DE10234949C1

DE10234949C1 - Verfahren zum Bestimmen diskreter Winkelpositionen einer Brennkraftmaschine mittels eines Nockenwellensignals

Info

Publication number: DE10234949C1
Application number: DE2002134949
Authority: DE
Inventors: Frederic Galtier; Hong Zhang
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2022-08-01

Abstract

Das Verfahren dient dazu, bei Ausfall des Kurbelwellensensors (11) die OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle (10) mittels eines Nockenwellensignals (CAM) zu bestimmen. Hierbei werden die Winkelmarken des Nockenwellensignals (CAM) zum Erkennen der OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle (10) für eine Zylindergruppe verwendet, während anhand dieser Winkelmarken die anschließend erreichten OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle für die andere Zylindergruppe abgeschätzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestim men diskreter Winkelpositionen des Kurbelwelle einer Mehrzy linder-Brennkraftmaschine mittels eines Nockenwellensignals.

Der Betrieb moderner Brennkraftmaschinen, und zwar sowohl von Otto- wie auch Dieselmotoren, wird von einem elektronischen Betriebssteuergerät im Rahmen eines Motormanagementsystems geregelt. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist die Syn chronisation der Brennkraftmaschine. Zu diesem Zweck werden üblicherweise die Drehbewegungen der Kurbelwelle und der No ckenwelle von einem Kurbelwellensensor und einem Nockenwel lensensor erfasst. Das Signal des Kurbelwellensensors stellt die Winkelposition der Kurbelwelle über der Zeit dar und er laubt somit eine Bestimmung der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl, während das Signal des Nockenwellensensors eine Zu ordnung des Kurbelwellensignals zu den Zylindern im Arbeits spiel ermöglicht. Hierzu sei beispielsweise auf GB 2 065 310 A, EP 0 310 823 A2, WO 89 04 426 A1, US 4 766 359 A, EP 0 862 692 A1 und EP 0 879 418 A1 verwiesen.

Wenn einer dieser beiden Sensoren ausfällt, ist man bestrebt, eine entsprechende Synchronisation der Brennkraftmaschine mit Hilfe des verbliebenen Sensors zu erreichen. Wenn der Nocken wellensensor ausfällt, ist die Betriebsphase der Brennkraft maschine, d. h. die Zuordnung zwischen den Zylindern und dem Kurbelwellensignal, nicht bekannt. Für diesen Fall gibt es jedoch bereits einige Verfahren, mit denen sich dieses Prob lem lösen lässt, siehe z. B. EP 0 310 823 A2, US 4 766 359 A i. V. m. EP 0 862 692 A1 und EP 0 879 418 A1, FR 2 797 304 A1 i. V. m. FR 2 663 415 A1.

Wenn der Kurbelwellensensor ausfällt, ist die Winkelposition der Kurbelwelle nicht bekannt. Da das Nockenwellensignal nur zwei Winkelmarken (Signalflanken) pro Umdrehung der Nocken welle hat, kann bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine die Obere-Totpunkt-Winkelposition (OT-Winkelposition) der Kurbel welle nur für zwei Zylinder mit Hilfe dieser Winkelmarken präzise bestimmt werden, während die OT-Winkelpositionen für die beiden anderen Zylinder nicht bekannt sind. Zwar lassen sich im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine diese OT- Winkelpositionen mit Hilfe der Winkelmarken des Nockenwellen signals abschätzen. Im instationären Betrieb, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, führt dies jedoch nicht zu befriedigenden Ergebnissen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich bei Ausfall des Kurbelwel lensensors einer Brennkraftmaschine diskrete Winkelpositionen der Kurbelwelle mit Hilfe des Nockenwellensignals möglichst genau bestimmen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 9 defi nierten Verfahren gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Winkelmarken des Nockenwellensignals zum Erkennen einer bestimmten Winkel position, wie z. B. der OT-Winkelposition der Kurbelwelle, für jeden Zylinder der ersten Gruppe verwendet, während zum Er kennen der entsprechenden Winkelpositionen der Kurbelwelle für die Zylinder der zweiten Gruppe jeweils der Abstand zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Winkelmarken des Nockenwel lensignals bestimmt und jeweils aus diesem Abstand auf die Winkelposition der Kurbelwelle für den in der Verbrennungs abfolge nächsten Zylinder der zweiten Gruppe geschlossen wird.

Mit diesem Verfahren werden somit die betreffenden Winkelpo sitionen für die eine Zylindergruppe präzise bestimmt, während die Winkelpositionen für die andere Zylindergruppe aus vorhergehenden Winkelmarken des Nockenwellensignals geschätzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf einer Vorhersage des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine, welche von den Winkelmarken (Signalflanken) des Nockenwellen signals und somit von präzise zu erfassenden Ereignissen aus geht.

Grundlage für diese Vorhersage bzw. Abschätzung des Betriebs verhaltens ist der jeweilige Abstand zwischen zwei aufeinan derfolgenden Winkelmarken des Nockenwellensignals. Unter Ab stand ist hierbei der zeitliche Abstand bzw. der Winkelab stand pro Zeit zu verstehen. Da ferner mit dem Begriff "Win kelpositionen" die Winkelpositionen in der Zeit gemeint sind, versteht es sich, dass eine Bestimmung der Winkelpositionen gemäß der Erfindung gleichzeitig eine Bestimmung der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erlaubt. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bestimmenden Winkelpositionen sind vorzugsweise die OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle für die verschiedenen Zylinder. Statt dessen können jedoch auch beliebige andere Winkelpositionen wie z. B. der Zündwinkel, die Untere-Totpunkt-Winkelposition (UT-Winkelposition), die Segmenttrigger-Position oder irgendein anderer zeitbezogener Parameter für die Synchronisierung der Brennkraftmaschine ge wählt werden.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, um von dem Abstand zwischen zwei Winkelmarken auf nachfolgende Winkelpositionen der Kurbelwelle zu schließen. Eine Halbierung dieses Abstan des liefert eine gute Annäherung für die OT-Winkelposition der Kurbelwelle für den in der Verbrennungsabfolge nächsten Zylinder, sofern sich die Brennkraftmaschine im stationären Betrieb befindet. Dagegen führt diese "Mittelwertbildung" im instationären Betrieb, insbesondere während starker Beschleu nigungen, wie sie beim Start auftreten, zu erheblichen Feh lern. Eine grobe Überschlagsrechnung zeigt, dass es hierbei zu Abweichungen von bis zu 90° bezüglich der tatsächlichen OT-Winkelposition der Kurbelwelle kommen kann, was ein halbes Segment eines Arbeitsspiels bei einer Vierzylinder-Brenn kraftmaschine bedeutet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der durch eine Halbierung des betreffenden Abstandes ge wonnene Wert mittels einer aus dem Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine abgeleiteten Zusatzinformation korrigiert wird. Als Zusatzinformation kommen verschiedene Betriebspara meter der Brennkraftmaschine, die entweder laufend überwacht werden oder die (zumindest grundsätzlich) im voraus bekannt sind, in Frage.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dient als Zusatzin formation eine Drehzahlinformation der Brennkraftmaschine.

Als Drehzahlinformation kann der in einem Kennfeld abgelegte typische zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschi ne während eines Starts verwendet werden. Bekanntlich ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine wäh rend des Starts im wesentlichen immer gleich. Dieser zeitli che Verlauf der Drehzahl kann daher von dem Betriebssteuerge rät in Form eines Kennfeldes gespeichert und dann zur Korrek tur der mit Hilfe des Nockenwellensignals grob geschätzten Winkelpositionen der Kurbelwelle verwendet werden, wie später noch genauer erläutert wird.

Als andere Möglichkeit wird aus dem zeitlichen Verlauf des Drehmomentes der Brennkraftmaschine der zeitliche Verlauf der Drehzahl bestimmt und dieser als Drehzahlinformation verwen det. Bei einem Motormanagement auf Drehmomentenbasis ist das Drehmoment ein Parameter, der ständig überwacht wird und da her während des Betriebs der Brennkraftmaschine bekannt ist. Das Drehmoment kann daher dazu benutzt werden, ständig die Drehzahl zu berechnen. Zweckmäßigerweise wird der zeitliche Verlauf der Drehzahl durch eine Integration des Drehmomentes über der Zeit gewonnen. Mit Hilfe der auf diese Weise ermittelten Drehzahl können dann ebenfalls die grob geschätzten Winkelpositionen der Brennkraftmaschine korrigiert werden.

Statt einer Drehzahlinformation kann in weiterer Ausgestal tung der Erfindung als Zusatzinformation der zeitliche Ver lauf eines von der Betätigung der Einlassventile abhängigen Saugrohrsignals verwendet werden. Hierbei kommen insbesondere ein Signal für den Luftmassenstrom oder/und für den Saugrohr druck in Frage. Die sich wiederholenden Verbrennungsvorgänge und insbesondere das Öffnen und Schließen der Einlassventile spiegeln sich in diesen Saugrohrsignalen wieder. Diese Vor gänge haben einen eindeutigen Bezug zu den Winkelpositionen der Kurbelwelle, wobei dieser Zusammenhang bekannt ist und beispielsweise in Form von Kennfeldern im Betriebssteuergerät gespeichert wird. Anhand des Saugrohrsignals können daher die entsprechenden Winkelpositionen der Kurbelwelle erfasst wer den, was dann zur Korrektur der aufgrund des Nockenwellensig nals grob geschätzten Winkelpositionen der Kurbelwelle ver wendet wird. Auch die Drehzahl lässt sich hiermit ständig ak tualisieren.

Gemäß Anspruch 9 ist eine grundsätzlich andere Lösung der oben angegebenen Aufgabe möglich, wenn die Brennkraftmaschine zwei Nockenwellen hat, beispielsweise für die Einlass- und Auslassventile oder für mehrere Zylinderbänke. Die Winkelmar ken der Nockenwellensignale der beiden Nockenwellen haben dann üblicherweise einen vorgegebenen Winkelabstand zueinan der, und zwar einen Winkelabstand von 90° im Fall einer Vier zylinder-Brennkraftmaschine und von 60° bei einer Sechszylin der-Brennkraftmaschine. In diesem Fall werden erfindungsgemäß die Winkelmarken des einen Nockenwellensignals zum Erkennen der betreffenden Winkelposition der Kurbelwelle für jeden Zy linder der einen Gruppe und die Winkelmarken des anderen No ckenwellensignals zum Erkennen der Winkelpositionen der Kur belwelle für jeden Zylinder der anderen Gruppe verwendet. So mit ist keine Abschätzung dieser Winkelpositionen erforder lich; vielmehr erlauben die Winkelmarken der Nockenwellensignale eine präzise Erkennung der entsprechenden Winkelpositio nen der Kurbelwelle und somit eine ständige Aktualisierung der Drehzahl der Brennkraftmaschine in jedem Segment des Ar beitsspiels, d. h. jeweils nach einer Drehung der Kurbelwelle um 180° im Fall einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine.

Die Erfindung ermöglicht daher bei einem Ausfall des Kurbel wellensensors eine relativ genaue Synchronisierung der Brenn kraftmaschine auf der Grundlage des Nockenwellensignals, was insbesondere für einen Notbetrieb (Limp Home Mode) der Brenn kraftmaschine genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für den Betrieb der Brenn kraftmaschine während des Starts; es ermöglicht jedoch auch ein verbessertes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine in den anderen Betriebsphasen.

Zusammenfassend ergeben sich durch die Erfindung somit fol gende Vorteile:

- Schnelleres Erkennen und Detektieren der Winkelposition der Brennkraftmaschine beim Start, was eine schnellere und besse re Synchronisation der Brennkraftmaschine und ein schnelleres Anlassen der Brennkraftmaschine erlaubt. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Funktionen des Betriebssteuerge rätes, des Betriebsverhaltens des zugehörigen Fahrzeuges so wie zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen (Bekanntlich wird der größte Teil der Schadstoffemissionen während der ersten Minute des Betriebs der Brennkraftmaschine erzeugt).
- Verbesserte Synchronisation und verbessertes Startverhalten der Brennkraftmaschine
- Höhere Sicherheit beim Starten und während des übrigen Be triebs der Brennkraftmaschine
- Verbessertes Notbetriebsverhalten
- Verbesserte Genauigkeit hinsichtlich verschiedener Be triebsparameter für den Antrieb der Brennkraftmaschine.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Brennkraftmaschinen sowohl vom Otto-Typ wie auch vom Diesel-Typ verwendet werden. Ferner ist es für Brennkraftmaschinen geeignet, bei denen die Nockenwelle und die Kurbelwelle drehfest verbunden oder auch relativ zueinander winkelverstellbar sind. Im letzteren Fall muss bei der Bestimmung der Winkelpositionen der Kurbelwelle anhand des Nockenwellensignals eine entsprechende Winkelver stellung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle berücksichtigt werden.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfin dung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brenn kraftmaschine in Form eines Otto-Motors mit Benzin einspritzung;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem ein Drehzahl-, Kurbelwellen- und Nockenwellensignal während des Starts der Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen sind;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Profils eines No ckenwellen-Geberrades;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Drehzahl N über der Win kelposition ϕ der Kurbelwelle während des Starts aufgetragen ist;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Drehzahl und das Drehmo ment über der Zeit während des Starts aufgetragen sind;

Fig. 6 ein Diagramm, in dem das Öffnungsverhalten eines Einlassventils über der Winkelposition ϕ der Kur belwelle aufgetragen ist;

Fig. 7 ein Diagramm, in dem Signale für die Drehzahl N, den Luftmassenstrom MAF und den Saugrohrdruck MAP über der Zeit aufgetragen sind;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Profils zweier Nockenwellen.

Die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Vierzylinder-Ottomotor mit Benzinein spritzung ausgebildet ist, ist mit einem elektronischen Be triebssteuergerät 5 (ECU) ausgestattet, das im Rahmen eines Motormanagement-Systems die Zündung, Kraftstoffeinspritzung und andere Vorgänge der Brennkraftmaschine regelt. Wie ange deutet, ist jedem Zylinder 1-4 ein Einlassventil 6, ein Auslassventil 7, eine Zündkerze 8 und ein Kraftstoff-Ein spritzventil 9 zugeordnet. Die Verbrennungsabfolge der Zylin der 1-4 ist 1-3-4-2.

Der Kurbelwelle 10 ist ein Kurbelwellensensor 11 zugeordnet, um ein Kurbelwellensignal CRK zu erzeugen, das dem Betriebs steuergerät 5 zugeführt wird. Ferner ist der Nockenwelle 12, die die Einlassventile 6 steuert und mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 10 dreht, ein Nockenwellensensor 13 zugeord net, um ein Nockenwellensignal CAM zu erzeugen, das ebenfalls dem Betriebssteuergerät 5 zugeführt wird. Die Nockenwelle 12 kann mit der Kurbelwelle 10 drehfest verbunden oder auch re lativ zu ihr winkelverstellbar sein.

In der Fig. 2 sind zu Veranschaulichungszwecken das Kurbel wellensignal CRK, das Nockenwellensignal CAM und die Drehzahl N über der Zeit während eines Starts der Brennkraftmaschine aufgetragen. Das Kurbelwellensignal CRK mit den Synchronisa tionsimpulsen S erlaubt eine Bestimmung der Winkelpositionen (in der Zeit) sowie der Drehzahl der Kurbelwelle 10. Das Nockenwellensignal CAM hat zwei unterschiedliche Pegel, die zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle zuge ordnet sind. Die Signalflanken des Nockenwellensignals CAM stellen Winkelmarken dar, die den Oberer-Totpunkt- Winkelpositionen (OT-Winkelpositionen) der Kurbelwelle 10 für zwei Zylinder zugeordnet sind und im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel mit CAM OT1 bzw. CAM OT4 bezeichnet sind. Die Signalflanken (Winkelmarken) des Nockenwellensignals CAM müs sen jedoch nicht unbedingt den OT-Winkelpositionen zugeordnet sein; vielmehr können sie auch anderen diskreten Winkelposi tionen (z. B. den UT-Winkelpositionen) der Kurbelwelle zuge ordnet werden. Im allgemeinen ist jedoch die Anzahl der Win kelmarken des Nockenwellensignals CAM halb so groß wie die Zylinderanzahl, so dass das Nockenwellensignal nur für je weils jeden zweiten Zylinder eine Winkelmarke liefert, die einer bestimmten Winkelposition der Kurbelwelle zugeordnet ist.

Das Kurbelwellensignal CRK mit seinen Synchronisationsimpul sen S und das Nockenwellensignal CAM erlauben eine präzise Bestimmung der Winkelpositionen der Kurbelwelle und der Dreh zahl sowie eine eindeutige Zuordnung der Kurbelwellenstellung im Arbeitsspiel. Wenn jedoch der Kurbelwellensensor ausfällt, steht lediglich das Nockenwellensignal CAM zur Verfügung. Wie anhand der Fig. 2 erläutert, hat das Nockenwellensignal CAM nur zwei Winkelmarken pro Arbeitsspiel (720°-Drehung der Kur belwelle bzw. 360°-Drehung der Nockenwelle). Das Nockenwel lensignal CAM liefert daher eine präzise Winkelpositionsin formation nur für zwei Zylinder der Brennkraftmaschine.

Zur Erläuterung sei auf Fig. 3 verwiesen, in der das "Halb mondprofil" eines Geberrades der Nockenwelle 12 mit zwei Ab sätzen dargestellt ist, die den oberen Totpunkten OT1 und OT4 der Zylinder 1 und 4 zugeordnet sind. Die Drehrichtung ist durch den Pfeil A angedeutet. Wie ersichtlich, stehen für die oberen Totpunkte OT2 und OT3 der Zylinder 2 und 3 keine Win kelmarken des Nockenwellensignals CAM zur Verfügung. Mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren soll daher eine ent sprechende Winkelinformation für die Zylinder 2 und 3 gewon nen werden.

Zur Erläuterung dieses Verfahrens wird davon ausgegangen, dass der obere Totpunkt OT1 für den Zylinder 1 zum Zeitpunkt der hinteren Signalflanke, d. h. der Winkelmarke CAM OT1, des Nockenwellensignals CAM aufgetreten ist (siehe Fig. 2). Damit lässt sich die Winkelposition der Kurbelwelle 10 zu diesem Zeitpunkt präzise bestimmen. Mit der Winkelmarke CAM OT4 lässt sich außerdem die Winkelposition der Kurbelwelle 10 am oberen Totpunkt OT4 des Zylinders 4 bestimmen.

Dies wiederum erlaubt es, den zeitlichen Abstand ΔT_CAM, zu be rechnen, den die Brennkraftmaschine benötigte, um von der Winkelposition entsprechend OT1 zu der Winkelposition ent sprechend OT4 zu gelangen, d. h. um eine volle Umdrehung (360°) der Kurbelwelle auszuführen.

Mit Hilfe von ΔT_CAM lässt sich dann die zugehörige mittlere Drehzahl N_CAM der Nockenwelle während dieses Zeitraumes be rechnen. Diese Berechnung basiert somit auf dem zurückliegen den halben Arbeitsspiel. Die hierbei gewonnenen Werte werden dann zur Berechnung entsprechender Werte für den sich an schließenden Zeitraum verwendet, in dem sich die Kurbelwelle von der Winkelposition entsprechend OT1 zu der Winkelposition entsprechend OT4 bewegt.

Um nun beispielsweise die Winkelposition der Kurbelwelle ent sprechend OT3 zu ermitteln (welche keiner Winkelmarke des No ckenwellensignals CAM zugeordnet ist), wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine ab der Winkelposition entsprechend OT1 die Zeit ΔT_CAM/2 benötigt hat, um die Winkelposition entspre chend OT3 zu erreichen, d. h. um eine Umdrehung von 180° aus zuführen und somit ein Segment des Arbeitsspiels zu durchlau fen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass ΔT_CAM von OT4 nach OT1 genauso groß ist wie ΔT_CAM, von OT1 nach OT4, so dass also von dem vorhergehenden halben Arbeitsspiel auf das sich daran anschließende halbe Arbeitsspiel geschlossen werden kann.

Wie ohne weiteres einleuchtet, liefert diese Abschätzung der Winkelpositionen der Kurbelwelle entsprechend OT2 und OT3 an nehmbare Werte, sofern sich die Brennkraftmaschine im statio nären Betrieb befindet. Im instationären Betrieb, insbesonde re beim Start der Brennkraftmaschine, wenn die Kurbelwelle eine erhebliche Beschleunigung erfährt, liefert diese simple Abschätzungsmethode jedoch Werte, die bis zu 90° von der tat sächlichen Winkelposition der Kurbelwelle abweichen können. Es braucht nicht weiter erläutert zu werden, dass dies zu un befriedigenden Ergebnissen hinsichtlich der Regelung der Brennkraftmaschine durch das Betriebssteuergerät 1 führt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 eine mögli che Ausführungsform der Erfindung beschrieben, mit der sich während des Starts die durch die oben erläuterte grobe Ab schätzung gewonnenen Winkelpositionen der Kurbelwelle ent sprechend OT2 und OT3 korrigieren lassen. Bezeichnet man die Winkelpositionen der Kurbelwelle mit ϕ und die Abweichung der geschätzten Winkelposition entsprechend OT2 bzw. OT3 von der tatsächlichen Winkelposition mit Δϕ, so gilt:

Hierin bedeuten der Term

die anhand des vorherge henden halben Arbeitsspiels geschätzte Winkelposition der Kurbelwelle und der Term

die tatsächlich erreichte Winkelposition, wobei die tatsächliche mittlere Drehzahl bei einer Drehung der Kurbelwelle von OT1 nach OT4 bzw. von OT4 nach OT1 bedeutet.

In dem Diagramm der Fig. 4 stellt die mit N_CAM bezeichnete ge strichelte Kurve den geschätzten Wert der Drehzahl dar, der jeweils aus dem vorhergehenden halben Arbeitsspiel anhand der Winkelmarken CAM OT4 und CAM OT1 des Nockenwellensignals ge wonnen wurde. Die mit N bezeichnete voll ausgezogene Linie stellt dagegen den tatsächlichen Verlauf der Drehzahl während eines Starts dar. Wie ersichtlich, bleibt die Drehzahl N in der Zeit t1, während der die Brennkraftmaschine vom Anlasser angetrieben wird, relativ konstant. Sobald jedoch der erste Verbrennungsvorgang (bei OT4) einsetzt, erhöht sich die Dreh zahl N sehr schnell.

Da dieser Verlauf der Drehzahl während des Starts der Brenn kraftmaschine im wesentlichen immer gleich bleibt, wird er anhand eines entsprechenden Kennfeldes in dem Betriebssteuer gerät 5 gespeichert. Mit Hilfe der oben angegebenen Gleichung kann dann der Fehler Δϕ zu den Zeitpunkten entsprechend OT2 und OT3 berechnet werden; die geschätzten Werte für die Win kelposition der Kurbelwelle bzw. der Drehzahl zu den Zeit punkten entsprechend OT2 und OT3 können dann entsprechend korrigiert werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, mit der sich die geschätzten Werte für die OT-Winkelposition und die Drehzahl korrigieren lassen, werden nun anhand der Fig. 5 erläutert. Im Diagramm der Fig. 5 sind neben der Drehzahl N das indi zierte Drehmoment TQI, das Verlustdrehmoment TQ_LOSS und das tatsächliche Drehmoment TQ über der Zeit t während eines Starts der Brennkraftmaschine aufgetragen. Bei einem Motorma nagement auf Drehmomentbasis wird das Drehmoment TQ der Brennkraftmaschine von dem Betriebssteuergerät 1 ständig ü berwacht und/oder berechnet. Das Drehmoment TQ ist in diesem Fall ein bekannter Wert, der beispielsweise in Kennfeldern abgelegt ist, aber auch durch einen Drehmomentsensor erfasst werden kann. Das Drehmoment TQ, das sich aus der Differenz zwischen dem indizierten Drehmoment TQI und dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS ergibt, ist mit der Drehzahl wie folgt ver knüpft:

Hieraus folgt:

Für diskrete Samplingwerte gilt entsprechend:

Der Wert für N bzw. ΔN lässt sich somit anhand des Drehmomen tes TQ ständig ermitteln. Die laufend aktualisierten Werte von N bzw. ΔN werden dann in der oben beschriebenen Weise zur Korrektur der geschätzten Werte für die Winkelpositionen ent sprechend OT2 und OT3 verwendet.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine Drehzahlinformation als Zusatzinformation zur Korrektur der geschätzten Werte für die Winkelpositionen der Kurbelwelle OT2 und OT3 verwendet. Eine andere oder zusätzliche Möglich keit besteht darin, als Zusatzinformation ein Saugrohrsignal zu verwenden, das sich mit der Betätigung der Einlassventile ändert. Hierzu wird auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen.

Das Diagramm der Fig. 6 zeigt den Verlauf eines Signals zur Betätigung eines Einlassventiles EV über der Winkelposition ϕ der Kurbelwelle. Mit EVs und EVo sind hierbei das Schließen bzw. das Öffnen des Einlassventils angedeutet, wobei die Ein lassphase des Einlassventils mit ϕ_ein bezeichnet ist. Diese sich zyklisch wiederholenden Öffnungs- und Schließvorgänge des Einlassventils EV spiegeln sich in entsprechenden Ände rungen bestimmter Saugrohrsignale wie z. B. des Signals für den Luftmassenstrom MAF und des Signals für den Saugrohrdruck MAP wieder. Dies zeigen die mit MAF bzw. MAP bezeichneten Kurven in Fig. 7.

Da die Bewegungen des Einlassventils EV in bekannter Bezie hung zu den Winkelpositionen der Kurbelwelle stehen, können mit Hilfe der sprunghaften Änderungen des Luftmassenstroms MAF bzw. des Saugrohrdrucks MAP die geschätzten Werte für die Winkelposition der Kurbelwelle entsprechend OT2 und OT3 in einfacher Weise korrigiert werden. Da sich im übrigen die Be tätigungsvorgänge des Einlassventils EV nach jeder Umdrehung der Kurbelwelle um 180° wiederholen, können mit Hilfe dieser Signale auch die anderen Winkelpositionen der Kurbelwelle entsprechend OT1 und OT4 erkannt und präzisiert werden. Dies erlaubt naturgemäß auch eine entsprechende Aktualisierung der Drehzahl N nach jeder Umdrehung der Kurbelwelle um 180° im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Nicht selten sind Brennkraftmaschinen mit zwei Nockenwellen versehen, beispielsweise für die Einlass- und Auslassventile oder für mehrere Zylinderbänke. Wenn in diesem Fall jeder No ckenwelle ein eigener Nockenwellensensor zugeordnet ist und die Winkelmarken (Signalflanken) der beiden Nockenwellensig nale um einen vorgegebenen Winkel zueinander versetzt sind, so können alle vier Winkelpositionen der Kurbelwelle entspre chend OT1 bis OT4 präzise bestimmt werden.

Ein Beispiel für das Geberradprofil zweier entsprechender No ckenwellen 12 und 12' ist in Fig. 8 schematisch dargestellt, in der der Pfeil A wieder die Drehrichtung anzeigt. Die Halb mondprofile der Nockenwellen 12, 12' erzeugen Nockenwellen signale mit jeweils zwei Winkelmarken pro Arbeitsspiel. Die Winkelmarken der Nockenwelle 12 ermöglichen somit eine präzi se Bestimmung der Winkelpositionen der Kurbelwelle entspre chend OT1 und OT4, während die Winkelmarken des Nockenwellen signals der Nockenwelle 12' eine präzise Bestimmung der Win kelpositionen entsprechend OT2 und OT3 erlauben. Außerdem kann hiermit die Drehzahl N viermal pro Arbeitsspiel, d. h. für jedes Segment des Arbeitsspiels, aktualisiert werden.

Wie bereits eingangs erwähnt, werden die beschriebenen Ver fahren zum Bestimmen der Winkelpositionen und Drehzahl der Kurbelwelle dazu verwendet, um bei Ausfall des Kurbelwellen sensors zumindest einen Notlaufbetrieb (Limp Home mode) der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Wenngleich die beschriebe nen Verfahren besonders vorteilhaft während des Starts der Brennkraftmaschine sind, können zumindest die im Zusammenhang mit Fig. 5, 7 und 8 beschriebenen Verfahren auch in den übrigen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine eingesetzt wer den. Außerdem können die beschriebenen Verfahren jeweils für sich allein oder auch in beliebiger Kombination miteinander verwendet werden.

Die obigen Ausführungsbeispiele wurden anhand einer Vierzy linder-Brennkraftmaschine mit einer oder zwei Nockenwellen, deren Geberrad ein Halbmondprofil hat, beschrieben. Die Er findung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Vielmehr können die beschriebenen Verfahren für andere Geberradprofile und für Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderanzahl entspre chend abgewandelt werden. Ein einfaches Beispiel hierfür ist eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellen signal, das drei Winkelmarken pro Umdrehung der Nockenwelle hat.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen diskreter Winkelpositionen der Kurbelwelle einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mittels ei nes Nockenwellensignals (CAM), das pro Umdrehung der Nocken welle (10) eine vorgegebene Anzahl von Winkelmarken (CAM OT1 . . . 4) hat, welche gleich der halben Zylinderanzahl ist, wobei die Zylinder (1-4) in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe unterteilbar sind und die Zylinder der beiden Gruppen sich in der Verbrennungsabfolge jeweils abwechseln,
bei welchem Verfahren:
die Winkelmarken (CAM OT1, CAM OT4) des Nockenwellensignals (CAM) zum Erkennen einer bestimmten Winkelposition der Kur belwelle (8) für jeden Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe ver wendet werden und
zum Erkennen der entsprechenden Winkelpositionen der Kurbel welle (10) für die Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe jeweils der Abstand (ΔT_CAM) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Winkel marken (CAM OT1, CAM OT4) des Nockenwellensignals (CAM) be stimmt und jeweils aus diesem Abstand (ΔT_CAM) auf die betref fende Winkelposition der Kurbelwelle (10) für den in der Ver brennungsabfolge nächsten Zylinder (2 bzw. 3) der zweiten Gruppe geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der OT-Winkelposition der Kurbelwelle (10) für den in der Verbrennungsabfolge nächsten Zylinder (2 bzw. 3) der zweiten Gruppe jeweils der besagte Abstand (ΔT_CAM) halbiert und der resultierende Wert mittels einer aus dem Betriebsver halten der Brennkraftmaschine abgeleiteten Zusatzinformation korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zu satzinformation eine Drehzahlinformation der Brennkraftma schine verwendet wird (Fig. 4, 5).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Dreh zahlinformation der in einem Kennfeld abgelegte typische zeitliche Verlauf der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine während eines Starts verwendet wird (Fig. 4)

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf des Drehmomentes (TQ) der Brennkraftma schine der zeitliche Verlauf der Drehzahl (N) bestimmt und dieser als Drehzahlinformation verwendet wird (Fig. 5).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zeit liche Verlauf der Drehzahl (N) durch Integrieren des Drehmo mentes (TQ) über der Zeit bestimmt wird (Fig. 5).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zu satzinformation der zeitliche Verlauf eines von der Betäti gung der Einlassventile (6) abhängigen Signals verwendet wird, welches den Zustand im Saugrohr der Brennkraftmaschine charakterisiert (Fig. 6, 7).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Sig nal ein Signal für den Luftmassenstrom (MAF) oder/und den Saugrohrdruck (MAP) verwendet wird (Fig. 7).

9. Verfahren zum Bestimmen diskreter Winkelpositionen der Kurbelwelle einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mittels zweier Nockenwellensignale, die jeweils pro Umdrehung einer zugehörigen Nockenwelle (12, 12') eine vorgegebene Anzahl von Winkelmarken (CAM OT1 . . . 4) haben, die gleich der halben Zy linderanzahl ist, wobei die Winkelmarken des einen Nockenwel lensignals gegenüber den Winkelmarken des anderen Nockenwel lensignals um einen vorgegebenen Winkel versetzt sind und wo bei die Zylinder (1-4) in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe unterteilbar sind und die Zylinder der beiden Gruppen sich in der Verbrennungsabfolge jeweils abwechseln, bei welchem Verfahren die Winkelmarken des einen Nockenwel lensignals zum Erkennen einer bestimmten Winkelposition der Kurbelwelle für jeden Zylinder der ersten Gruppe und die Win kelmarken des anderen Nockenwellensignals zum Erkennen einer bestimmten Winkelposition der Kurbelwelle für jeden Zylinder der zweiten Gruppe verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als diskre te Winkelpositionen der Kurbelwelle (10) die Winkelpositionen am oberen Totpunkt der Zylinder (OT-Winkelpositionen) be stimmt werden.