DE102007020062B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Brennraum (9) umfasst, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils (13) mit einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine kommuniziert, bei dem – eine Abgastemperatur (TEG) eines Abgases der Brennkraftmaschine, abhängig von einem Ausgangssignal (LAM_OUT) einer Anordnung ermittelt wird, die zum Einstellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zumindest teilweise in dem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, – abhängig von der Abgastemperatur (TEG) des Abgases ein Ethanolgehalt (ETH_PERC) eines Kraftstoffs (52) ermittelt wird, der dem Brennraum (9) der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Brennraum, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine kommuniziert. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine wird eine Abgastemperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine ermittelt.
  • Ein Flexible Fuel Vehicle (FFV) ist ein Fahrzeug, das sowohl mit reinem Benzin als auch mit verschiedenen ähnlichen Kraftstoffen, beispielsweise einem Ethanol-Benzin-Gemisch betrieben werden kann.
  • Aus der US 5 182 942 A ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Ethanol-Gehalts in einem Kraftstoffgemisch bekannt. Dazu wird eine Probe des Kraftstoffgemischs erhitzt und deren Verdampfungstemperatur erfasst. Abhängig von der Verdampfungstemperatur wird auf den Ethanol-Gehalt des Kraftstoffes geschlossen.
  • In der WO 2005/0713316 A1 sind ein System und eine Vorrichtung zur Stabilisierung und Regelung des Verbrennungsprozesses in einer Verbrennungseinrichtung beschrieben. Eine Messung der Abgastemperatur erfolgt zu dem Zweck, eine Verbrennungseffizienz zu ermitteln, beispielsweise um Indizes der Verbrennungsleistung zu bestimmen, u. a. mittels eines Wobbe-Index eines Kraftstoffs, wobei dann abhängig von dem Wobbe-Index Additive dem Kraftstoff zugemessen werden. Dadurch kann eine konstante Leistung der Verbrennungseinrichtung erzielt werden.
  • Aus der DE 102 55 308 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines im Abgas eines Verbrennungsmotors angeordneten katalytischen Speichervolumens bekannt, das beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit Sauerstoffüberschuss Sauerstoff und Stickoxide aus dem Abgas aufnimmt und speichert und beim Betrieb mit Sauerstoffmangel Sauerstoff und Stickstoff an das Abgas abgibt und dadurch regeneriert wird. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Auslösen einer Regeneration durch Erzeugen eines ersten Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Speichervolumen und Verringern des Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Volumen mit zunehmender Dauer der Regeneration. Das Verringern des Sauerstoffmangels erfolgt in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens, wobei der Füllungsgrad aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors rechnerisch gebildet wird. Stromaufwärts des katalytischen Speichervolumens ist ein Abgassensor in Form einer Lambdasonde angeordnet, deren Nernstspannung den Sauerstoffgehalt im Abgas angibt und deren Innenwiderstand als Maß für die Sonden-, Abgas- und/oder Katalysatortemperatur herangezogen wird. Aus diesen Temperaturwerten und anderen Parametern bildet die Steuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors Ausgangssignale zur Einstellung des Drosselklappenwinkels, Ansteuerung der Einspritzventile und der Zündeinrichtung.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach ein Ermitteln eines Ethanol-Gehalts eines Kraftstoffs ermöglicht, der einem Brennraum der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Brennraum. Der Brennraum kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine. Eine Abgastemperatur eines Abgases der Brennkraftmaschine wird ermittelt. Die Abgastemperatur wird abhängig von einem Ausgangssignal einer Anordnung ermittelt, die zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zumindest teilweise in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Abhängig von der Abgastemperatur des Abgases wird ein Ethanol-Gehalt eines Kraftstoffs ermittelt, der dem Brennraum der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen wird.
  • Dies ermöglicht einfach das Ermitteln des Ethanol-Gehalts des Kraftstoffs. Vorzugsweise wird der Ethanol-Gehalt abhängig von der Abgastemperatur mittels eines Ethanolkennfelds ermittelt, das vorzugsweise an einem Motorprüfstand aufgezeichnet wird. Die Abgastemperatur kann dabei von vielen Einflussfaktoren abhängen, insbesondere von zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, so dass sich für unterschiedliche Betriebspunkte der Brennkraftmaschine unterschiedliche Abgastemperaturen ergeben können.
  • Es wird ermöglicht, die Abgastemperatur ohne einen Abgastemperatursensor in dem Abgastrakt zu ermitteln. Dies kann dazu beitragen, die Brennkraftmaschine kostengünstig herzustellen. Die Anordnung umfasst in diesem Zusammenhang insbesondere eine Lambda-Sonde, einen Lambda-Regler und/oder eine Heizvorrichtung zum Beheizen der Lambda-Sonde. Die Heizvorrichtung umfasst beispielsweise eine Heizung zum Beheizen der Lambda-Sonde und/oder einen Heizregler zum Einstellen eines Lambda-Sonden-Temperatursollwerts der Lambda-Sonde. Der Lambda-Regler kann auch Software umfassen, die beispielsweise auf einem Speichermedium einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine gespeichert ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ausgangssignal der Anordnung einen Wert eines Innenwiderstandes einer Messzelle der Lambda-Sonde. Dies ermöglicht einfach, die Abgastemperatur ohne den Abgastemperatursensor zu ermitteln.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ausgangssignal der Anordnung einen Wert eines Innenwiderstandes der Heizung der Lambda-Sonde. Dies ermöglicht einfach, die Abgastemperatur ohne den Abgastemperatursensor zu ermitteln.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ausgangssignal der Anordnung einen Reglerausschlag des Heizreglers. Durch den Heizregler wird die Lambda-Sondentemperatur geregelt. Dies ermöglicht einfach, die Abgastemperatur ohne den Abgastemperatursensor zu ermitteln. Dies ist besonders präzise, wenn dabei eine Umgebungslufttemperatur und/oder ein Luftmassenstrom an der Lambda-Sonde berücksichtigt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Abgastemperatur auf zumindest zwei unterschiedliche Arten ermittelt. Die beiden ermittelten Abgastemperaturen werden zur gegenseitigen Plausibilisierung verwendet. Dies ermöglicht einfach ein Überprüfen der ermittelten Abgastemperatur. Dies trägt dazu bei, die Abgastemperatur ohne den Abgastemperatursensor des Abgastrakts zuverlässig zu ermitteln.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine,
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.
  • Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder Z1, bevorzugt jedoch weitere Zylinder Z2, Z3, Z4, sie kann aber auch jede beliebige größere Anzahl von Zylindern umfassen. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
  • Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb 14, 15, der mit einem Gaseinlassventil 12 bzw. einem Gasauslassventil 13 gekoppelt ist. Der Ventiltrieb 14, 15 umfasst mindestens eine Nockenwelle, die mit der Kurbelwelle 8 gekoppelt ist. Ferner sind in dem Zylinderkopf 3 bevorzugt ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19 angeordnet. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
  • Ferner ist ein Kraftstofftank 50 vorgesehen, der mit einem Kraftstoff 52 zumindest teilweise gefüllt ist. Der Kraftstoff 52 wird dem Brennraum 9 der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen. Die Zumessung erfolgt vorzugsweise über das Einspritzventil 18. Der Kraftstoff 52 umfasst vorzugsweise Benzin und Alkohol, insbesondere Ethanol.
  • Eine Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann auch abhängig von den Messgrößen oder davon abgeleiteten Größen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermitteln. Die Messgrößen und/oder die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine geben beispielsweise Betriebspunkte der Brennkraftmaschine vor. Die Steuereinrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
  • Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 30, einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 erfasst, ein Ansauglufttemperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeordnet wird. Ferner ist eine Lambdasonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und beispielsweise den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum 9 des Zylinders Z1. Ein Abgastemperatursensor 44 kann zum Erfassen einer Abgastemperatur TEG vorgesehen sein und ein Umgebungslufttemperatursensor 46 kann zum Erfassen einer Umgebungslufttemperatur vorgesehen sein.
  • Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
  • Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 und/oder die Zündkerze 19.
  • Abhängig von einem Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 ändert sich die Abgastemperatur TEG (2) eines Abgases der Brennkraftmaschine. Die Abhängigkeit der Abgastemperatur TEG von dem Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 kann beispielsweise empirisch an einem Motorprüfstand ermittelt werden und mittels eines Ethanolkennfeldes auf dem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 abgespeichert werden. Dabei können sich für unterschiedliche Betriebspunkte, also abhängig von zumindest einer der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, unterschiedliche Abgastemperaturen TEG einstellen. Somit kann das Ethanolkennfeld von zumindest einer weiteren Messgröße und/oder Betriebsgröße der Brennkraftmaschine abhängen. Alternativ dazu kann ein Abgastemperaturkennfeld abgelegt werden, aus dem die Abgastemperatur TEG in vorgegebenen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine ermittelbar ist. Der Ethanol-Gehalt ETH_PERC kann dann durch Vergleich der Abgastemperatur TEG in einem aktuellen Betriebspunkt mit der Abgastemperatur TEG in dem Betriebspunkt in dem Abgastemperaturkennfeld ermittelt werden. Alternativ zu dem Ethanolkennfeld kann eine Modellrechnung ermittelt werden, durch die der Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 abhängig von der Abgastemperatur TEG ermittelt werden kann. Je einer der Betriebspunkte ist durch zumindest eine, bevorzugt mehrere der Betriebsgrößen festgelegt.
  • Die Abgastemperatur TEG kann mit dem Abgastemperatursensor 44 erfasst werden. Vorzugsweise wird die Abgastemperatur TEG jedoch abhängig von einem Messsignal zumindest eines der anderen Sensoren und/oder eines mit dem entsprechenden Sensor verbundenen Reglers und/oder einer mit dem entsprechenden Sensor verbundenen Heizvorrichtung ermittelt. Dadurch kann der Abgastemperatursensor 44 eingespart werden.
  • Beispielsweise kann abhängig von einem Ausgangssignal LAM_OUT einer Anordnung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases die Abgastemperatur TEG ermittelt werden. Die Anordnung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases umfasst beispielsweise die Lambda-Sonde 42, einen Lambda-Regler, durch den das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf ein stöchiometrisches Verbrennungsverhältnis geregelt wird, und eine Heizvorrichtung zum Beheizen der Lambda-Sonde 42.
  • Die Heizvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Heizung, beispielsweise einen Heizdraht, und einen Heizregler. Der Heizregler dient zum Einstellen eines Lambdasonden-Temperatursollwerts, insbesondere zum Einstellen eines Sollwerts einer Heiztemperatur der Heizung. Weicht ein Istwert der Heiztemperatur von diesem vorgegebenen Sollwert der Heiztemperatur ab, so kann dies durch Reglerausschläge des Heizreglers ausgeregelt werden. Die Reglerausschläge sind repräsentativ für die Abgastemperatur TEG.
  • Durch die Reglerausschläge des Heizreglers ändert sich die Temperatur der Heizung der Heizvorrichtung, was zu einem veränderten Wert eines Innenwiderstands der Heizung führt. Der Wert des Innenwiderstands der Heizung kann durch Erfassen einer anliegenden Spannung und eines Stromflusses durch die Heizung ermittelt werden. Der veränderte Wert des Innenwiderstandes der Heizung ist somit repräsentativ für die Änderung der Abgastemperatur TEG.
  • Das Abgas strömt an einer Messzelle der Lambda-Sonde 42 vorbei und beeinflusst deren Temperatur. Die Temperatur der Messzelle kann durch Messen des Werts des Innenwiderstands der Messzelle ermittelt werden. Davon abhängig kann die Abgastemperatur TEG ermittelt werden.
  • Das Ausgangssignal LAM_OUT kann somit beispielsweise den Wert des Innenwiderstandes der Messzelle der Lambda-Sonde 42 und/oder den Wert des Innenwiderstandes der Heizung der Heizvorrichtung der Lambda-Sonde 42 und/oder die Reglerausschläge des Heizreglers umfassen.
  • Die einzelnen Methoden zum Ermitteln der Abgastemperatur TEG können einzeln zum Ermitteln der Abgastemperatur TEG verwendet werden oder in Kombination, beispielsweise zur gegenseitigen Plausibilisierung.
  • Vorzugsweise ist auf dem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ein Programm (2) zum Betreiben der Brennkraftmaschine abgespeichert. Das Programm dient dazu, die Abgastemperatur TEG zu ermitteln und abhängig von der Abgastemperatur TEG den Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 zu ermitteln.
  • Das Programm wird vorzugsweise zeitnah einem Motorstart der Brennkraftmaschine in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
  • In einem Schritt S2 wird die Abgastemperatur TEG nach einem der im Vorangehenden vorgestellten Verfahren ermittelt.
  • Beispielsweise wird die Abgastemperatur TEG in einem Schritt S3 abhängig von dem Ausgangssignal LAM_OUT der Anordnung zum Ermitteln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ermittelt. Dazu wird vorzugsweise die Abgastemperatur TEG in dem Abgastemperaturkennfeld über dem Ausgangssignal LAM_OUT abgelegt. Das Abgastemperaturkennfeld wird vorzugsweise an dem Motorprüfstand aufgezeichnet und auf dem Speichermedium der Steuereinrichtung abgespeichert.
  • In einem Schritt S4 wird abhängig von der Abgastemperatur TEG der Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 ermittelt, beispielsweise anhand des Ethanolkennfelds.
  • In einem Schritt S5 kann das Programm beendet werden. Vorzugsweise wird jedoch das Programm regelmäßig während des Betriebs der Brennkraftmaschine erneut abgearbeitet.
  • Vorzugsweise wird abhängig von dem Ethanol-Gehalt ETH_PERC des Kraftstoffs 52 zumindest ein Stellsignal eines der Stellglieder der Brennkraftmaschine so variiert, dass ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vorzugsweise optimiert wird und/oder dass Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine minimiert werden und/oder dass ein Verschleiß der Brennkraftmaschine vorzugsweise minimiert wird. Ferner kann das entsprechende Stellsignal so ermittelt werden, dass ein Kompromiss aus optimiertem Wirkungsgrad, minimalen Schadstoffemissionen und/oder minimalem Verschleiß der Brennkraftmaschine getroffen wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann das Programm in einem übergeordneten Programm implementiert sein oder in mehrere Unterprogramme untergliedert sein.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Brennraum (9) umfasst, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils (13) mit einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine kommuniziert, bei dem – eine Abgastemperatur (TEG) eines Abgases der Brennkraftmaschine, abhängig von einem Ausgangssignal (LAM_OUT) einer Anordnung ermittelt wird, die zum Einstellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zumindest teilweise in dem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, – abhängig von der Abgastemperatur (TEG) des Abgases ein Ethanolgehalt (ETH_PERC) eines Kraftstoffs (52) ermittelt wird, der dem Brennraum (9) der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausgangssignal (LAM_OUT) der Anordnung einen Wert eines Innenwiderstand einer Messzelle einer Lambdasonde (42) umfasst.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Ausgangssignal (LAM_OUT) der Anordnung einen Wert eines Innenwiderstand einer Heizung einer Lambdasonde (42) umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Ausgangssignal (LAM_OUT) der Anordnung einen Reglerausschlag eines Heizreglers umfasst, durch den eine Lambdasondentemperatur geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Abgastemperatur (TEG) auf zumindest zwei unterschiedliche Arten ermittelt wird und bei dem die beiden Ermittelten Abgastemperaturen (TEG) zur gegenseitigen Plausibilisierung verwendet werden.
  6. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Brennraum (9) umfasst, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils (13) mit einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine kommuniziert, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, – eine Abgastemperatur (TEG) eines Abgases der Brennkraftmaschine abhängig von einem Ausgangssignal (LAM_OUT) einer Anordnung zu ermitteln, die zum Einstellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zumindest teilweise in dem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, – abhängig von der Abgastemperatur (TEG) des Abgases einen Ethanolgehalt (ETH_PERC) eines Kraftstoffs (52) zu ermitteln, der dem Brennraum (9) der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsprozess zugemessen wird.
DE102007020062.7A 2007-04-27 2007-04-27 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Active DE102007020062B4 (de)

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