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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
und ein Steuerverfahren für
eine Brennkraftmaschine, welche in mindestens zwei Betriebszuständen betreibar ist,
wobei Messgrößenerfassungsmittel
vorgesehen sind, welche mindestens eine Messgröße erfassen. Bei den Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine kann es sich beispielsweise um einen Betriebszustand
mit stöchiometrischer
Verbrennung, einen Betriebszustand mit magerem Schichtbetrieb, einem Betriebszustand
mit Selbstzündung
oder einem Betriebszustand mit Fremdzündung handeln. Brennkraftmaschinen
mit einem Steuergerät
der gattungsbildenden Art werden üblicherweise für mobile
Anwendungen in Fahrzeugen eingesetzt.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
auszustatten, bei welcher im Volllastbetrieb das Kraftstoff-/Luftgemisch
mittels einer Zündkerze
fremdgezündet
wird. Im Teillastbetrieb werden die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine
geändert,
sodass das Kraftstoff-/Luftgemisch aufgrund des bei der Kompression
entstehenden Temperaturanstiegs selbst zündet.
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Zur
Realisierung dieser unterschiedlichen Betriebsarten werden bestimmte
Komponenten der Brennkraftmaschine angepasst. Beispiele für die anzupassenden
Komponenten sind die Phasenwinkel der einlass- und auslassseitigen
Nockenwellen, eine Gaswechselventilhubumschaltung, eine äußere Abgasrückführeinrichtung
oder Zeitpunkt und Menge der Kraftstoffeinspritzung. Bei jeder Umschaltung
von einem Betriebszustand in den anderen Betriebszustand sind die
Betriebsparameter einer Vielzahl dieser Komponenten in der richtigen
Reihenfolge und zum richtigen Zeitpunkt anzupassen. Ziel des Betriebsartenwechsels
ist es, bei jedem Betriebspunkt, d. h. bei jedem geforderten Drehmoment,
die maximale Effizienz in Bezug auf Kraftstoff verbrauch, Schadstoffausstoß, Leistungsentfaltung,
Fahrbarkeit und Komfort zu erreichen. Nachteilig ist jedoch, dass für die Dauer
des Umschaltprozesses selbst kein verbrauchs- und/oder emissionsoptimierter Motorbetrieb aufrecht
erhalten werden kann. Bei einer Vielzahl von Umschaltvorgängen ist
daher der Anteil der Betriebszeit mit einem Umschaltvorgang an der
Gesamtbetriebszeit vergleichsweise hoch. Dadurch wird der angestrebte
Vorteil, der sich dadurch ergibt, dass die Brennkraftmaschine permanent
im günstigsten
Betriebsmodus betrieben wird, wieder zunichte gemacht.
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Weiterhin
besteht bei der Anpassung einer Vielzahl von Motorkomponenten die
Gefahr von Umschaltfehlern, welche aus Gründen des Komforts, der Emissionen
und des Bauteilschutzes vermieden werden sollen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher eine übermäßig hohe
Vielzahl von Umschaltvorgängen
von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand
verhindert werden soll. Weiterhin besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein Verfahren zur Anpassung der Ansteuerparameter
anzugeben, welches Umschaltfehler erkennt und vermeidet und dadurch
die Sicherheit beim Umschaltvorgang steigert und eine Beschädigung der
Brennkraftmaschine vermeidet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Steuergerät
für eine
Brennkraftmaschine, welche in mindestens zwei Betriebszuständen betreibbar
ist, wobei Messgrößenerfassungsmittel
vorgesehen sind, welche mindestens eine Messgröße erfassen und Betriebszustandsvorhersagemittel dazu
vorgesehen sind, aus den ermittelten Messgrößen einen zukünftig zu
wählenden
Betriebszustand vorauszusagen. Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe
in einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche
in mindestens zwei Betriebszuständen
betreibbar ist, welches zumindest die folgenden Schritte enthält: Erfassen
von mindestens einer Messgröße und Voraussagen
eines zukünftig
zu wählenden
Betriebszustandes aus der ermittelten Messgröße
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Darüber hinaus
besteht die Lösung
der Aufgabe in einem Steuergerät
für eine
Brennkraftmaschine, welche in mindestens zwei Betriebszuständen betreibbar
ist, wobei Messgrößenerfassungsmittel
vorgesehen sind, welche mindestens eine Messgröße erfassen und mindestens
eine Kennfeldmatrix vorgesehen ist, bei welcher einer Mehrzahl von
Werten mindestens einer Messgröße eine
Mehrzahl von Werten für
mindestens einen Parameter, welcher den Betriebszustand kennzeichnet,
zugeordnet ist und die Mehrzahl von Werten für mindestens einen Parameter
in Abhängigkeit
der Ausgabe der Messgrößenerfassungsmittel
durch Adaptionsmittel änderbar
ist. Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb
einer Brennkraftmaschine gelöst,
welches zumindest die folgenden Schritte enthält: Zuordnen eines Wertes für mindestens
einen Parameter, welcher den Betriebszustand kennzeichnet, aus einer
Mehrzahl von gespeicherten Werten, Erfassen mindestens einer Messgröße und Ändern mindestens
eines Wertes aus der Mehrzahl von gespeicherten Werten für mindestens
einen Parameter in Abhängigkeit
der Messgröße.
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Um
eine Vielzahl von unnötigen
Schaltvorgängen
zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
aus Messgrößen, welche
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine oder des die Brennkraftmaschine
enthaltenden Fahrzeugs aufgenommen werden, einen zukünftig zu
wählenden
Betriebszustand vorauszusagen. Durch diese Vorhersage eines zukünftigen
Betriebszustands kann eine überflüssige Umschaltung
in einen mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht adäquaten Betriebszustand und
zurück in
den ursprünglichen
Betriebszustand vermieden werden. Die Messgrößen, aus welchen ein zukünftig zu
wählender
Betriebszustand vorausgesagt werden kann, umfassen insbesondere
eine gewählte
Fahrstufe, den Beladungszustand, die Geschwindigkeit, das Fahrerverhalten,
die Geländetopografie
(Steigung und Gefälle)
sowie weitere Informationen über die
gewählte
Fahrtroute (Fahrerinformationssystem), die Temperatur von Mo toröl und Kühlwasser,
die Motordrehzahl, das abgegebene Drehmoment, das realisierbare
Drehmoment, die Abgaszusammensetzung, die Betriebsstundenzahl und/oder
die angesaugte Luftmasse. Fallweise kann auch eine Ableitung dieser
Größen nach
der Zeit erfasst werden. Die meisten dieser Messgrößen können dabei
von Sensoren erfasst werden, welche ohnehin im Fahrzeug vorhanden
sind, wie beispielsweise ABS-Sensoren, Temperatur- und Beschleunigungssensoren,
Drehratensensoren, Luftmassenmesser oder das Ausgangssignal einer
Lambda-Sonde. Auch Daten eines Navigationssystems können hinzutreten,
um beispielsweise eine behördliche
Geschwindigkeitsbeschränkungen
oder eine Straßenkategorie
in die Betriebszustandsvorhersage einfließen zu lassen, wie z. B. Autobahn,
Landstraße
oder Ortsstraße.
Ebenso können
mittels eines Ortungssystems und eines digitalen Geländemodells
Steigungen oder Gefälle
frühzeitig
erkannt werden. Durch Speicherung der Betriebsbedingungen über einen
längeren
Zeitraum, beispielsweise einige Wochen bis einige Monate, kann ein
Langzeitfahrprofil ermittelt werden, welches den typischen Einsatz
der zu regelnden Brennkraftmaschine darstellt. Fallweise können aus
gemessenen Daten auch weitere Kenngrößen berechnet werden. Beispielsweise
kann aus dem Wartungsintervall auf die Ölqualität geschlossen werden.
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Zur
Voraussage des zukünftigen
Betriebszustands wird bevorzugt eine Mehrzahl der oben genannten
Messgrößen bestimmt
und zu einem Betriebszustand zusammengefasst. In einem Speicher im
Steuergerät
ist eine Mehrzahl von Betriebszuständen und deren übliche Abfolge
abgelegt. Durch Vergleich des anliegenden Betriebszustandes mit
der gespeicherten Betriebszustandsfolge kann der voraussichtlich
nächste
Betriebszustand vorausgesagt werden.
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Beispielsweise
kann aus der Tatsache, dass ein Fahrzeug im ersten Gang mit großer Motorleistung
beschleunigt, geschlossen werden, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit
ein baldiger Fahrstufenwechsel in die zweite Gangstufe erfolgt und
das Fahrzeug danach weiter beschleunigt. Mit geringerer Wahr scheinlichkeit
verzögert
das Fahrzeug sofort wieder, beispielsweise wegen eines Verkehrsstaus
oder eines Haltesignals. Bei diesem Szenario wird mit größerer Wahrscheinlichkeit
weiterhin eine hohe Motorleistung benötigt und eine Umschaltung in
einen Betriebszustand mit geringerer Leistungsabgabe würde unterbleiben.
Somit kann in der überwiegenden
Zahl der Fälle
der zutreffende Betriebszustand gewählt werden und überflüssige Umschaltungen
in einen weniger geeigneten Betriebszustand treten seltener auf.
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Zur
Umschaltung von einem Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand
werden insbesondere folgende Parameter angepasst: Stellung des Abgasrückführungsventils,
Einlassventilhub, Auslassventilhub, Einlassventilphasenwinkel, Auslassventilphasenwinkel,
Zündzeitpunkt,
Zündenergie,
Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge, Anzahl der Einspritzungen pro
Motortakt, Kompression und/oder Drosselklappenstellung. Dem Fachmann
ist selbstverständlich
geläufig,
dass diese Parameter nur beispielhaft genannt sind. Fallweise können weitere Stellglieder
zur Beeinflussung der Kraftmaschine hinzutreten oder auch einige
der oben genannten Stellgrößen konstant
gehalten werden. Über
die Verstellung des Einlass- und Auslassventilphasenwinkels kann
insbesondere auch eine innere Abgasrückführung erreicht werden. Weiterhin
kann durch die Anpassung von Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge
und Anzahl der Einspritzungen auch im selbstzündenden Betriebszustand die
effektive Zündenergie
angepasst werden.
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Durch
eine Beeinflussung der oben genannten Parameter kann weiterhin ein
Wechsel von einem fremdgezündeten
Betriebszustand mit hoher Leistungsabgabe zu einem selbstzündenden
Betriebszustand mit niedriger Leistungsabgabe erfolgen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Steuergerät
eine Kennfeldmatrix auf, bei welcher eine Mehrzahl von Werten mindestens
einer Messgröße eine
Mehrzahl von Werten für
mindestens einen Parameter zugeordnet ist, wobei der Parameter zumindest
zur Teilcharakterisierung eines Betriebszustandes dient. In diesem
Fall kann über
die Messgröße schnell
auf diejenigen Werte zugegriffen werden, welche für den betreffenden
Parameter im entsprechenden Betriebszustand in Frage kommen. Bei Kodierung
der Werte mit einem Byte ergibt sich dabei eine Auswahl aus 256
möglichen
Werten für
jeden Parameter bei jedem Messwert. Bei höheren Anforderungen an den
Wertebereich kann selbstverständlich
auch eine Mehrzahl von Bits zum Einsatz kommen, beispielsweise erlauben
2 Byte die Kodierung von 65.536 Werten. Bei höheren Anforderungen an die
Anzahl der Werte können
auch noch mehr Bits zur Speicherung vorgesehen werden. Im Falle
von mehreren Parametern und mehreren Messgrößen ergibt sich ein vieldimensionales
Feld.
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Zur
Auswahl eines Wertes aus der Vielzahl von gespeicherten Werten für jeden
Parameter und jeden Betriebszustand ist das Steuergerät dafür eingerichtet,
eine ermittelte Wahrscheinlichkeit für einen zukünftig zu wählenden Betriebszustand in
einer Mehrzahl von Maskierungsbits zu kodieren. Der für einen
Parameter anzuwendende Wert wird dann aus dem Steuergerät ausgelesen,
indem das Maskierungsbit mit den Werten der Kennfeldmatrix logisch verknüpft wird.
Als logische Verknüpfung
eignet sich insbesondere eine „AND"-Verknüpfung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird zur Codierung der ermittelten Wahrscheinlichkeit in eine Mehrzahl
von Maskierungsbits ein weiteres Kennfeld im Steuergerät gespeichert,
in welchem mögliche
Werte für
eine Mehrzahl von Maskierungsbits je eine Wahrscheinlichkeit für einen
Wert eines Parameters, weicher einem Betriebszustand kennzeichnet,
zugeordnet ist. In diesem Fall kann für jeden zu verändernden
Parameter und jeden Betriebszustand eine Mehrzahl von Maskierungsbits
ausgelesen werden, welche dann wiederum mittels einer logischen
Verknüpfung
der Wertebereiche einen konkreten Wert bestimmen. In besonders vorteilhafter weise
kann dadurch eine unterschiedliche Wahrscheinlichkeit für eine Verstellung
mehrerer Parameter zum gleichen Zeitpunkt berücksichtigt werden. Weiterhin
lassen sich Wahrscheinlichkeiten auf eine Mehrzahl von Maskierungsbits
abbilden, welche keine Gleichverteilung aufweisen. Bevorzugt entspricht die
Anzahl der Maskierungs bits der Anzahl der Datenbits, also beispielsweise
8, 16 oder einer beliebigen anderen Zahl.
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Zur
Vermeidung von Schaltfehlern, welche Komfort, Emission und Lebensdauer
der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Mehrzahl von Werten für mindestens
einen Parameter, welche im Steuergerät gespeichert sind, im Betrieb
der Brennkraftmaschine mit neuen Werten zu überschreiben, sofern sich die alten,
gespeicherten Werte als unzutreffend erwiesen haben. Hierzu wird
vorgeschlagen, durch die Erfassung von Messgrößen die Umschaltung zu kontrollieren
und je nach Schwere eines erkannten Fehlers unterschiedliche Maßnahmen
zu treffen. Diese Maßnahmen
können
eine Sperrung eines Betriebszustandes in vorgebbaren Fällen umfassen.
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Falls
unklar ist, ob ein bestimmter Betriebszustand bei bestimmten Messwerten
zuverlässig
einsetzbar ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dieser
Betriebszustand bei Anliegen der entsprechenden Messwerte vom Motorsteuergerät gezielt
angefahren werden. Sofern sich ein fehlerfreier Betrieb ergibt,
kann im Motorsteuergerät ein
entsprechender Code abgelegt werden, der dem Betriebszustand bei
diesen Messwerten temporär oder
dauerhaft freigibt. Bei einer temporären Freigabe kann das Motorsteuergerät dazu eingerichtet
sein, den Betriebszustand bei diesem Wert einer Messgröße wieder
zu sperren, sofern eine Systemveränderung erkannt wurde. Diese
Systemveränderung
kann sich beispielsweise aus einer Änderung der Öltemperatur,
des Öldrucks,
der Ölqualität oder der
Kraftstoffqualität
ergeben. Eine Änderung
der Kraftstoffqualität stellt
sich dabei im Regelfall durch Nachtanken ein. Eine Änderung
der Ölqualität kann sich
durch einen Ölwechsel
ergeben, aber auch durch Verdünnung des Öls mit Kraftstoff
oder durch längeren
Gebrauch des Öls.
Ein fallender Öldruck
kann beispielsweise durch einen verschmutzten Ölfilter, durch Ablagerungen
in den Ölkanälen, durch
Leckage oder Defekten an der Ölpumpe
bedingt sein. Selbstverständlich
ist diese Aufzählung
möglicher
Systemveränderungen unvoll ständig. In
Abhängigkeit
des anzupassenden Parameters können
weitere systemrelevante Größen hinzutreten.
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Erfindungsgemäß wird weiter
vorgeschlagen, durch Überwachung
des Umschaltvorganges von einem ersten Betriebszustand zu einem
zweiten Betriebszustand das Stellstreckenverhalten zwischen dem
ersten und dem zweiten Betriebszustand zu erkennen und neue Werte
für die
relevanten Parameter im Steuergerät zu speichern, wenn das Stellstreckenverhalten
von einem vorgebbaren Sollverhalten abweicht. Zur Korrektur des
Stellstreckenverhaltens wird vorgeschlagen, das Systemversorgungsenergieniveau
anzupassen. Bei einem ölhydraulischen
System, beispielsweise einer elektrohydraulischen Ventilhubumschaltung,
kann hierzu über eine
regelbare Ölpumpe
der Öldruck
verändert
werden, um die Umschaltung in kürzerer
oder längerer Zeit
zu ermöglichen.
Bei einer elektromagnetischen Umschaltung kann das Systemversorgungsenergieniveau
und damit das Stellstreckenverhalten über eine Vergrößerung oder
Verkleinerung der Versorgungsspannung angepasst werden. Wird die
Umschaltung von einem ersten Betriebszustand zu einem zweiten Betriebszustand
zu früh
oder zu spät ausgeführt, kann
auch der Ansteuerzeitpunkt später oder
früher
erfolgen. Selbstverständlich
sind auch diese Beispiele für
adaptive Eingriffe nur als beispielhaft anzusehen. In Abhängigkeit
der anzusteuernden Komponenten und den für die Anpassung relevanten Parametern
wird der Fachmann weitere Größen anpassen,
um die jeweilige Komponente zu beeinflussen.
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Bevorzugt,
jedoch nicht zwingend kann weiterhin eine Analyseeinrichtung vorgesehen
sein, welche ein verändertes
Stellstreckenverhalten nach Häufigkeit
und/oder örtlichem
Auftreten analysiert. Dabei kann beispielsweise erkannt werden,
ob eine bestimmte Abweichung des Stellstreckenverhaltens bei einer
Mehrzylindermaschine nur an einzelnen Zylindern auftritt. In diesem
Fall können
Maßnahmen ergriffen
werden, welche nur die betroffenen Zylinder beeinflussen. Auch können Triggerschwellen
eingeführt
werden, sodass einzelne, selten auftretende Fehler ignoriert werden.
Erst bei Häufung
von Ab weichungen des Stellstreckenverhaltens werden Maßnahmen
gegen diese Abweichungen ergriffen. Hierdurch wird ein häufiges Überschreiben
der Werte in den Kennfeldmatrizen des Steuergerätes vermieden.
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Sofern
das Steuergerät
schwere Abweichungen des Stellstreckenverhaltens erkennt, beispielsweise
eine Umschaltung, welche gar nicht ausgeführt wird, so kann es weitere
Umschaltvorgänge über den gesamten
Betriebsbereich der Brennkraftmaschine verhindern. Bevorzugt wird
in diesem Fall auch der Benutzer informiert, beispielsweise über eine
Kontrollleuchte. Weiterhin kann der erkannte Fehler in einem Fehlerspeicher
abgelegt werden, wo er von Servicepersonal ausgelesen werden kann.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren
ohne Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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1 zeigt
ein Beispiel einer Zuordnung von 256 Werten eines Parameters, welcher
zur Festlegung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine dient,
in Abhängigkeit
von 6 auswählbaren
Fahrstufen.
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2 zeigt
die Zuordnung eines Wahrscheinlichkeitswertes zu einem Maskierungsbyte.
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3 zeigt
die „AND"-Verknüpfumg von
Daten- und Maskierungsbytes.
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4 zeigt
Datenbytes für
verschiedene Parameter in Abhängigkeit
vom Betriebsparameter.
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5 zeigt
die Zuweisung von je einer Umschaltwahrscheinlichkeit zum Wert eines
Maskierungsbytes für
vier verschiedene Parameter.
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6 bis 7 zeigen
Beispiele für
Kennfelder, welche einen selbstzündenden
Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Drehmoment und
Drehzahl freigeben oder sperren.
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9A zeigt
ein Flussdiagramm einer Verfahrensführung, bei welcher Umschaltfehler
zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand
erkannt und eliminiert werden.
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9B zeigt
Beispiele unterschiedlicher Fehlerstatistiken, welche zur Lokalisierung
eines Umschaltfehlers herangezogen werden können.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine betrachtet,
welche einen ersten Betriebszustand mit Fremdzündung und vergleichsweise hoher
Leistungsabgabe aufweist sowie einen zweiten Betriebszustand mit
Selbstzündung
und vergleichsweise niedriger Leistungsabgabe für den Teillastbetrieb. Beide
Betriebszustände
unterscheiden sich durch den Phasenwinkel der einlass- und auslassseitigen Nockenwelle,
dem Ventilhub, der Einspritzmenge, dem Einspritzzeitpunkt, der Anzahl
der Einspritzungen, der Kompression und weiteren Parametern.
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Zur
Umschaltung vom fremdgezündeten
Betrieb mit vollem Ventilhub in den selbstzündenden Betrieb mit ein- und
auslassseitigem Teilhub der Ventile muss bei gleichzeitigem Öffnen der
Drosselklappe der Zündwinkel
vor der Umschaltung in Richtung einer späteren Zündung verstellt werden, um
einen momentenneutralen und ruckfreien Übergang realisieren zu können. Für die Dauer
des Umschaltprozesses kann also kein verbrauchs- und emissionsoptimierter
Betrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten werden. Somit sind
unnötige
Umschaltvorgänge
zu vermeiden, um den Anteil der ineffizienten Umschaltzeit an der
Gesamtbetriebszeit der Brennkraftmaschine gering zu halten und dadurch
die Brennkraftmaschine möglichst
effizient zu betreiben.
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Zur
Vorhersage eines zukünftig
zu wählenden
Betriebszustands werden mehrere Messgrößen aufgenommen. In 1 wird
das Konzept beispielhaft an einer Messgröße, nämlich der eingelegten Fahrstufe,
erläutert.
Auf der Abszisse in 1 ist die jeweilige Messgröße, hier
die gewählte
Fahrstufe, aufgetragen. Oberhalb jeder Fahrstufe befindet sich ein
Byte mit 256 verschiedenen Schaltzuständen. Im Ausführungsbeispiel
nach 1 bedeutet 0, dass der derzeit anliegende Betriebszustand
nicht umgeschaltet wird. 1 bedeutet hingegen eine Umschaltung des
Betriebszustands. Selbstverständlich
ist es dem Fachmann unbenommen, bei mehr als 256 Schaltzuständen mehr
als acht Bit zur Kodierung dieser Zustände zu verwenden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
wird das Fahrzeug im Stadtverkehr mit vereinzelten stop-and-go-Phasen
bewegt. Der aktuelle Istzustand besteht darin, dass das Fahrzeug
im ersten Gang stark beschleunigt. Für diese Beschleunigung ist
eine vergleichsweise große
Motorleistung notwendig, die Brennkraftmaschine befindet sich also
im fremdgezündeten
Betriebszustand mit vollem Ventilhub. Ausgehend von diesem Istzustand
muss das Steuergerät entscheiden,
ob dieser Betriebszustand beibehalten werden soll oder ob eine Umschaltung
in den selbstzündenden
Teillastbetrieb vorgenommen werden sollte. Hierzu sind folgende
Szenarien im Steuergerät hinterlegt
und abrufbar:
- Variante 1 mit einer Eintreffwahrscheinlichkeit
von ca. 90% findet ein baldiger Wechsel der Fahrstufe in die zweite
Gangstufe mit anschließender,
weiterer Beschleunigung statt.
- Variante 2 mit einer Eintreffwahrscheinlichkeit von 10% wird
das Fahrzeug wiederum verzögert,
entweder wegen einer Verkehrsstörung
oder einem Haltesignal.
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Da
mit größerer Wahrscheinlichkeit
weiterhin mit dem Abruf eines hohen Drehmomentes zu rechnen ist,
wird der anliegende Betriebszustand vorerst weiter beibehalten.
Zur Abbildung dieser Entscheidung im Steuergerät dient das in 1 dargestellte Kennfeld.
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Zur
Auswahl eines Bits mit dem Schaltzustand 1 aus dem Byte über der
Fahrstufe 1 wird die Wahrscheinlichkeit für das Eintreffen der vorgegebenen
Prognose in einem Maskierungsbyte kodiert. Eine solche beispielhafte
Zuordnung ist in 2 dargestellt. Demnach wird
eine Wahrscheinlichkeit zwischen 1,0 und 0,7 mit einer logischen
0 kodiert, Wahrscheinlichkeiten zwischen 0,5 bis 0,15 mit einer logischen
1. Zur Auswahl eines konkreten Wertes, beispielsweise aus Byte 1
in 1, wird nun das Maskierungsbyte aus 2 mit
dem Datenbyte 1 aus 1 durch eine logische „AND"-Verknüpfung verknüpft. Dadurch
ergibt sich im Ausführungsbeispiel für eine Wahrscheinlichkeit
von 90% für
Variante 1 eine logische 0, d. h. eine Umschaltung findet nicht statt.
Diese logische Verknüpfung
ist in 3 dargestellt.
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Sofern
bei einem Wechsel von einem ersten Betriebsmodus in einem zweiten
Betriebsmodus nicht nur ein Parameter, z. B. der Ventilhub, sondern gegebenenfalls
weitere Parameter angepasst werden müssen, z. B. der Nockenwellenphasenwinkel, die
Einspritzung oder die Zündung,
wird über
der Messgröße als x-Achse eine Mehrzahl
von Parametern auf der y-Achse dargestellt, vgl. 4.
In 4 sind die jeweiligen Datenbytes als Dezimalwert
dargestellt, um die Übersichtlichkeit
zu erhöhen.
Das Kennfeld nach 4 gibt somit für jede Fahrstufe
an, welche Parameter bei einem Wechsel des Betriebszustands anzupassen
sind und wie groß diese
Anpassung ausfallen sollte. Die Abhängigkeit der Parameter von
weiteren Messgrößen kann
dabei in weiteren Kennfeldern der in 4 gezeigten
Art abgelegt werden. Nach dem Anpassen der Parameter ergeben sich
möglicherweise
geänderte
Messgrößen, welche
wiederum zu anderen Parameteranpassungen führen.
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Besonders
bevorzugt eignet sich die in 4 dargestellte
Datenstruktur für
adaptive Eingriffe. Bei Anpassungen ist im Idealfall lediglich ein
einzelnes Bit zu überschreiben.
Da durch ergibt sich eine schnelle Anpassung, ein geringer Speicherplatzbedarf
und eine kurze Zugriffszeit des Prozessors des Steuergerätes auf
die hinterlegten Kennfelder.
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Sofern
eine Vielzahl von Parametern bei der Umschaltung angepasst werden
soll, wird zur Auswahl des anzuwendenden Wertes für jeden
Parameter je ein Maskierungsbyte benötigt. Dieses kann bevorzugt
aus einer Kennfeldmatrix gemäß 5 erhalten
werden. In 5 sind acht verschiedene Werte
eines Maskierungsbytes auf der x-Achse aufgetragen. Darüber befindet
sich für
jeden anzupassenden Parameter ein Wahrscheinlichkeitswert, welcher
dem entsprechenden Maskierungsbyte zugeordnet ist. Dieser Wahrscheinlichkeitswert
kann für
eine Vielzahl von Parametern unterschiedlich sein. Somit kann die
Zuordnung nach 5 auch dann verwendet werden,
wenn keine Gleichverteilung der Wahrscheinlichkeitswerte für verschiedenen
Parameter vorhanden ist. Die Kennfeldmatrix nach 5 erlaubt,
komplexe Zuordnungen und Verknüpfungen mit
nur wenigen Bytes abzubilden. Das Aufspannen speicherplatzintensiver
Kennfelder ist nicht nötig.
Die Einfachheit der Struktur sichert den schnellen Zugriff seitens
des Prozessors. Darüber
hinaus sind die Kennfelder nach 4 und 5 leicht
an geänderte
Betriebsbedingungen anzupassen. Ein Beispiel für eine solche Anpassung wird
nachfolgend ausgeführt.
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Im
nachfolgenden Ausführungsbeispiel
soll in Abhängigkeit
der Kraftstoffqualität
FQ, der Motordrehzahl N und des Motordrehmomentes TQI der mögliche Betriebsbereich
für einen
Betriebszustand mit Teillast und Selbstzündung dargestellt werden. Die
Besonderheit liegt darin, dass die Kraftstoffqualität direkt
nach einem Betankungsvorgang nicht bekannt ist. Daher befinden sich
Erfassungsmittel im Steuergerät,
welche einen Betankungsvorgang erkennen. Dieser Betankungsvorgang
wird als Störgröße angesehen,
welcher das Systemverhalten möglicherweise ändert. Somit
werden durch Adaptionsschaltungen in der Motorsteuerung nur sehr
robuste Betriebspunkte in einem Kernbereich für den fraglichen Betriebszustand
freigegeben. Für die übrigen Betriebspunkte
ist der zweite Betriebszustand gesperrt.
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Dieser
Sachverhalt ist in 6 dargestellt. Beim robusten
Betriebsbereich handelt es sich um eine Drehmomentabgabe von 75
Nm bei einer Drehzahl von 2000 U/min. Während des Betriebs des Fahrzeugs
schaltet die Steuerung außerhalb
des robusten Kernbereiches bei einer günstigen Gelegenheit selbsttätig in den
zweiten Betriebszustand um, vgl. 7. In der
in 7 dargestellten Situation hat die Motorsteuerung
einen Betriebszustand mit einer Drehmomentabgabe von 100 Nm bei
einer Drehzahl von 1500 U/min gewählt, um vorübergehend den zweiten Betriebszustand
zu schalten. Sofort nach der Umschaltung werden Messgrößen kontrolliert,
um den zuverlässigen
Betrieb im zweiten Betriebszustand an diesem Betriebspunkt zu überprüfen. Sofern
diese Überprüfung positiv
ausfällt,
wird am entsprechenden Betriebspunkt ein Bit vom Wert 0 auf 1 gesetzt.
Somit ist dieser Betriebspunkt bis zur nächsten Änderung des Systemverhaltens
für den
jederzeitigen Betrieb im zweiten Betriebszustand freigegeben.
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In 8 wurden
in gleicher Weise weitere Bits bei weiteren Betriebszuständen gesetzt.
Somit ist bei der nun zur Verfügung
stehenden Kraftstoffqualität
der Betrieb im zweiten Betriebszustand zwischen 50 und 125 Nm freigegeben,
sofern die Motordrehzahl zwischen 1500 und 2500 U/min beträgt. Bei darüber- oder
darunter liegenden Drehmomenten oder Drehzahlen hat sich kein zuverlässiger Betrieb ergeben.
Somit kann das Fahrzeug zuverlässig
im ersten oder zweiten Betriebszustand betrieben werden, bis sich
das Systemverhalten, beispielsweise durch eine erneute Betankung,
erneut ändert.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird dargelegt, wie Umschaltfehler erkannt und vermieden werden
können.
Beispielhaft wird hierzu eine elektrohydraulische Ventilhubumschaltung
herangezogen. Eine solche Ventilhubumschaltung ist aus dem Stand
der Technik bekannt. Beispielsweise handelt es sich um ein zweistufiges
Ventilhubumschaltsystem, bei welchem ein Verriegelungselement in
einem Schalttassenstössel
oder einem Schaltschlepphebel mittels Öldruck gegen eine Feder betätigt wird und
so, entsprechend dem Aktivierungs- bzw. Deaktivierungszustand, zwischen
zwei verschiedenen Ventilerhebungskurven geschaltet werden kann.
Zur Umschaltung wird ein im Ölkreislauf
befindliches Magnetventil bestromt, das daraufhin öffnet. Der Öldruck baut
sich auf und das Verriegelungselement bewegt sich gegen die Feder,
bis der Verriegelungsvorgang vollzogen ist. Nach dem Schließen des
Magnetventils baut sich der Öldruck über eine
Bypassleitung ab. Dadurch gleitet das Verriegelungselement durch
Federkraft in seine Ausgangsposition zurück.
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Bei
solchen Systemen besteht die Gefahr von Schaltfehlern, welche insbesondere
aus Gründen
des Bauteilschutzes, jedoch auch aus Komfort- und Emissionsgründen vermieden
werden sollen.
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Erfindungsgemäß wird das
Stellstreckenverhalten durch Sensoren vom Steuergerät überwacht. Beispielsweise
kann der Nockenwellenphasenwinkel oder der Ventilhub vor und nach
dem Umschaltvorgang gemessen werden. Auch andere Größen, wie der
Zylinderdruck oder die angesaugte Luftmasse können zur Detektion herangezogen
werden. Sofern eine Abweichung vom gewünschten Stellstreckenverhalten
auftritt, wird diese wie in 9B ersichtlich einem
Zylinder zugeordnet und als Fehler abgelegt. Einzelne, selten auftretende
Fehler werden dabei nicht weiter beachtet.
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In 9B sind
zwei Beispiele für
eine Fehlerhäufigkeit
aufgeführt,
welche ein Einschreiten erforderlich macht. In Beispiel 1 wurden
bei mehreren Umschaltvorgängen
jeweils Fehler am zweiten Zylinder detektiert. Die Umschaltung der übrigen Zylinder der
Brennkraftmaschine funktioniert jedoch fehlerfrei. Hieraus kann
auf einen zylinderspezifischen Fehler geschlossen werden.
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In
Beispiel 2 nach 9B treten Fehler an sämtlichen
Zylindern in unterschiedlicher Häufigkeit auf.
Aus einer solchen Verteilungsfunktion kann das Steuergerät auf einen
generellen Fehler schließen.
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In 9A ist
ein Flussdiagramm dargestellt, welches die Fehlerbehandlung im Steuergerät illustriert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird die Schwere des aufgetretenen
Fehlers bestimmt. Hierbei kann entweder der Zeitpunkt der tatsächlichen Umschaltung
vom gewünschten
Zeitpunkt abweichen oder aber die Umschaltung nicht erfolgen. Der Fall
einer nicht erfolgten Umschaltung wird als schwerer Fehler angesehen.
In diesem Fall wird die Hubumschaltung vollständig gesperrt. Dem Benutzer kann
dieser Fehler durch ein optisches oder akustisches Signal angezeigt
werden. Fallweise kann der Fehler zusätzlich in einem Fehlerspeicher
des Steuergerätes
abgelegt werden, wo er vom Servicepersonal ausgelesen werden kann.
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Falls
der tatsächliche
Umschaltzeitpunkt vom geplanten Umschaltzeitpunkt abweicht, wird
dieser Fehler bevorzugt in eine Fehlerstatistik aufgenommen, wie
sie beispielhaft in 9B dargestellt ist. Fallweise
kann auch der so genannte Referenzzylinder, dies ist der Zylinder,
an welchem ein Umschaltvorgang entsprechend der Zündreihenfolge
der Brennkraftmaschine zuerst durchgeführt wird, gewechselt werden.
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Überschreitet
die Häufigkeit
der Fehler einen vorgebbaren Schwellenwert nicht, so werden vorerst keine
weiteren Maßnahmen
ergriffen. Sofern der vorgebbare Schwellenwert überschritten ist, versucht das
Steuergerät,
die Umschaltfehler dauerhaft zu vermeiden. Hierzu muss zunächst entschieden
werden, ob es sich um einen zylinderspezifischen Fehler oder um
ein generelles Umschaltproblem der Brennkraftmaschine handelt. Im
Falle eines zylinderspezifischen Fehlers wird der betroffene Zylinder
als Referenzzylinder gesperrt. Dies hat den Vorteil, dass der auffällige Zylinder
mindestens ein Segment mehr Zeit hat um den Umschaltprozess von
einem ersten Betriebzustand in einen zweiten Betriebszustand zu vollziehen.
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Sofern
die Fehler an sämtlichen
Zylindern gleichermaßen
auftreten, wird versucht, die Schaltzeit generell anzupassen. Bei
einem elektrohydraulischen System kann beispielsweise der elektrische Impuls
zur Umschaltung zu einem früheren
Zeitpunkt gegeben werden. Alternativ kann der Öldruck bei der nächsten Umschaltung
angehoben oder abgesenkt werden um so eine kürzere oder längere Schaltzeit zu
erreichen. Zur Anpassung des Öldrucks
kann beispielsweise eine regelbare Ölpumpe angesteuert werden um
so den gewünschten
Ausgangsdruck zu liefern. Falls der Öldruck selbst nicht beeinflussbar ist,
kann die Umschaltung auch auf Betriebsbereiche beschränkt werden,
in denen ein bestimmter, vorgebbarer Öldruck zur Verfügung steht.
Nachdem eine Maßnahme
getroffen wurde, wird die Fehlerstatistik gelöscht und die getroffene Maßnahme bei
der nächsten
Umschaltung überprüft. Sofern
der Umschaltfehler damit nicht behoben ist, können weitere Maßnahmen
getroffen werden. Beispielsweise kann die Schaltzeit und/oder der Öldruck weiter
verändert werden.
Fallweise können
auch andere Parameter angepasst werden.
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Sofern
mehrere Iterationszyklen keine dauerhafte Abhilfe versprechen, wird
die Hubumschaltung gesperrt und der Benutzer auf die Fehlfunktion aufmerksam
gemacht, beispielsweise durch ein optisches oder akustisches Signal.
Sofern die getroffenen Maßnahmen
das Umschaltverhalten nachhaltig verbessert haben, werden die neuen
Parameter im Steuergerät
gespeichert, in dem die entsprechenden Datenbits im zugeordneten
Kennfeld mit neuen Werten überschrieben
werden. In dieser Weise können durch
Adaption weniger Datenbits unerwünschte Schaltfehler
zuverlässig
verhindert werden.