AT505014B1

AT505014B1 - Ermittlung des kraftstoffverbrauchs einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT505014B1
Application number: AT0109107A
Authority: AT
Inventors: Ernst Dr Ing Scheid
Original assignee: Fev Motorentech Gmbh
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2008-10-15
Also published as: DE102006036666A1; CN101118171A; CN100516785C; AT505014A4; US7669463B2; US20080156082A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kraftstoffsverbrauchs einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Prüfstandsbetrieb, umfassend einen geschlossenen Kreislauf für den Kraftstoff, in dem die Brennkraftmaschine als Verbraucher einbezogen ist, einen Kraftstofftank und eine Stichleitung vom Kraftstofftank zum Kreislauf, sowie eine Durchflußmengenmeßvorrichtung in der Stichleitung zur Verbrauchsmessung.

Eine zeitnahe genaue Messung des Kraftstoffsverbrauchs ist an modernen Prüfständen für Brennkraftmaschinen extrem wichtig. Tatsächlich wird die Kraftstoffverbrauchsmessung durch Temperaturschwankungen im Kraftstoffkreislauf negativ beeinflußt. Diese sind in erster Linie auf Temperaturänderungen der Brennkraftmaschine im instationären Betrieb zurückzuführen, während die Meßergebnisse im stationären Betrieb zuverlässig sind. Diese Temperaturänderungen lassen sich kaum vermeiden, obwohl jeweils im Vorlauf des Kraftstoffskreislaufes Einrichtungen zur Konditionierung der Kraftstofftemperatur vorgesehen sind, insbesondere sowohl ein Kühler als auch eine Heizung. Die zeitlichen Temperaturänderungen führen zu Dichteänderungen des Kraftstoffes und damit zur Änderungen des Kraftstoffvolumens im Kreislauf bei gleichbleibenden Volumen des Leitungstranges. Die aus einem Tank nachzuführende Verbrauchsmenge, die an einer Verbrauchsmeßstelle in einer Zuführleitung erfaßt wird, wird hierbei bei einer zeitlichen Temperaturerhöhung infolge der Volumenvergrößerung des Kraftstoffs im System vermindert, während bei einer Temperatursenkung und damit einer Volumenverminderung eine Mehrmenge durch die Verbrauchsmeßstelle nachgeführt werden muß, jeweils gegenüber der tatsächlichen Verbrauchsmenge der Brennkraftmaschine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Kraftstoffmessung, insbesondere auf Prüfständen für Brennkraftmaschinen auch in instationären Phasen des Motorbetriebs sicherzustellen. Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren, gemäß dem temperaturbedingte Volumenänderungen des Kraftstoffs im Kreislauf ermittelt werden und die in der Stichleitung ermittelte Verbrauchsmenge um eine den temperaturbedingten Volumenänderungen im Kreislauf entsprechende Korrekturmenge korrigiert wird. Hierbei wird in einer ersten Ausführung insbesondere ein Teilvolumen im Kraftstoffrücklauf zwischen Brennkraftmaschine und Stichleitung definiert und die Temperatur dieses Teilvolumens über zumindest eine in diesem Teilbereich angeordnete Temperaturmeßstelle erfaßt. Hierbei wird in erster Näherung angenommen, daß die temperaturbedingten Volumenänderungen im Vorlauf vom Tank zur Brennkraftmaschine sowie in um in der Brennkraftmaschine eingeschlossenen kleinen Kraftstoffvolumen vernachlässigbar sind.

In verbesserter Ausführung wird jedoch das gesamte Kraftstoffsystem in definierte Teilbereiche eingeteilt, die jeweils mit einer Temperaturmeßstelle besetzt sind und für die jeweils ein Teilvolumen in einer Speicher- und Rechnereinheit abgelegt sind.

In besonderer Ausführung ist vorgesehen daß der Kraftstoff im Kreislauf hinter dem Anschluß der Stichleitung auf eine konstante Vorlauftemperatur geregelt wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch zumindest eine Temperaturmeßstelle TR1 im Kreislauf sowie eine Speicher- und Rechnereinheit, an die der Ausgang der Durchflußmengenmeßvorrichtung und der Ausgang der zumindest einen Temperaturmeßstelle TR1 angeschlossen sind und in der ein der zumindest einen Temperaturmeßstelle TR1 zugeordnetes Teilvolumen VR1 abgelegt ist, zur Berechnung einer den temperaturbedingten Volumenänderungen des Kraftstoffs im Kreislauf entsprechende Korrekturmenge mk und zur Korrektur des Meßwertes mS der scheinbaren Verbrauchsmenge gemäß der Durchflußmengenmessung an der Durchflußmengenmeßvorrichtung um die den Volumenänderungen im Kreislauf entsprechende Korrekturmenge mk . Entsprechend der oben beschriebenen Verfahrensführung wird insbesondere vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von Temperaturmeßstellen im Kreislauf vorgesehen ist und jeder Temperaturmeßstelle ein Teilvolumen des Kreislaufs zugeordnet ist, dessen Wert in der Speicher- und Rechnereinheit abgelegt ist. 3 AT 505 014 B1

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt in der Regel ein System zur Konditionierung der Kraftstofftemperatur, die insbesondere einen Kraftstoffkühler und eine Kraftstoffheizvorrichtung umfaßt.

Eine weitere Verbesserung der Meßgenauigkeit kann durch Verwendung eines zusätzlichen Kraftstoffkühlers im Rücklauf von der Brennkraftmaschine zum Tank liegen. Hiermit wird die stärkste Fehlerquelle, nämlich die Änderung der Kraftstofftemperatur unmittelbar hinter der Brennkraftmaschine bei Laständerungen, deutlich verringert.

Das Prinzipbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In einer Prüfstandsumgebung ist der Kraftstoffkreislauf 11 einer Brennkraftmaschine 12 gezeigt, der eine geschlossene Schleife bildet und zum einen durch die Brennkraftmaschine 12 und zum anderen durch eine Kraftstofftemperaturkonditionierungseinheit 13 geführt wird. Im Kreislauf werden weiterhin ein Vorlaufzweig 14, ein Rücklaufzweig 15, ein Motordurchlauf 16, ein Bypass 17 zum Motordurchlauf sowie ein Konditionierungsabschnitt 18 im Bereich der Einheit 13 bezeichnet. Die Konditionierungseinheit 13 umfaßt im einzelnen eine Heizung 19, eine Kühlung 20 und eine Umwälzpumpe 21. Die von der Umwälzpumpe 21 im Umlauf gehaltene Kraftstoffmenge wird ständig um die in Motordurchlauf 16 verbrauchte Kraftstoffmenge ergänzt, über eine Stichleitung 22, die an einen Kraftstofftank 23 angeschlossen ist und diesen mit dem Kreislauf 11 verbindet. In der Stichleitung 22 sitzt eine Verbrauchsmeßstelle 24, die einen scheinbaren Verbrauch rfiS erfaßt, der der Menge entspricht, die dem Kreislauf 11 über die Stichleitung 22 jeweils tatsächlich zugeführt wird. Aufgrund von Temperaturänderungen instationärer Art, insbesondere im Bereich des Motordurchlaufs 16 bei Lasterhöhungen oder Lastrücknahmen der Brennkraftmaschine ändert sich die Dichte des Kraftstoffes, so daß bei Temperaturerhöhungen im Motordurchlauf 16 und im Rücklauf 15 ein vergrößerter Volumenstrom zurückfließt und damit einen geringeren Verbrauch der Brennkraftmaschine 12 vorspiegelt, während bei Temperaturabnahme im Motordurchlauf 16 und im Rücklauf 15 ein verringerter Volumenstrom zurückfließt und somit einen gegenüber dem wahren Verbrauch der Brennkraftmaschine erhöhten Verbrauch vorspiegelt. Um den wahren Verbrauch m zu ermitteln, ist somit der scheinbare Verbrauch mS, der in der Verbrauchsmeßstelle 24 gemessen wird, um einen Korrekturverbrauch rtik zu korrigieren, der sich abhängig vom Differenzvolumenstrom 5V , ergibt, der temperaturbedingt bei Temperaturerhöhung im Kraftstoff 11 quasi aus dem Kreislauf 11 in die Stichleitung 22 hineingedrückt wird, d.h. tatsächlich als Minderverbrauch an der Verbrauchsmeßstelle 24 erscheint bzw. bei Temperaturreduzierung im Kraftstoff 11 zusätzlich über die Stichleitung 22 in den Kreislauf 11 hereingezogen wird, zusätzlich zum wahren Motorverbrauch und damit als Mehrverbrauch an die Verbrauchermeßstelle 24 erscheint. In einer Speicher- und Rechnereinheit 25 sind Teilvolumenwerte des Kreislaufs abgelegt, zumindest für den Rücklauf 15 zwischen Motoraustritt und Stichleitung 22. Den Teilvolumina zugeordnet sind jeweils Temperaturmeßstellen am Rücklauf (TA1, TA2), am Vorlauf (TV1, TV2), im Motor (TM), im Bypass (TB) und in der Temperaturkonditionierung (TA) vorgesehen. Über zeitliche Temperaturänderungen δΤ der einzelnen Teilvolumina können mit dem Temperaturkoeffizienten α zeitliche Volumenänderungen öV = öt a V errechnet werden, wobei sich aus zeitlichen Volumenänderungen mit der Dichte p die Verbrauchsmengenkorrektur mit rhk = öV p ergibt.

Bezugszeichenliste 11 Kreislauf 12 Motor 13 T emperaturkonditionierung 14 Vorlauf 15 Rücklauf 16 Motordurchlauf 17 Bypass 18 Konditionierungszweig

Claims

4 AT 505 014 B1 19 Heizung 20 Kühlung 21 Umwälzpumpe 22 Stichleitung 23 Kraftstofftank 24 Verbrauchsmeßstelle 25 Rechner- und Speichereinheit Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine, (12) insbesondere im Prüfstandsbetrieb, bei welchem Kraftstoff in einem Kreislauf zur Brennkraftmaschine hingeführt und von dieser weggeführt und die Verbrauchsmenge dem Kreislauf (11) über eine Stichleitung (22) aus einem Kraftstofftank (23) zugeführt wird und in der Stichleitung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturbedingte Volumenänderungen des Kraftstoffs (11) im Kreislauf ermittelt werden und die in der Stichleitung (22) ermittelte Verbrauchsmenge rhS um eine den temperaturbedingten Volumenänderungen im Kreislauf entsprechende Korrekturmenge rhk korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur TR 1 zumindest im Rücklauf zwischen Brennkraftmaschine (12) und Stichleitung (22) gemessen und dieser Temperatur TR1 ein entsprechendes Teilvolumen VR1 für den Rücklauf zugeordnet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kraftstoffs an einer Mehrzahl von Meßstellen im Kreislauf (11) ermittelt wird, daß jeder Meßstelle ein Teilvolumen des Kreislaufs zugeordnet wird und daß aus den temperaturbedingten Volumenänderungen der Teilvolumen die gesamte Volumenänderung aufaddiert und daraus die Korrekturmenge rhk berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff im Kreislauf (11) hinter dem Anschluß der Stichleitung (22) auf eine konstante Vorlauftemperatur TA geregelt wird.
5. Vorrichtung zur Ermittlung des Kraftstoffsverbrauchs einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Prüfstandsbetrieb, umfassend einen geschlossenen Kreislauf (11) für den Kraftstoff, in dem die Brennkraftmaschine (12) als Verbraucher einbezogen ist, einen Kraftstofftank (23) und eine Stichleitung (22) vom Kraftstofftank (23) zum Kreislauf (11) sowie eine Durchflußmengenmeßvorrichtung (24) in der Stichleitung (22) zur Verbrauchsmessung, gekennzeichnet durch zumindest eine Temperaturmeßstelle TR1 im Kreislauf (11) sowie eine Speicher- und Rechnereinheit (25), an die der Ausgang der Durchflußmengenmeßvorrichtung (24) und der Ausgang der zumindest einen Temperaturmeßstelle TR1 angeschlossen sind und in der ein der zumindest einen Temperaturmeßstelle TR1 zugeordnetes Teilvolumen VR1 abgelegt ist, zur Berechnung einer den temperaturbedingten Volumenänderungen des Kraftstoffs im Kreislauf (11) entsprechende Korrekturmenge mk und zur Korrektur des Meßwertes ms der scheinbaren Verbrauchsmenge gemäß der Durchflußmengenmessung an der Durchflußmengenmeßvorrichtung (24) durch die den Volumenänderungen im Kreis- 5 AT 505 014 B1 lauf entsprechende Korrekturmenge rhk .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Temperaturmeßstellen (TR1, TR2) im Kreislauf (11) vorgesehen ist und jeder Temperaturmeßstelle ein Teilvolumen (VR1, VR2) des Kreislaufs zugeordnet ist, dessen Wert in der Speicher- und Rechnereinheit (25) abgelegt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffkühler (20) und gegebenenfalls eine Kraftstoffheizvorrichtung (19) im Kreislauf (11) hinter dem Eintritt der Stichleitung (22) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kraftstoffkühler in Kreislauf (11) zwischen Brennkraftmaschine und dem Eintritt der Stichleitung (22) in den Kreislauf vorgesehen ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen