DE102007023900A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoffzusammensetzung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und einem zweiten Brennstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei der erste und der zweite Kraftstoff verschiedene Verbrennungsgeschwindigkeiten und/oder verschiedene spezifische Energieinhalte aufweisen und wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Drucksensor in zumindest einem Brennraum aufweist, mit dem ein zeitlicher und/oder winkelsynchroner Druckverlauf bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus dem zeitlichen und/oder winkelsynchronen Druckverlauf des Gas-Drucks in dem zumindest einen Brennraum bestimmt wird. Ein Kraftstoffgemisch aus Kraftstoffen mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten liegt beispielhaft bei einem Alkohol-Benzin-Gemisch vor. Alkohol weist einen schnelleren Verbrennungsverlauf als Benzin auf. Daher kann beispielhaft aus dem zeitlichen Abstand zwischen Zündung und Druckmaximum im Brennraum auf den Anteil an Alkohol im Kraftstoffgemisch geschlossen werden. Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass hiermit bereits kurz nach einem Kaltstart der Alkoholgehalt bestimmt werden kann, wenn ein Verfahren auf Basis des Signals einer Lambdasonde noch nicht durchführbar ist, da die Lambdasonde ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Vorteilhaft ist insbesondere auch, dass der Einfluss des Alkoholanteils im Kraftstoffgemisch von aus ...

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und einem zweiten Brennstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei der erste und der zweite Kraftstoff verschiedene Verbrennungsgeschwindigkeiten und/oder verschiedene spezifische Energieinhalte aufweisen, und wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Drucksensor in zumindest einem Brennraum aufweist, mit dem ein zeitlicher und/oder winkelsynchroner Druckverlauf im Brennraum bestimmt wird.
  • Brennkraftmaschinen auf der Basis von Otto-Motoren werden allgemein mit Kraftstoff aus Kohlenwasserstoffen aus fossilen Brennstoffen auf Basis von raffiniertem Erdöl betrieben. Zu diesem Kraftstoff wird vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzen) erzeugtes Äthanol oder ein anderer Alkohol in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und Europa wird oft eine Mischung aus 70–85% Äthanol und 15–30% Benzin unter dem Markennamen E85 eingesetzt. Die Brennkraftmaschinen sind so ausgelegt, dass sie sowohl mit reinem Benzin als auch mit Mischungen bis hin zu E85 betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb" bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung und gutem Startverhalten müssen die Betriebsparameter im Flex-Fuel-Betrieb an die jeweilig vorliegende Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Beispielhaft liegt ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei 14,7 Volumenanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von Äthanol muss jedoch ein Luftanteil von 9 Volumenanteilen eingestellt werden. Geringe und/oder langsame Änderungen des Alkoholgehalts können vom Motormanagement der Brennkraftmaschine mittels einer Lambdasonde und/oder eines Klopfsensors erkannt und berücksichtigt werden. Es können jedoch, beispielhaft nach einer Betankung, auch schnelle Änderungen mit einer erheblichen Abweichung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs auftreten. Wurde die Brennkraftmaschine mit 100% Benzin betrieben und bei annähernd leerem Tank mit E85 betankt, kann es zu Startschwierigkeiten kommen und es kann zu Störungen der Verbrennung kommen, die auch die Abgasemissionen erhöhen können. Nach dem Stand der Technik können solche schnellen Änderungen der Zusammensetzung des Kraftstoffs mittels eines Alkoholsensors erkannt werden. Dieses Bauteil erhöht jedoch die Kosten der Brennkraftmaschine.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine zuverlässige kostengünstige Erkennung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus Benzin und Alkohol ermöglicht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem zeitlichen und/oder winkelsynchronen Druckverlauf des Gas-Drucks in dem zumindest einen Brennraum während einer Verbrennungsphase bestimmt wird. Ein Kraftstoffgemisch aus Kraftstoffen mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten liegt beispielhaft bei einem Alkohol-Benzin-Gemisch vor, beispielsweise Äthanol und Methanol. Äthanol und Methanol weisen einen schnelleren Verbrennungsverlauf als Benzin auf. Daher kann beispielhaft aus dem zeitlichen Abstand zwischen Zündung und Druckmaximum im Brennraum auf den Anteil an Alkohol im Kraftstoffgemisch geschlossen werden. Das Verfahren ist jedoch nicht auf die Bestimmung des Alkoholgehalts beschränkt. Beispielhaft kann auch der Anteil einer anderen Komponente mit anderer Verbrennungscharakteristik in Benzin aus der unterschiedlichen Verbrennungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass hiermit bereits kurz nach einem Kaltstart der Alkoholgehalt bestimmt werden kann, wenn ein Verfahren auf Basis des Signals einer Lambdasonde noch nicht durchführbar ist, da die Lambdasonde ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Ebenso ist das Verfahren anwendbar, wenn in einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine die Lambdaregelung außer Kraft gesetzt wird. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren in einem oder einer kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen durchführbar, während Verfahren auf Basis des Signals der Lambdasonde eine erheblich längere Dauer in Anspruch nehmen. Das Verfahren ist bei Brennkraftmaschinen einsetzbar, die zumindest in einem Brennraum einen Drucksensor aufweisen. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass in ausgewählten oder allen Zylindern der Brennkraftmaschine das Verfahren angewendet wird.
  • Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs gegen Fehler in der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs unempfindlich ist. Verfahren zur Bestimmung des Alkoholanteils aus einem Signal einer Lambdasonde können Fehler aus der Bestimmung der Luftmasse und/oder der Kraftstoff-Dosierung nicht von Abweichungen aus der Zusammensetzung des Kraftstoffs unterscheiden. Bei Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Auswertung des Signals der Lambdasonde können daher sowohl der Alkoholanteil erkannt als auch Gemischbildungsfehler erkannt und korrigiert werden.
  • Eine Verfahrensvariante sieht vor, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einem zeitlichen Abstand zwischen Zündung und Maximaldruck und/oder Verbrennungsschwerpunkt und/oder einem anderen charakteristischen Punkt der Verbrennung und/oder der relativen gegenseitigen Lage von charakteristischen Punkten der Verbrennung bestimmt wird. Dies ist möglich, da Alkohol einen schnelleren Verlauf der Verbrennung als Benzin aufweist.
  • Eine alternative Verfahrensvariante sieht vor, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer Steilheit eines Druckanstiegs zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und/oder Drehwinkel der Kurbelwelle bestimmt wird. Hierbei wird in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Zündung ein Zeitpunkt oder ein Drehwinkel der Kurbelwelle bei bekannter Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle festgelegt, bei denen die Steilheit des Druckanstiegs im Brennraum bestimmt wird. Aus der Steilheit des Druckanstiegs kann der Anteil von Alkohol im Kraftstoffgemisch bestimmt werden, da Alkohol eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit als Benzin aufweist.
  • Bei einer Verbrennung von Benzin treten im Vergleich zu einer Verbrennung von Alkohol unter ansonsten gleichen Bedingungen ein späterer Druckanstieg und eine langsamere Verbrennung auf. Daher sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass die Zusammensetzung Kraftstoffgemischs aus einer Dauer einer Zündverzugsphase und/oder einer Umsetzungsphase und/oder einer Verbrennungsphase bestimmt wird.
  • Bei einer Verbrennung von Alkohol tritt im Vergleich zu einer Verbrennung von Benzin unter ansonsten gleichen Bedingungen ein höherer Maximaldruck im Brennraum auf. Daher sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass die Zusammensetzung Kraftstoffgemischs aus einem Maximaldruck im Brennraum bestimmt wird.
  • Eine Verfahrensvariante, die eine besonders genaue und gegen Störeinflüsse unempfindliche Bestimmung des Anteils von Alkohol erlaubt, sieht vor, dass die Zusammensetzung Kraftstoffgemischs aus einer Kombination der vorgenannten Kenndaten des zeitlichen und/oder winkelsynchronen Druckverlaufs bestimmt wird.
  • Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt wird, dass der Zeitpunkt der Zündung so verschoben wird, dass der Maximaldruck im Brennraum und/oder der Verbrennungsschwerpunkt und/oder ein anderer charakteristischer Wert der Verbrennung bei einem vorbestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle erreicht wird und dass aus dem Drehwinkel der Kurbelwelle zum Zeitpunkt der Zündung die Zusammensetzung Kraftstoffgemischs bestimmt wird. Hierdurch können die abgegebene Leistung und die Abgabe an Schadstoffen der Brennkraftmaschine optimiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Verschiebung des Zündzeitpunkts nur an einem oder ausgewählten Zylindern der Brennkraftmaschine erfolgt. Das Verfahren kann aber auch zur zylinderindividuellen Verschiebung des Zündzeitpunkts an allen Zylindern verwendet werden.
  • Wird das Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Benzin/Alkohol-Kraftstoffgemischs verwendet, kann die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs schneller als bei alleiniger Bestimmung aus dem Signal einer Lambdasonde erfolgen. Weiterhin können Gemischfehler aus einer Bestimmung von Luftmasse und Kraftstoffdosierung von der Bestimmung des Alkoholgehalts getrennt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und einem zweiten Brennstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei der erste und der zweite Kraftstoff verschiedene Verbrennungsgeschwindigkeiten und/oder verschiedene spezifische Energieinhalte aufweisen und wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Drucksensor in zumindest einem Brennraum aufweist, mit dem ein zeitlicher und/oder winkelsynchroner Druckverlauf im Brennraum bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem zeitlichen und/oder winkelsynchronen Druckverlauf des Gas-Drucks in dem zumindest einen Brennraum während einer Verbrennungsphase bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einem zeitlichen und/oder winkelsynchronen Abstand zwischen Zündung und Maximaldruck und/oder Verbrennungsschwerpunkt und/oder einem anderen charakteristischen Punkt der Verbrennung und/oder der relativen gegenseitigen Lage von charakteristischen Punkten der Verbrennung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer Steilheit eines Druckanstiegs zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und/oder Drehwinkel der Kurbelwelle bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer Dauer einer Zündverzugsphase und/oder einer Umsetzungsphase und/oder einer Verbrennungsphase bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einem Maximaldruck im Brennraum bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer Kombination von Kenndaten des zeitlichen und/oder winkelsynchronen Druckverlaufs bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt wird, dass der Zeitpunkt der Zündung so verschoben wird, dass der Maximaldruck im Brennraum und/oder der Verbrennungsschwerpunkt und/oder ein anderer charakteristischer Wert der Verbrennung bei einem vorbestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle erreicht wird und dass aus dem Drehwinkel der Kurbelwelle zum Zeitpunkt der Zündung die Zusammensetzung Kraftstoffgemischs bestimmt wird.
  8. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Benzin/Alkohol-Kraftstoffgemischs.
  9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkohol Äthanol oder Methanol verwendet wird.
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