DE102004045191B3

DE102004045191B3 - Verfahren und Anordnung zur Motorsynchronisation von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102004045191B3
Application number: DE200410045191
Authority: DE
Inventors: Jürgen LINDINGER; Diego Löbus; Harald Tschochner; Freddy Veit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-09-18
Also published as: FR2875541A1; FR2875541B1

Abstract

Die Synchronisation von Verbrennungsmotoren beim Start und im laufenden Betrieb stellt eine wesentliche Aufgabe moderner Motorsteuerungssysteme dar. So müssen insbesondere vor oder beim Start eines Verbrennungsmotors die Winkelstellungen der Nockenwelle und der Kurbelwelle innerhalb kürzester Zeit hinreichend genau bestimmt werden, um eine erhöhte Belastung des Motors und einen erhöhten Schadstoffausstoß beim ersten Zündvorgang zu vermeiden. Es werden daher ein Verfahren und eine Anordnung vorgeschlagen, bei der zunächst ein charakteristisches Signal (126) einer Nockenwelle erfasst wird. Dieses charakteristische Signal (126) wird anschließend einem Mustervergleich mit einem oder mehreren hinterlegten Referenzmustern (410) unterzogen und daraus eine wahrscheinlichste Winkelstellung der Nockenwelle bestimmt. Aus dieser wahrscheinlichsten Winkelstellung der Nockenwelle wird mittels einer bekannten Idealkorrelation die wahrscheinlichste Winkelstellung einer Kurbelwelle errechnet. Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass bereits zu Beginn der Drehung der Nockenwelle schnell erste Informationen über die Winkelstellungen gewonnen werden können. Weiterhin ist das beschriebene Verfahren leicht auf neue Typen von Verbrennungsmotoren adaptierbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Motorsynchronisation in Verbrennungsmotoren, insbesondere zur Bestimmung einer Winkelstellung einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle. Über derartige Verfahren und Anordnungen gewonnene Informationen dienen vorwiegend zum Berechnen optimaler Zündzeitpunkte beim Start und im laufenden Betrieb eines Verbrennungsmotors.

Die Winkelstellungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle stellen zwei wesentliche Informationen dar, welche den Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (beispielsweise eines Diesel- oder Ottomotors) charakterisieren.

Je nach Typ des Verbrennungsmotors definiert die Winkelstellung der Kurbelwelle exakt die Stellung der Kolben in jedem einzelnen Zylinder. So umfasst beispielsweise ein kompletter Zyklus eines typischen Vierzylinder-Verbrennungsmotors zwei komplette Umdrehungen der Kurbelwelle, also Winkel von 0° bis 720°. Nach zwei Umdrehungen (720°) hat jeder Zylinder des Motors einmal seinen Zyklus durchfahren.

Während die Winkelstellung der Kurbelwelle die Stellung der Kolben im Motor beschreibt, definiert die Winkelstellung der Nockenwelle die Stellung der Einspritzventile. Obwohl die Nockenwelle in der Regel (beispielsweise über einen Zahnriemen) von der Kurbelwelle angetrieben wird, sind die Winkelstellungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle nicht notwendigerweise eindeutig korreliert. Dies resultiert zum einen daher, dass die Kurbelwelle i. d. R. eine doppelt so hohe Rotationsgeschwindigkeit aufweist wie die Nockenwelle. Somit entsprechen einer Winkelstellung der Kurbelwelle zwei mögliche Winkelstellungen der Nockenwelle. Weiterhin sind auch mechanische Toleranzen zu beachten, auf Grund derer eine eindeutige Zuordnung der beiden Winkelstellungen von Kurbelwelle und Nockenwelle nicht immer möglich ist. Außerdem wird in vielen modernen Verbrennungsmotoren die Winkelstellung der Nockenwelle relativ zur Winkelstellung der Kurbelwelle mittels verschiedener Aktuatorsysteme verändert, beispielsweise um die optimalen Einspritzzeitpunkte an die Drehzahl des Motors anzupassen.

Für einen optimalen Betrieb eines Verbrennungsmotors ist es also von essenzieller Bedeutung, die Winkelstellungen der Nockenwelle und der Kurbelwelle absolut bzw. die Winkelstellung einer der beiden Wellen absolut und die relative Winkelstellung der anderen Welle relativ zur ersten Welle zu messen. Aus diesen Informationen über die Winkelstellungen werden dann i. d. R. von einer Motorsteuerungseinheit (Engine Control Unit, ECU) die optimalen Zündzeitpunkte für die einzelnen Kolben sowie andere Steuerungsparameter des Verbrennungsmotors berechnet. Diese Optimierung stellt einen wesentlichen Beitrag nicht nur zu einer optimierten Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Verbren nungsmotors sondern auch zu einer minimierten Schadstoffemission dar.

Insbesondere das Timing des Startzeitpunkts des Verbrennungsmotors stellt hier einen wichtigen Optimierungsvorgang dar. Da beim Start des Verbrennungsmotors in standardisierten Abgasuntersuchungen ca. 70% der gesamten emittierten Schadstoffe des Verbrennungsmotors entstehen, hat eine Optimierung des Startvorgangs einen wesentlichen Einfluss auf die Umweltverträglichkeit des Verbrennungsmotors. Weiterhin können, je nach Typ des Verbrennungsmotors, falsche Zündzeitpunkte auch zu einer Beschädigung des Motors oder zu einer verstärkten Abnutzung führen.

Die Winkelstellung der Kurbelwelle wird typischerweise mittels einer sogenannten Geberscheibe auf der Kurbelwelle erfasst. Bei dieser Geberscheibe handelt es sich meist um eine metallische Zahnscheibe, deren Drehung üblicherweise mittels eines induktiven Sensors erfasst wird. Typische Geberscheiben für Vierzylindermotoren weisen beispielsweise 60 Zähne auf, was einer Anzahl von 120 Zähnen für einen kompletten Zyklus von 720°, also einem Zahn pro 6° Winkelstellung, entspricht. Dabei verändert sich, sobald sich ein Zahn der Geberscheibe einer Induktionsspule des Sensors nähert, das Magnetfeld in der Spule, wodurch ein Strom in der Spule induziert wird. Die Frequenz dieses zeitlich veränderlichen Stroms ist ein Maß für die Drehzahl der Kurbelwelle. Auch andere Arten von Sensoren, wie beispielsweise optische oder magnetische Sensoren, sind grundsätzlich einsetzbar.

Um aus dem periodischen Signal der Drehzahlmessung auch auf eine absolute Stellung der Kurbelwelle schließen zu können, werden meist Lücken in die Zähne der Geberscheibe eingebaut, wobei die Lücken typischerweise ein bis zwei Zähne umfassen. Eine Lücke im periodischen Signal der Drehzahlmessung stellt also einen bekannten Referenzpunkt dar, welcher eine bekannte Winkelstellung der Kurbelwelle (beispielsweise 0°) angibt. Auf diese Weise lässt sich die Stellung der Kurbelwelle und damit ein wichtiger Parameter des Betriebzustands des Verbrennungsmotors anhand des Signals exakt bestimmen.

Die Winkelstellung der Nockenwelle wird auf ähnliche Weise bestimmt. Allerdings werden dabei i. d. R. keine Geberscheiben mit periodischen "Zähnen" verwendet, sondern (je nach Hersteller des Verbrennungsmotors) unterschiedlich codierte Geberscheiben. So können beispielsweise die Zähne auf der Geberscheibe unterschiedliche Längen aufweisen. Wird die Nähe eines derartigen Zahnes (mit grundsätzlich den selben Sensoren wie bei der Geberscheibe der Kurbelwelle) gemessen und digitalisiert, so kann dann beispielsweise die Anwesenheit eines Zahnes durch ein "High"-Signal (z. B. ein TTL-High), die Abwesenheit eines Zahnes (Zahnlücke) durch ein "Low"-Signal (z. B. ein TTL-Low) dargestellt werden. Das Signal einer Nockenwelle stellt also eine Abfolge von High- und Low-Segmenten unterschiedlicher Längen dar, wobei sich das Signal spätestens nach einer kompletten Umdrehung der Nockenwelle wiederholt. Die genaue Abfolge der Signale variiert von Motorhersteller zu Motorhersteller.

Zur Motorsynchronisation stehen der Motorsteuerungseinheit also neben den Signalen der Kurbelwelle und der Nockenwelle Informationen darüber zur Verfügung, wie das Signal der Nockenwelle codiert ist, d. h. Informationen über die Einteilung einer 360°-Umdrehung der Nockenwelle in High- und Low-Signale. Weiterhin werden von den Herstellern der Verbrennungsmotoren Informationen darüber vorgegeben, wie die Flanken (also die Wech sel zwischen High- und Low-Signalen oder umgekehrt) des Signals der Nockenwelle im Idealfall relativ zu dem bzw. den Referenzsignalen der Kurbelwelle angeordnet sind. Wie oben bereits beschrieben, können diese relativen Winkelstellungen zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle jedoch variieren.

In herkömmlichen Verfahren zur Motorsynchronisation wird beim Start eines Verbrennungsmotors das Signal der Nockenwelle unmittelbar mit dem Signal der Kurbelwelle verglichen. So kann beispielsweise ermittelt werden, in welchem zeitlichen Verhältnis bestimmte Flanken des Nockenwellensignals zu bestimmten Flanken des Kurbelwellensignals auftreten. Beispielsweise können die Zeitpunkte des Auftretens verschiedener steigender Flanken im Nockenwellensignal mit dem Referenzzeitpunkt des Auftretens der Zahnlücke im Kurbelwellensignal verglichen werden. Daraus lässt sich dann mittels verschiedener Algorithmen auf eine relative Winkelstellung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle schließen. Aus dem Zeitpunkt des Auftretens der Zahnlücke im Kurbelwellensignal wiederum lässt sich die absolute Winkelstellung der Kurbelwelle ermitteln, so dass der Motor nun vollständig synchronisiert ist.

Bekannte Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Motorsynchronisation sind in der DE 43 28 584 A1 , DE 42 32 879 C2 und in der DE 34 31 232 C2 offenbart.

Die DE 43 28 584 A1 zeigt eine Schaltung zum Synchronisieren eines elektrischen Winkelpositionsgebers. Dazu werden durch eine Mustererfassungsschaltung elektronische Pulsmuster bereitgestellt, die Marken auf einem Rotor entsprechen. Die Pulsmuster werden zur Bestimmung der derzeitigen Winkelposition des Rotors mit in einem Speicher abgelegten Mustern verglichen. Die Syn chronisationsschaltung gibt dann geeignete Betriebsparameterwerte und Synchronisiersignale an den Winkelpositionsgeber aus.

In der DE 42 32 879 C2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines Kurbelwinkels und einer Zylinderzahl einer Brennkraftmaschine offenbart. Vorsprünge auf einem mit einer Nockenwelle verbundenen Rotationselement werden abgetastet und entsprechende Impulsmuster erzeugt. Die erzeugten Impulsmuster werden mit bestimmten, festgelegten Mustern verglichen und demgemäß der Kurbelwinkel und die Zylinderzahl bestimmt.

Durch die DE 34 31 232 C2 wird eine Vorrichtung zur Anzeige der Winkellage einer Motorkurbelwelle offenbart. Die Vorrichtung umfasst zwei Messwertumformer, mit einer von einer Nockenwelle angetriebenen Fahnenscheibe und einer von der Nockenwelle oder der Kurbelwelle angetriebenen Zahnscheibe. Mittels Sensoren, die der Fahnenscheibe und der Zahnscheibe zugeordnet sind, werden durch die Messwertumformer Signale erzeugt, die mit gespeicherten Signalen verglichen werden, um so die Position der Kurbelwelle zu bestimmen.

Diese Verfahren haben jedoch einige gravierende Nachteile, welche insbesondere damit zusammenhängen, dass zumeist die zeitliche Abfolge zweier oder mehrerer unterschiedlicher Ereignisse registriert wird. So bereitet der zeitliche Vergleich des Auftretens bestimmter Signale insbesondere in Echtzeitsystemen, worum es sich bei typischen Motorsteuerungseinheiten i. d. R. handelt, große Probleme. Diese Probleme hängen damit zusammen, dass von der Motorsteuerungseinheit zahlreiche Signale fast gleichzeitig verarbeitet werden müssen. Den verschiedenen Signalen werden dabei unterschiedliche Prioritäten (Interrupt Le vels) zugeordnet, welche die Reihenfolge ihrer Verarbeitung beeinflussen. So kann es jedoch sein, dass beispielsweise ein in der Realität zeitlich später auftretendes Signal (z. B. eine aufsteigende Flanke im Nockenwellensignal) auf Grund einer höheren Priorität von der Motorsteuerungseinheit früher registriert wird als ein in der Realität früher auftretendes Signal (z. B. eine Zahnlücke im Kurbelwellensignal). Dieses Problem, welches man auch als "Interrupt Latency" bezeichnet, führt bei einer anschließenden Signalverarbeitung häufig zu unlösbaren Schwierigkeiten.

Weiterhin haben die beschriebenen Verfahren den Nachteil, dass jeweils einzelne Zeitpunkte registriert und miteinander verglichen werden. Kommt es bei der Detektion bestimmter Ereignisse zu Ungenauigkeiten oder Messfehlern, so kann dies zu einer falschen Motorsynchronisation mit teilweise fatalen Folgen führen.

Weiterhin haben die beschriebenen Verfahren den Nachteil, dass i. d. R. die Motorsynchronisation sehr langsam erfolgt. So ist häufig ein großer Bruchteil einer Umdrehung der Nockenwelle oder sogar eine ganze Umdrehung oder mehr erforderlich, bis die Winkelstellungen von Kurbelwelle und Nockenwelle bestimmt sind. Dadurch wird beispielsweise der Start eines Motors erheblich verzögert.

Außerdem haben die beschriebenen Verfahren den Nachteil, dass die verwendeten Algorithmen stark von der tatsächlichen Gestaltung der Codierung des Nockenwellensignals abhängig sind. Wechselt der Hersteller des Verbrennungsmotors die Codierung oder soll das Verfahren für einen neuen Typ eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden, so ist eine vollständige Abänderung des eingesetzten Algorithmus erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, um die bestehenden Möglichkeiten zur Motorsynchronisation zu verbessern und die beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren ganz oder teilweise zu vermeiden.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es wird ein Verfahren zur Motorsynchronisation eines mindestens eine Nockenwelle aufweisenden Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist. Die angeführten Schritte müssen nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Es können auch einer oder mehrere Schritte parallel durchgeführt werden. Neben den dargestellten Schritten können auch weitere, nicht aufgeführte Schritte durchgeführt werden. Gleichzeitig wird eine Anordnung vorgeschlagen, in der das beschriebene Verfahren in einer der dargestellten Ausführungsformen realisiert werden kann.

Einer oder mehrere Sensoren erfassen ein charakteristisches Signal der Nockenwelle als Funktion einer Fortschrittsvariablen während eines vorgegebenen Intervalls dieser Fortschrittsvariablen. Das charakteristische Signal der Nockenwelle soll dabei mindestens ein charakteristisches Muster aufweisen.

Anschließend wird das erfasste charakteristische Signal der Nockenwelle mit einem oder mehreren Referenzmustern für charakteristische Signale der Nockenwelle verglichen. Allein aus dem Vorliegen einer teilweisen oder vollständigen Übereinstimmung des erfassten charakteristischen Signals der Nockenwelle mit mindestens einem der Referenzmuster für charakteristische Signale der Nockenwelle wird darauf geschlossen, dass mit einer Wahrscheinlichkeit WN eine Winkelstellung XN der Nockenwelle vorliegt.

Wie oben dargestellt, kann es sich bei dem charakteristischen Signal der Nockenwelle beispielsweise um das Signal einer Geberscheibe der Nockenwelle handeln, welches beispielsweise mittels magnetischer oder induktive Sensoren aufgenommen wird. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem charakteristischen Signal um ein digitales Signal, also ein Signal mit zwei festen möglichen Signalpegeln, beispielsweise um ein TTL-Signal. Dabei muss das charakteristische Signal nicht notwendigerweise von Anfang an in digitaler Form vorliegen, sondern kann beispielsweise als analoges Signal erfasst und anschließend durch einen Analog-Digital-Konverter in ein digitales Signal umgewandelt werden.

Bei der Fortschrittsvariablen handelt es sich um eine Variable, welche einen Fortschritt, d. h. einen zeitlichen Verlauf im weitesten Sinne, charakterisiert. Der Begriff der Fortschrittsvariablen ist dabei sehr weit aufzufassen. In der Regel wird es sich bei dieser Fortschrittsvariablen um eine Zeit, beispielsweise die interne Zeit (Clock) eines Mikrocomputers, handeln. Es können jedoch auch andere Fortschrittsvariablen eingesetzt werden, welche nicht notwendigerweise gleichmäßig mit der Zeit verlaufen. So kann beispielsweise auch ein periodisches Signal einer Geberscheibe einer Kurbelwelle als "Zeitzähler" und somit als Fortschrittsvariable dienen.

Als charakteristisches Muster im charakteristischen Signal der Nockenwelle kann dabei eine Vielzahl von verschiedenen Mustern dienen. Entscheidend ist, dass das charakteristische Signal der Nockenwelle mindestens zwei markante Punkte aufweist, an denen sich das charakteristische Signal der Nockenwelle merklich ändert und deren zugehörige Werte der Fortschrittsvariablen bestimmt werden können.

Falls es sich bei dem charakteristischen Signal der Nockenwelle um ein digitales Signal handelt, so bieten sich als charakteristische Muster insbesondere verschiedene Abfolgen fallender oder steigender Flanken an. Ein charakteristisches Muster kann also beispielsweise darin bestehen, dass eine steigende Flanke (charakteristischer Punkt mit messbarer Signaländerung) von einer 25 Einheiten dauernden "High"-Phase, gefolgt von einer fallenden Flanke, gefolgt von einer 50 Einheiten dauernden "Low"-Phase, gefolgt wiederum von einer steigenden Flanke, auftritt. Ein Muster besteht also in diesem Fall aus der Abfolge bestimmter steigender und fallender Flanken mit der zwischenliegenden Phasen konstanten Signals einer festgelegten Anzahl von Einheiten der Fortschrittsvariablen.

Das vorgegebene Intervall der Fortschrittsvariablen, über welches das charakteristische Signal der Nockenwelle erfasst wird, muss nicht notwendigerweise fest vorgegeben sein. Es kann sich beispielsweise auch um ein Intervall handeln, bei dem ab einem gewissen Zeitpunkt (z. B. dem Start einer Motorsteuerung) ständig das charakteristische Signal der Nockenwelle erfasst wird.

Das bisher gemessene charakteristische Signal der Nockenwelle wird dann beispielsweise zu jedem Zeitpunkt ganz oder abschnittsweise mit einem oder mehreren Referenzmustern verglichen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn diese Referenzmuster in einer Tabelle, vorzugsweise einer elektronischen Tabelle (z. B. einer Lookup-Table) hinterlegt sind. Im Falle eines digitalen Signals ist dies wiederum besonders einfach, da lediglich Zeitintervalle (bzw. Intervalle der Fortschrittsvariablen) zwischen den steigenden bzw. fallenden Flanken in der Tabelle hinterlegt werden müssen. So könnte beispielsweise im oben genannten Beispiel ein entsprechendes Referenzmuster gespeichert werden in der Form: "steigend – 25 – fallend – 50 steigend".

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das bzw. die Referenzmuster derart gewählt, dass kein Referenzmuster in einem anderen Referenzmuster enthalten ist. In anderen Worten, das bzw. die Referenzmuster sind die "kleinsten Einheiten", aus denen sich das charakteristische Signal der Nockenwelle zusammensetzt. Vorteilhafterweise ist das charakteristische Signal der Nockenwelle periodisch, wobei sich das charakteristische Signal der Nockenwelle während einer Periode vollständig aus dem bzw. den Referenzmustern zusammensetzt. Das heißt, das charakteristische Signal der Nockenwelle sollte sich aus einer Überlagerung der Referenzmuster ergeben, wobei die Referenzmuster in beliebiger Reihenfolge aneinander gereiht werden können und wobei auch einzelne Referenzmuster mehrfach auftreten können.

Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass auf diese Weise das charakteristische Signal der Nockenwelle vollständig von den Referenzmustern erfasst wird. Bei einem Vergleich des charakteristischen Signals der Nockenwelle mit den Referenzmustern ist also daher sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt bzw. in jedem Intervall der Fortschrittsvariablen ein oder mehrere "passende" (d. h. ganz oder teilweise übereinstimmende) Referenzmuster existieren. Dies erhöht die Geschwindigkeit des Verfahrens erheblich.

Der Vergleich des erfassten charakteristischen Signals der Nockenwelle mit den hinterlegten Referenzmustern kann ganz oder auch abschnittsweise erfolgen. Dabei können nicht nur vollständige Übereinstimmungen erfasst werden, sondern auch teilweise Übereinstimmungen. Auf diese Weise kann beispielsweise schon ein Vergleich durchgeführt werden, wenn das Intervall der Fortschrittsvariablen, während dessen das charakteristische Signal der Nockenwelle erfasst wurde, noch kürzer ist als die Intervalle, für welche die Referenzmuster hinterlegt sind. So kann beispielsweise, nachdem das charakteristische Signal der Nockenwelle über ein Intervall von 25 Einheiten der Fortschrittsvariablen erfasst worden ist, ein Vergleich mit Referenzmustern durchgeführt werden, welche eine Länge von 50 Einheiten der Fortschrittsvariablen umfassen. Es kann in diesem Fall zwar fast nie auf eine vollständige Identität geschlossen werden, aber es kann beispielsweise geschlossen werden, dass das erfasste charakteristische Signal der Nockenwelle bei zehn hinterlegten Referenzmustern "mit den Referenzmustern 2, 5 oder 7 übereinstimmen könnte". Andere Referenzmuster können hingegen ausgeschlossen werden.

Jedem hinterlegten Referenzmuster entspricht i. d. R. eine bestimmte Winkelstellung der Nockenwelle. Aus dem Vergleich des charakteristischen Signals der Nockenwelle mit dem bzw. den Referenzmustern kann daher auf eine bestimmte Winkelstellung der Nockenwelle geschlossen werden. Liegt keine vollständige Über einstimmung des erfassten charakteristischen Signals der Nockenwelle mit einem einzelnen Referenzmuster vor (beispielsweise weil noch über einen zu kurzen Zeitraum bzw. ein zu kurzes Intervall der Fortschrittsvariablen gemessen wurde), so kann eine Übereinstimmung mit mehreren Referenzmustern in Frage kommen. In diesem Fall wird aus den Übereinstimmungen eine wahrscheinlichste Winkelstellung WN der Nockenwelle berechnet. Im einfachsten Fall ergibt sich diese wahrscheinlichste Winkelstellung als (ggf. gewichteter) Mittelwert der nach dem Vergleich mit den verschiedenen Referenzmustern in Frage kommenden hinterlegten Winkelstellungen. So kann beispielsweise der Vergleich ergeben haben, dass Referenzmuster 2, entsprechend einer Winkelstellung von 240°, und Referenzmuster 4, entsprechend einer Winkelstellung von 340°, eine mögliche Übereinstimmung mit dem bisher gemessenen Verlauf des charakteristischen Signals der Nockenwelle aufweisen können. Dementsprechend könnte das Verfahren das Ergebnis liefern, dass die wahrscheinlichste Winkelstellung XN der Nockenwelle bei 290° liegt.

Eine gewichtete Mittelwertbildung könnte beispielsweise dann gerechtfertigt sein, wenn die Übereinstimmung des erfassten charakteristischen Signals der Nockenwelle mit einzelnen Referenzmustern unterschiedlich hoch ist. So könnten Referenzmuster mit höherer Übereinstimmung bei der Mittelwertbildung stärker gewichtet werden als Referenzmuster mit geringerer Übereinstimmung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird auch eine Wahrscheinlichkeit ermittelt, mit der die tatsächliche Winkelstellung der Nockenwelle mit dieser ermittelten wahrscheinlichsten Winkelstellung XN übereinstimmt. Diese Wahrscheinlichkeit kann beispielsweise in Prozent oder auch in Form einer Varianz oder ei ner Standardabweichung angegeben werden. So errechnet sich beispielsweise im obigen Fall für die Standardabweichung Delta(XN) ein Wert von 50°, so dass die tatsächliche Winkelstellung der Nockenwelle mit ca. 68% Wahrscheinlichkeit in einem Bereich 290°±50° liegt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens weist der Verbrennungsmotor zusätzlich mindestens eine Kurbelwelle auf. Das Verfahren kann nun derart ausgestaltet sein, dass eine bestimmte Idealkorrelation zwischen der Winkelstellung XN der Nockenwelle und einer Winkelstellung XK der Kurbelwelle vorgegeben ist. Diese Idealkorrelation kann beispielsweise lauten: Eine Winkelstellung von 20° der Nockenwelle entspricht im Idealfall einer Winkelstellung der Kurbelwelle von 615°.

Wie oben bereits beschrieben, handelt es sich bei dieser Idealkorrelation jedoch nicht um eine exakte Korrelation. Die Umrechnung der Winkelstellung der Nockenwelle in die Winkelstellung der Kurbelwelle kann auf Grund von mechanischen Toleranzen von der tatsächlichen Winkelstellung der Kurbelwelle abweichen. Weiterhin wird, wie ebenfalls oben beschrieben, im Betrieb moderner Motoren mittels verschiedener Aktuatorsysteme auch (abhängig vom Drehzahlbereich) die Winkelstellung der Nockenwelle relativ zur Winkelstellung der Kurbelwelle verdreht, um beispielsweise den optimalen Einspritzzeitpunkt auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors anzupassen. Wird der Motor nun abgeschaltet, so bleiben die Aktuatorsysteme in einer unbekannten Stellung stehen, so dass die relative Verdrehung der Nockenwelle von der "Idealposition" beim erneuten Anlassen des Verbrennungsmotors unbekannt ist. Es können sich dadurch Abweichungen von der Idealkorrelation um mehrere 10° ergeben.

Bei der so ermittelten Winkelstellung XK der Kurbelwelle handelt es sich also wiederum nur um einen wahrscheinlichsten Wert. Wiederum kann also eine gewisse Wahrscheinlichkeit WK angegeben werden, dass die tatsächliche Winkelstellung der Kurbelwelle mit diesem so ermittelten Wert XK übereinstimmt. In diese Wahrscheinlichkeit WK sind dabei i. d. R. nicht nur bekannte mechanischen Toleranzen, sondern auch die Wahrscheinlichkeit der Winkelstellung der Nockenwelle WN sowie der Verdrehbereich der obengenannten Aktuatorsysteme einzurechnen. Auch hier wiederum kann an Stelle einer Wahrscheinlichkeit auch ein Toleranzbereich ermittelt werden.

Mit der Bestimmung der Winkelstellung der Nockenwelle und der Bestimmung der Winkelstellung der Kurbelwelle ist der Motor nun vollständig synchronisiert. Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass für die Bestimmung der Winkelstellung der Kurbelwelle nicht bis zum Auftreten der "Zahnlücke" im Kurbelwellensignal gewartet werden muss. Bereits zu Anfang der Umdrehung des Verbrennungsmotors kann, auch wenn die "Zahnlücke" im Kurbelwellensignal noch nicht aufgetreten ist, mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auf eine bestimmte Winkelstellung der Nockenwelle und damit auf eine bestimmte Winkelstellung der Kurbelwelle geschlossen werden. Je länger dabei gemessen wird, desto genauer sind die ermittelten Werte für die Winkelstellung der Nockenwelle und der Kurbelwelle. Die Messung kann auch wiederholt durchgeführt werden, um so die Genauigkeit zu steigern. Dabei müssen nicht notwendigerweise bei jeder Wiederholung dieselben Referenzmuster und Tabellen eingesetzt werden, sondern es können beispielsweise die Tabellen und die Muster auch dynamisch angepasst werden, um so bei jeder Messung die Genauigkeit zu steigern.

Sobald schließlich doch der bzw. die entsprechenden Referenzpunkte ("Zahnlücken") im Signal der Kurbelwelle erfasst worden sind, so kann diese Information zusätzlich in die Messung einfließen und so die Genauigkeit der Messung dadurch zusätzlich erhöhen.

Sobald die Genauigkeit der Messung einen bestimmten Wert überschreitet, d. h. sobald die Wahrscheinlichkeit, dass die ermittelte Winkelstellung der Nockenwelle (bzw. der Kurbelwelle) der tatsächlichen Winkelstellung der Nockenwelle (bzw. der Kurbelwelle) entspricht, eine vorgegebene Schwelle erreicht oder überschreitet, kann nun die Motorsynchronisation als hinreichend sicher eingestuft werden. Demenstprechend kann dann eine Berechnung eines optimalen Zündzeitpunktes durchgeführt werden. Zwar ist die gemessene Winkelstellung noch nicht "exakt", die Zündung erfolgt jedoch auf erheblich definiertere Weise (d. h. innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs der Kurbel- bzw. Nockenwelle) als eine vollständige "Blindzündung" bei einer unbekannten Winkelstellung. Dadurch wird die Belastung des Verbrennungsmotors beim Zündvorgang und die Schadstoffemission erheblich reduziert und gleichzeitig der Verbrennungsmotor erheblich früher gestartet als bei herkömmlichen Motorsynchronisationsverfahren.

Weiterhin hat das beschriebene Verfahren den Vorteil, dass die beschriebenen Probleme der "Interrupt Latency" nicht auftreten. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden nämlich keine dicht beieinanderliegenden Zeitpunkte, wie beispielsweise steigende Flanken des charakteristischen Signals der Nockenwelle und des charakteristischen Signals der Kurbelwelle miteinander verglichen, wobei die beschriebenen Probleme auftreten könnten. Es wird vielmehr ein Mustervergleich durchgeführt, welcher erheb lich toleranter gegenüber einzelnen Messfehlern oder Ungenauigkeiten in der Erfassung einzelner Zeitpunkte ist.

Weiterhin ist das beschriebene Verfahren einfach auf neue Typen von Verbrennungsmotoren oder unterschiedlich codierte charakteristische Signale der Nockenwelle anpassbar. Bei einer derartigen Anpassung ist lediglich ein Austausch der hinterlegten Referenzmuster, also regelmäßig lediglich ein Austausch der Lookup-Tables, erforderlich.

Das beschriebene Verfahren hat auch den Vorteil, dass es dynamisch auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anpassbar ist. So kann beispielsweise im Betrieb des Motors die Idealkorrelation zwischen der Winkelstellung der Nockenwelle und der Winkelstellung der Kurbelwelle auf die bekannte Verdrehung der Nockenwelle durch die Aktuatorsysteme angepasst werden.

Weiterhin benötigt das beschriebene Verfahren nur geringe Speicher- und Rechnerkapazität. Zur Umsetzung des Verfahrens bietet es sich insbesondere an, ein Computersystem, insbesondere einen Mikrocomputer, einzusetzen. Wie bereits beschrieben, handelt es sich bei den typischerweise in Motorsteuerungssystemen eingesetzten Computersystemen um Echtzeitsysteme (sogenannte eingebettete Systeme) welche i. d. R. nur über geringe Speicher- und Prozessorkapazitäten verfügen. Das beschriebene Verfahren verzichtet auf komplexe Rechneralgorithmen mit hohem Rechenaufwand und Speicherbedarf und basiert überwiegend auf einem Vergleich erfasster Signale mit hinterlegten Referenzmustern. Ein derartiger Mustervergleich stellt eine erheblich geringere Belastung der vorhandenen Rechnerkapazitäten dar.

Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.

Weiterhin gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.

Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
1 einen schematischen Bau einer Anordnung zur Motorsynchronisation;
2 Beispielverläufe für charakteristische Signale einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle;
3 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Motorsynchronisation; und
4 Beispiele für Referenzmuster zur Bestimmung der Winkelstellung der Nockenwelle.
In 1 ist eine bevorzugte Anordnung dargestellt, mit welcher das beschriebene Verfahren realisiert werden kann. Die Anordnung weist zunächst eine Motorsteuerungseinheit (ECU) 110 auf, welche als Mikrocomputer ausgestaltet ist. Weiterhin weist die Anordnung Sensor- und Signalverarbeitungssysteme 112, 114 auf, welche mit der Motorsteuerungseinheiten 110 verbunden sind.
Die Motorsteuerungseinheit 110 umfasst eine Vergleichseinheit 116, welche mit einer Lookup-Table 118 verbunden ist. Weiterhin ist die Vergleichseinheit 116 verbunden mit einer Winkelberech nungseinheit 120, welche wiederum verbunden ist mit einer Einheit zur Zündzeitpunktberechnung 122. Weiterhin weist die Motorsteuerungseinheit 110 eine oder mehrere Schnittstellen 124 auf, über welche Daten empfangen und beispielsweise Steuerungsparameter zur Steuerung eines Verbrennungsmotors ausgegeben werden können.
Die Motorsteuerungseinheit 110 kann über die dargestellten Komponenten hinaus noch weitere Komponenten aufweisen. Die dargestellten Komponenten können ganz oder teilweise, evtl. unter Einschluss zusätzlicher Komponenten, in einen oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs) integriert sein.
Die Sensor- und Signalverarbeitungssysteme 112 und 114 erfassen ein charakteristisches Signal einer Nockenwelle (Sensor 112) und ein charakteristisches Signal einer Kurbelwelle (Sensor 114). Weiterhin enthalten die Systeme 112 und 114 Vorrichtungen zur Vorverarbeitung der Signale. Dabei handelt es sich im vorliegenden Beispiel um entsprechende Frequenzfilter zur Bereinigung der Signale, sowie um Analog-Digital-Konverter, welche von analogen Sensoren erfasste Rohsignale in digitale Signale umwandeln. Das so aufbereitete charakteristische Signal 126 der Nockenwelle und das charakteristische Signal 128 der Kurbelwelle werden an die Motorsteuerungseinheit 110 übermittelt, speziell an die Vergleichseinheit 116.
In 2 sind beispielhafte Signalverläufe der charakteristischen Signale 126 der Nockenwelle ("Camshaft Wheel") und 128 der Kurbelwelle ("Crankshaft Angle Signal") dargestellt. Wie bereits beschrieben, handelt es sich bei dem charakteristischen Signal 126 der Nockenwelle um ein Signal, welches mittels einer Geberscheibe, die auf der Nockenwelle befestigt ist und sich mit der Nockenwelle dreht, und einem entsprechenden Sensorsystem aufgenommen wird. Die Geberscheibe der Nockenwelle weist eine entsprechende Codierung in Form von ungleichmäßig langen (d. h. einen ungleichmäßig großen Winkelbereich abdeckenden) Zähnen an seinem Umfang auf. Erfasst das Sensorsystem einen derartigen Zahn, so liefert es ein Signal mit dem Pegel "High" ("Cam Pin Level High", 210 in 2). Erfasst das Sensorsystem eine Zahnlücke, so liefert es ein Signal mit dem Pegel "Low" ( "Cam Pin Level Low", 212 in 2). Es handelt sich also bei dem charakteristischen Signal 126 der Nockenwelle um ein digitales Signal. Phasen mit konstanten Signalpegel werden auch als "Segment" bezeichnet ("Camshaft Segment").
Die Übergänge zwischen niedrigem und hohem Signalpegel (steigende Flanken) und zwischen hohem und niedrigem Signalpegel (fallende Flanken) sind in 2 mit den fortlaufenden Nummern 1 bis 8 bezeichnet.
Analog ist in 2 das charakteristische Signal 128 der Kurbelwelle dargestellt. Das charakteristische Signal 128 der Kurbelwelle ist wiederum ein digitales Signal. Wie bereits beschrieben, weist die Kurbelwelle eine Geberscheibe mit 60 äquidistanten Zähnen auf, wobei also ein Zahn einem Winkelbereich von 6° entspricht. Im dargestellten Beispiel dreht die Kurbelwelle sich mit einer doppelt so hohen Geschwindigkeit wie die Nockenwelle. Eine Umdrehung von 360° der Nockenwelle entspricht also zwei Umdrehungen (720°) der Kurbelwelle.
Dabei weist die Geberscheibe der Kurbelwelle eine Zahnlücke auf, welche im charakteristischen Signal 128 der Kurbelwelle zu charakteristischen Referenzpunkten 214, 216, z. B. in Form jeweils einer steigenden Flanke am Ende einer Lücke im Signal (in 2 nur symbolisch dargestellt), führt. Tritt ein derartiger charakteristischer Referenzpunkt im Signal auf, so ist damit, da die Stellung der Zahnlücke in der Geberscheibe der Kurbelwelle bekannt ist, die Winkelstellung der Kurbelwelle eindeutig bestimmt.
Wie in 2 dargestellt, ist die Abfolge der hohen und niedrigen Signallevel des charakteristischen Signals 126 der Nockenwelle charakteristisch für die jeweilige Winkelstellung der Nockenwelle. Diese Abfolge bildet daher charakteristische Muster, welche zur Bestimmung der Winkelstellung der Nockenwelle genutzt werden können.
In 3 ist ein bevorzugtes Verfahren dargestellt, mittels dessen aus diesen charakteristischen Mustern die Winkelstellung der Nockenwelle und der Kurbelwelle bestimmt werden kann, um daraus schließlich einen optimalen Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors zu berechnen und einen Zündvorgang einzuleiten. Beispiele für entsprechende charakteristische Muster sind in 4 dargestellt. Daher werden im folgenden die 3 und 4 im Zusammenhang beschrieben.
Das in 3 dargestellte Verfahren zur Motorsynchronisation kann sowohl beim Start eines Verbrennungsmotors als auch im laufenden Betrieb eingesetzt werden. Dabei werden zunächst in Schritt 310 mittels des Sensor- und Signalverarbeitungssystems 112 in 1 das charakteristische Signal 126 der Nockenwelle als Funktion einer Systemzeit (Clock) der Motorsteuerungseinheit 110 erfasst. Anschließend wird in Schritt 312 ein Mustervergleich des erfassten charakteristischen Signals 126 mit hinterlegten Referenzmustern (410 bis 424 in 4) durchgeführt.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Referenzmuster 410 bis 424 derart gewählt sind, dass kein Referenzmuster vollständig in einem anderen Referenzmuster enthalten ist. Die Referenzmuster sind in einer Lookup-Table 118 in 1 hinterlegt und können so auf einfache Weise mit dem charakteristischen Signal 126 der Nockenwelle verglichen werden. Die Muster sind, wie oben beschrieben, in Form von Flanken und Zeitdauern der dazwischenliegenden Segmente gespeichert. Dabei sind jedoch im vorliegenden Beispiel keine absoluten Zeitdauern der Segmente hinterlegt (da diese von der Drehzahl abhängig wären) sondern re lative Zeitdauern. So ist z. B. Referenzmuster 410 in Form folgender Informationen hinterlegt: "steigende Flanke, gefolgt von einem High-Segment der Zeitdauer T, gefolgt von einer fallenden Flanke, gefolgt von einem Low-Segment der Zeitdauer 2T, gefolgt von einer steigenden Flanke, gefolgt von einem High-Segment der Zeitdauer T, gefolgt von einer fallenden Flanke".
Weist der bisherige Verlauf des charakteristischen Signals der Nockenwelle 126 zu einem bestimmten Zeitpunkt eine vollständige Übereinstimmung mit einem dieser Referenzmuster auf, so lässt sich daraus eindeutig schließen, dass die Nockenwelle nun in einer dem Endpunkt des jeweiligen Referenzmusters entsprechenden Winkelstellung steht. So kann beispielsweise, wenn der bisherige Signalverlauf des charakteristischen Signals 126 vollständig dem gesamten Muster 410 entspricht, darauf geschlossen werden, dass sich die Nockenwelle nun in einer der Flanke 4 entsprechenden Winkelstellung befindet.
Analog lassen sich auch Teilübereinstimmungen mit einzelnen Mustern Winkelstellungen zuordnen. Hat im vorliegenden Beispiel das charakteristische Signal der Nockenwelle beispielsweise den Verlauf "Low-Segment der Länge 2T – steigende Flanke – High-Segment der Länge T – fallende Flanke" aufgewiesen, so kommt hierfür beispielsweise eine Übereinstimmung mit dem zwischen den Flanken 8 und 2 liegenden Abschnitt (enthalten in den Referenzmustern 422 und 424) oder eine Übereinstimmung mit dem zwischen den Flanken 2 und 4 liegenden Abschnitt (enthalten in den Referenzmustern 410 und 412 in Frage.
Anschließend wird in Schritt 314 in 3 aus diesem Mustervergleich (Schritt 312) die wahrscheinlichste Winkelstellung der Nockenwelle berechnet. Dazu werden die in der Lookup-Table 118 in 1 den nach dem Mustervergleich (Schritt 312) in Frage kommenden Referenzmustern zugeordneten Winkelstellungen verwendet. Gleichzeitig wird in Schritt 314 auch eine Wahr scheinlichkeit bzw. eine Standardabweichung für diese wahrscheinlichste Winkelstellung der Nockenwelle berechnet.
So könnten in dem oben angeführten Beispiel, in dem eine Übereinstimmung mit den Mustern 410, 412, 422 oder 424 in Frage kommt, die diesen Referenzmustern entsprechenden Winkelstellungen ausgelesen und ein Mittelwert dieser Winkelstellungen sowie eine Standardabweichung berechnet werden. Damit ist die wahrscheinlichste Winkelstellung der Nockenwelle mit einer bestimmten Genauigkeit bekannt.
Aus einer vorgegebenen Idealkorrelation zwischen der Winkelstellung der Nockenwelle und der Winkelstellung der Kurbelwelle wird dann in Schritt 316 aus dieser wahrscheinlichsten Winkelstellung der Nockenwelle die wahrscheinlichste Winkelstellung der Kurbelwelle mit einer entsprechenden Standardabweichung bzw. Wahrscheinlichkeit berechnet. Nach diesem Schritt sind also sowohl die Winkelstellung der Nockenwelle als auch die Winkelstellung der Kurbelwelle mit jeweils entsprechenden Wahrscheinlichkeiten bekannt und der Verbrennungsmotor somit mit einer gewissen Genauigkeit synchronisiert.
Dabei wurde bislang die Tatsache, dass im charakteristischen Signal der Kurbelwelle 128 in regelmäßigen Abständen Referenzpunkte 214, 216 auftreten, noch nicht berücksichtigt bzw. benötigt. Wie oben beschrieben, kann die der Detektion dieser Referenzpunkte 214, 216 mit Ungenauigkeiten behaftet sein, welche beispielsweise daraus resultieren, dass der Zeitpunkt des Auftretens einer bestimmten Flanke unter Umständen in einem Echtzeitsystem Probleme bereitet. Weiterhin könnte es sein, dass sich die Kurbelwelle beim Start des Verbrennungsmotors in einer Winkelstellung befindet, in welcher zunächst für eine längere Zeitdauer kein Referenzpunkt auftritt. Das beschriebene Verfahren ist jedoch bislang unabhängig vom Auftreten dieser Referenzpunkte und liefert bereits nach Überstreichen eines kleinen Winkelbereichs erste Ergebnisse. Sollten dennoch Referenzpunkte 214, 216 detektiert werden, so kann diese Information zusätzlich in die Berechnung der Winkelstellung einfließen und somit die Genauigkeit der Motorsynchronisation weiter verbessern.
Die Berechnung der wahrscheinlichsten Winkelstellungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle wird im vorliegenden Beispiel kontinuierlich durchgeführt. Je länger das Zeitintervall ist, über welches der Mustervergleich 312 durchgeführt wurde, desto genauer sind die Winkelstellungen bekannt. In regelmäßigen Abständen erfolgt in Schritt 318 eine Abfrage, ob die Winkelstellungen mittlerweile mit einer hinreichenden Genauigkeit bestimmt worden sind. So kann beispielsweise eine Abfrage erfolgen, ob die Wahrscheinlichkeit, mit der die berechnete wahrscheinlichste Winkelstellung der Nockenwelle der tatsächlichen Winkelstellung der Nockenwelle entspricht, so hoch ist, dass die tatsächliche Winkelstellung der Nockenwelle mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 68% innerhalb eines Bereiches von ±40° um die berechnete wahrscheinlichste Winkelstellung liegt.
Dabei muss es sich bei der in Schritt 318 dargestellten Abfrage nicht um eine einzelne Abfrage handeln, sondern es können gleichzeitig beispielsweise separate Abfragen für die Winkelstellung der Kurbelwelle und der Nockenwelle durchgeführt werden. Weiterhin ist es sinnvoll, die Abfragebedingungen beispielsweise der Drehzahl oder dem Betriebzustand des Verbrennungsmotors anzupassen. So kann z. B. für einen Start (Zündvorgang) eines Verbrennungsmotors eine größere Ungenauigkeit der Winkelstellungen in Kauf genommen werden als bei einer späteren Überwachung und Berechnung der Zündzeitpunkte im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors.
Sind die Abfragebedingungen nicht erfüllt, d. h. sind die Winkelstellungen noch nicht mit einer hinreichenden Genauigkeit bekannt, so werden weiterhin die Signalerfassung 310 und der Mustervergleich 312 durchgeführt und daraus neuere, genauere Informationen über die Winkelstellungen gewonnen. Ist hingegen die Genauigkeit, mit der die Winkelstellungen bekannt sind, ausreichend, so wird anschließend in Schritt 320 aus diesen Winkelstellungen der optimale Zündzeitpunkt berechnet und anschließend in Schritt 322 durch Ausgabe entsprechender Steuerparameter der Zündvorgang eingeleitet.

Claims

Verfahren zur Motorsynchronisation eines mindestens eine Nockenwelle aufweisenden Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten: a) einer oder mehrere Sensoren erfassen ein charakteristisches Signal (126) der Nockenwelle als Funktion einer Fortschrittsvariablen während eines vorgegebenen Intervalls der Fortschrittsvariablen, wobei das charakteristische Signal der Nockenwelle mindestens ein charakteristisches Muster aufweist; b) das in Schritt a) erfasste charakteristische Signal der Nockenwelle wird mit einem oder mehreren Referenzmustern (410) für charakteristische Signale der Nockenwelle verglichen; c) allein aus dem Vorliegen einer teilweisen oder vollständigen Übereinstimmung des in a) erfassten charakteristischen Signals (126) der Nockenwelle mit mindestens einem der Referenzmuster (410) für charakteristische Signale der Nockenwelle wird darauf geschlossen, dass eine Winkelstellung XN der Nockenwelle vorliegt, wobei zusätzlich die Wahrscheinlichkeit WN ermittelt wird, mit der die Winkelstellung XN der Nockenwelle tatsächlich vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem charakteristischen Signal (126) um ein digitales Signal handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei der Verbrennungsmotor zusätzlich mindestens eine Kurbelwelle aufweist; und – wobei das Verfahren zusätzlich folgenden Schritt aufweist: d) aus einer bekannten Idealkorrelation zwischen der Winkelstellung XN der Nockenwelle und einer Winkelstellung XK der Kurbelwelle wird darauf geschlossen, dass eine bestimmte Winkelstellung XK der Kurbelwelle vorliegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, das in Schritt d) zusätzlich die Wahrscheinlichkeit WK ermittelt wird, mit der die Winkelstellung XK Kurbelwelle der tatsächlich vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Wahrscheinlichkeit WN und/oder die Wahrscheinlichkeit WK eine vorgegebene Schwelle erreicht haben oder übersteigen, die Motorsynchronisation als hinreichend sicher eingestuft wird und ein optimaler Zündzeitpunkt berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine charakteristische Muster im Signal der Nockenwelle (126) eine Abfolge steigender und/oder fallender Flanken aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass jedem Referenzmuster (410) in Verfahrensschritt c) eine Referenzwinkelstellung der Nockenwelle eindeutig zugeordnet ist; und – dass die Winkelstellung XN aus einer gewichteten oder einfachen Mittelwertbildung derjenigen Referenzwinkelstellungen bestimmt wird, mit deren zugeordneten Referenzmustern (410) das in Schritt a) erfasste charakteristische Signal (126) ganz oder teilweise übereinstimmt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wahrscheinlichkeit WN aus der Streuung und/oder Standardabweichung derjenigen Referenzwinkelstellungen bestimmt wird, mit deren zugeordneten Referenzmustern (410) das in Schritt a) erfasste charakteristische Signal (126) ganz oder teilweise übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder einzelne Verfahrensschritte wiederholt durchgeführt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Wiederholung von den in der vorhergehenden Wiederholung verwendeten Referenzmustern abweichende Referenzmuster (410) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Referenzmuster (410) in einer Tabelle, insbesondere einer Lookup-Table (118), gespeichert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zusätzlich folgendem Schritt: e) einer oder mehrere Sensoren erfassen ein charakteristisches Signal (128) der Kurbelwelle, – wobei das charakteristische Signal der Kurbelwelle (128) mindestens einen Referenzpunkt (214, 216) aufweist, aus dem auf das Vorliegen einer Winkelstellung WK der Kurbelwelle geschlossen werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei. das bzw. die Referenzmuster (410) derart gewählt sind, dass kein Referenzmuster in einem anderen Referenzmuster enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das charakteristische Signal der Nockenwelle mit einer bestimmten Periode periodisch ist; und – dass das charakteristische Signal der Nockenwelle sich vollständig aus einer Überlagerung des bzw. der Referenzmuster ergibt.
Anordnung zur Motorsynchronisation eines mindestens eine Nockenwelle aufweisenden Verbrennungsmotors mit: a) Sensoren (112) zum Erfassen mindestens eines charakteristischen Signals (126) der Nockenwelle als Funktion einer Fortschrittsvariablen während eines vorgegebenen Intervalls der Fortschrittsvariablen, wobei das charakteristische Signal (126) der Nockenwelle mindestens ein charakteristisches Muster aufweist; b) Mitteln zum Vergleichen des in Schritt a) erfassten charakteristischen Signals (126) der Nockenwelle mit einem oder mehreren Referenzmustern (410) für charakteristische Signale der Nockenwelle; c) Mitteln (120) zum Schlussfolgern, dass eine Winkelstellung XN der Nockenwelle vorliegt, ausgehend allein von einer teilweisen oder vollständigen Übereinstimmung des in a) erfassten charakteristischen Signals (126) der Nockenwelle mit einem oder mehreren der Referenzmuster (410) für charakteristische Signale der Nockenwelle, wobei zusätzlich die Wahrscheinlichkeit WN ermittelt wird, mit der die Winkelstellung XN der Nockenwelle tatsächlich vorliegt.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch mit zusätzlich: d) Mitteln (120) zum Schlussfolgern aus einer bekannten Idealkorrelation zwischen der Winkelstellung XN der Nockenwelle und einer Winkelstellung XK einer Kurbelwelle, dass mit einer Wahrscheinlichkeit WK eine Winkelstellung XK der Kurbelwelle vorliegt, wenn mit einer Wahrscheinlichkeit WN eine Winkelstellung XN der Nockenwelle vorliegt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anordnungsansprüche, gekennzeichnet durch – mindestens einen Mikrocomputer (110) und/oder – mindestens eine elektronische Tabelle, insbesondere eine Lookup-Table (118), wobei in der Tabelle mindestens ein Referenzmuster (410) gespeichert ist.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche durchzuführen.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß dem vorhergehenden Anspruch, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
Datenträger oder Computersystem, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer- Netzwerkes das Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche ausführt.