WO2018220045A1 - Verfahren zur ermittlung der aktuellen trimmung des einlasstraktes eines verbrennungsmotors im betrieb - Google Patents

Verfahren zur ermittlung der aktuellen trimmung des einlasstraktes eines verbrennungsmotors im betrieb Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the current trimming of the intake tract of an internal combustion engine from a in the intake section or in the exhaust section GE ⁇ measured pressure oscillation signal during operation of the internal combustion engine.
  • Reciprocating internal combustion engines which are shortened in this context and hereinafter also referred to as internal combustion engines, have one or more cylinders in each of which a reciprocating piston is arranged.
  • FIG. 1 shows by way of example a cylinder of an optionally also multi-cylinder internal combustion engine with the most important functional units.
  • the respective reciprocating piston 6 is arranged linearly movable in the respective cylinder 2 and closes with the cylinder 2 a combustion chamber 3 a.
  • the respective reciprocating piston 6 is connected via a so-called connecting rod 7 with a respective crank pin 8 of a crankshaft 9, wherein the crank pin 8 is arranged eccentrically to the crankshaft axis of rotation 9a.
  • the translational stroke of the reciprocating piston 6 is transmitted by connecting rod 7 and crank pin 8 to the crankshaft 9 and converted into a rotational movement of the crankshaft 9, the reciprocating piston 6 due to their inertia, after overcoming a bottom dead center in the cylinder 2 again in the opposite direction "up" to moved to a top dead center.
  • the four-stroke engine has prevailed to this day.
  • an intake stroke is at Ab ⁇ downward movement of the reciprocating piston 6, fuel-air mixture 21 (shown with dashed lines in intake manifold injection by injection valve 5a, shown in Fig. 1 as an alternative) or even fresh air (in direct fuel injection by injector 5) from the Intake tract 20 introduced into the combustion chamber 3.
  • the following compression stroke is, in upward movement of the reciprocating piston 6, the fuel-air mixture or the fresh air compressed in the combustion chamber 3 and optionally separately injected fuel by means of an injection valve 5.
  • the fuel-air mixture for example, in the gasoline internal combustion engine by means of a spark plug 4, ignited, burned and relaxed during downward movement of the reciprocating piston 6 with release of labor.
  • the remaining exhaust gas 31 is pushed out of the combustion chamber 3 into the exhaust tract 30.
  • the delimitation of the combustion chamber 3 to the intake tract 20 or exhaust tract 30 of the internal combustion engine 1 generally takes place via inlet valves 22 and exhaust valves 32, in particular in the example given here.
  • the actuation of these valves takes place according to the current state of the art via at least one camshaft.
  • the example shown has an intake camshaft 23 for actuating the intake valves 22 and an exhaust camshaft 33 for actuating the exhaust valves ⁇ 32.
  • valve play compensation eg bucket tappets,
  • the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 are driven by the internal combustion engine 1 itself.
  • the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 are respectively controlled via suitable intake camshaft control adapters 24 and exhaust camshaft control adapters 34 such as gears, sprockets, or pulleys by means of a timing transmission 40 comprising, for example, a gear transmission, a timing chain or a timing belt, in a predetermined position to each other and the crankshaft 9 via a corresponding crankshaft control adapter 10, which is designed as a gear, sprocket or pulley, coupled to the crankshaft 9.
  • the rotational position of the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 is defined in principle in relation to the rotational position of the crankshaft 9.
  • Figure 1 the coupling between the intake camshaft 23 and the exhaust ⁇ camshaft 33 and the crankshaft 9 by means of pulleys and timing belt is exemplified.
  • the distance covered on one cycle rotation angle of the cure ⁇ belwelle is simply referred to as working phase or only phase.
  • An angle of rotation of the crankshaft which is covered within a working phase is accordingly referred to as the phase angle.
  • the respective current Kurbelwel ⁇ len phase angle of the crankshaft 9 can be detected by means of a connected to the crankshaft 9 or the crankshaft control adapter 10 position sensor 43 and an associated crankshaft position sensor 41 continuously.
  • the position sensor 43 may be designed, for example, as a toothed wheel with a plurality of teeth distributed equidistantly around the circumference, wherein the number of individual teeth determines the resolution of the crankshaft phase angle signal.
  • the current phase angles of the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 may additionally be detected continuously by means of corresponding position sensors 43 and associated camshaft load sensors 42.
  • each particular crankshaft phase angle is a certain crankpin angle, a certain piston stroke, a particular intake camshaft angle and thus a certain intake valve lift and a certain Auslassnockenwellenwinkel and thus a certain outlet ⁇ nockenwellenhub assigned. That is, all the components mentioned are in or move in phase with the rotating crankshaft.
  • an electronic, programmable Mo ⁇ tor control unit 50 (CPU) is shown for control of the motor functions, with signal inputs 51 for receiving the various sensor signals and with signal and Leis ⁇ tung outputs 52 for driving respective actuators and actuators and is equipped with an electronic processing unit 53 and an associated electronic storage unit 54.
  • the effect of a resonator and of a variable intake manifold or variable intake manifold is based on the principle of the above-mentioned induced by the gas exchange gas oscillations of the air column in the intake tract. For example, in the intake stroke, a vacuum wave is produced, which is reflected at the end of the suction pipe and runs back as a pressure wave.
  • a charging effect may be an ebb of the aspirated already in the combustion air or the air-fuel mixture can be prevented in the intake tract or even by the returning over ⁇ pressure wave can be achieved, provided the returning overpressure wave meets an open inlet valve.
  • a resonance effect in which between the timing of the intake valves, the intake strokes and the gas vibrations a certain rhythm arises, which leads to improved cylinder filling and thus to higher performance.
  • This effect can be achieved by the arrangement of appropriately designed resonators in the inlet tract.
  • FIGS. 2a and 2b show the same internal combustion engine according to FIG. 1, which is supplemented by a variably adjustable intake manifold 60 and an air filter 62 in the region of the intake tract 20.
  • FIG. 2 a shows an adjustment of the suction pipe with a shortened intake pipe length, for example for high rotational speeds of the internal combustion engine.
  • Figure 2b shows the same arrangement as Figure 2a but with a Adjustment of the suction pipe with maximum suction pipe length, for example for low speeds.
  • the length of the suction tube can here by axial displacement of the Saugrohrbogens by means of an adjusting device (not shown here) changed and so adapted to the j eIER operating point, for example, depending on the speed of the engine.
  • trim of the intake tract As already described for the abovementioned operating parameters of the internal combustion engine It is also essential here that the actual value of the set trim of the intake tract is compared with the specified target value and corrective action can be taken if necessary.This means that the current trim of the intake tract must be reliably detected, which, for example, can only be achieved indirectly with variable trim In this case, uncertainties remain because Existing tolerances or deviations in the control system are not detected.
  • OBD on-board diagnostics
  • the object is therefore, if possible without additional sensor arrangement and device complexity, to allow the most accurate determination of the current trim of the intake tract in the current operation to make appropriate adjustments to the operating parameters to correct the trim of the intake tract or to optimize the current operation can.
  • a crank wave phase angle signal of the internal combustion engine is determined, as it were, as a reference or reference signal for the pressure oscillation signal.
  • a possible operating point would be, for example, idling ⁇ operation at a given speed. It is to be ensured in an advantageous manner that other influences on the pressure ⁇ vibration signal as possible excluded or at least minimized.
  • the normal operation characterizes the determin ⁇ mungs moderate operation of the internal combustion engine, for example in a motor vehicle, the internal combustion engine is a copy of a series of identical internal combustion engines. Other common names for such a combustion engine would be series internal combustion engine or field internal combustion engine.
  • the measured pressure oscillations in the intake tract or in the outlet tract are pressure oscillations in the intake air or the aspirated air-fuel mixture in the inlet tract or by pressure oscillations in the exhaust gas in the outlet tract.
  • At least one actual value of at least one characteristic of at least one selected signal frequency now becomes the pressure oscillation signal with the aid of the discrete Fourier transformation the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal.
  • the current trim of the intake tract of the internal combustion engine is then determined on the basis of the at least one determined actual value of the respective characteristic using reference values of the respectively corresponding characteristic of the respective same signal frequency for different trims of the intake tract.
  • DFT Discrete Fourier Transformation
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the pressure oscillation signal is now decomposed into individual signal frequencies which, in the following, can be analyzed separately in terms of their amplitude and the phase position.
  • both the phase position and the amplitude of selected signal frequencies of the pressure oscillation signal are dependent on the trimming of the inlet tract of the respective internal combustion engine. Only those Sig ⁇ nalfrequenzen advantageously be used as benchmark the Ansaugfrequenz of when
  • the value of the determined characteristic is compared with so-called reference values of the respectively corresponding characteristic of the respectively same signal frequency for different trims of the intake tract of the internal combustion engine.
  • This re ⁇ ference values of the respective puritesums are clearly assigned to the ent ⁇ speaking trims the intake tract.
  • the advantages of the method according to the invention are that alone on the basis of a respective pressure signal, which can be determined by means of sensors already present in the system and analyzed or processed by means of an already existing electronic processing unit for engine control and thus without additional device complexity, the current trim of Inlet tract of the internal combustion engine can be determined. If necessary, then on this basis, the control parameters of the internal combustion engine, and in particular the Trim adjustment of the intake tract, be corrected so corrected that a target value is achieved or optimal operation is guaranteed at the respective operating point.
  • Figure 1 is a simplified representation of a shortened here as
  • FIGS. 2a and 2b show two further simplified representations of
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of FIG
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of FIG
  • FIG. 5 shows a diagram for the representation of reference phase positions of a signal frequency as a function of the trim of the inlet tract and the determination of a specific value of the trim of the inlet tract starting from a currently determined value of the phase position of a pressure oscillation signal;
  • FIG. 6 shows a block diagram for the schematic representation of a
  • FIG. 3 shows this relationship by way of example on the basis of the characteristic phase position of the pressure oscillation signal in the intake tract as a function of the trim of the intake tract, here by way of example using a variable intake manifold length in%, at different signal frequencies. It is shown here that arise at different signal frequencies quite different courses of the values of phase with at ⁇ increasing intake manifold.
  • the curve 101 at intake frequency has an increasing profile with increasing intake pipe length
  • curve 102 at the double intake frequency has a first sloping then almost constant course
  • curve 103 at the triple intake frequency having sloping course with increasing intake pipe length.
  • FIG. 4 shows the relationship on the basis of the characteristic amplitude of the pressure oscillation signal in the intake tract, also by way of example as a function of the variable intake manifold length in% as parameter of the trim of the intake tract, again with different signal frequencies.
  • the curve 201 has an increasing course with increasing intake manifold length at intake frequency
  • curve 202 has a gradient which is weakened compared to curve 201
  • curve 203 has three times Intake frequency a nearly constant course with increasing intake pipe length on ⁇ has.
  • this example shows that the accuracy and informative value of the method according to the invention depends, if necessary, on the selection of an advantageous signal frequency for determining the trim of the inlet tract.
  • the reference values of the respective characteristic as a function of the trim of the inlet tract are provided in at least one respective reference value characteristic field.
  • Reference values for the phase position as a function of values for the trimming of the inlet tract for different signal frequencies, as shown in FIG. 3, or reference values for the amplitude as a function of values for the trimming of the inlet tract for different signal frequencies, for example, are in such a reference value characteristic map. as shown in Figure 4, summarized.
  • several such maps can be provided for different operating points of the internal combustion engine.
  • a corresponding extensive map for example, corresponding reference value curves for contain different operating points of the engine and different signal frequencies.
  • the determination of the current trim of the intake tract of the internal combustion engine can then, as shown in FIG. 5 using the example of the phase position, be carried out in such a simple manner that starting from the determined actual value of a characteristic of the pressure oscillation signal, here a value of approximately 52.5 of the phase position , for a selected signal frequency, here the first harmonic 101, ie intake frequency, during normal operation of the internal combustion engine, the associated point 105 on the Refe ⁇ rence curve of the first harmonic determined 101 and starting again from this, the associated trim of the intake tract, here about 50th % of the maximum Saugrohrinate, is determined, as shown in phantom by the dashed line in Figure 5.
  • the current trim of the intake tract can be determined in a particularly simple manner and with little computational effort during operation.
  • At least one respective algebraic model function characterizing the corresponding reference curve is provided for mathematically determining the respective reference value of the respectively corresponding characteristic, which maps the relationship between the characteristic and the trim of the inlet tract. Given the determined actual value of the respective Cha ⁇ rakteritesums the trim of the intake tract is then currently calculated.
  • the advantage of this alternative is that overall less storage capacity must be made available.
  • the implementation of the method according to the invention ie the determination of the actual value of the respective characteristic of the selected signal frequency and the determination of the current trim of the intake tract of the Internal combustion engine with the help of an internal combustion engine to ⁇ ordered electronic computing unit, which is preferably part of a motor control unit.
  • the respective reference value characteristic field and / or the respective al gebraische model function in at least one of the electro ⁇ African computing unit associated electronic memory area, which is preferably also part of the Mo ⁇ tor control unit is stored.
  • An electronic processing unit 53-containing Mo ⁇ tor control unit 50 is shown symbolically by the broken lines ge ⁇ frame here, which includes the steps / blocks of an embodiment of the inventive method and the electronic storage area 54th
  • the reference value maps or the algebraic model functions can be stored in at least one electronic memory area 54 of the CPU 50.
  • the method of the invention can automatically perform very rapidly and periodically during operation of the internal combustion engine and an adjustment or correction of other control variables or control routines for control of the engine in dependence on the determined trim of the intake tract can be directly through the Mo ⁇ tor control unit be made.
  • This has the advantage that no separate electronic processing unit is required and thus there are no additional, possibly fault-prone interfaces between several computing units.
  • the method according to the invention can thus become an integral part of the control routines of the internal combustion engine, as a result of which rapid adaptation of the control variables or control routines for the internal combustion engine to the current trim of the intake tract can take place.
  • the reference values of the respective secretitesums for under ⁇ defenceliche trims the intake tract for performing the method are available.
  • BIO and Bll show symbolically in the block diagram in FIG. 6 by the blocks labeled BIO and Bll, where block BIO denotes the measurement of a reference internal combustion engine (Vmssg_Refmot) and block Bll the compilation of the measured reference values of the respective characteristic at selected signal frequencies to reference value Maps (RWK_DSC_SF_1 ... X).
  • the reference internal combustion engine is an internal combustion engine of identical construction to the corresponding internal combustion engine series, in which it is ensured, in particular, that no constructional tolerance deviations influencing the behavior are present. This is to ensure that the relationship between the respective characteristic of the pressure oscillation signal and the trim of the intake tract can be ⁇ he averages as precisely as possible and without influence of other confounding factors.
  • the determination of corresponding reference values can score points by means of the reference combustion engine in different operating ⁇ and carried out under default or variation of other operating parameters such as the temperature of the sucked fluid, the coolant temperature or the engine speed.
  • the resulting reference value maps see for example FIGS. 3 and 4, can then advantageously be made available for all identical internal combustion engines of the series, in particular in an electronic memory area 54 of an internal combustion engine assignable electronic engine control unit 50 are stored.
  • a respective algebraic model function can be derived from the determined reference values of the selected signal frequency and the assigned trims of the inlet tract, at least the relationship between the respective characteristic of the selected signal frequency and the Trim of the inlet tract depicts. This is symbolized in the block diagram of FIG ⁇ 6 by the block marked with B12.
  • the above-mentioned further parameters can also be included.
  • Rf DSC_SF_1 ... X
  • the model function can then advantageously be made available in the case of all combustion engines of the series of identical construction, in particular in an electronic memory area 54 of an internal combustion engine-assignable electronic engine control unit 50.
  • the advantages are that the model function requires less storage space than extensive reference value maps.
  • the preliminary determination of the reference values of the respective characteristic of the out ⁇ wanted signal frequency by the measurement of a reference internal combustion engine (Vmssg_Refmot) at at least one defined operating point be carried out under setting certain Refe ⁇ rence trims of the intake tract.
  • Vmssg_Refmot reference internal combustion engine
  • the assignable to a cylinder of reference combustion engine dynamic pressure oscillations for determining the reference values of the respective characteristic of the selected frequency signal transmitting section in the inlet duct or in training, measured in operation and a corresponding pressure ⁇ oscillation signal is generated.
  • crankshaft phase angle signal is determined.
  • reference values of the respective characteristic of the selected Signalfre acid sequence of the measured pressure oscillations with respect to the spa belwellen phase angle signal is determined using Discrete-Fourier transform from the pressure oscillation signal.
  • the determined reference values are then stored in reference value maps (RWK_DSC_SF_1... X) as a function of the assigned trim of the inlet tract. This allows reliable determination of the relationship between the respective characteristic of the pressure oscillation signal of the selected signal frequency and the trim of the inlet tract.
  • phase position and amplitude are essentially basic characteristics which can be determined by means of discrete based Fou ⁇ rier transform to selected individual signal ⁇ frequencies.
  • exactly one actual value for example the phase position at a selected signal frequency, for example the 2nd harmonic, is determined at a specific operating point of the internal combustion engine and by assigning this value to the corresponding reference value of the phase position in the stored reference value characteristic field the same signal frequency, the assigned value for the trim of the intake tract determined.
  • the trim of the intake tract is at least one Re ⁇ sonatorbauteils adjustable by means of at least one variable suction pipe or by means of at least one adjustable swirl flap or means.
  • the trim of the inlet tract can be adjusted or adjusted.
  • an actuator driven by means of an actuator can be provided, by means of which, for example, the length of one or more suction tubes or the position of one or more swirl flaps depending on. gotti can be varied from the respective operating point of the internal combustion engine. This has the advantage that the trim of the intake tract can be adjusted through optimized on the fly to the respective Be ⁇ operating point and possibly regulates overall.
  • the temperature of the intake medium ie essentially the intake air, directly influences the speed of sound in the medium and thus the pressure propagation in the intake tract. This temperature can be measured in the intake tract and is thus known.
  • the temperature of the coolant can also
  • the engine speed is one of the operating point of the Ver ⁇ combustion engine characterizing variables and affects the available time for the pressure propagation in the intake tract. The engine speed is constantly monitored and is thus available when determining the trim of the intake tract.
  • the aforementioned additional parameters are thus available anyway or can be determined in a simple manner.
  • the respective influence of said parameters on the respective characteristic of the selected signal frequency of the pressure oscillation signal is assumed to be known and was for example, as previously noted, determined during the measurement of a reference internal combustion engine and stored in the reference value maps.
  • the inclusion by means of appropriate correction factors or correction functions in the calculation of the current values of the trim of the intake tract by means of an algebraic Mo ⁇ dell function provides a way to take into account these additional, other operating parameters for carrying out the method of the invention in addition.
  • the dynamic pressure oscillations in the intake tract by means of a standard pressure sensor for example, directly in the intake manifold, are measured. This has the advantage that no additional pressure sensor is needed, which represents a cost advantage.
  • the crankshaft position Ons feedback signal with a boomrad and a Hall sensor are determined, this being a conventional, possibly already present in the internal combustion engine sensor arrangement for detecting the crankshaft revolutions, ie the speed of the internal combustion engine, is.
  • the toothed wheel is arranged at ⁇ example, on the outer circumference of a flywheel or the crankshaft control adapter 10 (see also Figure 1). This has the advantage that no additional sensor arrangement is needed, which represents a cost advantage.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the inventive method for determining the current trimming of the intake tract of an internal combustion engine is set in operation again in the form of a simplified block diagram ⁇ fanned with the essential steps DAR.
  • the broken line in the block diagram framing of the corresponding blocks Bl to B6 and 54 symbolically represents the boundary of a programmable electronic motor control ungsaku 50, for example, one as a CPU designated Mo ⁇ tor control unit of the respective internal combustion engine is on which the method is performed.
  • These electronic Mo ⁇ tor control unit 50 includes, among other things, the elekt ⁇ tronic calculation unit 53 and the electronic storage area 54 for performing the method according to the invention.
  • IW_DSC_SF_1 ... X determines at least one characteristic of at least one selected signal frequency of the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal (KwPw_S), which is represented by the block labeled B4.
  • an intake tract trim determination (ET_Trm_EM) is then carried out in block B5. This is done using reference values (RW_DSC_SF_1... X) of the respectively corresponding characteristic of the same signal frequency for different trims of the intake tract, which are provided in the memory area marked 54 or current with the aid of the algebraic model functions stored in the memory area 54 be determined.
  • the thus determined current value of the trim of the intake tract (Trm_ET_akt) of the internal combustion engine is then provided in block B6.
  • a reference internal combustion engine Vmssg_Refmot
  • Vmssg_Refmot a reference internal combustion engine
  • the determined reference values are then compiled in block Bll as a function of the assigned values of the trim of the intake tract into reference value characteristic diagrams (RWK DSC SF 1... X) and stored in the electric field.
  • memory area 54 of the CPU-marked motor control unit 50 is measured to determine reference values of the respective characteristic of the respectively selected signal frequency of the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal from the pressure oscillation signal with the aid of discrete Fourier transformation.
  • the determined reference values are then compiled in block Bll as a function of the assigned values of the trim of the intake tract into reference value characteristic diagrams (RWK DSC SF 1... X) and stored in the electric field. memory area 54 of the CPU-marked motor control unit 50.
  • the block labeled B12 involves the derivation of algebraic model functions (Rf (DSC_SF_1 ... X)), which are called
  • Reference value functions, for example, the course of the respective reference value lines of the respective characteristic of the pressure oscillation signal for a respective signal frequency in response to the trim of the intake tract map, based on the previously determined reference value maps
  • Crankshaft phase angle signal determined and set in relation to the pressure ⁇ vibration signal .
  • Is ⁇ acceleration signal from the Druckschwin an actual value of at least one characteristic of at least one selected signal frequency of the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal is determined and on the basis of the actual value determined is by reference to reference values of the corresponding characteristic of the respective same signal frequency for different trims of Inlet tract, the current Trimming of the inlet tract, or a value for the current trim of the inlet tract, determined.

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Abstract

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dynamische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im Normalbetrieb gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal (DS_S) erzeugt. Gleichzeitig wird ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (KwPw_S) ermittelt. Aus dem Druckschwingungssignal wird ein Istwert (IW_DSC_SF_1...X) zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt und auf Basis des ermittelten Istwertes wird unter Heranziehung von Referenzwerten (RW_DSC_SF_1...X) des entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes, die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes (Trm_ET_akt) ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors im Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors aus einem im Ansaugtrakt oder im Abgastrakt ge¬ messenen Druckschwingungssignal während des Betriebs des Verbrennungsmotors.
Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die in diesem Zusammenhang und im Folgenden verkürzt auch nur als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden, weisen ein oder mehrere Zylinder auf in denen jeweils ein Hubkolben angeordnet ist. Zur Veranschaulichung des Prinzips eines Hubkolben-Verbrennungsmotors wird im Folgenden Bezug auf Figur 1 genommen, die beispielhaft einen Zylinder eines ggf. auch mehrzylindrigen Verbrennungsmotors mit den wichtigsten Funktionseinheiten darstellt.
Der jeweilige Hubkolben 6 ist linear beweglich im jeweiligen Zylinder 2 angeordnet und schließt mit dem Zylinder 2 einen Brennraum 3 ein. Der jeweilige Hubkolben 6 ist über ein sogenanntes Pleuel 7 mit einem jeweiligen Hubzapfen 8 einer Kurbelwelle 9 verbunden, wobei der Hubzapfen 8 exzentrisch zur Kurbelwellendrehachse 9a angeordnet ist. Durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 3 wird der Hub¬ kolben 6 linear "abwärts" angetrieben. Die translatorische Hubbewegung des Hubkolbens 6 wird mittels Pleuel 7 und Hubzapfen 8 auf die Kurbelwelle 9 übertragen und in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 9 umgesetzt, die den Hubkolben 6 aufgrund ihrer Massenträgheit, nach Überwindung eines unteren Totpunktes im Zylinder 2 wieder in Gegenrichtung "aufwärts" bis zu einem oberen Totpunkt bewegt. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Ver- brennungsmotors 1 zu ermöglichen, muss während eines sogenannten Arbeitsspiels eines Zylinders 2 zunächst der Brennraum 3 über den sogenannten Ansaugtrakt mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllt, das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet, dann gezündet (im Falle eines Benzin-Verbrennungsmotors mittels Zündkerze und im Falle eines Diesel-Verbrennungsmotors durch Selbstentzündung) und zum Antrieb des Hubkolbens 6 verbrannt werden und schließlich das nach der Verbrennung verbleibende Abgas aus dem Brennraum 3 in den Abgastrakt ausgeschoben werden. Durch kontinuierliche Wiederholung dieses Ablaufs ergibt sich ein kontinuierlicher Betrieb des Verbrennungsmotors 1 unter Abgabe einer zur Verbrennungsenergie proportionalen Arbeit.
Je nach Motorkonzept ist ein Arbeitsspiel des Zylinders 2 in zwei über eine Kurbelwellenumdrehung (360°) verteilte Takte
(Zweitaktmotor) oder in vier über zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) verteilte Takte (Viertaktmotor) gegliedert.
Als Antrieb für Kraftfahrzeuge hat sich bis heute der Vier- taktmotor durchgesetzt. In einem Ansaugtakt wird, bei Ab¬ wärtsbewegung des Hubkolbens 6, Kraftstoff-Luft-Gemisch 21 (bei Saugrohreinspritzung mittels Einspritzventil 5a, in Fig. 1 als Alternative gestrichelt dargestellt) oder auch nur Frischluft (bei Kraftstoff-Direkteinspritzung mittels Einspritzventil 5) aus dem Ansaugtrakt 20 in den Brennraum 3 eingebracht. Im folgenden Verdichtungstakt wird, bei Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das Kraftstoff-Luft-Gemisch oder die Frischluft im Brennraum 3 verdichtet sowie ggf. separat Kraftstoff mittels eines Einspritzventils 5 eingespritzt. Im folgenden Arbeitstakt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch, zum Beispiel beim Benzin-Verbrennungsmotor mittels einer Zündkerze 4, gezündet, verbrannt und bei Abwärtsbewegung des Hubkolbens 6 unter Abgabe von Arbeit entspannt. Schließlich wird in einem Ausschiebetakt, bei erneuter Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das verbleibende Abgas 31 aus dem Brennraum 3 in den Abgastrakt 30 ausgeschoben.
Die Abgrenzung des Brennraumes 3 zum Ansaugtrakt 20 oder Ab- gastrakt 30 des Verbrennungsmotors 1 erfolgt in der Regel und insbesondere bei dem hier zugrungegelegten Beispiel über Einlassventile 22 und Auslassventile 32. Die Ansteuerung dieser Ventile erfolgt nach heutigem Stand der Technik über mindestens eine Nockenwelle. Das gezeigte Beispiel verfügt über eine Einlassnockenwelle 23 zur Betätigung der Einlassventile 22 und über eine Auslassnockenwelle 33 zur Betätigung der Auslass¬ ventile 32. Zwischen den Ventilen und der jeweiligen Nockenwelle sind zumeist noch weitere, hier nicht dargestellte, mechanische Bauteile zur Kraftübertragung vorhanden, die auch einen Ven- tilspielausgleich beinhalten können (z.B. Tassenstößel,
Kipphebel, Schlepphebel, Stößelstange, Hydrostößel etc.).
Der Antrieb der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 erfolgt über den Verbrennungsmotor 1 selbst. Hierzu werden die Einlassnockenwelle 23 und die Auslassnockenwelle 33 jeweils über geeignete Einlassnockenwellen-Steueradapter 24 und Auslassnockenwellen-Steueradapter 34, wie zum Beispiel Zahnräder, Kettenräder oder Riemenräder mithilfe eines Steuergetriebes 40, das zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, eine Steuerkette oder einen Steuerzahnriemen aufweist, in vorgegebener Lage zueinander und zur Kurbelwelle 9 über einen entsprechenden Kurbelwellen-Steueradapter 10, der entsprechend als Zahnrad, Kettenrad oder Riemenrad ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 9 gekoppelt. Durch diese Verbindung ist die Drehlage der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 in Relation zur Drehlage der Kurbelwelle 9 prinzipiell definiert. In Figur 1 ist beispielhaft die Kopplung zwischen Einlassnockenwelle 23 und der Auslass¬ nockenwelle 33 und der Kurbelwelle 9 mittels Riemenscheiben und Steuerzahnriemen dargestellt. Der über ein Arbeitsspiel zurückgelegte Drehwinkel der Kur¬ belwelle wird im Weiteren als Arbeitsphase oder einfach nur Phase bezeichnet. Ein innerhalb einer Arbeitsphase zurückgelegter Drehwinkel der Kurbelwelle wird dem entsprechend als Phasen- winkel bezeichnet. Der jeweils aktuelle Kurbelwel¬ len-Phasenwinkel der Kurbelwelle 9 kann mittels eines mit der Kurbelwelle 9 oder dem Kurbelwellen-Steueradapter 10 verbundenen Lagegebers 43 und einem zugeordneten Kurbelwellen-Lagesensor 41 laufend erfasst werden. Dabei kann der Lagegeber 43 zum Beispiel als Zähnerad mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen ausgeführt sein, wobei die Anzahl der einzelnen Zähne die Auflösung des Kurbelwellen-Phasen- winkelsignals bestimmt. Ebenso können ggf. zusätzlich die aktuellen Phasenwinkel der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 mittels entsprechender Lagegeber 43 und zugeordneter Nockenwellenla- gesensoren 42 laufend erfasst werden. Da sich der jeweilige Hubzapfen 8 und mit ihm der Hubkolben 6, die Einlassnockenwelle 23 und mit ihr das jeweilige Einlassventil 22 sowie die Auslassnockenwelle 33 und mit ihr das jeweilige Auslassventil 32 durch die vorgegebene mechanische Kopplung in vorgegebener Relation zueinander und in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehung bewegen, durchlaufen diese Funktionskomponenten synchron zur Kurbelwelle die jeweilige Arbeitsphase. Die jeweiligen Drehlagen und Hubpositionen von Hubkolben 6, Einlassventilen 22 und Auslassventilen 32 können so, unter Berücksichtigung der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse, auf den durch den Kurbelwellen-Lagesensor 41 vorgegebenen Kurbelwellen-Phasenwinkel der Kurbelwelle 9 bezogen werden. Bei einem idealen Verbrennungsmotor ist somit jedem bestimmten Kurbelwellen-Phasenwinkel ein bestimmter Hubzapfenwinkel, ein bestimmter Kolbenhub, ein bestimmter Einlassnockenwellenwinkel und somit ein bestimmter Einlassventilhub sowie ein bestimmter Auslassnockenwellenwinkel und somit ein bestimmter Auslass¬ nockenwellenhub zuordenbar. Das heißt alle genannten Komponenten befinden sich bzw. bewegen sich in Phase mit der sich drehenden Kurbelwelle 9.
Symbolisch ist auch eine elektronische, programmierbare Mo¬ tor-Steuerungseinheit 50 (CPU) zur Steuerung der Motorfunktionen dargestellt, das mit Signal-Eingängen 51 zur Entgegennahme der vielfältigen Sensorsignale und mit Signal- und Leis¬ tungs-Ausgängen 52 zur Ansteuerung entsprechender Stelleinheiten und Aktuatoren sowie mit einer elektronischen Recheneinheit 53 und einer zugeordneten elektronischen Speichereinheit 54 ausgestattet ist.
Durch den sogenannten Ladungswechsel des Verbrennungsmotors, also das Ansaugen von Frischluft 21 bzw. Kraftstoff-Luftgemisch aus dem auch als Ansaugtrakt bezeichneten Einlasstrakt 20 in den Brennraum 3 und das nach der Verbrennung stattfindende Aus- schieben der Abgases 31 in den auch als Abgastrakt bezeichneten Auslasstrakt 30, der in Abhängigkeit von der Hubbewegung des Hubkolbens 6 und dem Öffnen und Schließen der Einlassventile 22 und der Auslassventile 32 erfolgt, werden Druckschwingungen in der Ansaugluft bzw. dem Luft-Kraftstoffgemisch im Einlasstrakt und des Abgases im Auslasstrakt erzeugt, die ebenfalls in Phase mit der Drehung der Kurbelwelle 9 verlaufen und somit in Bezug zum Kurbelwellen-Phasenwinkel gesetzt werden können.
Zur Optimierung des Betriebes eines Verbrennungsmotors gehört es längst zum Stand der Technik im Betrieb ständig bestimmte
Ist-Betriebsparameter sensorisch zu erfassen und bei Abweichungen vom Sollbetrieb mittels des elektronischen Motorsteuergerätes die Einfluss nehmenden Steuerparameter anzupassen bzw. zu korrigieren. Im Fokus standen hierbei bisher Kraft- Stoffeinspritzmengen, Einspritz- sowie Zündzeitpunkte, Ventilsteuerzeiten, Ladedruck, zugeführte Luftmasse, Abgaszu¬ sammensetzung (Lambda-Werte) , Abgastemperatur, etc.. Weltweit immer strenger werdende gesetzliche Anforderungen an Abgaszusammensetzung und Abgasmenge von Verbrennungsmotoren haben in jüngster Vergangenheit zu einer Entwicklungstendenz des sogenannten„Downsizing" geführt, wobei die Hubräume verkleinert werden und die Leistung mittels alternativer Maßnahmen zur besseren Befüllung der Brennräume mit Luft-Kraftstoff-Gemisch und daraus resultierender erhöhter Verbrennungsenergie ge¬ steigert wird. Dies kann zum Beispiel durch Turboaufladung oder elektrische Kompressoraufladung erzielt werden. Eine weitere Möglichkeit, einen ähnlichen Effekt zu erzielen, besteht in der optimierten Auslegung des Einlasstraktes oder der Verwendung eines sogenannten variablen Einlasstraktes. Die Auslebung kann sogenannte Resonatoren betreffen, die Resonanzschwingungen in bestimmten Drehzahlbereichen erzeugen, die Variabilität des Einlasstraktes kann unterschiedliche kon¬ struktive Maßnahmen beinhalten, wie zum Beispiel ein Schalt¬ saugrohr oder variables Saugrohr oder auch sogenannte Drallklappen im Einlasstrakt des Verbrennungsmotors. Der Effekt eines Resonators sowie eines Schaltsaugrohrs bzw. variablen Saugrohrs basiert auf dem Prinzip der oben bereits erwähnten, durch den Ladungswechsel induzierten Gasschwingungen der Luftsäule im Einlasstrakt. So entsteht beispielsweise im Ansaugtakt eine Unterdruckwelle, die am Ende des Saugrohrs reflektiert wird und als Überdruckwelle wieder zurückläuft.
Dadurch kann ein Zurückfluten der schon im Brennraum angesaugten Luft bzw. des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Einlasstrakt verhindert werden oder gar durch die zurücklaufende Über¬ druckwelle ein Aufladungseffekt erzielt werden, sofern die zurücklaufende Überdruckwelle auf ein geöffnetes Einlassventil trifft. Man spricht in diesem Zusammenhang von einem Resonanzeffekt, bei dem zwischen den Steuerzeiten der Einlassventile den Ansaugtakten und den Gasschwingungen ein bestimmter Rhythmus entsteht, welcher zu einer verbesserten Zylinderfüllung und so zu höherer Leistung führt. Dieser Effekt lässt sich durch die Anordnung entsprechend ausgelegter Resonatoren im Einlasstrakt erzielen . Da diese Schwingungsvorgänge der Luftsäule immer in Schall¬ geschwindigkeit ablaufen, die Öffnungszeiten der Einlassventile jedoch von der aktuellen Drehzahl des Verbrennungsmotors, also der Drehzahl der Kurbelwelle, abhängen, tritt dieser Effekt nur im Bereich bestimmter Drehzahlen auf, weshalb eine Auslegung der Resonatoren oder Saugrohrlängen angestrebt wird, die eine erhöhte Leistung, insbesondere ein höheres Drehmoment, bei bestimmten mittleren Drehzahlen erbringt.
Um den Effekt bei unterschiedlichen Drehzahlen des Verbren- nungsmotors oder über ein breiteres Drehzahlband nutzen zu können, kann zum Beispiel die Länge des Saugrohrs in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert werden. Aus dem Stand der Technik bekannt sind hier sogenannte Schaltsaugrohre, bei denen zwischen zwei oder auch mehreren Saugrohrlängen umgeschaltet werden kann. Aber auch Saugrohre mit stufenlos variierbarer Saugrohrlänge sind bekannt. Eine solche Anordnung ist in den Figuren 2a und 2b vereinfacht schematisch dargestellt. Die Figuren 2a und 2b zeigen jeweils denselben Verbrennungsmotor gemäß Figur 1 der im Bereich des Einlasstraktes 20 um ein variabel verstellbares Saugrohr 60 und einen Luftfilter 62 ergänzt ist. Die Saugrohrverstellung 61 ist dabei mittels eines Pfeiles symbolisiert. Figur 2a zeigt eine Einstellung des Saugrohres mit verkürzter Saugrohrlänge, zum Beispiel für hohe Drehzahlen des Verbrennungsmotors. Figur 2b zeigt die gleiche Anordnung wie Figur 2a jedoch mit einer Einstellung des Saugrohres mit maximaler Saugrohrlänge, zum Beispiel für niedrige Drehzahlen. Die Länge des Saugrohres kann hierbei durch axiales Verschieben des Saugrohrbogens mittels einer Stelleinrichtung (hier nicht dargestellt) verändert und so an den j eweiligen Betriebspunkt , zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl, des Verbrennungsmotors angepasst werden.
Weitere Möglichkeiten der Einflussnahme auf das Füllungsverhalten der Brennräume und auf die Gemischaufbereitung bestehen in der Anordnung von sogenannten Drallklappen, die insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit zwei Einlassventilen pro Zylinder zum Einsatz kommen, um bei geschlossenen Drallklappen eine bessere Verwirbelung, also Durchmischung des Luft-Kraftstoff- gemisches bei niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten und bei geöffneten Drallklappen eine bessere Füllung der Brennräume zu gewährleisten. Durch die Betätigung der Drallklappen verändert sich der freie Ansaugquerschnitt des Saugrohrs.
Die oben genannten Maßnahmen im Einlasstrakt, insbesondere die Anordnung und Auslegung von Resonatoren, von variablen Saugrohrlängen und der mittels Drallklappen variablen Saugrohrquerschnitte werden im Folgenden unter dem Begriff der „Trimmung des Einlasstraktes" zusammengefasst betrachtet. Wie bereits für die vorgenannten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors beschrieben, ist es auch hier essentiell, dass der tatsächliche Ist-Wert der eingestellten Trimmung des Einlasstraktes mit dem vorgegebenen Sollwert abgeglichen wird und gegebenenfalls korrigierend eingegriffen werden kann. Dazu muss die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes zuverlässig erfasst werden. Dies kann zum Beispiel bei variabler Trimmung bisher nur indirekt über die Erfassung des Stellwegs eines Aktuators erfolgen. Dabei bleiben Unsicherheiten, da ggf. vorhandene Toleranzen oder Abweichungen im Stellsystem nicht erfasst werden.
Aber auch bei Verbrennungsmotoren mit an sich konstanten Trimmung des Einlasstraktes, ist eine Bestimmung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes im laufenden Betrieb wünschenswert zum
Beispiel zur frühzeitigen Erkennung von Verschleißerscheinungen oder zur sogenannten On Bord Diagnose (OBD) sowie zur Plausibilisierung weiterer Betriebsparameter oder zur Erkennung von mechanischen Fremd-Eingriffen in die Mechanik des Verbren- nungsmotors, zum Beispiel wenn im Rahmen von Tuning-Maßnahmen der Einlasstrakt verändert wird.
Die Aufgabe besteht deshalb darin, möglichst ohne zusätzliche Sensoranordnung und vorrichtungstechnischen Aufwand, eine möglichst exakte Bestimmung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes im aktuell laufenden Betrieb zu ermöglichen, um entsprechende Anpassungen der Betriebsparameter zur Korrektur der Trimmung des Einlasstraktes oder auch zur Optimierung des laufenden Betriebs vornehmen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ausführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors im Betrieb gemäß Hauptanspruch. Fortbildungen und Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Der im Folgenden angegebenen Lösung der Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen der Trimmung des Einlass- traktes und den Druckschwingungen im Einlasstrakt ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Aber auch die Druckschwingungen im Auslasstrakt stehen in eindeutigem Zusammenhang mit der Trimmung des Einlasstraktes, zum Beispiel über das veränderte Ladungswechselverhalten und ggf. vorhandene zeitliche Über- schneidungen der Öffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile. So können zur Lösung der Aufgabe sowohl die Druckschwingungen im Einlasstrakt als auch die Druckschwingungen im Auslasstrakt herangezogen werden.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einem Zylinder des Verbrennungsmotors zuordenbaren dyna¬ mische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors, an einem definierten Betriebspunkt, im Normalbetrieb gemessen und daraus ein ent¬ sprechendes Druckschwingungssignal erzeugt. Gleichzeitig, das heißt in zeitlichem Zusammenhang, wird, sozusagen als Referenzoder Bezugs-Signal für das Druckschwingungssignal, ein Kur- belwellen-Phasenwinkelsignal des Verbrennungsmotors ermittelt.
Ein möglicher Betriebspunkt wäre zum Beispiel der Leerlauf¬ betrieb bei vorgegebener Drehzahl. Dabei ist in vorteilhafter Weise darauf zu Achten, dass andere Einflüsse auf das Druck¬ schwingungssignal möglichst ausgeschlossen oder zumindest minimiert werden. Der Normalbetrieb kennzeichnet den bestim¬ mungsmäßigen Betrieb des Verbrennungsmotors, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, wobei der Verbrennungsmotor ein Exemplar einer Serie von baugleichen Verbrennungsmotoren ist. Weitere gebräuchliche Bezeichnungen für einen Solchen Verbrennungsmotor wären Serien-Verbrennungsmotor oder Feld-Verbrennungsmotor.
Bei den gemessenen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt handelt es sich um Druckschwingungen in der Ansaugluft bzw. dem angesaugten Luft-Kraftstoffgemisch im Ein- lasstrakt bzw. um Druckschwingungen im Abgas im Auslasstrakt.
Aus dem Druckschwingungssignal wird nun mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation zumindest ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwel- len-Phasenwinkelsignal ermittelt .
In weiterer Folge des Verfahrens wird dann auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes des jeweiligen Charakteristikums unter Heranziehung von Referenzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes, die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors ermittelt.
Zur Analyse des im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt des Verbrennungsmotors aufgenommenen Druckschwingungssignals, wird dieses einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen. Dazu kann ein als Fast Fourier-Transformation (FFT) bekannter Algorithmus zur effizienten Berechnung der DFT herangezogen werden. Mittels DFT wird nun das Druckschwingungssignal in einzelne Signalfrequenzen zerlegt, die im Weiteren separat vereinfacht bezüglich ihrer Amplitude und der Phasenlage analysiert werden können. Im vorliegenden Fall hat sich gezeigt, dass sowohl die Phasenlage als auch die Amplitude ausgesuchter Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals in Abhängigkeit stehen zur Trimmung des Einlasstraktes des jeweiligen Verbrennungsmotors. Vorteilhaft werden dazu nur diejenigen Sig¬ nalfrequenzen herangezogen, die der Ansaugfrequenz, als
Grundfrequenz oder der sogenannten 1. Harmonischen, des Verbrennungsmotors oder einem Vielfachen der Ansaugfrequenz, also der 2. bisn. Harmonischen, entsprechen, wobei die Ansaugfrequenz wiederum in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehzahl und somit also mit dem Verbrennungszyklus oder Phasenzyklus des Ver- brennungsmotors steht. Für zumindest eine ausgesuchte Sig¬ nalfrequenz wird dann, unter Heranziehung des parallel erfassten Kurbelwellen-Phasenwinkelsignals , zumindest ein Istwert der Phasenlage, der Amplitude oder für beide als Charakteristikum dieser ausgesuchten Signalfrequenzen in Bezug auf den Kurbelwellen-Phasenwinkel ermittelt .
Um nun aus dem so ermittelten Istwert des Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz des Druckschwingungssignals die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes zu ermitteln wird der Wert des ermittelten Charakteristikums mit sogenannten Referenzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors verglichen. Diesen Re¬ ferenzwerten des jeweiligen Charakteristikums sind die ent¬ sprechenden Trimmungen des Einlasstraktes eindeutig zugeordnet. So kann über den mit dem ermittelten Istwert übereinstimmenden Referenzwert auf die zugeordnete Trimmung des Einlasstraktes geschlossen werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, dass alleine auf Basis eines jeweiligen Drucksignals, das mittels ohnehin im System vorhandener Sensoren ermittelt und mittels einer ohnehin vorhandenen elektronischen Recheneinheit für die Motorsteuerung analysiert bzw. verarbeitet werden kann und somit ohne zusätzlichen vorrichtungstechnischen Aufwand die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors ermittelt werden kann. Im Bedarfsfall können dann auf dieser Grundlage die Steuerungsparameter des Verbrennungsmotors, und insbesondere die Trimmungseinstellung des Einlasstraktes, korrigierend so verändert werden, dass ein Sollwert erreicht wird oder ein optimaler Betrieb im jeweiligen Betriebspunkt gewährleistet ist. Zur Erläuterung der Funktionsweise eines der Erfindung zugrundeliegenden Verbrennungsmotors sowie der Zusammenhänge zwischen der Trimmung des Einlasstraktes und den Charakte¬ ristika, Phasenlage sowie Amplitude, des im Einlasstrakt bzw. Auslasstrakt gemessenen Druckschwingungssignals bei bestimmten ausgesuchten Signalfrequenzen, sowie zur Beschreibung besonders vorteilhafter Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen des Erfindungsgegenstandes, gemäß der Unteransprüche, wird im Folgenden auf die Figuren Bezug genommen, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt sein soll. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines hier verkürzt als
Verbrennungsmotor bezeichneten Hubkolben-Ver- brennungsmotor mit den wichtigsten Funktionskomponenten;
Figur 2a und 2b zwei weiter vereinfachte Darstellungen des
Verbrennungsmotors gemäß Figur 1, zur Erläuterung der Trimmung des Einlasstraktes anhand der Saugrohrlänge, wobei in Figur 2a die Saugrohrlänge in verkürzter
Einstellung und in Figur 2b die Saugrohrlänge in maximaler Einstellung dargestellt ist;
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der
Abhängigkeit zwischen der Phasenlage des Druck- Schwingungssignals und der Saugrohrlänge bei ver¬ schiedenen Signalfrequenzen;
Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der
Abhängigkeit zwischen der Amplitude des Druck¬ schwingungssignals und der Saugrohrlänge bei ver- schiedenen Signalfrequenzen;
Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung von Referenz-Phasenlagen einer Signalfrequenz in Abhängigkeit von der Trimmung des Einlasstraktes und die Ermittlung eines konkreten Wertes der Trimmung des Einlasstraktes ausgehend von einem aktuell ermittelten Wert der Phasenlage eines Druckschwingungssignals ;
Figur 6 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Funktions- und Benennungsgleiche Gegenstände sind in den Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Auf die Figuren 1 und 2 wurde bereits bei der vorausgehenden Beschreibung des Funktionsprinzips eines Verbrennungsmotors und zur Erläuterung der Trimmung des Einlasstraktes ausführlich eingegangen .
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wie oben bereits erwähnt, vorausgesetzt, dass der Zusammenhang bzw. die Abhängigkeit der genannten Größen voneinander eindeutig bekannt ist. Die Zusammenhänge werden im Weiteren für das im Einlasstrakt gemessene Druckschwingungssignal erläutert, gelten jedoch in ähnlicher Weise auch für das Druckschwingungssignal im Auslasstrakt.
Figur 3 zeigt diesen Zusammenhang beispielhaft anhand des Charakteristikums Phasenlage des Druckschwingungssignals im Einlasstrakt in Abhängigkeit von der Trimmung des Einlass- traktes, hier Beispielhaft anhand einer variablen Saugrohrlänge in %, bei verschiedenen Signalfrequenzen. Es zeigt sich dabei, dass sich bei unterschiedlichen Signalfrequenzen durchaus unterschiedliche Verläufe der Werte der Phasenlage mit an¬ steigender Saugrohrlänge ergeben. Durch Interpolation zwischen den einzelnen Messpunkten ergibt sich jeweils eine stetig verlaufende Kurve, wobei die Kurve 101 bei Ansaugfrequenz einen ansteigenden Verlauf bei zunehmender Saugrohrlänge aufweist, Kurve 102 bei der doppelten Ansaugfrequenz einen zunächst abfallenden dann nahezu gleichbleibenden Verlauf aufweist und Kurve 103 bei der dreifachen Ansaugfrequenz einen abfallenden Verlauf bei zunehmender Saugrohrlänge aufweist. Dabei schneiden sich die genannten Kurven 101, 102 und 103 etwa im Bereich von 45% der Saugrohrlänge. Figur 4 zeigt den Zusammenhang anhand des Charakteristikums Amplitude des Druckschwingungssignals im Einlasstrakt ebenfalls beispielhaft in Abhängigkeit von der variablen Saugrohrlänge in % als Parameter der Trimmung des Einlasstraktes, bei wiederum verschiedenen Signalfrequenzen. Durch Interpolation zwischen den einzelnen Messpunkten ergibt sich auch hier jeweils eine stetig verlaufende Kurve, wobei die Kurve 201 bei Ansaugfrequenz einen ansteigenden Verlauf bei zunehmender Saugrohrlänge aufweist, Kurve 202 bei der doppelten Ansaugfrequenz einen gegenüber Kurve 201 abgeschwächt ansteigenden Verlauf aufweist und Kurve 203 bei der dreifachen Ansaugfrequenz einen nahezu gleichbleibenden Verlauf bei zunehmender Saugrohrlänge auf¬ weist. Bei beiden Charakteristika, Phasenlage und Amplitude zeigt sich für dieses Beispiel, dass die Genauigkeit und Aussagekraft des erfindungsgemäßen Verfahrens ggf. von der Auswahl einer vorteilhaften Signalfrequenz zur Ermittlung der Trimmung des Einlasstraktes abhängt.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Referenz-Werte des jeweiligen Charakteristikums in Abhängigkeit von der Trimmung des Einlasstraktes in zumindest einem jeweiligen Referenzwert-Kennfeld bereitgestellt. In einem solchen Refe- renzwert-Kennfeld sind beispielsweise Referenzwerte für die Phasenlage in Abhängigkeit von Werten für die Trimmung des Einlasstraktes für unterschiedliche Signalfrequenzen, wie in Figur 3 dargestellt oder Referenzwerte für die Amplitude in Abhängigkeit von Werten für die Trimmung des Einlasstraktes für unterschiedliche Signalfrequenzen, wie in Figur 4 dargestellt, zusammengefasst . Dabei können jeweils mehrere solche Kennfelder für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein. So kann ein entsprechendes umfangreicheres Kennfeld beispielsweise entsprechende Referenzwertkurven für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors und unterschiedliche Signalfrequenzen enthalten.
Die Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors kann dann, wie in Figur 5 am Beispiel der Phasenlage dargestellt, auf einfache Weise derart erfolgen, dass ausgehend von dem ermittelten Istwert eines Charakteristikums des Druckschwingungssignals, hier ein Wert von ca. 52,5 der Phasenlage, für eine ausgesuchte Signalfrequenz, hier die erste Harmonische 101, also Ansaugfrequenz, im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, der zugehörige Punkt 105 auf der Refe¬ renzkurve der ersten Harmonischen 101 ermittelt und ausgehend wiederum von diesem, die zugeordnete Trimmung des Einlasstraktes, hier ca. 50% der maximalen Saugrohrlänge, ermittelt wird, wie anhand der gestrichelten Linie in Figur 5 bildlich dargestellt. So kann die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes auf besonders einfache Weise und mit geringem Rechenaufwand im Betrieb ermittelt werden.
Wahlweise ist stattdessen oder ergänzend dazu zumindest eine jeweilige, die entsprechende Referenzkurve charakterisierende, algebraische Modell-Funktion zur rechnerischen Ermittlung des jeweiligen Referenzwertes des jeweils entsprechenden Charakteristikums bereitgestellt, die den Zusammenhang zwischen dem Charakteristikum und der Trimmung des Einlasstraktes abbildet. Unter Vorgabe des ermittelten Istwertes des jeweiligen Cha¬ rakteristikums wird dann die Trimmung des Einlasstraktes aktuell berechnet. Der Vorteil dieser Alternative liegt darin, dass insgesamt weniger Speicherkapazität zur Verfügung gestellt werden muss.
Vorteilhaft erfolgt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also die Ermittlung des Istwertes des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz sowie die Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer dem Verbrennungsmotor zu¬ geordneten elektronischen Recheneinheit, die vorzugsweise Bestandteil einer Motor-Steuerungseinheit ist. Dabei sind das jeweilige Referenzwert-Kennfeld und/oder die jeweilige al- gebraische Modell-Funktion in zumindest einem, der elektro¬ nischen Recheneinheit zugeordneten elektronischen Speicherbereich, der vorzugsweise ebenfalls Bestandteil der Mo¬ tor-Steuerungseinheit ist, gespeichert. Dies ist mit Hilfe des Blockdiagramms in Figur 6 vereinfacht dargestellt. Eine die elektronische Recheneinheit 53 beinhaltende Mo¬ tor-Steuerungseinheit 50 wird hier symbolisch durch den ge¬ strichelt Rahmen dargestellt, der die einzelnen Schritte/Blöcke einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie den elektronischen Speicherbereich 54 beinhaltet.
Besonders vorteilhaft kann zur Durchführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens eine dem Verbrennungsmotor zugeordneten elektronischen Recheneinheit 53, die beispielsweise Bestandteil der zentralen Motor-Steuereinheit 50, auch als Central Pro- cessing Unit oder CPU bezeichnet, mitbenutzt werden, die zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen ist. Dabei können die Referenzwert-Kennfelder oder die algebraischen Modell-Funktionen in zumindest einem elektronischen Speicherbereich 54 der CPU 50 gespeichert sein.
Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren automatisch, sehr schnell und wiederkehrend im Betrieb des Verbrennungsmotors durchführen und eine Anpassung bzw. Korrektur weiterer Steuergrößen oder Steuerroutinen zur Steuerung des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der ermittelten Trimmung des Einlasstraktes kann unmittelbar durch die Mo¬ tor-Steuerungseinheit vorgenommen werden. Dies hat zum einen den Vorteil, dass keine separate elektronische Recheneinheit erforderlich ist und so auch keine zusätzlichen, ggf. störungsanfälligen Schnittstellen zwischen mehreren Recheneinheiten bestehen. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren so zum integralen Bestandteil der Steuerungsroutinen des Verbrennungsmotors werden, wodurch eine schnelle Anpassung der Steuergrößen oder Steuerroutinen für den Verbrennungsmotor auf die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes erfolgen kann. Wie zuvor bereits angedeutet, wird davon ausgegangen, dass die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für unter¬ schiedliche Trimmungen des Einlasstraktes zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung stehen. Dazu werden in Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für zumindest eine ausgesuchte Signalfrequenz vorausgehend an einem Refe¬ renz-Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von unterschiedlichen Trimmungen des Einlasstraktes ermittelt. Dies ist symbolisch in dem Blockdiagramm in Figur 6 durch die mit BIO und Bll bezeichneten Blöcke dargestellt, wobei Block BIO die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) kennzeichnet und Block Bll die Zusammenstellung der gemessenen Refernzwerte des jeweiligen Charakteristikums bei ausgesuchten Signalfre- quenzen zu Referenzwert-Kennfeldern (RWK_DSC_SF_1...X) symbolisiert. Der Referenz-Verbrennungsmotor ist dabei ein zu der entsprechenden Verbrennungsmotorserie baugleicher Verbrennungsmotor, bei dem insbesondere sichergestellt ist, dass keine das Verhalten beeinflussende baulichen Toleranzabweichungen vorhanden sind. Dadurch soll gewährleistet werden, dass der Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Charakteristikum des Druckschwingungssignals und der Trimmung des Einlasstraktes möglichst genau und ohne Einfluss weiterer Störfaktoren er¬ mittelt werden kann. Die Ermittlung entsprechender Referenzwerte kann mit Hilfe des Referenz-Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Betriebs¬ punkten und unter Vorgabe bzw. Variation weiterer Betriebsparameter wie der Temperatur des angesaugten Mediums, der Kühlmitteltemperatur oder der Motordrehzahl erfolgen. Die so entstehenden Referenzwert-Kennfelder, siehe beispielsweise Figuren 3 und 4, können dann vorteilhaft bei allen baugleichen Verbrennungsmotoren der Serie zur Verfügung gestellt, insbesondere in einem elektronischen Speicherbereich 54 einer dem Verbrennungsmotor zuordenbaren elektronischen Motor-Steuerungseinheit 50 abgelegt werden.
In Fortführung der vorgenannten vorausgehenden Ermittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenzen kann aus den ermittelten Referenzwerten der ausgesuchten Signalfrequenz und den zugeordneten Trimmungen des Einlasstraktes eine jeweilige algebraische Modell-Funktion hergeleitet werden, die zumindest den Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz und der Trimmung des Einlasstraktes abbildet. Dies ist im Block¬ diagramm der Figur 6 durch den mit B12 gekennzeichneten Block symbolisiert. Hierbei können optional auch die oben genannten weiteren Parameter mit einbezogen werden. So entsteht eine algebraische Modell-Funktion (Rf (DSC_SF_1...X) mit der unter Vorgabe der Phasenlage und ggf. unter Einbeziehung der oben genannten Variablen der Wert der jeweiligen Trimmung des Einlasstraktes aktuell berechnet werden kann.
Die Modell-Funktion kann dann vorteilhaft bei allen baugleichen Verbrennungsmotoren der Serie zur Verfügung gestellt, insbesondere in einem elektronischen Speicherbereich 54 einer dem Verbrennungsmotor zuordenbaren elektronischen Motor-Steuerungseinheit 50 abgelegt werden. Die Vorteile liegen darin, dass die Modell-Funktion weniger Speicherplatz benötigt als umfangreiche Referenzwert-Kennfelder .
In einem Durchführungsbeispiel kann die vorausgehende Ermittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der aus¬ gesuchten Signalfrequenz durch die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) an zumindest einem definierten Betriebspunkt, unter Vorgabe bestimmter Refe¬ renz-Trimmungen des Einlasstraktes erfolgen. Dies ist im Blockdiagramm in Figur 7 durch den mit BIO gekennzeichneten Block symbolisiert. Dabei werden zur Bestimmung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz die einem Zylinder des Referenz-Verbrennungsmotors zuordenbaren dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Aus- lasstrakt, im Betrieb gemessen und ein entsprechendes Druck¬ schwingungssignal wird erzeugt.
Gleichzeitig, also in zeitlichem Zusammenhang zur Messung der dynamischen Druckschwingungen wird ein Kurbelwellen-Phasen- winkelsignal ermittelt. In weiterer Folge werden Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfre¬ quenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kur- belwellen-Phasenwinkelsignal mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation aus dem Druckschwingungssignal ermittelt.
Die ermittelten Referenzwerte werden dann in Abhängigkeit der zugeordneten Trimmung des Einlasstraktes in Referenzwert-Kennfeldern (RWK_DSC_SF_1...X) gespeichert. Dies ermöglicht die zuverlässige Ermittlung der Abhängigkeit zwischen dem jeweiligen Charakteristikum des Druckschwingungssignals der ausgesuchten Signalfrequenz und der Trimmung des Einlasstraktes .
In allen vorgenannten Ausführungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen eine Phasenlage oder eine Amplitude oder auch eine Phasenlage und eine Amplitude zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz herangezogen werden. Phasenlage und Amplitude sind die wesentlichen, grundlegenden Charakteristika die mittels Diskreter Fou¬ rier-Transformation bezogen auf einzelne ausgesuchte Signal¬ frequenzen ermittelt werden können. Im einfachsten Fall wird an einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors genau ein Istwert, zum Beispiel der Phasenlage bei einer ausgesuchten Signalfrequenz, zum Beispiel der 2. Harmonischen, ermittelt und durch Zuordnung dieses Wertes zu dem entsprechenden Referenzwert der Phasenlage in dem gespeicherten Referenzwert-Kennfeld, bei der gleichen Signalfrequenz, der zugeordnete Wert für die Trimmung des Einlasstraktes ermittelt.
Es können jedoch auch mehrere Istwerte zum Beispiel für die Phasenlage und die Amplitude sowie bei unterschiedlichen Signalfrequenzen ermittelt und zur Ermittlung der Trimmung des Einlasstraktes miteinander verknüpft werden, zum Beispiel durch Mittelwertbildung. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise die Genauigkeit des ermittelten Wertes für die Trimmung des Einlasstraktes gesteigert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Trimmung des Einlasstraktes mittels zumindest eines variablen Saugrohrs oder mittels zumindest einer verstellbaren Drallklappe oder mittels zumindest eines Re¬ sonatorbauteils einstellbar ist. Es kann jedoch auch eine Kombination aus mehreren der vorgenannten Komponenten vorgesehen werden mittels derer die Trimmung des Einlasstraktes verstellbar oder einstellbar ist. Hierzu kann zum Beispiel eine mittels eines Aktuators angetriebene Stelleinheit vorgesehen werden, mittels dieser beispielsweise die Länge eines oder mehrerer Saugrohre oder die Stellung einer oder mehrerer Drallklappen in Abhän- gigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors variiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Trimmung des Einlasstraktes im laufenden Betrieb auf den jeweiligen Be¬ triebspunkt hin optimiert eingestellt und gegebenenfalls ge- regelt werden kann.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen als ausgesuchte Signal¬ frequenzen die Ansaugfrequenz oder eine vielfache der Ansaugfrequenz zu wählen, also die 1. Harmonische, die 2. Har- monische, die 3. Harmonische etc.. Bei diesen Signalfrequenzen tritt die Abhängigkeit des jeweiligen Charakteristikums des Druckschwingungssignals von der Trimmung des Einlasstraktes besonders deutlich hervor. Um in Weiterbildung des Verfahrens die Genauigkeit der Ermittlung des Wertes der Trimmung des Einlasstraktes in vorteilhafter Weise weiter zu steigern, können zusätzliche Betriebsparameter des Verbrennungsmotors bei der Ermittlung der Trimmung des Einlasstraktes herangezogen werden. Dazu kann zumindest einer der weiteren Betriebsparameter
- Temperatur des angesaugten Mediums im Ansaugtrakt,
- Temperatur eines zur Kühlung des Verbrennungsmotors ver¬ wendeten Kühlmittels und
- Motordrehzahl des Verbrennungsmotors,
bei der Ermittlung der Trimmung des Einlasstraktes herangezogen werden .
Die Temperatur des angesaugten Mediums, also im Wesentlichen der Ansaugluft, beeinflusst direkt die Schallgeschwindigkeit im Medium und somit die Druckausbreitung im Einlasstrakt. Diese Temperatur kann im Ansaugtrakt gemessen werden und ist somit bekannt. Auch die Temperatur des Kühlmittels kann die
Schallgeschwindigkeit im Angesaugten Medium durch Wärmeübertragung im Einlasstrakt und im Zylinder beeinflussen. Auch diese Temperatur wird in der Regel überwacht und dazu gemessen, steht also ohnedies bereit und kann bei der Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes herangezogen werden. Die Motordrehzahl ist eine der den Betriebspunkt des Ver¬ brennungsmotors charakterisierenden Größen und beeinflusst die verfügbare Zeit für die Druckausbreitung im Einlasstrakt. Auch die Motordrehzahl wird ständig überwacht und steht somit bei der Ermittlung der Trimmung des Einlasstraktes zur Verfügung.
Die vorgenannten zusätzlichen Parameter stehen also ohnedies zur Verfügung oder können auf einfache Weise ermittelt werden. Der jeweilige Einfluss der genannten Parameter auf das jeweilige Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz des Druck- Schwingungssignals wird dabei als bekannt vorausgesetzt und wurde beispielsweise, wie vorausgehend bereits angemerkt, bei der Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors ermittelt und in den Referenzwert-Kennfeldern mit abgespeichert. Auch die Einbeziehung mittels entsprechender Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen bei der Berechnung der aktuellen Werte der Trimmung des Einlasstraktes mittels einer algebraischen Mo¬ dell-Funktion stellt eine Möglichkeit dar, diese zusätzlichen, weiteren Betriebsparameter bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergänzend zu berücksichtigen.
Weiterhin vorteilhaft können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt mithilfe eines serienmäßigen Drucksensors, zum Beispiel direkt im Saugrohr, gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Drucksensor benötigt wird, was einen Kostenvorteil darstellt.
In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kurbelwellenpositi- ons-Feedbacksignal mit einem Zähnerad und einem Hall-Sensor ermittelt werden, wobei es sich hierbei um eine gebräuchliche, ggf. ohnehin im Verbrennungsmotor vorhandene Sensoranordnung zur Erfassung der Kurbelwellenumdrehungen, also der Drehzahl des Verbrennungsmotors, handelt. Das Zähnerad ist dabei bei¬ spielsweise am äußeren Umfang einer Schwungscheibe oder des Kurbelwellen-Steueradapters 10 (siehe auch Figur 1) angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Sensor-Anordnung benötigt wird, was einen Kostenvorteil darstellt.
In Figur 6 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors im Betrieb nochmals in Form eines verein¬ fachten Blockdiagrammes mit den wesentlichen Schritten dar- gestellt.
Die im Blockdiagramm gestrichelt eingezeichnete Umrahmung der entsprechenden Blöcke Bl bis B6 und 54, stellt symbolisch die Grenze einer programmierbaren elektronischen Motor-Steuer- ungseinheit 50 beispielsweise eines als CPU bezeichneten Mo¬ tor-Steuergerätes des betreffenden Verbrennungsmotors dar, auf dem das Verfahren ausgeführt wird. Diese elektronischen Mo¬ tor-Steuerungseinheit 50 beinhaltet unter anderem die elekt¬ ronische Recheneinheit 53 und den elektronischen Speicherbereich 54 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zu Beginne werden dem jeweiligen Zylinder zuordenbare dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im Einlasstrakt und/oder des Abgases im Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im Betrieb gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwin¬ gungssignal (DS_S) erzeugt und es wird gleichzeitig, das heißt in zeitlicher Abhängigkeit, ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (KwPw_S) ermittelt, was durch die parallel angeordneten, mit Bl und B2 gekennzeichneten Blöcke dargestellt ist. Aus dem Druckschwingungssignal (DS_S) wird dann mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation (DFT) , die durch den mit B3 gekennzeichneten Block symbolisiert ist, ein Istwert
( IW_DSC_SF_1...X) zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (KwPw_S) ermittelt, was durch den mit B4 gekennzeichneten Block dargestellt ist.
Auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes
( IW_DSC_SF_1...X) des jeweiligen Charakteristikums wird dann im Block B5 eine Einlasstrakt-Trimmungs-Ermittlung (ET_Trm_EM) durchgeführt. Dies erfolgt unter Heranziehung von Referenzwerten (RW_DSC_SF_1...X) des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes, die in dem mit 54 gekennzeichneten Speicherbereich bereitgestellt sind bzw. mit Hilfe der im Speicherbereich 54 hinterlegten algebraischen Modell-Funktionen aktuell ermittelt werden. Der so ermittelte aktuelle Wert der Trimmung des Einlasstraktes (Trm_ET_akt) des Verbrennungsmotors wird dann im Block B6 bereitgestellt.
Weiterhin zeigt Figur 6, in den Blöcken BIO, Bll und B12, die dem oben beschriebenen Verfahren vorausgehenden Schritte. In Block BIO erfolgt die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) zur Bestimmung von Referenzwerten des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwel- len-Phasenwinkelsignal aus dem Druckschwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation . Die ermittelten Referenzwerte werden dann in Block Bll in Abhängigkeit der zugeordneten Werte der Trimmung des Einlasstraktes in Referenzwert-Kennfeldern (RWK DSC SF 1...X) zusammengestellt und in dem elektro- nischen Speicherbereich 54 der mit CPU gekennzeichneten Motor-Steuerungseinheit 50 gespeichert.
Der mit B12 gekennzeichnete Block beinhaltet die Herleitung von algebraischen Modell-Funktionen (Rf (DSC_SF_1...X) ) , die als
Referenzwertfunktionen beispielsweise den Verlauf der jeweiligen Referenzwertlinien des jeweiligen Charakteristikums des Druckschwingungssignals für eine jeweilige Signalfrequenz in Abhängigkeit von der Trimmung des Einlasstraktes abbilden, auf Basis der zuvor ermittelten Referenzwert-Kennfelder
(RWK_DSC_SF_1...X) . Diese algebraischen Modellfunktionen
(Rf (DSC_SF_1...X) ) können dann ebenfalls, alternativ oder ergänzend, in dem mit 54 gekennzeichneten elektronischen Speicherbereich 54 des mit CPU gekennzeichneten Motor-Steuer- ungseinheit 50 gespeichert werden, wo sie zur Durchführung des zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung stehen .
Nochmal in Kürze zusammengefasst handelt es sich beim Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der aktuellen
Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors um ein Verfahren bei dem dynamische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im Normalbetrieb gemessen werden und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird. Gleichzeitig wird ein
Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt und mit dem Druck¬ schwingungssignal in Relation gesetzt. Aus dem Druckschwin¬ gungssignal wird ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkel- signal ermittelt und auf Basis des ermittelten Istwertes wird unter Heranziehung von Referenzwerten des entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes, die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes, bzw. ein Wert für die aktuelle Trimmung des Einlasstraktes, ermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors im Betrieb,
- wobei einem Zylinder des Verbrennungsmotors zuordenbare dynamische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Aus¬ lasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors, an einem definierten Betriebspunkt, im Normalbetrieb gemessen werden und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird und wobei gleichzeitig ein Kurbelwellen-Phasenwinkel- signal des Verbrennungsmotors ermittelt wird und
- wobei aus dem Druckschwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation zumindest ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbel- wellen-Phasenwinkelsignal ermittelt wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass
- auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes des jeweiligen Charakteristikums unter Heranziehung von Refe- renzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Trimmungen des Einlasstraktes, die aktuelle Trimmung des Ein¬ lasstraktes des Verbrennungsmotors ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Werte des jeweiligen Charakteristikums in Abhängigkeit von der Trimmung des Einlasstraktes in zumindest einem jeweiligen Referenzwert-Kennfeld bereitgestellt sind oder zumindest eine jeweilige algebraische Modell-Funktion zur rechnerischen Er- mittlung des jeweiligen Referenzwertes des jeweils entspre¬ chenden Charakteristikums bereitgestellt ist, die den Zusam¬ menhang zwischen dem Charakteristikum und der Trimmung des Einlasstraktes abbildet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Istwertes des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz sowie die Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer dem Verbrennungsmotor zugeordneten elektronischen Recheneinheit erfolgt, wobei das jeweilige Referenz¬ wert-Kennfeld oder die jeweilige algebraische Modell-Funktion in zumindest einem, der elektronischen Recheneinheit zugeordneten Speicherbereich gespeichert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für zumindest eine ausgesuchte Signalfrequenz vorausgehend an einem Refe¬ renz-Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von unterschiedlichen Trimmungen des Einlasstraktes ermittelt wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Referenzwerten des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz und den zugeordneten Trimmungen des Einlasstraktes j eweils eine Modell-Funktion hergeleitet ist , die den Zusammenhang zwischen dem Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz und der Trimmung des Einlasstraktes abbildet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorausgehende Er- mittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz gekennzeichnet ist durch die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors an zumindest einem definierten Betriebspunkt unter Vorgabe bestimmter Referenz-Trimmungen des Einlasstraktes,
wobei zur Bestimmung der Referenzwerte des jeweiligen Cha¬ rakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz
- die einem Zylinder des Referenz-Verbrennungsmotors zuord- enbaren dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt, im Betrieb gemessen und ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird und
- wobei gleichzeitig ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal er¬ mittelt wird und
- die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal aus dem Druck¬ schwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation ermittelt wird und
- die ermittelten Referenzwerte in Abhängigkeit von der zu¬ geordneten Trimmung des Einlasstraktes in Referenzwert-Kennfeldern gespeichert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen eine Phasenlage oder eine Amplitude oder eine Phasenlage und eine Amplitude zumindest einer aus¬ gesuchten Signalfrequenz herangezogen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmung des Einlasstraktes mittels zumindest eines variablen Saugrohrs oder mittels zumindest einer verstellbaren Drallklappe oder mittels zumindest eines Re¬ sonatorbauteils oder mittels einer Kombination aus mehreren der vorgenannten Komponenten verstellbar oder einstellbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesuchten Signalfrequenzen die Ansaugfrequenz oder eine vielfache der Ansaugfrequenz ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest einer der weiteren Betriebsparameter
- Temperatur des angesaugten Mediums im Ansaugtrakt, - Temperatur eines zur Kühlung des Verbrennungsmotors ver¬ wendeten Kühlmittels,
- Motordrehzahl des Verbrennungsmotors,
bei der Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes des Verbrennungsmotors (1) herangezogen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt mit Hilfe eines serienmäßigen Drucksensors (44) gemessen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellenpositions-Feedbacksignal mit einem Zähnerad und einem Hall-Sensor ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinheit (53) Be¬ standteil einer Motor-Steuerungseinheit (50) zur Steuerung des Verbrennungsmotors (1) ist und eine Anpassung weiterer Steu- ergrößen oder Steuerroutinen zur Steuerung des Verbrennungsmotors (1) in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Trimmung des Einlasstraktes durch die Motor-Steuerungseinheit (50) vorgenommen wird.
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