DE102007027484A1

DE102007027484A1 - Verfahren zur Ermittlung des Durchbrennverhaltens eines Dieselkraftstoffes

Info

Publication number: DE102007027484A1
Application number: DE102007027484A
Authority: DE
Inventors: Liwei Jin; Herbert Schumacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Durchbrennverhaltens eines Dieselkraftstoffes für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Zylinderdruckverlaufs mindestens eines Zylinders, wobei aus dem Zylinderdruckverlauf eine Prozessgröße der Verbrennung ermittelt wird, die das Durchbrennverhalten charakterisiert.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Durchbrennverhaltens eines Dieselkraftstoffes für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Zylinderdruckverlaufs mindestens eines Zylinders.
Die Qualität eines Kraftstoffes für eine Diesel-Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen charakterisiert durch den Zündverzug und die Durchbrenngeschwindigkeit.
Aus dem Stand der Technik ist kein Verfahren bekannt, das eine Bestimmung der Durchbrenngeschwindigkeit im Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das ein Maß für die Durchbrenngeschwindigkeit des verwendeten Kraftstoffes liefert.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung des Durchbrennverhaltens eines Dieselkraftstoffes für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Zylinderdruckverlaufs mindestens eines Zylinders, wobei aus dem Zylinderdruckverlauf eine Prozessgröße der Verbrennung ermittelt wird, die das Durchbrennverhalten charakterisiert. Die Prozessgröße ist vorzugsweise eine maximale Brennrate und/oder ein maximaler Verbrennungs-Druckanstiegsgeschwindigkeit und/oder ein Zeitintervall zwischen einer ersten bestimmten Brennrate vor der maximalen Brennrate und einer zweiten bestimmten Brennrate nach der maximalen Brennrate. Das Zeitintervall ist vorzugsweise die Brenndauer zwischen einer Schwelle vor und nach dem Maximum des Brennverlaufs. Die Ermittlung der Durchbrenngeschwindigkeit ermöglicht eine Anpassung von Betriebsparametern, z. B. durch Kennfeldumschaltungen, Änderung von konstanten Parameter oder dergleichen, zum Ausgleich von unter schiedlichem Durchbrennverhalten. Unterschiedliche Durchbrennverhalten der Kraftstoffe bei unterschiedlichen Tankfüllungen eines Kraftfahrzeuges können so durch den Fahrer unbemerkt ausgeglichen werden.
Die Ermittlung der Prozessgröße erfolgt vorzugsweise während eines Testbetriebes unter definierten Randbedingungen, wobei die definierten Randbedingungen eine Kurbelwellendrehzahl und/oder eine Last und/oder einen Ladedruck und/oder eine Abgasrückführungsrate und/oder einen Einspritzdruck umfassen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass während des Testbetriebes Einfacheinspritzungen abgesetzt werden.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist sowie ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine erste Skizze eines Zylinderdruckverlaufs und Brennverlaufs über dem Kurbelwellenwinkel;
2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Ausführungsformen der Erfindung
Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel wird von einem direkteinspritzenden Dieselmotor als Brennkraftmaschine ausgegangen, wobei diese eine Einrichtung zur Bestimmung des Zylinder-Druckverlaufs zumindest eines Zylinders aufweist. Diese Einrichtung kann beispielswei se ein Zylinderdrucksensor eines Leitzylinders sein, ebenfalls ist es aber möglich, den Zylinderdruckverlauf beispielsweise über ein Drehzahlsignal modellbasiert zu bestimmen. Die Brennkraftmaschine wird nun in einem Testmodus betrieben, auch als fuel detection mode (FDM) bezeichnet, bei dem unter definierten Randbedingungen wie z. B. einer definierten Drehzahl, einer definierten Last, einem definierten Ladedruck, einer definierten Abgasrückführungsrate, einem definierten Einspritzdruck usw. der Einspritzzeitpunkt so angepasst wird, dass der Zündzeitpunkt dem Referenz-Zündzeitpunkt mit einem Referenzkraftstoff entspricht. Der Referenz-Zündzeitpunkt wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem Referenz-Kraftstoff gemessen und beispielsweise in einem Steuergerät gespeichert. Im Bereich der Zündphase liegen gleiche thermische Bedingungen, mithin Druck, Temperatur usw., vor, so dass die nachfolgende Verbrennung weitestgehend unabhängig von der Zündwilligkeit vor allem durch das Durchbrennvermögen beeinflusst wird. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Testbetrieb wird also so gewählt, dass die zuvor genannten identischen thermischen Bedingungen reproduzierbar vorliegen. Dazu wird als Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Testbetrieb vorzugsweise der Leerlauf oder ein unterer Teillastbereich gewählt.
Kraftstoffe mit unterschiedlichen Durchbrennvermögen weisen trotz gleichem Zündzeitpunkt unterschiedliche Brenngeschwindigkeiten auf. Dieser Effekt wird durch unterschiedliche Einspritzstrategien verstärkt oder vermindert, wobei eine Einspritzstrategie mit Einfacheinspritzung als bestgeeignet erscheint, da hierbei keine die Hauptverbrennung stark beeinflussende Vorkonditionierung durch eine Voreinspritzung stattfindet. Der Zündzeitpunkt wird so gewählt, dass der gesamte Kraftstoff zum Zündzeitpunkt eingespritzt und aufbereitet ist, so dass der Premix-Anteil der Verbrennung gleich bleibt.
Der Zylinderdruckverlauf wird bei dem definierten Betriebszustand im Testbetrieb des direkteinspritzenden Dieselmotors ausgewertet. Bei der Auswertung wird ein Merkmal ausgewählt, das die Kraftstoffeigenschaften hinsichtlich Durchbrenngeschwindigkeit getrennt von der Zündwilligkeit darstellt. Ziel ist es, den Anteil der reaktionsträgeren Kraftstoffkomponenten, welche die Durchbrenngeschwindigkeiten stark beeinflussen, z. B. der Aromatengehalt, abzuschätzen. Folgende Merkmale erfüllen diese Kriterien:

1. Eine maximale Brennrate dQmax
2. Eine maximale Verbrennungs-Druckanstiegsgeschwindigkeit dPmax
3. Eine Brenndauer bzw. ein Zeitintervall zwischen einer 25%-Schwelle vor und nach dem Maximum des Brennverlaufs Dauer_dQ25v25n.

1 zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung der zuvor genannten Größen. Dargestellt ist über der Abzisse der Kurbelwellenwinkel in °KW aufgetragen, wobei 0°KW den oberen Totpunkt am Ende des Verdichtungstaktes und damit den Beginn des Arbeitstaktes bezeichnet. Auf der Ordinate ist links der Brennverlauf dQ in Joule pro °KW dargestellt und rechts der Zylinderdruck p in bar. Die durchgezogene Linie ist der Brennverlauf dQ über dem Kurbelwellenwinkel °KW, die gestrichelte Linie der Zylinderdruck p über dem Kurbelwellenwinkel °KW. Der Brennverlauf weist ein Maximum dQmax auf, das die maximale Energieumsetzung pro Kurbelwellenwinkeleinheit °KW bezeichnet. Ausgehend von dem Maximum dQmax kann ein Wert von 25% jeweils vor und nach dem Maximalwert dQmax angegeben werden, diese sind als dQ25v und dQ25n bezeichnet, bei denen eine Umsetzung von 25% der Wärmemenge bezogen auf das Maximum dQmax stattfindet. Der Winkelbereich zwischen den Werten dQ25v und dQ25n wird als Dauer dQ25v25n bezeichnet und erstreckt sich im Beispiel der 1 über einen Kurbelwellenwinkel von etwa 7°KW. Der Zylinderdruck weist einen maximalen Anstieg dPmax (dPmax = DeltaP:Delta°KW) auf, das in etwa mit der maximalen Brennrate dQmax zusammenfällt.
Sowohl die maximale Brennrate dQmax als auch die maximale Verbrennungs-Druckanstiegsgeschwindigkeit dPmax und das Zeitintervall zwischen den 25° Schwellen vor und nach dem Maximum des Brennverlaufes Dauer dQ25v25n sind ein Maß für das Durchbrennvermögen des Kraftstoffes. Daher ist es möglich, im Versuch Werte für verschiedene Kraftstoffqualitäten zu bestimmen und beispielsweise in einem Steuergerät abzulegen. Wird nun der Testbetrieb wie zuvor dargestellt angefahren, so können die dabei gemessenen Werte mit den abgelegten Werten verglichen werden und so Parameter für die Durchbrenngeschwindigkeit ermittelt werden.
Der definierte Betriebszustand des Testbetriebes sollte im Lebenszyklus eines Fahrzeuges häufig angefahren werden, um eine regelmäßige Kontrolle des Kraftstoffes zu ermöglichen. Daher ist z. B. der Leerlauf oder unterer Teillastbereich als Betriebszustand sehr sinnvoll, theoretisch ist aber auch jeder andere häufig vorkommende Drehzahl/Lastpunkt als Testbetrieb möglich. Die in dem Testbetrieb ermittelten Werte zum Durchbrennverhalten werden dann als Eingangsgrößen zur gezielten Applikationsanpassung, z. B. durch Korrekturkennfelder für Ansteuerbeginn, Raildruck, Abgasrückführungsrate und dergleichen, verwendet.
2 zeigt eine Skizze eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Zunächst wird in Schritt 101 in den Testbetrieb umgeschaltet, dieser wird als FDM (Fuel Detection Mode) bezeichnet und kann beispielsweise der Leerlauf sein. In Schritt 102 wird sodann der Verlauf des Zylinderdruckes gemessen und abgespeichert und in Schritt 103 ausgewertet. Die Auswertung erfolgt wie zuvor dargestellt. In Schritt 104 wird aus der in Schritt 103 gewonnenen Auswertung ein Kraftstoffmerkmal abgeleitet, das in Schritt 105 auf Kraftstoffeigenschaften umgerechnet wird.

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Durchbrennverhaltens eines Dieselkraftstoffes für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Zylinderdruckverlaufs mindestens eines Zylinders, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Zylinderdruckverlauf eine Prozessgröße der Verbrennung ermittelt wird, die das Durchbrennverhalten charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgröße eine maximale Brennrate ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgröße eine maximaler Verbrennungs-Druckanstiegsgeschwindigkeit ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgröße ein Zeitintervall zwischen einer ersten bestimmten Brennrate vor der maximalen Brennrate und einer zweiten bestimmten Brennrate nach der maximalen Brennrate ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall die Brenndauer zwischen einer Schwelle vor und nach dem Maximum des Brennverlaufs ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Prozessgröße während eines Testbetriebes unter definierten Randbedingungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Randbedingungen eine Kurbelwellendrehzahl und/oder eine Last und/oder einen Ladedruck und/oder eine Abgasrückführungsrate und/oder einen Einspritzdruck und/oder einen Zündzeitpunkt umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Testbetriebes Einfacheinspritzungen abgesetzt werden.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.