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Title:
METHOD AND DEVICE FOR OPTIMISING THE OPERATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE EMBODIED WITH A DIRECT FUEL INJECTION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/052344
Kind Code:
A1
Abstract:
With direct injection of fuel into an internal combustion engine, the problem arises that the amount of fuel to be injected must be controlled with regard to a minimum consumption, minimal pollutant or noise emissions with the greatest possible driving comfort. Conventionally, a compromise is used for the optimisation of the injection with regard to all the above criteria, with the use of a only a few parameters to describe the actual driving situation, above all engine speed and load. The full potential of modern internal combustion engines with multiple injections is, as a rule, not fully realized as a result of said compromise and taking into account of little environmental data. According to the invention, said problem may be resolved, by means of establishing a classifier (1), which continuously selects one of several different optimisation strategies and then correspondingly controls the direct injection system or other related control systems. The overall performance of the engine management can thus be advantageously improved.

Inventors:
PRZYMUSINSKI ACHIM (DE)
JUNG UWE (DE)
GRAF FRIEDRICH (DE)
SCHELINSKY BJOERN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/052881
Publication Date:
June 09, 2005
Filing Date:
November 09, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
PRZYMUSINSKI ACHIM (DE)
JUNG UWE (DE)
GRAF FRIEDRICH (DE)
SCHELINSKY BJOERN (DE)
International Classes:
F02D41/02; F02D41/24; F02D41/14; F02D41/30; (IPC1-7): F02D41/04
Foreign References:
DE19827636A11999-01-07
EP1092857A12001-04-18
US6112151A2000-08-29
DE19637209A11998-04-09
US4265200A1981-05-05
EP1028241A12000-08-16
EP1195508A22002-04-10
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraft maschine (41), die mit einem Kraftstoff Direkteinspritzsystem ausgebildet ist, wobei für die Op timierung des Betriebs mehrere Kriterien, insbesondere bezüglich des Emissionsverhaltens und des Komforts in Be tracht gezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass vorab für mehrere Optimierungskriterien spezielle Kennfeldsätze gespeichert werden, denen in Abhängigkeit von der Fahrsi tuation und/oder Umweltbedingungen optimale Betriebswerte zugeordnet sind und dass ein Klassifikator (1) gebildet wird, der für eine aktuelle Fahrsituation oder Umgebungs bedingung ein Optimierungskriterium auswählt und dann das KraftstoffDirekteinspritzsystem oder ein betroffenes an deres Steuersystem entsprechend steuert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierungskriterien in Teilkriterien unterteilt werden und dass für jedes Teilkriterium ein eigener Kenn feldsatz mit optimalen Betriebswerten ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Teilkriterien insbesondere der NOxAusstoß, die Partikelemission, die Fahrbarkeit, der Regenerationsmo dus, der Kraftstoffverbrauch oder die Geräuschemission verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) neben den Umgebungsbedingungen auch Informationen einer Fahrer typerkennung zur weiteren Unterteilung des Kriteriums Fahrbarkeit nutzt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) Informa tionen von Sensoren (46) nutzt, die im Bereich der Brenn kraftmaschine (41) angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) Informa tionen von einem oder mehreren Informationssystemen des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Navigationssystems, eines funkbasierten Telematiksystems oder dergleichen nutzt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Klassifikator (1) das Op timierungskriterium mit Hilfe des FuzzyVerfahrens be stimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des FuzzyVerfahrens eines der folgenden Opti mierungskriterien ausgewählt wird : Optimierung der Abgas emission, minimaler Kraftstoffverbrauch, optimaler Fahr komfort, minimale Geräuschemission oder Optimierung des Regenerationsmodus eines Partikelfilters.
9. Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoff Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer programmier baren Steuereinrichtung (29), die einen Datenspeicher (44) und einen Algorithmus zur Ermittlung eines Optimie rungskriteriums 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 Um gebungsbedingungen 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 E mission des Abgases, eines minimalen Kraftstoff verbrauchs, eines optimalen Fahrkomforts, minimaler Ge räuschemission oder einer Regeneration des Partikelfil ters auswählt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das KraftstoffDirekteinspritzsystem für einen Benzin, Dieseloder Gasmotor (21) ausgebildet ist.
Description:
Beschreibung 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 Ein- zelkriterium optimale Parameter ermittelt und für jeden Be- triebspunkt der Brennkraftmaschine in spezifischen Kennfel- dern gespeichert. Mit diesen optimalen Betriebswerten werden dann ein Direkteinspritzsystem für Kraftstoff oder andere be- troffene 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 Optimie- rungsstrategie in der Weise durchgeführt, dass aus einem fes- ten 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 ap- pliziert, mit dem die Steuersysteme der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs gesteuert werden. Dieser Kompromiss lie- fert jedoch für die jeweiligen Einzelkriterien Ergebnisse, die insbesondere über einen gesamten Fahrzyklus betrachtet nur bedingt optimal sind. Das Potenzial der modernen Ein- spritzverfahren, insbesondere von Mehrfacheinspritzungen bei Dieselmotoren, bleibt dabei weitgehend ungenutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren be- ziehungsweise eine Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem aus den verschie- denen, jeweils auf ein bestimmtes Kriterium optimierten Kenn- feldsätzen 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 Brenn- kraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebenge- ordneten 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 Fahrzeugeigen- schaften ergeben. Die fortlaufende Priorisierung und Umschal- tung zwischen verschiedenen Optimierungskriterien führt da- rüber hinaus, über einen gesamten Fahrzyklus betrachtet, zu geringeren Emissions-und Verbrauchswerten sowie zu verbes- serten Komforteigenschaften des Fahrzeugs, als dies mit be- kannten 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 Brennkraftma- schine 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 Regenerations- modus eines Dieselpartikelfilters oder beim Komfort die Fahr- barkeit 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 Aus- wahl 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 le- diglich Informationen von Sensoren nutzt, die beispielsweise als Temperaturfühler, Öldrücksensor, Klopfsensor, Drehzahl- sensor usw. im Bereich der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Mit diesem Informationen lassen sich insbesondere opti- male Betriebswerte für die Abgasemission oder den Kraftstoff- verbrauch bei einer bestimmten abgeforderten Last ermitteln.

Darüber hinaus ist es sinnvoll, dass der Klassifikator Infor- mationen von Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Navigationssystems, eines auf Funk basierten Telematik- systems oder dergleichen verwendet. So kann beispielsweise die Geräuschemission des Fahrzeugs insbesondere beim Durch- fahren eines Wohngebietes minimiert werden. Alternativ kann bei Autobahnfahrten z. B. bezüglich des Kraftstoffverbrauchs optimiert werden, im Stadtverkehr dagegen vorrangig bezüglich geeigneter Abgasemissionskriterien. Eine Partikelfilterrege- nerationsstrategie ist hauptsächlich auf längeren Schnellstrassen-und Autobahnabschnitten sinnvoll. Auch las- sen sich empfangene Straßenzustandsmeldungen beispielsweise

dazu verwenden, die Fahrbarkeitseigenschaften des Fahrzeugs anzupassen.

Eine besonders vorteilhafte Lösung für die Umsetzung des Op- timierungsverfahrens wird darin gesehen, dass der Klassifika- tor seine Auswahl-und Priorisierungsstrategie nach dem Fuz- zy-Verfahren durchführt. Das Fuzzy-Verfahren hat in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass aus der Vielzahl der Eingangs- variablen durch deren Abbildung auf unscharfe Mengen und an- schließender Anwendung geeigneter Fuzzy-Regeln sehr komforta- bel auf einen diskreten Wert der Ausgangsgröße"Optimierungs- kriterium"geschlossen werden kann. Dadurch kann der Klassi- fikator 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 Umge- bungszustände bestimmt werden, die eine Optimierung der Ab- gasemission, einen minimalen Kraftstoffverbrauch, einen opti- malen Fahrkomfort, minimalem Fahrgeräusch oder eine Regenera- tion des Partikelfilters betreffen.

Bei der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer Brenn- kraftmaschine ergibt sich der Vorteil, dass diese für Direkt- einspritzsysteme von Benzin-, Diesel-und Gasmotoren verwen- det werden kann. Bei diesen Motoren wird üblicherweise eine Mehrfacheinspritzung innerhalb eines Spritzzyklusses akti- viert, die durch die elektrisch gesteuerten piezoelektrischen oder magnetischen Injektoren weitgehend vom Kurbelwellenwin- kel entkoppelt ist. Dadurch lassen sich sehr einfach nahezu alle möglichen Einspritzbedingungen realisieren und somit für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine der optimale Be- triebspunkt einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschalt- bild der Erfindung, Figur 2 zeigt eine Anordnung für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung, Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Klassifikators, Figur 4 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild der Vor- richtung zur Optimierung des Betriebs einer Brenn- kraftmaschine, Figur 5 zeigt ein Beispiel für das Umschalten zwischen ver- schiedenen Optimierungskriterien über einem Fahr- zyklus und Figur 6 zeigt Simulationsbeispiele, wie mittels des erfin- dungsgemäßen Verfahrens das Gesamtemissionsverhal- ten 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 Brenn- kraftmaschinen verwenden in der Regel magnetisch oder piezo- elektrisch angetriebene Injektoren, mit denen innerhalb eines Einspritzzyklusses auch eine Mehrfacheinspritzung durchge- führt werden kann. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge und der Einspritzbeginn werden dabei durch eine programmgesteuer- te Steuereinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Motor- parametern 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 erhal- ten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zu einzelnen Krite- rien wie dem Emissionsverhalten (Abgasemissionen) der Brenn-

kraftmaschine, dem Komfort usw. optimale Betriebswerte vorab zu ermitteln und in geeigneter Form abzuspeichern. Die opti- malen Betriebswerte werden dabei in Abhängigkeit von den Op- timierungskriterien oder Teilkriterien vorzugsweise in Form von spezifischen Kennfeldsätzen gespeichert. Bezüglich des Kriteriums"Emissionsverhalten"sind insbesondere die Teil- kriterien"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 aktu- elle Fahrsituation am besten abgestimmt ist. Dabei werden vorzugsweise die integralen Abgasemissionswerte über die ge- samte Fahrstrecke mit berücksichtigt. Die Auswahl des geeig- neten Optimierungskriteriums erfolgt dabei mit Hilfe eines Klassifikators.

In Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein Blockschalt- bild dargestellt, an dem die Funktion des Klassifikators 1 erkennbar ist. Der Klassifikator 1 erhält an seinen Eingängen Sollwerte, die von den verschiedensten Einrichtungen des Mo- tors oder des Fahrzeugs geliefert werden. Beispielsweise wird ein Drehmomentenwunsch als Soll-Drehmoment TQI_SP vom Fahrer vorgegeben. Als weitere Funktion wird eine Fahrzeuggeschwin- digkeit VS eingegeben. Weitere Funktionen sind eine Umge- bungsfunktion ENVD1 und ENVD2. Als Umgebungsfunktion ENVD1 und ENVD2 können beispielsweise Informationen eines Navigati- onssystems, 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 jeweili- ge aktuelle Fahrsituation.

Der Klassifikator 1 ermittelt nun mittels eines vorgegebenen Optimierungsalgorithmus, zum Beispiel unter Verwendung eines Fuzzy-Verfahrens, welches Optimierungskriterium zu verwenden ist. In Figur 1 sind beispielhaft aus Übersichtlichkeitsgrün- den als Optimierungskriterien zwei optimale Betriebsstrate- gien 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 ent- scheidet nun an Hand seines Algorithmus, welches Optimie- rungskriterium von den beiden in Frage kommenden Betriebs- strategien 2a, 2b ausgewählt werden soll. Entscheidet er sich beispielsweise für die erste optimale Betriebsstrategie 2a, dann werden die Sollwerte für die einzelnen Steuersysteme ü- ber den zu 2a gehörigen Kennfeldsatz bestimmt und ausgegeben.

Beispielsweise wird ein Luftdruck-Sollwert MAP-SP und ein Luftmassen-Sollwert MAFSP auf das Steuersystem 3 für die Ab- gasregelung vorgegeben. An seinem Ausgang wird dann ein ent- sprechendes Stellglied gesteuert.

Des weiteren gibt die Einheit 2a für ein Steuersystem 4 zur Steuerung der Kraftstoff-Hydraulik (Druckpumpe) einen Kraft- stoffdruck-Sollwert FUP_SP vor, der ebenfalls entsprechend weiterverarbeitet wird.

Zur Steuerung des Einspritzsystems 5, beispielsweise des mag- netischen oder piezoelektrischen Aktors eines Injektors, wer- den der Einspritzbeginn SOI-SP und die Einspritzmenge MF x-SP des Kraftstoffs vorgegeben. Diese Werte werden ebenfalls im Einspritzsystem 5 verarbeitet und eine entsprechende Informa- tion an das Stellglied (Aktor) weitergegeben.

Für die zweite optimale Betriebsstrategie 2b erfolgt die Er- mittlung der Sollwerte analog über den zu 2b gehörigen Kenn-

feldsatz, so dass die betroffenen Steuersysteme 3,4, 5 ent- sprechend andere Parametersollwerte erhalten.

Die beiden Betriebsstrategien 2a, 2b für die lokale Optimie- rung sind nur beispielhaft dargestellt und können beliebig erweitert werden.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsge- mäße Vorrichtung, mit der der Betrieb der Brennkraftmaschine optimiert werden kann. Sie weist im wesentlichen eine pro- grammierbare Steuereinrichtung 29 auf, die die verschiedenen Kenngrößen und Umgebungsdaten einliest. Beispielsweise wird von einem Fahrpedal 30 der Sollwert für das Fahrerwunschmo- ment TQI_SP vorgegeben. Die fahrzeuginternen Sensoren 31 lie- fern weitere Daten wie die Motordrehzahl N, die Fahrzeugge- schwindigkeit VS, den Luftdruck AMP, die Umgebungstemperatur TIA usw. Über die Einheit 32, z. B. ein Navigations-oder Te- lematiksystem, können ergänzende Daten, beispielsweise das Fahrzeuggewicht VM, Straßeneigenschaften ROAD, Verkehrsinfor- mationen TRAFIC usw. eingegeben werden.

Diese Eingangsdaten für das oben genannte Optimierungsverfah- ren stellen die momentane Betriebs-und Fahrsituation dar.

Auf Grund dieser Daten entscheidet der Klassifikator 1, wel- ches Optimierungskriterium ausgewählt werden soll. In Figur 2 wurden beispielhaft folgende Optimierungskriterien aufge- führt : die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs 33, Minimie- rung 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 Steuerungsgrö- ßen ermittelt.

Vollständigkeitshalber sei noch erwähnt, dass die Steuerein- richtung 29 eine Notlauffunktion 37 (Limp Home Funktion) auf- weist, mit der eine Rückstellung des Klassifikators 1 er- reicht werden kann.

Die entsprechend der Optimierungsstrategie ermittelten Soll- werte der Steuerungsgrößen werden-wie bereits zu Figur 1 erläutert wurde-an die entsprechenden Steuersysteme 3,4, 5 bzw. die zugehörigen Regelalgorithmen übergeben. Die Steuer- systeme 3,4, 5 steuern dann ihre zugeordneten Stellglieder 40.

An Hand des Blockschaltbildes der Figur 3 wird nachfolgend der Optimierungsalgorithmus im Klassifikator 1 näher erläu- tert. Der Klassifikator 1 arbeitet vorzugsweise nach den Re- geln der Fuzzy-Logik. Es wird angenommen, dass die Einheit 46 sämtliche Daten umfasst, welche von den Einheiten 30,31, und 32 (siehe Beschreibung zu Figur 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 Ein- gangsvariable"Strassentyp"eines Navigationssystems, welche je nach Ausführung z. B. 16 diskrete Werte annehmen kann, auf <BR> <BR> drei Fuzzy-Mengen"untergeordnete Strassen", "mittlere Stras- sen"und"Schnellstrassen"abgebildet werden. Weiterhin ent- hält der Klassifikator 1 eine Regelbasis 21, welche die er- forderlichen Verknüpfungen der Eingangsvariablen (Fuzzymen- gen) beschreibt. Eine mögliche Fuzzy-Regel wäre z. B."WENN eine untergeordnete Strasse vorliegt UND sich das Fahrzeug innerorts befindet, DANN minimiere die Partikelemission". Zu- sammen mit den Algorithmen der Entscheidungslogik 23 werden dann aus der Vielzahl der Eingangsmengen die Zugehörigkeiten zu einer begrenzten Anzahl von Ausgangsmengen ermittelt, wel- che die möglichen Optimierungskriterien beschreiben sowie ei- ne 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 Figur 2 gezeigten Beispiel wären dies die 4 Kriterien"Verbrauchs-Minimierung","NOx-Minimierung", "Partikel-Minimierung"und"Geräusch-Minimierung". Weitere mögliche Optimierungskriterien wären beispielsweise"Fahrbar- keitsoptimierung"und"Optimierung des Partikelfilterregene- rationsmode"bei Dieselmotoren. Der Ausgangswert des Klassi- fikators wird dann, möglicherweise zusammen mit zusätzlichen Werten, für die weitere Verarbeitung in Einheit 25 zur Verfü- gung gestellt.

Figur 4 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Blockschalt- bild der Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs der Brenn- kraftmaschine. 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 Kenn- feldsätze und einen Speicher 45 für die klassischen Steue- rungsalgorithmen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 29 über einen geeigneten Daten-und Steuerbus mit einer Einheit 46 (Sensorsystem) verbunden, welche wenigstens die fahrzeug- internen Sensoren (Einheiten 30,31), im Idealfall auch ein Navigations-bzw. Telematiksystem (Einheit 32) umfasst. Alle diese Sensoren und Informationseinheiten sind dabei im Be- reich des Fahrzeugs angeordnet. Die Brennkraftmaschine 41 ist als Benzin-, Diesel-oder Gasmotor mit einem Direkteinspritz- system 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 Kraft- stoffeinspritzung aktiviert.

Figur 5 zeigt ein Beispiel für mögliche Wechsel der Optimie- rungsstrategie über dem europäischen Fahrzyklus. Im unteren Diagramm ist das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil des Fahr- zyklus 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 Optimie- rungsstrategie 1"Verbrauchs-Minimierung", Optimierungsstra- tegie 2"NOx-Minimierung", Optimierungsstrategie 3"Partikel- Minimierung"und Optimierungsstrategie 4"Geräusch- Minimierung". Wie Figur 5 zeigt, werden im ersten Teil des Zyklus, welcher repräsentativ für den Stadtverkehr ist, vor- rangig die Optimierungsstrategie 4 (bei sehr geringen Ge- schwindigkeiten oder stehendem Fahrzeug) sowie die Optimie- rungsstrategien 2 und 3 (bei mittleren Geschwindigkeiten) ge- wählt. Im außerstädtischen Teil des Zyklus, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, überwiegt dann Optimierungsstrate- gie 1. Dabei wird durch Einbeziehung der integralen Werte der Abgasemissionen bei der Auswahl der Optimierungsstrategie si- chergestellt, dass sich das Gesamtemissionsverhalten über dem Fahrzyklus verbessert.

Figur 6 zeigt diesbezüglich Simulationsergebnisse für den eu- ropäischen Fahrzyklus. Die Dreiecke zeigen die integralen NOx-und Partikelemissionswerte PE für einen 4-Zylinder Com- mon-Rail-Dieselmotor mit Mehrfacheinspritzung bei Verwendung eines festen Kennfeldsatzes, dessen Werte für jeden Betriebs- punkt des Motors als Kompromiss bezüglich mehrerer Emissions- und Verbrauchswerte optimiert wurden (Standard-Kalibration).

Die drei unterschiedlichen Ergebnisse ergeben sich durch ge- ringfügige Modifikationen der Standardkalibration.

Die Kreise in dem Diagramm von Figur 6 zeigen die für dassel- be System niedrigere Partikelemissionen PE und damit verbes- serte Ergebnisse, wenn entsprechend der Erfindung während des Fahrzyklus die Betriebsstrategie OPT flexibel gehandhabt wird und eine der jeweiligen Fahrsituation angepasste Auswahl ge- troffen wird. Der Schwerpunkt der Optimierung lag in diesem Fall auf der Minimierung der Partikelemission. Es könnte je- doch auch ein anderes Schwerpunktkriterium gewählt werden.

Wie Figur 6 zeigt, kann durch diese erfindungsgemäß vorge- schlagene dynamische Optimierung die Partikelemission im Mit-

tel um ca. 20% reduziert werden, ohne dass sich dabei bei- spielsweise die NOx-Emission erhöht. Das ist ein große Vor- teil, da heutige Fahrzeuge ohne Eingriff in die Hardware schon die schärfere Bedingungen der künftigen Euro 5-Stufe erfüllen könnten.