DE102007042718A1 - Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoffgemische verschiedener Zusammensetzung eine unterschiedliche Klopffestigkeit aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel bestimmt wird, bei dem gerade kein Motorklopfen auftritt. Kraftstoffgemische, wie beispielhaft solche aus Benzin und Äthanol, zeigen einen eindeutigen Zusammenhang zwischen ihrer Zusammensetzung und dem Zündwinkel, bei dem bei einer Frühverstellung Motorklopfen auftritt. Wird daher im Betrieb nach einer Betankungserkennung oder auf Grund von Anzeichen aus der Lambda-Bestimmung bei bekannten zugeführten Kraftstoff- und Luft-Mengen die Frühverstellung des Zündzeitpunkts variiert, kann auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs geschlossen werden. Die Bestimmung der Kraftstoff-Zusammensetzung aus dem Zündzeitpunkt ist über einen größeren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich als eine Bestimmung aus der Lambdaregelung und läuft zudem schneller ab.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoffgemische verschiedener Zusammensetzung eine unterschiedliche Klopffestigkeit aufweisen.
  • 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 in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und Europa wird oft eine Mischung aus 75–85% Äthanol und 15–25% 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 oder auch reinem Äthanol (E100) betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb" bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung 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 Massenanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von reinem Äthanol muss jedoch ein Luftanteil von 9 Massenanteilen eingestellt werden. Des Weiteren ist für eine optimale Verbrennung der Zündwinkel der Brennkraftmaschine an das Mischungsverhältnis anzupassen. Aufgrund der unterschiedlichen Verdampfungseigenschaften von Äthanol und Benzin müssen beim Start der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Mischungsverhältnis unterschiedliche Anreicherungsfaktoren vorgegeben werden. Die Kenntnis des vorliegenden Kraftstoff-Mischungsverhältnisses ist daher von grundlegender Bedeutung für den Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 30 36 107 C3 ist eine Regeleinrichtung bekannt für ein Kraftstoffzumesssystem bei einer Brennkraftmaschine bestehend aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil), einer Lambdasonde, Mitteln (Zeitglied) zum Bilden eines Grundzumesssignals, das betriebskenngrößenabhängig korrigiert letztlich das Ansteuersignal (ti) der Kraftstoffversorgungsvorrichtung bestimmt, einem Lambda-Regler, der ausgehend von einem von der Lambda-Sonde gemessenen Signal (λ) einen Korrekturfaktor ermittelt, der multiplikativ das Grundzumesssignal (tp) mit dem Korrekturfaktor beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass die Lambda-Korrektur außer vom Korrekturfaktor (KRλ) abhängig ist von einer additiven (KAλ) und/oder einer multiplikativen (KLλ) Korrekturgröße, die korrekturfaktor- und betriebskenngrößenabhängig bestimmt wird.
  • Die Regeleinrichtung ermöglicht es, systematische Abweichungen der durch das Grundzumesssignal vorgegebenen Kraftstoffzumessungen, also der so genannten Vorsteuerung, von dem durch die Lambda-Regelung ermittelten Wert durch einen Adaptionseingriff mit einer entsprechenden Langzeitkorrektur auszugleichen. Systematische Abweichungen können beispielsweise durch Alterungseinflüsse oder durch Fertigungseinflüsse, insbesondere bei der Füllungserfassung und im Kraftstoffversorgungssystem, bedingt sein. Im Mittel entspricht die durch die korrigierte Vorsteuerung definierte Menge an Kraftstoff der tatsächlich benötigten Menge. Kurzfristige Abweichungen können mit dem Lambda-Regler ausgeglichen werden, dem jetzt wieder der gesamte Regelbereich zur Verfügung steht. Das zugrunde liegende Verfahren ist auch unter der Bezeichnung Gemischadaption bekannt.
  • Aus der DE 41 17 440 C2 ist ein Verfahren zum adaptiven Einstellen eines Kraftstoff-Luftgemisches zum Berücksichtigen von Kraftstoffeigenschaften im Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Lambdaregler aufweist, der einen Regelfaktor RF ausgibt, und die einen Adaptionsintegrator aufweist, der einen Adaptionsfaktor AF mit variabler Adaptionsgeschwindigkeit ausgibt, der neben dem Regelfaktor FR die Einstellung des Kraftstoff/Luftgemischs beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass überprüft wird, ob die Lambda-Regelungsabweichungsamplitude einen ersten Schwellenwert übersteigt, und, wenn dies der Fall ist, die Adaptionsgeschwindigkeit so lange auf einen erhöhten Wert gesetzt wird, bis eine vorgegebene Bedingungen erfüllt ist, wonach auf eine niedrige Adaptionsgeschwindigkeit zurückgeschaltet wird. Das zugrunde liegende Verfahren ist als Kraftstoffadaption bekannt.
  • Die Kraftstoffadaption ermöglicht es, Brennkraftmaschinen, welche mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden können, störungsfrei zu betreiben. So muss beispielsweise die Einspritzdauer bei einem Wechsel von einem Kraftstoff Benzin auf ein Kraftstoffgemisch aus 85% Äthanol und 15% Benzin um mehr als 40% verlängert werden, um die gleichen Lambdawerte im Abgas zu erhalten. Dies ist begründet in dem unterschiedlichen Luftbedarf für eine stöchiometrische Verbrennung. Nach dem in der Schrift DE 41 17 440 C2 beschriebenen Verfahren wird dazu ein entsprechender Adaptionseingriff vorgenommen. Da bei einem Kraftstoffwechsel eine im Vergleich zum Ausgleich von Alterungseinflüssen oder Fertigungseinflüssen sehr starke Korrektur der Einspritzdauer und somit des Adaptionseingriffes vorgenommen werden muss, wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Adaptionsgeschwindigkeit bei einem erkannten Kraftstoffwechsel deutlich erhöht.
  • Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass bei einem notwendigen Adaptionseingriff in die Lambda-Regelung nicht immer mit Sicherheit festzustellen ist, ob der Eingriff auf Grund von Alterungsdriften und Toleranzen oder wegen einer Änderung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses notwendig ist, ob der Adaptionseingriff also über die Gemisch- oder die Kraftstoffadaption auszuführen ist. Anhand von Unterscheidungskriterien, wie beispielsweise der Geschwindigkeit der Veränderung oder einer Betankungserkennung, kann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eine entsprechende Zuordnung getroffen werden, es verbleibt jedoch eine Restunsicherheit. Hat sich das System einmal verlernt, wurde also eine Änderung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses fälschlicher Weise als Toleranz oder als Alterungsdrift interpretiert und entsprechend von der Gemischadaption ausgeglichen, so ist dieser Fehler nachträglich nur schwer zu erkennen und rückgängig zu machen. Bezüglich der Kraftstoffzuführung ist es gleich, ob die Adaption von der Gemischadaption oder der Kraftstoffadaption durchgeführt wird. Bei einer Änderung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses sind neben der Anpassung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge jedoch weitere Maßnahmen, beispielsweise eine Anpassung des Zündwinkels oder eine Startanreicherung, notwendig. Diese Maßnahmen werden bei der beschriebenen Fehlinterpretation nicht durchgeführt.
  • Moderne fremdgezündete Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise eine Erkennung für Motorklopfen auf, da der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei einem möglichst frühen Zündzeitpunkt ansteigt, dann allerdings auch die Gefahr des Motorklopfens besteht, das die Brennkraftmaschine beschädigen kann und daher verhindert werden muss.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses bei Brennkraftmaschinen, welche mit unterschiedlichen Kraftstoffen oder Kraftstoffmischungen betrieben werden können, ermöglicht, wobei eine Unterscheidung der Auswirkung von Driften von Komponenten und der Auswirkung der Kraftstoff-Zusammensetzung möglich sein muss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel bestimmt wird, bei dem gerade kein Motorklopfen auftritt. Kraftstoff-Gemische, wie beispielhaft solche aus Benzin und Äthanol, zeigen einen eindeutigen Zusammenhang zwischen ihrer Zusammensetzung und dem Zündwinkel, bei dem bei einer Frühverstellung Motorklopfen auftritt. Wird daher im Betrieb nach einer Betankungserkennung oder auf Grund von Anzeichen aus der Lambda-Bestimmung bei bekannten zugeführten Kraftstoff- und Luft-Mengen die Frühverstellung des Zündzeitpunkts variiert, kann auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs geschlossen werden. Die Bestimmung der Kraftstoff-Zusammensetzung aus dem Zündzeitpunkt ist über einen größeren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich als eine Bestimmung aus der Lambdaregelung und läuft zudem schneller ab.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Verstellung des Zündwinkels die der Brennkraftmaschine zugeführten Mengen an Luft und Kraftstoff so angepasst werden, dass ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugt wird. Eine Verstellung des Zündwinkels bewirkt auch eine Veränderung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Bei unveränderten Mengen an Luft und Kraftstoff würde sich daher bei einer Veränderung des Zündwinkels das Laufverhalten der Brennkraftmaschine ändern und gegebenenfalls den Fahrzeugführer irritieren. Durch die Anpassung der Mengen an Luft und Kraftstoff kann erreicht werden, dass der Vorgang für den Fahrzeugführer unbemerkt abläuft.
  • Wird die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel zur Plausibilisierung einer anderen Methode der Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet, kann eine mit einem Kraftstoff-Sensor, wie beispielhaft einem Äthanolsensor, bestimmte Kraftstoff-Zusammensetzung bestätigt werden und die korrekte Funktion des Kraftstoff-Sensors überwacht werden. Weiterhin lässt sich eine aus der Lambdaregelung bestimmte Zusammensetzung mit dem Verfahren überprüfen.
  • Das Verfahren lässt sich bevorzugt zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Benzin/Äthanol-Kraftstoffgemischs und/oder eines Benzin/Methanol-Kraftstoffgemischs und/oder eines Benzin/Äthanol/Methanol-Kraftstoffgemischs einsetzen, da bei diesen Gemischen die Klopf-Festigkeit eindeutig von der Zusammensetzung abhängt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3036107 C3 [0003]
    • - DE 4117440 C2 [0005, 0006]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoffgemische verschiedener Zusammensetzung eine unterschiedliche Klopffestigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel bestimmt wird, bei dem gerade kein Motorklopfen auftritt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verstellung des Zündwinkels die der Brennkraftmaschine zugeführten Mengen an Luft und Kraftstoff so angepasst werden, dass ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel zur Plausibilisierung einer anderen Methode der Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet wird.
  4. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Benzin/Äthanol-Kraftstoffgemischs und/oder eines Benzin/Methanol-Kraftstoffgemischs und/oder eines Benzin/Äthanol/Methanol-Kraftstoffgemischs.
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