DE102006043341B4 - Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffs eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Magerlaufgrenze (M) der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges vom Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Bestimmen des Ethanol-Anteiles benutzt wird, indem zum Bestimmen der Magerlaufgrenze (M) die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fortschreitend verringert, hierbei die Laufruhe (COV) der Brennkraftmaschine für diesen Zylinder überwacht und die Magerlaufgrenze (M) als erreicht erkannt wird, wenn die Laufruhe (COV) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei aus der zum Erreichen der Magerlaufgrenze (M) erforderlichen Verringerung (KM) der eingespritzten Kraftstoffmenge auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes geschlossen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes in einem Kraftfahrzeug.
  • Der Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Ethanol (Alkohol) enthaltendem Kraftstoff ist schon seit langem erprobt, und vor allem in Südamerika und Nordamerika sind viele Fahrzeuge für einen derartigen Betrieb ausgestattet. Die Konzentration des Ethanols im Tank-Kraftstoff kann sich je nach der getankten Kraftstoffsorte von einer Tankfüllung zur anderen Tankfüllung ändern. Hierbei können sich beliebige Ethanol-Anteile des Kraftstoffes zwischen 0 und 100 ergeben. Für einen einwandfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, dass das Betriebssteuergerät die neue Kraftstoffzusammensetzung sobald wie möglich erkennt und in ihren Regelungsstrategien berücksichtigt.
  • Im Stand der Technik (siehe z. B. US 6 257 174 B1 ) ist es bereits bekannt, den unterschiedlichen Luftbedarf von Ethanol einerseits und anderen Kraftstoffen andererseits (Ethanol: 8,9; Benzin: 14,7) zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffs zu benutzen. Bei einer Änderung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes ändert sich die vom λ-Sensor gemessene Luftzahl λ, und aus dieser Änderung der Luftzahl lässt sich auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes schließen (λ-Methode).
  • Die λ-Methode ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des Ethanol-Anteils allerdings nur im Fall eines intakten Kraftstoffsystems. Da die Diagnose des Kraftstoffsystems (FSD: Fuel System Diagnosis) ebenfalls mittels der vom λ-Sensor gemessenen λ-Werte durchgeführt wird, liefert das λ-Verfahren keine verlässlichen λ-Werte. Das Betriebssteuergerät kann nämlich nicht eindeutig feststellen, ob eine Abweichung des λ-Wertes aus einem geänderten Ethanol-Anteil des Kraftstoffes oder einem Fehler des Kraftstoffsystems resultiert.
  • US 6,298,838 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Motorlaufunruhe bei dem der Ethanolgehalt des dem Motor zugeführten Kraftstoffes variiert wird. Demnach wird eine Laufunruhe des Motors gemessen, und bei Überschreiten eines ersten Schwellwerts die Kraftstoffzufuhr zum Motor um einen ersten Ethanolgehalt erhöht. Anschließend wird die Laufunruhe wieder gemessen. Sofern die Laufunruhe durch diese Ethanolerhöhung unter den ersten Schwellwert gesunken ist, jedoch oberhalb eines zweiten, niedrigeren Schwellwerts liegt, wird der dem Motor zugeführte Kraftstoff um einen zweiten Ethanol-Anteil weiter erhöht, um die Laufunruhe auch unter den zweiten Schwellwert zu bringen. Wird dagegen nach der Erhöhung des Kraftstoffes um den ersten Ethanol-Anteil kein Absinken der Laufunruhe unter den ersten Schwellwert festgestellt, so wird darauf geschlossen, dass die Laufunruhe nicht durch eine Verringerung des Ethanol-Anteils verursacht ist, sondern einen anderen Grund hat, beispielsweise eine defekte Zündkerze.
  • Die Druckschriften DE 600 11 393 T2 und US 4,059,411 A schlagen Treibstoffzusammensetzungen vor, deren Alkoholgehalt erhöht ist, um die Magerlaufgrenze des Motors zu erweitern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes eines Kraftfahrzeuges anzugeben, das von einer Messung der Luftzahl λ im Abgas der Brennkraftmaschine unabhängig ist.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Lösen dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit Ethanol betriebene Brennkraftmaschinen eine verbesserte Magerlauffähigkeit zeigen. Das heißt, dass sich die Magerlaufgrenze der Brennkraftmaschine mit höherem Ethanol-Anteil des Kraftstoffes in Richtung mager verschiebt. Dieser Zusammen hang zwischen Magerlaufgrenze und Ethanol-Anteil des Kraftstoffes wird zum Bestimmen des Ethanol-Anteils benutzt.
  • Zum Ermitteln der Magerlaufgrenze wird die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fortschreitend verringert, hierbei die Laufruhe der Brennkraftmaschine für diesen Zylinder überwacht und die Magerlaufgrenze als erreicht erkannt, wenn die Laufruhe einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Aus der zum Erreichen der Magerlaufgrenze erforderlichen Verringerung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird dann – zweckmäßigerweise über ein Kennfeld – auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes geschlossen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zum Plausibilisieren des mittels eines anderen Verfahrens (insbesondere des λ-Verfahrens) gewonnenen Ethanol-Anteils verwendet.
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es zeigt:
  • 1 ein Diagramm in dem der Laufruhewert COV über der Luftzahl λ aufgetragen ist, und
  • 2 zwei Diagramme, wobei im oberen Diagramm ein Faktor K für die einzuspritzende Kraftstoffmenge über der Zeit t und im unteren Diagramm der Laufruhewert COV über der Zeit t aufgetragen ist.
  • Wie bereits erwähnt, macht sich die Erfindung die Tatsache zunutze, dass sich mit einer Erhöhung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes die Magerlauffähigkeit der Brennkraftmaschine verbessert. Dieser Zusammenhang geht aus dem Diagramm der 1 hervor, in dem der Laufruhewert COV (Coefficient Of Variance) über der Luftzahl λ für verschiedene Kraftstoffe aufgetragen ist. Der dimensionslose Laufruhewert COV charakterisiert die Laufunruhe einer Brennkraftmaschine; das heißt, dass die Laufunruhe mit größer werdendem Laufruhewert COV größer wird. Als Magerlaufgrenze wird üblicherweise ein vorgegebener Schwellenwert (beispielsweise COV = 5) definiert, oberhalb dessen keine akzeptable Laufruhe der Brennkraftmaschine mehr gegeben ist.
  • Die im Diagramm der 1 dargestellten Kurven ROZ95 und ROZ100 gelten für reines Benzin einer Oktanzahl von 95 und 100, während die Kurven E5, E 50, E85 und E100 für Kraftstoffe mit einem Ethanol-Anteil von 5%, 50%, 85% bzw. 100% gelten.
  • Wie sich dem Diagramm der 1 entnehmen lässt, verschiebt sich die Magerlaufgrenze (COV = 5) mit größer werdendem Ethanol-Anteil des Kraftstoffes in Richtung größerer Luftzahl λ, das heißt in Richtung mager. So liegt die Magerlaufgrenze für Benzin ROZ95 bei einem λ-Wert von ungefähr 1,25, während die Magerlaufgrenze für reines Ethanol (E100) bei einem λ-Wert von ungefähr 1,42 liegt.
  • Anhand der Diagramme der 2 wird nun das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) näher erläutert: Wenn die Brennkraftmaschine in einem konstanten Lastpunkt, z. B. im Leerlauf, betrieben wird, wird zunächst die in einen ersten Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge schrittweise verringert. Dies ist in dem oberen Diagramm der 2 durch einen Faktor K für die einzuspritzende Kraftstoffmenge dargestellt. Zunächst wird der Faktor K1 für den ersten Zylinder auf 0,9 und dann fortschreitend weiter verringert. Gleichzeitig wird die in die übrigen Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge um einen entsprechenden Betrag erhöht, damit das gesamte Kraftstoff/Luft-Verhältnis sämtlicher Zylinder bei λ = 1 gehalten wird. Dies ist in dem oberen Diagramm der 2 durch die mit K2, K3 und K4 bezeichnete Kurve angedeutet.
  • Gleichzeitig mit der beschriebenen Änderung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine für die einzelnen Zylinder überwacht. Da die Überwachung der Laufruhe im Stand der Technik (vgl. z. B. DE 41 22 139 A1 und DE 197 41 965 C1 bekannt ist, wird hierauf nicht näher eingegangen. Wie im unteren Diagramm der 2 gezeigt, wird der Laufruhewert COV1 für den ersten Zylinder zunehmend größer, während die einzuspritzende Kraftstoffmenge verringert und damit das Luft/Kraftstoff-Gemisch abgemagert wird, wie dies durch die Kurve COV1 in dem unteren Diagramm der 2 zu sehen ist.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde der die Magerlaufgrenze M darstellende COV-Wert mit 5 angenommen. Wenn nun der Laufruhewert COV1 für den ersten Zylinder die Magerlaufgrenze M (COV = 5) erreicht hat, beträgt der der Magerlaufgrenze M zugeordnete Faktor KM für den ersten Zylinder beispielsweise 0,7. Dieser Faktor KM, der die Verringerung der in den ersten Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge bei Erreichen der Magerlaufgrenze darstellt, erlaubt nun eine Bestimmung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes.
  • Der Ethanol-Anteil wird zweckmäßigerweise aus einem Kennfeld (nicht gezeigt) ausgelesen, in dem der Ethanol-Anteil über dem Faktor KM aufgetragen ist. Aus praktischen Gründen kann es auch zweckmäßig sein, im Kennfeld den Ethanol-Anteil über λM aufzutragen, wobei λM = 1/KM ist. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel gilt beispielsweise für λM = 1/0,7 = 1,428.
  • Wenn der Laufruhewert COV1 für den ersten Zylinder die Magerlaufgrenze M erreicht hat, wird die Verringerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge für den ersten Zylinder beendet. Hierauf wird das beschriebene Verfahren der Verringerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge nacheinander bei den übrigen Zylindern durchgeführt, wie dies in den beiden Diagrammen der 2 angedeutet wird. Die endgültige Ermittlung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes erfolgt dann aus einer statistischen Auswertung der Ergebnisse für sämtliche Zylinder und mittels mehrerer Durchläufe des beschriebenen Verfahrens.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, wird der auf diese Weise ermittelte Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Plausibilisieren eines anhand des im Stand der Technik bekannten λ-Verfahrens verwendet. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es nicht von einer Messung des λ-Wertes abhängig ist. Mit dieser Plausibilisierung lässt sich daher jederzeit feststellen, ob eine Änderung des λ-Wertes auf eine Änderung des Ethanol-Anteils oder einem Fehler des Kraftstoffsystems beruht. Mit den plausibilisierten Werten des λ-Verfahrens kann dann das Betriebssteuergerät das heutzutage übliche λ-Adaptionsverfahren und damit die Kraftstoffsystemdiagnose (FSD) durchführen.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffs eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Magerlaufgrenze (M) der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges vom Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Bestimmen des Ethanol-Anteiles benutzt wird, indem zum Bestimmen der Magerlaufgrenze (M) die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fortschreitend verringert, hierbei die Laufruhe (COV) der Brennkraftmaschine für diesen Zylinder überwacht und die Magerlaufgrenze (M) als erreicht erkannt wird, wenn die Laufruhe (COV) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei aus der zum Erreichen der Magerlaufgrenze (M) erforderlichen Verringerung (KM) der eingespritzten Kraftstoffmenge auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verringerung der in den einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge die in den verbleibenden Zylindern einzuspritzenden Kraftstoffmengen fortschreitend so erhöht werden, dass die Luftzahl λ auf einem konstanten Wert gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ethanol-Anteil des Kraftstoffes aus einem Kennfeld gewonnen wird, in dem der Ethanol-Anteil über der zum Erreichen der Magerlaufgrenze (M) erforderlichen Verringerung (KM) des eingespritzten Kraftstoffes aufgetragen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ethanol-Anteil im Kennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine aufgetragen ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Magerlaufgrenze (M) bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in einem stationären Lastpunkt durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes zum Plausibilisieren des mittels eines anderen Verfahrens gewonnenen Ethanol-Anteils verwendet wird.
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