DE102004000063A1

DE102004000063A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004000063A1
Application number: DE200410000063
Authority: DE
Inventors: Paul Eduard Moraal
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften wie beispielsweise dem Schwefelgehalt von Dieselkraftstoff. Über ein (GPS) Positionierungssystem (2) wird dabei die Position des Kraftfahrzeuges (5) bzw. der Tankstation (1) während eines Tankvorganges des Kraftfahrzeuges ermittelt. Hierzu wird sodann aus einer Datenbank der Schwefelgehalt des an der betreffenden Tankstation (1) verfügbaren Kraftstoffes ermittelt, welcher z. B. von Land zu Land anders sein kann. Die Steuerung des Kraftfahrzeuges (5) kennt auf diese Weise den Schwefelgehalt des verbrauchten Kraftstoffes und kann basierend hierauf die Zeitpunkte abschätzen, zu denen die Entschwefelung eines NOx-Speicherkatalysators (6) im Abgasweg des Dieselmotors (7) erforderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontrolleinheit und ein Verfahren zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Ermittlung des Schwefelgehaltes des Kraftstoffes.

Unterschiedliche Arten von Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Dieselmotoren, Ottomotoren oder erdgas-betriebene Motoren benötigen unterschiedliche Ar-ten von Kraftstoff. Innerhalb der einzelnen Kraftstoffarten gibt es darüber hinaus noch weitere Differenzierungen nach der genauen Zusammensetzung des Kraftstoffes bzw. allgemein nach den Kraftstoffeigenschaften. Als stellvertretendes Beispiel hierfür soll im Folgenden Dieselkraftstoff für Dieselmotoren betrachtet werden, welcher derzeit mit verschieden hohen Schwefelgehalten am Markt angeboten wird, wobei langfristig aus Gründen des Umweltschutzes ein vollständiger Übergang zur schwefelarmen Variante angestrebt wird.

Die spezifischen Eigenschaften einer getankten Kraftstoffart haben in der Regel erhebliche Auswirkungen auf den Betrieb des Kraftfahrzeuges, so dass sie idealerweise der Motorregelung bekannt sein sollten. Bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor und einem in dessen Abgasleitung angeordneten NOx-Speicherkatalysator ("NOx-Falle") zum Auffangen von Stickoxiden ist beispielsweise der Schwefelgehalt des getankten Dieselkraftstoffes von großer Bedeutung, da schwefelhaltige Verbindungen des Kraftstoffes Bindungsstellen im Speicherkatalysator besetzen. Als Folge hiervon kann die erzielbare NOx-Konversionseffizienz von anfänglich ca. 60 70 % auf Werte von bis zu 20 % oder weniger sinken, wodurch das System praktisch nutzlos wird. Um die Leistungsfähigkeit des Speicherkatalysators wieder herzustellen, muss in bestimmten Abständen eine Regeneration bzw. Entschwefelung des Katalysators durchgeführt werden. Aufgrund der hierfür erforderlichen sehr hohen Temperaturen sind solche Entschwefelungsprozesse jedoch so selten wie möglich bzw. unbedingt nötig auszuführen.

Zur Steuerung der Häufigkeit von Entschwefelungen eines NOx-Speicherkatalysators sind aufwändige Systeme bekannt, welche die Effizienz des Speicherkatalysators mit Hilfe von speziellen NOx-Sensoren überwachen. Da die Notwendigkeit einer Entschwefelung auch abgeschätzt werden kann, wenn der Schwefelgehalt des verwendeten Kraftstoffes bekannt ist, sind darüber hinaus Systeme entwickelt worden, bei denen der Fahrer manuell durch Betätigung eines Knopfes am Armaturenbrett eingibt, welchen Schwefelgehalt der gerade getankte Kraftstoff aufweist. Die manuelle Eingabe erweist sich jedoch als nicht besonders sicher, da sie von der Sorgfalt des Fahrers abhängt und aufgrund ihres typischerweise seltenen Gebrauchs leicht vergessen wird.

Aufgabe der Erfindung

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einfache und zuverlässige Mittel zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Kontrolleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Ermittlung des Schwefelgehaltes des getankten Kraftstoffes. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Tankvorgang die geografische Position der Tankstation, an welcher der Tankvorgang stattfindet, ermittelt wird, und dass diese Position mit Informationen über die an der Tankstation verwendeten Kraftstoffe verknüpft wird. Die "geografische Position" der befüllenden Tankstation muss dabei nur mit einer solchen Genauigkeit bekannt sein, dass es möglich ist, die Tankstation von angrenzenden Tankstationen mit anderen Kraftstoffangeboten zu unterscheiden. So ist es in der Regel ausreichend, als "Tankstation" eine gesamte Tankstellenanlage zu betrachten und sie auf das zugehörige Land genau zu lokalisieren. Falls es in einer Tankstellenanlage jedoch mehrere Zapfsäulen mit unterschiedlichen Varianten einer Kraftstoffart gibt (z. B. mit schwefelarmem und schwefelhaltigem Dieselkraftstoff), kann es auch wünschenswert sein, die jeweilige Zapfsäule als "Tankstation" zu identifizieren, so dass die geografische Position entsprechend genau ermittelt werden muss.

Das vorstehend beschriebene Verfahren nutzt die Tatsache aus, dass bestimmte Tankstationen im Normalfall immer den gleichen Kraftstoff abgeben. Daher kann aus der Kenntnis der Tankstation auf die Kraftstoffeigenschaften rückgeschlossen werden, wobei die Identifizierung der Tankstation über deren geografische Position erfolgt. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass es automatisch abläuft und somit keine Aufmerksamkeit durch den Fahrer erfordert.

Die geografische Position einer Tankstation kann insbesondere über ein satellitengestütztes Positionierungssystem ermittelt werden, beispielsweise über das GPS (Global Positioning System). Die mit derartigen Systemen erzielbare Genauigkeit der Positionsbestimmung ist sehr hoch und reicht in der Regel sogar aus, die verwendete Zapfsäule einer ganzen Tankstellenanlage zu identifizieren.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die erfasste Kraftstoffeigenschaft insbesondere der Schwefelgehalt des Kraftstoffes sein. In diesem Falle wird vorzugsweise die Regeneration bzw. Entschwefelung eines NOx-Speicherkatalysators in Abhängigkeit vom ermittelten Schwefelgehalt des Kraftstoffes gesteuert. Dadurch kann oh-ne aufwändige Sensorik am Katalysator dessen Entschwefelung gerade so oft wie nötig veranlasst werden, so dass bei minimalem Kraftstoffverbrauch eine optimale Effizienz erreicht wird.

Die Informationen darüber, welche Kraftstoffe an der befüllenden Tankstation verwendet werden, können optional in einer Datenbank an Bord des Kraftfahrzeuges hinterlegt sein. So ist es beispielsweise für verschiedene Länder bekannt, ob bzw. wann dort schwefelarmer Dieselkraftstoff eingeführt oder vorgeschrieben ist, so dass diese Information vorab im Kraftfahrzeug hinterlegt werden kann. Solche gespeicherten Informationen können in regelmäßigen Wartungsintervallen (z.B. bei der Inspektion des Kraftfahrzeuges) auf den neuesten Stand gebracht werden. Des Weiteren können die Informationen über das Kraftstoffangebot der befüllenden Tankstation auch über eine drahtlose Datenfernabfrage gewonnen werden, so dass in diesem Falle ständig aktuelle Daten von einschlägigen Informationszentralen verwendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden auch die Menge des zu Beginn eines Tankvorganges im Kraftstofftank noch vorhandenen Kraftstoffes und die Menge des zugetankten Kraftstoffes ermittelt. Wird beispielsweise ein teilweise noch mit schwefelarmem Kraftstoff gefüllter Tank durch einen Kraftstoff hohen Schwefelgehaltes aufgefüllt, so verwendet die Motorsteuerung vorzugsweise das mit den Mengen gewichtete Mittel der Schwefelgehalte von vorhandenem und zugetanktem Kraftstoff für ihre Berechnungen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Kontrolleinheit zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug, welche dazu eingerichtet ist, ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art auszuführen. D. h., dass die Kontrolleinheit insbesondere bei einem Tankvorgang die geografische Position der befüllenden Tankstation ermitteln und sie mit Informationen über dort verwendete Kraftstoffe verknüpfen kann.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Kontrolleinheit ein Tankanzeige-Modul, welches dazu eingerichtet ist, das Stattfinden eines Tankvorganges zu signalisieren. Das Tankanzeige-Modul kann beispielsweise mit dem Tankdeckel verbunden sein und ein Signal abgeben, wenn dieser während eines Tankvorganges vom Tankstutzen entfernt ist. Vorzugsweise ist das Tankanzeige-Modul ferner in der Lage, den Füllstand des Kraftstofftankes anzuzeigen. Auf diese Weise kann eine Information über die zu Beginn des Tankens noch vorhandene sowie über die zugetankte Kraftstoffmenge gewonnen werden, so dass die Kraftstoffeigenschaften als ein gewichtetes Mittel aus neuen und alten Kraftstoffmengen berechnet werden können. Ein Anstieg der Kraftstoffmenge im Tank kann dabei im Übrigen auch als das Signal für einen (erfolgten) Tankvorgang verwendet werden.

Vorzugsweise enthält die Kontrolleinheit ein satellitengestütztes Positionierungssystem, um bei einem Tankvorgang die Position des Kraftfahrzeuges und damit die geografische Position der zugehörigen Tankstation zu ermitteln. Die Kontrolleinheit kann auch nur eine Schnittstelle für die Anbindung an ein solches Positio-nierungssystem aufweisen, wobei Letzteres dann in anderen Komponenten wie etwa einem Navigationssystem des Kraftfahrzeuges vorhanden ist und mitgenutzt wird.

Des Weiteren enthält die Kontrolleinheit vorzugsweise einen Speicher (z. B. ROM, EPROM etc.), in welchem Informationen über die in verschiedenen Ländern bzw. geografischen Regionen verwendeten Kraftstoffe gespeichert sind. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise in Abhängigkeit von den jeweils gültigen nationalen Vorschriften der Schwefelgehalt des am Aufenthaltsort des Kraftfahrzeuges angebotenen Kraftstoffes bestimmen.

Bezugszeichenliste

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kontrolleinheit während eines Tankvorganges.
Obgleich die Erfindung am Beispiel eines Dieselfahrzeuges und des Schwefelgehaltes von Dieselkraftstoff erläutert wird, ist diese hierauf nicht beschränkt und kann mit Vorteil auch in anderen Fällen eingesetzt werden, in welchen die Kenntnis der Kraftstoffeigenschaften (z. B. Klopfzahl, chemische Zusammensetzung bzw. Zusätze etc.) für die Motorsteuerung von Bedeutung ist.
Das in der Figur dargestellte Kraftfahrzeug 5 enthält einen Dieselmotor 7, in dessen Abgasweg ein NOx-Speicherkatalysator 6 angeordnet ist. Die Ansammlung von Schwefelverbindungen in dem Speicherkatalysator 6 muss von Zeit zu Zeit beseitigt werden, um eine möglichst hohe Speichereffizienz aufrechtzuerhalten. Aus Gründen der Kraftstoffökonomie sowie der Schonung des Speicherkatalysators 6 sollten andererseits die Entschwefelungsvorgänge nur so oft wie unbedingt nötig durchgeführt werden.
Die erforderliche Häufigkeit von Entschwefelungen hängt entscheidend vom Schwefelgehalt des getankten Dieselkraftstoffes ab. Dieser Schwefelgehalt variiert wiederum von Land zu Land, wobei viele Länder bereits Vorschriften für einen kompletten Übergang zu schwefelarmem Dieselkraftstoff erlassen haben. So wird beispielsweise in Deutschland, Frankreich und den Niederlanden im Jahre 2005 ein Übergang zu schwefelarmen Kraftstoffen gesetzlich vorgeschrieben, während andere Länder (z. B. Griechenland, Irland) diesen Übergang erst einige Jahre später bzw. zu einem noch nicht festgelegten Zeitpunkt vornehmen.
Da die Motorsteuerung bei Kenntnis des Schwefelgehaltes des verwendeten Kraftstoffes die Häufigkeit von erforderlichen Entschwefelungen des Speicherkatalysators 6 mit guter Näherung abschätzen kann, ist es wichtig, den Schwefelgehalt des jeweils getankten Kraftstoffes zu kennen. Um diese Kenntnis auch bei Änderungen von gesetzlichen Vorschriften und/oder bei Auslandsaufenthalten des Kraftfahrzeuges 5 zur Verfügung zu haben, werden das nachfolgende Verfahren und die zugehörige Kontrolleinheit eingesetzt.
Die genannte Kontrolleinheit enthält zunächst ein GPS-Modul 2, welches aus den empfangenen Signalen von (mindestens drei) Satelliten 8 die Position des Kraft-fahrzeuges 5 berechnen kann: Das GPS-Modul 2 kann dabei zu einem Navigationssystem des Kraftfahrzeuges 5 gehören bzw. von diesem mit verwendet werden. Selbstverständlich könnten zur Positionsbestimmung auch andere dem Fachmann bekannte Einrichtungen verwendet werden.
Ferner enthält die Kontrolleinheit ein Tankanzeige-Modul 3, welches ein Signal abgibt, wenn das Kraftfahrzeug betankt wird. Das Tankanzeige-Modul 3 kann bei-spielsweise mit dem Verschluss des Tankes verbunden sein und erkennen, wenn dieser geöffnet wird, um den Zapfhahn einer Zapfsäule 1 einzuführen.
Das GPS-Modul 2 und das Tankanzeige-Modul 3 sind mit einem Steuerungsmodul 4 verbunden. Dieses kann beispielsweise als Mikroprozessor mit entsprechender Software oder als reines Software-Modul innerhalb der vorhandenen Motorsteuerung ausgebildet sein. Das Steuermodul 4 ist ausgangsseitig mit dem Dieselmotor 7 und gegebenenfalls dem NOx-Speicherkatalysator 6 verbunden, um die Entschwefelung des Speicherkatalysators 6 zu steuern.
Wenn das Kraftfahrzeug 5 bei einer Tankstation 1 anhält und Kraftstoff hieraus zugetankt wird, wird dies dem Steuerungsmodul 4 über das Tankanzeige-Modul 3 angezeigt. Das Steuermodul 4 veranlasst daraufhin die Bestimmung der aktuellen geografischen Position des Kraftfahrzeuges 5 über das GPS-Modul 2. Mit der Po-sition des Kraftfahrzeuges 5 ist (näherungsweise) auch die geografische Position der Tankstation 1 bekannt. Daher kann aus einer in einem Speicher des Steuermoduls 4 hinterlegten Datenbank abgefragt werden, welchen Schwefelgehalt der Dieselkraftstoff von der Tankstation 1 aufweist. In der Regel reicht es hierzu aus, das Land festzustellen, in welchem sich die Tankstation 1 befindet, da aufgrund gesetzlicher Vorschriften der Schwefelgehalt von Dieselkraftstoff landeseinheitlich festliegt.
Das Steuermodul 4 verwendet die so ermittelte Information über den Schwefelge-halt des zugetankten Kraftstoffes sowie vorzugsweise Informationen über die Menge des zugetankten Kraftstoffes und die Menge des noch im Tank befindlichen Restkraftstoffes, um den Schwefelgehalt des fortan vom Dieselmotor 7 verbrauchten Dieselkraftstoffes zu bestimmen. Mit Kenntnis dieses Schwefelgehaltes lässt sich dann mit hoher Genauigkeit und ohne aufwändige weitere Sensoren der Zeitpunkt vorhersagen, zu dem der NOx-Speicherkatalysator 6 eine so hohe Beladung mit Schwefelverbindungen aufweist, dass eine Entschwefelung durchgeführt werden muss.

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahr-zeug (5), dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem Tankvorgang die geografische Position der befüllenden Tanksta-tion (1) ermittelt und mit Informationen über dort verwendete Kraftstoffe ver-knüpft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geografische Position der Tankstation (1) über ein satellitengestütztes Positionierungssystem (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Kraftstoffeigenschaften den Schwefelgehalt des Kraftstoffes umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt die Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators (6) gesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über an der befüllenden Tankstation (1) verwendete Kraftstoffe aus einer Datenbank an Bord des Kraftfahrzeuges (5) und/oder über eine drahtlose Datenfernabfrage gewonnen werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengen des im Kraftstofftank noch vorhandenen Kraftstoffes und des zugetankten Kraftstoffes ermittelt werden.
Kontrolleinheit (2, 3, 4) zur Ermittlung von Kraftstoffeigenschaften in einem Kraftfahrzeug (5), dadurch gekennzeichnet, dass diese dahingehend ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Kontrolleinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Tankanzeige-Modul (3) aufweist, welches das Stattfinden eines Tankvorganges signalisiert.
Kontrolleinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein satellitengestütztes Positionierungssystem (2) enthält oder mit ei-nem solchen koppelbar ist.
Kontrolleinheit nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Speicher enthält, in welchem Informationen über in verschiede-nen Ländern bzw. Regionen verwendete Kraftstoffe gespeichert sind.