DE19729212A1 - Verfahren zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren - Google Patents
Verfahren zur optimierten Steuerung von VerbrennungsmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimierten Steuerung von
Verbrennungsmotoren durch Berechnen von Steuerungsmaßnahmen in
Abhängigkeit vom regelmäßigen Vergleichen des aktuellen Betriebszustandes
mit Motorkennfeldern. Ein derartiges Verfahren wird insbesondere für die
Steuerung von Verbrennungsmotoren benötigt, wenn sie unter wechselnden
Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommen können.
Für die Steuerung von modernen Verbrennungsmotoren werden Steuergeräte
verwendet die zur Ableitung von Vorgaben für ausgewählte Motorsteuergrößen
Motorkennfelder nutzen, die in Speicherbausteinen abgelegt sind. Durch die
Motorenhersteller werden diese Kennfelder für den Motorbetrieb unter genormten
Betriebsbedingungen und gegebenenfalls auch für verschiedene
Anforderungscharakteristika ermittelt.
Nach dem Stand der Technik werden die eingesetzten Speicherbausteine für eine
bestimmte Motorentype mit einem einheitlichen Inhalt ausgestattet und stehen für
das Motormanagement in Form von Nur-Lesespeichern zur Verfügung. Dies
kommt der kostengünstigen Herstellung der Steuergeräte entgegen, steht jedoch
im Widerspruch zu der Erkenntnis, daß die optimierte Steuerung nicht nur von
charakteristischen Motorkennwerten, sondern auch von wichtigen
Umgebungsbedingungen abhängig ist. Dies schränkt die effektive Nutzung von
Gebrauchswerteigenschaften nicht nur beim Motoreneinsatz unter anerkannt
extremen Einsatzbedingungen sondern auch beim regelmäßigen Einsatz der
Motoren unter von den Normbedingungen abweichenden Umweltfaktoren ein.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optimierten Steuerung
von Verbrennungsmotoren zu schaffen, das die Mängel des bekannten Standes
der Technik nicht mehr aufweist und den effizienten Motorenbetrieb unter
Ausschöpfung vorhandener Leistungs- und Lebensdauerreserven bei
gegebenenfalls minimiertem Verschleiß ermöglicht. Die technischen Mittel für die
Anwendung des Verfahrens sollen dabei nicht wesentlich über den bisher
gebräuchlichen technischen Aufwand hinaus gehen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden
Merkinale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, daß die jeweiligen Steuerungsmaßnahmen in
Abhängigkeit vom regelmäßigen Vergleichen des aktuellen Betriebszustandes
mit dem Inhalt von Motorenkennfeldern berechnet werden, wobei die Parameter
der Motorkennfelder in Abhängigkeit von den aktuellen Zustandskenndaten des
Motors und weiterer den Motorbetrieb beeinflussenden Informationen über die
Umgebungsbedingungen variiert werden.
Die aktualisierten Motorkennfelder sind für das elektronische Steuerungsgerät
des jeweiligen Motors ständig verfügbar.
Die konkreten Steuerungsmaßnahmen werden für wichtige Einflußgrößen des
Motorbetriebs jeweils in Abhängigkeit von aktuellen Informationen über den
Betriebszustand und von den ermittelten Motorkennfeldern für spezifische
Einsatzcharakteristika bestimmt.
Mit dieser neuen Vorgehensweise ist es möglich, den vom Hersteller für
genormte Einsatzbedingungen vorgesehenen Motorenbetrieb auf effiziente Weise
aufrechtzuerhalten, wenn es zu einem Einsatz des jeweiligen
Verbrennungsmotors unter markant von den Normbedingungen abweichenden
Umweltfaktoren kommt. Diese Situation tritt deutlich in Erscheinung, wenn es
beispielsweise zum Einsatz eines für den europäischen Markt produzierten
Kraftfahrzeuges unter tropischen Bedingungen kommt. Ähnlich wechselnde
Randbedingungen verzeichnen beispielsweise auch Schiffsantriebe auf der Basis
von Verbrennungsmotoren, die regelmäßig unter von Normalbedingungen
abweichenden Situationen betrieben werden.
Mit der Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung werden die für die
Motorsteuerung zu nutzenden Motorkennfelder nicht nur unter Berücksichtigung
der aktuellen Zustandskenndaten des Motors sondern auch der weiteren den
Motorenbetrieb beeinflussenden Informationen über die Umgebungsbedingungen
variiert. Dies geschieht vorschlagsgemäß über Berechnungsvorgänge, die
bedarfsweise vom Hersteller, von autorisierten Werkstätten oder vom jeweiligen
Steuergerät selbst vorgenommen werden. Auf diese Weise stehen dem
Steuergerät für den Verbrennungsmotor jeweils aktualisierte Motorkennfelder zur
Verfügung, von denen die erforderlichen Steuerungsmaßnahmen für wichtige
Einflußgrößen des Motorbetriebes abgeleitet werden können.
Bevorzugt werden die Steuerungsmaßnahmen für die Einflußgrößen
Zusammensetzung, Dosiermenge, Vordruck und Temperatur des Kraftstoffes
sowie für die Einflußgröße Zündzeitpunkt bestimmt.
Dazu werden als weitere Informationen für die Bestimmung der zu nutzenden
Motorkennfelder Daten der Umgebungsbedingungen, wie Luftdruck,
Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit, verwendet.
Zusätzlich ist es möglich, als weitere Informationen für die Bestimmung der zu
nutzenden Motorkennfelder Daten der Anforderungscharakteristik, wie
Anfahrzustand, Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung, Stadtfahrt und
Tempomatbetrieb, zu verwenden.
Die unter Berücksichtigung der Motor-, Umwelt- und Anforderungsdaten
korrigierten Kennfelder werden bevorzugt vom Steuergerät des jeweiligen
Verbrennungsmotors selbst bereitgestellt.
Es ist jedoch auch möglich, daß die benötigten korrigierten Kennfelder
entsprechend dem konkreten Einsatzort des Fahrzeuges vom Hersteller
konfiguriert und im Steuergerät des Verbrennungsmotors abgespeichert werden.
Dazu werden für das Abspeichern der Motorkennfelder in den jeweiligen
Steuergeräten als Speichermedium für die Bereitstellung der Motorkennfelder
reprogrammierbare Speicherbausteine verwendet. Das Speichern der für die
konkreten Einsatzbedingungen bestimmten Motorkennfelder wird vom
Mikrorechner des Steuergerätes selbst ausgelöst.
Es ist auch möglich, daß die Neuberechnung von Parametern des
Motorkennfeldes sowie das Abspeichern des jeweils aktualisierten
Motorkennfeldes auf einen Schreib-Lesespeicher als zusätzliche Aufgabe vom
Mikrorechner des Steuergerät für die Motorsteuerung durchgeführt wird.
Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, anstelle der dynamischen Anpassung
der Kennfelder an die aktuellen Einsatz- und Betriebsbedingungen eine
regelmäßige Kennfeldaktualisierung durch qualifizierte Servicestützpunkte
vornehmen zu lassen. Prinzipiell läßt sich die Anpassung der für die
Motorsteuerung benötigten Kennfelder an die konkreten Einsatz- und
Betriebsbedingungen auch vom Hersteller selbst realisieren.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird für die Neuberechnung
von Parametern des Motorkennfeldes im Steuergerät des Verbrennungsmotors ein
zusätzlicher Rechnerbaustein verwendet.
Es ist auch möglich, für die Erfassung der aktuellen Daten der
Umgebungsbedingungen und für deren Übermittlung an das Steuergerät Fernmeß-
und -wirktechnik zu verwenden.
Ebenso kann vorgesehen werden, daß die korrigierten Kennfelder in den Schreib-
Lesespeicher des Steuergerätes für den Verbrennungsmotor von einem externen
Datenträger eingelesen werden. In diesem Falle verfügt das Steuergerät über eine
entsprechende Datenschnittstelle.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die aktuellen Daten der
Umgebungsbedingungen und der Anforderungscharakteristik für den ständigen
Zugriff des Rechnerbausteins für die Neuberechnung der Kennfeldparameter in
einem Zwischenspeicher abzulegen.
In diesem Falle wird lediglich der Zwischenspeicher als reprogrammierbarer
Speicherbaustein ausgebildet, während die vom Hersteller bereitgestellten
Motorkennfelder unverändert auf einem Nur-Lesespeicher erhalten bleiben. Dies
kann beispielsweise für Zwecke der Motordiagnostik hilfreich sein.
In einer bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die
Informationen zur aktuellen Anforderungscharakteristik als standardisierte
Anforderungszustände vorgewählt werden, wobei die Auswahl der Kennfelder in
Abhängigkeit von der geforderten Fahrweise verbrauchsoptimiert,
leistungsoptimiert und/oder schadstoffemissionsminimiert erfolgen kann.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, mit verhältnismäßig
geringen technischen und logistischen Aufwendungen die
Gebrauchswerteigenschaften von modernen Verbrennungsmotoren deutlich zu
verbessern. Insbesondere läßt sich diese Effizienzverbesserung erreichen, indem
unter Rückgriff auf leistungsfähige Mikroelektronikbausteine der optimale
Betrieb von Verbrennungsmotoren nicht nur unter als statisch angenommenen
genormten Betriebsbedingungen sondern auch unter den jeweils konkreten
Einsatzbedingungen, die zeitweilig oder dauernd erheblich von angenommenen
Normbedingungen abweichen können, sichergestellt werden kann.
Mit Hilfe des neuen Verfahrens kann prinzipiell gewährleistet werden, daß der
Steuerungselektronik durch Vorgabe des erforderlichen Steuerungsalgorithmus
die Fähigkeit übertragen wird, unter Berücksichtigung der bekannten
Motorkenndaten und der zu messenden Umweltkenndaten, soweit sie für den
Motorbetrieb wesentlich sind, die korrigierten Kennfelder selbst zu berechnen.
Diese vorgeschlagene Lösung einer dynamischen Kennfeldkorrektur als
wesentliche Voraussetzung für die optimierte Steuerung von
Verbrennungsmotoren unterstützt zugleich die Bestrebungen, die Fertigung von
Vebrauchsgütern an Orte mit den günstigsten Fertigungsbedingungen zu
konzentrieren und dennoch die optimierte Nutzung dieser Waren weltweit zu
ermöglichen.
Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden.
In der beiliegenden Zeichnung zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung des Steuergerätes eines
Verbrennungsmotors.
Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Steuergerät 1 ausgestattet, das mit folgenden
Bauelementen bestückt ist:
Der zentrale Mikrorechnerbaustein 4 ist mit Wandlern 2 verbunden, die ihrerseits mit Sensoren zur Erfassung der Betriebs- und Umgebungsbedingungen in Verbindung stehen.
Der zentrale Mikrorechnerbaustein 4 ist mit Wandlern 2 verbunden, die ihrerseits mit Sensoren zur Erfassung der Betriebs- und Umgebungsbedingungen in Verbindung stehen.
Üblicherweise enthält das Steuergerät 1 auch einen Baustein 3 zur
Spannungsversorgung und Schutzbeschaltung.
Daneben verfügt das Steuergerät 1 über einen Impulsgenerator 5 und über eine
Datenschnittstelle 9.
Außer einem Nur-Lesespeicher als Kennfeldspeicher 6 enthält das Steuergerät 1
auch einen reprogrammierbaren Speicherbaustein als Zwischenspeicher 7.
Schließlich verfügt das Steuergerät 1 über Endstufen 8, mit denen die
Steuerungsinformationen an die entsprechenden Steuerungsvariablen des
Verbrennungsmotors bereitgestellt werden.
Im Ausführungsbeispiel greift der Mikrocomputer 4 auf die im Kennfeldspeicher
6 abgelegten Kennfeldinformationen und Algorithmen für die Kennfeldkorrektur
sowie für die Ableitung von Steuerinformationen zurück. Er vergleicht die von
den Wandlern 2 erhaltenen Informationen zu den Betriebs- und
Umgebungsbedingungen und korrigiert bedarfsweise unter Anwendung der
vorgegebenen Algorithmen das jeweilige Motorkennfeld, das im
Zwischenspeicher 7 abgelegt wird und bis zu einer neuerlichen Kennfeldkorrektur
die Grundlage für das Ableiten von Steuerungsinformationen durch den
Mikrocomputer 4 bildet. Die berechneten Steuerungsinformationen werden vom
Mikrocomputer 4 über die Endstufen 8 an die Stellmechanismen des
Verbrennungsmotors übermittelt.
Durch ständiges Vergleichen der gemessenen Betriebs- und
Umgebungsbedingungen des Verbrennungsmotors stellt der Mikrocomputer 4
sicher, daß es zu einer ständigen dynamischen Aktualisierung der im
Zwischenspeicher 7 abgelegten Motorkennfelder kommt.
Damit wird ermöglicht, daß der Mikrocomputer 4 die für den optimierten
Motorenbetrieb erforderlichen Steuerungssignale jederzeit auf der Grundlage eines
im erforderlichen Maße korrigierten Motorkennfeldes berechnet.
Der Mikrocomputer steht schließlich auch noch mit einer Schnittstelle 9 in
Verbindung, mit deren Hilfe zum Beispiel für Diagnosezwecke auf die im
Kennfeldspeicher 6 und im Zwischenspeicher 7 abgelegten
Kennfeldinformationen zurückgegriffen werden kann.
Die Schnittstelle 9 dient bedarfsweise auch zum Einlesen extern aktualisierter
Kennfeldinformationen in den Zwischenspeicher 7.
Nicht zuletzt kann über die Schnittstelle 9 auch eine Korrektur der
anzuwendenden Steuerungsalgorithmen vorgenommen werden.
1
Steuergerät
2
Wandler
3
Spannungsversorgung
4
Mikrocomputer
5
Impulsgenerator
6
Kennfeldspeicher
7
Zwischenspeicher
8
Endstufen
9
Schnittstelle
Claims (11)
1. Verfahren zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren durch
Berechnen von Steuerungsmaßnahmen in Abhängigkeit vom regelmäßigen
Vergleichen des aktuellen Betriebszustandes mit Motorkennfeldern
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Paraineter der Motorkennfelder in Abhängigkeit von aktuellen Zustandskenndaten des Motors und weiterer den Motorbetrieb beeinflussenden Informationen über die Umgebungsbedingungen variiert werden,
- - die aktualisierten Motorkennfelder für das elektronische Steuerungsgerät ständig verfügbar sind,
- - die Steuerungsmaßnahmen für wichtige Einflußgrößen des Motorbetriebs in Abhängigkeit von aktuellen Informationen über den Betriebszustand und von den ermittelten Motorkennfeldern für spezifische Einsatzcharakteristika bestimmt werden.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerungsmaßnahmen für die Einflußgrößen Zusammensetzung,
Dosiermenge, Vordruck und Temperarur des Kraftstoffes sowie
Zündzeitpunkt bestimmt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als weitere Informationen für die Bestimmung der zu nutzenden
Motorkennfelder Daten der Umgebungsbedingungen, wie Luftdruck,
Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit, verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als weitere Informationen für die Bestimmung der zu nutzenden
Motorkennfelder Daten der Anforderungscharakteristik, wie
Anfahrzustand, Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung, Stadtfahrt und
Tempomatbetrieb, verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als Speichermedium für die Bereitstellung der Motorkennfelder
reprogrammierbare Speicherbausteine verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichern der für die konkreten Einsatzbedingungen
bestimmten Motorkennfelder vom Mikrorechner des Steuergerätes
ausgelöst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Neuberechnung von Parametern des Motorkennfeldes als
zusätzliche Aufgabe vom Mikrorechner des Steuergerät für die
Motorsteuerung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Neuberechnung von Parametern des Motorkennfeldes ein
zusätzlicher Rechnerbaustein verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Erfassung der aktuellen Daten der Umgebungsbedingungen und
für die Übermittlung an das Steuergerät Fernmeß- und -wirktechnik
verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die aktuellen Daten der Umgebungsbedingungen und der
Anforderungscharakteristik für den ständigen Zugriff des Rechnerbausteins
für die Neuberechnung der Kennfeldparameter in einem Zwischenspeicher
abgelegt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Informationen zur aktuellen Anforderungscharakteristik als
standardisierte Anforderungszustände vorgewählt werden.
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