DE10028995B4

DE10028995B4 - Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10028995B4
Application number: DE10028995A
Authority: DE
Inventors: Stefan Mühlberger; Ralf Koch; Christoph Steimel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2020-06-17
Also published as: DE10028995A1; US20020095978A1; US6650994B2

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Phasenverstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass während eines vorgegebenen Auswertefensters (I) ein dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors (1) entsprechender Wert (M1) ermittelt wird, welcher mit einem zweiten, dem tatsächlichen Geräuschpegel nach einer Phasenverstellung der Nockenwelle (12) entsprechenden Wert (M2) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleiches die Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) bewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Aus der DE-4395833-C2 ist ein Zündzeitpunktssteuersystem für einen Motor bekannt, bei dem die Zündzeitpunkteinstellung in Abhängigkeit von mittels einer Schwingungserfassungseinrichtung identifiziertem Klopfen gesteuert wird.

Die DE-19627796-A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Stellung einer variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, bei denen eine Drehzahlungleichförmigkeit einer Kurbelwelle erfasst und hinsichtlich des Verbrennungszustandes der Brennkraftmaschine ausgewertet sowie der Verbrennungszustand einer Stellung der variablen Ventilsteuerung zugeordnet wird.

Die DE-69106174-T2 gibt ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors an, mit dem das Schließtiming wenigstens eines Einlassventils nach Wunsch gesetzt werden kann, wobei die Anforderung des Fahrers an den Motor, die Motordrehzahl und die Motortemperatur berücksichtigt werden.

Bei den in Kraftfahrzeugen eingesetzten Verbrennungsmotoren erfolgt die Gemischzufuhr zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors über von der Nockenwelle betätigte Einlassventile. Es gibt Verbrennungsmotoren, bei welchen die Einlasssteuerzeiten veränderlich einstellbar sind. Erreicht wird dies durch die Verwendung phasenverschiebbarer Nockenwellen. Bei diesen Nockenwellen wird die Nockenwelle relativ zum antreibenden Ritzel verschoben. Wird die aktuelle Stel lung mittels eines auf dem Antriebsritzels angebrachten Nockenwellensensors detektiert, kann hiermit nicht gleichzeitig die Phasenverstellung überwacht werden, welche somit nicht zuverlässig bestimmbar.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle der Phasenverstellung einer Nockenwelle anzugeben, bei welcher die aktuelle Phasenlage einer phasenverschiebbaren Nockenwelle zuverlässig detektiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass während eines vorgegebenen Auswertefensters ein dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors entsprechende erste Wert ermittelt wird, welcher mit einem zweiten, dem tatsächlichen Geräuschpegel nach einer Phasenverstellung der Nockenwelle entsprechenden Wert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle bewertet wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Phasenlage und- verstellung der Nockenwelle allein durch eine indirekte Messung des Geräuschpegels des Verbrennungsmotors detektiert wird. Dabei wird ausgenutzt, dass die an den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors angeordneten Einlaßventile gut messbare Schließgeräusche erzeugen. Diese Geräuschspitzen werden detektiert und zur Bestimmung der Nockenwellen-Phasenlage herangezogen.

Die korrekte Funktion der Phasenverstellung einer phasenverschiebbaren Nockenwelle wird zuverlässig bestimmt, indem während des ersten Auswertefensters der erste, dem tatsächlichen Geräuschpegel entsprechende Wert für eine erste Stellung der phasenverschiebbaren Nockenwelle und anschließend ein zweiter, dem tatsächlichen Geräuschpegel entsprechender Wert für eine zweite Stellung der phasenverschiebbaren Nockenwelle ermittelt wird, wobei die für beide Stellungen ermittelten Werte des Geräuschpegels zur Bewertung der Nockenwelleverstellung zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.

Durch die Verhältnisbildung wird das Grundrauschen des Verbrennungsmotor eliminiert.

Die Lage und Länge des Auswertefensters ist so gewählt, dass innerhalb des Auswertefensters bei der ersten Stellung der Nockenwelle mindestens ein Schließgeräusch der von der Nockenwelle betätigten Einlaßventile detektiert wird, während bei der zweiten Stellung der Nockenwelle das Schließgeräusch der Einlaßwentile nicht mehr im Auswertefenster detektierbar ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird während eines zweiten vorgegebenen Auswertefensters, welches dem ersten vorgegebenen Auswertefenster vorzugsweise zeitlich nachfolgt, ein dritter Wert des Geräuschpegels für die erste ausgewählte Stellung der Nockenwelle und ein vierter Wert des Geräuschpegels für die zweite ausgewählte Stellung der Nockenwelle ermittelt, wobei der dritte und der vierte Wert des Geräuschpegels zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.

Die Verwendung eines zweiten Auswertefensters verbessert die Sicherheit der Diagnose der Phasenverstellung der Nockenwelle. Zusätzlich wird mit Hilfe des zweiten Auswertefensters im Fehlerfall (keine Phasenverstellung) die tatsächliche Phasenlage der Nockenwelle erkannt.

Vorteilhafterweise wird das Verhältnis des ersten zum zweiten Wert des Geräuschpegels und/oder das Verhältnis des dritten zum vierten Wert des Geräuschpegels jeweils mit einem Referenzwert verglichen, und bei Überschreitung des Referenzwertes auf die ordnungsgemäße Verdrehung der Nockenwelle erkannt.

In einer Weiterbildung wird das erste und/oder das zweite Auswertefenster in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Kurbelwelle eingestellt, wodurch die Meßfenster jederzeit reproduziert werden können.

In einer Ausgestaltung werden mehrere, für eine Stellung der Nockenwelle gemessene, der tatsächlichen Geräuschbelästigung entsprechende Werte gemittelt und dieser Mittelwert der Bewertung der Phasenverstellung der Nockenwelle zugrunde gelegt.

Zur Bewertung der Nockenwellenposition wird ein an sich zur Antiklopfregelung am Verbrennungsmotor angeordneter Körperschallsensor genutzt, wobei die vorgegebenen Auswertefenster zur Bestimmung der Nockenwellenverstellung nur geöffnet werden, wenn andere vom Signal des Körperschallsensors abhängige Messfunktionen inaktiv sind. Dadurch unterscheidet sich der Zeitraum zur Bestimmung der Nockenwellenposition beispielsweise vom Zeitraum der Zündverstellung.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
1: Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren
2: Nockenwellenversteller
3: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
4: Darstellung der Auswertefenster Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 1 für Kraftfahrzeuge dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 ist als 6 Zylinder Reihenmotor und als Viertakter ausgebildet. Die 6 Zylinder 2, 3, 4, 5, 6, 7 treiben eine Kurbelwelle 8. Jeder Zylinder 2, 3, 4, 5, 6, 7 besitzt ein Einlaßventil 9 zur Gemischzufuhr sowie ein Auslassventil 10 zur Abführung der Verbrennungsrückstände.
Die Kurbelwelle 8 ist über einen Antrieb 11 mit der Nockenwelle 12 verbunden, welche den Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Einlaßventile 9 des Motors 1 steuert.
Jedes Einlaßventil 9 weist einen Stößel 13 auf, welcher von der Nockenwelle 12 betätigt wird. Die Nockenwelle 12 bestimmt dabei den Hub des Stößels 13 und somit das Öffnen und Schließen des Einlaßventils 9.
Am Gehäuse des Verbrennungsmotors 1 selbst ist ein Körperschallsensor 14 angeordnet, welcher mit einer in die Motorsteuerungselektronik 15 eingebundenen Körperschallauswerteeinheit verbunden ist.
Darüber hinaus wir die Stellung der Kurbelwelle 8 durch einen Kurbelwellensensor 16 ermittelt, der ebenfalls mit der Motorsteuerungselektronik 15 verbunden ist.
Bei Verbrennungsmotoren mit variablen Ventiltrieb wird mit einem Nockenwellenversteller, wie er in 2 dargestellt ist, Einfluss auf die Einlasssteuerzeiten der Einlassventile 9 genommen. Das Antriebsrad 17 des die Kurbelwelle 8 mit der Nockenwelle 12 verbindenden Antriebes 11 ist dabei nicht ortsfest mit der Nockenwelle 12 verbunden. Die Phasenverstellung der Nockenwelle 16 zur Kurbelwelle 8 erfolgt über einen mit Öldruck beaufschlagten Kolben 18. Durch eine Schrägverzahnung 19 von Kolben 18 und Antriebsrad 17 wird die axiale Verschiebung des Kolbens 18 gegen eine Rückstellfeder 20 in eine Verdrehung von Kolben 18 und Antriebsrad 17 umgesetzt. Die Zuführung des für die Verdrehung notwendigen Steueröls erfolgt über die hohl gebohrte Nockenwelle 12 selbst. Dadurch können Verdrehwinkel φ von 0 – 30° Kurbelwinkel (°KW) erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand von 3 erläutert werden.
Nach Start des Programms (Schritt 101) öffnet die Körperschallauswerteeinheit 15 im Schritt 102 ein erstes Auswertefenster I. Für die eingestellte erste Stellung der Nockenwelle 12 wird aus den vom Körperschallsensor 14 gelieferten Signalen ein Mittelwert M1 gebildet (Schritt 103). Anschließend wird im Schritt 104 die Nockenwelle 12 in eine zweite Phasenlage verdreht. Nachdem eine vorgegebene Zeit von beispielsweise 0,5 s zur Stabilisierung der Geräuschverhältnisse abgewartet wurde (Schritt 105), wird aus den Signalen des Körperschallsensors 14 ein Mittelwert M2 für diese zweite Position der Nockenwelle ermittelt (Schritt 106). Die so ermittelten Mittelwerte M1, M2 werden ins Verhältnis gesetzt (Schritt 107).
Im Schritt 108 wird überprüft, ob ein zweites Auswertefenster II aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 109 das zweite Auswertefenster II aufgerufen.
Nach Aktivierung des zweiten Auswertefensters II werden die Schritte 103 bis 107 durchlaufen und dabei die den beiden Nockenwellen-Phasenlagen entsprechenden Mittelwerte M3 und M4 ermittelt, die ebenfalls ins Verhältnis gesetzt werden.
Nach Ablauf des zweiten Auswertefensters II werden die Verhältnisse M1/M2 bzw. M3/M4 mit einem Schwellwert R verglichen (Schritt 110). Liegen beide Verhältnisse über einem vorgegebenen Schwellwert R ist die Nockenwellenverstellung in Ordnung (Schritt 111). Liegen Sie unter dem Schwellwert R (Schritt 112), wird auf eine fehlerhafte Funktion der Phasenverstellung erkannt (Schritt 113). Sind die Verhältniswerte nicht einordenbar, wird das Resultat verworfen (Schritt 114) und eine neue Messung gestartet.
Anhand 4 soll die Einstellung der Auswertefenster I, II im Zusammenhang mit den gemessenen Geräuschpegeln erläutert werden.
Die Auswertefenster I und II werden in Abhängigkeit des Kurbelwinkels °KW fest eingestellt. Bei dem ausgewählten 6 Zylinder Motor beträgt der Zündabstand 120° KW, d. h. pro Umdrehung des Motors (360° KW) erfolgen drei Zündungen. Wenn alle 6 dargestellten Zylinder einmal gezündet haben, hat sich die Kurbelwelle 8 zweimal gedreht (720°KW).
Der Fensteranfang des ersten Auswertfensters I bezieht sich auf x° Kurbelwinkel KW bezogen auf den oberen Zündtotpunkt ZOT eines Zylinders. Die Fensterlänge beträgt y° KW.
Der Fensteranfang des zweiten Auswertefensters ist z° KW > x° KW + y° KW. Die Fensterlänge beträgt ebenfalls y° KW. Die Auswertefenster I, II werden dabei in Abhängigkeit des oberen Totpunktes eines Zylinders so eingestellt, dass das vom Einlassventil verursachte Schließgeräusch je nach Nockenwellen-Phasenlage entweder im Auswertefenster oder sicher außerhalb des Auswertefensters liegt.
Entspricht die Verdrehung der Nockenwelle 12 der späten Position (φ1 = 0° KW) liegen die Schließgeräusche außerhalb des ersten Auswertefensters I. Es wird einen Geräuschpegelmittelwert gemessen, welcher dem Grundrauschen des Verbrennungsmotors 1 entspricht.
Nach Änderung der Verdrehung der Nockenwelle in die Position früh (φ2 = 30° KW) fallen die Schließgeräusche der Einlassventile 9 in das erste Auswertefenster I und es wird ein deutlich höherer Geräuschpegelmittelwert erfasst.
Während des zweiten Auswertefensters II wird bei der Nockenwellenstellung früh (φ2 = 30° KW) das Schließgeräusch der Einlassventile 9 nicht detektiert. Der allgemeine Geräuschpegelmittelwert liegt wiederum auf dem Niveau des Grundrauschens.
Nach Einstellung der späten Nockenwellenposition (φ1 = 0°) fällt das Schließgeräusch der Einlassventile 9 in das Auswertefenster II und es wird wiederum ein deutlich höherer Geräuschpegelmittelwert detektiert.
Die gemäß dem Verfahren anhand 2 ermittelten Werte werden ins Verhältnis gesetzt und aufgrund einer Plausibilitätsprüfung wird entschieden, ob die Phasenverstellung der Nockenwelle ordnungsgemäß ist oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf zwei Zeitfenster und zwei Nockenwellenverstellungen beschränkt. Je nach Anwendungsfall können diese beliebig variiert werden. Entscheidend für die Erfindung ist das Geräuschsensoren zur zuverlässigen Bestimmung der Nockenwellenverstellung eingesetzt werden können. Es ist auch vorstellbar, dass erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung der Zylinderabschaltung, zur Funktionsüberprüfung bei elektromechanischer Ventilbetätigung oder des voll variablen Ventiltriebes einzusetzen.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Phasenverstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass während eines vorgegebenen Auswertefensters (I) ein dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors (1) entsprechender Wert (M1) ermittelt wird, welcher mit einem zweiten, dem tatsächlichen Geräuschpegel nach einer Phasenverstellung der Nockenwelle (12) entsprechenden Wert (M2) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleiches die Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Auswertefensters (I) der erste, dem tatsächlichen Geräuschpegel entsprechende Wert (M1) für eine erste Stellung (φ1) der phasenverschiebbaren Nockenwelle (12) und anschließend der zweite, dem tatsächlichen Geräuschpegel entsprechende Wert (M2) für eine zweite Stellung (φ2) der phasenverschiebbaren Nockenwelle (12) ermittelt wird, wobei die für beide Stellungen (φ1, φ2) ermittelten Werte (M1, M2) des Geräuschpegels zur Bewertung der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) zueinander ins Verhältnis (M1/M2) gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lage und Länge des vorgegebenen Auswertefensters (I) so gewählt ist, dass bei der ersten Stellung (φ1) der Nockenwelle (12) innerhalb des Auswertefensters (I) mindestens ein Schließgeräusch der von der Nockenwelle (12) betätigten Einlassventile (9) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lage und Länge des Auswertefensters (I) so gewählt sind, dass bei der zweiten Stellung (φ2) der Nockenwelle (12) das Schließgeräusch der Einlassventile (9) im Auswertefenster (I) nicht detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines zweiten vorgegebenen Auswertefensters (II), welches dem ersten vorgegebenen Auswertefenster (I) vorzugsweise zeitlich nachfolgt, ein dritter Wert (M3) des Geräuschpegels für die erste ausgewählte Stellung (φ1) der Nockenwelle (12) und ein vierter Wert (M4) des Geräuschpegels für die zweite ausgewählte Stellung (φ2) der Nockenwelle (12) ermittelt wird, wobei der dritte und der vierte Wert des Geräuschpegels ins Verhältnis (M3/M4) gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (M1/M2) des ersten zum zweiten Wert des Geräuschpegels und/oder das Verhältnis (M3/M4) des dritten und vierten Werts des Geräuschpegels jeweils mit einem Referenzwert (R) verglichen wird und bei Überschreitung des Referenzwertes (R) auf die ordnungsgemäße Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (I) und/oder das zweite vorgegebene Auswertefenster (II) in Abhängigkeit der Winkelstellung (KW) einer Kurbelwelle (6) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere für eine Stellung (φ1; φ2) der Nockenwelle (12) gemessene, dem tatsächlichen Geräuschpegel entsprechende Werte gemittelt werden und dieser Mittelwert der Bewertung der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung der Nockenwellenverstellung ein zur Antiklopfregelung am Motor (1) angeordneter Körperschallsensor (14) genutzt wird, wobei die vorgegebenen Auswertefenster (I, II) zur Bestimmung der Nockenwellenverdrehung nur geöffnet werden, wenn andere vom Signal des Körperschallsensors abhängige Funktionen inaktiv sind.