DE19729212A1

DE19729212A1 - Verfahren zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19729212A1
Application number: DE1997129212
Authority: DE
Inventors: Cornel Prof Dr Ing Stan; Juergen Dr Ing Grabner
Original assignee: FORSCH TRANSFERZENTRUM EV AN D; IBW ING BUERO WUENSCHEL ELEKTR
Current assignee: FORSCHUNGS- UND TRANSFERZENTRUM EV AN DER WESTSÄCH
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: DE19729212C2; WO1999002833A1

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.

Ausführungsbeispiel

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.

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.

Bezugszeichenliste

1

Steuergerät

2

Wandler

3

Spannungsversorgung

4

Mikrocomputer

5

Impulsgenerator

6

Kennfeldspeicher

7

Zwischenspeicher

8

Endstufen

9

Schnittstelle

Claims

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.