WO2007036411A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2007036411A1
WO2007036411A1 PCT/EP2006/065948 EP2006065948W WO2007036411A1 WO 2007036411 A1 WO2007036411 A1 WO 2007036411A1 EP 2006065948 W EP2006065948 W EP 2006065948W WO 2007036411 A1 WO2007036411 A1 WO 2007036411A1
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opmod
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PCT/EP2006/065948
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Kia Hsu
Dirk Schneider
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Vdo Automotive Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F02D2250/21—Control of the engine output torque during a transition between engine operation modes or states

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine.
  • the invention also relates to a corresponding device for such an internal combustion engine.
  • Fuel can be injected into internal combustion engines, for example, in egg ⁇ nem homogeneous operation or in a shift operation in the combustion ⁇ space of the internal combustion engine.
  • the fuel is mainly injected during the intake into the combustion chamber of the internal combustion engine turned ⁇ , and swirled far ⁇ continuously until ignition of the fuel, which material a largely homogeneous combustion ⁇ / air mixture results.
  • the homogeneous operation is preferably provided for the full load operation of the internal combustion engine.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber predominantly during the compression phase. This is at the ignition of the fuel, a fuel layer in the Given combustion chamber.
  • the shift operation is mainly suitable for idle and part load operation.
  • a method for controlling an internal combustion engine is known from EP 1 081 363 B1, in which a mode map is adapted as a function of operating variables of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for controlling an internal combustion engine, the ⁇ or which made a good operation of the engine light.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an internal combustion engine having at least one cylinder, in which a combustion chamber is formed, in which fuel is injected in at least two operating modes.
  • a mode quality value For at least two Radio ⁇ th is at least one operating variable with respect to one operating point each calculated a mode quality value.
  • the operating mode quality value is a Be ⁇ triebsart from the at least two operating modes selected.
  • manipulated variables are determined and set.
  • Operating variables are measured variables or variables derived from them. These are for example the rotational speed, the clutch torque demand of the driver as well as various ne gative ⁇ and positive torque lead requirements. It is irrelevant whether the operating variables are detected directly by a sensor or whether they are determined from other measured variables and characteristic curves or characteristic map values.
  • the dependent tewert selected from Radioartgü ⁇ mode is thereby taking into ⁇ supply of preferably several relevant requirements influencing the operating point determined.
  • the operating mode quality values ⁇ allowing a clear, specific and comprehensible ⁇ bare mode selection.
  • reference variables are determined for the at least two operating modes as a function of the operating variables, and in each case the mode quality value is calculated as a function of the reference variables.
  • the guide sizes can be particularly easily determined from the operating variables using known relationships and thus the jeweili ⁇ ge operating mode quality value be determined in a simple manner, assuming that the command values are actually set so if the respective operating mode is selected.
  • partial mode quality values are determined for at least two operating modes as a function of the operating variables, and the mode quality value is determined as a function of the partial operating mode quality values by means of a cost function.
  • the sectionbe ⁇ triebsartgütehong can be determined using known relationships from the operating variables in a particularly simple manner.
  • the command variables have first command values, which follow the first initial command values and the first end commands for the purpose of calculating the respective mode quality value from first initial command values at a start time to first end command values at an end time - Sung variables are determined when a change in the operating variables takes place in the initial time, and wherein the ers ⁇ th initial command variables depending on the valid at the start time first command values and the first Endvoid- are determined depending on the operating variables.
  • the first command values can actually only be set in accordance with a predetermined time-dependent function, with the first initial command values and the first end command values not being changed to new first initial command values and new ones when the relevant operating variables are changed first end-command variables are changed over.
  • the first command values pass through a predetermined range from the first initial command values to the first final command values, as long as there is no change in the relevant operational variables. This has the advantage that a good prediction of the mode quality values is possible.
  • the predetermined time-dependent function is linear time-depend- ⁇ gig. This has the advantage that a particularly simple Be ⁇ calculation of the control variables and a good prediction of the quality values is possible.
  • the partial operating mode values are selected from the group consisting of relative fuel consumption, relative running noise, relative dynamic behavior, relative exhaust emission and relative noise level.
  • This large ⁇ ⁇ special to the product can DERS relevant because they allow statements either about the quality of the driving comfort of a vehicle or its economic or environmental qualities for determining the operating mode quality values. It is particularly advantageous if the determination of sectionbe ⁇ triebsartgütehong dependent carried by the guide sizes by means of the use of maps. This is a special ⁇ DERS simple method for determination of partial operating mode quality values ⁇ .
  • the determination of the partial mode quality values takes place as a function of the reference variables by means of the use of neural networks.
  • Methods using neural networks can be highly efficient in determining the sub-mode quality values.
  • a change of the operating mode is permitted only within predetermined time intervals. This enables a reduction in the number of operations for switching between operating modes and thus a smoothing of the time-dependent operating mode course through a waiting loop.
  • the selection of the operating mode is dependent on a minimum amount ⁇ a change in the mode quality value since a previous selection of the mode, so that the number of steps for selecting the mode is limited in a specified period.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a method for controlling an internal combustion engine for selecting an operating mode
  • FIG. 3 shows a block diagram of a first program that is executed in the device for controlling an internal combustion engine.
  • FIG. 4 shows a block diagram of another program that is executed in the device for controlling an internal combustion engine.
  • FIG. 5 shows a block diagram of another program that is executed in the device for controlling an internal combustion engine.
  • FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of a method for controlling a machine Brennkraftma ⁇ and
  • FIG. 7 shows a detailed representation from the block diagram of FIG. 6.
  • An internal combustion engine 10 includes an intake 11, ei ⁇ NEN engine block 12, a cylinder head 14 and an exhaust manifold 16.
  • the intake section 11 preferably comprises a throttle valve 18, an accumulator 20 and a suction pipe 22, towards a Cylinder Zl is guided via an inlet channel into a combustion chamber 13 of the engine block 12.
  • the engine block 12 further includes a crankshaft 24, which is coupled via a connecting rod 26 with egg ⁇ nem piston 28 of the cylinder Zl.
  • the cylinder head 14 comprises valve drives 34, 36, to which a gas inlet valve 30 and a gas outlet valve 32 are assigned. Furthermore, the valve drives 34, 36 are preferably each assigned to the gas inlet valve 30 and optionally also to the gas outlet valve 32 phasers 38, 40, ⁇ means of which a phase of the Gaseinlrawventilhubverlaufs or the Gasauslisterventilhubverlaufs is adjustable to ei ⁇ nen reference point with respect to the crankshaft is related in a preg ⁇ benen position of the crankshaft. In addition, an external exhaust gas recirculation 42 is provided. Next for influencing the fluid flow of the cylinder Z a can in the combustion chamber 13 in also at least (not Darge ⁇ presented) charge movement flap be provided.
  • the cylinder head 14 further comprises an injection valve 44 and a spark plug 46.
  • the injection valve 44 may also be arranged in the intake pipe 22.
  • an exhaust gas catalyst 48 which is preferably designed as a three-way catalyst, and a NOX storage catalyst 50 is arranged.
  • a control device 52 which are assigned sensors which detect different measurement variables and each ⁇ wells determine the value of the measured variables. The measured quantities and the quantities derived from the measured variables together form the operating variables. The control device 52 determines, depending on at least one of the operating variables manipulated variables, the then converted into one or more actuating signals for controlling the actuators by means of appropriate actuators ⁇ the.
  • the control device 52 may also be referred to as a device for controlling the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor 54, which detects an accelerator pedal position of an accelerator pedal 56, a Heilmas ⁇ sensensor 58, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 18, a first temperature sensor 62, which detects an intake air temperature, a Saugrohrbuch- sensor 64, which a Saugrohr horr in the collector 20, a crankshaft angle sensor 66 which detects a crankshaft angle to which a speed is assigned.
  • Fer ⁇ ner is preferably a second temperature sensor 68 is provided, which detects a coolant temperature.
  • a cylinder pressure sensor 70 is provided, which detects a pressure curve in the combustion chamber of the cylinder.
  • an exhaust gas sensor 72 is provided the exhaust gas catalyst 48 is arranged upstream ⁇ is detected and the residual oxygen content of the exhaust gas and the measurement signal for the air / fuel ratio in the combustion chamber 13 of the cylinder Z characteristic.
  • Actuators are, for example, the throttle valve 18, the gas inlet and gas outlet valves 30, 32, the phase adjuster 38, 40, the charge movement flap, the injection valve 44 or the spark plug 46th
  • the internal combustion engine has in addition to the cylinder Z also cylinders Z2, Z3, Z4, where appropriate sensors and actuators associated with and controlled according to the ⁇ .
  • the control device 52 corresponds to a device for controlling the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a block diagram for the method of controlling an internal combustion engine is shown.
  • the method will be described here by way of example on the basis of three operating modes OPMOD_1, OPMOD_2 and OPMOD_3.
  • An operating mode can, for example, a homopolymer ⁇ re- place a direct fuel injection during the intake phase, a further processing phase, a shift operation during the compaction and ⁇ be a third mixed operation of homogeneous and stratified operation.
  • Other modes are z.
  • an operating point OP_1, OP_2, OP_3 with reference variables is first calculated in blocks for the operating point calculation 110, 111, 112 for each operating mode.
  • the operating points OP_1, OP_2, OP_3 are subsequently fed to respective blocks for operating point evaluation 120, 121, 122, in each of which mode quality values Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 are determined.
  • a selected operating mode OPMOD_SEL is determined.
  • relevant manipulated variables are determined and set.
  • the method for controlling an internal combustion engine does not have to be carried out in each case for all three operating modes OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3. It may already be sufficient if at least two operating modes are used for the method for controlling an internal combustion engine and for this the method for controlling the internal combustion engine is performed.
  • operation quantities 100 a clutch torque request TQ_REQ_CLU, an actual speed value N_AV, a positive torque reserve request TQ_ADD_REQ_POS, a negative torque reserve request TQ_ADD_REQ_NEG, and an exhaust heat flow request IG_HFX_REQ are used.
  • the method is also applicable to a subset of these operating variables or to other operating variables, not shown here.
  • FIGS. 3 to 5 the method for controlling an internal combustion engine, as illustrated in FIG. 2, is further detailed on the basis of an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows the operating point calculation for an operating mode corresponding to one of the blocks 110, 111, 112 of FIG. 2.
  • the clutch torque request TQ_REQ_CLU is added together with the positive torque reservation request TQ_ADD_REQ_POS to a maximum realizable torque TQ_MAX_SP. Further, the clutch torque request TQ_REQ_CLU is combined with the negative torque reservation request TQ_ADD_REQ_NEG to a minimum realizable torque TQ_MIN_SP.
  • the maximum torque TQ_MAX_SP to be displayed together with the Actual speed value N_AV fed to a map KF2, by means of which a filling setpoint MAF_SP_TQ_MAX can be determined.
  • the filling setpoint MAF_SP_TQ_MAX is the setpoint that results for the filling with otherwise optimally set parameters.
  • the charge setpoint MAF_SP_TQ_MAX is then fed together with the actual speed value N_AV to a characteristic field KF3 and used to determine a starting angle reference value IGA_REF.
  • the charge setpoint MAF_SP_TQ_MAX together with the actual speed value N_AV a KF4 led to ⁇ and determined by means of this air / fuel ratio reference value LAMB_REF.
  • a valve setpoint VVL_SP ermit is ⁇ telt from the filling setpoint MAF_SP_TQ_MAX together with the actual speed value N_AV on a map KF 5.
  • charge setpoint and actual rotational speed value MAF_SP_TQ_MAX N_AV means of a characteristic field ⁇ KF6 an overlapping setpoint value VO_SP determined from the two values.
  • a characteristic field input variables KF7 with the rotation speed actual value and N_AV charge setpoint MAF_SP_TQ_MAX a Zündwinkels Georgt ⁇ train maximum value IGA_MIN_DIF is determined to Minimalzündwinkel to the ⁇ sem operating point.
  • a correction to the minimum efficiency ⁇ based requirements IGA_DIF_MIN_REQ the ignition angle of a characteristic curve KL 2 results from this.
  • Is based on the minimum efficiency correction request is smaller IGA_DIF_MIN_REQ of the ignition angle or equal to the ignition angle maximum value IGA_MIN_DIF, so the operating point in the operating mode rea ⁇ is lisierbar and an operating point validity value OP_VAL is set equal to the first If the requirement based on the minimum efficiency correction is IGA_DIF_MIN_REQ of the ignition angle late train is greater than the Zündwinkels Georgtzug maximum value IGA_MIN_DIF, the condition of the negative torque reserve request can not be met and the operating point is not feasible in the mode.
  • the Be ⁇ operating point validity value OP_VAL is set equal to zero then ge ⁇ . From the clutch torque request TQ_REQ_CLU and the maximum realizable torque TQ_MAX_SP a Zündwinkel- efficiency correction setpoint EFF_IGA_SP is determined. This value is now fed together with the charge setpoint MAF_SP_TQ_MAX and the exhaust heat flow request EG_HFX_REQ a map KFl. This can be used to determine an air / fuel ratio correction reference value LAMB_REF_ADD_TEG. The air / fuel ratio correction reference value LAMB_REF_ADD_TEG is added to the air / fuel ratio reference value LAMB_REF, where ⁇ results in an air / fuel ratio setpoint LAMB_SP.
  • a value for the ignition angle retard request IGA_DIF_TQ_REQ can be determined by means of a characteristic curve KL1. Furthermore, an air / fuel ratio ignition angle correction IGA_COR_LAMB is determined from the air / fuel ratio setpoint LAMB_SP via a characteristic curve KL3. These together with the value for the ignition retardation request IGA_DIF_TQ_REQ and the ignition angle reference value IGA_REF form by summation a firing angle setpoint IGA_SP.
  • the air / fuel ratio setpoint LAMB_SP, the Zündwin ⁇ kel setpoint IGA_SP, the filling setpoint MAF_SP_TQ_MAX, the valve lift setpoint VVL_SP, the overlap setpoint VO_SP and the operating point validity OP_VAL together form the reference variables of the example shown here. Beyond the example shown, of course, further reference variables can be determined, as far as this is necessary for the method for controlling an internal combustion engine.
  • a camshaft phasing setpoint value CAM_PHA_SP an injection phasing setpoint value INJ_PHA_SP, a charge motion flap position setpoint PORT_SP, an exhaust gas recirculation rate setpoint EGR_SP and a cylinder blanking setpoint value CYL_FDOUT_SP can be selected. It is understood that subsets of the mentioned group of reference variables for the method for controlling an internal combustion engine can be used.
  • FIG. 4 shows the determination of partial mode quality values from the reference variables.
  • the command variables air / fuel ratio set value LAMB_SP, ignition angle setpoint IGA_SP, charge setpoint MAF_SP_TQ_MAX, valve lift set point VVL_SP and overlapping setpoint value VO_SP be supplied wells the maps KF8, KF9, KFlO and KFlI depending ⁇ in order to determine sub-mode quality values .
  • the Operabe ⁇ triebsartgütehong are relative sizes that are each based on ei ⁇ nen reference value, which is preferably based on the guidance assumes a Great optimum.
  • map KF8 is a relative rough running ER_REL, using the Kenn ⁇ field KF9 a relative fuel consumption FCO_REL, using the map KFlO a relative noise level NL_REL and using the map KFlI a relative exhaust emission EG_REL determined.
  • the determination of the partial mode quality values by means of the use of neural networks instead of or in combination with maps.
  • Neural networks can be highly efficient in determining the partial mode quality values.
  • the four partial mode quality values ER_REL, FCO_REL, NL_REL, EG_REL are transferred as input variables to the respective cost functions for the operating points 140, 141, 142 when the corresponding operating point validity value OP_VAL assumes the value 1 (FIG. 5).
  • the mode quality values Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2 and Q_OPMOD_3 are now determined.
  • Triebsartgüteirri from the maximum value of the Be ⁇ Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 results finally which of the three modes OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3 Festge as selected mode OPMOD_SEL ⁇ sets.
  • the operating mode OPMOD_SEL selected as a function of the operating mode quality values is thus determined taking into account preferably several relevant requirements influencing the operating point.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the method for controlling an internal combustion engine.
  • the method for controlling an internal combustion engine as known from Figure 2, shown.
  • first Füh ⁇ approximate sizes SP_1 - SP_N shown, each of which follows a ramp function 150 and the blocks for operating point calculation 110, 111, 112 and the blocks for operating point evaluation 120, 121 are supplied to the 122nd
  • a ramp function 150 is shown in detail in FIG.
  • first command values SP_1 - SP_N follow a time-dependent function F (t), in order finally to reach first end command values SP_1_E - SP_N_E at the end time t_E.
  • time-dependent function F (t) is linearly dependent on time.
  • the function F (t) can in principle adopt the per ⁇ any desired functional course between the start time and the end timing t_B t_E.
  • the first command values SP_1-SP_N are command values whose dynamic behavior is relatively slow and which can be characterized with a low-pass behavior.
  • the dynamic behavior of variables is referred to in this context as slow, if their time constant is in the range of several 100 ms and thus by a factor of 10 to over 100 over the time constant of a cylinder segment, ie the divided by the number of cylinders time of a working cycle of the internal combustion engine lies.
  • SP_N_B accordance with applicable at the initial time t_B first setpoint variables as output variables and the first final setpoint SP_1_E - - After determining new he ⁇ operating variables 100, the first initial setpoint variables SP_1_B be set SP_N_E depending on the new operating variables 100 as targets.
  • the temporal change of the first command variables SP_1-SP_N with slow response is of overriding priority with respect to the transition between the current mode and the selected mode OPMOD_SEL.
  • the functional curve of the first guide ⁇ sizes SP_1 - SP_N can not be influenced in the period between the start time t_B and the end timing t_E, as long as no new operating variables are determined 100th
  • the group of the second command values SP_N + 1-SP_M includes all command values with fast dynamic behavior, ie a change of the second command values SP_N + 1-SP_M is completed within a working cycle of the internal combustion engine.
  • These second reference variables SP_N + 1-SP_M include, for example, the ignition angle and the injection phasing.

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird. Das Verfahren weist folgende Schritte auf : bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts wird für mindestens zwei Betriebsarten jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet, abhängig von den Betriebsartgütewerten wird eine Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt, und in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der ausgewählten Betriebsart (OPMOD_SEL) werden Stellgrößen ermittelt und eingestellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
An Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften auch die Emissionen gering gehalten werden. Derartige Anforderungen können gut erfüllt werden, wenn in einem Brennraum der Brennkraftmaschine Kraftstoff in mindestens zwei Be¬ triebsarten eingespritzt wird, wobei zwischen den Betriebsarten umgeschaltet werden kann. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung für eine derartige Brennkraftmaschine .
Kraftstoff kann in Brennkraftmaschinen beispielsweise in ei¬ nem Homogenbetrieb oder in einem Schichtbetrieb in den Brenn¬ raum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff vorwiegend während der Ansaugphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine einge¬ spritzt, und damit bis zur Zündung des Kraftstoffs noch weit¬ gehend verwirbelt, was zu einem weitgehend homogenen Kraft¬ stoff/Luft-Gemisch führt. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff überwiegend während der Verdichtungsphase in den Brennraum eingebracht. Damit ist bei der Zündung des Kraftstoffs eine BrennstoffSchichtung im Brennraum gegeben. Der Schichtbetrieb ist hauptsächlich für den Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet.
Neben dem Homogenbetrieb oder dem Schichtbetrieb gibt es noch verschiedene Zwischenformen zwischen diesen beiden Betriebsarten bzw. die entsprechenden Betriebsarten kombiniert mit Einfachspritzung oder Mehrfacheinspritzung.
Aus der EP 1 081 363 Bl ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Betriebsartenkennfeld in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine a- daptiert wird.
Aus dem Artikel „Effiziente Motorapplikation mit lokal linea¬ ren neuronalen Netzen" (MTZ 5/2003, Jahrgang 64, S. 406-413) ist ein Verfahren zur Applikation von Steuergerätefunktionen, insbesondere für die Anwendung bei Motoren, bekannt .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einen guten Betrieb der Brennkraftmaschine ermög¬ licht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Betriebsarten Kraftstoff eingespritzt wird. Für mindestens zwei Betriebsar¬ ten wird bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße festgelegten Betriebspunkts jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet . Abhängig von dem Betriebsartgütewert wird eine Be¬ triebsart aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt. In Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße und der ausgewählten Betriebsart werden Stellgrößen ermittelt und eingestellt .
Bei Brennkraftmaschinen werden verschiedene Betriebsgrößen ermittelt. Betriebsgrößen sind Messgrößen oder daraus abgeleitete Größen. Diese sind beispielsweise die Drehzahl, die Kupplungsmomentanforderung des Fahrers sowie verschiedene ne¬ gative und positive Momentenvorhalt-Anforderungen. Dabei ist unerheblich, ob die Betriebsgrößen direkt von einem Sensor erfasst werden oder ob sie aus anderen Messgrößen und Kennlinien bzw. Kennfeldwerten ermittelt werden.
Es werden bevorzugt mehrere Betriebsgrößen zur Bestimmung des Betriebsartgütewerts, der ein Qualitätsmaß darstellt, für je¬ de Betriebsart herangezogen. Die abhängig vom Betriebsartgü¬ tewert ausgewählte Betriebsart wird dabei unter Berücksichti¬ gung von bevorzugt mehreren relevanten den Betriebspunkt beeinflussenden Anforderungen ermittelt. Die Betriebsartgüte¬ werte ermöglichen eine eindeutige, gezielte und nachvollzieh¬ bare Betriebsartauswahl.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden für die mindestens zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen jeweils Führungsgrößen ermittelt und in Abhängigkeit von den Führungsgrößen jeweils der Betriebsartgüte¬ wert errechnet. Die Führungsgrößen können besonders einfach mittels bekannter Beziehungen aus den Betriebsgrößen bestimmt werden und damit auf einfache Art und Weise auch der jeweili¬ ge Betriebsartgütewert ermittelt werden, unter der Annahme, dass die Führungsgrößen auch tatsächlich so eingestellt werden, falls die jeweilige Betriebsart ausgewählt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden für mindestens zwei Betriebsarten abhängig von den Betriebsgrößen jeweils Teilbetriebsartgütewerte ermittelt und abhängig von den Teilbetriebsartgütewerten mittels einer Kostenfunktion der Betriebsartgütewert ermittelt. Die Teilbe¬ triebsartgütewerte lassen sich auf besonders einfache Weise mittels bekannter Beziehungen aus den Betriebsgrößen bestimmen. Durch die Ermittlung des Betriebsartgütewerts aus den Teilbetriebsartgütewerten mittels der Kostenfunktion, die kundenspezifisch angepasst werden kann, kann die Betriebsart eindeutig und nachvollziehbar ausgewählt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Führungsgrößen erste Führungsgrößen auf, die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt bis zu ersten Endführungsgrößen zu einem Endzeitpunkt einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion folgen, wobei die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endfüh- rungsgrößen ermittelt werden, wenn in dem Anfangszeitpunkt eine Änderung der Betriebsgrößen erfolgt, und wobei die ers¬ ten Anfangsführungsgrößen abhängig von den zum Anfangszeitpunkt gültigen ersten Führungsgrößen und die ersten Endfüh- rungsgrößen abhängig von den Betriebsgrößen ermittelt werden.
Die ersten Führungsgrößen können tatsächlich nur entsprechend einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion eingestellt werden, wobei die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen erst bei einer Änderung der relevanten Betriebsgrößen auf neue erste Anfangsführungsgrößen und neue erste Endführungsgrößen umgestellt werden. Damit durchlaufen die ersten Führungsgrößen zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Betriebsartgütewerts einen vorgegebenen Bereich von den ersten Anfangsführungsgrößen bis zu den ersten Endführungsgrößen, solange keine Änderung der relevanten Betriebsgrößen erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine gute Prädiktion der Betriebsartgütewerte möglich ist .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die vorgegebene zeitabhängige Funktion linear zeitabhän¬ gig. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders einfache Be¬ rechnung der Führungsgrößen sowie eine gute Prädiktion der Gütewerte möglich ist.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Führungsgrößen aus der Gruppe aus einem Drehzahl-Sollwert, einem Frischgasmassenstrom-Sollwert, einem Zündwinkel-Sollwert, einem Nockenwellenphasing-Sollwert , ei¬ nem Einspritzphasing-Sollwert, einem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sollwert, einem Ventilhub-Sollwert, einem Über¬ schneidungs-Sollwert, einem Ladungsbewegungsklappenpositions- Sollwert, einem Abgasrückführrate-Sollwert und einem Zylinde- rausblendungs-Sollwert ausgewählt .
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Teilbetriebsartgütewerte aus der Gruppe aus einem relativen Kraftstoffverbrauch, einer relativen Laufunruhe, einem relativen Dynamikverhalten, einer relativen Abgasemission und einem relativen Geräuschpegel ausgewählt. Diese Grö¬ ßen sind für die Bestimmung der Betriebsartgütewerte beson¬ ders relevant, da sie Aussagen entweder über die Güte des Fahrkomforts eines Fahrzeugs oder über seine ökonomischen o- der ökologischen Qualitäten erlauben. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Bestimmung der Teilbe¬ triebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von Kennfeldern erfolgt. Dies ist eine beson¬ ders einfache Methode zur Bestimmung der Teilbetriebsartgüte¬ werte .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von neuronalen Netzen. Verfahren unter Einsatz neuronaler Netze können bei der Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte hocheffizient sein.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine Änderung der Betriebsart nur innerhalb vorgegebener Zeitabstände zugelassen. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Zahl der Vorgänge zum Umschalten zwischen Betriebsarten und damit eine Glättung des zeitabhängigen Betriebsartenverlaufs durch eine Warteschleife.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswahl der Betriebsart abhängig von einem Mindest¬ betrag einer Änderung des Betriebsartgütewerts seit einer vorhergehenden Auswahl der Betriebsart, so dass die Anzahl von Schritten zur Auswahl der Betriebsart in einem festgelegten Zeitraum begrenzt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Zahl der Vorgänge zum Umschalten zwischen den Betriebsarten reduziert wird und damit eine Glättung des zeitabhängigen Be¬ triebsartenverlaufs durch eine Hysteresekurve vorgenommen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zur Auswahl einer Betriebsart,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines ersten Programms, das in der Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
Figur 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Programms, das in der Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
Figur 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Programms, das in der Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abgearbeitet wird,
Figur 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftma¬ schine und
Figur 7 eine Detaildarstellung aus dem Blockschaltbild von Figur 6.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Ansaugtrakt 11, ei¬ nen Motorblock 12, einen Zylinderkopf 14 und einen Abgastrakt 16. Der Ansaugtrakt 11 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 18, einen Sammler 20 und ein Saugrohr 22, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in einen Brennraum 13 des Motorblocks 12 geführt ist. Der Motorblock 12 umfasst ferner eine Kurbelwelle 24, welche über eine Pleuelstange 26 mit ei¬ nem Kolben 28 des Zylinders Zl gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 14 umfasst Ventiltriebe 34, 36, denen ein Gaseinlassventil 30 bzw. ein Gasauslassventil 32 zugeordnet sind. Ferner sind den Ventiltrieben 34, 36 bevorzugt jeweils für das Gaseinlassventil 30 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 32 Phasenversteller 38, 40 zugeordnet, mit¬ tels denen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs bzw. des Gasauslassventilhubverlaufs verstellbar ist, die auf ei¬ nen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle in einer vorgege¬ benen Stellung der Kurbelwelle bezogen ist. Darüber hinaus ist auch eine externe Abgasrückführung 42 vorgesehen. Weiter kann zur Beeinflussung der Fluidströmung in den Brennraum 13 des Zylinders Zl hinein auch mindestens eine (nicht darge¬ stellte) Ladungsbewegungsklappe vorgesehen sein.
Der Zylinderkopf 14 umfasst ferner ein Einspritzventil 44 und eine Zündkerze 46. Alternativ kann das Einspritzventil 44 auch in dem Saugrohr 22 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 16 ist ein Abgaskatalysator 48, der bevorzugt als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist, und ein NOX- Speicher-Katalysator 50 angeordnet.
Weiter ist eine Steuervorrichtung 52 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und je¬ weils den Wert der Messgrößen ermitteln. Die Messgrößen und die aus den Messgrößen abgeleiteten Größen bilden zusammen die Betriebsgrößen. Die Steuervorrichtung 52 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt wer¬ den. Die Steuervorrichtung 52 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 54, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 56 erfasst, ein Luftmas¬ sensensor 58, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 18 erfasst, ein erster Temperatursensor 62, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdruck- sensor 64, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 20 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 66, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl zugeordnet wird. Fer¬ ner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 68 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 70 ist vorgesehen, der einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders erfasst. Ferner ist eine Abgassonde 72 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 48 ange¬ ordnet ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum 13 des Zylinders Zl.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 18, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 32, die Phasenverstel- ler 38, 40, die Ladungsbewegungsklappe, das Einspritzventil 44 oder die Zündkerze 46. Die Brennkraftmaschine hat neben dem Zylinder Zl auch weitere Zylinder Z2, Z3, Z4, denen entsprechende Sensoren und Stellglieder zugeordnet sind und die entsprechend gesteuert wer¬ den .
Die Steuervorrichtung 52 entspricht einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine.
In Figur 2 ist ein Blockschaltbild zum Verfahren der Steuerung einer Brennkraftmaschine dargestellt . Das Verfahren soll hier beispielhaft anhand von drei Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2 und OPMOD_3 beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen Anzahl von Betriebsarten durchgeführt werden kann, soweit mindestens zwei Betriebsarten be¬ teiligt sind. Eine Betriebsart kann beispielsweise ein Homo¬ genbetrieb einer Benzindirekteinspritzung während der Ansaugphase, eine weitere ein Schichtbetrieb während der Verdich¬ tungsphase und eine dritte ein Mischbetrieb aus Homogen- und Schichtbetrieb sein. Weitere Betriebsarten sind z. B. Homo¬ gen- und Schichtbetrieb kombiniert mit verschiedenen Ein¬ spritzoptionen, wie Einfach- oder Mehrfacheinspritzung.
Aus Betriebsgrößen 100 wird zuerst in Blöcken zur Betriebspunktberechnung 110, 111, 112 jeweils für jede Betriebsart ein Betriebspunkt OP_1, OP_2, OP_3 mit Führungsgrößen berechnet. Die Betriebspunkte OP_1, OP_2, OP_3 werden im weiteren jeweils Blöcken zur Betriebspunktbewertung 120, 121, 122 zugeführt, in denen jeweils Betriebsartgütewerte Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 ermittelt werden. In einem Block Betriebsauswahl 130 wird dann eine gewählte Betriebsart OPMOD_SEL bestimmt . In Abhängigkeit von den Betriebsgrößen 100 der gewählten Betriebsart OPMOD_SEL werden dann relevante Stellgrößen ermittelt und eingestellt.
Das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine muss nicht jeweils für alle drei Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3 durchgeführt werden. Es kann bereits ausreichen, wenn mindestens zwei Betriebsarten für das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden und für diese das Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine durchgeführt wird .
Als Betriebsgrößen 100 werden in diesem Ausführungsbeispiel eine Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU, ein Drehzahl- Istwert N_AV, eine Positiv-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_POS, eine Negativ-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_NEG und eine Abgaswärmestrom-Anforderung IG_HFX_REQ verwendet. Das Verfahren ist jedoch auch auf eine Teilmenge dieser Betriebsgrößen oder auf weitere, hier nicht dargestellte Betriebsgrößen anwendbar.
In den Figuren 3 bis 5 ist das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wie in Figur 2 dargestellt, anhand einer beispielhaften Ausführungsform weiter detailliert.
Figur 3 zeigt die Betriebspunktberechnung für eine Betriebsart entsprechend einem der Blöcke 110, 111, 112 der Figur 2. Die Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU wird zusammen mit der Positiv-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_POS zu einem maximal realisierbaren Moment TQ_MAX_SP addiert. Weiter wird die Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU zusammen mit der Negativ-Momentenvorhalt-Anforderung TQ_ADD_REQ_NEG zu einem minimal realisierbaren Moment TQ_MIN_SP kombiniert. Das maximal darzustellende Moment TQ_MAX_SP wird zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem Kennfeld KF2 zugeführt, mittels dessen ein Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX ermittelt werden kann. Der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX ist der Sollwert, der sich für die Füllung bei ansonsten optimal eingestellten Parametern ergibt. Der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX wird nun zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem Kennfeld KF3 zugeführt und mit diesem ein Zündwinkel-Referenzwert IGA_REF ermittelt . Weiter wird der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV einem Kennfeld KF4 zu¬ geführt und mittels diesem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Referenzwert LAMB_REF bestimmt. Weiter wird aus dem Füllungs- Sollwert MAF_SP_TQ_MAX zusammen mit dem Drehzahl-Istwert N_AV über ein Kennfeld KF5 ein Ventilhub-Sollwert VVL_SP ermit¬ telt . Ebenso wird aus den beiden Größen Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX und Drehzahl-Istwert N_AV mittels eines Kenn¬ felds KF6 ein Überschneidungs-Sollwert VO_SP bestimmt. Über ein Kennfeld KF7 mit dem Eingangsgrößen-Drehzahl-Istwert N_AV und Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX wird ein Zündwinkelspät¬ zug-Maximalwert IGA_MIN_DIF bis zum Minimalzündwinkel an die¬ sem Betriebspunkt ermittelt. Durch Division des minimal rea¬ lisierbaren Moments TQ_MIN_SP durch das maximal realisierbare Moment TQ_MAX_SP wird eine minimal realisierbare Wirkungs¬ gradkorrektur, der Minimal-Zündwinkel-Wirkungsgradkorrektur- Sollwert EFF_IGA_MIN_SP ermittelt. Über eine Kennlinie KL2 ergibt sich aus diesem eine auf der minimalen Wirkungsgrad¬ korrektur basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ des Zündwinkelspätzugs. Ist die auf der minimalen Wirkungsgradkorrektur basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ des Zündwinkelspätzugs kleiner oder gleich dem Zündwinkelspätzug-Maximalwert IGA_MIN_DIF, so ist der Betriebspunkt in der Betriebsart rea¬ lisierbar und ein Betriebspunktgültigkeitswert OP_VAL wird gleich 1 gesetzt. Ist die auf der minimalen Wirkungsgradkorrektur basierte Anforderung IGA_DIF_MIN_REQ des Zündwinkel- spätzugs größer als der Zündwinkelspätzug-Maximalwert IGA_MIN_DIF, so kann die Bedingung der negativen Momentenvorhalt-Anforderung nicht erfüllt werden und der Betriebspunkt ist in der Betriebsart nicht realisierbar. Der Be¬ triebspunktgültigkeitswert OP_VAL wird dann gleich Null ge¬ setzt. Aus der Kupplungsmoment-Anforderung TQ_REQ_CLU und dem maximal realisierbaren Moment TQ_MAX_SP wird ein Zündwinkel- Wirkungsgradkorrektur-Sollwert EFF_IGA_SP bestimmt. Dieser Wert wird nun zusammen mit dem Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX und der Abgaswärmestrom-Anforderung EG_HFX_REQ einem Kennfeld KFl zugeführt. Damit lässt sich ein Luft /KraftStoff-Verhältnis-Korrektur-Referenzwert LAMB_REF_ADD_TEG bestimmen. Der Luft /Kraftstoff-Verhältnis- Korrektur-Referenzwert LAMB_REF_ADD_TEG wird zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert LAMB_REF addiert, wo¬ durch sich ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP ergibt. Aus dem Zündwinkel-Wirkungsgradkorrektur-Sollwert EFF_IGA_SP kann mittels einer Kennlinie KLl ein Wert für die Zündwinkelspätzug-Anforderung IGA_DIF_TQ_REQ ermittelt werden. Weiter wird aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP über eine Kennlinie KL3 eine Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Zündwinkelkorrektur IGA_COR_LAMB bestimmt. Diese zusammen mit dem Wert für die Zündwinkelspätzug-Anforderung IGA_DIF_TQ_REQ und dem Zündwinkel-Referenzwert IGA_REF bilden durch Summation einen Zündwinkel-Sollwert IGA_SP.
Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP, der Zündwin¬ kel-Sollwert IGA_SP, der Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX, der Ventilhub-Sollwert VVL_SP, der Überschneidungs-Sollwert VO_SP und die Betriebspunktgültigkeit OP_VAL bilden zusammen die Führungsgrößen des hier dargestellten Beispiels. Über das dargestellte Beispiel hinausgehend können natürlich weitere Führungsgrößen ermittelt werden, soweit dies für das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine erforderlich ist. Insbesondere kann ein Nockenwellenphasing-Sollwert CAM_PHA_SP, ein Einspritzphasing-Sollwert INJ_PHA_SP, ein La- dungsbewegungsklappenpositions-Sollwert PORT_SP, ein Abgas- rückführrate-Sollwert EGR_SP und ein Zylinderausblendungs- Sollwert CYL_FDOUT_SP ausgewählt werden. Es versteht sich, dass auch Teilmengen aus der genannten Gruppe der Führungsgrößen für das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden können.
In Figur 4 ist die Ermittlung von Teilbetriebsartgütewerten aus den Führungsgrößen dargestellt. Die Führungsgrößen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert LAMB_SP, Zündwinkel- Sollwert IGA_SP, Füllungs-Sollwert MAF_SP_TQ_MAX, Ventilhub- Sollwert VVL_SP und Überschneidungs-Sollwert VO_SP werden je¬ weils den Kennfeldern KF8, KF9, KFlO und KFlI zugeführt, um damit Teilbetriebsartgütewerte zu bestimmen. Die Teilbe¬ triebsartgütewerte sind relative Größen, die jeweils auf ei¬ nen Referenzwert bezogen sind, der bevorzugt bezogen auf die Führungsgroßen einen Bestwert annimmt. Mittels des Kennfelds KF8 wird eine relative Laufunruhe ER_REL, mittels des Kenn¬ felds KF9 ein relativer Kraftstoffverbrauch FCO_REL, mittels des Kennfelds KFlO ein relativer Geräuschpegel NL_REL und mittels des Kennfelds KFlI eine relative Abgasemission EG_REL ermittelt .
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte mittels des Einsatzes von neuronalen Netzen anstelle oder in Kombination mit Kennfeldern. Neuronale Netze können bei der Bestimmung der Teilbetriebsartgüte¬ werte hocheffizient sein. Die vier Teilbetriebsartgütewerte ER_REL, FCO_REL, NL_REL, EG_REL werden als Eingangsgrößen an die jeweiligen Kostenfunktionen für die Betriebspunkte 140, 141, 142 übergeben, wenn der entsprechende Betriebspunktgültigkeitswert OP_VAL den Wert 1 annimmt (Figur 5) . Mittels der Kostenfunktionen 140, 141, 142 werden nun die Betriebsartgütewerte Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2 und Q_OPMOD_3 bestimmt. Aus dem Maximalwert der Be¬ triebsartgütewerte Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2, Q_OPMOD_3 ergibt sich schließlich, welche der drei Betriebsarten OPMOD_1, OPMOD_2, OPMOD_3 als gewählte Betriebsart OPMOD_SEL festge¬ legt wird. Die abhängig von den Betriebsartgütewerten ausgewählte Betriebsart OPMOD_SEL wird also unter Berücksichtigung von bevorzugt mehreren relevanten den Betriebspunkt beeinflussenden Anforderungen ermittelt.
Zur Vermeidung zu häufiger und zu schneller Schaltvorgänge zwischen den Betriebsarten kommt vorzugsweise eine Warte¬ schleife oder eine Hysteresefunktion zum Einsatz. Damit kann die Zahl der Vorgänge zum Umschalten zwischen den Betriebsarten reduziert und so der zeitliche Betriebsartverlauf geglät¬ tet werden.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Im oberen Teil der Figur ist das Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wie aus Figur 2 bekannt, dargestellt. Zusätzlich sind erste Füh¬ rungsgrößen SP_1 - SP_N gezeigt, die jeweils einer Rampenfunktion 150 folgen und die den Blöcken zur Betriebspunktberechnung 110, 111, 112 und den Blöcken zur Betriebspunktbewertung 120, 121, 122 zugeführt werden. Eine derartige Rampenfunktion 150 ist detailliert in Figur 7 gezeigt. Ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen SP_1_B - SP_N_B zu einem Anfangszeitpunkt t_B folgen die ersten Führungsgrößen SP_1 - SP_N einer zeitabhängigen Funktion F(t), um schließlich zum Endzeitpunkt t_E erste Endführungsgrößen SP_1_E - SP_N_E zu erreichen. In dem in Figur 7 dargestellten Beispiel ist die zeitabhängige Funktion F(t) linear von der Zeit abhängig. Die Funktion F(t) kann jedoch zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B und dem Endzeitpunkt t_E grundsätzlich je¬ den beliebigen gewünschten funktionalen Verlauf annehmen.
Die ersten Führungsgrößen SP_1 - SP_N sind Führungsgrößen, deren dynamisches Verhalten relativ langsam ist und die mit einem Tiefpassverhalten charakterisiert werden können. Das dynamische Verhalten von Größen wird in diesem Zusammenhang als langsam bezeichnet, wenn ihre Zeitkonstante im Bereich mehrerer 100 ms liegt und damit um einen Faktor 10 bis über 100 über der Zeitkonstante eines Zylindersegments, d.h. der durch die Zahl der Zylinder geteilten Zeit eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine liegt. Nach der Bestimmung neu¬ er Betriebsgrößen 100 werden die ersten Anfangsführungsgrößen SP_1_B - SP_N_B entsprechend den zum Anfangszeitpunkt t_B gültigen ersten Führungsgrößen als Ausgangsgrößen und die ersten Endführungsgrößen SP_1_E - SP_N_E in Abhängigkeit von den neuen Betriebsgrößen 100 als Zielgrößen festgelegt.
Zwischen dem Zeitpunkt t_B und dem Zeitpunkt t_E erfolgt zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Verlauf der Funktion F(t) eine Betriebspunktberechnung und eine Betriebspunktbewertung. Der Vergleich der dadurch ermittelten Betriebsartgütewerte Q_OPMOD_1, Q_OPMOD_2 und Q_OPMOD_3 resultiert in einer gewählten Betriebsart OPMOD_SEL, wie dies weiter oben anhand der Figuren 2 bis 5 bereits dargestellt ist. Die zeitliche Änderung der ersten Führungsgrößen SP_1 - SP_N mit langsamem Ansprechverhalten ist von übergeordneter Priorität in Bezug auf den Übergang zwischen der aktuellen Betriebsart und der ausgewählten Betriebsart OPMOD_SEL. Dies bedeutet, dass der funktionale Verlauf der ersten Führungs¬ größen SP_1 - SP_N in der Zeit zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B und dem Endzeitpunkt t_E nicht beeinflussbar ist, solange keine neuen Betriebsgrößen 100 ermittelt werden. Der in der Zeit zwischen dem Anfangszeitpunkt t_B und dem Endzeitpunkt t_E ermittelten Betriebsart OPMOD_SEL stehen als Freiheitsgrade zweite Führungsgrößen SP_N+1 - SP_M zur Verfügung, die keine gemeinsame Schnittmenge mit der Gruppe der ersten Füh¬ rungsgrößen SP_1 - SP_N haben. Die Gruppe der zweiten Führungsgrößen SP_N+1 - SP_M umfasst dabei alle Führungsgrößen mit schnellem dynamischen Verhalten, d.h. eine Änderung der zweiten Führungsgrößen SP_N+1 - SP_M ist innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine abgeschlossen. Zu diesen zweiten Führungsgrößen SP_N+1 - SP_M gehören beispielsweise der Zündwinkel und das Einspritzphasing.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Be¬ triebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, mit folgenden Schritten : a) bezüglich eines durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts wird für mindestens zwei Be¬ triebsarten jeweils ein Betriebsartgütewert berechnet, b) abhängig von den Betriebsartgütewerten wird eine Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten ausgewählt, und c) in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der ausgewählten Betriebsart (OPMOD_SEL) werden Stellgrößen ermittelt und eingestellt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) für die mindestens zwei Betriebsarten in Abhän¬ gigkeit von den Betriebsgrößen (100) jeweils Führungsgrößen ermittelt werden und in Abhängigkeit von den Führungsgrößen jeweils der Betriebsartgütewert berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) für mindestens zwei Be¬ triebsarten abhängig von den Betriebsgrößen (100) jeweils Teilbetriebsartgütewerte ermittelt werden und abhängig von den Teilbetriebsartgütewerten mittels einer Kostenfunktionen der Betriebsartgütewert ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgrößen erste Führungsgrößen aufweisen, die zum Zweck des Berechnens des jeweiligen Be- triebsartgütewerts ausgehend von ersten Anfangsführungsgrößen zu einem Anfangszeitpunkt (t_B) bis zu ersten Endführungsgrö- ßen zu einem Endzeitpunkt (t_E) einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion (F (t)) folgen, wobei die ersten Anfangsführungsgrößen und die ersten Endfüh- rungsgrößen ermittelt werden, wenn in dem Anfangszeitpunkt (t_BEG) eine Änderung der Betriebsgrößen (100) erfolgt, und wobei die ersten Anfangsführungsgrößen abhängig von den zum Anfangszeitpunkt (t_B) gültigen ersten Führungsgrößen und die ersten Endführungsgrößen abhängig von den Betriebsgrößen (100) ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene zeitabhängige Funktion (f(t)) linear zeitab¬ hängig ist .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgrößen aus der Gruppe aus einem Frischgasmassenstrom-Sollwert (MAF_SP_TQ_MAX) , ei¬ nem Zündwinkel-Sollwert (IGA_SP) , einem Nockenwellenphasing- Sollwert (CAM_PHA_SP) , einem Einspritzphasing-Sollwert (INJ_PHA_SP) , einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert (LAMB_SP) , einem Ventilhub-Sollwert (VVL_SP) , einem Über¬ schneidungs-Sollwert VO_SP, einem Ladungsbewegungsklappenpo- sitions-Sollwert, einem Abgasrückführrate-Sollwert (EGR_SP) und einem Zylinderausblendungs-Sollwert (CYL_FDOUT_SP) ausge¬ wählt sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbetriebsartgütewerte aus der Gruppe aus einem relativen Kraftstoffverbrauch (FCO_REL) , einer relativen Laufunruhe (ER_REL) , einem relativen Dynamik- verhalten (DYN_REL) , einer relativen Abgasemission (EG_REL) und einem relativen Geräuschpegel (NL_REL) ausgewählt sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Teilbetriebs¬ artgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von Kennfeldern erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Teilbetriebsartgütewerte abhängig von den Führungsgrößen mittels des Einsatzes von neuronalen Netzen erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Betriebsart
(OPMOD_SEL) nur innerhalb vorgegebener Zeitabstände zugelas¬ sen ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Betriebsart
(OPMOD_SEL) abhängig von einem Mindestbetrag einer Änderung des Betriebsartgütewerts seit einer vorhergehenden Auswahl der Betriebsart (OPMOD_SEL) erfolgt, so dass die Anzahl von Schritten zur Auswahl der Betriebsart in einem festgelegten Zeitraum begrenzt ist.
12. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum (13) ausgebildet ist, in den in mindestens zwei Be¬ triebsarten Kraftstoff eingespritzt wird, die ausgebildet ist zum a) Berechnen jeweils eines Betriebsartgütewerts bezüglich ei¬ nes durch mindestens eine Betriebsgröße (100) festgelegten Betriebspunkts für mindestens zwei Betriebsarten, b) Auswählen einer Betriebsart (OPMOD_SEL) aus den mindestens zwei Betriebsarten abhängig von den Betriebsartgütewerten, und c) Ermitteln und Einstellen von Stellgrößen in Abhängigkeit von der mindestens einen Betriebsgröße (100) und der aus¬ gewählten Betriebsart (OPMOD_SEL) .
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