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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
die eine Welle umfasst, mit einem Erzeugen eines Signals mit einem ersten
Signalereignis und einem zweiten Signalereignis, wobei eine Haltedauer
zwischen dem ersten Signalereignis und dem zweiten Signalereignis
vorgegeben ist und wobei das erste Signalereignis in Abhängigkeit
eines Soll-Winkels
der Welle für
das zweite Signalereignis unter Berücksichtigung der Haltedauer und
der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle ermittelt wird und das zweite
Signalereignis in Abhängigkeit
des ermittelten ersten Signalereignisses und der Haltedauer ermittelt
wird, und einem Steuern der Brennkraftmaschine mit dem Signal. Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um
ein solches Verfahren auszuführen.
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Aus
dem Stand der Technik sind Verfahren zur Steuerung von Brennkraftmaschinen
bekannt, wobei die Verfahren eine Generierung oder Erfassung von
elektrischen Signalen umfassen, für deren Signalende ein fester
Bezug zu einem Drehwinkel einer Welle der Brennkraftmaschine gefordert
ist und für
deren Signallänge
jedoch ein zeitlicher Bezug, d.h. eine Haltedauer in Zeiteinheiten,
vorgegeben ist. Üblicherweise
wird die Signaldauer, d.h. die Haltedauer, in einen Drehwinkel transformiert,
um für
einen Signalbeginn, d.h. ein erstes Signalereignis, einen entsprechenden
ersten Ereigniswinkel zu berechnen, indem von dem geforderten Soll-Winkel
des Signalendes, d.h. dem zweiten Signalereignis, der aus der Transformation
berechnete Drehwinkel abgezogen wird. Auf diese Weise wird unter
der Annahme, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle während der
Haltedauer konstant bleibt, gewährleistet,
dass das zweite Signalereignis zu dem geforderten Soll-Winkel eintritt.
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Ein
Beispiel, bei dem das beschriebene aus dem Stand der Technik bekannte
Verfahren eingesetzt wird, ist die Ansteuerung einer Zündspule,
wobei zur Hochspannungserzeugung für eine bestimmte Zeitspanne
vor der Zündung
des Gemisches die Zündspule
mit Strom versorgt wer den muss. Ein anderes Beispiel ist die Steuerung
eines Multiplexerkanals, wobei ein einzelner Kanal zur Messung einer Betriebsgröße durch
das Signal aktiviert oder deaktiviert wird.
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Das
bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass bei einer Änderung
der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle wegen der festen zeitlichen
Vorgabe für
die Haltedauer die Winkellage des zweiten Signalereignisses aufgrund
der schneller oder langsamer drehenden Welle verändert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die durch eine Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit
der Welle erzeugten Fehler der Winkellage des zweiten Signalereignisses
zu verringern und allgemein aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Vorrichtungen
und Verfahren zu verbessern.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die
eine Welle umfasst, mit einem Erzeugen eines Signals mit einem ersten
Signalereignis und einem zweiten Signalereignis, wobei eine Haltedauer
zwischen dem ersten Signalereignis und dem zweiten Signalereignis
vorgegeben ist und wobei das erste Signalereignis in Abhängigkeit
eines Soll-Winkels der Welle für das
zweite Signalereignis unter Berücksichtigung
der Haltedauer und der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle ermittelt
wird und das zweite Signalereignis in Abhängigkeit des ermittelten ersten
Signalereignisses und der Haltedauer ermittelt wird, und einem Steuern
der Brennkraftmaschine mit dem Signal, dadurch gekennzeichnet, dass
der Soll-Winkel
für das zweite
Signalereignis in einem Toleranzbereich zwischen einem Toleranz-Beginnwinkel
und einem Toleranz-Endwinkel gewählt
wird.
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Das
Verfahren eignet sich allgemein zur Generierung oder Erfassung von
Signalen, die bei der Steuerung einer Brennkraftmaschine eingesetzt
werden, wobei unter Steuern der Brennkraftmaschine ein Ansteuern
eines Aggregats oder eines Stellers der Brennkraftmaschine oder
eines an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Aggregats zu verstehen
ist und darüber
hinaus das erfindungsgemäße Steuern
der Brennkraftmaschine auch ein Steuern eines Messkanals der Brennkraftmaschine
umfasst, wobei der Messkanal durch das Signal vorzugsweise aktiviert
wird, beispielsweise durch Umschalten eines Multiplexerkanals, um
ab einem bestimmten Drehwinkel der Brennkraftmaschine Messdaten
zu erfassen. Insbesondere ist die Erfindung für die Ansteuerung einer Zündspule
geeignet. Das erste Signalereignis oder das zweite Signalereignis
sind vorzugsweise Flanken des Signals und die Haltedauer ist vorzugsweise
der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Signalereignis und dem
zweiten Signalereignis. Die Welle ist die Kurbelwelle oder eine
Nockenwelle oder eine andere Welle der Brennkraftmaschine. Der Toleranz-Beginnwinkel
und der Toleranz-Endwinkel ergeben sich vorzugsweise jeweils aus
einem frühest
möglichen
Winkel für
das zweite Signalereignis und einem spätest möglichen Winkel für das zweite
Signalereignis.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass das zweite Signalereignis auch
bei einer Änderung
der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle der Brennkraftmaschine innerhalb
des Toleranzbereichs gehalten werden kann. Vorzugsweise wird der
Soll-Winkel für das
zweite Signalereignis so innerhalb des Toleranzbereichs gewählt, dass
das zweite Signalereignis bei allen möglichen oder wahrscheinlich
möglichen, während der
Haltedauer auftretenden, Änderungen der
Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle innerhalb des Toleranzbereichs
bleibt. Dadurch wird vermieden, dass das zweite Signalereignis unzulässig zu spät oder unzulässig zu
früh eintritt.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass auf eine Ressourcen beanspruchende
Vorhersage der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle verzichtet werden
kann, wobei zur Verbesserung der Auswahl des Soll-Winkels innerhalb des
Toleranzbereichs auch eine Berücksichtigung
einer momentanen oder zukünftigen Änderung
der Drehwinkelgeschwindigkeit vorgenommen werden kann, um die Genauigkeit
des Verfahrens weiter zu verbessern.
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Vorzugsweise
wird beim Ermitteln des ersten Signalereignisses ein erster Ereigniswinkel
für das erste
Signalereignis ermittelt oder beim Ermitteln des zweiten Signalereignisses
eine zweite Ereigniszeit für
das zweite Signalereignis ermittelt. Das erste Signalereignis wird
dementsprechend in einem Winkel angegeben, um das Signalereignis
bei Eintreten des ersten Ereigniswinkels der Welle der Brennkraftmaschine
auszulösen.
Das zweite Signalereignis wird vorteilhafterweise mit einer Ereigniszeit
angegeben, die um die Haltedauer nach dem Eintreten des ersten Ereigniswinkels
liegt. Dazu wird vorzugsweise beim Eintreten des ersten Ereigniswinkels
eine erste Ereigniszeit festgestellt und nachfolgend zu der ersten Ereigniszeit
die Haltedauer addiert, um die zweite Ereigniszeit zu berechnen.
Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise beim Ansteuern einer
Zündspule
die Zündspule
für die
mit der Haltedauer definierte Zeit Strom zur Hochspannungserzeugung
erhält.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird der Soll-Winkel durch einen relativen Soll-Winkelabstand
zu einem einer bestimmten Position der Welle entsprechenden Referenzwinkel
gewählt
oder mindestens einer der Toleranz-Beginnwinkel und Toleranz-Endwinkel
durch einen relativen Toleranz-Beginnwinkelabstand oder einen relativen
Toleranz-Endwinkelabstand zu dem Referenzwinkel vorgegeben. Der
Referenzwinkel liegt vorzugsweise vor dem Toleranz-Beginnwinkel.
Die Vorteile sind, dass auf diese Weise die Steuerung der Brennkraftmaschine
bezüglich
der bestimmten Position der Welle vereinheitlicht werden kann. Die
bestimmte Position der Welle kann beispielsweise ein oberer oder ein
unterer Totpunkt der Brennkraftmaschine oder eine andere Winkellage
der Welle sein.
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Vorzugsweise
wird die Lage des Soll-Winkels für
das zweite Signalereignis innerhalb des Toleranzbereichs so gewählt, dass
die Wahrscheinlichkeit, dass bei einer Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit
der Welle während
der Haltedauer das zweite Signalereignis innerhalb des Toleranzbereichs liegt,
maximiert wird. Dies bietet den Vorteil, dass das zweite Signalereignis
wahrscheinlich innerhalb des Toleranzbereichs zu liegen kommt. Eine
Maximierung der genannten Wahrscheinlichkeit ist beispielsweise
durch eine gewichtete Bewertung der positiven und negativen Winkelbeschleunigung
möglich,
vorzugsweise in Abhängigkeit
von der Betriebssituation. Dies bietet den Vorteil, dass das zweite
Signalereignis, auch bei einer größeren Abweichung der Drehwinkelgeschwindigkeit
der Welle während
der Haltedauer, innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs zu liegen
kommt. Die gewichtete Bewertung erfolgt vorteilhafterweise in der
Art, dass verschiedene mögliche
zukünftige Änderungen
der Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle mit einer Wahrscheinlichkeit
belegt werden und anschließend
eine gewichtete Bewertung der Wahrscheinlichkeiten vorgenommen wird
und entsprechend die Lage des Soll-Winkels für das zweite Signalereignis
gewählt
wird. So kann bei einer überwiegenden
Wahrscheinlichkeit, dass eine Verringerung der Drehwinkelgeschwindigkeit
während
der Haltedauer auftritt, beispielsweise ein Bremspedal durch einen
Fahrer gedrückt
wird, der Soll-Winkel
näher an
den Toleranz-Endwinkel als an den Toleranz-Beginnwinkel gelegt werden,
um ein Auftreten des zweiten Signalereignisses innerhalb des Toleranzbereichs
sicher zu stellen. Vorteilhafterweise wird die Lage des Soll-Winkels
innerhalb des Toleranzbereichs so gewählt, dass bei einer Änderung
der Drehwinkelgeschwindigkeit während
der Haltedauer das zweite Signalereignis innerhalb des Toleranzbereichs
liegt. Dies bietet den Vorteil einer zuverlässigen Steuerung der Brennkraftmaschine.
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Vorteilhafterweise
wird ein maximal möglicher
Gradient der Drehwinkelgeschwindigkeit oder ein minimal möglicher
Gradient der Drehwinkelgeschwindigkeit ermittelt und die Lage des
Soll-Winkels innerhalb des Toleranzbereichs in Abhängigkeit
von dem maximal möglichen
Gradienten oder dem minimal möglichen
Gradienten gewählt.
Der maximal mögliche
Gradient der Drehwinkelgeschwindigkeit ist die im störungsfreien
Betrieb der Brennkraftmaschine während
der Haltedauer zu erwartende maximale Beschleunigung der Drehwinkelgeschwindigkeit
der Welle und der minimal mögliche
Gradient ist die im normalen Betrieb während der Haltedauer zu erwartende
maximale negative Beschleunigung der Drehwinkelgeschwindigkeit.
Vorteilhafterweise wird entsprechend der Gradienten die Lage des
Soll-Winkels innerhalb des Toleranzbereichs weiter in die Richtung
verschoben, in die eine geringere mögliche Änderung, d.h. ein Gradient
mit einer geringeren Steigung, ermittelt wurde. Dies entspricht
einer Gewichtung der möglichen
Beschleunigung oder Abnahme (negative Beschleunigung) der zu erwartenden
Drehwinkelgeschwindigkeit bei der Auswahl der Lage des Soll-Winkels.
Die genannte Maßnahme
bietet den Vorteil, dass das zweite Signalereignis mit einer höheren Wahrscheinlichkeit
innerhalb des Toleranzbereichs zu liegen kommt.
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Vorzugsweise
wird die Lage des Soll-Winkels im Wesentlichen in der Mitte des
Toleranzbereichs gewählt.
Dies bietet besondere Vorteile, falls eine Auswertung von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs zu aufwendig ist oder
falls eine solche Auswertung im Moment nicht möglich ist oder zu nicht plausiblen
Ergebnissen führt.
Vorzugsweise wird daher eine entsprechende Abfrage der Betriebsparameter
durchgeführt
und bei entsprechenden Betriebsparametern oder bei einem Fehlschlagen
der Abfrage die Lage des Soll-Winkels in der Mitte des Toleranzbereichs
gewählt.
Dies bietet die Vorteile eines Fehler-Abfangs, falls eine anderweitige
Auswahl der Lage des Soll-Winkels fehlschlägt oder nicht möglich ist
und erhöht
somit die Betriebssicherheit des Verfahrens.
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Vorteilhafterweise
wird die Lage des Soll-Winkels innerhalb des Toleranzbereichs in
Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder eines die
Brennkraftmaschine umfassenden Fahrzeugs gewählt. Der Betriebsparameter
kann beispielsweise die Drehwinkelgeschwindigkeit der Welle, die
Stellung einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine oder eine Übersetzung
eines Getriebes des Fahrzeugs sein. Die genannte Maßnahme bietet
den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das zweite Signalereignis
innerhalb des Toleranzbereichs zu liegen kommt, erhöht wird.
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Vorteilhafterweise
ist das Signal ein Steuersignal einer Zündspule der Brennkraftmaschine
oder ein Steuersignal eines Messkanals einer Kontrolleinrichtung
der Brennkraftmaschine. Der Messkanal ist vorzugsweise ein Kanal
eines Multiplexerkanals und wird durch das Signal aktiviert oder
deaktiviert. Vorteile ergeben sich dabei daraus, dass die Zündspule oder
der Messkanal zuverlässig
exakt angesteuert werden.
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Vorzugsweise
werden Beschleunigungen des Drehwinkels während der Haltedauer erkannt und
zur Korrektur des Signals herangezogen. Dies bietet den Vorteil
einer höheren
Zuverlässigkeit,
dass das zweite Signalereignis innerhalb des Toleranzbereichs zu
liegen kommt.
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Ein
weiterer unabhängiger
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Motorsteuerung
einer Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens mit
einem oder mehreren der oben genannten Merkmale eingerichtet ist. Ein
weiterer unabhängiger
Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm mit Programmcode zur
Durchführung
aller Schritte eines Verfahrens mit einem oder mehreren der oben
dargestellten vorteilhaften Merkmale, wenn das Programm in einem Computer
ausgeführt
wird. Der Computer kann beispielsweise eine Motorsteuerung einer
Brennkraftmaschine sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 einen über einen
Drehwinkel der Brennkraftmaschine aufgetragenen Verlauf von Parameter
des erfindungsgemäßen Verfahrens
der 1.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das
Verfahren dient dazu, eine Zündkerze über einen
Zündschaltkreis
mit einer Zündspule
anzusteuern. Bei solchen Systemen ist es erforderlich, dass auf
der Primärseite,
d.h. der 12 V-Seite, der Zündspule
für eine bestimmte
Zeit eine Spannung von 12 V angelegt wird, so dass beim Ab schalten
dieser Spannung an der Primärseite
der Zündspule
auf der Sekundärseite eine
ausreichend hohe Zündspannung
erzeugt wird. Ein solches Zündsystem,
das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben werden kann, ist im „Kraftfahrtechnischen Taschenbuch", BOSCH, Plochingen,
DE, 25. Auflage, S. 623 beschrieben.
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Das
Verfahren startet mit einem Schritt 2. Anschließend wird
in einem Schritt 4 ein Toleranzbereich für einen
Zündwinkel
festgelegt. Der Zündwinkel
ist die Winkellage der Kurbelwelle, bei der die Zündung stattfindet.
Der Toleranzbereich reicht dabei von einem Toleranz-Beginnwinkel α2 bis
zu einem Toleranz-Endwinkel α4. Der Toleranzbereich ist in der 2 dargestellt,
die im Folgenden gleichzeitig mit der 1 erläutert wird.
Der Toleranz-Beginnwinkel α2 und
der Toleranz-Endwinkel α4 werden relativ zu einem Referenzwinkel αref festgelegt,
der vor dem Toleranzbereich liegt. Die Grenzen des Toleranzbereichs
ergeben sich aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine für den Zündwinkel,
wobei der Toleranzbereich so festgelegt wird, dass bei einer Zündung innerhalb
des Toleranzbereichs der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoff-Emission
unterhalb von festgelegten Schwellenwerten gehalten werden. Danach
wird in einem Schritt 6 für den Zündwinkel ein Soll-Winkel α3 wiederum
relativ zu dem Referenzwinkel αref ausgewählt. Dabei wird der Soll-Winkel α3 für den Zündwinkel
nicht notwendigerweise auf den idealen Zündwinkel (bspw. in Abhängigkeit
der Schadstoff-Emissionen
und dem Kraftstoffverbrauch) gelegt, sondern vielmehr so innerhalb des
Toleranzbereichs gewählt,
dass auch bei einer möglicherweise
sich ändernden
Drehzahl der Brennkraftmaschine die Zündung innerhalb des Toleranzbereichs
stattfindet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass
auf der Primärseite
der Zündspule
für eine
bestimmte Haltedauer td ein Stromfluss aufrechterhalten
werden muss, so dass beim Abschalten dieses Stromflusses auf der
Sekundärseite
die erforderliche Zündspannung
bereitgestellt wird. Falls während
dieser Haltedauer td des Stromflusses auf
der Primärseite
eine Änderung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine eintritt, kommt es zu einer
Verschiebung Δα der Winkellage
des Abschaltzeitpunktes, d.h. des zweiten Signalereignisses, nach
der Haltedauer td.
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Anschließend zu
dem Schritt 6 wird in einem Schritt 8 der erste
Ereigniswinkel α1 des Einschaltzeitpunktes des Stromflusses
durch die Primärseite der
Zündspule
bestimmt. Dieser erste Ereigniswinkel α1 entspricht
einem ersten Signalereignis, mit dem eine Endstufe auf der Primärseite der
Zündspule
angesteuert wird. Der erste Ereigniswinkel α1 wird
wiederum relativ zu dem Referenzwinkel αref festgelegt. Anschließend wird
in einem Schritt 10 die Zündspule ange steuert, wobei
zu dem ersten Ereigniswinkel α1 das Steuersignal für die Endstufe der Zündspule
eine steigende Flanke aufweist (erstes Signalereignis), so dass
eine Endstufe durchschaltet und durch die Primärseite der Zündspule
Strom fließt.
Nach der Haltedauer td wird das zweite Signalereignis
ausgelöst, nämlich eine
fallende Flanke des Steuersignals für die Endstufe der Zündspule.
Aufgrund einer Änderung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine, hier eine negative Beschleunigung,
liegt das zweite Signalereignis vor dem Soll-Winkel α3.
Die Winkeldifferenz beträgt Δα. Da jedoch
der Soll-Winkel α3 im Toleranzbereich so gewählt wurde,
dass eine solche negative Beschleunigung der Drehzahl der Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine berücksichtigt
wurde, liegt das zweite Signalereignis noch innerhalb des Toleranzbereichs,
so dass eine Zündung
des Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt
stattfindet, der aus Sicht der Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine
noch zulässig ist.
Das Verfahren endet in einem Schritt 14.