DE102005046751B4

DE102005046751B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005046751B4
Application number: DE102005046751A
Authority: DE
Inventors: Kia Hsu; Dirk Dr. Schneider
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: US8155863B2; DE102005046751A1; US20080255751A1; WO2007036411A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, mit folgenden Schritten:
a) bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts werden für mindestens zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen (100) jeweils Führungsgrößen ermittelt und in Abhängigkeit von den Führungsgrößen jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet,
b) abhängig von den Betriebsartgütewerten wird eine Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt, und
c) in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der ausgewählten Betriebsart (OPMOD_SEL) werden Stellgrößen ermittelt und eingestellt, wobei die Führungsgrößen erste Führungsgrößen aufweisen, die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt (t_B) bis zu ersten Endführungsgrößen zu einem Endzeitpunkt (t_E) einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion (F(t)) folgen, und die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen ermittelt werden,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
An Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften auch die Emissionen gering gehalten werden. Derartige Anforderungen können gut erfüllt werden, wenn in einem Brennraum der Brennkraftmaschine Kraftstoff in mindestens zwei Betriebsarten eingespritzt wird, wobei zwischen den Betriebsarten umgeschaltet werden kann. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung für eine derartige Brennkraftmaschine.
Kraftstoff kann in Brennkraftmaschinen beispielsweise in einem Homogenbetrieb oder in einem Schichtbetrieb in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff vorwiegend während der Ansaugphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, und damit bis zur Zündung des Kraftstoffs noch weitgehend verwirbelt, was zu einem weitgehend homogenen Kraftstoff/Luft-Gemisch führt. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff überwiegend während der Verdichtungsphase in den Brennraum eingebracht. Damit ist bei der Zündung des Kraftstoffs eine Brennstoffschichtung im Brennraum gegeben. Der Schichtbetrieb ist hauptsächlich für den Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet.
Neben dem Homogenbetrieb oder dem Schichtbetrieb gibt es noch verschiedene Zwischenformen zwischen diesen beiden Betriebsarten bzw. die entsprechenden Betriebsarten kombiniert mit Einfachspritzung oder Mehrfacheinspritzung.
Aus der EP 1 081 363 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Betriebsartenkennfeld in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine adaptiert wird.
Aus dem Artikel „Effiziente Motorapplikation mit lokal linearen neuronalen Netzen" (MTZ 5/2003, Jahrgang 64, S. 406–413) ist ein Verfahren zur Applikation von Steuergerätefunktionen, insbesondere für die Anwendung bei Motoren, bekannt.
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 für mindestens zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen jeweils Führungsgrößen ermittelt und in Abhängigkeit von den Führungsgrößen jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet. Abhängig von den Betriebsartgütewerten 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. Die Führungsgrößen weisen 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. Die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen werden ermittelt, wenn in dem Anfangszeitpunkt eine Änderung der Betriebsgrößen erfolgt, wobei die ersten Anfangsführungsgrößen abhängig von den zum Anfangszeitpunkt gültigen ersten Führungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen abhängig von den Betriebsgrößen ermittelt werden.
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.
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.
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 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.
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 VVL_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 VVL_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.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, mit folgenden Schritten: a) bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts werden für mindestens zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen (100) jeweils Führungsgrößen ermittelt und in Abhängigkeit von den Führungsgrößen jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet, b) abhängig von den Betriebsartgütewerten wird eine Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt, und c) in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der ausgewählten Betriebsart (OPMOD_SEL) werden Stellgrößen ermittelt und eingestellt, wobei die Führungsgrößen erste Führungsgrößen aufweisen, die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt (t_B) bis zu ersten Endführungsgrößen zu einem Endzeitpunkt (t_E) einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion (F(t)) folgen, und die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen ermittelt werden, wenn in dem Anfangszeitpunkt (t_BEG) eine Änderung der Betriebsgrößen (100) erfolgt, und wobei die ersten Anfangsführungsgrößen abhängig von den zum Anfangszeitpunkt (t_B) gültigen ersten Führungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen abhängig von den Betriebsgrößen (100) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) für mindestens zwei Betriebsarten abhängig von den Betriebsgrößen (100) jeweils Teilbetriebsartgütewerte ermittelt werden und abhängig von den Teilbetriebsartgütewerten mittels einer Kostenfunktionen der Betriebsartgütewert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene zeitabhängige Funktion (f(t)) linear zeitabhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgrößen aus der Gruppe aus einem Frischgasmassenstrom-Sollwert (MAF_SP_TQ_MAX), einem Zündwinkel-Sollwert (IGA_SP), einem Nockenwellenphasing-Sollwert (CAM_PHA_SP), einem Einspritzphasing-Sollwert (INJ_PHA_SP), einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert (LAMB_SP), einem Ventilhub-Sollwert (VVL_SP), einem Überschneidungs-Sollwert VO_SP, einem Ladungsbewegungsklappenpositions-Sollwert, einem Abgasrückführrate-Sollwert (EGR_SP) und einem Zylinderausblendungs-Sollwert (CYL_FDOUT_SP) ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbetriebsartgütewerte aus der Gruppe aus einem relativen Kraftstoffverbrauch (FCC_REL), einer relativen Laufunruhe (ER_REL), einem relativen Dynamikverhalten (DYN_REL), einer relativen Abgasemission (EG_REL) und einem relativen Geräuschpegel (NL_REL) ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von Kennfeldern erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von neuronalen Netzen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Betriebsart (OPMOD_SEL) nur innerhalb vorgegebener Zeitabstände zugelassen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Betriebsart (OPMOD_SEL) abhängig von einem Mindestbetrag einer Änderung des Betriebsartgütewerts seit einer vorhergehenden Auswahl der Betriebsart (OPMOD_SEL) erfolgt, so dass die Anzahl von Schritten zur Auswahl der Betriebsart in einem festgelegten Zeitraum begrenzt ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, die ausgebildet ist zum a) Ermitteln von Führungsgrößen in Abhängigkeit von Betriebsgrößen (100) jeweils für mindestens zwei Betriebsarten bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts und Berechnen jeweils eines Betriebsartgütewerts in Abhängigkeit von den Führungsgrößen, b) Auswählen einer Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten abhängig von den Betriebsartgütewerten, und c) Ermitteln und Einstellen von Stellgrößen in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der ausgewählten Betriebsart (OPMOD_SEL), wobei die Führungsgrößen erste Führungsgrößen aufweisen, die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt (t_B) bis zu ersten Endführungsgrößen zu einem Endzeitpunkt (t_E) einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion (F(t)) folgen, und zum Ermitteln der ersten Anfangsführungsgrößen und der ersten Endführungsgrößen, wenn in dem Anfangszeitpunkt (t_BEG) eine Änderung der Betriebsgrößen (100) erfolgt, und zum Ermitteln der ersten Anfangsführungsgrößen abhängig von den zum Anfangszeitpunkt (t_B) gültigen ersten Führungsgrößen und der ersten Endführungsgrößen abhängig von den Betriebsgrößen (100).