DE10028995A1 - Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Zur Kontrolle der Phasenverstellung einer Nockenwelle, bei welcher die aktuelle Phasenlage einer phasenverschiebbaren Nockenwelle zuverlässig detektiert werden kann, wird während eines vorgegebenen Auswertefensters ein dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors entsprechender erster Wert ermittelt, 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.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer
Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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 verscho
ben. Wird die aktuelle Stellung mittels eines auf dem Antriebsritzels ange
brachten Nockenwellensensors detektiert, kann hiermit nicht gleichzeitig die
Phasenverstellung überwacht werden, welche somit nicht zuverlässig bestimm
bar.
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 Phasenverstel
lung der Nockenwelle entsprechenden Wert verglichen wird, wobei in Abhän
gigkeit von diesem Vergleich die Funktion der Phasenverstellung der Nocken
welle 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 Auswerte
fensters 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 Nockenwellenverstellung 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 Einlaßventile nicht mehr im Auswertefenster detektierbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird während eines zweiten vorgegebenen
Auswertefensters, welches dem ersten vorgegebenen Auswertefenster vor
zugsweise zeitlich nachfolgt, ein dritter Wert des Geräuschpegels für die erste
ausgewählte Stellung der Nockenwelle und ein vierter Wert des Geräuschpe
gels 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 tatsächli
che 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 Über
schreitung 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 gefegt.
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:
Fig. 1 Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren
Fig. 2 Nockenwellenversteller
Fig. 3 Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 4 Darstellung der Auswertefenster
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 1 für Kraftfahrzeuge darge
stellt. Der Verbrennungsmotor 1 ist als 6 Zylinder Reihenmotor und als Vier
takter 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 eingebun
denen Körperschallauswerteeinheit verbunden ist.
Darüber hinaus wird die Stellung der Kurbelwelle 8 durch einen Kurbelwellen
sensor 16 ermittelt, die ebenfalls mit der Motorsteuerungselektronik 15 verbun
den ist.
Bei Verbrennungsmotoren mit variablen Ventiltrieb wird mit einem Nockenwel
lenversteller, wie er in Fig. 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 12 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 19 in eine Verdre
hung von Kolben 18 und Antriebsrad 17 umgesetzt. Die Zuführung des für die
Verdrehung notwendigen Steueröls erfolgt über die hohlgebohrte Nockenwelle
12 selbst. Dadurch können Verdrehwinkel ϕ von 0-30° Kurbelwinkel (° KW)
erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand von Fig. 3 erläutert werden.
Nach Start des Programms (Schritt 1) öffnet die Körperschallauswerteeinheit 15
im Schritt 2 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 3). Anschließend wird im Schritt 4 die
Nockenwelle 12 in eine zweite Phasenlage verdreht. Nach dem eine vorgege
bene Zeit von beispielsweise 0,5 s zur Stabilisierung der Geräuschverhältnisse
abgewartet wurde (Schritt 5), wird aus den Signalen des Körperschallsensors
14 ein Mittelwert M2 für diese zweite Position der Nockenwelle ermittelt (Schritt
6). Die so ermittelten Mittelwerte M1, M2 werden ins Verhältnis gesetzt. (Schritt
7).
Im Schritt 8 wird überprüft, ob ein zweites Auswertefenster II aktiv ist. Ist dies
nicht der Fall, wird im Schritt 9 das zweite Auswertefenster II aufgerufen.
Nach Aktivierung des zweiten Auswertefensters II werden die Schritte 3 bis 7
durchlaufen und dabei die den beiden Nockenwellen-Phasenlagen entspre
chenden 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 10). Liegen beide
Verhältnisse über einem vorgegebenen Schwellwert R ist die Nockenwellen
verstellung in Ordnung (Schritt 11). Liegen Sie unter dem Schwellwert R
(Schritt 12), wird auf eine fehlerhafte Funktion der Phasenverstellung erkannt
(Schritt 13). Sind die Verhältniswerte nicht einordenbar, wird das Resultat
verworfen (Schritt 14) und eine neue Messung gestartet.
Anhand Fig. 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 Zündab
stand 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 Auswertefensters I bezieht sich auf x° Kurbelwin
kel 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 Auswerte
fenster 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 Einspritzventile 9 in das erste Auswerte
fenster 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 Einspritzspritzventile 9 nicht
detektiert. Der allgemeine Geräuschpegelmittelwert liegt wiederum auf dem
Niveau des Grundrauschens.
Nach Einstellung der späten Nockenwellenposition (ϕ1 = 0°) fällt das Schließ
geräusch der Einspritzventile 9 in das Auswertefenster II und es wird wiederum
ein deutlich höherer Geräuschpegelmittelwert detektiert.
Die gemäß dem Verfahren anhand Fig. 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 Geräuschsenso
ren zur zuverlässigen Bestimmung der Nockenwellenverstellung eingesetzt
werden können. Es ist auch vorstellbar, dass erfindungsgemäße Verfahren zur
Überprüfung der Zylinderabschaltung, zur Funktionsüberprüfung bei elektrome
chanischer Ventilbetätigung oder des voll variablen Ventiltriebes einzusetzen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Prüfung der Phasenverstellung einer Nockenwelle eines
Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch ge
kennzeichnet, dass während eines vorgegebenen Auswertefensters (I) ein
dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors (1) entspre
chender Wert (M1) ermittelt wird, welcher mit einem zweiten, dem tatsächli
chen Geräuschpegel nach einer Phasenverstellung der Nockenwelle (12)
entsprechenden Wert (M2) verglichen wird und in Abhängigkeit des Verglei
ches die Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) bewertet
wird.
2. 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 phasenverschieb
baren 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.
3. 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
Einspritzventile (9) detektiert wird.
4. 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 Einspritzventile (9) im Aus
wertefenster (I) nicht detektiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während
eines zweiten vorgegebenen Auswertefensters (II), welches dem ersten
vorgegebenen Auswertefenster (I) vorzugsweise zeitlich nachfolgt, ein drit
ter 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.
6. 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 Ge
räuschpegels jeweils mit einem Referenzwert (R) verglichen wird und bei
Überschreitung des Referenzwertes (R) auf die ordnungsgemäße Funktion
der Phasenverstellung der Nockenwelle (12) erkannt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeich
net, dass das erste (I) und/oder das zweite vorgegebene Auswertefenster
(II) in Abhängigkeit der Winkelstellung (KW) einer Kurbelwelle (6) bestimmt
wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekenn
zeichnet, dass mehrere für eine Stellung (ϕ1; ϕ2) der Nockenwelle (12)
gemessene, der tatsächlichen Geräuschbelästigung entsprechenden Werte
gemittelt werden und dieser Mittelwert der Bewertung der Phasenverstel
lung der Nockenwelle (9) zugrunde gelegt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur Bewertung der Nockenwellenverstellung ein zur Anti
klopfregelung 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.
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