Verfahren zur Identifizierung von Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identi ^¬ fizierung von Ventilsteuerzeiten, eines Verbrennungsmotors.

Verbrennungsmotoren zeichnen sich durch mehrere Arbeitstakte aus. Während des sogenannten Ansaugtaktes erfolgt die Befüllung des Arbeitsraumes mit Frischgasladung (Luft oder Luft-Abgas) . Während des sogenannten Ausschiebetaktes erfolgt die Entleerung des Arbeitsraumes. Die Abgrenzung des Arbeits- bzw. Brennraumes zum Ansaug- oder Abgastrakt der Maschine erfolgt meist über Ventile (bei Zweitaktmotoren auch über sogenannte Steuerschlitze) .

Die Ansteuerung dieser Ventile erfolgt nach heutigem Stand der Technik über mindestens eine Nockenwelle. Zwischen Ventil und Nockenwelle sind zumeist noch mechanische Bauteile zur Kraft ^¬ übertragung vorhanden, die auch einen Ventilspielausgleich beinhalten können (z.B. Tassenstößel, Kipphebel, Schlepphebel, Stößelstange, Hydrostößel etc.). Der Antrieb der Nockenwelle (n) erfolgt über den Verbrennungs ^¬ motor selbst. Hierzu wird (werden) die Nockenwelle (n) über geeignete Adapter mithilfe eines Zahnriemens oder einer

Steuerkette mit der Kurbelwelle verbunden. Durch diese Ver ^¬ bindung ist die Position der Kurbelwelle zur Position der Nockenwelle (n) definiert (Steuerzeiten). Innerhalb dieser

Verbindungsstrecke können Stellglieder vorhanden sein, die einen gewünschten Phasenversatz zwischen Kurbel- und Nockwelle (n) bewirken. Diese sind als Phasensteiler für variablen Ventiltrieb (VVT) bekannt. Für einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors (bezüglich Emissionen, Verbrauch, Leistung, Laufruhe etc.) sollte die während des Ansaugtaktes angesaugte Frischgasladung bestmöglich bekannt sein. Diese ist dabei abhängig von den gewählten Steuerzeiten (Einlass- und Auslassventil bzw. Steuerschlitze) .

Stand der Technik sind die Vermessung eines sogenannten Referenz-Verbrennungsmotors in allen auftretenden Betriebszu- ständen (Drehzahl, Last, Ansteuerung sämtlicher Aktuatoren, unterschiedliche Ventilhübe, Ansteuerung von Klappen, An ^¬ Steuerung der Phasensteiler für Einlass- und Auslassventil, Abgasturbolader, Kompressor etc.) und die Speicherung dieser Messwerte (bzw. Derivate davon oder Modellansätze, die das Verhalten wiedergeben) auf dem Motorsteuergerät eines ent- sprechenden Serien-Verbrennungsmotors. Alle baugleichen, in Serie produzierten VerbrennungsMotoren der gleichen Baureihe werden mit diesem erzeugten Referenzdatensatz betrieben.

Eine Abweichung der tatsächlichen Relativposition zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle an einem Serien-Verbrennungsmotor von der Referenzposition (Abweichung der Steuerzeiten) führt dazu, dass die tatsächlich angesaugte Frischgasladung von der als Referenz bestimmten Frischgasladung abweicht. Ein Winkelversatz von einzelnen Nocken auf der Nockenwelle (verglichen mit dem am Referenz-Verbrennungsmotor ermittelten Referenzwinkel) bewirkt dabei das gleiche Fehlerbild wie ein Winkelversatz von No ^¬ ckenwelle und Kurbelwelle (verglichen mit der am Refe ^¬ renz-Verbrennungsmotor ermittelten Referenzposition) . Beim Betrieb des Motors können sich durch diese Fehler negative Auswirkungen bezüglich Emissionen, Verbrauch, Leistung,

Laufruhe etc. ergeben.

Mögliche Ursachen für die beschriebenen Abweichungen können z.B. sein : - Winkelabweichung der angestrebten Relativposition zwischen der Nockenwelle und den entsprechenden Koppelelementen wie z. B. Antriebszahn- oder Antreibsriemenrad, gegenüber der Referenzposition bei der Montage oder durch Fertigungstoleranzen, sowie

- Winkelabweichung gegenüber dem Angestrebten Phasenwinkel- versatz der einzelnen Nocken auf der Nockenwelle untereinander bei der Montage oder durch Fertigungstoleranzen und

- Längung der Steuerkette oder des Zahnriemens, über die die Kurbelwelle und Nockenwelle gekoppelt sind.

Die Lösung des beschriebenen Problems liegt dabei prinzipiell in der Erfassung und in der Quantifizierung der auftretenden Abweichungen zwischen Referenz-Verbrennungsmotor und Se- rien-Verbrennungsmotor, um entsprechende Maßnahmen zur Korrektur oder Kompensation durchführen zu können.

Um diesem Problem zu begegnen, hat man bisher versucht, die Fertigungstoleranzen möglichst zu minimieren, beispielsweise werden die Nockenwellen und die entsprechenden Koppelelemente mit mechanischen Hilfsmitteln zusammengebaut. Ferner hat man die Steuerzeiten anhand Ventilhubstellung, Nockenkontur etc. am jeweiligen stehenden Serien-Verbrennungsmotor vermessen und den Verbrennungsmotor beim Zusammenbau justiert.

Die meisten derzeit bekannten Systeme arbeiten mit einem Bezugspunktsystem (Positions-Feedback) . Hier wird auf einer beliebigen Stelle der Nockenwelle oder eines Koppelelements oder eines ggf. vorhandenen Phasenstellers etc. und zum Beispiel auf dem Schwungrad der Kurbelwelle jeweils eine Positionsmarke gesetzt, welche mit einem Sensor erfasst werden kann. Dadurch kann die Relativposition zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ermittelt und Abweichungen zu den angestrebten Referenzwerten identifiziert werden. Den unerwünschten Aus- Wirkungen dieser Abweichungen kann dann durch eine Adaption oder Korrektur entsprechender Steuergrößen, in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen, im Steuergerät kompensiert werden. Prinzipbedingt kann mit diesem Verfahren jedoch nur ein Teil der auftretenden Toleranzen erkannt werden. Beispielsweise ist es so nicht möglich, eine Winkelabweichung aufgrund einer Abweichung der Position des Nockenwellengeberrades in Bezug auf die No ^¬ ckenwelle oder eine Winkelabweichung gegenüber dem angestrebten Phasenwinkelversatz der einzelnen Nocken untereinander bei der Montage oder durch Fertigungstoleranzen (zylinderindividuelle Abweichung) zu erkennen.

Weitere Verfahren, wie Auswertung des Klopfsensorsignals , Auswertung des Zylinderdrucksignals, sind ebenfalls bekannt.

Aus der US 6,804,997 Bl ist eine Motorsteuervorrichtung zur Bestimmung der Kurbelwellenposition und der Motorphase durch Überwachung von Ansaugluftdruckschwankungen bekannt. Die Steuervorrichtung ist so ausgebildet, dass sie Ansaugluft ^¬ druckschwankungen bestimmt, die ein Ansaugluftereignis und somit eine spezielle Kurbelwellenposition sowie deren entsprechende Periode des Motorzyklus anzeigen. Die Steuervorrichtung benutzt diese Informationen, um die Kurbelwellendrehzahl und Kurbel- wellenposition zu ermitteln, um die Kraftstoffeinspritzung und das Zündverhalten des Motors zu steuern.

Weiterhin ist aus dem Dokument DE 10 2005 007 057 ein Rege ^¬ lungsverfahren für einen zu regelnden Drosselklappen-Luftstrom im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors offenbart, wobei Druck ^¬ pulsationen im Ansaugtrakt, die unter Anderem auch von den Ventilsteuerzeiten des Verbrennungsmotors beinflusst sind, bei der Regelung des Fluidstromes berücksichtigt werden. Dazu werden die Druckpulsationen mittels Fast-Fourier-Transformation ana- lysiert und die Amplitudeninformation in einem Klirrfaktor zusammengefasst , der als eine zusätzliche Eingangsgröße zum Beispiel für ein mehrdimensionales mathematisches Regelungs ^¬ modell des Drosselklappen-Luftstromes herangezogen wird. Kon- krete Rückschlüsse auf die Ventilsteuerzeiten des Verbren ^¬ nungsmotors können mittels dieses Verfahrens nicht gezogen werden .

Aus Dokument DE 35 06 114 AI ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Brennkraftmaschine bei der in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße, die wenigstens einen Teil eines Schwin ^¬ gungsspektrums der Brennkraftmaschine als Information enthält, wie zum Beispiel Gasdrucksignalen, wenigstens eine Stellgröße der Brennkraftmaschine gesteuert wird. Dazu wird aus der er- fassten Betriebsgröße durch diskrete Fourier-Transformation das in ihr enthaltene Betragsspektrum als Teil des Schwingungs ^¬ spektrums ermittelt und als Messspektrum herangezogen und mit einem Bezugsspektrum verglichen . Die zu steuernde Stellgröße der Brennkraftmaschine wird dann in Abhängigkeit der Abweichung zwischen Meßspektrum und Bezugsspektrum gesteuert . Ein konkreter Rückschluss auf die Ventilsteuerzeiten des Verbrennungsmotors kann auch mit Hilfe dieses Verfahrens nicht einfach gezogen werden . Dokument US 2009 0 312 932 AI offenbart ein Verfahren zum Diagnostizieren der Verbrennung innerhalb eines Verbrennungsmotors, wobei aus der Kurbelwellen-Winkelgeschwindigkeit mittels einer Fast-Fourier-Transformation ein Verbrennungs- phaseneinstellungswert erzeugt wird, dieser Wert mit einem erwarteten Verbrennungsphaseneinstellungswert verglichen wird und Differenzen dieser Werte identifiziert werden, die größer als eine zulässige Verbrennungsphaseneinstellungsdifferenz sind. Eine ähnliche Vorgehensweise zur Ermittlung von Abweichungen zwischen Referenzmotor und Serienmotor wie zuvor beschrieben ist auch in Dokument US 2010 0 063 775 AI offenbart. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren der eingangs be ^¬ schriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mittels dem eine besonders genaue Identifizierung der Ventilsteuerzeiten möglich ist .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass dynamische Druckschwingungen im Einlass- und/oder Auslasstrakt eines betreffenden Serien-Verbrennugsmotors gemessen werden und zusätzlich ein Kurbelwellenpositions-Feedbacksignal ermittelt wird, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass aus den gemessenen Druckschwingungen und dem Kurbelwellenpositions-Feedbacksignal mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation die Phasenwinkel ausgesuchter Signalfrequenzen der gemessenen Druckschwingungen ermittelt werden. Auf Basis der ermittelten Phasenwinkel werden dann unter Heranziehung von Referenz-Phasenwinkeln und zugehöriger Referenz-Ventilsteuerzeiten gleicher Signalfrequenzen der Druckschwingungen eines Referenz-Verbrennungsmotors und/oder einer daraus hergeleiteten Modell-Funktion, die Ventilsteuerzeiten des betreffenden Verbrennungsmotors ermittelt .

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwischen den Steuerzeiten (Einlass- und Auslassventil bzw. Steuerschlitze) und den dynamischen Druckschwingungen im Ein- bzw. Auslasstrakt des Motors ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Beispielsweise offenbart sich ein derartiger Zusammenhang für die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt eines Verbrennungsmotors und den Ventilsteuerzeiten der Einlassventile bei einem VVT-Ver- brennungsmotor (Verbrennungsmotor mit variablem Ventiltrieb) . Hierbei hat eine durch eine Phasenverstelleinrichtung eingestellte Phasenverschiebung der Nockenwellenwinkelposition und somit der Ventilsteuerzeit in Bezug auf die Kurbelwellenwin- kelposition eine messbare Verschiebung des Druckschwingungs ^¬ signals im Ansaugtrakt zur Folge. Das Druckschwingungssignal selbst (Amplituden, Gradienten etc.) kann sich dabei ändern. Die eingangs beschriebenen toleranz- oder verschleißbedingten Abweichungen würden auch genau eine solche Verschiebung her- vorrufen.

Zur Analyse des Druckschwingungssignals, wird dieses einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen. Dazu kann ein als Fast Fourier-Transformation (FFT) bekannter Algorithmus zur effizienten Berechnung der DFT herangezogen werden. Mittels DFT wird nun das Druckschwingungssignal in einzelne Signalfrequenzen zerlegt, die im Weiteren separat vereinfacht bezüglich ihrer Amplitude und der Phasenlage analysiert werden können. Im vorliegenden Fall hat sich gezeigt, dass insbesondere die Phasenlage ausgesuchter Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals in Abhängigkeit stehen zu den Ventilsteuerzeiten des Verbrennungsmotors. Vorteilhaft werden dazu nur diejenigen Signalfrequenzen herangezogen, die der Ansaugfrequenz, als Grundfrequenz oder 1. Harmonische, des Verbrennungsmotors oder einem Vielfachen der Ansaugfrequenz, also der 2. bis n. Harmonischen, entsprechen, wobei die Ansaugfrequenz wiederum in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors steht. Für diese ausgesuchten Signalfrequenzen wird dann, unter Heranziehung des parallel erfassten Kurbelwellenpositions-Feed- backsignals, die in diesem Zusammenhang als Phasenwinkel be ^¬ zeichnete Phasenlage der ausgesuchten Signalfrequenzen in Bezug auf den Kurbelwellendrehwinkel ermittelt. Um nun aus den so ermittelten Phasenwinkeln einzelner ausgesuchter Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals die Phasenlage der Ventilsteuerzeiten in Bezug auf die Kurbel ^¬ wellenposition zu ermitteln muss der Zusammenhang bzw. die Abhängigkeit der genannten Größen voneinander eindeutig bekannt sein. Dieser Zusammenhang muss deshalb im Vorfeld durch die genaue Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors gleicher Bauart und Dimensionierung ermittelt werden. Dazu werden bei dem Referenz-Verbrennungsmotor bei unterschiedlichen vorgegebenen Ventilsteuerzeiten die Phasenwinkel einzelner vorteilhaft ausgesuchter Signalfrequenzen des

Druckschwingungssignals ermittelt. Diese so erzeugten Werte ^¬ paare können beispielsweise in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors in einem entsprechenden Phasenwinkel-Kennfeld abgespeichert werden. Dieses Phasen ^¬ winkel-Kennfeld wird in der Motorsteuerung jedes entsprechenden baugleichen Serien-Verbrennungsmotors hinterlegt. Im Betrieb des Serien-Verbrennungsmotors können dann, auf Basis der er- mittelten Phasenwinkel der gleichen Signalfrequenzen, über das hinterlegte Phasenwinkel-Kennfeld, also die entsprechenden Referenz-Phasenwinkel, die zugehörigen Ventilsteuerzeiten ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe der an dem Referenz-Verbrennungsmotor bei bestimmten Steuerzeiten ermittelten Phasenwinkel der ausgesuchten Signalfrequenzen, eine zugehörige Modell-Funktion, also ein Rechenmodell herzuleiten und dann diese Modell-Funktion in der Motorsteuerung des Se- rien-Verbrennungsmotors zu hinterlegen. Je nach Ausgestaltung und Umfang der Modell-Funktion, kann diese alleine oder in Verbindung mit einem ggf. im Umfang reduzierten Phasenwinkel-Kennfeld zur Ermittlung der Ventilsteuerzeiten auf Basis der ermittelten Phasenwinkel herangezogen werden. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ermittelten Ventilsteuerzeiten mit Referenz-Ventilsteuerzeiten des Referenz-Verbrennungsmotors verglichen und, im Falle dass Abweichungen auftreten, auf die Referenz-Ventilsteuerzeiten korrigiert, oder die Motorsteuerung wird an die ermittelten tatsächlichen Ventilsteuerzeiten angepasst.

Eine Korrektur der Ventilsteuerzeiten kann mittels der Motorsteuerung erfolgen, sofern der Verbrennungsmotor einen Phasenversteller für die Nockenwelle aufweist. Andernfalls kann in der Motorsteuerung eine Anpassung weiterer Steuergrößen oder Steuerroutinen, wie zum Beispiel Einspritzzeitpunkte, Ein- spritzmengen, Zündzeitpunkte etc. an die ermittelten Ventil ^¬ steuerzeiten vorgenommen werden, um einen effizienten und Abgasarmen Betrieb des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.

Hierdurch ist eine Identifizierung und Quantifizierung einer Abweichung von den vorgegebenen Referenzwerten, die, wie eingangs beschrieben, aus der Vermessung eines Refe- renz-Verbrennungsmotors resultieren, möglich. Alle im Feld befindlichen baugleichen Serien-Verbrennungsmotoren können daher mittels des beschriebenen Verfahrens einer entsprechenden individuellen Korrektur in Bezug auf die Ventilsteuerzeiten unterzogen werden.

In einem Ausführungsbeispiel kann ein solches Verfahren dabei beispielsweise die folgenden Schritte umfassen:

- Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors und

- Bestimmung von Referenz-Phasenwinkeln des Druckschwin- gungssignals im Ein- und oder Auslasstrakt bei Refe ^¬ renz-Ventilsteuerzeiten;

- Speicherung der Referenz-Phasenwinkel und Referenz-Ventilsteuerzeiten auf einem Steuergerät des betreffenden Se- rien-Verbrennungsmotors, beispielsweise in Form eines Kenn ^¬ feldes, insbesondere eines Phasenwinkel-Kennfeldes;

- Messung der dynamischen Druckschwingungen im Ein- und/oder Auslasstrakt sowie des Kurbelwellenpositions-Feedbacksignals des Serien-Verbrennungsmotors und Ableitung der tatsächlichen Ventilsteuerzeiten hieraus durch

- Ermitteln der Phasenwinkel ausgesuchter Signalfrequenzen aus den am Serien-Verbrennungsmotor gemessenen Druckschwingungen und dem Kurbelwellenpositions-Feedbacksignal mit Hilfe Dis- kreter-Fourier-Transformation, sowie

- Ermitteln der Ventilsteuerzeiten des betreffenden Serien- Verbrennungsmotors auf Basis der ermittelten Phasenwinkel unter Heranziehung der Referenz-Phasenwinkel und der Refe ^¬ renz-Ventilsteuerzeiten gleicher Signalfrequenzen der Druck- Schwingungen des Referenz-Verbrennungsmotors und

- Erfassen von auftretenden Abweichungen zwischen den Referenz-Ventilsteuerzeiten und den tatsächlichen Ventilsteuerzeiten, sowie

- Durchführen von entsprechenden Kompensations- oder Korrek- turmaßnahmen der Ventilsteuerzeiten in Bezug auf die

Refernz-Ventilsteuerzeiten auf der Basis der erfassten Abweichungen .

Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für VVT-Verbrennungsmotoren, schließt allerdings Motoren mit fixen Ventilsteuerzeiten (4- und 2-Takt-Motoren) nicht aus. Bei VVT-Verbrennungsmotoren kann z.B. eine aktive Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwellenwin- kelposition und somit der Ventilsteuerzeiten erfolgen und somit der Fehler korrigiert werden. Bei Motoren mit fixen Steuerzeiten kann z.B. im Ablauf von Steuerungsroutinen auf verschiedene Datensätze bzw. Kennfelder in Abhängigkeit von der festge ^¬ stellten Abweichung der Ventilsteuerzeiten zugegriffen werden und die Abweichung dadurch kompensiert werden. Auch eine Nachjustierung des Motors bzw. eine Überarbeitung einzelner Bauteile nach Identifizierung und Quantifizierung der Abweichungen ist nicht ausgeschlossen (z.B. durch Fehlerspeichereintrag bei sehr großen erkannten Abweichungen) .

Das vorgenannte Verfahren kann in weiterer Ausprägung dahingehend erweitert oder ergänzt werden, dass aus den Refe ^¬ renz-Phasenwinkeln der ausgesuchten Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals und den zugeordneten Referenz-Ven- tilsteuerzeiten eine Modell-Funktion hergeleitet wird, die den Zusammenhang zwischen den Phasenwinkeln der ausgesuchten Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals und den Ventil ^¬ steuerzeiten abbildet. Der erwähnte Zusammenhang zwischen Ventilsteuerzeiten und dynamischen Druckschwingungen gilt sowohl für den Einlasstrakt in Kombination mit dem Einlassventil bzw. Einlass-Steuerschlitz als auch für den Auslasstrakt in Kombination mit dem Auslass ^¬ ventil bzw. Auslass-Steuerschlitz . Dies trifft somit auch für die erfindungsgemäß durchgeführten Schritte zu.

Bei einer Kopplung des Einlass- mit dem Auslasstrakt, bei ^¬ spielsweise durch Ventilüberschneidung, externe Abgasrückführung etc. , können Wechselwirkungen des Auslassventils mit dem dynamischen Druck im Einlasstrakt bzw. umgekehrt erfolgen. Auch tritt der erwähnte Zusammenhang zwischen Steuerzeiten und dynamischen Druckschwingungen sowohl im befeuerten als auch im nichtbefeuerten Motorbetrieb (z.B. Schleppbetrieb beim Aus ^¬ rollen etc.) auf. Die erfindungsgemäß durchgeführten Schritte betreffen daher auch diese Varianten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin vorteilhaft zur Bestimmung der während des Ansaugtaktes angesaugten Frischgasladung herangezogen werden. Die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt können mithilfe eines serienmäßigen zumeist ohnehin vorhandenen Drucksensors im Saugrohr gemessen werden, beispielsweise einem piezoresistiven Drucksensor. Das Kurbelwellenpositions-Feed- backsignal kann beispielsweise in bekannter Weise mit einem Zähnerad ( 60-2-Zähnerad) und einem Hall-Sensor ermittelt werden .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit Ventilsteuerzeiten vorzugsweise aus dem Signal des Serien-Saugrohr- drucksensors ermittelt. Die bisher verwendeten Ansätze, zum Beispiel mittels eines Nockenwellen-Gebersignals können nur einen Teil der auftretenden Toleranzen erkennen. Beispielsweise kann eine Winkelabweichung bei der Nockenposition auf der Nockenwelle bisher nicht erkannt werden. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht. Das Verfahren erfordert keine zusätzliche Hardware, da vorzugsweise ein bereits vor ^¬ handener Saugrohrdrucksensor verwendet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeis- pieles im Einzelnen erläutert. Das Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Auswertung des Zusammenhanges zwischen den dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt und der Ventilsteuerzeit des Einlassventils. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch Verfahren umfasst, die den Zusammenhang zwischen den dynamischen Druckschwingungen im Abgastrakt und der Ventilsteuerzeit des Aus ^¬ lassventils sowie die erwähnten Wechselwirkungen zwischen Einlass- und Auslasstrakt durch die Kopplung beider Systeme auswerten.

Das folgende Beispiel zur Berechnung von Ventilsteuerzeiten an einem Verbrennungsmotor mit über einen Phasenversteller in Relation zum Kurbelwellenwinkel verstellbarer Nockenwellen- winkelposition basiert zunächst auf der Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors wie folgt:

a) Messen der dynamischen Druckschwingungen im Einlassund/oder Auslasstrakt des Referenz-Verbrennungsmotors über ein Arbeitsspiel mit bekannten Einlasssteuerzeiten,

StZ_RefMo_0, ohne Steuerzeitverschiebung;

b) Wiederholen der Messung mit um eine bekannte Referenz-Steuerzeitverschiebung, StZ_RefMo_RefV, verstellten Ventilsteuerzeiten;

c) Ermitteln zumindest eines Phasenwinkels PhW_RefMo_0 für Steuerzeit StZ_RefMo_0 und zumindest eines Phasenwinkels PhW_RefMo_RefV für zumindest eine der Steuerzeiten

StZ_RefMo_RefV, durch diskrete Fourier-Transformation der Daten aus a) und b) für zumindest eine der ausgewählten Signalfrequenzen des Saugrohrdrucksignals (z.B. Ansaug ^¬ frequenz und Harmonische der Ansaugfrequenz ) und;

d) Speicherung der Referenz-Phasenwinkel und Refe ^¬ renz-Ventilsteuerzeiten, zum Beispiel in Form eines Phasenwinkel-Kennfeldes, auf einem Motor-Steuergerät des betreffenden Serien-Verbrennungsmotors .

An dem Serien-Verbrennungsmotor mit unbekannter Einlasssteuerzeit StZ_SeMo_Ist kann diese dann in weiterer Ausführung des Verfahrens und unter Heranziehung der Referenzwerte, zum Beispiel aus dem zuvor genannten Phasenwinkel-Kennfeld ermittelt werden wie folgt:

1) Messen der dynamischen Druckschwingungen des Saugrohrdrucks im Einlass- und/oder Auslasstrakt des betreffenden Se ^¬ rien-Verbrennungsmotor;

2) Ermitteln der gegebenen Phasenwinkel PhW_SeMo_Ist mit Hilfe einer diskreten Fourier-Transformation für die ausgewählten Signalfrequenzen der Druckschwingungen und 3) Berechnen der bisher unbekannten Einlasssteuerzeit

StZ_SeMo_Ist , zum Beispiel gemäß der folgenden Mo ^¬ dell-Funktion, die auf einem linearen Ansatz beruht:

StZ_SeMo_Ist = StZ_RefMo_0 + ( StZ_RefMo_RefV - StZ_RefMo_0) * ( (PhW_SeMo_Ist - PhW_RefMo_0) / ( PhW_RefMo_RefV - PhW_RefMo_0) )

Wie vorstehend erläutert wird hier ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Verschiebung der Ventilsteuerzeiten und der Verschiebung des Phasenwinkels ausgesuchter Signalfrequenzen des Druckschwingungs-Signals vorausgesetzt und aus den er ^¬ mittelten Referenzwerten des Referenz-Verbrennungsmotors die oben dargestellte lineare Modell-Funktion (Polynom 1. Ordnung) hergeleitet .

Dieses lineare Modell eignet sich insbesondere bei der Be ^¬ trachtung einzelner Referenz-Wertegruppen (StZ_RefMo_0

/PhW_RefMo_0 und StZ_RefMo_RefV /PhW_RefMo_RefV) .

Durch die Verwendung mehrerer Referenz-Wertegruppen kann die Genauigkeit des Verfahrens ggf. erhöht werden. Entsprechend herzuleitende Modell-Funktionen münden dann in Polynomen höherer Ordnung

Im Folgenden wird die praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals an einem weiteren Beispiel erläutert.

Zunächst wird dazu ein Referenz-Verbrennungsmotor bereitgestellt, der mit Vorrichtungen zur Phasenverstellung der Nockenwellen, im Folgenden kurz Phasenversteller genannt, also zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten, in Bezug auf die Kurbelwelle und mit einem Saugrohr-Drucksensors, der bei Verbrennungsmotoren neuerer Bauart ohnehin vorhanden ist, ausgestattet ist. An diesem Referenz-Verbrennungsmotor werden mittels des Saugrohr-Druck- sensors im Betrieb Druckschwingungen im Saugrohr bei unterschiedlich eingestellten Ventilsteuerzeiten gemessen und die entsprechenden Druckschwingungssignale zur weiteren Verarbeitung gespeichert.

Mithilfe einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) werden aus den ermittelten Druckschwingungssignalen nun die Phasenwinkel für eine einzelne ausgewählte Signalfrequenzen für die verschiedene Ventilsteuerzeiten, also für verschiedene mittels des Pha- senverstellers einstellbare Phasenlagen der Nockenwelle der Einlassventile, ermittelt.

Die Phasenlage der jeweiligen Ventilsteuerzeit, also bei der jeweils eingestellten Phasenverstellung der Nockenwelle, werden im Folgenden mit IV_VCP_X (Intake Valve Valve Camshaft Position) bezeichnet. Die an diese Bezeichnung angehängte Zahl X bezeichnet die jeweilige Phasenverstellung der Ventilsteuerzeit gegenüber der Referenzposition ohne Phasenverstellung IV_VCP_0 in °KW (Grad-Kurbelwellenwinkel) , die am realen Motor dem mechanischen Anschlag der Phasenversteller entspricht und somit eindeutig definiert ist.

Der ermittelte Phasenwinkel der ausgesuchten Signalfrequenz bei IV_VCP_0 ohne Phasenverstellung, also bei 0° Phasenverstellung wird nun für die jeweils betrachtete Signalfrequenz als Referenz festgelegt und nachfolgend als „Phase_Zero_Reference-Pattern" (P_Z_RP) bezeichnet.

Die jeweils ermittelten Phasenwinkel bei Phasenverstellung von z.B. IV_VCP_X mit X = 1, 2, 4, 7 oder 10 wird analog als

„Phase_X_Reference-Pattern" (P_X_RP) bezeichnet, wobei X für die Verschiebung der Steuerzeit in °KW (Grad-Kurbelwellenwinkel) gegenüber der Referenz, IV_VCP_0, steht. Nun wird die Phasenwinkel-Verschiebung zwischen IV_VCP_0 und dem jeweiligen Phasenwinkel bei den weiteren Steuerzeiten für die jeweils ausgesuchte Signalfrequenz nach dem Schema P_X_RP - P_Z_RP berechnet.

Nach diesem Schema wird nun beispielsweise der Abstand zwischen dem Phasenwinkel der Referenz-Steuerzeit (IV_VCP_0) und dem Phasenwinkel bei der um 10°KW verstellten Steuerzeit IV_VCP_10 berechnet. Dieser Abstand wird anschließend durch die gewählte Verstellung der Steuerzeit (in diesem Fall 10 °KW) geteilt. Der so erhaltene Wert gibt somit an, um welchen Betrag oder welches Increment sich der Phasenwinkel der ausgesuchten Signalfrequenz ändert, wenn die Ventilsteuerzeit um 1°KW verstellt wird und wird nachfolgend als „Increment-Phase-Offset-Value" (IPOV) be- zeichnet.

In der folgenden Gleichung 1) ist diese Berechnung nochmals dargestellt :

Gleichung 1): IPOV = (P_10_RP - P_Z_RP) /10

Der lineare Ansatz über den berechneten Wert IPOV stellt somit eine Übersetzungsmöglichkeit zwischen Phasenwinkelverschiebung und Steuerzeitverschiebung (für die entsprechende Signalfre ^¬ quenz) dar.

Mithilfe des Wertes IPOV ist es nun möglich, die exakten Ventilsteuerzeiten an den Serien-Verbrennungsmotoren gleicher Bauart und Dimensionierung anhand des im Saugrohr gemessenen Druckschwingungssignals zu bestimmen. Nachfolgend wird dies beispielhaft ausgeführt:

Die zunächst unbekannte Ventilsteuerzeit des Serien-Verbren ^¬ nungsmotors entspricht dem Wert IV_VCP_X-SM, wobei X in diesem Fall die unbekannte Größe der zum Beispiel auf Toleranzen oder Verschleiß beruhenden Ventilsteuerzeit-Verschiebung, also des Phasenfehlers, ist und die Erweiterung SM den Serien-Verbrennungsmotor kennzeichnet. Der Incrementwert IPOV für das Umrechnungsverhältnis für die jeweilige ausgesuchte Signalfrequenz ist aus der oben erläu ^¬ terten Betrachtung am Referenz-Verbrennungsmotor bekannt.

Nun muss zunächst der Phasenwinkel der ausgesuchten Signal- frequenz des Druckschwingungssignals im Saugrohr des Se ^¬ rien-Verbrennungsmotors ermittelt werden. Diese wird im Fol ^¬ genden in Anlehnung an die oben gewählten Bezeichnungen mit P_X_RP-SM bezeichnet.

Die Berechnung der einzelnen Ventilsteuerzeiten IV_VCP erfolgt dazu nach der in Gleichung 2) dargestellten linearen Modell-Funktion .

Gleichung 2) : IV_VCP_X-SM = [ (P_X_RP-SM - P_Z_RP) / IPOV] Wobei P_Z_RP, wie oben bereits dargestellt den Phasenwinkel der ausgesuchten Signalfrequenz bei IV_VCP_0 ohne Phasenverstel ^¬ lung, also bei 0° Phasenverstellung des Referenz-Verbrennungsmotors bezeichnet. Es zeigt sich, dass bei geeigneter Wahl besonders gut geeigneter Signalfrequenzen zur Bestimmung der Phasenwinkel die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die eingangs erwähnten Abweichungen zwischen einem Referenzmotor und allen Serienmotoren der selben Baureihe zu identifizieren und zu quantifizieren. Dadurch kann eine Adaption im Steuergerät erfolgen und eine Verbesserung bei der Berechnung der angesaugten Frischgasladung erreicht werden (Beseitigung des Phasen-Offsets in den Steuerzeiten) . Hierdurch ergeben sich Vorteile in Bezug auf Emissionen, Verbrauch, Laufruhe, Leistung, der Regelbarkeit und der Steuerung des Motors.