DE10042490A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems

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Abstract

Zum Reduzieren von Emissionen bei der Verbrennung von Kraftstoffen ist ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems vorgesehen, bei dem die Zusammensetzung des Kraftstoffs vor der Verbrennung zumindest teilweise ermittelt und das Motorsystem in Abhängigkeit von der ermittelten Zusammensetzung gesteuert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems.
Die Verwendung fossiler Brennstoffe in Verbrennungsmotoren führt zu schädlichen Verbrennungsprodukten, im Abgas, wie beispielsweise Stickoxiden, Kohlenmonoxiden, nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, Schwefeloxiden und festen Partikeln. In der Technik gibt es verschiedene Ansätze, diese schädlichen Verbrennungsprodukte zu reduzieren.
So ist es beispielsweise aus der US-A 5 601 068 bekannt, den Sauerstoffgehalt in einem Verbrennungsraum des Motors durch Rezirkulation von Abgasen, in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge und der Lufttemperatur zu steuern, um die erzeugten Abgase zu verringern.
Bei einem anderen Ansatz, wie er beispielsweise aus der US-A 5 653 866 bekannt ist, wird der verwendete Kraftstoff verändert, um seine Verbrennung zu fördern und den Ausstoß von Emissionen zu reduzieren. Durch diese Bemühungen, die Emissionen eines Verbrennungsmotors durch Optimierung des Kraftstoffs zu reduzieren, sind unterschiedliche Kraftstoffe auf dem Markt verfügbar. Diese werden innerhalb eines Verbrennungsmotors jedoch jeweils in gleichmäßiger Weise behandelt bzw. verbrannt, so dass die unterschiedlichen Eigenschaften der Kraftstoffe nicht optimal genutzt werden.
Ausgehend von den oben genannten Druckschriften, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren von Motorsystemen, insbesondere zum Reduzieren von Emissionen, zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs und/oder zum Verbessern der Motorleistung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems dadurch gelöst, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffs vor der Verbrennung zumindest teilweise ermittelt und das Motorsystem in Abhängigkeit von der Zusammensetzung gesteuert wird. Hierdurch können Sonderkraftstoffe, wie zum Beispiel Planzenmethylesther, insbesondere Rapsmethylesther (RME) und Zusätze oder Additive, wie zum Beispiel Schwefel oder Zündverbesserer, erkannt und die Motoreinstelldaten für eine optimale Verbrennung des Kraftstoffs eingestellt werden. Durch die optimierte Verbrennung werden der Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen reduziert, während gleichzeitig die Motorleistung erhöht wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Kraftstoff zur Verbrennung in einen Verbrennungsraum des Motors eingespritzt und die Einspritzmenge und/oder der Einspritzzeitpunkt werden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoffs gesteuert, wodurch sich eine besonders einfache Optimierung der Verbrennung ergibt. Vorzugsweise wird ein Kraftstoff-/Luftgemisch in den Verbrennungsraum eingespritzt und das Kraftstoff-/Luftverhältnis gesteuert. Um den nachfolgenden Verbrennungsprozess des Kraftstoff-/Luftgemisches zu optimieren, wird die Luft vorzugsweise vor der Vermischung mit dem Kraftstoff aufbereitet, wie beispielsweise erwärmt und/oder mit Abgasen vermischt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsformen der Erfindung wird eine Abgasnachbehandlung in Abhängigkeit von der ermittelten Zusammensetzung des Kraftstoffs gesteuert. Durch ermitteln der Kraftstoffzusammensetzung lassen sich auch, zumindest teilweise, die Verbrennungsprodukte vorhersagen, so dass die Abgasnachbehandlung speziell auf die zu erwartenden Verbrennungsprodukte eingestellt und optimiert werden kann.
Vorzugsweise wird der Kraftstoff auf Sonderkraftstoffe, wie zum Beispiel Planzenmethylesther, insbesondere RME, und Zusätze oder Additive, wie zum Beispiel Schwefel oder Zündverbesserer, abgefühlt. Dabei wird die Zusammensetzung des Kraftstoffs vorzugsweise anhand seiner Dielektrizitätskonstante ermittelt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems mit einem Kraftstoffsensor zum zumindest teilweisen Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoffs in einem kraftstoffführenden Teil des Motorsystems und einer Steuereinheit zum Einstellen wenigstens eines Parameters des Motorsystems in Abhängigkeit von der ermittelten Zusammensetzung gelöst. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich die schon im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Motorsystem mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
Fig. 2 einen Graph der die Messergebnisse eines Kraftstoffsensors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einem Motor 3, einem Kraftstofftank 5, einen im Tank 5 angeordneten Kraftstoffsensor 6, einer Zuluft-Aufbereitungseinheit 7, einer Abgasbehandlungseinheit 8 und einer Steuereinheit 10.
Der im Tank 5 angeordnete Kraftstoffsensor 6 ist beispielsweise ein Dielektrizitätssensor. Anhand der Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs können Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Kraftstoffs geschlossen werden, wie beispielsweise anhand Fig. 2 zu erkennen ist. Fig. 2 zeigt die Ausgangssignale eines Dielektrizitätssensors gemäß der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Stoffe, wobei die Ausgangssignale jeweils mit einer bestimmten Dielektrizitätskonstante korrelieren. Wie zu erkennen ist, ergeben sich für rein paraffinischen Kraftstoff, mit Aromaten versetzte Kraftstoffe und für Pflanzenmethylesther, insbesondere RME enthaltende Kraftstoffe unterschiedliche Ausgangssignale des Sensors. Diese Unterschiede ergeben sich hauptsächlich aufgrund des unterschiedlichen Wassergehalts der Kraftstoffe.
Die Ausgangssignale werden an die Steuereinheit 10 übertragen, die anhand der Signale bestimmte Parameter der Kraftstoffzusammensetzung, wie zum Beispiel den Schwefelgehalt, Additive, wie zum Beispiel Zündverbesserer und/oder Sonderkraftstoffe, wie zum Beispiel Planzenmethylesther, insbesondere RME, ermittelt.
Obwohl in Fig. 1 nur ein Kraftstoffsensor 6 dargestellt ist, können zur Ermittlung unterschiedlicher Parameter des Kraftstoffs unterschiedliche Sensoren vorgesehen sein. Natürlich ist es auch möglich, einen anderen Sensor als den oben genannten Dielektrizitätssensor zu verwenden.
Die von dem Kraftstoffsensor 6 ermittelte Zusammensetzung wird in geeigneter Weise über eine Datenleitung 14 an die Steuereinheit 10 übertragen. In der Steuereinheit 10 werden die Daten über die Zusammensetzung verarbeitet und Parameter zur Einstellung der Zuluftaufbereitung und der Abgasnachbehandlung ermittelt. Über entsprechende Datenleitungen 16, 18 schickt die Steuereinheit 10 Steuerbefehle an die Zuluftaufbereitungseinheit bzw. die Abgasnachbehandlungseinheit, um die jeweiligen Prozesse in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoffs zu optimieren.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die Steuereinheit 10 mit einer am Motor 3 angebrachten oder im Motor integrierten Einspritzeinheit verbunden sein. In diesem Fall berechnet die Steuereinheit 10 Prozessparameter für die Einspritzeinheit, wie beispielsweise die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoffs.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, sei bemerkt, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann der Sensor an irgendeiner Stelle in kraftstoffführenden Teilen des Motors 1 angeordnet sein. Auch kann eine durch die Steuereinheit 10 steuerbare Kraftstoff-/Luft-Mischeinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise das Kraftstoff-/Luft­ verhältnis in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoffs verändert. Bei Systemen mit Abgasrezirkulation kann die Menge des in die Zuluftaufbereitungseinheit rezirkulierten Abgases gesteuert werden, um in dieser Weise auf die Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs Einfluss zu nehmen. Die Datenübertragung zwischen der Steuereinheit und den damit assoziierten Einheiten kann statt über Leitungen auch über eine drahtlose Kommunikationseinrichtung erfolgen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems, bei dem die Zusammensetzung des Kraftstoffs vor der Verbrennung zumindest teilweise ermittelt, und das Motorsystem in Abhängigkeit von der ermittelten Zusammensetzung gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in einen Verbrennungsraum eingespritzt und die Einspritzmenge und/oder der Einspritzzeitpunkt gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstoff-/Luftgemisch in einen Verbrennungsraum eingespritzt und das Kraftstoff-/Luftverhältnis gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vor der Vermischung mit dem Kraftstoff liegende Aufbereitung der Luft gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttemperatur gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft zur Aufbereitung Abgas zugeführt wird, und die Menge des zugeführten Abgases gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasnachbehandlung gesteuert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff auf Zusätze, wie beispielsweise Schwefel und/oder Zündverbesserer abgefühlt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff auf Sonderkraftstoffe, wie beispielsweise Pflanzenmethylesther, insbesondere Rapsmethylesther (RME) abgefühlt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffs anhand seiner Dielektrizitätskonstante ermittelt wird.
11. Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems mit einem Kraftstoffsensor zum zumindest teilweisen Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoffs in einem kraftstoffführenden Teil des Motorsystems und einer Steuereinheit zum Einstellen wenigstens eines Parameters des Motorsystems in Abhängigkeit von der ermittelten Zusammensetzung.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine durch die Steuereinrichtung steuerbare Einspritzeinrichtung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine durch die Steuereinrichtung steuerbare Kraftstoff-/Luft-Mischeinrichtung.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine durch die Steuereinrichtung steuerbare Luft-Aufbereitungseinrichtung.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine durch die Steuereinrichtung steuerbare Abgasbehandlungseinrichtung.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffsensor ein Dielektrizitätssensor ist.
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