DE102018220485B4 - Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors, mit dem ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission an Einflussgrößen angepasst werden - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors (101) in einem Kraftfahrzeug (102), mit dem ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission an Einflussgrößen angepaßt werden kann, um einen bei geänderten Einflussgrößen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, mit den Verfahrensschritten:a) Eingabe einer momentanen Motordrehzahl (nmot) und einem momentanen Drehmomentistwert (Dist) in ein Verbrauchskennfeld (203),b) Zuordnung der momentanen Motordrehzahl (nmot) und dem momentanen Drehmomentistwert (Dist) zu einem unter Idealbedingungen bei dieser momentanen Motordrehzahl (nmot) und diesem Drehmomentistwert (Dist) vorliegenden Idealverbrauchswertes (Vid),c) Zuordnen des Idealverbrauchswerts (Vid) und eines tatsächlichen Verbrauchswerts (Vmom) zu einem vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert (D_red_vorl) undd) Reduzieren eines Drehmomentsollwerts (Dsoll) des Verbrennungsmotors (101) höchstens um den vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert (D_red_vorl) zu einem zweiten Drehmomentsollwert (DSoll), bei dem zu erwarten ist, daß der Kraftstoffverbrauch (Vmom) und die Schadstoffemission unterhalb jeweiliger Grenzwerte liegen, bis der Idealverbrauchswert (Vid) wieder vorliegt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Bei einer vollständigen Verbrennung eines nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzten Brennstoffs entstehen lediglich die Stoffe Kohlendioxid CO2 und Wasser H2O. Im Motorenabgas (vor einem Fahrzeugkatalysator) sind zusätzlich als Produkte unvollständiger Oxidation Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO sowie teilverbrannte oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) enthalten. Außerdem enthält das Abgas Oxidationsprodukte von Stickstoff NO und NO2, zusammengefasst NOx. Bei Dieselmotoren und Dl-Ottomotoren ist als weitere Komponente mit Ruß zu rechnen.
  • In einem Abgasnachbehandlungssystem erfolgt anschließend eine chemische Umwandlung von Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx), Ruß und ggf. Harnstoff in Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) durch Oxidation beziehungsweise Reduktion.
  • Allerdings ist eine Kapazität zur Umwandlung und Reduktion von NOx in Abgasnachbehandlungssystemen begrenzt.
  • Beschreibung
  • EP 2 192 294 B1 beschreibt ein Berechnungsverfahren zum Betreiben von selbstzündenden Verbrennungsmotoren, bei dem Ausgaben, insbesondere ein angeforderter Drehmomentsollwert, direkt mit einer eingespritzten Kraftstoffmassenstromverteilung, einer AGR-Rate und der Luftsteuerung unter Berücksichtigung verbunden sind, um Emissionen durch Verwendung einer Optimierungsmethode mit mehreren Zielsetzungen zu reduzieren. Vorgeschlagen wird auch ein Verfahren zur Überwachung des angezeigten Drehmomentes in einem eingebetteten Controller.
  • DE 10 2005 045 891 B3 offenbart ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, das beispielsweise mit einem Tempomaten realisiert wird. In diesem Verfahren wird eine in einem Betriebsfenster definierte Wunschgeschwindigkeit basierend auf abgespeicherten Verbrauchskennfeldern der Brennkraftmaschine gezielt zu verbrauchsgünstigeren Betriebszuständen verschoben. Des Weiteren werden Bedingungen des Verkehrsflusses, am Kraftfahrzeug angreifende Winde und das durch das Kraftfahrzeug zu absolvierende Streckenprofil berücksichtigt.
  • In DE 102 18 012 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs vorgeschlagen, die es dem Fahrer des Fahrzeugs ermöglichen, eine Vorgabe über den Kraftstoffverbrauch zu machen, die vom Fahrzeug auch tatsächlich eingehalten wird. Beidem Verfahren wird ein Arbeitspunkt der Antriebseinheit in Abhängigkeit einer Vorgabegröße für einen Kraftstoffverbrauch gewählt.
  • EP 1 250 525 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit dem eine zuzumessende Kraftstoffmenge ermittelt werden kann. Auf Basis von aktuellen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgt eine Ermittlung eines relativen Wirkungsgrades. Daraufhin erfolgt eine Korrektur einer Normal-Kraftstoffmenge über den relativen Wirkungsgrad zur Ermittlung der zuzumessenden Kraftstoffmenge. Anders ausgedrückt wird die eingespritzte Kraftstoffmenge an tatsächliche Bedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt.
  • DE 10 2014 118 125 B3 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, bei dem ein Motorsteuergerät anhand eines Vergleichs von Parametern des tatsächlichen Verbrennungsmotors mit Informationen aus einem Verbrennungsmodell vergleicht und daraus im transienten Bereich durch eine online Optimierung optimierte Aktuatorstellungen bestimmt.
  • Eine Aufgabe, welche der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, einen Verbrennungsmotor so zu regeln, daß die dem Fahrzeug zugeordneten Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch auch bei widrigen Einflussgrößen eingehalten werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Sollwert so zu verschieben, daß ein auf die geänderten Einflußgrößen bezogener optimaler Wirkungsgrad vorliegt.
  • Gelöst werden diese Aufgaben mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und sie zeigen jeweils weitere Ausgestaltungen auf. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Offenbarung zusätzlich.
  • Vorgesehen ist demgemäß ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit dem ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission an Einflussgrößen angepaßt werden kann, um einen bei geänderten Einflussgrößen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, mit den Verfahrensschritten:
    1. a) Eingabe einer momentanen Motordrehzahl und einem momentanen Drehmomentistwert in ein Verbrauchskennfeld,
    2. b) Zuordnung der momentanen Motordrehzahl und dem momentanen Drehmomentistwert zu einem unter Idealbedingungen bei dieser momentanen Motordrehzahl und diesem Drehmomentistwert vorliegenden Idealverbrauchswertes,
    3. c) Zuordnen des Idealverbrauchswerts und eines tatsächlichen Verbrauchswerts zu einem vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert, und
    4. d) Reduzieren eines Drehmomentsollwerts des Verbrennungsmotors höchstens um den vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert zu einem zweiten Drehmomentsollwert, bei dem zu erwarten ist, daß der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission unterhalb jeweiliger Grenzwerte liegen, bis der Idealverbrauchswert wieder vorliegt.
  • Die Regelgrößen sind über einen Regelkreislauf geregelte Größen am Verbrennungsmotor. Sie weisen jeweils einen Sollwert und einen Istwert auf. Über den Regelkreislauf wird eine Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert der Regelgröße eingestellt. Dabei haben fast alle Regelgrößen am Verbrennungsmotor einen Einfluß auf die Schadstoffemissionen, das Drehmoment und den Kraftstoffverbrauch. Die Regelgrößen beeinflussen sich auch gegenseitig. Eine Verschiebung eines Zündzeitpunktes, zu dem in einem Benzinmotor ein Luft- /Kraftstoffgemisch gezündet wird, kann einen höheren effektiven Mitteldruck und damit ein größeres Drehmoment verursachen. Bei einer gleichzeitigen Änderung eines Hubes oder einer Öffnungszeit eines Einlassventils kann der das Drehmoment erhöhende Effekt abgeschwächt, aufgehoben oder erhöht werden.
  • Bei einem Benzinmotor zählt zu den Regelgrößen unter anderem:
    • • der besagte Zündwinkel
    • • Öffnungswinkel von Einlassventilen
    • • Schließwinkel von Einlassventilen
    • • Öffnungswinkel von Auslassventilen
    • • Schließwinkel von Auslassventilen
    • • eingespritzte Kraftstoffmenge
    • • Ladedruck (bereitgestellt über einen Turbolader oder einen Kompressor)
    • • Ladelufttemperatur
    • • eine Drosselklappenstellung
    • • eine Stellung eines Drosselklappenbypassventils
    • • eine Rate einer Abgasrückführung AGR
  • Diese Regelgrößen können übergeordnet geregelt werden durch ein einen Drehmomentsollwert.
  • Bei einem Dieselmotor zählt zu den Regelgrößen unter anderem:
    • • eine Glühkerzentemperatur
    • • Öffnungswinkel von Einlassventilen
    • • Schließwinkel von Einlassventilen
    • • Öffnungswinkel von Auslassventilen
    • • Schließwinkel von Auslassventilen
    • • eingespritzte Kraftstoffmenge
    • • Ladedruck (bereitgestellt über einen Turbolader oder einen Kompressor)
    • • Ladelufttemperatur
    • • eine Drallklappenstellung
    • • Rate einer Abgasrückführung AGR
  • Diese Regelgrößen können übergeordnet geregelt werden durch ein einen Drehmomentsollwert. Zu den Einflussgrößen, die einen Einfluss auf das Drehmoment, die Schadstoffemissionen haben, zählen:
    • • eine Kraftstoffzusammensetzung,
    • • eine Klopffestigkeit (Oktanzahl) bei Ottomotoren
    • • bzw. eine Cetanzahl bei Dieselmotoren
    • • eine Ansaugluft-Temperatur
    • • Verschleiß an Kolbenringen
    • • Verschleiß an Ein- und Auslassventilen
    • • Ablagerungen am Einlass
    • • ein teilweise verstopfter oder beschädigter Katalysator
    • • ein teilweise verstopfter oder beschädigter Partikelfilter
    • • eine Viskosität des Motoröls
    • • eventuelles Wasser im Motoröl
    • • ein Spritzbild der Einspritzdüsen
    • • eine Dichtheit des Ansaugtraktes hinter einem Luftmengenmesser
    • • etc.
  • Man erkennt, daß die Einflussgrößen und die Regelgrößen vielfältig sind. Sie hängen zudem voneinander ab und sie beeinflussen sich gegenseitig. Das heißt, dass sich Effekte einer Regelsollwertänderung überlagern, gegenseitig aufheben, verstärken und verringern können. Über eine Berücksichtigung möglichst vieler Einflussgrößen und Regelgrößen kann bei sich ändernden Einflussparametern in einem Kennfeld ein Betriebspunkt (also eine Ansammlung von Regelsollwertgrößen) gefunden werden, in dem der Wirkungsgrad, eine Schadstoffemission und ein Drehmoment optimal den geänderten Einflussparametern entspricht.
  • In einer der Ausgestaltung wird als Regelsollwert ein Drehmomentsollwert geregelt, der global eine Vielzahl von Regelsollwerten so einregelt, dass ein Drehmoment des Verbrennungsmotors sich dem Drehmomentsollwert angleicht.
  • Der Drehmomentsollwert verstellt also systemübergreifend sämtliche oben genannte Regelgrößen so, dass der Drehmomentistwert dem Drehmomentsollwert folgt. Aber gemäß dieser Offenbarung - wenn es sein muss - auch so, dass der Drehmomentistwert geringer ausfällt. Hierzu wird gleich der Drehmomentsollwert den geänderten Einflussgrößen angepasst, anstatt bei absackendem Drehmoment infolge ungünstiger Einflussgrößen die Regelgrößen darauf reagieren zu lassen und diese sich einregeln zu lassen. Beispielsweise wird bei einer Verringerten Klopffestigkeit ein Zündzeitpunkt verschoben werden müssen, damit kein Klopfen auftritt. Dadurch verringert sich auch das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment. Wenn es sofort bei bemerkter geänderten Einflussparametern geändert wird, wie hierin vorgeschlagen, sind die Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen minimierbar. Der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors wird stets in einem bei den gegebenen Einflussgrößen möglichem Spektrum so hoch wie möglich gehalten.
  • In dem Verbrauchskennfeld wird ein Idealverbrauchswert ermittelt, der bei idealer Kraftstoffqualität (Heizwert, Oktanzahl bzw. Cetanzahl) bei dem Drehmomentistwert vorliegen müsste. Dieser Idealverbrauchswert kann beispielsweise verglichen werden mit einem tatsächlichen Verbrauchswert, der in einer Ausgestaltung ermittelt wird mit den Verfahrensschritten:
    1. a. Erfassen eines Kraftstoff-Volumenstroms, der an den Verbrennungsmotor gefördert und nicht wieder zurück in einen Kraftstofftank gefördert wird,
    2. b. Erfassen eines Lastdrehmoments und der Motordrehzahl,
    3. c. Ermittlung von Drehmomentverlusten, verursacht durch Nebenaggregate sowie Reibung in einem Antriebsstrang,
    4. d. Ermittlung eines tatsächlichen Verbrauchswerts aus dem erfassten KraftstoffVolumentstrom, dem Lastdrehmoment, und den Drehmomentverlusten.
  • Der tatsächliche Verbrauchswert kann dabei ein Verhältnis zwischen einer aus dem Drehmoment und der Drehzahl ermittelten Leistung und dem Verbrauch sein. Dies erleichtert einen Vergleich mit einem unter Idealbedingungen vorliegenden Werts. Aus den beiden Werten Idealverbrauchswert und dem tatsächlichen Verbrauchswert kann beispielsweise anschließend in einem Effizienzkontrollkennfeld ein Drehmoment-Reduktionswert zugeordnet werden, der als Basis für eine Verringerung des Drehmomentsollwerts verwendet werden kann.
  • Weiterhin kann aus der Motordrehzahl und der Drehmomentistwert in einem Limit-Kennfeld eine Drehmoment-Reduktionsgrenze ermittelt werden, welche als Maximalmaß für eine Drehmomentreduzierung verwendet wird. Eine Reduktion des Drehmomentsollwerts wird dadurch ggf. verringert.
  • Die Drehmoment-Reduktionsgrenze kann im einfachsten Fall dazu verwendet werden, zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor abgewürgt wird. Weiterhin kann die Drehmoment-Reduktionsgrenze herangezogen werden, um sicherzustellen, dass das Kraftfahrzeug noch in einem ausreichenden Maß beschleunigen kann. Dabei ist die Drehmoment-Reduktionsgrenze so ausgelegt, dass keine übermäßige Erhöhung der Schadstoffemissionen und des Verbrauchs zu erwarten ist. Vielmehr stellt die Drehmoment-Reduktionsgrenze eine Leistungsreserve für das Kraftfahrzeug unter schwierigen Einflussgrößen (Temperatur, Kraftstoffqualität) dar.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung werden der Drehmoment-Reduktionswert und der Drehmoment-Reduktionsgrenze miteinander verglichen, wobei der Drehmomentsollwert nur um den Drehmoment-Reduktionswert verringert wird, wenn dieser kleiner ist als die Drehmoment-Reduktionsgrenze, und wobei der Drehmoment-Sollwert ansonsten um die Drehmoment-Reduktionsgrenze reduziert wird.
  • Dadurch wird auch gewährleistet, dass das Drehmoment des Verbrennungsmotors nicht ruckartig zurückgenommen werden kann.
  • Entsprechend einer Weiterbildung dessen wird ein angefordertes Drehmoment in einem Fahrer-Gewichtungskennfeld einem Fahrer-basierten Gewichtungsfaktor zugeordnet, welcher in einem Schritt mit dem Drehmoment-Reduktionswert bzw. der Drehmoment-Reduktionsgrenze verrechnet wird, um einen vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert zu generieren.
  • Das fahrer-spezifische angeforderte Drehmoment ist ein Maß für ein Fahrverhalten, er ergibt sich aus einem zeitlichen verlauf einer Intensität einer Gaspedalbetätigung. Das Fahrer-spezifische angeforderte Drehmoment kann insofern zu der Drehmoment-Reduktion entgegenwirken. Fordert der Fahrer ständig ein maximal verfügbares Drehmoment ab, so wird der Drehmoment-Reduktionswert entsprechend geringer. Umgekehrt wirkt sich eine defensive Fahrweise so aus, dass das Solldrehmoment unter Umständen um den Drehmoment-Reduktionswert verringert werden kann.
  • Der Kraftstoffverbrauch wird beeinflusst durch zahlreiche Parameter des Verbrennungsmotors. Eine vom Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Antriebsleistung bzw. ein abgegebenes Antriebsmoment sollte nach Möglichkeit nicht reduziert werden, da dies der Fahrer spüren könnte.
  • In einer Ausgestaltung wird der Drehmoment-Sollwert um den vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert reduziert, wenn ein globales Drehmoment-Limit dadurch nicht unterschritten wird.
  • Das globale Drehmoment-Limit kann beispielsweise im Leerlauf ein Drehmoment-Limit sein, mit dem Nebenaggregate bei Berücksichtigung von Reibverlusten noch betrieben werden können. Über eine Justierung des globalen Drehmoment-Limits kann der Einfluss des Drehmoment-Reduktionswerts auf den Drehmomentsollwert weiter verringert werden.
  • Außerdem können Mittel zur Regelung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit denen ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission an Einflussgrößen angepasst werden kann, um einen bei geänderten Einflussgrößen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, vorgesehen sein, mit:
    1. a) Mitteln zum Erfassen einer Abweichung eines momentan vorliegenden Regelistwerts von einem Idealwert des Regelistwerts, der bei idealen Einflussgrößen vorliegen müsste, und
    2. b) Mitteln zur Verschiebung zumindest eines ersten momentanen Regelsollwert einer Einflussgröße des Verbrennungsmotors zu einem zweiten Regelsollwert, bei dem zu erwarten ist, dass der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission unterhalb jeweiliger Grenzwerte liegen, bis der Idealwert wieder vorliegt.
  • Dabei kann der Regelsollwert ein Drehmomentsollwert sein, der über Mittel global eine Vielzahl von Regelsollwerten so einregelt, dass ein Drehmoment des Verbrennungsmotors sich dem Drehmomentsollwert angleicht.
  • Weiterhin kann Folgendes vorgesehen sein:
    1. a. Mittel zur Eingabe einer momentanen Motordrehzahl und einem momentanen Lastdrehmoment in ein Verbrauchskennfeld,
    2. b. Mittel zur Zuordnung der momentanen Motordrehzahl und dem momentanen Drehmomentistwert zu einem unter Idealbedingungen bei dieser momentanen Motordrehzahl und diesem Drehmomentistwert vorliegenden Idealverbrauchswertes.
  • Weiterhin kann Folgendes vorgesehen sein:
    1. a. Mittel zum Erfassen eines Kraftstoff-Volumenstroms, der an den Verbrennungsmotor gefördert und nicht wieder zurück in einen Kraftstofftank gefördert wird,
    2. b. Mittel zum Erfassen eines Lastdrehmoments und der Motordrehzahl,
    3. c. Mittel zur Ermittlung von Drehmomentverlusten, verursacht durch Nebenaggregate sowie Reibung in einem Antriebsstrang,
    4. d. Mittel zur Ermittlung eines tatsächlichen Verbrauchswerts aus dem erfassten KraftstoffVolumentstrom, dem Lastdrehmoment, und den Drehmomentverlusten.
  • Entsprechend einer Ausgestaltung sind Mittel vorgesehen, die dem Idealverbrauchswert und dem tatsächlichen Verbrauchswert in einem Effizienzkontrollkennfeld einen Drehmoment-Reduktionswert zuordnen, der als Basis für eine Verringerung des Drehmomentsollwerts verwendet wird.
  • In einer Ausgestaltung sind Mittel vorgesehen, die aus einer Motordrehzahl und der Drehmomentistwert in einem Limit-Kennfeld eine Drehmoment-Reduktionsgrenze ermitteln. In einer Ausgestaltung sind Mittel vorgesehen, welche den Drehmoment-Reduktionswert und den Drehmoment-Reduktionsgrenze miteinander vergleichen, und wobei der Drehmomentsollwert nur um den Drehmoment-Reduktionswert verringert wird, wenn dieser kleiner ist als die Drehmoment-Reduktionsgrenze, und wobei der Drehmoment-Sollwert ansonsten um die Drehmoment-Reduktionsgrenze reduziert wird.
  • In einer Ausgestaltung sind Mittel vorhanden, welche ein angefordertes Drehmoment in einem Fahrer-Gewichtungskennfeld einem Fahrer-spezifischem angefordertem Drehmoment zuordnen, welcher in einem Schritt über entsprechende Mittel mit dem Drehmoment-Reduktionswert bzw. der Drehmoment-Reduktionsgrenze verrechnet wird, um einen vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert zu generieren.
  • Dabei können Mittel vorgesehen sein, welche den Drehmoment-Sollwert um den vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert reduzieren, wenn ein globales Drehmoment-Limit dadurch nicht unterschritten wird.
  • Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Aktuator steuern, insbesondere regeln, kann.
  • In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchführbar, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihre Mittel.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Es zeigen:
    • 1: schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank, einem Verbrennungsmotor und einem Abgastrakt,
    • 2: ein Verfahren zur Regelung des Verbrennungsmotors zur Einhaltung eines für veränderliche Einflussgrößen optimalen Wirkungsgrades.
  • Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Es ist festzustellen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Schritte des Verfahrens können Multiplikationen, Summierungen und Selektionen sowie Zuordnungen sein, zum Beispiel Zuordnung von Ausgangswerten zu Eingangswerten in Kennfeldern.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 102 mit einem Verbrennungsmotor 101. Bei dem Verbrennungsmotor 101 kann es sich um einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor oder auch um Kombinationen daraus handeln. Der Verbrennungsmotor 101 ist über einen Antriebsstrang 103 mit Rädern 104 gekoppelt, um das Kraftfahrzeug 102 anzutreiben. Der Antriebsstrang 103 kann ein Schaltgetriebe, ein hydrostatisches Getriebe, oder ein automatisches Getriebe aufweisen. Der Antriebsstrang 103 kann einen nicht dargestellten Generator aufweisen und ergänzt werden durch einen nicht dargestellten Elektromotor.
  • Über einen Ansaugtrakt 105 wird dem Verbrennungsmotor 101 Luft zugeführt. Ein nicht dargestellter, über eine Abgasturbine, elektrisch oder mechanisch angetriebener Verdichter kann die Luft zusätzlich verdichten.
  • Über einen Abgastrakt 106 wird im Verbrennungsmotor 101 entstehendes Abgas aus dem Kraftfahrzeug 102 geführt. Der Abgastrakt weist einen Oxidationskatalysator 107 auf, in dem Schadstoffe im Abgas reduziert und umgewandelt werden können. Stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 107 ist eine weitere Abgasreinigungseinheit 108 vorgesehen, bei der es sich um einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction, SCR), einen Rußpartikelfilter (DPF) oder dergleichen handeln. Der Oxidationskatalysator 107 und die Abgasreinigungseinheit 108 sind dazu ausgestaltet, Kohlenwaserstoffe HC, Rußpartikel, Kohlenmonoxid CO, Stickoxide NO1 und NO2 (zusammenfassend NOX) zu reduzieren, zu oxidieren und ggf. mit einer Harnstofflösung zu vermengen und dadurch in N2, H2O und CO2 umzuwandeln und zu reduzieren.
  • In einem Kraftstofftank 111 kann dem Verbrennungsmotor 101 ein Volumentstrom Vk an Kraftstoff zugeführt werden. Ein Im Ansaugtrakt 105 angeordneter Temperaturfühler 112 kann eine Temperatur TL von dem Verbrennungsmotor zugeführter Ansaugluft sensieren. Der Volumenstrom Vk kann über geeignete Sensoren ebenfalls ermittelt werden. Unmittelbar an dem Verbrennungsmotor 101 sind Nebenaggregate 110 angeordnet. Bei diesen kann es sich um eine Lichtmaschine, um einen Antrieb für eine Nockenwelle, um einen Klimakompressor, eine hydraulische Pumpe für eine Servolenkung oder dergleichen handeln. Die Nebenaggregate 110 sowie Reibung verursachen ein dem Drehmomentistwert Dist des Verbrennungsmotors entgegenwirkende Drehmomentverluste Dverl.
  • Zu den Einflussgrößen, die einen Einfluss haben auf einen Wirkungsgrad bzw. den Drehmomentistwert Dist zählen unter anderem
    • • eine Kraftstoffzusammensetzung,
    • • eine Klopffestigkeit (Oktanzahl) bei Ottomotoren
    • • bzw. Cetanzahl bei Dieselmotoren
    • • eine Ansaugluft-Temperatur TL
    • • Verschleiß an nicht dargestellten Kolbenringen
    • • Verschleiß an nicht dargestellten Ein- und Auslassventilen
    • • Ablagerungen in und am Ansaugtrakt 105
    • • ein teilweise verstopfter oder beschädigter Oxidationskatalysator 107
    • • eine teilweise verstopfte oder beschädigte Abgasreinigungseinheit 108
    • • Viskosiät eines nicht dargestellten Motoröls
    • • einem Spritzbild von Einspritzdüsen 113
    • • Dichtheit des Ansaugtraktes 105 hinter einem Luftmengenmesser 114
    • • etc.
  • Eine Mikroprozessoreinheit 115 ist signaltechnisch mit Nebenaggregaten 110, dem Antriebsstrang 103 und dem Verbrennungsmotor 101 verbunden und dazu ausgestaltet, Signale (beispielsweise vom Temperatursensor 112) auszulesen und Regelgrößen zu regeln, das heißt, Regelistwerte an Regelsollwerte anzugleichen. Hierfür können in der Mikroprozessoreinheit 115 Kennfelder und Regelalgorithmen hinterlegt sein.
  • Bei einem Benzinmotor zählt zu den Regelgrößen, unter anderem: ein Zündwinkel, Öffnungswinkel von nicht dargestellten Einlassventilen, Schließwinkel von nicht dargestellten Einlassventilen Öffnungswinkel von Auslassventilen, Schließwinkel von nicht dargestellten Auslassventilen, eine eingespritzte Kraftstoffmenge, ein im Ansaugtrakt 105 herrschender Druck, ggf. eine Ladelufttemperatur, eine Stellung einer nicht dargestellten Drosselklappe, eine Stellung eines nicht dargestellten Drosselklappenbypassventils, eine Rate einer Abgasrückführung (AGR-Rate), etc.
  • Bei einem Dieselmotor zählt zu den Regelgrößen unter anderem eine Glühkerzentemperatur, einstellbar an nicht dargestellten Glühkerzen, ein Öffnungswinkel von nicht dargestellten Einlassventilen ein Schließwinkel von nicht dargestellten Einlassventilen, ein Öffnungswinkel von nicht dargestellten Einlassventilen, ein Schließwinkel von nicht dargestellten Einlassventilen, eine eingespritzte Kraftstoffmenge, einen nicht dargestellten, regelbaren Ladedruck im Ansaugtrakt 105, eine Ladelufttemperatur, die beispielsweise über einen Ladeluftkühler geregelt werden kann, eine Drallklappenstellung an nicht dargestellte Drallklappen, eine Rate einer Abgasrückführung AGR (intern oder über eine Abgasrückführung), etc.
  • Die in den vorhergehenden beiden Paragraphen aufgezählten Regelgrößen beeinflussen die Abgaszusammensetzung und den Kraftstoffverbrauch. Als übergeordnete Regelgröße wird ein Drehmomentsollwert Dsoll des Verbrennungsmotors 101 definiert. Die einzelnen, in den vorhergehenden beiden Abschnitten genannten Regelgrößen werden für jeden Drehmomentsollwert Dsoll und angepasst, damit der Drehmomentistwert Dist möglichst rasch dem Drehmomentsollwert Dsoll folgt. Als Folge von einer Änderung der Einflussparameter kann einer Verschiebung des Drehmomentsollwerts nach oben (beispielsweise bei besserer Kraftstoffqualität) oder nach unten (beispielsweise bei schlechterer Kraftstoffqualität) erfolgen, um sämtliche Regelgrößen global so einzuregeln, dass die Schadstoffemissionen minimiert werden und ein Wirkungsgrad maximal wird. Bei einem maximalen Wirkungsgrad wird auch ein Kraftstoffverbrauch gering sein. Ein Kraftstoffverbrauch soll minimiert werden.
  • Dementsprechend ist in 1 ein Verfahrensablauf dargestellt, der in der Mikroprozessoreinheit 115 implementiert sein kann, um den Drehmomentistwert Dist zu steuern. Dist folgt dem Drehmomementsollwert Dsoll. In dem Verfahren wird in einem Verfahrensschritt 201 ein von dem Antriebsstrang 103 auf den Verbrennungsmotor 101 bremsend wirkendes momentanes Lastdrehmoment Dlast und durch Reibung und Nebenaggregate verursachte Drehmomentverluste Dverl miteinander addiert.
  • In einem Verfahrensschritt 202 wird aus einem tatsächlichen Kraftstoffvolumentstrom Vk und dem momentanen von dem Verbrennungsmotor ausgegebenem Lastrehmoment Dlast und den Drehmomentverlusten Dverl ein tatsächlicher momentaner Verbrauchswert Vmom generiert.
  • Aus einer Drehzahl nmot und dem momentanen Drehmomentistwert Dist wird in einem Verbrauchskennfeld 203 ein Idealverbrauchswert Vid ermittelt. Das Verbrauchskennfeld 203 beinhaltet empirisch oder rechnerisch ermittelte Sollverbrauchsdaten. Verbraucht der Verbrennungsmotor 101 bei der Belastung mehr oder weniger, liegen Abweichungen an Eingangsparametern vor, z.B. an der Kraftstoffqualität. Um diese zu erfassen wird der Idealverbrauchswert Vid verglichen mit einem tatsächlichen Verbrauchswert. Daraus erkennt das Verfahren indirekt, dass eine Einflussgröße von einem Erwartungswert abweicht und passt den Drehmomentsollwert Dsoll entsprechend an.
  • In einem Verfahrensschritt 204 werden in einem Effizienzkontrollkennfeld aus dem Idealverbrauchswert Vid und dem tatsächlichen momentanen Verbrauchswert Vmom ein vorläufiger Drehmoment-Reduktionswert Dred_vorl generiert.
  • Wenn ein globales Drehmoment Limit Dlim_glob eine Drehmoment-Reduktionsgrenze Dgrenz größer sind als der vorläufige Drehmoment-Reduktionswert Dred vorl, wird den Drehmomentsollwert Dsoll um Dred vorl reduziert. Zuvor wird in Verfahrensschritt 207 ein fahrer-spezifisches angefordertes Drehmoment Dwspez aufgeschaltet bzw. verrechnet, das dem aktuellen Fahrerwunsch unter Berücksichtigung seines bisherigen Fahrverhaltens entspricht. Die Aufschaltung oder Verrechnung kann als Multiplikation erfolgen.
  • Zur Generierung des fahrer-spezifischem angeforderten Drehmoments wurde das angeforderte Drehmoment Dw (das über eine Stellung eines Gaspedals 109 eingespeist wird) in einem Fahrer-Gewichtungskennfeld 205 zu dem Fahrerspezifischen angefordertem Drehmoment Dwspez umgewandelt. Dadurch kann eine Fahrweise des Fahrers mit in das Verfahren einfließen. Fordert der Fahrer also stets hohe Drehmomente Dw an, so reduziert sich das Maß, um das der Drehmoment Dsoll reduziert wird. Umgekehrt wird es maximal, wenn der Fahrer stets geringe Drehmomente Dw anfordert.
  • Aus der Drehzahl nmot und dem Drehmomentistwert Dist wird in einem Limit-Kennfeld 206 eine Drehmoment-Reduktionsgrenze Dgrenz ermittelt.
  • Der vorläufige Drehmoment-Reduktionswert Dred_vorl und der Drehhmoment-Reduktionsgrenzwert Dgrenz werden in einem Verfahrensschritt 207 miteinander verglichen. Liegt der vorläufige Drehmoment-Reduktionswert Dred_vorl unterhalb von dem Drehmoment-Reduktionsgrenzwert, erfolgt ein Eingriff bzw. eine Reduzierung des Drehmomentsollwerts Dsoll nur um den Betrag des Drehmoment-Reduktionsgrenzwerts Dgrenz. Sonst könnte das Fahrzeug sich verlangsamen oder Nebenaggregate 110 könnten den Verbrennungsmotor 101 abwürgen. Der Ausgangswert aus Verfahrensschritt 207 (Dred_vorl oder Dgrenz) wird in Schritt 209 mit dem fahrer-spezifischen angefordertem Drehmoment Dwspez verrechnet.
  • In Verfahrensschritt 208 wird geprüft, ob der Ausgangswert aus Verfahrensschritt 209 geringer ist, als ein globales Drehmoment Limit Dlim_glob. Ist dies der Fall, wird in Verfahrensschritt 208 der Drehmomentsollwert Dsoll ausgegeben. Bei diesem sollten die Schadstoffemissionen und der Verbrauch unter Berücksichtigung des Fahrerverhaltens unterhalb von jeweiligen Grenzwerten gehalten werden können, auch bei minderwertiger Kraftstoffqualität und hohen Außentemperatur sowie Verschleiß an den Komponenten.
  • Gleichwohl zumindest ein Ausführungsbeispiel in der vorangegangenen Beschreibung sowie der Figurenbeschreibung dargestellt wurde, sollte man anerkennen, dass eine hohe Anzahl an Variationen existieren. Weiterhin sollte man anerkennen, dass das Ausführungsbeispiel bzw. die Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und dass sie nicht dazu dienen, den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die genaue Ausgestaltung in irgendeiner Art und Weise zu beschränken. Vielmehr stellen die Beschreibung sowie die Figurenbeschreibung für den Fachmann eine nützliche Anleitung zur Implementierung mindestens einer Ausführungsform bereit, dabei sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und Funktion der beschriebenen Merkmale vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Verbrennungsmotor
    102
    Kraftfahrzeug
    103
    Antriebsstrang
    104
    Räder
    105
    Ansaugtrakt
    106
    Abgastrakt
    107
    Oxidationskatalysator
    108
    Abgasreinigungseinheit
    109
    Gaspedal
    110
    Nebenaggregate
    111
    Kraftstofftank
    112
    Temperatursensor
    113
    Einspritzdüsen
    114
    Luftmengenmesser
    115
    Mikroprozessoreinheit
    nmot
    Drehzahl
    Dist
    Drehmomentistwert
    Dred_vorl
    vorläufiger Drehmoment-Reduktionswert
    Dgrenz
    Drehmoment-Reduktionsgrenzwert
    Dlast
    Lastdrehmoment
    Dlim_global
    globales Drehmoment-Limit
    Dsoll
    Drehmomentsollwert
    Dverl
    Drehmomentverluste
    Dw
    Fahrer angefordertes Drehmoment
    Dwspez
    fahrer-spezifisches angefordertes Drehmoment
    Vmom
    momentaner Verbrauchswert
    Vid
    Idealverbrauchswert
    Vk
    Kraftstoffvolumenstrom
    201
    Verfahrensschritt
    202
    Verfahrensschritt
    203
    Verbrauchskennfeld
    204
    Verfahrensschritt
    205
    Fahrer-Gewichtungskennfeld
    206
    Limit-Kennfeld
    207
    Verfahrensschritt
    208
    Verfahrensschritt
    209
    Verfahrensschritt

Claims (7)

  1. Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors (101) in einem Kraftfahrzeug (102), mit dem ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission an Einflussgrößen angepaßt werden kann, um einen bei geänderten Einflussgrößen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, mit den Verfahrensschritten: a) Eingabe einer momentanen Motordrehzahl (nmot) und einem momentanen Drehmomentistwert (Dist) in ein Verbrauchskennfeld (203), b) Zuordnung der momentanen Motordrehzahl (nmot) und dem momentanen Drehmomentistwert (Dist) zu einem unter Idealbedingungen bei dieser momentanen Motordrehzahl (nmot) und diesem Drehmomentistwert (Dist) vorliegenden Idealverbrauchswertes (Vid), c) Zuordnen des Idealverbrauchswerts (Vid) und eines tatsächlichen Verbrauchswerts (Vmom) zu einem vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert (D_red_vorl) und d) Reduzieren eines Drehmomentsollwerts (Dsoll) des Verbrennungsmotors (101) höchstens um den vorläufigen Drehmoment-Reduktionswert (D_red_vorl) zu einem zweiten Drehmomentsollwert (DSoll), bei dem zu erwarten ist, daß der Kraftstoffverbrauch (Vmom) und die Schadstoffemission unterhalb jeweiliger Grenzwerte liegen, bis der Idealverbrauchswert (Vid) wieder vorliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentsollwert (Dsoll) global eine Vielzahl von Regelsollwerten so einregelt, daß ein Drehmoment (Dist) des Verbrennungsmotors (101) sich dem Drehmomentsollwert (Dsoll) angleicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend die Verfahrensschritte: a. Erfassen eines Kraftstoff-Volumenstroms (Vk), der an den Verbrennungsmotor (101) gefördert und nicht wieder zurück in einen Kraftstofftank (101) gefördert wird, b. Erfassen eines Lastdrehmoments (Dlast) und der Motordrehzahl (nMot), c. Ermittlung von Drehmomentverlusten (Dverl), verursacht durch Nebenaggregate (110) sowie Reibung in einem Antriebsstrang (103), d. Ermittlung eines tatsächlichen Verbrauchswerts (Vmom) aus dem erfassten KraftstoffVolumentstrom (Vk), dem Lastdrehmoment (Dlast), und den Drehmomentverlusten (Dverl).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und/oder 3, wobei dem Idealverbrauchswert (Vid) und dem tatsächlichen Verbrauchswert (Vmom) in einem Effizienzkontrollkennfeld (204) einem Drehmoment-Reduktionswert (Dred_vorl) zugeordnet wird, der als Basis für eine Verringerung des Drehmomentsollwerts (Dsoll) verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Motordrehzahl (nmot) und der Drehmomentistwert (Dist) in einem Limit-Kennfeld (205) eine Drehmoment-Reduktionsgrenze (Dgrenz) zugeordnet wird, die ein Maximalmaß für eine Drehmomentreduzierung darstellt.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, wobei der Drehmoment-Reduktionswert (Dred_vorl) und der Drehmoment-Reduktionsgrenzwert (Dgrenz) miteinander verglichen werden, und wobei der Drehmomentsollwert (Dsoll) nur um den Drehmoment-Reduktionswert (Dred_vorl) verringert wird, wenn dieser kleiner ist als der Drehmoment-Reduktionsgrenzwert (Dgrenz), und wobei der Drehmoment-Sollwert (Dsoll) ansonsten um die Drehmoment-Reduktionsgrenze (Dgrenz) reduziert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Fahrer-Drehmomentwunsch (Dw) in einem Fahrer-Gewichtungskennfeld (205) zu einem Fahrer-spezifischen angeforderten Drehmoment (Dw_spez) umgewandelt wird, welcher in einem Schritt mit dem Drehmoment-Reduktionswert (Dred_vorl) bzw. der Drehmoment-Reduktionsgrenze (Dgrenz) verrechnet wird, um einen Drehmoment-Reduktionswert (Dred) zu generieren.
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