593651 A1 EP2593651 A1 EP 2593651A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
camshaft
cylinder
crankshaft
signal
cylinder pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11728882.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harry SCHÜLE
Markus Stutika
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2593651A1 publication Critical patent/EP2593651A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

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.
  • a method and a control device according to the preamble of claim 1 or 7 is known for example from DE 100 56 862 C1.
  • This prior art deals with a Customized ⁇ ren "strategy" to (ne Brennkraftmaschi-) at the start of the motor per one fuel Voreinspritzer per cylinder devissp ⁇ scratch before a complete knowledge ( "Synchronisati ⁇ on") of the crankshaft angle and the camshaft angle vor ⁇ present is.
  • the pre-injectors serve to provide an ignitable mixture for the first combustion during the starting phase for each cylinder.
  • a targeted pre-injection strategy is required to avoid unburned fuel To minimize fuel and thus increased pollutant emissions during engine startup.
  • the pre-injection strategy provided according to DE 100 56 862 C1 is based on the finding that an engine after switching off in the disengaged state almost always stops at one of a number of specific discrete angular positions of crankshaft and camshaft due to design, the number of discrete angular positions exceeding two crankshaft revolutions (720 °) corresponds to the number of cylinders. In the case of, for example, 4 cylinders, this results in 4 preferred stoppage angles of the crankshaft. Also taking also in consideration of this knowledge ever ⁇ but remains some uncertainty in this known strategy in an evaluation of the crankshaft signal and camshaft signal during the start phase.
  • This object is achieved according to the invention in that at least one of a cylinder pressure sensor for measuring the pressure in an associated cylinder supplied cylinder pressure signal is evaluated with respect to interference signals, and that the evaluation result is taken into account during a determination of the camshaft angle, at least during the starting phase.
  • 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 single cylinder pressure sensor is used on one of the cylinders as a representative of the totality of all cylinders, or alternatively a separate cylinder pressure sensor is provided for each cylinder.
  • Such 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 that (as structure-borne noise) by a nen z. B. metallic cylinder block spread.
  • the basic idea of the present invention is that the interference signals caused by such noise in one or more cylinder pressure signals, which are detected by one or more cylinder pressure sensors, as information. onsquelle regarding the engine state, in particular cam ⁇ shaft angle to use during the startup phase.
  • noise is generated which results in characteristic spurious signals in the cylinder pressure signal (s).
  • the inventive evaluation of (we ⁇ remedies a) cylinder pressure signal with respect to such noise conclusions on the No- can be drawn ckenwellenwinkel thus advantageous.
  • This z. B. by applying suitably predetermined evaluation criteria, based on which an identification of processes in the valve train takes place in the engine control unit.
  • a possible evaluation criterion can, for. For example, it is possible to detect sudden changes, such as discontinuities or "signal peaks" in the measured pressure curve and based on their characteristics (eg amplitude, frequency components, duration, etc.) and / or additional information about the engine position ( eg preferred stoppage angle, crankshaft signal, camshaft signal, etc.) can be assigned to a specific process in the valve train. Such a procedure is much easier, faster and often more precise than z.
  • the evaluation can take place with regard to interference signals which are caused by the inlet valves and / or exhaust valves during their actuation.
  • 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 opening or closing the inlet as well as the outlet valve can be detected.
  • the timing of an interference signal may be taken into account particularly speaking ment, which by opening or
  • Closing an inlet valve or an exhaust valve ago ⁇ is called.
  • the respective strength of the interference signals depends fenen characterized felicitgeru ⁇ z. B. from the concrete selected installation position of the sensor.
  • the intake valve and the exhaust valve on the other hand can jointlyge- qualitatively and / or quantitatively in the analysis distinguishable interference signals will call, so that advantageously the specific Störsig ⁇ nal inducing valve can be identified in a simple manner (eg. B. on the basis of the interference signal amplitude).
  • crankshaft signal ent ⁇ speaks a tooth of a provided with a plurality of teeth encoder wheel.
  • the synchronization pulse provided for one crankshaft revolution (360 °) usually corresponds to a single or double "tooth gap" after the corresponding number of teeth.
  • the camshaft signal is used to encode the camshaft ⁇ angle, and in the simplest case has two different levels, which are assigned to two consecutive revolutions of the crankshaft.
  • the camshaft signal may also have other signal or pulse shapes.
  • 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 °).
  • a known crankshaft signals and cam ⁇ wave signals can be advantageously provided in the context of the vorlie ⁇ constricting invention.
  • the evaluation result is used during the start phase and / or in the normal operating phase for a plausibility check of the signal supplied from the Kurbelwel ⁇ lens crankshaft sensor signal and / or of the camshaft signal supplied by the camshaft sensor.
  • a plausibility check of the signal supplied from the Kurbelwel ⁇ lens crankshaft sensor signal and / or of the camshaft signal supplied by the camshaft sensor.
  • crankshaft signal and / or the No ⁇ ckenwellensignals diagnosed are 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.
  • crankshaft and / or camshaft signal can serve further purposes.
  • Auswer ⁇ processing result can thus also for speed calculation and / or implementation of a run-flat running with a defective crankshaft sensor _
  • a further option which is interesting in the context of the invention consists in considering the evaluation result for the detection and then preferably also the adaptation of deviations in the valve drive as a result of component tolerances and / or aging.
  • component tolerances and aging 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 would be inaccurate as regards the timing and angle of the actual opening and closing operations ⁇ .
  • the actual opening and / or closing operations of the valves (also in the normal operating phase) can be detected by means of the evaluation of the cylinder pressure signal with respect to interference signals, the evaluation result represents an extremely valuable information source for the motor control even in the normal operating phase.
  • Purpose of the phase adjustment is to vary as a function of one or more Lacparame ⁇ tern of the relevant motor (z. B. load, speed, etc.) the so-called valve overlap.
  • Camshaft adjusters are used for two discrete angular positions as well as for a continuously variable variation of the relative angular position of the camshaft relative to the respective further shaft.
  • a continuously variable camshaft phase adjustment only the sensor signals of the camshaft sensor and of the crankshaft sensor are taken into account in the prior art as an input variable in the control of the camshaft phase adjustment.
  • a camshaft phase adjustment is provided and the evaluation result is taken into account as an input ⁇ size in the control of the camshaft phase adjustment.
  • control device used to control the internal combustion engine may be provided in a conventional manner as an electronic, in particular program-controlled control device (eg microcontroller).
  • control unit is developed in such a way (for example by appropriate 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 representation of a Zylinderdrucksignalverlau fes as a function of the crank angle in the Mo ⁇ tor of Fig. 1, and
  • Fig. 1 illustrates an internal combustion engine 10, wel ⁇ cher it is an example of a four-cylinder 4-stroke gasoline engine.
  • Each cylinder 12 is assigned at least one injection valve or fuel injector 14 for injecting fuel (here: gasoline) into an inlet-side intake manifold of the internal combustion engine 10.
  • fuel here: gasoline
  • 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 another (not shown) camshaft for actuating the exhaust valves 18 is provided.
  • a z. B. via a timing chain or the like realized rotary coupling connection, which ensures that the camshaft during operation of the internal combustion ⁇ machine 10 at half the speed of the crankshaft 22 umlauf- fen, so that a working cycle or a gas change according to the 4-stroke process to accomplish.
  • an electronic control unit 24 receives a camshaft signal CAM dependent on the rotational position of the camshaft 20 and a crankshaft signal CRK dependent on the rotational position of the crankshaft 22.
  • signals CAM and CRK are generated by a suitable sensor system, here a camshaft sensor 26 and a crankshaft sensor 28.
  • 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 space for ei ⁇ nen synchronization 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 consecutive revolutions of the crankshaft 22.
  • the electronic control unit 24 controls, in particular, the fuel injection (injection times) into the cylinders 12 by means of the respective associated fuel injectors 14 (control signal INJ).
  • controlled Before ⁇ gears of the engine 10 to the controller 24 still others, such as here in particular a spark ignition (ignition) by means of any
  • Cylinder 12 each associated spark plug 30 (high voltage ⁇ pulse IGN).
  • a so-called fuel pre-injector per cylinder 12 is injected before subsequently determined in the normal operating phase by the control unit 24 in accordance with the engine control software running therein Fuel quantities are injected in the normal sequential injection operation.
  • each of the cylinders 12 is associated with a cylinder pressure sensor 32 which delivers a cylinder pressure signal P (FIG. 2) representing the current cylinder pressure to the control unit 24.
  • P cylinder pressure signal
  • 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.
  • each cylinder pressure sensor 32 may advantageously be constructed and functioning according to all pressure measurement principles already known from the prior art. Although the sensor signal P delivered by it is primarily determined by the pressure prevailing in the relevant cylinder 12, in practice, as an artifact of the pressure measurement, an influence of the sensor signal P by noises or structure-borne noise results Cylinder pressure sensors is transmitted.
  • z. B causes such noises in principle z. B. by all mechanical processes in the valve train.
  • interference signals are, in turn ⁇ with particular dieje- Nigen dominant, which are caused by the completion of a valve closing operation ⁇ .
  • z. B the placement of the valve disk of the inlet valve 16 on the valve sealing area of the engine block to a corresponding (characteristic) Störsig- signal in the cylinder pressure signal P.
  • the time can thus be detected very precisely at which the inlet valve 16 closes.
  • the cylinder pressure sensor 32 in question is not located "in the middle" between the valves, but z. B. with significantly different "acoustic distances" to the individual valves.
  • the amplitudes of the interfering signals will differ, depending on which of the valves ran out of respective acoustic Störge ⁇ noise reduction.
  • the internal combustion engine 10 could also have only one single cylinder 12. Such one-cylinder
  • Fig. 2 shows an exemplary profile of a precisely measured ⁇ NEN of the internal combustion engine 10 by means of the cylinder pressure sensor 16 cylinder pressure signal P as a function of cure ⁇ bel (waves) angle CRA.
  • CRA 0 ° the top dead center of the piston movement in the cylinder 12.
  • the course of the signal P is here ⁇ in the case of a towed operation of the internal combustion engine.
  • 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.
  • FIG. 3 shows the result of a high-pass filtering of the cylinder pressure signal P of FIG. 2.
  • the high-pass-filtered signal PD as can be seen from FIG. 3, consists almost exclusively of the interference signals, so that in a subsequent evaluation stage the individual interference signals are easier to detect and associated with the relevant processes in the valve train.
  • Event are compared with pre-stored signal patterns to assign the fault to a specific 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.
  • ⁇ he follows the determination of the rotational position of the camshaft 20 (camshaft angle) in the start phase of the internal combustion engine 10 basically in a conventional manner using the crankshaft CRK signal and the camshaft signal CAM.
  • z. B. preferred stoppage angle of the crank ⁇ shaft 22 are taken into account in order to realize a targeted pre-injection strategy, such. B. in the above- ⁇ already mentioned publication DE 100 56 862 Cl described.
  • the result of the above-described evaluation of the cylinder pressure signal P (or its high-pass-filtered version PD) is taken into account in determining the camshaft angle, at least during the starting phase.
  • variable valve control eg "phase converter”
  • the control unit 24 is always a real physical feedback on the position of the valve. This information can therefore be used advantageously in the control 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).
  • the invention relates to the control of a single or multi-cylinder internal combustion engine (10) having Minim ⁇ least one fuel injector (14) per cylinder (12), at least one camshaft (20) for actuating Einlassventi ⁇ len (16) and / or exhaust valves (18), and with a control device (24), which controls the fuel injectors (14), that during a starting phase of the internal combustion engine (10) each have a fuel Voreinspritzer per cylinder (12) inject ⁇ .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Steuergerät (24) zum Steuern einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Kraftstoffinjektor (14) je Zylinder (12), mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung von Einlassventilen (16) und/oder Auslassventilen (18), und mit einem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinjektoren (14) so steuert, dass sie während einer Startphase der Brennkraftmaschine (10) je einen Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder (12) einspritzen. Um während der Startphase eine verbesserte Voreinspritzstrategie zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor (32) zur Messung des Drucks in einem Zylinder (12) geliefertes Zylinderdrucksignal (P) im Hinblick auf Störsignale (S1) ausgewertet und das Auswertungsergebnis zumindest während der Startphase bei einer Ermittlung des Nockenwellenwinkels 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 .
Von besonderem Interesse ist hierbei z. B. die Steuerung von einem Otto- oder Dieselmotor, der als Antriebsquelle in einem Kraftfahrzeug mit so genannter Start/Stopp-Automatik oder in einem Hybridfahrzeug verwendet wird. Diesen Anwendungsfällen ist gemein, dass die Brennkraftmaschine im Rahmen eines ener¬ gieeffizienten Antriebsmanagements des betreffenden Fahrzeu¬ ges relativ häufig ein- und ausgeschaltet wird.
Ein Verfahren und ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 ist beispielsweise aus der DE 100 56 862 Cl bekannt.
Dieser Stand der Technik beschäftigt sich mit einer besonde¬ ren "Strategie", um beim Start des Motors (Brennkraftmaschi- ne) je einen Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder einzusp¬ ritzen noch bevor eine vollständige Kenntnis ("Synchronisati¬ on") des Kurbelwellenwinkels und des Nockenwellenwinkels vor¬ handen ist. Die Voreinspritzer dienen dazu, während der Startphase für jeden Zylinder ein zündfähiges Gemisch für die erste Verbrennung bereitzustellen. Hierbei ist eine gezielte Voreinspritz- strategie erforderlich, um den Ausstoß von unverbranntem Kraftstoff und somit erhöhte Schadstoffemissionen während des Motorstarts zu minimieren.
Zwar könnte eine überhöhte Schadstoffemission dadurch vermie- den werden, dass die Voreinspritzer erst abgesetzt werden, wenn die genauen Winkelstellungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle bekannt sind. Bedingt durch die übliche Gestaltung von Kurbelwellen- und Nockenwellensensoren erfordert dies jedoch eine gewisse Zeit bzw. Kurbelwellen- und Nockenwellen- drehung, so dass der Motorstart erheblich verzögert wäre.
Die gemäß der DE 100 56 862 Cl vorgesehene Voreinspritzstra- tegie beruht auf der Erkenntnis, dass eine Brennkraftmaschine nach dem Abschalten im ausgekuppelten Zustand nahezu immer an einer von konstruktionsbedingt mehreren bestimmten diskreten Winkelpositionen von Kurbelwelle und Nockenwelle stehen bleibt, wobei die Anzahl der diskreten Winkelpositionen über zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) der Anzahl der Zylinder entspricht. Im Falle von beispielsweise 4 Zylindern ergeben sich somit 4 Vorzugsstillstandwinkel der Kurbelwelle. Auch unter Mitberücksichtigung dieser Erkenntnis bei einer Auswertung von Kurbelwellensignal und Nockenwellensignal während der Startphase verbleibt bei dieser bekannten Strategie je¬ doch eine gewisse Unsicherheit. Bei dem beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel wird beispielsweise zwar sichergestellt, dass jeweils nur Voreinspritzer für Zylinder abgesetzt werden, deren Einlassventil zu diesem Zeitpunkt geschlossen oder überwiegend geschlossen ist, so dass diese Voreinspritzer zuverlässig zur Verbrennung kommen. Nachteilig ist jedoch, dass unter Umständen ein früherer für einen Voreinspritzer tatsächlich bereits geeigneter Zeitpunkt "verpasst" wird.
Es wäre daher wünschenswert, mehr Information betreffend den Motorzustand, insbesondere für die Ermittlung des Nockenwel- lenwinkels, während der Startphase zur Verfügung zu haben, um eine verbesserte Voreinspritzstrategie zu ermöglichen. Dies z. B. in Ergänzung zu hierfür bislang bereits vorgesehener Sensorik (z. B. Kurbelwellen- und Nockenwellensensoren).
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 zumindest während der Startphase bei einer Ermittlung des Nockenwellenwinkels berücksichtigt wird .
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. Hierfür wird im Stand der Technik entweder nur ein einziger Zylinderdrucksensor an einem der Zylinder als Repräsentant für die Gesamtheit aller Zylinder herangezogen, oder alternativ für jeden Zylinder ein eigener Zylinderdrucksensor vorgesehen.
Derartige Zylinderdrucksensoren besitzen üblicherweise eine so hohe Empfindlichkeit bzw. ein so hohes Auflösungsvermögen bei der Messung des Zylinderdruckes, dass diese auch anfällig für Störgeräusche sind, die sich (als Körperschall) durch ei- nen 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 Informati- onsquelle betreffend den Motorzustand, insbesondere Nocken¬ wellenwinkel, während der Startphase zu nutzen. Wenn eine oder mehrere Nockenwellen sich drehen, um damit den Ventiltrieb (Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen) zu bewerkstelligen, so entstehen Geräusche, welche zu charakteristischen Störsignalen in dem bzw. den Zylinderdrucksignalen führen. Durch die erfindungsgemäße Auswertung des (we¬ nigstens einen) Zylinderdrucksignals im Hinblick auf solche Störsignale können somit vorteilhaft Rückschlüsse auf den No- ckenwellenwinkel gezogen werden. Dies z. B. durch Anwendung geeignet vorbestimmter Auswertungskriterien, anhand derer im Motorsteuergerät eine Identifikation von Vorgängen im Ventiltrieb erfolgt. 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 Mo- torposition (z. B. Vorzugsstillstandwinkel, Kurbelwellensig¬ nal, Nockenwellensignal etc.) einem ganz bestimmten Vorgang im Ventiltrieb zuzuordnen. Eine derartige Vorgehensweise ist wesentlich einfacher, schneller und oftmals präziser als z. B. eine Auswertung auf Basis eines Vergleiches des gemessenen Druckverlaufes (Zylinderdrucksignal) mit vorab gespeicherten typischen Druckverläufen.
Insbesondere kann die Auswertung im Hinblick auf Störsignale erfolgen, die durch die Einlassventile und/oder Auslassventi- le bei deren Betätigung hervorgerufen werden.
Ein in der Praxis besonders deutlich hervortretendes und so¬ mit vergleichsweise einfach durch eine Auswertung detektier- bares Störsignal ergibt sich z. B. beim Abschluss eines n
5
Schließvorganges eines Ventils (Einlass- oder Auslassventil) . Das zu diesem Zeitpunkt erfolgende Aufsetzen eines Ventilkör¬ pers (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 in- sbesondere 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 geeig- neter Auswertung des davon gelieferten Zylinderdrucksignals die Geräusche des Öffnens bzw. des Schließens des Einlass- wie auch des Auslassventils erfasst werden. Für die Ermitt¬ lung des Nockenwellenwinkels während der Startphase kann de¬ mentsprechend insbesondere der Zeitpunkt eines Störsignals berücksichtigt werden, welches durch ein Öffnen oder ein
Schließen eines Einlassventils oder eines Auslassventils her¬ vorgerufen wird. Die jeweilige Stärke der dadurch hervorgeru¬ fenen Störsignale hängt z. B. von der konkret gewählten Einbauposition des Sensors ab. Durch einen entsprechenden Einbau des Zylinderdrucksensors, beispielsweise näher einem Einlass¬ ventil als einem Auslassventil des betreffenden Zylinders, können qualitativ und/oder quantitativ im Rahmen der Auswertung voneinander unterscheidbare Störsignale einerseits des Einlassventils und andererseits des Auslassventils hervorge- rufen werden, so dass vorteilhaft das ein bestimmtes Störsig¬ nal hervorrufende Ventil in einfacher Weise identifiziert werden kann (z. B. anhand der Störsignalamplitude) . In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels während der Startphase ferner Vorzugsstillstandwinkel der Kurbelwelle berücksichtigt werden. Diese Berücksichtigung kann beispielsweise so wie in der eingangs erwähnten DE 100 56 862 Cl erfolgen, d. h. indem vorab bekannte bzw. im Steuergerät gespeicherte Vorzugsstill¬ standwinkel der Kurbelwelle und/oder der Nockenwelle bei der Bestimmung von Kurbelwellenwinkel und Nockenwellenwinkel ge¬ nutzt werden, um in der Startphase rascher eine vollständige Kenntnis der Position des Motors (Synchronisierung) zu erlan- gen.
Mit der Erfindung kann damit ein Schnellstart mit frühzeiti¬ ger Sicherheit über die genaue Motorposition und somit mit einer optimalen Voreinspritzstrategie durchgeführt werden.
Wenn das Ergebnis der Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hinblick auf Störsignale während der Startphase berücksich¬ tigt bzw. neben dem üblicherweise vorhandenen Nockenwellensignal mitberücksichtigt wird, so führt dies zu einer rasche- ren Kenntnis über die Motorposition. Je nach Anzahl der Zylinder und der konstruktionsbedingt sich hierfür ergebenden Vorzugsstillstandwinkel der Kurbelwelle kann mittels der Er¬ findung ein erstes Betätigen (insbesondere z. B. Schließen) eines Ventils oftmals besonders vorteilhaft bereits wenige Grad Kurbelwinkel nach dem Betätigen eines Anlassers ermit¬ telt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels während der Startphase und/oder in der anschließenden Normalbetriebsphase das von einem Nockenwellensensor gelieferte Nockenwellensignal berücksichtigt. Diesbezüglich ist jedoch auf die im Rahmen der Erfindung prinzipiell denkbare Möglichkeit hinzuweisen, auf die Nutzung eines Nockenwellensensors bzw. des damit gelieferten Nocken¬ wellensignals bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels zu verzichten. Prinzipiell ist es denkbar, bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels, sei es während der Startphase oder in der anschließenden Normalbetriebsphase, zu diesem Zweck das Auswertungsergebnis betreffend die Störsignale des Zylin¬ derdrucksignals zu nutzen.
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. Der für jeweils eine Kurbelwellenumdrehung (360°) vorgesehene 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 Kurbelwelle 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. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auswertungsergebnis während der Startphase und/oder in der Normalbetriebsphase 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 Plausibilisie- rung 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 _
y bzw. einem Defekt im Bereich der Bereitstellung des Kurbelwellensignals (an das Steuergerät ) erwendet werden. Dasselbe gilt für den Fall eines defekten Nockenwellensensors bzw. ei¬ ner fehlerhaften Bereitstellung des Nockenwellensignals.
Die zusätzlichen Vorteile der Erfindung gehen sogar soweit, dass bei der betreffenden Brennkraftmaschine (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor) auf einen Nockenwellensensor ganz verzichtet werden kann. Die Herstellung einer Synchronisation von Kurbelwelle und Nockenwelle kann im Rahmen der Erfindung auch unter Nutzung des Ergebnisses der beschriebenen Zylinderdrucksignalauswertung bewerkstelligt werden.
Eine weitere im Rahmen der Erfindung interessante Möglichkeit besteht darin, das Auswertungsergebnis zur Erkennung und dann bevorzugt auch Adaption von Abweichungen im Ventiltrieb 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 Ventil¬ schließvorgänge kommen. In diesem Fall wäre die lediglich anhand des Nockenwellensignals gewonnene Information ungenau, was die Zeitpunkte bzw. Winkel der tatsächlichen Öffnungs¬ und Schließvorgänge anbelangt. Da mittels der Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hinblick auf Störsignale jedoch die tatsächlichen Öffnungs- und/oder Schließvorgänge der Ventile (auch in der Normalbetriebsphase) detektiert werden können, stellt das Auswertungsergebnis eine in der Praxis äußerst wertvolle Informationsquelle für die Motorsteuerung auch in der Normalbetriebsphase dar.
Im einfachsten Fall besteht zwischen Nockenwelle und Kurbel¬ welle eine feste Winkelzuordnung durch eine drehfeste Kopp¬ lung (bei welcher die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft) . Mit einer "Nockenwellenphasenverstel¬ lung" kann jedoch die Nockenwelle im Motorbetrieb, üblicher¬ weise Last- und/oder Drehzahl-abhängig gegenüber der Kurbelwelle (und/oder gegenüber einer weiteren Nockenwelle) in ge- steuerter Weise verdreht werden. Hierfür verwendete Verstell¬ systeme, auch Phasenwandler genannt, sind die am weitesten verbreiteten variablen Ventilsteuerungen im Serieneinsatz von Kraftfahrzeugmotoren. Die Nockenprofile selbst und somit Ven¬ tilhub und Ventilöffnungsdauer bleiben bei derartigen Phasen- wandlern zumeist unverändert. Zweck der Phasenverstellung ist es, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparame¬ tern des betreffenden Motors (z. B. Last, Drehzahl etc.) die so genannte Ventilüberschneidung zu variieren. Nockenwellen- versteller sind sowohl für zwei diskrete Winkelstellungen als auch für eine stufenlose variable Veränderung der relativen Winkelstellung der Nockenwelle bezüglich der betreffenden weiteren Welle im Einsatz. Insbesondere bei einer stufenlosen Nockenwellenphasenverstellung werden im Stand der Technik als eine Eingangsgröße bei der Steuerung der Nockenwellenphasen- Verstellung lediglich die Sensorsignale des Nockenwellensensors und des Kurbelwellensensors berücksichtigt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Normalbetriebsphase eine Nockenwellenphasenverstellung vorgesehen ist und das Auswertungsergebnis als eine Eingangs¬ größe bei der Steuerung der Nockenwellenphasenverstellung berücksichtigt wird.
Durch die vorstehend erwähnte Berücksichtigung (bzw. Mitbe- rücksichtigung neben Kurbelwellensignal und Nockenwellensig¬ nal) des Ergebnisses der Auswertung des Zylinderdrucksignals im Hinblick auf die Störsignale bietet die vorliegende Erfin¬ dung somit auch einen zusätzlichen Nutzen für eine präzise Ansteuerung von Nockenwellenverstellsystemen . Vorteilhaft kann das auf Basis des Zylinderdrucksignals gewonnene Auswer¬ tungsergebnis in der Normalbetriebsphase insbesondere zur La¬ geeinstellung bzw. -regelung eines Stellgliedes bei einem System zur Nockenwellenphasenverstellung genutzt werden. Aus dem Auswertungsergebnis gehen präzise Zeitpunkte der relevan¬ ten Vorgänge im Ventiltrieb hervor, welche als eine wertvolle Ist-Information für eine ansonsten z. B. in herkömmlicher Weise aufgebaute Steuerung bzw. Regelung dienen können. Das zum Steuern der Brennkraftmaschine verwendete Steuergerät kann in herkömmlicher Weise als ein elektronisches, insbesondere programmgesteuertes Steuergerät (z. B. MikroController) vorgesehen sein. Im Rahmen der Erfindung ist das Steuergerät jedoch derart weitergebildet (z. B. durch entsprechende Modi- fikation der Steuersoftware) , dass damit ein Steuerverfahren der oben beschriebenen Art durchgeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter be- schrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine in Form eines 4-Takt-Ottomotors,
Fig. 2 Darstellung eines Zylinderdrucksignalverlau fes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel bei dem Mo¬ tor von Fig. 1, und
Fig. 3 eine Auftragung des hochpassgefilterten Zylinder- drucksignals über den Kurbelwinkel.
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 Brennkraftmaschi- ne 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 vollumfänglich auf die eingangs bereits erwähnte Veröffentlichung DE 100 56 862 Cl verwiesen, in welcher die sich im Motorbetrieb ergebenden zeitlichen Verläufe der Sensorsignale CRK und CAM zeichnerisch dargestellt und näher beschrieben sind.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuert das elektroni- sehe Steuergerät 24 insbesondere die Kraftstoffeinspritzung (Einspritzzeitpunkte) in die Zylinder 12 mittels des jeweils zugeordneten Kraftstoffinj ektors 14 (Ansteuersignal INJ). Darüber hinaus werden mit dem Steuergerät 24 noch andere Vor¬ gänge der Brennkraftmaschine 10 gesteuert, wie hier insbeson- dere eine Fremdzündung (Zündzeitpunkte) mittels einer jedem
Zylinder 12 jeweils zugeordneten Zündkerze 30 (Hochspannungs¬ impuls IGN) .
Während einer Startphase der Brennkraftmaschine 10 (unmittel- bar nach Betätigung eines Anlassers) wird je ein so genannter Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder 12 eingespritzt, bevor anschließend in der Normalbetriebsphase von dem Steuergerät 24 gemäß der darin ablaufenden Motorsteuersoftware ermittelte Kraftstoffmengen im normalen sequentiellen Einspritzbetrieb eingespritzt werden.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art ist problema- tisch, dass es unmittelbar nach Betätigung des Anlassers einer gewissen Zeit bzw. Drehung von Kurbelwelle 22 und Nockenwelle 20 bedarf, bevor anhand der Sensorsignale CRK und CAM auf die genauen Drehstellungen der Kurbelwelle 22 und der Nockenwelle 20 geschlossen werden kann (Synchronisation des Mo- tors) . Eine solche möglichst genaue Kenntnis insbesondere der Drehstellung der Nockenwelle 20 ist jedoch von entscheidender Bedeutung für eine Festlegung dahingehend, wann und jeweils für welchen Zylinder 12 die Voreinspritzer abgesetzt werden sollten, um einen optimalen, insbesondere Schadstoffminimier- ten Startvorgang zu gewährleisten.
Diese Problematik ist bei der dargestellten Brennkraftmaschine 10 dadurch gelöst, dass jedem der Zylinder 12 ein Zylinderdrucksensor 32 zugeordnet ist, welcher ein den aktuellen Zylinderdruck darstellendes Zylinderdrucksignal P (Fig. 2) an das Steuergerät 24 liefert. Mittels der im Steuergerät 24 ab¬ laufenden Motorsteuersoftware wird das Zylinderdrucksignal 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 zumindest wäh¬ rend der Startphase der Brennkraftmaschine 10 bei der Ermitt¬ lung des Nockenwellenwinkels berücksichtigt wird. Wie nach¬ folgend erläutert, erlauben diese Störsignale Rückschlüsse auf die Stellungen der Ventile bzw. des Nockenwellenwinkels. Jeder Zylinderdrucksensor 32 kann vorteilhaft nach allen aus dem Stand der Technik bereits bekannten Druckmessprinzipien aufgebaut sein und funktionieren. Wenngleich das davon gelie- ferte 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 dieje- nigen 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) Störsig- nal im Zylinderdrucksignal P.
Durch die Auswertung des Zylinderdrucksignals P kann somit sehr genau der Zeitpunkt detektiert werden, 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 Zylinderdrucksensor 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 Ausführungsbeispiel könnte die Brennkraftmaschine 10 auch lediglich einen einzigen Zylinder 12 aufweisen. Derartige einzylindrige
Brennkraftmaschinen werden z. B. oftmals bei Motorrädern ein- gesetzt. Auch bei einer einzylindrigen Brennkraftmaschine kann mit Hilfe der Erfindung die Ermittlung des Nockenwellenwinkels während der Startphase verbessert bzw. beschleunigt werden, um auf Basis des Ermittlungsergebnisses einen geeig¬ neten Zeitpunkt für den ersten Kraftstoff-Voreinspritzer beim Motorstart festzulegen.
Eine Möglichkeit zur Realisierung der Auswertung des Zylinderdrucksignals 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 dar¬ gestellt. 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 Auswertungs- stufe 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 Störim- pulsen (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 vorbestimm- ter 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 .
Die Ermittlung der Drehstellung der Nockenwelle 20 (Nocken- wellenwinkel) in der Startphase der Brennkraftmaschine 10 er¬ folgt grundsätzlich in an sich bekannter Weise unter Nutzung des Kurbelwellensignals CRK und des Nockenwellensignals CAM. Zusätzlich können z. B. Vorzugsstillstandwinkel der Kurbel¬ welle 22 berücksichtigt werden, um damit eine gezielte Vor- einspritzstrategie zu realisieren, wie z. B. in der oben be¬ reits erwähnten Veröffentlichung DE 100 56 862 Cl beschrieben. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine 10 wird jedoch in jedem Fall, zumindest während der Startphase, das Ergebnis der vorstehend erläuterten Auswertung des Zylinderdrucksig- nals P (bzw. von dessen hochpassgefilterter Version PD) bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels berücksichtigt.
Zusammenfassend wird bei der Brennkraftmaschine 10 die Anfäl¬ ligkeit des Zylinderdrucksensors 32 auf Störgeräusche ausge- , _
nutzt, um daraus eine Information über die Motorposition abzuleiten und somit einen verbesserten Schnellstart der Brennkraftmaschine 10 zu ermöglichen. Auch im Hinblick auf die sich an einem Motorstart anschlie¬ ßende Normalbetriebsphase der Brennkraftmaschine 10 bietet die aus dem Zylinderdrucksignal P gewonnene Information eine Vielzahl von Vorteilen.
Falls beispielsweise die Brennkraftmaschine 10 mit einer so genannten variablen Ventilsteuerung (z. B. "Phasenwandler") ausgestattet ist, so bedeutet dies eine nicht mehr eindeutige bzw. vom Zustand des betreffenden Verstellsystems abhängige Zuordnung zwischen Nockenwellenwinkel und Ventilbetätigung. 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 Ansteuerung des entsprechenden 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 vorteilhaft erfasst und be¬ rücksichtigt werden. Zusammenfassend betrifft die Erfindung die Steuerung einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10) mit mindes¬ tens einem Kraftstoffinj ektor (14) je Zylinder (12), mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung von Einlassventi¬ len (16) und/oder Auslassventilen (18), und mit einem Steuer- gerät (24), welches die Kraftstoffinj ektoren (14) so steuert, dass sie während einer Startphase der Brennkraftmaschine (10) je einen Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder (12) ein¬ spritzen. Um während der Startphase eine verbesserte Vorein¬ spritzstrategie zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung min- destens ein von einem Zylinderdrucksensor (32) zur Messung des Drucks in einem Zylinder (12) geliefertes Zylinderdrucksignal (P) im Hinblick auf Störsignale (Sl) ausgewertet und das Auswertungsergebnis zumindest während der Startphase bei einer Ermittlung des Nockenwellenwinkels berücksichtigt.

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 von Einlassventilen (16) und/oder Auslassventilen (18), die mit der halben Drehzahl einer Kurbelwelle (22) umläuft,
- einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) mit einem Synchronisationsimpuls je Kurbelwellenumdrehung liefert, und
- einem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinj ekto- ren (14) so steuert, dass sie während einer Startphase je einen Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder (12) und anschließend in einer Normalbetriebsphase von dem Steuergerät (24) ermittelte Kraftstoffmengen im norma¬ len Einspritzbetrieb einspritzen, 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) ausgewertet wird, und dass das Auswertungsergebnis zumindest während der Startphase bei einer Ermittlung des Nockenwellenwinkels berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder (12) aufweist und die Zylinder- drucksignale (P) von sämtlichen Zylindern (12) jeweils zugeordneten Zylinderdrucksensoren (32) ausgewertet werden .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels während der Startphase ferner Vorzugsstillstandwinkel der Kurbelwelle (22) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Ermittlung des Nockenwellenwinkels ferner das vom Nockenwellensensor (26) gelieferte Nockenwellensignal (CAM) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswertungsergebnis während der Startphase und/oder in der Normalbetriebsphase zur Plausibilisierung des vom Kurbelwellensensor (28) gelieferten Kurbelwellensignals (CRK) und/oder des von einem Nockenwellensensor (26) gelieferten, vom Nockenwellenwinkel abhängiges Nockenwel¬ lensignal (CAM) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Normalbetriebsphase eine Nockenwellenphasenver- stellung vorgesehen ist und das Auswertungsergebnis als eine Eingangsgröße bei der Steuerung der Nockenwellenpha- senverstellung berücksichtigt wird.
Steuergerät (24) zum Steuern einer ein- oder mehrzylind- rigen Brennkraftmaschine (10) mit
- mindestens einem Kraftstoffinj ektor (14) je Zylinder (12) zum Einspritzen von Kraftstoff, - mindestens einer Nockenwelle (20) zur Betätigung von Einlassventilen (16) und/oder Auslassventilen (18), die mit der halben Drehzahl einer Kurbelwelle (22) umläuft, - einem Kurbelwellensensor (28), der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal (CRK) mit einem Synchronisationsimpuls je Kurbelwellenumdrehung liefert, und
- dem Steuergerät (24), welches die Kraftstoffinj ektoren (14) so steuert, dass sie während einer Startphase je einen Kraftstoff-Voreinspritzer pro Zylinder (12) und anschließend in einer Normalbetriebsphase von dem Steu¬ ergerät (24) ermittelte Kraftstoffmengen im normalen Einspritzbetrieb einspritzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuergerät (24) 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) auszu¬ werten und das Auswertungsergebnis zumindest während der Startphase bei einer Ermittlung des Nockenwellenwinkels zu berücksichtigen.
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