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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 Kraftstoffverbrauch, 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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Aus der
DE 2004 017 092 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung des Betriebs eines Ottomotors bekannt, bei welchem in Abhängigkeit von Fahrtbedingungen entweder ein mageres oder ein stöchiometrisches Gemisch verwendet wird. Aus dem Ergebnis einer Vorhersage wird ein zukünftig benötigter Betriebszustand abgeschätzt.
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Aus der
EP 1867856 A1 ist bekannt, eine Brennkraftmaschine entweder in einem fremdgezündeten Betriebszustand zu betreiben oder eine Schichtladung des Zylinders durch die entstehende Kompressionswärme selbst zu zünden. Durch eine Hysterese wird eine Vielzahl von Umschaltvorgängen verhindert.
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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, wobei die Betriebszustandsvorhersagemittel mindestens eine Kennfeldmatrix umfassen, bei welcher einer Mehrzahl von Werten mindestens einer Messgröße eine Mehrzahl von Werten für mindestens einen Parameter, welcher den Betriebszustand kennzeichnet, zugeordnet sind und die Betriebszustandsvorhersagemittel dazu eingerichtet sind, eine ermittelte Wahrscheinlichkeit für einen zukünftig zu wählenden Betriebszustand in einer Mehrzahl von Maskierungsbits zu codieren und der für einen Parameter anzuwendende Wert durch eine logische Verknüpfung der Maskierungsbits und der Kennfeldmatrix ermittelbar ist.
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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, wobei zum Voraussagen eines zukünftig zu wählenden Betriebszustandes mindestens eine Kennfeldmatrix verwendet wird, bei welcher einer Mehrzahl von Werten mindestens einer Messgröße eine Mehrzahl von Werten für mindestens einen Parameter, welcher einen Betriebszustand kennzeichnet, zugeordnet ist und zum Einstellen eines zukünftig zu wählenden Betriebszustandes eine ermittelte Wahrscheinlichkeit für den zukünftig zu wählenden Betriebszustand in einer Mehrzahl von Maskierungsbits codiert wird, wobei der für einen Parameter anzuwendende Wert durch eine logische Verknüpfung der Maskierungsbits und der Kennfeldmatrix ermittelt wird.
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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 Motoröl 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 Wahrscheinlichkeit 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. 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, welcher 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 Maskierungsbits 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 unvollständig. 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 Abweichungen 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 8 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.
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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. Dadurch 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.