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DE10355412A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoff-Direkteinspritzsystem ausgebildet ist - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoff-Direkteinspritzsystem ausgebildet ist Download PDF

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DE10355412A1
DE10355412A1 DE2003155412 DE10355412A DE10355412A1 DE 10355412 A1 DE10355412 A1 DE 10355412A1 DE 2003155412 DE2003155412 DE 2003155412 DE 10355412 A DE10355412 A DE 10355412A DE 10355412 A1 DE10355412 A1 DE 10355412A1
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optimization
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internal combustion
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combustion engine
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Uwe Jung
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Abstract

Bei der Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine tritt das Problem auf, dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge im Hinblick auf einen minimalen Verbrauch, minimale Abgas- oder Geräuschemissionen bei höchstmöglichem Fahrkomfort gesteuert werden muss. Bisher wird zur Optimierung der Einspritzung bezüglich aller dieser Kriterien ein Kompromiss beschlossen, wobei zur Beschreibung der aktuellen Fahrsituation nur wenige Parameter, vorrangig die Motordrehzahl und -last, berücksichtigt werden. Durch diesen Kompromiss und die Berücksichtigung nur weniger Umgebungsdaten wird in der Regel nicht das volle Potenzial moderner Brennkraftmaschinen mit Mehrfacheinspritzung ausgenutzt. Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, einen Klassifikator (1) zu bilden, der fortlaufend eine von mehreren verschiedenen Optimierungsstrategien auswählt und dann das Direkteinspritzsystem oder andere betroffene Steuersysteme entsprechend steuert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das Gesamtverhalten der Motorsteuerung verbessert wird.

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoff-Direkteinspritzsystem ausgebildet ist Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff-Direkteinspritzsystem nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 aus. Für die Optimierung werden mehrere Kriterien, insbesondere bezüglich des Emissionsverhaltens und des Komforts in Betracht gezogen. Dabei werden für jedes Einzelkriterium optimale Parameter ermittelt und für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in spezifischen Kennfeldern gespeichert. Mit diesen optimalen Betriebswerten werden dann ein Direkteinspritzsystem für Kraftstoff oder andere betroffene Steuersysteme gesteuert. Das Umschalten zwischen den Kriterien und damit zwischen den verschiedenen Kennfeldern erfolgt fortlaufend während eines Fahrzyklus und derart, dass über die gesamte Fahrstrecke ein Gesamtoptimum hinsichtlich aller wesentlichen Kriterien erreicht wird.
  • Bei den bekannten Verfahren wird üblicherweise eine Optimierungsstrategie in der Weise durchgeführt, dass aus einem festen Satz von Kennfeldern die "optimalen" Betriebswerte für den jeweiligen Betriebspunkt ausgewählt werden, welche stets einen Kompromiss zwischen vielen Einzelkriterien, wie Abgas- und Geräuschemissionen sowie Fahrbarkeit darstellen. Somit wird für jeden Betriebspunkt ein starres "Optimum" fest appliziert, mit dem die Steuersysteme der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs gesteuert werden. Dieser Kompromiss liefert jedoch für die jeweiligen Einzelkriterien Ergebnisse, die insbesondere über einen gesamten Fahrzyklus betrachtet nur bedingt optimal sind. Das Potenzial der modernen Einspritzverfahren, insbesondere von Mehrfacheinspritzungen bei Dieselmotoren, bleibt dabei weitgehend ungenutzt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem aus den verschiedenen, jeweils auf ein bestimmtes Kriterium optimierten Kennfeldsätzen gezielt der für die jeweilige Situation geeignete Kennfeldsatz ausgewählt wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 gelöst.
  • Bei dem Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 ergibt sich der Vorteil, dass die Steuerung des Direkteinspritzsystems für den Kraftstoff oder andere betroffene Steuersysteme flexibel an die aktuelle Fahrsituation und die Umgebungsbedingungen angepasst werden kann. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass sich dadurch insgesamt verbesserte Motor- und Fahrzeugeigenschaften ergeben. Die fortlaufende Priorisierung und Umschaltung zwischen verschiedenen Optimierungskriterien führt darüber hinaus, über einen gesamten Fahrzyklus betrachtet, zu geringeren Emissions- und Verbrauchswerten sowie zu verbesserten Komforteigenschaften des Fahrzeugs, als dies mit bekannten Optimierungsverfahren erreichbar wäre.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 angegebenen Verfahrens beziehungsweise der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine gegeben. Besonders günstig ist dabei, dass die Optimierungskriterien jeweils noch in Teilkriterien unterteilt werden und dann für diese Teilkriterien optimale Betriebswerte ermittelt werden. Mit der Optimierung auf streng abgegrenzte Teilkriterien lässt sich die Brennkraftmaschine beziehungsweise das Fahrzeug noch besser und genauer im für die aktuelle Fahrsituation optimalen Betriebspunkt steuern.
  • Als Teilkriterien werden beim Emissionsverhalten insbesondere der NOx-Ausstoß, die Partikelemission und der Regenerationsmodus eines Dieselpartikelfilters oder beim Komfort die Fahrbarkeit und die Geräuschemission analysiert und bewertet. Diese Teilkriterien sind nicht nur im Hinblick auf minimale Verbrauchswerte und Emissionen wichtig, sondern müssen in vorteilhafter Weise überwacht und gesteuert werden, um auch gesetzliche Anforderungen erfüllen zu können.
  • Zur Bestimmung eines Optimierungskriteriums für eine aktuelle Fahrsituation wird ein Klassifikator verwendet, der die Auswahl und Priorisierung nach einem vorgegebenen Algorithmus durchführt. Es hat sich dabei als Vorteil gezeigt, dass der Klassifikator neben den Umgebungsbedingungen beispielsweise auch Informationen einer Fahrertyperkennung verwendet.
  • Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Klassifikator lediglich Informationen von Sensoren nutzt, die beispielsweise als Temperaturfühler, Öldrücksensor, Klopfsensor, Drehzahlsensor usw. im Bereich der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Mit diesem Informationen lassen sich insbesondere optimale Betriebswerte für die Abgasemission oder den Kraftstoffverbrauch bei einer bestimmten abgeforderten Last ermitteln.
  • Darüber hinaus ist es sinnvoll, dass der Klassifikator Informationen von Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Navigationssystems, eines auf Funk basierten Telematiksystems oder dergleichen verwendet. So kann beispielsweise die Geräuschemission des Fahrzeugs insbesondere beim Durchfahren eines Wohngebietes minimiert werden. Alternativ kann bei Autobahnfahrten z.B. bezüglich des Kraftstoffverbrauchs optimiert werden, im Stadtverkehr dagegen vorrangig bezüglich geeigneter Abgasemissionskriterien. Eine Partikelfilterregenerationsstrategie ist hauptsächlich auf längeren Schnellstrassen- und Autobahnabschnitten sinnvoll. Auch lassen sich empfangene Straßenzustandsmeldungen beispielsweise dazu verwenden, die Fahrbarkeitseigenschaften des Fahrzeugs anzupassen.
  • Eine besonders vorteilhafte Lösung für die Umsetzung des Optimierungsverfahrens wird darin gesehen, dass der Klassifikator seine Auswahl- und Priorisierungsstrategie nach dem Fuzzy-Verfahren durchführt. Das Fuzzy-Verfahren hat in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass aus der Vielzahl der Eingangsvariablen durch deren Abbildung auf unscharfe Mengen und anschließender Anwendung geeigneter Fuzzy-Regeln sehr komfortabel auf einen diskreten Wert der Ausgangsgröße "Optimierungskriterium" geschlossen werden kann. Dadurch kann der Klassifikator besonders einfach das am besten geeignete Kriterium für die aktuelle Fahrsituation auswählen.
  • In diesem Zusammenhang erscheint es weiterhin als günstig, dass optimale Betriebswerte für Fahrzeug-, Motor- oder Umgebungszustände bestimmt werden, die eine Optimierung der Abgasemission, einen minimalen Kraftstoffverbrauch, einen optimalen Fahrkomfort, minimalem Fahrgeräusch oder eine Regeneration des Partikelfilters betreffen.
  • Bei der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine ergibt sich der Vorteil, dass diese für Direkteinspritzsysteme von Benzin-, Diesel- und Gasmotoren verwendet werden kann. Bei diesen Motoren wird üblicherweise eine Mehrfacheinspritzung innerhalb eines Spritzzyklusses aktiviert, die durch die elektrisch gesteuerten piezoelektrischen oder magnetischen Injektoren weitgehend vom Kurbelwellenwinkel entkoppelt ist. Dadurch lassen sich sehr einfach nahezu alle möglichen Einspritzbedingungen realisieren und somit für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine der optimale Betriebspunkt einstellen.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild der Erfindung,
  • 2 zeigt eine Anordnung für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung,
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Klassifikators,
  • 4 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine,
  • 5 zeigt ein Beispiel für das Umschalten zwischen verschiedenen Optimierungskriterien über einem Fahrzyklus und
  • 6 zeigt Simulationsbeispiele, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gesamtemissionsverhalten über einem Fahrzyklus verbessert werden kann.
  • Die Erfindung ist anwendbar an einer Brennkraftmaschine, die für eine Direkteinspritzung von Diesel, Benzin oder Gas in einen oder mehrere Zylinder ausgebildet ist. Derartige Brennkraftmaschinen verwenden in der Regel magnetisch oder piezoelektrisch angetriebene Injektoren, mit denen innerhalb eines Einspritzzyklusses auch eine Mehrfacheinspritzung durchgeführt werden kann. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge und der Einspritzbeginn werden dabei durch eine programmgesteuerte Steuereinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Motorparametern oder Funktionen berechnet und können zum gegebenen Zeitpunkt und weitgehend entkoppelt vom Kurbelwellenwinkel in den Zylinder direkt eingespritzt werden.
  • Um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zu einzelnen Kriterien wie dem Emissionsverhalten (Abgasemissionen) der Brenn kraftmaschine, dem Komfort usw. optimale Betriebswerte vorab zu ermitteln und in geeigneter Form abzuspeichern. Die optimalen Betriebswerte werden dabei in Abhängigkeit von den Optimierungskriterien oder Teilkriterien vorzugsweise in Form von spezifischen Kennfeldsätzen gespeichert. Bezüglich des Kriteriums "Emissionsverhalten" sind insbesondere die Teilkriterien "NOx-Ausstoß" und "Partikelemission" (Dieselmotor), beim Kriterium "Komfort" die Teilkriterien "Fahrbarkeit" und "Geräuschemission" zu nennen.
  • Ziel der Erfindung ist es, ein Optimierungskriterium für den Betrieb der Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem aus der Vielzahl von Einzelkriterien bzw. den zugehörigen optimierten Kennfeldsätzen dasjenige ausgewählt wird, das auf eine aktuelle Fahrsituation am besten abgestimmt ist. Dabei werden vorzugsweise die integralen Abgasemissionswerte über die gesamte Fahrstrecke mit berücksichtigt. Die Auswahl des geeigneten Optimierungskriteriums erfolgt dabei mit Hilfe eines Klassifikators.
  • In 1 ist in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild dargestellt, an dem die Funktion des Klassifikators 1 erkennbar ist. Der Klassifikator 1 erhält an seinen Eingängen Sollwerte, die von den verschiedensten Einrichtungen des Motors oder des Fahrzeugs geliefert werden. Beispielsweise wird ein Drehmomentenwunsch als Soll-Drehmoment TQI_SP vom Fahrer vorgegeben. Als weitere Funktion wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit VS eingegeben. Weitere Funktionen sind eine Umgebungsfunktion ENVD1 und ENVD2. Als Umgebungsfunktion ENVD1 und ENVD2 können beispielsweise Informationen eines Navigationssystems, Verkehrsinformationen eines Telematiksystems oder dergleichen verwendet werden. Damit können z.B. auch Daten über kurvenreiche Fahrstrecken, Steigungen, Schutzgebiete mit Lärm- oder Geschwindigkeitsbegrenzungen usw. zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen gelten für eine jeweilige aktuelle Fahrsituation.
  • Der Klassifikator 1 ermittelt nun mittels eines vorgegebenen Optimierungsalgorithmus, zum Beispiel unter Verwendung eines Fuzzy-Verfahrens, welches Optimierungskriterium zu verwenden ist. In 1 sind beispielhaft aus Übersichtlichkeitsgründen als Optimierungskriterien zwei optimale Betriebsstrategien 2a, 2b dargestellt. Die erste optimale Betriebsstrategie 2a gilt, wenn neben den klassischen Kenngrößen Soll-Drehmoment TQI_SP und Motordrehzahl N die Umgebungsdaten ENVD1 vorliegen. Die zweite optimale Betriebsstrategie 2b gilt für die gleichen Kenngrößen TQI_SP und N, weist jedoch andere Umgebungsdaten ENVD2 auf. Der Klassifikator 1 entscheidet nun an Hand seines Algorithmus, welches Optimierungskriterium von den beiden in Frage kommenden Betriebsstrategien 2a, 2b ausgewählt werden soll. Entscheidet er sich beispielsweise für die erste optimale Betriebsstrategie 2a, dann werden die Sollwerte für die einzelnen Steuersysteme über den zu 2a gehörigen Kennfeldsatz bestimmt und ausgegeben. Beispielsweise wird ein Luftdruck-Sollwert MAP_SP und ein Luftmassen-Sollwert MAF_SP auf das Steuersystem 3 für die Abgasregelung vorgegeben. An seinem Ausgang wird dann ein entsprechendes Stellglied gesteuert.
  • Des weiteren gibt die Einheit 2a für ein Steuersystem 4 zur Steuerung der Kraftstoff-Hydraulik (Druckpumpe) einen Kraftstoffdruck-Sollwert FUP_SP vor, der ebenfalls entsprechend weiterverarbeitet wird.
  • Zur Steuerung des Einspritzsystems 5, beispielsweise des magnetischen oder piezoelektrischen Aktors eines Injektors, werden der Einspritzbeginn SOI_SP und die Einspritzmenge MF_x_SP des Kraftstoffs vorgegeben. Diese Werte werden ebenfalls im Einspritzsystem 5 verarbeitet und eine entsprechende Information an das Stellglied (Aktor) weitergegeben.
  • Für die zweite optimale Betriebsstrategie 2b erfolgt die Ermittlung der Sollwerte analog über den zu 2b gehörigen Kenn feldsatz, so dass die betroffenen Steuersysteme 3,4,5 entsprechend andere Parametersollwerte erhalten.
  • Die beiden Betriebsstrategien 2a,2b für die lokale Optimierung sind nur beispielhaft dargestellt und können beliebig erweitert werden.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der der Betrieb der Brennkraftmaschine optimiert werden kann. Sie weist im wesentlichen eine programmierbare Steuereinrichtung 29 auf, die die verschiedenen Kenngrößen und Umgebungsdaten einliest. Beispielsweise wird von einem Fahrpedal 30 der Sollwert für das Fahrerwunschmoment TQI_SP vorgegeben. Die fahrzeuginternen Sensoren 31 liefern weitere Daten wie die Motordrehzahl N, die Fahrzeuggeschwindigkeit VS, den Luftdruck AMP, die Umgebungstemperatur TIA usw. Über die Einheit 32, z.B. ein Navigations- oder Telematiksystem, können ergänzende Daten, beispielsweise das Fahrzeuggewicht VM, Straßeneigenschaften ROAD, Verkehrsinformationen TRAFIC usw. eingegeben werden.
  • Diese Eingangsdaten für das oben genannte Optimierungsverfahren stellen die momentane Betriebs- und Fahrsituation dar. Auf Grund dieser Daten entscheidet der Klassifikator 1, welches Optimierungskriterium ausgewählt werden soll. In 2 wurden beispielhaft folgende Optimierungskriterien aufgeführt: die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs 33, Minimierung der NOx-Emission 34, Minimierung der Partikelemission 35 oder die Minimierung der Geräuschemission 36.
  • Je nachdem, welche der Optimierungskriterien OPT1, OPT2, OPT3, OPT4 vom Klassifikator 1 ausgewählt wurde, werden auf Precontroller-Level 38 aus dem zugehörigen Kennfeldsatz die entsprechenden Sollwerte für die verschiedenen Steuerungsgrößen ermittelt.
  • Vollständigkeitshalber sei noch erwähnt, dass die Steuereinrichtung 29 eine Notlauffunktion 37 (Limp Home Funktion) aufweist, mit der eine Rückstellung des Klassifikators 1 erreicht werden kann.
  • Die entsprechend der Optimierungsstrategie ermittelten Sollwerte der Steuerungsgrößen werden – wie bereits zu 1 erläutert wurde – an die entsprechenden Steuersysteme 3, 4, 5 bzw. die zugehörigen Regelalgorithmen übergeben. Die Steuersysteme 3, 4, 5 steuern dann ihre zugeordneten Stellglieder 40.
  • An Hand des Blockschaltbildes der 3 wird nachfolgend der Optimierungsalgorithmus im Klassifikator 1 näher erläutert. Der Klassifikator 1 arbeitet vorzugsweise nach den Regeln der Fuzzy-Logik. Es wird angenommen, dass die Einheit 46 sämtliche Daten umfasst, welche von den Einheiten 30, 31, und 32 (siehe Beschreibung zu 2) zur Verfügung gestellt werden und diese an den Klassifikator 1 liefert. Diese Daten werden von einem Fuzzifikator 22 auf eine begrenzte Anzahl von Fuzzy-Mengen abgebildet. Als Beispiel könnte die Eingangsvariable "Strassentyp" eines Navigationssystems, welche je nach Ausführung z.B. 16 diskrete Werte annehmen kann, auf drei Fuzzy-Mengen "untergeordnete Strassen", "mittlere Strassen" und " Schnellstrassen" abgebildet werden. Weiterhin enthält der Klassifikator 1 eine Regelbasis 21, welche die erforderlichen Verknüpfungen der Eingangsvariablen (Fuzzymengen) beschreibt. Eine mögliche Fuzzy-Regel wäre z.B. "WENN eine untergeordnete Strasse vorliegt UND sich das Fahrzeug innerorts befindet, DANN minimiere die Partikelemission". Zusammen mit den Algorithmen der Entscheidungslogik 23 werden dann aus der Vielzahl der Eingangsmengen die Zugehörigkeiten zu einer begrenzten Anzahl von Ausgangsmengen ermittelt, welche die möglichen Optimierungskriterien beschreiben sowie eine Priorisierung vorgenommen. Ein Defuzzifikator 24 überführt das Ergebnis aus dem Fuzzy-Bereich in einen konkreten Wert einer Ausgangsgröße, z.B. eine ganze Zahl. Diese entspricht jeweils einem bestimmten Optimierungskriterium bzw. einer Be triebsstrategie. Im in 2 gezeigten Beispiel wären dies die 4 Kriterien "Verbrauchs-Minimierung", "NOx-Minimierung", "Partikel-Minimierung" und "Geräusch-Minimierung". Weitere mögliche Optimierungskriterien wären beispielsweise "Fahrbarkeitsoptimierung" und "Optimierung des Partikelfilterregenerationsmode" bei Dieselmotoren. Der Ausgangswert des Klassifikators wird dann, möglicherweise zusammen mit zusätzlichen Werten, für die weitere Verarbeitung in Einheit 25 zur Verfügung gestellt.
  • 4 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung zeigt die programmierbare Steuereinrichtung 29, welche zunächst den Klassifikator 1 enthält. Weiterhin verfügt sie über einen Speicher 43 für den Optimierungsalgorithmus, einen Datenspeicher 44 für die von der Fahrsituation und/oder Umweltbedingungen abhängigen Kennfeldsätze und einen Speicher 45 für die klassischen Steuerungsalgorithmen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 29 über einen geeigneten Daten- und Steuerbus mit einer Einheit 46 (Sensorsystem) verbunden, welche wenigstens die fahrzeuginternen Sensoren (Einheiten 30, 31), im Idealfall auch ein Navigations- bzw. Telematiksystem (Einheit 32) umfasst. Alle diese Sensoren und Informationseinheiten sind dabei im Bereich des Fahrzeugs angeordnet. Die Brennkraftmaschine 41 ist als Benzin-, Diesel- oder Gasmotor mit einem Direkteinspritzsystem ausgebildet. Sie weist wenigstens einen Injektor 47 auf, der so an der Brennkraftmaschine 41 angeordnet ist, dass er den Kraftstoff in einen Zylinder 48 einspritzen kann. Der Injektor 47 wird über die Steuereinrichtung 29 zur Kraftstoffeinspritzung aktiviert.
  • 5 zeigt ein Beispiel für mögliche Wechsel der Optimierungsstrategie über dem europäischen Fahrzyklus. Im unteren Diagramm ist das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil des Fahrzyklus angegeben, d.h. hier wurde die Fahrzeuggeschwindigkeit v über die Zeit t aufgetragen. Das obere Diagramm zeigt die jeweils gewählte Optimierungsstrategie OPT, für die vier Wahlmöglichkeiten angegeben wurden. Dabei bedeutet Optimierungsstrategie 1"Verbrauchs-Minimierung", Optimierungsstrategie 2 "NOx-Minimierung", Optimierungsstrategie 3 "Partikel-Minimierung" und Optimierungsstrategie 4 "Geräusch-Minimierung". Wie 5 zeigt, werden im ersten Teil des Zyklus, welcher repräsentativ für den Stadtverkehr ist, vorrangig die Optimierungsstrategie 4 (bei sehr geringen Geschwindigkeiten oder stehendem Fahrzeug) sowie die Optimierungsstrategien 2 und 3 (bei mittleren Geschwindigkeiten) gewählt. Im außerstädtischen Teil des Zyklus, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, überwiegt dann Optimierungsstrategie 1. Dabei wird durch Einbeziehung der integralen Werte der Abgasemissionen bei der Auswahl der Optimierungsstrategie sichergestellt, dass sich das Gesamtemissionsverhalten über dem Fahrzyklus verbessert.
  • 6 zeigt diesbezüglich Simulationsergebnisse für den europäischen Fahrzyklus. Die Dreiecke zeigen die integralen NOx- und Partikelemissionswerte PE für einen 4-Zylinder Common-Rail-Dieselmotor mit Mehrfacheinspritzung bei Verwendung eines festen Kennfeldsatzes, dessen Werte für jeden Betriebspunkt des Motors als Kompromiss bezüglich mehrerer Emissions- und Verbrauchswerte optimiert wurden (Standard-Kalibration). Die drei unterschiedlichen Ergebnisse ergeben sich durch geringfügige Modifikationen der Standardkalibration.
  • Die Kreise in dem Diagramm von 6 zeigen die für dasselbe System niedrigere Partikelemissionen PE und damit verbesserte Ergebnisse, wenn entsprechend der Erfindung während des Fahrzyklus die Betriebsstrategie OPT flexibel gehandhabt wird und eine der jeweiligen Fahrsituation angepasste Auswahl getroffen wird. Der Schwerpunkt der Optimierung lag in diesem Fall auf der Minimierung der Partikelemission. Es könnte jedoch auch ein anderes Schwerpunktkriterium gewählt werden. Wie 6 zeigt, kann durch diese erfindungsgemäß vorgeschlagene dynamische Optimierung die Partikelemission im Mit tel um ca. 20% reduziert werden, ohne dass sich dabei beispielsweise die NOx-Emission erhöht. Das ist ein große Vorteil, da heutige Fahrzeuge ohne Eingriff in die Hardware schon die schärferen Bedingungen der künftigen Euro 5- Stufe erfüllen könnten.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine (41), die mit einem Kraftstoff-Direkteinspritzsystem ausgebildet ist, wobei für die Optimierung des Betriebs mehrere Kriterien, insbesondere bezüglich des Emissionsverhaltens und des Komforts in Betracht gezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass vorab für mehrere Optimierungskriterien spezielle Kennfeldsätze gespeichert werden, denen in Abhängigkeit von der Fahrsituation und/oder Umweltbedingungen optimale Betriebswerte zugeordnet sind und dass ein Klassifikator (1) gebildet wird, der für eine aktuelle Fahrsituation oder Umgebungsbedingung ein Optimierungskriterium auswählt und dann das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem oder ein betroffenes anderes Steuersystem entsprechend steuert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierungskriterien in Teilkriterien unterteilt werden und dass für jedes Teilkriterium ein eigener Kennfeldsatz mit optimalen Betriebswerten ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Teilkriterien insbesondere der NOx-Ausstoß, die Partikelemission, die Fahrbarkeit, der Regenerationsmodus, der Kraftstoffverbrauch oder die Geräuschemission verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) neben den Umgebungsbedingungen auch Informationen einer Fahrertyperkennung zur weiteren Unterteilung des Kriteriums Fahrbarkeit nutzt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) Informa tionen von Sensoren (46) nutzt, die im Bereich der Brennkraftmaschine (41) angeordnet sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) Informationen von einem oder mehreren Informationssystemen des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Navigationssystems, eines funkbasierten Telematiksystems oder dergleichen nutzt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) das Optimierungskriterium mit Hilfe des Fuzzy-Verfahrens bestimmt .
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Fuzzy-Verfahrens eines der folgenden Optimierungskriterien ausgewählt wird: Optimierung der Abgasemission, minimaler Kraftstoffverbrauch, optimaler Fahrkomfort, minimale Geräuschemission oder Optimierung des Regenerationsmodus eines Partikelfilters.
  9. Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoff-Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer programmierbaren Steuereinrichtung (29), die einen Datenspeicher (44) und einen Algorithmus zur Ermittlung eines Optimierungskriteriums aufweist, mit dem das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem oder ein anderes Steuersystem des Fahrzeugs steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) ausgebildet ist, vorab für mehrere Optimierungskriterien von der Fahrsituation und/oder Umgebungsbedingungen abhängige Kennfeldsätze zu ermitteln und in dem Datenspeicher (44) abzulegen und dass die Steuereinrichtung (29) einen Klassifikator (1) aufweist, der in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation und/oder Umgebungsbedingung aus dem Datenspeicher (44) ein Optimierungskriterium vorzugsweise bezüglich der Emission des Abgases, eines minimalen Kraftstoffverbrauchs, eines optimalen Fahrkomforts, minimaler Geräuschemission oder einer Regeneration des Partikelfilters auswählt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem für einen Benzin-, Diesel- oder Gasmotor (21) ausgebildet ist.
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