DE102008062663B4

DE102008062663B4 - Diagnosesystem und Simulationssystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008062663B4
Application number: DE102008062663.5A
Authority: DE
Inventors: Michael David Gray; Steven Fredrick Haller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: CN101469619B; US7757546B2; CN101469619A; DE102008062663A1; US20090165542A1

Abstract

Diagnosesystem für einen Verbrennungsmotor (12), das umfasst: ein Diagnosemodul (64), das mit einem Nockenwellenpositionssensor (60), einem Kurbelwellensensor (58) und einem Motorsteuermodul (40) kommuniziert und enthält: Auswahleinrichtungen (72, 74), die einen Verschiebungswert auswählen, um ein periodisches Signal zu verschieben; und ein Modifikationsmodul (76), das von dem Kurbelwellensensor (58) ein Kurbelwellenpositionssignal (59) und von dem Nockenwellenpositionssensor (60) ein Nockenwellenpositionssignal (63a) empfängt und anhand des Nockenwellenpositionssignals und des Verschiebungswertes ein modifiziertes Nockenwellenpositionssignal (63a) erzeugt, indem es das Nockenwellenpositionssignal (63a) in Bezug auf das Kurbelwellenpositionssignal (59) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (12) in Echtzeit verschiebt und an das Steuermodul (40) ausgibt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Diagnosesystem und ein Simulationssystem für einen Verbrennungsmotor.
HINTERGRUND
Ein Verbrennungsmotor kann eine oder mehrere Einlass- und/oder Auslass-Nockenwellen enthalten, die die Einstellung von Einlass- und/oder Auslassventilen regulieren. Ein Nockenwellenpositionssensor erzeugt ein Nockenwellenpositionssignal, das eine Position der Nockenwelle angibt. Ein Steuermodul überwacht das Nockenwellenpositionssignal, um die Motorposition zu bestimmen. Das Steuermodul führt eine Diagnose aus, um sicherzustellen, dass die Motorposition zuverlässig ist.
Bei der Entwicklung der Diagnosen zerlegen Techniker den Motor und installieren die Nockenwellen in der Weise neu, dass sie in Bezug auf die Kurbelwelle entweder vor- oder nacheilen. Die Diagnosen werden dann getestet, um den richtigen Betrieb zu verifizieren. Beispielsweise sollten die Diagnosen diagnostizieren können, ob die Drehungen der Nockenwelle und der Kurbelwelle richtig synchronisiert sind. Dieses Verfahren des Zerlegens und des erneuten Zusammenbaus des Motors ist teuer und zeitaufwändig.
Ferner sind aus dem Artikel von H. Hanselmann (H. Hanselmann: DSP-Based Automotive Sensor Signal Generation for Hardware-in-the-Loop Simulation; SA Technical Paper 940185; doi: 10.4271/9401; 1994) und dem Artikel von A. Çebi et al. (A. Çebi, L. Güvenç, M. Demirci, C. Kaplan Karadeniz, K. Kanar, E. Güraslan: A Low Cost, Portable Engine Electronic Control Unit Hardware-in-the-Loop Test System; IEEE ISIE 2005, June 20–23, 2005, Dubrovnik, Croatia) sogenannte Hardware-in-the-Loop Testverfahren bekannt geworden, bei denen der Motor und damit auch die zugehörigen Sensoren bzw. deren Ausgabewerte simuliert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Mitteln eine Echtzeit-Diagnose eines Nockenwellenpositionssignals zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Diagnosesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Simulationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Weitere Anwendbarkeitsbereiche gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sollen die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen sollen nur zur Veranschaulichung dienen.
1 ist ein Funktionsblockschaltplan eines Motorsystems gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Funktionsblockschaltplan des Motorsystems von 1, das ein Korrelationssimulationsmodul gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält.
3 ist ein Funktionsblockschaltplan, der das Korrelationssimulationsmodul von 2 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
4 ist eine Veranschaulichung von modifizierten Nockenwellenpositionssignalen, die durch das Korrelationssimulationsmodul gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Selbstverständlich bezeichnen in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale. Der Ausdruck Modul, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
In 1 enthält ein Motorsystem 10 einen Motor 12, der ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Durch eine Drosselklappe 16 wird Luft in einen Einlasskrümmer 14 angesaugt.
Die Drosselklappe 16 reguliert den Luftmassenstrom in den Einlasskrümmer 14. Die Luft im Einlasskrümmer 14 wird auf Zylinder 18 verteilt. Obwohl vier Zylinder 18 gezeigt sind, kann der Motor 12 mehrere Zylinder 18 aufweisen, einschließlich 2, 3, 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylinder.
Eine (nicht gezeigte) Kraftstoffeinspritzeinrichtung spritzt Kraftstoff ein, der mit der Luft gemischt wird, wenn diese durch einen Einlasskanal in den Zylinder 18 gesaugt wird. Ein Einlassventil 22 öffnet und schließt wahlweise, um zu ermöglichen, dass das Luft-/Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder 18 eintritt. Die Einlassventilposition wird durch eine Einlassnockenwelle 24 reguliert. Ein (nicht gezeigter) Kolben verdichtet das Luft-/Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 18. Eine Zündkerze 26 leitet die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches ein, wodurch der Kolben im Zylinder 18 angetrieben wird. Der Kolben treibt eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle an, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Verbrennungsabgas im Zylinder 18 wird durch einen Auslasskrümmer 28 hinausgedrängt, wenn sich das Auslassventil 30 in einer offenen Position befindet. Die Auslassventilposition wird durch eine Auslassnockenwelle 32 reguliert. Das Abgas strömt in ein (nicht gezeigtes) Abgassystem. Obwohl einzelne Einlass- und Auslassventile 22, 30 gezeigt sind, wird zugegeben werden, dass der Motor 12 mehrere Einlass- und Auslassventile 22, 30 pro Zylinder 18 umfassen kann.
Das Motorsystem 10 kann einen Einlassnockenphasensteller 34 und/oder einen Auslassnockenphasensteller 36 enthalten, die die rotatorische Einstellung der Einlass- bzw. Auslassnockenwellen 24, 32 regulieren. Genauer können die Einstellungen oder Phasenwinkel der jeweiligen Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 32 relativ zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens im Zylinder 18 oder zu der Kurbelwellenposition nacheilen oder voreilen. Auf diese Weise können die Positionen der Einlass- und Auslassventile 22, 30 relativ zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens im Zylinder 18 reguliert werden. Durch Regulieren der Position des Einlassventils 22 und des Auslassventils 30 werden die Menge des in den Zylinder 18 aufgenommenen Luft-/Kraftstoffgemischs und daher das Motordrehmoment reguliert. Ein Steuermodul 40 steuert den Phasenwinkel des Einlassnockenphasenstellers 34 und des Auslassnockenphasenstellers 36 anhand eines Solldrehmoments.
In 2 ist eine Seitenansicht des Motorsystems 10 gezeigt. Die Auslassnockenwelle 32 (1) und die Einlassnockenwelle 24 (1) sind mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle über Kettenräder 52A, 52B und 52C und eine Steuerkette 54 gekoppelt. Das Motorsystem 10 gibt ein Kurbelwellensignal 59 aus, das die Position der Kurbelwelle angibt. Das Kurbelwellensignal 59 wird durch die Drehung eines mit der Kurbelwelle gekoppelten Rades 56 erzeugt. Das Rad 56 kann mehrere Zähne besitzen. Ein Kurbelwellenpositionssensor 58 erfasst die Zähne des Rades und erzeugt das Kurbelwellensignal 59 in periodischer Form. Das Steuermodul 40 decodiert das Kurbelwellensignal 59 auf eine spezifische Zahnanzahl des Rades 56. Die Kurbelwellenposition wird anhand der decodierten Zahnanzahl des Rades 56 bestimmt.
Auf ähnliche Weise erfasst ein Kurbelwellenpositionssensor 60 die Zähne eines Rades 62, das mit der Auslassnockenwelle 32 (1) gekoppelt ist, und erzeugt ein Nockenwellensignal 63a. Eine Nockenwellenposition wird aus dem Nockenwellensignal 63a bestimmt. Wie zugegeben werden kann, können ein Rad (nicht gezeigt) und ein Nockenwellenpositionssensor (nicht gezeigt) mit der Einlassnockenwelle 24 (1) entweder zusätzlich oder alternativ gekoppelt sein. Aus der Nockenwellenposition und der Kurbelwellenposition kann das Steuermodul 40 eine Gesamtmotorposition bestimmen. Außerdem kann das Steuermodul 40 den Betrieb der Auslassnockenwelle 32 und der Kurbelwelle diagnostizieren.
Um die richtige Funktion der Diagnosen, die von dem Steuermodul 40 ausgeführt werden, zu verifizieren und/oder um eine Kalibrierungsentwicklung zu ermöglichen, kann zwischen dem Nockenwellenpositionssensor 60, dem Kurbelwellensensor 58 und dem Steuermodul 40 ein Korrelationssimulationsmodul 64 angeordnet sein. Das Korrelationssimulationsmodul 64 ermöglicht eine Echtzeit-Modifikation des Nockenwellenpositionssignals 63a. Die Modifikation kann eine wählbare Größe haben.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, wobei fortgesetzt auf 2 Bezug genommen wird, enthält das Korrelationssimulationsmodul eine oder mehrere Auswahleinrichtungen wie etwa Schalter (z. B. Drehschalter), die einer Bedienungsperson ermöglichen, das Nockenwellensignal 63a wahlweise zu verändern. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Auswahleinrichtungen durch andere Auswahleinrichtungen implementiert sein, etwa durch die Verwendung von Jumpern oder von Potentiometern.
In verschiedenen Ausführungsformen wählt eine erste Auswahleinrichtung 70 aus, welches Nockenwellensignal 63a modifiziert werden soll (für Motorsysteme 10 mit mehr als einem Nockenwellensensor 60). Eine zweite Auswahleinrichtung 72 wählt die Anzahl von Zähnen oder einen Impulswert aus, um den das Nockenwellensignal 63a verschoben werden soll. Eine dritte Auswahleinrichtung 74 wählt aus, ob das Nockenwellensignal 63a voreilen oder nacheilen soll.
Ein Modifikationsmodul 76 empfängt als Eingang das Kurbelwellensignal 59, ein Signal 73, das das zu modifizierende Nockenwellensignal 63a angibt, ein Signal 75, das die Anzahl von Zähnen angibt, um die das ausgewählte Nockenwellensignal 63a verschoben werden soll, und ein Signal 77, das angibt, ob das ausgewählte Nockenwellensignal 63a voreilen oder nacheilen soll. Das Modifikationsmodul 76 überwacht das Kurbelwellensignal 59 auf eine Position der Kurbelwelle und auf die Anzahl von Zähnen pro Umdrehung des Rades 56. In verschiedenen Ausführungsformen hält das Modifikationsmodul 76 die Signalform des ausgewählten Nockenwellensignals 63a für jede Umdrehung in einem Speicher. Anhand der ausgewählten Eingänge 73, 75 und/oder 77 und der gespeicherten Signalform erzeugt das Modifikationsmodul 76 ein modifiziertes Nockenwellensignal 63b. In verschiedenen Ausführungsformen eilt das modifizierte Nockenwellensignal 63b in Bezug auf das Kurbelwellensignal 59 durch den ausgewählten Impulswert oder durch die gewählte Anzahl von Zähnen entweder nach oder vor.
In 4, wobei fortgesetzt auf die 2 und 3 Bezug genommen wird, ist bei 80 ein beispielhaftes Kurbelwellensignal 59 gezeigt. Bei 82 ist ein beispielhaftes Nockenwellensignal 63a gezeigt. Bei 84 und 86 sind modifizierte Nockenwellensignale gezeigt. Wenn ”zwei Zähne” und ”nacheilend” die ausgewählten Eingänge sind, erzeugt das Modifikationsmodul 76 ein modifiziertes Nockenwellensignal 84, das um zwei Impulse oder Zähne nacheilt, wie bei 88 gezeigt ist. Wenn ”zwei Zähne” und ”voreilend” die ausgewählten Eingänge sind, erzeugt das Modifikationsmodul 76 ein modifiziertes Nockenwellensignal 86, das um zwei Impulse oder Zähne voreilt, wie bei 90 gezeigt ist. Das modifizierte Nockenwellensignal 63b und das Kurbelwellensignal 59 werden an das Steuermodul 40 für eine Diagnose ausgegeben. Das modifizierte Nockenwellensignal 63a ermöglicht dem Steuermodul 40, Fehler zu diagnostizieren, ohne dass Motorsystemkomponenten geändert werden.

Claims

Diagnosesystem für einen Verbrennungsmotor (12), das umfasst: ein Diagnosemodul (64), das mit einem Nockenwellenpositionssensor (60), einem Kurbelwellensensor (58) und einem Motorsteuermodul (40) kommuniziert und enthält: Auswahleinrichtungen (72, 74), die einen Verschiebungswert auswählen, um ein periodisches Signal zu verschieben; und ein Modifikationsmodul (76), das von dem Kurbelwellensensor (58) ein Kurbelwellenpositionssignal (59) und von dem Nockenwellenpositionssensor (60) ein Nockenwellenpositionssignal (63a) empfängt und anhand des Nockenwellenpositionssignals und des Verschiebungswertes ein modifiziertes Nockenwellenpositionssignal (63a) erzeugt, indem es das Nockenwellenpositionssignal (63a) in Bezug auf das Kurbelwellenpositionssignal (59) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (12) in Echtzeit verschiebt und an das Steuermodul (40) ausgibt.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei das Modifikationsmodul (76) das modifizierte Nockenwellenpositionssignal durch Halten des Nockenwellenpositionssignal (63a) pro Umdrehung eines Nockenwellenpositionsrades in einem Speicher und durch Verschieben des gespeicherten Nockenwellenpositionssignals um den Verschiebungswert erzeugt.
Simulationssystem für einen Verbrennungsmotor (12), das umfasst: ein Simulatormodul (64), das wahlweise Verbindungen zwischen mehreren Nockenwellenpositionssensoren (60), einem Kurbelwellensensor (58) und einem Motorsteuermodul (40) herstellt, wobei das Simulationsmodul umfasst: eine erste Auswahleinrichtung (72), die einen Verschiebungswert auswählt, der eine Impulsanzahl angibt, um die ein periodisches Signal verschoben wird; eine zweite Auswahleinrichtung (74), die eine Verschiebungsrichtung auswählt, die ein Voreilen und/oder Nacheilen angibt; eine dritte Auswahleinrichtung (70), die ein erstes Nockenwellenpositionssignal aus mehreren Nockenwellenpositionssignalen (63a) auswählt; und ein Modifikationsmodul (76), das das erste Nockenwellenpositionssignal (63a) von einem ersten Nockenwellenpositionssensor (60) der mehreren Nockenwellenpositionssensoren (60) und ein Kurbelwellenpositionssignal (59) von dem Kurbelwellensensor (58) empfängt und ein modifiziertes Nockenwellenpositionssignal anhand des Kurbelwellenpositionssignals (59), des Verschiebungswertes und der Verschiebungsrichtung während des Betriebs des Verbrennungsmotors (12) in Echtzeit erzeugt und an das Steuermodul (40) ausgibt.