Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einen guten Betrieb
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem
Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, in den in mindestens
zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird. Für mindestens
zwei Betriebsarten wird bezüglich
eines durch mindestens eine Betriebsgröße festgelegten Betriebspunkts
jeweils ein Betriebsartgütewert
berechnet. Abhängig
von dem Betriebsartgütewert
wird eine Betriebsart aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt. In
Abhängigkeit
von der mindestens einen Betriebsgröße und der ausgewählten Betriebsart
werden Stellgrößen ermittelt
und eingestellt.
Bei
Brennkraftmaschinen werden verschiedene Betriebsgrößen ermittelt.
Betriebsgrößen sind Messgrößen oder
daraus abgeleitete Größen. Diese sind
beispielsweise die Drehzahl, die Kupplungsmomentanforderung des
Fahrers sowie verschiedene negative und positive Momentenvorhalt-Anforderungen.
Dabei ist unerheblich, ob die Betriebsgrößen direkt von einem Sensor
erfasst werden oder ob sie aus anderen Messgrößen und Kennlinien bzw. Kennfeldwerten
ermittelt werden.
Es
werden bevorzugt mehrere Betriebsgrößen zur Bestimmung des Betriebsartgütewerts,
der ein Qualitätsmaß darstellt,
für jede
Betriebsart herangezogen. Die abhängig vom Betriebsartgütewert ausgewählte Betriebsart
wird dabei unter Berücksichtigung
von bevorzugt mehreren relevanten den Betriebspunkt beeinflussenden
Anforderungen ermittelt. Die Betriebsartgütewerte ermöglichen eine eindeutige, gezielte
und nachvollziehbare Betriebsartauswahl.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung werden für
die mindestens zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen jeweils Führungsgrößen ermittelt
und in Abhängigkeit
von den Führungsgrößen jeweils
der Betriebsartgütewert errechnet.
Die Führungsgrößen können besonders einfach
mittels bekannter Beziehungen aus den Betriebsgrößen bestimmt werden und damit
auf einfache Art und Weise auch der jeweilige Betriebsartgütewert ermittelt
werden, unter der Annahme, dass die Führungsgrößen auch tatsächlich so
eingestellt werden, falls die jeweilige Betriebsart ausgewählt wird.
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung werden für
mindestens zwei Betriebsarten abhängig von den Betriebsgrößen jeweils
Teilbetriebsartgütewerte
ermittelt und abhängig von
den Teilbetriebsartgütewerten
mittels einer Kostenfunktion der Betriebsartgütewert ermittelt. Die Teilbetriebsartgütewerte
lassen sich auf besonders einfache Weise mittels bekannter Beziehungen
aus den Betriebsgrößen bestimmen.
Durch die Ermittlung des Betriebsartgütewerts aus den Teilbetriebsartgütewerten
mittels der Kostenfunktion, die kundenspezifisch angepasst werden
kann, kann die Betriebsart eindeutig und nachvollziehbar ausgewählt werden.
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weisen die Führungsgrößen erste
Führungsgrößen auf,
die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts
ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt
bis zu ersten Endführungsgrößen zu einem
Endzeitpunkt einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion folgen, wobei
die ersten Anfangsführungsgrößen und
die ersten Endführungsgrößen ermittelt
werden, wenn in dem Anfangszeitpunkt eine Änderung der Betriebsgrößen erfolgt,
und wobei die ersten Anfangsführungsgrößen abhängig von
den zum Anfangszeitpunkt gültigen
ersten Führungsgrößen und
die ersten Endführungsgrößen abhängig von
den Betriebsgrößen ermittelt
werden.
Die
ersten Führungsgrößen können tatsächlich nur
entsprechend einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion eingestellt
werden, wobei die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen erst
bei einer Änderung
der relevanten Betriebsgrößen auf
neue erste Anfangsführungsgrößen und
neue erste Endführungsgrößen umgestellt werden.
Damit durchlaufen die ersten Führungsgrößen zum
Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts einen vorgegebenen
Bereich von den ersten Anfangsführungsgrößen bis
zu den ersten Endführungsgrößen, solange
keine Änderung
der relevanten Betriebsgrößen erfolgt.
Dies hat den Vorteil, dass eine gute Prädiktion der Betriebsartgütewerte möglich ist.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die vorgegebene zeitabhängige
Funktion linear zeitabhängig.
Dies hat den Vorteil, dass eine besonders einfache Berechnung der
Führungsgrößen sowie
eine gute Prädiktion
der Gütewerte
möglich
ist.
In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Führungsgrößen aus
der Gruppe aus einem Drehzahl-Sollwert, einem Frischgasmassenstrom-Sollwert,
einem Zündwinkel-Sollwert,
einem Nockenwellenphasing-Sollwert, einem Einspritzphasing-Sollwert, einem
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert,
einem Ventilhub-Sollwert, einem Überschneidungs-Sollwert,
einem Ladungsbewegungsklappenpositions-Sollwert, einem Abgasrückführrate-Sollwert
und einem Zylinderausblendungs-Sollwert ausgewählt.
In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Teilbetriebsartgütewerte aus
der Gruppe aus einem relativen Kraftstoffverbrauch, einer relativen
Laufunruhe, einem relativen Dynamikverhalten, einer relativen Abgasemission und
einem relativen Geräuschpegel
ausgewählt.
Diese Größen sind
für die
Bestimmung der Betriebsartgütewerte
besonders relevant, da sie Aussagen entweder über die Güte des Fahrkomforts eines Fahrzeugs
oder über
seine ökonomischen
oder ökologischen
Qualitäten
erlauben.
Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte
abhängig
von den Führungsgrößen mittels
des Einsatzes von Kennfeldern erfolgt. Dies ist eine besonders einfache
Methode zur Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels
des Einsatzes von neuronalen Netzen. Verfahren unter Einsatz neuronaler
Netze können
bei der Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte hocheffizient sein.
In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine Änderung
der Betriebsart nur innerhalb vorgegebener Zeitabstände zugelassen.
Dies ermöglicht
eine Reduzierung der Zahl der Vorgänge zum Umschalten zwischen
Betriebsarten und damit eine Glättung
des zeitabhängigen
Betriebsartenverlaufs durch eine Warteschleife.
In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswahl
der Betriebsart abhängig
von einem Mindestbetrag einer Änderung des
Betriebsartgütewerts
seit einer vorhergehenden Auswahl der Betriebsart, so dass die Anzahl
von Schritten zur Auswahl der Betriebsart in einem festgelegten
Zeitraum begrenzt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Zahl der Vorgänge zum
Umschalten zwischen den Betriebsarten reduziert wird und damit eine
Glättung
des zeitabhängigen
Betriebsartenverlaufs durch eine Hysteresekurve vorgenommen wird.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zur Auswahl
einer Betriebsart,
3 ein
Blockschaltbild eines ersten Programms, das in der Vorrichtung zur
Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
4 ein
Blockschaltbild eines weiteren Programms, das in der Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
5 ein
Blockschaltbild eines weiteren Programms, das in der Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
6 ein
Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine und
7 eine
Detaildarstellung aus dem Blockschaltbild von 6.
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine
Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Ansaugtrakt 11,
einen Motorblock 12, einen Zylinderkopf 14 und
einen Abgastrakt 16. Der Ansaugtrakt 11 umfasst
bevorzugt eine Drosselklappe 18, einen Sammler 20 und
ein Saugrohr 22, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen
Einlasskanal in einen Brennraum 13 des Motorblocks 12 geführt ist.
Der Motorblock 12 umfasst ferner eine Kurbelwelle 24,
welche über
eine Pleuelstange 26 mit einem Kolben 28 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist.
Der
Zylinderkopf 14 umfasst Ventiltriebe 34, 36,
denen ein Gaseinlassventil 30 bzw. ein Gasauslassventil 32 zugeordnet
sind. Ferner sind den Ventiltrieben 34, 36 bevorzugt
jeweils für
das Gaseinlassventil 30 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 32 Phasenversteller 38, 40 zugeordnet, mittels
denen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs bzw. des Gasauslassventilhubverlaufs
verstellbar ist, die auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle in einer
vorgegebenen Stellung der Kurbelwelle bezogen ist. Darüber hinaus
ist auch eine externe Abgasrückführung 42 vorgesehen.
Weiter kann zur Beeinflussung der Fluidströmung in den Brennraum 13 des
Zylinders Z1 hinein auch mindestens eine (nicht dargestellte) Ladungsbewegungsklappe
vorgesehen sein.
Der
Zylinderkopf 14 umfasst ferner ein Einspritzventil 44 und
eine Zündkerze 46.
Alternativ kann das Einspritzventil 44 auch in dem Saugrohr 22 angeordnet
sein.
In
dem Abgastrakt 16 ist ein Abgaskatalysator 48,
der bevorzugt als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist, und ein
NOX-Speicher-Katalysator 50 angeordnet.
Weiter
ist eine Steuervorrichtung 52 vorgesehen, der Sensoren
zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den
Wert der Messgrößen ermitteln.
Die Messgrößen und
die aus den Messgrößen abgeleiteten
Größen bilden
zusammen die Betriebsgrößen. Die
Steuervorrichtung 52 ermittelt abhängig von mindestens einer der
Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann
in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender
Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 52 kann
auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden.
Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 54, welcher eine
Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 56 erfasst, ein Luftmassensensor 58,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 18 erfasst,
ein erster Temperatursensor 62, welcher eine Ansauglufttemperatur
erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 64, welcher einen Saugrohrdruck
in dem Sammler 20 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 66,
welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl zugeordnet
wird. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 68 vorgesehen, der
eine Kühlmitteltemperatur
erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 70 ist vorgesehen, der
einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders erfasst. Ferner ist
eine Abgassonde 72 vorgesehen, die stromaufwärts des
Abgaskatalysators 48 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt
des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
dem Brennraum 13 des Zylinders Z1.
Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
Stellglieder
sind beispielsweise die Drosselklappe 18, die Gaseinlass-
und Gasauslassventile 30, 32, die Phasenversteller 38, 40,
die Ladungsbewegungsklappe, das Einspritzventil 44 oder
die Zündkerze 46.
Die
Brennkraftmaschine hat neben dem Zylinder Z1 auch weitere Zylinder
Z2, Z3, Z4, denen entsprechende Sensoren und Stellglieder zugeordnet
sind und die entsprechend gesteuert werden.
Die
Steuervorrichtung 52 entspricht einer Vorrichtung zum Steuern
der Brennkraftmaschine.
In 2 ist
ein Blockschaltbild zum Verfahren der Steuerung einer Brennkraftmaschine
dargestellt. Das Verfahren soll hier beispielhaft anhand von drei
Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2 und OPMOD_3 beschrieben werden. Es
versteht sich jedoch, dass das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
mit einer beliebigen Anzahl von Betriebsarten durchgeführt werden
kann, soweit mindestens zwei Betriebsarten beteiligt sind. Eine
Betriebsart kann beispielsweise ein Homogenbetrieb einer Benzindirekteinspritzung
während
der Ansaugphase, eine weitere ein Schichtbetrieb während der Verdichtungsphase
und eine dritte ein Mischbetrieb aus Homogen- und Schichtbetrieb
sein. Weitere Betriebsarten sind z. B. Homogen- und Schichtbetrieb kombiniert
mit verschiedenen Einspritzoptionen, wie Einfach- oder Mehrfacheinspritzung.
Aus
Betriebsgrößen 100 wird
zuerst in Blöcken
zur Betriebspunktberechnung 110, 111, 112 jeweils
für jede
Betriebsart ein Betriebspunkt OP_1, OP_2, OP_3 mit Führungsgrößen berechnet.
Die Betriebspunkte OP_1, OP_2, OP_3 werden im weiteren jeweils Blöcken zur
Betriebspunktbewertung 120, 121, 122 zugeführt, in
denen jeweils Betriebsartgütewerte
Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 ermittelt werden. In einem Block
Betriebsauswahl 130 wird dann eine gewählte Betriebsart OPMOD_SEL
bestimmt. In Abhängigkeit
von den Betriebsgrößen 100 der
gewählten
Betriebsart OPMOD_SEL werden dann relevante Stellgrößen ermittelt
und eingestellt.
Das
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine muss nicht jeweils
für alle
drei Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3 durchgeführt werden.
Es kann bereits ausreichen, wenn mindestens zwei Betriebsarten für das Verfahren
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden und für diese
das Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Als
Betriebsgrößen 100 werden
in diesem Ausführungsbeispiel
eine Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU, ein Drehzahl-Istwert N_AV, eine
Positiv-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_POS, eine Negativ-Momentenvorhalt-Anforderung
TQ_ADD_REQ_NEG und eine Abgaswärmestrom-Anforderung
IG_HFX_REQ verwendet. Das Verfahren ist jedoch auch auf eine Teilmenge
dieser Betriebsgrößen oder
auf weitere, hier nicht dargestellte Betriebsgrößen anwendbar.
In
den 3 bis 5 ist das Verfahren zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine, wie in 2 dargestellt,
anhand einer beispielhaften Ausführungsform
weiter detailliert.
3 zeigt
die Betriebspunktberechnung für eine
Betriebsart entsprechend einem der Blöcke 110, 111, 112 der 2.
Die Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU wird zusammen mit der
Positiv-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_POS zu einem maximal
realisierbaren Moment TQ_MAX_SP addiert. Weiter wird die Kupplungsmoment-Anforderung
TQ_REQ_CLU zusammen mit der Negativ-Momentenvorhalt-Anforderung
TQ_ADD_REQ_NEG zu einem minimal realisierbaren Moment TQ_MIN_SP
kombiniert. Das maximal darzustellende Moment TQ_MAX_SP wird zusammen
mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem Kennfeld KF2 zugeführt, mittels
dessen ein Füllungs-Sollwert
MAF_SP_TQ_MAX ermittelt werden kann. Der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
ist der Sollwert, der sich für
die Füllung
bei ansonsten optimal eingestellten Parametern ergibt. Der Füllungs-Sollwert
MAF_SP_TQ_MAX wird nun zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem
Kennfeld KF3 zugeführt
und mit diesem ein Zündwinkel-Referenzwert
IGA_REF ermittelt. Weiter wird der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem Kennfeld KF4 zugeführt und
mittels diesem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert LAMB_REF bestimmt. Weiter
wird aus dem Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV über ein Kennfeld KF5 ein Ventilhub-Sollwert
VVL_SP ermittelt. Ebenso wird aus den beiden Größen Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
und Drehzahl-Istwert N_AV mittels eines Kennfelds KF6 ein Überschneidungs-Sollwert
VO_SP bestimmt. Über
ein Kennfeld KF7 mit dem Eingangsgrößen-Drehzahl-Istwert N_AV und
Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
wird ein Zündwinkelspätzug-Maximalwert
IGA_MIN_DIF bis zum Minimalzündwinkel an
diesem Betriebspunkt ermittelt. Durch Division des minimal realisierbaren
Moments TQ_MIN_SP durch das maximal realisierbare Moment TQ_MAX_SP
wird eine minimal realisierbare Wirkungsgradkorrektur, der Minimal-Zündwinkel-Wirkungsgradkorrektur-Sollwert EFF_IGA_MIN_SP
ermittelt. Über
eine Kennlinie KL2 ergibt sich aus diesem eine auf der minimalen
Wirkungsgradkorrektur basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ des Zündwinkelspätzugs. Ist
die auf der minimalen Wirkungsgradkorrektur basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ
des Zündwinkelspätzugs kleiner oder
gleich dem Zündwinkelspätzug-Maximalwert IGA_MIN_DIF,
so ist der Betriebspunkt in der Betriebsart realisierbar und ein
Betriebspunktgültigkeitswert
OP_VAL wird gleich 1 gesetzt. Ist die auf der minimalen Wirkungsgradkorrektur
basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ des Zündwinkel spätzugs größer als der Zündwinkelspätzug-Maximalwert IGA_MIN_DIF,
so kann die Bedingung der negativen Momentenvorhalt-Anforderung
nicht erfüllt
werden und der Betriebspunkt ist in der Betriebsart nicht realisierbar.
Der Betriebspunktgültigkeitswert
OP_VAL wird dann gleich Null gesetzt. Aus der Kupplungsmoment-Anforderung
TQ_REQ_CLU und dem maximal realisierbaren Moment TQ_MAX_SP wird
ein Zündwinkel-Wirkungsgradkorrektur-Sollwert EFF_IGA_SP
bestimmt. Dieser Wert wird nun zusammen mit dem Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX
und der Abgaswärmestrom-Anforderung
EG_HFX_REQ einem Kennfeld KF1 zugeführt. Damit lässt sich
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Referenzwert
LAMB_REF_ADD_TEG bestimmen. Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Referenzwert
LAMB_REF_ADD_TEG wird zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert LAMB_REF
addiert, wodurch sich ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP ergibt.
Aus dem Zündwinkel-Wirkungsgradkorrektur-Sollwert EFF_IGA_SP
kann mittels einer Kennlinie KL1 ein Wert für die Zündwinkelspätzug-Anforderung IGA_DIF_TQ_REQ
ermittelt werden. Weiter wird aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert
LAMB_SP über
eine Kennlinie KL3 eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zündwinkelkorrektur
IGA_COR_LAMB bestimmt. Diese zusammen mit dem Wert für die Zündwinkelspätzug-Anforderung
IGA_DIF_TQ_REQ und dem Zündwinkel-Referenzwert
IGA_REF bilden durch Summation einen Zündwinkel-Sollwert IGA_SP.
Der
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP,
der Zündwinkel-Sollwert
IGA_SP, der Füllungs-Sollwert
MAF_SP_TQ_MAX, der Ventilhub-Sollwert WL_SP, der Überschneidungs-Sollwert VO_SP
und die Betriebspunktgültigkeit
OP_VAL bilden zusammen die Führungsgrößen des
hier dargestellten Beispiels.
Über das
dargestellte Beispiel hinausgehend können natürlich weitere Führungsgrößen ermittelt werden,
soweit dies für
das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine erforderlich
ist. Insbesondere kann ein Nockenwellenphasing-Sollwert CAM_PHA_SP,
ein Einspritzphasing-Sollwert INJ_PHA_SP, ein Ladungsbewegungsklappenpositions-Sollwert
PORT_SP, ein Abgasrückführrate-Sollwert
EGR_SP und ein Zylinderausblendungs-Sollwert CYL_FDOUT_SP ausgewählt werden.
Es versteht sich, dass auch Teilmengen aus der genannten Gruppe
der Führungsgrößen für das Verfahren
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden können.
In 4 ist
die Ermittlung von Teilbetriebsartgütewerten aus den Führungsgrößen dargestellt. Die
Führungsgrößen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert
LAMB_SP, Zündwinkel-Sollwert IGA_SP,
Füllungs-Sollwert
MAF_SP_TQ_MAX, Ventilhub-Sollwert
WL_SP und Überschneidungs-Sollwert
VO_SP werden jeweils den Kennfeldern KF8, KF9, KF10 und KF11 zugeführt, um
damit Teilbetriebsartgütewerte zu
bestimmen. Die Teilbetriebsartgütewerte
sind relative Größen, die
jeweils auf einen Referenzwert bezogen sind, der bevorzugt bezogen
auf die Führungsgroßen einen
Bestwert annimmt. Mittels des Kennfelds KF8 wird eine relative Laufunruhe
ER_REL, mittels des Kennfelds KF9 ein relativer Kraftstoffverbrauch
FCO_REL, mittels des Kennfelds KF10 ein relativer Geräuschpegel
NL_REL und mittels des Kennfelds KF11 eine relative Abgasemission EG_REL
ermittelt.
In
einer weiteren Ausführungsform
erfolgt die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte mittels des Einsatzes
von neuronalen Netzen anstelle oder in Kombination mit Kennfeldern.
Neuronale Netze können
bei der Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte hocheffizient sein.
Die
vier Teilbetriebsartgütewerte
ER_REL, FCO_REL, NL_REL, EG_REL werden als Eingangsgrößen an die
jeweiligen Kostenfunktionen für
die Betriebspunkte 140, 141, 142 übergeben,
wenn der entsprechende Betriebspunktgültigkeitswert OP_VAL den Wert
1 annimmt (5). Mittels der Kostenfunktionen 140, 141, 142 werden
nun die Betriebsartgütewerte
Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2 und Q_OPMOD_3 bestimmt. Aus dem Maximalwert
der Betriebsartgütewerte
Q OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 ergibt sich schließlich, welche
der drei Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3 als gewählte Betriebsart
OPMOD_SEL festgelegt wird. Die abhängig von den Betriebsartgütewerten ausgewählte Betriebsart
OPMOD_SEL wird also unter Berücksichtigung
von bevorzugt mehreren relevanten den Betriebspunkt beeinflussenden
Anforderungen ermittelt.
Zur
Vermeidung zu häufiger
und zu schneller Schaltvorgänge
zwischen den Betriebsarten kommt vorzugsweise eine Warteschleife
oder eine Hysteresefunktion zum Einsatz. Damit kann die Zahl der
Vorgänge
zum Umschalten zwischen den Betriebsarten reduziert und so der zeitliche
Betriebsartverlauf geglättet
werden.
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Im oberen Teil
der Figur ist das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
wie aus 2 bekannt, dargestellt. Zusätzlich sind
erste Führungsgrößen SP_1–SP_N gezeigt,
die jeweils einer Rampenfunktion 150 folgen und die den
Blöcken
zur Betriebspunktberechnung 110, 111, 112 und
den Blöcken
zur Betriebspunktbewertung 120, 121, 122 zugeführt werden.
Eine
derartige Rampenfunktion 150 ist detailliert in 7 gezeigt.
Ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen SP_1_B–SP_N_B
zu einem Anfangszeitpunkt t_B folgen die ersten Führungsgrößen SP_1–SP_N einer
zeitabhängigen
Funktion F(t), um schließlich
zum Endzeitpunkt t_E erste Endführungsgrößen SP_1_E–SP_N_E
zu erreichen. In dem in 7 dargestellten Beispiel ist
die zeitabhängige Funktion
F(t) linear von der Zeit abhängig.
Die Funktion F(t) kann jedoch zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B
und dem Endzeitpunkt t_E grundsätzlich jeden
beliebigen gewünschten
funktionalen Verlauf annehmen.
Die
ersten Führungsgrößen SP_1–SP_N sind
Führungsgrößen, deren
dynamisches Verhalten relativ langsam ist und die mit einem Tiefpassverhalten
charakterisiert werden können.
Das dynamische Verhalten von Größen wird
in diesem Zusammenhang als langsam bezeichnet, wenn ihre Zeitkonstante
im Bereich mehrerer 100 ms liegt und damit um einen Faktor 10 bis über 100 über der
Zeitkonstante eines Zylindersegments, d.h. der durch die Zahl der
Zylinder geteilten Zeit eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine
liegt. Nach der Bestimmung neuer Betriebsgrößen 100 werden die
ersten Anfangsführungsgrößen SP_1_B–SP_N_B
entsprechend den zum Anfangszeitpunkt t_B gültigen ersten Führungsgrößen als
Ausgangsgrößen und
die ersten Endführungsgrößen SP_1_E–SP_N_E
in Abhängigkeit
von den neuen Betriebsgrößen 100 als
Zielgrößen festgelegt.
Zwischen
dem Zeitpunkt t_B und dem Zeitpunkt t_E erfolgt zu jedem Zeitpunkt
in Abhängigkeit vom
Verlauf der Funktion F(t) eine Betriebspunktberechnung und eine
Betriebspunktbewertung. Der Vergleich der dadurch ermittelten Betriebsartgütewerte
Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2 und Q_OPMOD_3 resultiert in einer gewählten Betriebsart
OPMOD_SEL, wie dies weiter oben anhand der 2 bis 5 bereits
dargestellt ist.
Die
zeitliche Änderung
der ersten Führungsgrößen SP_1–SP_N mit
langsamem Ansprechverhalten ist von übergeordneter Priorität in Bezug
auf den Übergang
zwischen der aktuellen Betriebsart und der ausgewählten Betriebsart
OPMOD_SEL. Dies bedeutet, dass der funktionale Verlauf der ersten
Führungsgrößen SP_1–SP_N in
der Zeit zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B und dem Endzeitpunkt
t_E nicht beeinflussbar ist, solange keine neuen Betriebsgrößen 100 ermittelt
werden. Der in der Zeit zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B und dem Endzeitpunkt
t_E ermittelten Betriebsart OPMOD_SEL stehen als Freiheitsgrade
zweite Führungsgrößen SP_N
+ 1–SP_M
zur Verfügung,
die keine gemeinsame Schnittmenge mit der Gruppe der ersten Führungsgrößen SP_1–SP_N haben.
Die Gruppe der zweiten Führungsgrößen SP_N
+ 1–SP_M
umfasst dabei alle Führungsgrößen mit schnellem
dynamischen Verhalten, d.h. eine Änderung der zweiten Führungsgrößen SP_N
+ 1–SP_M ist
innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine abgeschlossen.
Zu diesen zweiten Führungsgrößen SP_N
+ 1–SP_M
gehören
beispielsweise der Zündwinkel
und das Einspritzphasing.