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DE10355412B4 - Method and device for optimizing the operation of an internal combustion engine, which is designed with a direct fuel injection system - Google Patents

Method and device for optimizing the operation of an internal combustion engine, which is designed with a direct fuel injection system Download PDF

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DE10355412B4 DE2003155412 DE10355412A DE10355412B4 DE 10355412 B4 DE10355412 B4 DE 10355412B4 DE 2003155412 DE2003155412 DE 2003155412 DE 10355412 A DE10355412 A DE 10355412A DE 10355412 B4 DE10355412 B4 DE 10355412B4
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Abstract

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.method for optimizing the operation of an internal combustion engine (41), the with a direct fuel injection system is formed, wherein for the optimization of the operation several criteria, in particular regarding the Emissions and comfort, should be considered, characterized in that in advance for a plurality of optimization criteria special map sets be stored, depending on optimal operating values from the driving situation and / or environmental conditions are assigned and that a classifier (1) is formed, the for one current driving situation or ambient condition an optimization criterion selects and then the direct fuel injection system or another affected Control system controls accordingly.

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Description

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.The The invention is based on a method for optimizing the operation an internal combustion engine with a direct fuel injection system of the type the sibling claims 1 and 9 off. For The optimization will be several criteria, especially regarding the Emission behavior and comfort. there be for every single criterion determines optimal parameters and for each Operating point of the internal combustion engine in specific maps saved. With these optimal operating values are then one Direct injection system for Controlled fuel or other affected control systems. Switching between the criteria and thus between the different maps takes place continuously during a driving cycle and such that over the entire driving distance achieved an overall optimum with regard to all essential criteria becomes.

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.at The known method is usually carried out an optimization strategy in such a way that from a firm Set of maps the "optimal" operating values for each Operating point selected which is always a compromise between many individual criteria, such as Exhaust and noise emissions as well as drivability pose. Thus, for each operating point a rigid "optimum" is firmly applied, with the the control systems of the internal combustion engine or the vehicle to be controlled. However, this compromise provides for the respective Individual criteria results that are considered in particular over an entire driving cycle are only partially optimal. The potential of modern injection methods, especially of multiple injections in diesel engines remains largely unused.

Die Druckschrift DE 196 37 210 A1 offenbart eine Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, in dem eine integrierte Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug die Stellung des Fahrpedals und des Bremspedals als ein vom Fahrer gewünschtes Radmoment interpretiert. Die Antriebsstrangsteuerung weist eine Berechnungseinrichtung auf, durch die die Stellung des Fahrpedals und des Bremspedals empfangen und daraus zentrale Steuerparameter für die Antriebsquellen und die verzögernden Einheiten des Antriebsstrangs erzeugt werden.The publication DE 196 37 210 A1 discloses a powertrain control for a motor vehicle in which an integrated powertrain control for a motor vehicle interprets the position of the accelerator pedal and the brake pedal as a desired wheel torque by the driver. The powertrain control has a calculation device, by means of which the position of the accelerator pedal and the brake pedal are received and from which central control parameters for the drive sources and the delaying units of the driveline are generated.

Die Druckschrift DE 100 62 349 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung und/oder Regelung einer Last eines Fahrzeugs zur Verbesserung einer durch ein Fahrzeug verursachten Geräuscheemission oder Lärmabstrahlung. Dieses Verfahren bzw. Anordnung weist eine Aufnahmeeinheit auf, die die momentane Last des Fahrzeugs anhand mindestens einer Betriebsgröße des Fahrzeugs ermittelt, wobei mittels einer Steuer- oder Regeleinheit die Betriebsgröße in Abhängigkeit von einem aus der momentanen Last des Fahrzeugs resultierenden Geräuschpegel gesteuert und/oder geregelt wird.The publication DE 100 62 349 A1 discloses a method and an arrangement for controlling and / or regulating a load of a vehicle to improve a noise emission or noise emission caused by a vehicle. This method or arrangement has a recording unit which determines the instantaneous load of the vehicle based on at least one operating variable of the vehicle, wherein the operating variable is controlled and / or regulated by means of a control unit in dependence on a noise level resulting from the instantaneous load of the vehicle becomes.

Die Druckschrift DE 296 18 851 U1 offenbart eine Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, durch die die Stellung des Fahrpedals als ein vom Fahrer gewünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment interpretiert und zum Berechnen von Sollwerten für den Motor und das Getriebe des Fahrzeugs verwendet wird.The publication DE 296 18 851 U1 discloses a powertrain control for a motor vehicle by which the position of the accelerator pedal is interpreted as a driver desired wheel torque or transmission output torque and used to calculate setpoint values for the engine and the transmission of the vehicle.

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.Of the Invention is based on the object, a method or to provide a device for optimizing the operation of an internal combustion engine, with the one out of the different, each on a specific criterion optimized map sets Targeted for the respective situation appropriate map set is selected. This object is achieved with the features of the independent claims 1 and 9 solved.

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.at the method for optimizing the operation of an internal combustion engine with the characterizing features of the independent claims 1 and 9, there is the advantage that the control of the direct injection system for the Fuel or other affected tax systems flexible to the current driving situation and the environmental conditions are adjusted can. It is considered to be particularly advantageous that This results in improved overall engine and vehicle characteristics. The continuous prioritization and switching between different In addition, optimization criteria leads over one whole cycle, with lower emission and consumption levels as well as to improved comfort characteristics of the vehicle than this would be achievable with known optimization methods.

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.By those in the dependent Claims listed measures are advantageous developments and improvements in the sibling claims 1 and 9 specified method or the device for Optimization of the operation of the internal combustion engine given. Especially Cheap is that the optimization criteria in each case in sub-criteria be divided and then for these subcriteria optimal operating values are determined. With Optimization to strictly defined subcriteria can be achieved the internal combustion engine or the vehicle even better and more precisely in the control the current driving situation optimal operating point.

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.As subcriteria, emission behavior is analyzed and evaluated in particular for NO x emissions, particle emissions and the regeneration mode of a diesel particulate filter, or for comfort, drivability and noise emission. These subcriteria are not only important in terms of minimum consumption and emissions, but must be monitored and controlled in an advantageous manner to meet legal requirements.

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.to Determination of an optimization criterion for a current driving situation a classifier is used, which selects and prioritizes performs a predetermined algorithm. It has proved to be Advantage shown that the classifier in addition to the environmental conditions For example, also used information of a driver type recognition.

Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Klassifikator lediglich Informationen von Sensoren nutzt, die beispielsweise als Temperaturfühler, Öldrucksensor, 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.alternative for this it is possible that the classifier only uses information from sensors, For example, as a temperature sensor, oil pressure sensor, knock sensor, Speed sensor, etc. arranged in the region of the internal combustion engine are. With this information can be particularly optimal Operating values for the exhaust emission or fuel consumption at a given determine the requested load.

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.Furthermore It makes sense that the classifier contains information from facilities of the motor vehicle, in particular a navigation system, a used on radio-based telematics system or the like. For example, the noise emission minimizes the vehicle in particular when driving through a residential area become. Alternatively, in highway driving, e.g. concerning the Fuel consumption are optimized, in urban transport priority in terms of suitable exhaust emission criteria. A particle filter regeneration strategy is mainly on longer Expressway and motorway sections useful. Also can be received road status messages For example, to use the drivability characteristics of Vehicle adapt.

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.A particularly advantageous solution for the implementation of the optimization method is seen in that the classifier carries out its selection and prioritization strategy according to the fuzzy method. The In this context, fuzzy method has the advantage that out the variety of input variables by their picture on blurred Quantities and subsequent Application of suitable fuzzy rules very comfortable on a discrete Value of the output variable "optimization criterion" can be closed can. This makes it easy to classify the classifier suitable criterion for select the current driving situation.

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.In In this context, it still seems favorable that optimal operating values for vehicle, Engine or ambient conditions be determined, which optimizes exhaust emission, a minimum Fuel consumption, optimum driving comfort, minimal driving noise or a Relate to regeneration of the particulate filter.

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.at the device for optimizing the operation of an internal combustion engine There is the advantage that this is for direct injection systems of Gasoline, diesel and gas engines can be used. In these Engines usually become activates a multiple injection within one injection cycle, which is controlled by the electrically controlled piezoelectric or magnetic Injectors largely decoupled from the crankshaft angle. Thereby can be very easily almost all possible injection conditions realize and thus for every operating state of the internal combustion engine, the optimal operating point to adjust.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described in the following Description closer explained.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild der Erfindung, 1 shows a schematic representation of a block diagram of the invention,

2 zeigt eine Anordnung für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung, 2 shows an arrangement for a control device according to the invention,

3 zeigt ein Blockschaltbild eines Klassifikators, 3 shows a block diagram of a classifier,

4 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, 4 shows a schematic block diagram of the device for optimizing the operation of an internal combustion engine,

5 zeigt ein Beispiel für das Umschalten zwischen verschiedenen Optimierungskriterien über einem Fahrzyklus und 5 shows an example of switching between different optimization criteria over a drive cycle and

6 zeigt Simulationsbeispiele, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gesamtemissionsverhalten über einem Fahrzyklus verbessert werden kann. 6 shows simulation examples of how the overall emission behavior over a drive cycle can be improved by means of the method according to the invention.

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.The invention is applicable to an internal combustion engine designed for direct injection of diesel, gasoline or gas into one or more cylinders. Such internal combustion engines generally use magnetically or piezoelectrically driven injectors with which a multiple injection can also be carried out within one injection cycle. The injected Fuel quantity and the start of injection are calculated by a program-controlled control device as a function of various engine parameters or functions and can be injected directly into the cylinder at the given time and largely decoupled from the crankshaft angle.

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.In order to obtain optimal operation of the internal combustion engine, it is proposed according to the invention to determine individual operating parameters, such as the emission behavior (exhaust emissions) of the internal combustion engine, comfort, etc., in advance and store them in a suitable form. The optimum operating values are stored as a function of the optimization criteria or partial criteria, preferably in the form of specific characteristic map sets. With regard to the "emission behavior" criterion, the sub-criteria "NO x emissions" and "particulate emissions" (diesel engine) are to be mentioned, while the criterion "comfort" includes the sub-criteria "driveability" and "noise emission".

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.aim The invention is an optimization criterion for the operation specify the internal combustion engine, with the of the plurality of individual criteria or the associated optimized map sets the one selected which is best adapted to a current driving situation. In this case, preferably the integral exhaust gas emission values are determined via the entire route taken into account. The selection of the appropriate optimization criterion is carried out with the help of a classifier.

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.In 1 is a schematic representation of a block diagram in which the function of the classifier 1 is recognizable. The classifier 1 receives at its inputs setpoints that are supplied by various devices of the engine or the vehicle. For example, a torque request is specified by the driver as desired torque TQI_SP. As another function, a vehicle speed VS is input. Further functions are an environmental function ENVD1 and ENVD2. As environment function ENVD1 and ENVD2, for example, information of a navigation system, traffic information of a telematics system or the like can be used. Thus, for example, data on winding roads, inclines, protected areas with noise or speed limits, etc. can be made available. This information applies to a current driving situation.

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.The classifier 1 determines now by means of a predetermined optimization algorithm, for example, using a fuzzy method, which optimization criterion is to be used. In 1 For reasons of clarity, two optimal operating strategies are the optimization criteria 2a . 2 B shown. The first optimal operating strategy 2a applies if, in addition to the classic parameters setpoint torque TQI_SP and engine speed N, the environmental data ENVD1 is available. The second optimal operating strategy 2 B applies to the same characteristics TQI_SP and N but has different environment data ENVD2. The classifier 1 decides on the basis of its algorithm which optimization criterion of the two possible operating strategies 2a . 2 B should be selected. For example, decides on the first optimal operating strategy 2a , then the setpoints for the individual control systems over the zu 2a associated map set determined and issued. For example, an air pressure setpoint MAP_SP and an air mass setpoint MAF_SP are applied to the control system 3 specified for exhaust control. At its output then a corresponding actuator is controlled.

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.Furthermore, the unit gives 2a for a tax system 4 to control the fuel hydraulic (pressure pump) before a fuel pressure setpoint FUP_SP, which is also processed accordingly.

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.For controlling the injection system 5 , For example, the magnetic or piezoelectric actuator of an injector, the injection start SOI_SP and the injection quantity MF_x_SP of the fuel are specified. These values are also in the injection system 5 processed and passed a corresponding information to the actuator (actuator).

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.For the second optimal operating strategy 2 B the determination of the setpoint values takes place in the same way as for 2 B associated characteristic field set, so that the affected tax systems 3 . 4 . 5 correspondingly receive other parameter setpoints.

Die beiden Betriebsstrategien 2a, 2b für die lokale Optimierung sind nur beispielhaft dargestellt und können beliebig erweitert werden.The two operating strategies 2a . 2 B for the local optimization are shown only as examples and can be extended arbitrarily.

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. 2 shows a schematic representation of a device according to the invention, with which the operation of the internal combustion engine can be optimized. It essentially has a programmable control device 29 which reads in the various parameters and environmental data. For example, by an accelerator pedal 30 the setpoint for the driver's desired torque TQI_SP specified. The vehicle-internal sensors 31 provide additional data such as the engine speed N, the vehicle speed VS, the air pressure AMP, the ambient temperature TIA, etc. About the unit 32 For example, a navigation or telematics system, supplementary data, such as the vehicle weight VM, road characteristics ROAD, Verkehrsin formations TRAFIC and so on.

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.These input data for the above-mentioned optimization method represent the current operating and driving situation. On the basis of this data, the classifier decides 1 which optimization criterion should be selected. In 2 For example, the following optimization criteria were listed: the minimization of fuel consumption 33 , Minimizing NOx emission 34 , Minimization of particle emission 35 or minimizing noise emission 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.Depending on which of the optimization criteria OPT1, OPT2, OPT3, OPT4 from the classifier 1 is selected at pre-controller level 38 determined from the associated map set the corresponding setpoints for the various control variables.

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.For completeness, it should be mentioned that the control device 29 an emergency function 37 (Limp Home Function), which is used to reset the classifier 1 can be achieved.

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.The setpoint values of the control variables determined in accordance with the optimization strategy become - as already the case 1 - to the appropriate tax systems 3 . 4 . 5 or the associated control algorithms. The control systems 3 . 4 . 5 then control their associated actuators 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.On the basis of the block diagram of 3 is the optimization algorithm in the classifier below 1 explained in more detail. The classifier 1 preferably works according to the rules of fuzzy logic. It is believed that the unit 46 all data includes which of the units 30 . 31 , and 32 (see description to 2 ) and this to the classifier 1 supplies. These data are from a fuzzifier 22 mapped to a limited number of fuzzy sets. As an example, the input variable "road type" of a navigation system, which depending on the version, for example 16 discrete values can be mapped onto three fuzzy sets "subordinate roads", "middle roads" and "expressways". Furthermore contains the classifier 1 a rule base 21 which describes the required links of the input variables (fuzzy sets). A possible fuzzy rule would be, for example, "IF there is a subordinate road AND the vehicle is located in the city THEN minimize particulate emissions". Together with the algorithms of decision logic 23 Then, the memberships for a limited number of output quantities are determined from the multiplicity of input quantities, which describe the possible optimization criteria as well as a prioritization. A defuzzifier 24 converts the result from the fuzzy area into a concrete value of an output variable, eg an integer. This corresponds in each case to a specific optimization criterion or operating strategy. Im in 2 As shown, these would be the 4 criteria "Consumption Minimization", "NOx Minimization", "Particle Minimization" and "Noise Minimization". Further possible optimization criteria would be, for example, "driveability optimization" and "optimization of the particle filter regeneration mode" in diesel engines. The output value of the classifier then becomes, possibly together with additional values, for further processing in unit 25 made available.

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. 4 shows in simplified representation a block diagram of the device for optimizing the operation of the internal combustion engine. The device shows the programmable controller 29 , which first the classifier 1 contains. Furthermore, it has a memory 43 for the optimization algorithm, a data store 44 for the map situation dependent on the driving situation and / or environmental conditions and a memory 45 for the classic control algorithms. Preferably, the control device 29 via a suitable data and control bus with one unit 46 (Sensor system), which at least the in-vehicle sensors (units 30 . 31 ), ideally also a navigation or telematics system (unit 32 ). All of these sensors and information units are arranged in the region of the vehicle. The internal combustion engine 41 is designed as a gasoline, diesel or gas engine with a direct injection system. It has at least one injector 47 so on the internal combustion engine 41 It is arranged that he puts the fuel into a cylinder 48 can inject. The injector 47 is via the control device 29 activated for fuel injection.

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. 5 shows an example of possible changes in the optimization strategy over the European driving cycle. The lower diagram shows the predefined speed profile of the drive cycle, ie the vehicle speed v was plotted over time t. The upper diagram shows the currently selected optimization strategy OPT, for which four options were specified. This means optimization strategy 1 Consumption minimization, optimization strategy 2 "NOx minimization", optimization strategy 3 Particle Minimization and Optimization Strategy 4 ' Noise minimization " 5 shows, in the first part of the cycle, which is representative of city traffic, the optimization strategy is given priority 4 (at very low speeds or stationary vehicle) and the optimization strategies 2 and 3 (at medium speeds). in the extra-urban part of the cycle, especially at higher speeds, then outweighs optimization strategy 1 , By including the integral values of the exhaust emissions in the selection of the optimization strategy, it is ensured that the overall emission behavior improves over the drive cycle.

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. 6 shows simulation results for the European driving cycle. The triangles show the integral NOx and particulate emission values PE for a 4-cylinder common rail diesel engine with multiple injection using a fixed map set whose values have been optimized for each operating point of the engine as a compromise on multiple emissions and consumption values (standard calibration) , The three different results are due to minor modifications of the standard calibration.

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.The circles in the diagram of 6 show the for the same system lower particulate emissions PE and thus improved results when according to the invention during the driving cycle, the operating strategy OPT is handled flexibly and the current driving situation adapted choice is made. The focus of optimization in this case was on minimizing particulate emissions. However, another focus criterion could be chosen. As 6 shows, can be reduced by about 20% by means of this inventively proposed dynamic optimization, the particle emission in tel without, for example, increases the NOx emission. This is a big advantage, since today's vehicles could already meet the harsher conditions of the future Euro 5 stage without any intervention in the hardware.

Claims (10)

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.Method for optimizing the operation of an internal combustion engine ( 41 ), which is designed with a fuel direct injection system, wherein for the optimization of the operation of several criteria, in particular with regard to the emission behavior and comfort, are taken into account, characterized in that in advance for several optimization criteria specific map sets are stored, depending on the driving situation and / or environmental conditions are assigned optimal operating values and that a classifier ( 1 ), which selects an optimization criterion for a current driving situation or environmental condition and then controls the direct fuel injection system or an affected other control system accordingly. 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.Method according to claim 1, characterized in that that the optimization criteria are subdivided into subcriteria and that for each subcriterion a separate map set with optimal operating values is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Teilkriterien der NOx-Ausstoß, die Partikelemission, die Fahrbarkeit, der Regenerationsmodus, der Kraftstoffverbrauch oder die Geräuschemission verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that as partial criteria of the NO x emissions, the particle emission, driveability, the regeneration mode, the fuel consumption or the noise emission is used. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the classifier ( 1 ) also uses information of a driver type recognition for further subdivision of the criterion driveability in addition to the environmental conditions. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the classifier ( 1 ) Informa tion of sensors ( 46 ), which in the area of the internal combustion engine ( 41 ) are arranged. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the classifier ( 1 ) Uses information from one or more information systems of the motor vehicle, in particular a navigation system, a radio-based telematics system or the like. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) das Optimierungskriterium mit Hilfe des Fuzzy-Verfahrens bestimmt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the classifier ( 1 ) determines the optimization criterion with the aid of the fuzzy method. 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.Method according to claim 7, characterized in that that with the help of the fuzzy method one of the following optimization criteria is selected: Optimization of exhaust emission, minimum fuel consumption, optimal Ride comfort, minimal noise emission or optimization of the regeneration mode of a particulate filter. Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoff-Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, 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.Device for controlling a direct fuel injection system of an internal combustion engine, having a programmable control device ( 29 ), which is a data store ( 44 ) and an algorithm for determining an optimization criterion, with which the direct fuel injection system or another control system of the vehicle is controllable, characterized in that the control device ( 29 ) is designed to determine in advance for several optimization criteria of the driving situation and / or environmental conditions dependent map sets and in the data memory ( 44 ) and that the control device ( 29 ) a classifier ( 1 ), which depends on a current driving situation and / or environmental condition from the data memory ( 44 ) an optimization criterion preferably with respect to the emission of the exhaust gas, a minimum fuel consumption, optimum ride comfort, minimum noise emission or regeneration of the particulate filter. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem für einen Benzin-, Diesel- oder Gasmotor (21) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the direct fuel injection system for a gasoline, diesel or gas engine ( 21 ) is trained.
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