DE10250255A1

DE10250255A1 - Verfahren und Anordnung zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit für den Phasenwinkel der Nockenwelle in einer Brennkraftmaschine mit variabler Nockeneinstellung

Info

Publication number: DE10250255A1
Application number: DE10250255A
Authority: DE
Inventors: Bradley Dean Riedle; Guiseppe Domenico Suffredini; Jeffrey Allen Doering; Sean Wyatt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2003-06-05
Also published as: US20030079701A1; US6766775B2; GB0223826D0; GB2382660A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung einer Abschätzung des aktuellen Phasenwinkels einer Nockenwelle (84) einer Brennkraftmaschine mit verbesserter Genauigkeit beschrieben, wobei die Abschätzung auf einem abgelesenen Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basiert, der auf dem Wert eines Sensors für einen Nockenwellenphase (36) und einem vorhergesagten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) beruht, wobei sich der vorhergesagte Phasenwinkel der Nockenwelle (84) seinersetis aus einem gewünschten oder vorgegebenen Phasenwinkel der Nockenwelle (84) ergibt. Der geschätzte Phasenwinkel der Nockenwelle (84) wird von einer elektronischen Steuereinheit (18) bei der Verarbeitung gewünschter, vom Phasenwinkel der Nockenwelle (84) abhängender Einstellungen für Motorvariablen verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein verbessertes Verfahren zur Abschätzung des Phasenwinkels einer Nockenwelle bei einer Brennkraftmaschine (nachfolgend Motor genannt) mit variabler Nockeneinstellung und insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle im Verhältnis zu einem vorgegebenen Phasenwinkel. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels einer Nockenwelle und ein computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, welche Anweisungen darstellen, die durch einen Computer ausführbar sind, um einen Verbrennungskraftmotor und einen mit der Nockenwelle des Motors verbundenen Phaseneinsteller für die Nockenwelle zu steuern.
Die Durchführung einer variablen Nockeneinstellung bei Brennkraftmaschinen führt zu erhöhten Anforderungen an das Motormanagement. Innerhalb der Steuereinheit des Motors sind die Stellung der elektronischen Drosselklappe (alternativ die Öffnung eines Leerlauf-Umgangsschiebers, wenn keine Ausstattung mit einer elektronisch betätigten Drosselklappe vorliegt), die Impulsdauer der Kraftstoffeinspritzung, die Zündfunkeneinstellung, die Stellung des Ventils für die Abgasrückführung und der Phasenwinkel der Nockenwelle Motorvariablen, welche durch die Steuereinheit des Motors gesteuert werden, um die durch den Fahrer des Fahrzeugs abgefragte Leistung zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig hohe Kraftstoffeffizienz, geringe Emissionen und akzeptable Fahreigenschaften gewährleistet werden sollen. Diese Motorvariablen sind streng miteinander gekoppelt und sind durch eine Zeitkonstante für die Verzögerung gekennzeichnet. Das Ziel, zwischen den Betriebsbedingungen fließend und leicht wechseln zu können, wird durch die Steuereinheit des Motors erreicht. Die Steuereinheit enthält hierzu Modelle für die gegenseitige Abhängigkeit der Variablen, dynamische Modelle für verschiedene Stellantriebe, sowie genaue Informationen von Sensoren über den Zustand der verschiedenen Stellantriebe.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Vorhersage des gegenwärtigen Phasenwinkels der Nockenwelle werden die genannten gekoppelten Parameter, d. h. Zündfunkeneinstellung, Stellung der Drosselklappe etc., ungenau verarbeitet, weil diese auf ungenauen Eingaben bezüglich des Phasenwinkels der Nockenwelle beruhen. Ein bekanntes Verfahren beruht beispielsweise auf der Ausgabe von Daten eines Sensors auf dem Phaseneinsteller für die Nockenwelle. Weil dieses Signal des Sensors rauscht, wird das Signal gefiltert, wodurch sich die Bandweite des Signals verringert, woraus wiederum eine Verzögerung resultiert. Ein weiteres bekanntes Verfahren beruht auf einem Modell innerhalb der Steuereinheit des Motors und legt der Vorhersage den vorgegebenen Phasenwinkel und die dynamischen Merkmale des Phaseneinstellers für die Nockenwelle zugrunde. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass der Phaseneinsteller für die Nockenwelle dynamische Merkmale mit fortschreitender Lebensdauer verlieren oder Änderungen erfahren kann, was zu Fehlern in der Vorhersage führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle zu schaffen, welche eine Abschätzung des Phasenwinkels der Nockenwelle mit erhöhter Genauigkeit und Sicherheit ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1, eine Anordnung nach Patentanspruch 10 und ein computerlesbares Speichermedium nach Patentanspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.
Die Nachteile der bekannten Verfahren und Anordnungen werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle gelöst, welche durch die Bestimmung eines gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle, die Bestimmung eines abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkels der Nockenwelle und die Bestimmung des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle basierend auf dem gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle und dem abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkel der Nockenwelle eine erhöhte Genauigkeit der Abschätzung gewährleisten.
Der unbearbeitete, abgelesene Phasenwinkel der Nockenwelle kann dabei in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auf der Ausgabe eines Sensors für die Nockenwellenphase basieren, der in der Nähe der Nockenwelle angeordnet ist.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Vorhersage des Phasenwinkels der Nockenwelle mit erhöhter Genauigkeit und einer geringeren Verzögerung im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine genaue Vorhersage des Phasenwinkels der Nockenwelle auch dann geliefert wird, wenn die Leistungsfähigkeit des Phaseneinstellers für die Nockenwelle sich aufgrund von Verschleiß, Fehlfunktion, äußeren Bedingungen oder anderen Anomalien ändert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Vorhersage aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik ein Signal liefert, welches ein vermindertes Rauschen aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motors mit wesentlichen Merkmalen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines einzelnen Zylinders eines Motors, die den Mechanismus der Einstellung der Nockenwellenphase zeigt,
Fig. 3 ein Flussdiagramm der durchzuführenden Schritte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Berechnungsschritte in der Steuereinheit des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 Verlaufskurven des gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle, des unbearbeiteten, abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle und des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle als Funktionen der Zeit bei außer Betrieb gesetztem Phaseneinsteller für die Nockenwelle,
Fig. 6 Verlaufskurven des gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle, des unbearbeiteten, abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle, des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle und des gefilterten, abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle als Funktionen der Zeit bei in Betrieb befindlichem Phaseneinsteller für die Nockenwelle und
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Kurven gemäß Fig. 6.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine, nachfolgend Motor 70 genannt, wobei es sich um einen Ottomotor mit innerhalb des Motors 70 installierten Zündkerzen 74 handelt. Die Erfindung kann sich aber auch auf einen Motor mit Kompressionszündung beziehen, der nicht auf Zündkerzen für die Zündung angewiesen ist. Beim Motor 70 wird der Kraftstoff mittels der Einspritzer 72 direkt in die Verbrennungskammer eingeführt, wie es bei einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung oder einem Dieselmotor der Fall wäre. Die Kraftstoff-Einspritzer 72 können in alternativer Ausgestaltung in der Nähe der Einlassöffnungen der Verbrennungskammer angeordnet sein. Der Motor 70 ist mit einem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84ausgestattet, welcher die Zeit, zu der sich die Ventile relativ zu der Rotation der Kurbelwelle 84 des Motors 70 öffnen und schließen, ändern kann. Eine genaue Beschreibung hierzu wird weiter unten bei der Beschreibung der Fig. 2 geliefert. Der Motor 70 wird durch einen Ansaugkanal, der eine Drosselklappe 78 enthält, mit frischer Luft versorgt. Der Motor 70 gibt ferner Gase in einen Abgaskanal 88 ab. Ein Teil des Abgasstroms kann dabei durch ein Ventil 90 für die Abgasrückführung (EGR = Exhaust gas recirculation) in den Ansaugkanal zurückgeführt werden.
Gemäß Fig. 1 weist eine Steuereinheit 18 des Motors (ECU = Engine control unit) einen Mikroprozessor 50 (CPU = Central processing unit) auf, der mit einer Speichermanagementeinheit 48 (MMU = Memory management unit) in Verbindung steht. Die Speichermanagementeinheit (MMU) 48 steuert die Bewegung bzw. den Fluß von Daten zwischen den verschiedenen computerlesbaren Speichermedien und gibt Daten an den und vom Mikroprozessor (CPU) 50 weiter. Die computerlesbaren Speichermedien beinhalten vorzugsweise die flüchtige und nicht- flüchtige Speicherung in beispielsweise Lesespeichern (ROM = Read-only memory) 58, Zugriffsspeichern (RAM = Random-access memory) 56 und Erhaltungsspeichern (KAM = Keep-alive memory) 54. Die computerlesbaren Speichermedien können unter Verwendung jeder der bekannten Speichereinrichtungen implementiert sein, wie beispielsweise PROMs (programmierbare Lesespeicher), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrisch löschbare PROM), Blitzspeicher oder jede andere elektrische, magnetische, optische oder kombinierte Speichereinrichtung, die Daten speichern kann. Einige dieser Speichereinrichtungen können ausführbare Anweisungen enthalten, die durch den Mikroprozessor 50 zur Steuerung des Motors oder des Fahrzeugs, in welches der Motor eingebaut ist, verwendet werden. Die computerlesbaren Speichermedien können ferner Disketten, CD-ROMs, Festplatten u. ä. sein. Der Mikroprozessor 50 steht mit verschiedenen Sensoren und Stellantrieben über eine I/O- Schnittstelle (Input/Output Interface) 52 in Verbindung. Beispiele von Variablen, die unter der Kontrolle des Mikroprozessors 50 über die I/O-Schnittstelle 52 eingestellt werden, sind die Einstellung der Kraftstoffeinspritzung, die Rate der Kraftstoffeinspritzung, die Dauer der Kraftstoffeinspritzung, die Stellung des EGR-Ventils 90, die Stellung der Drosselklappe 78 und die Stellung des Phaseneinsteller für die Nockenwelle 34. Sensoren, die Daten über die I/O- Schnittstelle 52 eingeben, können beispielsweise die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kühlmitteltemperatur, den Ladedruck, die Pedalstellung, den Phasenwinkel der Nockenwelle 84, die Stellung der Drosselklappe 78, die Stellung des EGR-Ventils 90, die Lufttemperatur, die Abgastemperatur, den Luftmassenstrom 82 und Anderes anzeigen. Einige dieser Sensoren sind explizit in Fig. 1 dargestellt, während weitere Sensoren als "andere Sensoren" 38 bezeichnet sind. Einige Ausführungsformen der Steuereinheit (ECU) 18 enthalten keine Speichermanagementeinheit 48. Wenn keine Speichermanagementeinheit 48 vorgesehen ist, verwaltet der Mikroprozessor 50 die Daten und ist direkt mit dem Lesespeicher (ROM) 58, dem Zugriffsspeicher (RAM) 56 und dem Erhaltungsspeicher (KAM) 54 verbunden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich auch mehr als ein Mikroprozessor 50 verwendet werden, um den Motor bzw. das Fahrzeug zu steuern. Die Steuereinheit (ECU) 18 kann ferner jeweils mehrere Lesespeicher 58, Zugriffsspeicher 56 und Erhaltungsspeicher 54 aufweisen, die mit einer Speichermanagementeinheit 48 oder einem Mikroprozessor 50 verbunden sind, je nach dem, welche besondere Anwendung vorliegt.
Eine elektronisch gesteuerte Drossel, wie die Drosselklappe 78 gemäß Fig. 1, liefert ein Beispiel für die Verzögerung eines Systems. Wenn die Steuereinheit (ECU) 18 ein Signal vom Sensor für die Pedalstellung erhält, welches eine zusätzliche Leistungsabfrage durch den Fahrer anzeigt, befiehlt die Steuereinheit (ECU) 18 das Öffnen der Drosselklappe 78. Die zusätzliche Kraftausübung auf die Antriebsräder wird durch folgende Vorgänge verzögert. Zunächst muss die Steuereinheit (ECU) 18 das Signal bezüglich der Pedalstellung (aufgrund des Filterns) als eine Leistungsabfrage interpretieren. Dabei können innerhalb der Steuereinheit (ECU) 18 Verzögerungen bei der Verarbeitung aufgrund der Rechnerauslastung auftreten. Weiter die Beeinträchtigungen, die durch den Zeitschritt auftreten, mit dem die Verarbeitung innerhalb der Steuereinheit (ECU) 18 abläuft. Ferner kommt es zu einer mechanischen Verzögerung, wenn die Drosselklappe 78 auf die befohlene Stellung eingestellt wird. Schließlich auch die Verzögerung durch die Trägheit, mit der das Ansaugrohr auf den neuen, höheren Ladedruck aufgefüllt wird. Es ist einem Fachmann bekannt, die an den Motor gelieferte Luft unter Berücksichtigung der Verzögerungen im System zu modellieren. Das Modell beruht auf genauen Informationen von vielen Variablen der Anordnung, einschließlich der Ventileinstellung, die mit der Einstellung der Nockenwellenphase gekoppelt ist. Die Fähigkeit des Modells, die gewünschte Funktionalität zu liefern, hängt dabei von der Genauigkeit des Modells bei der Erfassung der Phänomene und ihrer Interaktionen ab. Die vorliegende Erfindung führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Daten über den Phasenwinkel der Nockenwelle innerhalb der Steuereinheit (ECU) 18.
Fig. 2 zeigt einen einzelnen, innerhalb des Motors 70 angeordneten Kolben 68. Die Nockenwelle 84 des Motors 70 ist gemäß Fig. 2 mit der Stößelstange 86 verbunden, welche an einem Ende 94 fixiert ist, um das Einlassventil 64 zu betätigen. Das Auslassventil 66 kann in ähnlicher Weise wie das Einlassventil 64 ausgestattet sein (Einrichtungen zur Einstellung der Nockenwellenphase nicht dargestellt). In alternativer Ausgestaltung kann die Nockenwelle 84 zur Betätigung sowohl des Einlassventils 64 als auch des Auslassventils 66 verwendet werden, wobei in diesem Fall ein Phasenwechsel der Nockenwelle 84 sowohl die Einstellung des Einlassventils 64 als auch die Einstellung des Auslassventils 66 beeinflusst. Die Nockenwelle 84 ist unmittelbar mit dem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 gekoppelt. Der Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 bildet ein gezähntes Rad, welches eine Vielzahl von Zähnen 92 aufweist. Die Nockenwelle 84 ist hydraulisch mit einer hier nicht dargestellten inneren Nockenwelle verbunden, welche ihrerseits über eine nicht dargestellte Einstellkette unmittelbar mit der Nockenwelle 84 verbunden ist. Daher rotieren der Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 und die Nockenwelle 84 mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen der Rotationsgeschwindigkeit der inneren Nockenwelle entspricht. Die innere Nockenwelle rotiert mit einem konstanten Umdrehungsverhältnis zur Kurbelwelle 100. Durch die Beeinflussung einer hydraulischen Kupplung (nicht dargestellt) kann jedenfalls die relative Phase der Nockenwelle 84 im Verhältnis zur Kurbelwelle 100 durch die Ausübung eines hydraulischen Drucks in der Vortriebskammer 96 oder der Verzögerungskammer 98 variiert werden. Durch das Ermöglichen des Eintritts hydraulischen Fluids unter hohem Druck in die Vortriebskammer 96 öffnet und schließt das Einlassventil 64 im Verhältnis zur Kurbelwelle 100 zeitlich früher. Durch das Ermöglichen des Eintritts eines hydraulischen Fluids unter hohem Druck in die Verzögerungskammer 98 öffnet und schließt das Einlassventil 64 im Verhältnis zur Kurbelwelle 100 zeitlich entsprechend später.
Die mit dem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 und der Nockenwelle 84 verbundenen Zähne 92 ermöglichen die Messung des Phasenwinkels der Nockenwelle 84 mittels des Sensors für die Nockenwellenphase 36, welcher ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit (ECU) 18 liefert. Vorzugsweise werden vier gleich beabstandete Zähne 92 auf dem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 verwendet, um die Nockeneinstellung für eine Gruppe von vier Zylindern, beispielsweise bei einem Vierzylinder-Reihenmotor oder bei einer Gruppe eines V8-Motors, zu messen. Die Steuereinheit (ECU) 18 sendet Steuersignale an herkömmliche Solenoid- Ventile (nicht dargestellt), um den Fluss des hydraulischen Fluids entweder in die Vortriebskammer 96, die Verzögerungskammer 98 oder keine von beiden zu steuern.
Der Phasenwinkel der Nockenwelle 84 kann mittels des in der US 55 48 995 beschriebenen Verfahrens gemessen werden. Allgemein ausgedrückt liefert der Rotationswinkel zwischen dem ansteigenden Rand eines Signals vom Sensor für die Kurbelwellenphase 102, der einen mit der Kurbelwelle 100 verbundenen Zahn (nicht dargestellt) erfühlt, und einem Signal, welches durch den Sensor für die Nockenwellenphase 36 von einem Zahn der Vielzahl von Zähnen 92 auf dem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 erfasst wird, ein Maß für die relative Einstellung der Nockenwelle 84. Für das besondere Beispiel eines Vierzylinder-Reihenmotors mit einem vierzähnigen Rad auf dem Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84, wird 4-mal pro Umdrehung ein Maß für die Einstellung der Nockenwelle 84 für jede Gruppe geliefert.
Die Steuereinheit (ECU) 18 listet den Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 in Block 10 gemäß Fig. 3 entsprechend Modellen innerhalb der Steuereinheit 18, wie beispielsweise in der US 60 06 725 beschrieben. Dadurch wird die gewünschte Phase der Nockenwelle 84 geliefert, welche hier als cam_ph_d bezeichnet ist. Die Steuereinheit 18 beinhaltet ein dynamisches Modell 16 des Phaseneinstellers 34 für die Nockenwelle 84. Das dynamische Modell 16 kann Systemträgheiten, Nachgiebigkeiten, Kompressibilitäten, Stellantriebverzögerungen, Materialmerkmale und andere Faktoren beinhalten, um das Verhalten der Nockenwelle 84 - in Antwort auf einen Befehl an den Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 eine Winkeländerung durchzuführen - zu beschreiben. Basierend auf dem dynamischen Modell 16 kann eine vorhergesagte Nockenwellenphase berechnet werden, welche als cam_ph_pred bezeichnet ist. In Block 42 werden cam_ph_pred und cam_ph_obs_corr summiert, um den geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle 84 cam_ph_est zu erhalten, der einem geschätzten Wert mit erhöhter Genauigkeit im Vergleich zu den bekannten Verfahren gemäß Stand der Technik entspricht. Das Ablesebein der Berechnung beginnt mit einer Messung des Phasenwinkels der Nockenwelle 84, cam_ph_obs_raw, welcher in Block 29 basierend auf Signalen vom Sensor für die Nockenwellenphase 36 und dem Sensor für die Kurbelwellenphase 102 verarbeitet wird. In Block 30 wird das unbearbeitete Signal (cam_phobs_raw) mit cam_ph_est verglichen. Ein Fehlersignal cam_ph_obs_err geht von Block 30 aus. In Block 32 wird cam_ph_obs_err integriert, wodurch das Signal gefiltert und ein korrigiertes Signal geliefert wird, welches als cam_ph_obs_corr bezeichnet ist. Wie bereits ausgeführt, wird cam_ph_obs_err in Block 42 als eine der Eingaben verwendet, um die Ausgabe cam_ph_est zu erlangen.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung, um klarzustellen, dass zwei Eingaben verwendet werden, um zu cam_ph_est zu gelangen.
Fig. 4 stellt das Verfahren genauer und im Kontext innerhalb der Steuereinheit (ECU) 18 dar. Die Steuereinheit 18 erhält Eingaben von den anderen Sensoren 38, dem Sensor für die Nockenwellenphase 36 und dem Sensor für die Kurbelwellenphase 102. Aus den Signalen der letzten beiden Sensoren 36, 102 errechnet die Steuereinheit 18 in Block 29 cam_ph_obs_raw. Die Steuereinheit 18 errechnet cam_ph_d, d. h. die gewünschte Nockenwellenphase, basierend auf einem Modell, welches in der US 60 06 725 beschrieben ist. In einem Vorgang 22 werden cam_ph_d und cam_ph_obs_raw verglichen, was den Wert von cam_ph_err liefert, welcher die Differenz aus dem vorgegebenen Signal und dem gemessenen Signal ist. Cam_ph_err wird als Rückmeldungskontrolle für den Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 verwendet, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Der Wert cam_ph_d aus Block 12 wird im dynamischen Modell 16 zur Bestimmung von cam_ph_pred verwendet. In Block 42 wird cam_ph_pred mit den Ausgaben der Blöcke 30 und 32 aufsummiert, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 zuvor beschrieben. Die Ausgabe des Summierungsvorganges in Block 42 führt zu cam_ph_est, dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Innerhalb der ECU 18 wird cam_ph_est in relevanten Stellantrieb-Modellen 60 verwendet. Hierbei kann es sich um Modelle handeln, die beispielsweise eine gewünschte Stellung der Drosselklappe 78, eine gewünschte Stellung des EGR-Ventils 90, die Zündungseinstellung, die Einstellung der Kraftstoff-Einspritzung und die Impulsdauer der Kraftstoff-Einspritzung berechnen. Die Ausgabe der Stellantrieb-Modelle 60 wird an die Stellantriebe 62 geliefert.
Die vorliegende Erfindung wird in den Fig. 5 bis 7 demonstriert, in denen experimentelle Daten verwendet werden, um die vorliegende Erfindung darzustellen und mit dem Stand der Technik zu vergleichen. In Fig. 5 wird einem außer Betrieb gesetzten Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 eine Stellung der Nockenwelle 84 befohlen, d. h. der gewünschte Phasenwinkel der Nockenwelle 84 cam_ph_d, dargestellt als Kurve 110. Die Nockenwelle 84 antwortet nicht, weil der Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 außer Betrieb ist. Die Kurve 112 entspricht cam_ph_obs_raw, d. h. dem gemessenen Phasenwinkel der Nockenwelle 84. Die Kurve 112 weicht nicht von dem anfänglichen Wert ab, weil die Nockenwellenphase sich nicht ändert. Kurve 112 zeigt aber jedenfalls ein typisches Rauschniveau auf dem Signal. Wenn cam_ph_obs_raw als Basis für die Berechnung anderer Motorparameter, beispielsweise als Stellung der Drosselklappe 78, verwendet würde, würden diese Parameter konstant variieren. Beispielsweise würde die Drosselklappe 78 in Antwort auf das auf Kurve 112 auftretende Rauschen flattern. Die erfindungsgemäße Abschätzung der Nockenwellenphase, wie in Kurve 114 dargestellt, basiert sowohl auf cam_ph_obs_raw als auch cam_ph_d. Als solche weicht diese von einem Gleichgewichtswert in Antwort auf den Befehl an den Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 ab. Sie kehrt aber jedenfalls schnell zum Gleichgewichtswert zurück. Kurve 114 ist ferner kein rauschendes Signal.
In Fig. 6 wird einem arbeitenden bzw. betriebsbereiten Phaseneinsteller 34 für die Nockenwelle 84 befohlen, einen neuen gewünschten Phasenwinkel cam_ph_d anzunehmen, welcher als Kurve 120 dargestellt ist. Kurve 122 zeigt die Ausgabe der Messung cam_ph_obs_raw. Auf dem gemessenen Signal gemäß Kurve 122 liegt wiederum ein Rauschen. Kurve 124 zeigt den geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle 84 gemäß der vorliegenden Erfindung. Kurve 126 zeigt eine gefilterte Version der Kurve 122. Wie bereits angesprochen, besteht ein Problem mit cam_ph_obs_raw darin, dass die Steuerung anderer Motorparameter aufgrund des Rauschens verschlechtert ist. Eine übliche Technik, das Rauschen von dem Signal zu entfernen, besteht darin, das Signal zu filtern, wobei allerdings die unerwünschte Folge auftritt, dass das Signal zeitverzögert ist. Kurve 126 stellt eine gefilterte Version der Kurve 122 dar. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Kurve 124 hinter dem ungefilterten gemessenen Signal gemäß Kurve 122 zurückbleibt, aber gegenüber dem gefilterten gemessenen Signal gemäß Kurve 126 vorangeht.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Fig. 6. Das Rauschen der Kurve 122 wird in Fig. 7 noch deutlicher. Die stufige Ausbildung der Kurve 124 cam_ph_est beruht auf dem Zeitschritt der Berechnung, welcher 100 ms. beträgt. In gleicher Weise ändert sich die gefilterte Version des gemessenen Signals gemäß Kurve 126 in einem 100 ms. Zeitmaßstab. Folglich weist Kurve 126, ähnlich wie Kurve 122, eine stufige Ausbildung auf. Kurve 126 ist gegenüber Kurve 122 um ungefähr einen Rechenschritt oder 100 ms. verzögert. Folglich bietet die vorliegende Erfindung deutliche Vorteile gegenüber der Filterung eines gemessenen Signals. Bezugszeichenliste 10 Block
16 Dynamisches Modell
18 Steuereinheit (ECU = Engine control unit)
22 Vorgang
29 Block
30 Block
32 Block
34 Phaseneinsteller
36 Sensor für die Nockenwellenphase
38 Andere Sensoren
42 Block
48 Speichermanagementeinheit (MMU = Memory management unit)
50 Mikroprozessor (CPU = Central processing unit)
52 I/O-Schnittstelle (Input/Output Interface)
54 Erhaltungsspeicher (KAM = Keep-alive memory)
56 Zugriffsspeicher (RAM = Random-access memory)
58 Lesespeicher (ROM = Read-only memory)
60 Stellantrieb-Modelle
62 Stellantriebe
64 Einlassventil
66 Auslassventil
68 Kolben
70 Brennkraftmaschine bzw. Motor
72 Einspritzer
74 Zündkerzen
78 Drosselklappe
82 Luftmassenstrom
84 Nockenwelle
86 Stößelstange
88 Abgaskanal
90 Ventil (EGR = Exhaust gas recirculation)
92 Zähne
94 Ende
96 Vortriebskammer
98 Verzögerungskammer
100 Kurbelwelle
102 Sensor für die Kurbelwellenphase
110 Kurve
112 Kurve
114 Kurve
120 Kurve
122 Kurve
124 Kurve
126 Kurve

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bzw. eines Motors im Verhältnis zu einem vorgegebenen Phasenwinkel, gekennzeichnet durch
die Bestimmung eines gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle (84),
die Bestimmung eines abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) und
die Bestimmung des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basierend auf dem gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) und dem abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkel der Nockenwelle (84).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Bestimmung eines Fehlerwertes für den abgelesenen Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basierend auf einer Differenz des abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) und des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle (84).

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Bestimmung eines korrigierten abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basierend auf der Integration des Fehlerwertes für den abgelesenen Phasenwinkel der Nockenwelle (84).

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelesene, unbearbeitete Phasenwinkel der Nockenwelle (84) auf einem Signal eines Sensors für die Nockenwellenphase (36) basiert, welcher in der Nähe der Nockenwelle (84) angeordnet ist.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Bestimmung eines vorherqesagten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basierend auf dem gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) und einem Modell dynamischer Merkmale eines mit der Nockenwelle (84) gekoppelten Phaseneinstellers (34) für die Nockenwelle (84), wobei der Phaseneinsteller (34) für die Nockenwelle (84) die Verschiebung des Phasenwinkels der Nockenwelle (84) bewirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Bestimmung des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basierend auf der Summe des vorhergesagten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) und des korrigierten abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle (84).

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (84) mit einer Brennkraftmaschine (70) verbunden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein gewünschter Wert eines Motorparameters der Brennkraftmaschine (70) auf dem geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basiert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorparameter eine Stellung der Drosselklappe (78), eine Stellung des Ventils (90) für die Abgasrückführung, eine Stellung des Leerlauf-Luftumgangsschiebers, eine Zündfunkeneinstellung, eine Kraftstoff-Impulsdauer oder eine Einstellung der Kraftstoffeinspritzung ist.

10. Anordnung zur Bestimmung eines geschätzten Phasenwinkels einer Nockenwelle (84), gekennzeichnet durch
einen Phaseneinsteller (34) für die Nockenwelle (84), der mit der Nockenwelle (84) verbunden ist, um den Phasenwinkel der Nockenwelle (84) im Verhältnis zu einem vorgegebenen Phasenwinkel zu verschieben,
einen Sensor für die Nockenwellenphase (36), der in der Nähe der Nockenwelle (84) angeordnet ist und ein Signal basierend auf der Verschiebung des Phasenwinkels erzeugt, sowie
eine elektronische Steuereinheit (18), welche wirksam mit dem Phaseneinsteller (34) für die Nockenwelle (84) und dem Sensor für die Nockenwellenphase (36) verbunden ist,
wobei die elektronische Steuereinheit (18) den Phaseneinsteller (34) für die Nockenwelle (84) betätigt, um einen gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) zu erlangen, und - basierend auf dem gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) und dem Signal des Sensors für die Nockenwellenphase (36) - einen geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) bestimmt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der geschätzte Phasenwinkel der Nockenwelle (84) auf einer Summe des vorhergesagten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) und eines korrigierten abgelesenen Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basiert.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorhergesagte Phasenwinkel der Nockenwelle (84) auf dem gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) und einem Modell dynamischer Merkmale der Nockenwelle (84) basiert, wobei das Modell in der elektronischen Steuereinheit (18) abgelegt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte abgelesene Phasenwinkel der Nockenwelle (84) auf der Integration eines Fehlerwertes für den abgelesenen Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basiert.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerwert des Phasenwinkels der Nockenwelle (84) auf einer Differenz des abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) und des geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basiert.

15. Computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, welche Anweisungen darstellen, die durch einen Computer ausführbar sind, um einen Verbrennungskraftmotor und einen mit einer Nockenwelle des Motors verbundenen Phaseneinsteller für die Nockenwelle zu steuern, gekennzeichnet durch
Anweisungen zur Bestimmung eines gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle (84),
Anweisungen zur Verarbeitung eines geschätzten Phasenwinkels der Nockenwelle (84) basierend auf einem abgelesenen, unbearbeiteten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) und eines gewünschten Phasenwinkels der Nockenwelle (84), sowie
Anweisungen zur Betätigung des Phaseneinstellers (34) für die Nockenwelle (84), um den gewünschten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) zu erhalten.

16. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelesene, unbearbeitete Phasenwinkel der Nockenwelle (84) auf einem Signal eines Sensors für die Nockenwellenphase (36) basiert, welcher in der Nähe des Phaseneinstellers für die Nockenwelle (34) angeordnet ist.

17. Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch
Anweisungen zur Verarbeitung einer gewünschten Stellung einer Drosselklappe (78), die in einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine (70) angeordnet ist, wobei die gewünschte Stellung auf dem geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basiert, und
Anweisungen zur Betätigung der Drosselklappe (78), um die gewünschte Stellung einzustellen.

18. Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 15, 16 oder 17, gekennzeichnet durch Anweisungen zur Verarbeitung eines gewünschten Zustands eines mit der Brennkraftmaschine (70) verbundenen Stellantriebs (62), wobei der gewünschte Zustand auf dem geschätzten Phasenwinkel der Nockenwelle (84) basiert und Anweisungen zur Betätigung des Stellantriebs (62), um den gewünschten Zustand zu erreichen.

19. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (62) der Brennkraftmaschine (70) einen zweiten Phaseneinsteller für die Nockenwelle (84), einen Kraftstoff-Einspritzer (72), ein Ventil (90) für die Abgasrückführung, eine Drosselklappe (78) oder eine Zündkerze (74) aufweist.