DE102007009565A1

DE102007009565A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007009565A1
Application number: DE102007009565A
Authority: DE
Inventors: Werner Hess; Udo Schulz; Rasmus Frei; Nils Steinbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei durch Einspritzungen Kraftstoffdruckwellen (207) hervorgerufen werden, ist insbesondere vorgesehen, dass wenigstens ein jeweils einer Kraftstoffdruckwelle zuzuordnender physikalischer Parameter ermittelt wird (400, 420) und dass die Kraftstoffzusammensetzung auf der Grundlage des so ermittelten physikalischen Parameters bestimmt wird (425-435).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
In Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen werden die mittels Injektoren in Verbrennungsräume eingespritzten Kraftstoffmengen auf mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, welche zeitlich eng angeordnet sind und bspw. aus einer oder mehreren zeitlich vor einer Haupteinspritzung applizierten Voreinspritzung(en) bestehen. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen wird durch die Pausenzeit zwischen zwei elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren bewirkt. So wird in einem aus der DE 100 02 270 C1 bekannten „Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem" Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert, bevor dieser den einzelnen Injektoren zugeführt wird. Die Teileinspritzungen ermöglichen eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit geringere Abgasemissionen der Brennkraftmaschine, eine verringerte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung sowie eine erhöhte mechanische Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
Bei den genannten Teileinspritzungen kommt der Genauigkeit der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung zu. Nun bewirkt aber jede Einspritzung einen kurzzeitigen Einbruch des Kraftstoffdruckes in einer vom Rail zu dem betreffenden Injektor angeordneten Leitung. Ein solcher Druckeinbruch führt nach Beendigung der Ansteuerung des Injektors zu einer zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden Kraftstoffdruckwelle, deren Einfluss auf die Einspritzmenge der jeweils nachfolgenden Teileinspritzung mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den jeweils benachbarten Teileinspritzungen abnimmt. Dieser Druckwelleneffekt verstärkt sich bei steigender Hubfrequenz der Düsennadel des Injektors, sodass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezosteller als Einspritzaktoren zur Düsennadelsteuerung in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, eine zunehmende Bedeutung zukommt.
Da das beschriebene Druckwellenphänomen streng systematischer Natur ist, und zwar im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur im Rail abhängt, lässt sich dieser durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät kompensieren. Bei einem aus der DE 101 23 035 A1 bekannten Ansatz zur Minimierung des Druckwelleneinflusses wird der Einfluss auf die Einspritzmenge des jeweiligen Injektors ausgemessen und die Ergebnisse dieser Vermessung bei der Voreinstellung der Ansteuerdaten des Injektors berücksichtigt, und zwar basierend auf einer vorab empirisch oder experimentell ermittelten Kraftstoff-Mengenwelle als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen. Der gemessene Mengeneinfluss auf eine nachfolgende Einspritzung wird in Kennfeldern abgelegt und der Mengeneinfluss dann zur Laufzeit der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der Bestromungsdauer der jeweils nachfolgenden Einspritzung kompensiert.
Die Bedatung der genannten Kennfelder erfolgt experimentell mittels Messungen an einem Hydraulik-Prüfstand. Hierbei werden die beeinflussten Mengen in Form so genannter „Mengenwellen" als Funktion des Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen ermittelt und mithilfe eines speziellen Algorithmus zur Bedatung verwendet. Die damit ermittelten Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten Kennfeldern abgelegt und zur Laufzeit eines CR-Steuerprogramms durch entsprechendes In-Abzug- Bringen in einem Mengenpfad der Motorsteuerung (sog. „Motorapplikation") kompensiert.
Des Weiteren ist bekannt, dass die hohen Kraftstoffpreise für bspw. Dieselkraftstoff auf Erdölbasis sowie steuerliche Begünstigungen oder staatliche Verordnungen wie die EU-Richtlinie 2003/30/EG, welche einen Marktanteil alternativer Kraftstoffe von 5,75% vorschreibt, den verstärkten Einsatz von Biokraftstoffen, wie bspw. Biodiesel auf der Basis von Rapsöl, begünstigen. Dies gilt ebenso für aus Biomasse oder Erdgas synthetisch hergestellte Dieselkraftstoffe.
Diese alternativen Kraftstoffe weisen sowohl von gegenüber mineralischen Kraftstoffen bis zu etwa 7% abweichende Stoffdichten sowie von bis zu 13% abweichende spezifische Heizwerte auf. Aufgrund der Dichte- und Heizwertunterschiede kann zum Erreichen eines vergleichbaren Motormoments und einer gleichen Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Mehrmenge an Kraftstoff erforderlich werden.
Zudem können entsprechende Änderungen in der Einspritzmenge bei nicht passenden Steuerdaten der genannten Motorapplikation zu einer erhöhten Abgastemperatur und/oder zu einem unerwünschten Auftreffen des Einspritzstrahls auf die Zylinderwand oder die Brennmulde des Kolbens und damit zu Schädigungen von Komponenten des Kolbens und/oder zu einer Verschlechterung des Abgases führen.
Darüber hinaus ist die jeweilige Motorapplikation nicht optimal auf diese Kraftstoffzumischungen abgestimmt, was zu erhöhten Schadstoffemissionen, einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und/oder zu einer erhöhten Geräuschentwicklung bei der Verbrennung führen kann.
Es ist daher wünschenswert, die Kraftstoffzusammensetzung des beim Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffs möglichst exakt zu kennen, um die Motorapplikation bei einer abweichenden Zusammensetzung ggf. anpassen zu können.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Kraftstoffzusammensetzung auf der Grundlage von vorliegenden Informationen über die eingangs beschriebenen Kraftstoffdruckwellen zu bestimmen.
Die Erfindung beruht auf dem technischen Zusammenhang, dass der Proportionalitätsfaktor zwischen der Amplitude und der Geschwindigkeit einer ungedämpft fortschreitenden Schallwelle eine Materialeigenschaft (sog. „Schall-Wellenwiderstand") des jeweiligen Ausbreitungsmediums darstellt, welcher direkt proportional zur Dichte des Ausbreitungsmediums ist. Der Wellenwiderstand bestimmt dabei die für die Ausbreitung maßgebende Härte des Mediums. In einem „schallharten" Medium verursachen große Druckschwankungen eine geringe Schallschnelle und in einem „schallweichen" Medium dagegen kleine Druckschwankungen einen hohen Wert der Schallschnelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine genannte Kraftstoffdruckwelle in der Injektorzuleitung bzw. dem Injektor selbst im Prinzip einer Schallwelle im Dieselkraftstoff entspricht und demnach werden diese Druckwellen maßgeblich durch die Dichte des Kraftstoffs bestimmt. Gemäß der Erfindung wird schließlich aus physikalischen Parameter dieser Druckwellen auf die Kraftstoffzusammensetzung geschlossen, d. h. bspw. Zumischanteile von z. B. dem genannten Biodiesel-Kraftstoff auf Rapsbasis oder von synthetischem Diesel-Kraftstoff, und mittels der an sich bekannten Druckwellenkorrektur eine geeignete Anpassung der Motorapplikation an die vorliegende Kraftstoffmischung vorgenommen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zu diesem Zweck die Geschwindigkeit und die Amplitude der Druckwelle bestimmt, wobei die Druckwellen-Laufzeit bzw. die Druckwellengeschwindigkeit und/oder die Amplitude der Druckwelle im Kraftstoffdruckspeicher (Rail) und/oder in den Injektorzuleitungen sensorisch erfasst werden. Dadurch kann auf die Materialeigenschaften des Kraftstoffs, wie z. B. eine Dichteänderung des Kraftstoffs im Vergleich zu einem Referenzkraftstoff, mit welchem die werkseitige Bedatung des Einspritzsystems und/oder der Brennkraftmaschine durchgeführt wurde, geschlossen werden.
Der Vorteil der Kenntnis solcher Dichteänderungen des Kraftstoffs liegt in der Möglichkeit einer Anpassung des Zeitablaufs (timings) der Einspritzungen, wie z. B. des Einspritzbeginns und/oder der Einspritzdauer, um das gleiche Systemverhalten der Brennkraftmaschine wie mit dem Referenzkraftstoff zu erreichen. Damit lassen sich im Ergebnis die Abgaswerte, der Fahrkomfort, der Kraftstoffverbrauch und der Maschinenverschleiß optimieren.
Der Raildruck wird heutzutage mittels eines im Rail angeordneten Drucksensors gemessen. Jedoch sehen neue Messkonzepte eine Messung des Kraftstoffdrucks in der Injektorzuleitung bzw. im Injektor vor, wobei im ersten Fall die aufgrund der Kraftstoffdruckwelle auftretende elastische Verformung (Dehnung) der Zuleitung zugrunde gelegt wird. Dadurch wird eine noch präzisere und insbesondere schnellere Druckwellenkorrektur ermöglicht, um die Mengengenauigkeit und damit die Abgaswerte weiter zu verbessern. Zudem werden noch in Studie befindliche Konzepte wie Chip-on-Injektor mit Microcontroller und/oder DSP-Funktionalitäten eine hochfrequente Signalerfassung und Auswertung ermöglichen.
Die Erfindung ermöglicht bevorzugt eine Optimierung einer genannten Motorapplikation zur Ansteuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer aktuell erfassten Kraftstoffzusammensetzung.
Die Erfindung ist bevorzugt in einem Common-Rail-Einspritzsystem insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit den genannten Vorteilen einsetzbar, und zwar sowohl bei zeitlich aufeinanderfolgenden Vor- und Haupteinspritzungen sowie Haupt- und Nacheinspritzungen als auch bei entsprechend aufeinander folgenden einzelnen Voreinspritzungen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.
Im Einzelnen zeigen
1 die schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten im Stand der Technik bekannten Common-Rail-Einspritzsystems;
2 eine schematische, ausschnittweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventils (Injektors) im Längsschnitt eines in der 1 dargestellten Einspritzsystems;
3 ein typischer Einspritzverlauf mit einer Haupteinspritzung und einer Voreinspritzung, wobei ein typisches Ansteuersignal eines in der 2 dargestellten Einspritzventils und die sich daraus ergebende Einspritzrate und der Leitungsdruck in einem in der 1 dargestellten Common-Rail in Abhängigkeit von der Zeit in der Einheit ms dargestellt sind.; und
4 ein Flussdiagramm zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In der 1 sind für das Verständnis der Erfindung erforderliche Bauteile eines hochdruckbasierten Kraftstoffeinspritzsystems am Beispiel eines Common-Rail-(CR-)-Einspritzsystems dargestellt. Mit 1 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Der Kraftstoffvorratsbehälter 1 steht zur Förderung von Kraftstoff über einen ersten Filter 5 sowie eine Vorförderpumpe 10 mit einem zweiten Filter 15 in Verbindung. Vom zweiten Filter 15 aus gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 25. Die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Filter 15 und der Hochdruckpumpe 25 steht ferner über eine ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 aufweisende Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter 1 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 25 steht mit einem Rail 30 in Verbindung. Das Rail 30 wird auch als (Hochdruck-)Speicher bezeichnet und steht wiederum über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 31 in druckleitender Verbindung. Über ein Druckablassventil 35 ist das Rail 30 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbindbar. Das Druckablassventil 35 ist mittels einer Spule 36 steuerbar.
Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 25 und dem Eingang des Druckablassventils 35 werden als „Hochdruckbereich" bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 40 erfasst. Die Leitungen zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 und der Hochdruckpumpe 25 werden hingegen als „Niederdruckbereich" bezeichnet. Eine Steuerung 60 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 25 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 31 jeweils mit einem Ansteuersignal A und/oder das Druckablassventil 35 mit einem Ansteuersignal AV. Die Steuerung 60 verarbeitet verschiedene Signale unterschiedlicher Sensoren 65, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges, welches von dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist bspw. die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
Das in der 1 gezeigte Einspritzsystem arbeitet wie folgt. Der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffvorratsbehälter 1 befindet, wird mittels der Vorförderpumpe 10 durch den ersten Filter 5 und den zweiten Filter 15 hindurch gefördert. Steigt der Druck im genannten Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 45 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 10 und dem Vorratsbehälter 1 frei. Die Hochdruckpumpe 25 fördert die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 25 baut dabei im Rail 30 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Einspritzsystemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Mittels der Injektoren 31 kann der Kraftstoff damit unter hohem Druck den einzelnen Verbrennungsräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugemessen werden. Mittels des Sensors 40 wird der Druck im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 25 und/oder des Druckablassventils 35 wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt. Als Vorförderpumpe 10 werden üblicherweise Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Für höhere Fördermengen, die insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind, können auch mehrere parallel geschaltete Vorförderpumpen eingesetzt werden.
In der 2 ist ein aus der DE 100 02 270 C1 hervorgehendes piezoelektrisch getriebenes Einspritzventil (Injektor) 101 in einer Schnittzeichnung dargestellt. Das Einspritzven til 101 weist eine piezoelektrische Einheit 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Einspritzventil 101 weist ferner einen an die piezoelektrische Einheit 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet. Das Ventilschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit 104, und zwar in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Druckniveau im Hochdruckbereich 121. In dem Hochdruckbereich 121 des Einspritzventils 101 sind zusätzlich eine Ablaufdrossel 130 und eine Zulaufdrossel 131 angeordnet. Das Stellverhältnis Ablauf/Zulauf dieser beiden Drosseln 130, 131 wird mittels eines in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Steuerventils 132 eingestellt.
In der 3 ist ein typischer Einspritzverlauf für einen in den 1 und 2 gezeigten Injektor im Falle einer Haupteinspritzung (Phase ,II') 200 und einer zeitlich vorausgehenden Voreinspritzung (Phase ,I') 205 dargestellt. Die gezeigten drei Signalverläufe repräsentieren ein typisches Ansteuersignal 210 eines in der 2 dargestellten Einspritzventils sowie die sich daraus ergebende Einspritzrate 215 und der Leitungsdruck 220 in einem in der 1 dargestellten Common-Rail, und zwar in Abhängigkeit von der in der Einheit ms dargestellten Zeit.
Der eingangs genannte Druckwelleneffekt lässt sich anhand der 3 wie folgt erklären. Ist die Voreinspritzung 205 zeitlich ausreichend weit von der Haupteinspritzung 200 entfernt, so ist die durch sie ausgelöste Druckwelle 207 bis zur Haupteinspritzung 200 bereits abgeklungen und wirkt sich damit auf die bei der Haupteinspritzung 200 eingespritzte Kraftstoffmenge nicht mehr aus. Dieses Zeitintervall ist unter anderem wegen der druckabhängigen Wellengeschwindigkeit im Wesentlichen abhängig vom momentan im Rail vorliegenden Raildruck sowie die ebenfalls eingangs genannte „Schallhärte" als Materialeigenschaft des jeweiligen Ausbreitungsmediums. Ein typischer empirisch ermittelter geeigneter Ausgangswert für dieses Zeitintervall beträgt >2 ms.
Wird nun der genannte zeitliche Abstand (Phase ,I') variiert, indem der Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung 200 konstant bleibt, der Ansteuerbeginn der Voreinspritzung 205 aber zeitlich dichter an die Haupteinspritzung 200 herangeführt wird, so ergibt sich ab einem bestimmten Abstand eine Beeinflussung der Haupteinspritzmenge, da aufgrund der Druckwelle der Druck insbesondere im Bereich der in der 2 gezeigten Düsennadel des Injektors im Zeitpunkt des Öffnen und während der Öffnung der Düsennadel entweder aufgrund eines Wellenbergs der Druckwelle erhöht oder aufgrund eines Wellentals erniedrigt ist. Daraus ergibt sich ein Mengen- bzw. Momenteneffekt, der bspw. mittels eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine sensierbar ist. Alternativ ist auch die Sensierung des Mengeneffektes in an sich bekannter Weise über eine Lambda-Sonde bzw. deren Steuerung möglich.
Zur Druckwellenkorrektur sei angenommen, dass der aus der Applikation sich ergebende zeitliche Abstand zwischen der Haupteinspritzung 200 und der Voreinspritzung 205 so gewählt ist, dass die durch die Voreinspritzung 205 hervorgerufene Druckwelle 207 im Rail bis zur Ansteuerung der Haupteinspritzung 200 wieder abgeklungen ist. Entsprechende Werte sind in Form von Erfahrungswerten an sich vorbekannt.
Es versteht sich, dass die in der 3 gezeigten beiden Einspritzungen nur zu Illustrationszwecken dienen und daher das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung auch auf die zeitliche Applikation mehrerer Einspritzungen entsprechend anwendbar sind, wobei sich selbstverständlich auch einzelne, zeitlich benachbarte Voreinspritzungen aufgrund von Druckwellen in der hierin beschriebenen Weise beeinflussen können.
Anhand der 4 wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem am Beispiel einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs anhand eines Flussdiagramms beschrieben.
Gemäß der 4 wird zunächst mit einem festen Einspritzmuster mit jeweils bestimmter Ansteuerdauer und Einspritzabstand bei einem vorgegebenen Raildruck, d. h. einem vorgegebenen Arbeitspunkt des Einspritzsystems, der Druckverlauf für eine definierte Anzahl von Schwingungen nach Ansteuerende der jeweiligen Einspritzung des Einspritzmusters in der Injektorzuleitung oder im Injektor gemessen 400. Alternativ zur genannten definierten Anzahl von Schwingungen kann auch eine bestimmte Zeit oder ein bestimmter Kurbelwellenwinkel vorgegeben werden.
Diese Messung des Druckverlaufs wird für verschiedene Kraftstoffsorten entsprechend wiederholt 405 und die sich dabei jeweils ergebenden Druckverläufe erfindungsgemäß als Vergleichsmuster für verschieden dichte Kraftstoffsorten und/oder -beimengungen in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine bzw. des Einspritzsystems abgespeichert 410.
Im Fahrbetrieb wird die Brennkraftmaschine mit dem gleichen Einspritzmuster an demselben Betriebspunkt, d. h. bei gleichem Raildruck, betrieben 415 und der sich ergebende Druckverlauf gemessen 420. Der so gemessene Druckverlauf wird mit den zuvor gespeicherten Vergleichsmustern verglichen 425. Der am nächsten liegende gespeicherte Druckverlauf wird als die Dichte des vorliegenden Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffzusammensetzung angebend angenommen 430. Der so ermittelte Dichtewert des im Kraftstofftank aktuell bevorrateten Kraftstoffs wird nachfolgend im Einspritzmanagement in der an sich bekannten vorbeschriebenen Weise zur Korrektur von Ansteuerbeginn und Ansteuerdauer der Einspritzungen berücksichtigt 435.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, wenigstens eine gezielte Einspritzung mittels eines bevorzugt empirisch vorgegebenen Einspritzmusters durchzuführen, wobei das Einspritzmuster einem genannten Vergleichsmuster entspricht. Durch diese gezielte Einspritzung wird eine Druckwelle ausgelöst, wodurch man nicht zu lange auf ein passendes Vergleichsmuster warten muss. Diese gezielte Einspritzung erfolgt bevorzugt beim Start der Brennkraftmaschine oder beim Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine.
Nachfolgend werden Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die teils sogar Vereinfachungen gegenüber dem vorbeschriebenen Verfahren darstellen.
Lassen sich die genannten Vergleichsmuster bereits anhand der Periodendauer und der maximalen Druckamplitude oder dgl. der ersten Druckwelle zuordnen, dann kann mit der maximal möglichen Periode der Druck hochfrequent abgetastet bzw. gemessen werden.
Der entsprechend zwischengespeicherte Druckverlauf kann danach bspw. über einen nachgeordneten Algorithmus, der bspw. in einem am Injektor angeordneten Chip (inkl. Microcontroller) implementiert ist, auf die maximale Druckamplitude und Periodendauer hin analysiert werden. Die bei der Analyse sich ergebenden Werte der Druckamplitude und Periodendauer können dann mit entsprechend zwischengespeicherten Vergleichsmustern des Druckverlaufs verglichen und das zutreffende bzw. nächstliegende Muster mit seinem Dichtewert ausgewählt werden.
In einer weiteren Variante ist angenommen, dass zwischen den Vergleichsmustern und den zugehörigen Dichtewerten eine lineare oder nicht-lineare Interpolation durchführbar ist, sodass die Anzahl der Vergleichsmuster und damit der benötigte Speicher vorteilhaft verkleinert werden kann. Dabei können in an sich bekannter Weise auch Filteralgorithmen zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen eingesetzt werden.
Weiterhin ist eine Anwendung von an sich bekannten Analyseverfahren zur Bestimmung der Parameter des die Druckschwingung repräsentierenden Polynoms möglich, wobei die genannten Vergleichswerte dann die Parameter des Polynoms darstellen.
Als besonders geeigneter Einspritztyp zur Durchführung der vorher beschriebenen Schritte hat sich ein solcher mit möglichst großem Einspritzabstand zur nächsten Einspritzung ergeben, da hierdurch ein ausreichend großes ungestörtes Messfenster zur Verfügung steht. Als solcher Einspritztyp kommt bspw. eine Haupteinspritzung ohne hydraulisch angelagerte Nacheinspritzung in Betracht.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Variante erfolgt die Erkennung der Kraftstoffsorte unmittelbar nach Start der Brennkraftmaschine, um die notwendigen Korrekturen im Einspritzmanagement, wie bspw. Korrekturen des Ansteuerbeginns und der Ansteuerdauer des jeweiligen Einspritztypen, möglichst frühzeitig durchführen zu können.
Die Häufigkeit der Aktivierung des vorbeschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der Kraftstoffsorte kann dadurch verringert werden, dass eine Betankung des Kraftfahrzeugs bspw. mittels eines Kombi-Instruments (Kraftstofftankanzeige, Bordcomputer, oder dgl.), erkannt wird und dem Steuergerät der Brennkraftmaschine mitgeteilt wird. Das Steuerge rät führt dann einmalig eine Dichtebestimmung des Kraftstoffs in der vorbeschriebenen Weise, und zwar im Betrieb der Brennkraftmaschine, durch. Diese Dichtebestimmung erfolgt entweder unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine oder nach dem Erreichen vorgegebener (d. h. für den Erfolg der Dichtebestimmung notwendiger) Vergleichsbedingungen, wie z. B. eine betriebswarme Brennkraftmaschine bzw. ein betriebswarmer Injektor. Der sich ergebende Dichtewert wird in den genannten Speicher abgelegt, um danach bei nachfolgenden Fahrzyklen zur Verfügung zu stehen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht sogar, die bei einem Tankvorgang zugeführte Kraftstoffmenge einer von dem vorhandenen Kraftstoff verschiedenen Kraftstoffsorte zu ermitteln. Sind die Mengen des zugetankten Kraftstoffs und des vorher im Tank vorhandenen Kraftstoffs bekannt, kann bei ausreichend genauem Ergebnis des vorher beschriebenen Verfahrens präzise auf die zugetankte Kraftstoffsorte geschlossen werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung sogar die Erkennung einer Falschbetankung des Fahrzeugs mit einem nicht geeigneten Kraftstoff, um einen Start der Brennkraftmaschine mit dem für den Betrieb ungeeigneten Kraftstoffgemisch noch rechtzeitig verhindern zu können, bspw. durch entsprechende Meldung an den Fahrer oder Sperrung weiterer Einspritzungen.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuergerätes bzw. in Form eines entsprechenden Steuercodes implementiert werden, wobei das Steuergerät Rechenmittel aufweist, mittels derer zunächst eine vorbeschriebene Druckwellenkorrektur für die einzelnen Injektoren durchgeführt wird und Steuermittel, mittels derer ein die momentan einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal der Injektoren entsprechend korrigiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10002270 C1 [0002, 0027]
- DE 10123035 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei in Leitungen und/oder Ventilen (30, 31) des Einspritzsystems durch Einspritzungen Kraftstoffdruckwellen (207) verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein jeweils einer Kraftstoffdruckwelle zuzuordnender physikalischer Parameter ermittelt wird (400, 420) und dass die Kraftstoffzusammensetzung auf der Grundlage des wenigstens einen physikalischen Parameters bestimmt wird (425–435).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalischer Parameter der Kraftstoffdruckwellen (207) die Kraftstoffdichte verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffdichte mittels des Schallwellenwiderstands einer in Kraftstofffortschreitenden Schallwelle ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit und/oder die Amplitude wenigstens einer Kraftstoffdruckwelle sensorisch erfasst wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer Kraftstoffdruckwelle auftretende elastische Verformung der Leitungen und/oder Ventile (30, 31) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem festen Einspritzmuster, mit jeweils vorgegebener Ansteuerdauer und Einspritzabstand bei vorgegebenem Kraftstoffdruck, der Druckverlauf für eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen nach Ansteuerende der jeweiligen Einspritzung des Einspritzmusters oder eine empirisch vorgegebene Zeit oder ei nen empirisch vorgegebenen Kurbelwellenwinkel erfasst wird (400), wobei die Messung des Druckverlaufs für wenigstens zwei verschiedene Kraftstoffsorten entsprechend wiederholt wird (405), und dass die sich bei den wenigstens zwei Messungen jeweils ergebenden Druckverläufe als Vergleichsmuster gespeichert werden (410).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit dem gleichen Einspritzmuster wie bei der Ermittlung des entsprechenden Vergleichsmusters bei einem im Wesentlichen identischen Kraftstoffdruck betrieben wird (415), dass der sich dabei ergebende Druckverlauf gemessen (420) wird und dass der so gemessene Druckverlauf mit den gespeicherten Vergleichsmustern verglichen wird (425), wobei der am nächsten liegende gespeicherte Druckverlauf als die Dichte des vorliegenden Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffzusammensetzung angebend angenommen wird (430).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start der Brennkraftmaschine oder beim Erreichen einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wenigstens eine Einspritzung mittels eines vorgegebenen Einspritzmusters durchgeführt wird, wobei das vorgegebene Einspritzmuster einem Vergleichsmuster entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Kraftstoffzusammensetzung nachfolgend zur Korrektur von Ansteuerbeginn und/oder Ansteuerdauer der Einspritzungen berücksichtigt wird (435).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf hochfrequent abgetastet wird und auf eine maximale Druckamplitude und Periodendauer hin analysiert wird, wobei die bei der Analyse sich ergebenden Werte der Druckamplitude und Periodendauer mit entsprechend gespeicherten Vergleichsmustern des Druckverlaufs verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Vergleichsmustern und den zugehörigen Kraftstoffdichtewerten eine lineare oder nicht-lineare Interpolation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des physikalischen Parameters mittels eines die Kraftstoffdruckwelle repräsentierenden Polynoms erfolgt, wobei die genannten Vergleichswerte durch Parameter des Polynoms repräsentiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorher beschriebenen Schritte auf der Grundlage eines Einspritzmusters durchgeführt werden, welches einen möglichst großen Einspritzabstand zu einer nachfolgenden Einspritzung aufweist.
Steuergerät zur Steuerung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei Einspritzungen in Leitungen und/oder Ventilen (30, 31) des Einspritzsystems Kraftstoffdruckwellen (207) verursachen, gekennzeichnet durch Rechen- und/oder Steuerungsmittel zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung in dem Einspritzsystem mittels wenigstens eines an jeweils einer Kraftstoffdruckwelle (400, 420) zuzuordnenden physikalischen Parameters.
Steuergerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erfolgt.