DE102007050122A1

DE102007050122A1 - Verfahren zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102007050122A1
Application number: DE102007050122A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-04-23
Also published as: FR2922599A1; SE533907C2; SE0802206L; BRPI0804348A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Diselverbrennungsmaschinen, bereitgestellt. Hierbei wird wenigstens ein Sauerstoffsensorelement zur Bestimmung der Luftkennzahl Lambda im Abgas der Brennkraftmaschiene eingesetzt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkennzahl an einem beliebigen Motorbetriebspunkt bei Erfassung wenigstens einer dem Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe gemessen wird und mit Hilfe dieser gemessenen Luftkennzahl aus einem zuvor bestimmten, den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden funktionalen Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl auf die Kraftstoffklasse geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselverbrennungsmaschinen. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
Moderne Motoren erreichen ihr optimales Leistungs- und Emissionsniveau in der Regel durch den Einsatz einer elektronischen Steuerung. Üblicherweise kommt hierbei eine sogenannte Kennfeldsteuerung zum Einsatz, wobei Signale von verschiedenen Sensoren zu einem Kennfeld zusammengelegt, verarbeitet und die verschiedenen, die Funktion des Motors beeinflussenden Elemente entsprechend angesteuert werden. Durch die elektronische Kennfeldsteuerung kann die Leistung des Motors optimiert, der Kraftstoffverbrauch vermindert, Geräuschemissionen verringert und die Abgasnachbehandlung beeinflusst werden. Die Betriebsparameter und damit die Kennfeldsteuerung stehen in engem Zusammenhang mit dem jeweiligen Kraftstoff. Für Dieselmotoren ist die elektronische Steuerung auf den Betrieb mit herkömmlichem Dieselkraftstoff ausgelegt.
Neben herkömmlichem Dieselkraftstoff besteht heute bereits ein Angebot an verschiedenen alternativen Kraftstoffen, die für die Verwendung in Brennkraftmaschinen, insbeson dere Dieselmotoren, geeignet sind. So können Dieselkraftstoffe auf Erdölbasis Anteile alternativer Kraftstoffe enthalten. Andererseits werden auch Dieselkraftstoffe eingesetzt, die vollständig biogen und/oder synthetisch hergestellt sind. Synthetische Dieselkraftstoffe werden z. B. aus Biomasse (BTL = Biomass to Liquid) oder aus Erdgas (GTL = Gas to Liquid) hergestellt. Man spricht auch von Sun- oder Syn-Fuels. Als Biodiesel wird z. B. ein Dieselkraftstoff auf Rapsbasis verwendet, der im Wesentlichen aus Fettsäurenmethylester besteht. Diese alternativen Kraftstoffe können als Beimischungen zu mineralischem Dieselkraftstoff oder auch als solche eingesetzt werden.
Alternative Kraftstoffe weisen andere Eigenschaften als herkömmliche Kraftstoffe auf. Zudem unterscheiden sich auch die verschiedenen herkömmlichen Dieselkraftstoffe, die weltweit auf dem Markt sind, in ihrer chemischen Zusammensetzung und damit in ihren Eigenschaften, insbesondere in ihren Verbrennungseigenschaften. Das Spektrum der verschiedenen Kraftstoffe, insbesondere Dieselkraftstoffe, unterscheidet sich z. B. in der Oktan- bzw. Cetanzahl, dem Brennwert, der Schmierfähigkeit, der Kraftstoffdichte und in anderen spezifischen Heizwerten. Aufgrund der Dichte- und der spezifischen Heizwertunterschiede kann zur Erzielung eines vergleichbaren Motordrehmoments und einer gleichen Drehzahl eine Mehrmenge beim Betrieb einer Brennkraftmaschine erforderlich sein. Diese Änderungen der Einspritzmenge können beispielsweise zu einer höheren Abgastemperatur und/oder zum Auftreffen des Einspritzstrahles auf die Zylinderwand/Brennmulde des Kolbens usw. führen, so dass Schädigungen der Motorkomponenten oder Verschlechterungen der Abgaswerte eintreten. Insgesamt ist bei einem Fahrzeug die Motorapplikation hinsichtlich der Emissionen, des Verbrauchs, des Geräuschs sowie der Fahreigenschaften bei Verwendung alternativer Kraftstoffe bzw. bei Verwendung herkömmlicher Kraftstoffe mit alternativen Beimischungen oder unüblicher chemischer Zusammensetzung nicht optimal abgestimmt.
Es besteht das Bedürfnis, alternative bzw. synthetische oder biogene Dieselkraftstoffe oder mineralische Dieselkraftstoffe mit unüblicher chemischer Zusammensetzung ohne Einschränkung zu verwenden. Es ist daher erforderlich, die in einer Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffe zu klassifizieren bzw. zu erkennen, um damit die Steuerung des Motors, insbesondere die elektronische Kennfeldsteuerung, optimal auf den verwendeten Kraftstoff einstellen zu können. Eine optimale Anpassung gewährleistet unter anderem den Motorschutz und die Funktion der Abgasnachbehandlung.
Bei Otto-Motoren werden bereits Klopfsensoren zur Bestimmung der Oktanzahl eingesetzt. Dies ermöglicht eine Anpassung des Zündkennfeldes an den verwendeten Kraftstoff. Mit Hilfe des Klopfsensors lassen sich Informationen zum Brennverlauf des Kraftstoffs im Zylinder erhalten, indem der Zylinderdruck gemessen bzw. der Körperschall an der Zylinderwand analysiert wird. Allerdings ist der Aufwand für die Signalauswertung beim Einsatz eines Klopfsensors bei Dieselmotoren erheblich aufwendiger als bei Otto-Motoren, so dass der Einsatz von Klopfsensoren in diesem Zusammenhang bei Dieselmotoren nicht ohne weiteres möglich ist.
Ein anderer Ansatz nutzt die Messung der Dielektrizitätskonstanten ε des Kraftstoffs, um beispielsweise Rapsmethylester (Biodiesel) und Dieselkraftstoff voneinander zu unterscheiden. Dies ist z. B. mit einem Sensor möglich, der den Methylestergehalt im Kraftstoff erfasst. Nachteilig hierbei ist vor allem, dass die Messung des Methylestergehalts nicht zur Detektion von anderen alternativen Kraftstoffen verwendet werden kann, da sich die Dielektrizitätskonstante ε anderer alternativer Kraftstoffe nicht signifikant von der Dielektrizitätskonstanten ε des Dieselkraftstoffs unterscheidet. Zudem ist eine zusätzliche Sensorik am Motor erforderlich, die die Systemkosten erhöht.
Das US-Patent US 6,644,097 B2 beschreibt ein Verfahren zur Unterscheidung von Benzin und Ethanol als Kraftstoff in Otto-Motoren. Das Verfahren nutzt die Lambdasonde, die üblicherweise im Abgasstrang zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes vorgesehen ist. Da der Restsauerstoffgehalt im Abgas vom verbrannten Kraftstoff abhängig ist, kann aus dem Sauerstoffsensorsignal auf den Kraftstofftyp rückgeschlossen werden. Es wird hierbei eine herkömmliche Lambdasprungsonde verwendet. Die Sonde misst einen Spannungsverlauf, der durch den Sauerstoffgehalt im Abgas beeinflusst wird. Die Spannung spiegelt die Luftkennzahl Lambda wider und zeigt fette und magere Luft-Kraftstoff-Verhältnisse im Brennstoff an. Fette Luft-Kraftstoff-Gemische werden von einem Bereich mit Lambda < 1 und magere Luft-Kraftstoff-Gemische mit einem Lambda > 1 repräsentiert. Aus dem Verhältnis dieser Bereiche wird auf die Kraftstoffsorten Benzin oder Ethanol bzw. Gemischen davon geschlossen. Voraussetzung für dieses Verfahren ist, dass die Verbrennungsmaschine im stöchiometrischen Verbrennungsverhältnis von Luft und Kraftstoffbetrieben wird, dass heißt, dass eine Regelung auf Lambda = 1 erfolgt. Direkt einspritzende Brennkraftmaschinen und insbesondere Dieselverbrennungsmaschinen bzw. Dieselmotoren arbeiten jedoch im mageren Bereich des Luft-Kraftstoff-Gemisches (Lambda > 1). Somit ist das in der US 6,644,097 B2 beschriebene Verfahren nicht für Dieselmotoren geeignet bzw. auf Dieselmotoren übertragbar.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Klassifiziereng von Kraftstoffen bereitzustellen, welches für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen und insbesondere für Dieselverbrennungsmaschinen geeignet ist. Das Verfahren soll zuverlässige Aussagen über die Klasse des eingesetzten Kraftstoffes machen können, um so die Steuerung der Maschine bzw. des Motors entsprechend anpassen zu können. Weiterhin soll der Einsatz zusätzlicher Sensorik weitestgehend vermieden werden, um die Systemkosten nicht wesentlich zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen verwendet wenigstens ein Sauerstoffsensorelement zur Bestimmung der Luftkennzahl Lambda im Abgas der Brennkraftmaschine und löst die Aufgabe dadurch, dass die Luftkennzahl in einem beliebigen Motorbetriebspunkt bei Erfassung wenigstens einer, den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe gemessen wird und mit Hilfe dieser gemessenen Luftkennzahl aus einem zuvor bestimmten, diesen Motorbetriebspunkt kennzeichnenden funktionalen Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl auf die Kraftstoffklasse geschlossen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der verwendete Kraftstoff erkannt bzw. klassifiziert werden und in vorteilhafter Weise die Steuerung der Brennkraftmaschine auf den entsprechenden Kraftstoff eingestellt werden. Dabei wird sehr vorteilhaft auf die bestehende Sensorik des Motors zurückgegriffen, so dass im Wesentlichen keine zusätzlichen Kosten entstehen.
Vorteilhafte Gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Weitere Ansprüche beziehen sich auf ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Luftkennzahl bei einem Motorbetriebspunkt gemessen wird, wobei kennzeichnende Größen dieses Motorbetriebspunktes in die weitere Auswertung einfließen. Grundlage hierfür ist, dass bei Verwendung verschiedener Kraftstoffe bzw. Kraftstoffklassen im gleichen Motorbetriebspunkt verschiedene Sauerstoffkonzentrationen bzw. Sensorsignale messbar sind. Die zu klassifizierenden Kraftstoffe bewirken also bei einem bestimmten Motorbetriebspunkt ein bestimmtes Sensorsignal. Das wird erfindungsgemäß genutzt, indem die Luftkennzahl in einen funktionalen Zusammenhang mit der Kraftstoffklasse unter Berücksichtigung der den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größen gesetzt wird. Es wird also der Zusammenhang zwischen Luftkennzahl und Motorbetriebspunkt für die einzelnen zu klassifizierenden Kraftstoffe ermittelt und in das Verfahren eingebracht. Bei Erfassung der den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größen und der Messung der Luftkennzahl in dem jeweiligen Motorbetriebspunkt kann durch Vergleich mit dem zuvor bestimmten funktionalen Zusammenhang zwischen Kraftstoffklasse und Luftkennzahl bei bestimmtem Motorbetriebspunkt auf die Kraftstoffklasse bzw. Kraftstoffart, Kraftstoffgüte oder Kraftstoffqualität geschlossen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird der funktionale Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl, der den Motorbetriebspunkt kennzeichnet, durch ein Kennfeld repräsentiert. Das heißt, es werden Kennfelder für verschiedene zu klassifizierende Kraftstoffe bereitgestellt, die den Zusammenhang von Luftkennzahl und einer oder mehreren Größen, die den Motorbetriebspunkt kennzeichnen, darstellen. Der Begriff Kennfeld umfasst auch Kennlinien, die den Zusammenhang von zwei physikalischen Größen, insbesondere die Luftkennzahl in Abhängigkeit von einer den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe, repräsentieren. Die Kennlinie oder das Kennfeld kann beispielsweise als Tabelle gespeichert sein, wobei mit Vorteil zwischen den Tabellenwerten interpoliert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der funktionale Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl unter Berücksichtigung der den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe oder Größen rechnerisch ermittelt. Das heißt, es werden analytische Funktionen für jeweils verschiedene Kraftstoffe eingesetzt, die den Zusammenhang zwischen Luftkennzahl und der oder den Größen, die den Motorbetriebspunkt kennzeichnen, widerspiegeln. Zur Bereitstellung der analytischen Funktionen können empirisch ermittelte Kennlinien oder Kennfelder durch Regression an Funktionsgrafen mathematischer Funktionen angenähert werden. Durch Anwendung der gemessenen Luftkennzahl auf die analytischen Funktionen für die verschiedenen Kraftstoffe kann ein rechnerischer Abgleich erfolgen, um so auf die Kraftstoffklasse rückschließen zu können.
Das Kennfeld oder die Kennlinie bzw. der rechnerisch ermittelte funktionale Zusammenhang kann so ausgelegt sein, dass bestimmte zulässige Lambdabereiche bzw. Bereiche der Luftkennzahl für die jeweiligen Kraftstoffklassen definiert werden. Wenn der gemessene Lambdawert innerhalb des zulässigen Wertebereiches für einen bestimmten Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, liegt, so wird erkannt, dass es sich bei dem verbrannten Kraftstoff um beispielsweise Dieselkraftstoff handelt. Liegt der gemessene Lambdawert außerhalb des für Dieselkraftstoff zulässigen Wertes, so wird der gemessene Wert mit einem für einen anderen Kraftstoff, beispielsweise Biodieselkraftstoff, zulässigen Wertebereich verglichen. Auf diese Weise kann durch Abgleich mit z. B. verschiedenen Kennlinien, Kennfeldern oder analytischen Funktionen für die jeweiligen Kraftstoffklassen der verbrannte Kraftstoff klassifiziert bzw. erkannt werden.
Erfindungsgemäß lassen sich mit dem beschriebenen Verfahren eine Vielzahl verschiedener Kraftstoffe klassifizieren und erkennen. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um fossile, biogene und/oder synthetisch hergestellte Dieselkraftstoffe oder Kraftstoffgemische. Für jeden dieser Kraftstoffe muss zuvor der funktionale Zusammenhang des Kraftstoffs bzw. der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl in Abhängigkeit von einer oder mehreren den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe(n) bestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch Ermittlung entsprechender Kennlinien, Kennfelder und/oder analytischer Funktionen erfolgen. Diese funktionalen Zusammenhänge werden vorzugweise hinterlegt, insbesondere in einem Speicher, der Teil eines Motorsteuergerätes sein kann, gespeichert, so dass sie bei Bedarf jederzeit zur Verfügung stehen.
Mit besonderem Vorteil können als Größen, die ohnehin erfassten, den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größen, insbesondere die Motordrehzahl, das Motordrehmoment und/oder die Einspritzmenge eingesetzt werden. Erfindungsgemäß können aber auch andere den Motorbetriebspunkt kennzeichnende Größen erfasst werden, die sich dem Fachmann erschließen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein weiteres Sensorelement zur Messung eines anderen Abgaswertes und/oder anderer Signale für das Verfahren eingesetzt. Dieser andere Abgaswert oder dieses andere Signal wird als kennzeichnende Größe des Motorbetriebspunktes ausgewertet. Insbesondere dient dieser Abgaswert oder dieses weitere Signal dazu, bei dem funktionalen Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl den Motorbetriebspunkt zu beschreiben. Dies kann beispielsweise in Form einer Kennlinie, eines Kennfeldes oder einer analytischen Funktion wie oben beschrieben in das erfindungsgemäße Verfahren einfließen. Dieser Abgaswert oder das andere Signal kann als einzige Größe zur Kennzeichnung des Motorbetriebspunktes oder mit besonderem Vorteil in Kombination mit weiteren kennzeichnenden Größen erfindungsgemäß berücksichtigt werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen können als weitere Sensorelemente Sensoren zur Messung von beispielsweise Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen, insbesondere Kohlenmonoxid, und/oder der Abgastemperatur vorgesehen sein. Die Verwendung weiterer Sensorelemente bzw. die Erfassung von weiteren Abgaswerten und deren Auswertung im erfindungsgemäßen Verfahren hat den Vorteil, dass hierdurch der Motorbetriebspunkt eventuell genauer und zuverlässiger erfasst werden kann, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls zuverlässigere Aussagen zur Klassifizierung von Kraftstoffen gemacht werden können. Ob dies im Einzelfall sinnvoll und erforderlich ist, hängt vom konkreten Anwendungsfall ab und erschließt sich dem Fachmann.
Bei der Auswertung von weiteren Abgaswerten oder weiteren Signalen im erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise auf bereits vorhandene Sensorelemente des Systems zurückgegriffen, um mit Vorteil weitere Kosten zu vermeiden.
Mit besonderem Vorteil wird für das erfindungsgemäße Verfahren als Sauerstoffsensorelement eine kontinuierliche Sauerstoffsonde eingesetzt. Bevorzugt kommen Breitbandsonden zum Einsatz. Derartige kontinuierliche Sauerstoffsonden werden üblicherweise zur Abgasanalyse in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere in Dieselverbrennungsmaschinen eingesetzt. Da die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten kontinuierlichen Sauerstoffsonden bei derartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Dieselmotoren, ohnehin bereits vorhanden sind, werden sehr vorteilhaft Kosten vermieden, die mit dem Einbau zusätzlicher Sensorelemente verbunden wären.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das die beschriebenen Schritte des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Mit besonderem Vorteil kommen die erfindungsgemäßen Computerprogramme bzw. Computerprogrammprodukte bei der Ausführung von Fahrzeugen, insbesondere Dieselfahrzeugen, zum Einsatz, um die eingesetzten Kraftstoffe klassifizieren zu können und so die geeigneten Parameter für den Betrieb mit dem entsprechenden Kraftstoff einstellen und bei Betrieb des Motors verwenden zu können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, aus der weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch ein Ablaufdiagramm der Kraftstofferkennung mit einer Sauerstoffsonde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
2 den Signalverlauf einer Sauerstoffsonde im Motorbetrieb mit Dieselkraftstoff und mit Rapsmethylester bei gleichen Motorbetriebspunkten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen. Das Schema zeigt ein Kennfeld 1, das den Zusammenhang zwischen Luftkennzahl und Motorbetriebspunkt für einen bestimmten Kraftstoff wiedergibt. In anderen Ausführungsformen kann dieser Zusammenhang beispielsweise durch eine zwei- oder mehrdimensionale grafische Darstellung, als Tabelle, als Matrix oder als analytische Funktion repräsentiert sein. Das Kennfeld 1 ist charakteristisch für einen bestimmten Kraftstoff. Entsprechende Kennfelder für weitere Kraftstoffe sind exemplarisch durch das Kennfeld 6 dargestellt. In diese Kennfelder fließen ein oder mehrere Größen ein, die den Motorbetriebspunkt kennzeichnen. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Motordrehzahl, das Drehmoment, die Einspritzmenge und/oder weitere Abgassensorsignale, wie beispielsweise Stickoxide oder Kohlenmonoxid, handeln.
Vorzugsweise sind die Kennfelder 1, 6 in gespeicherter Form beispielsweise auf einem Speichermedium oder auf einem elektronischen Datenträger abgelegt. Es kann sich dabei z. B. um entsprechende Schaltungseinheiten beispielsweise eines Steuergerätes handeln.
Der bei einem erfassten Motorbetriebspunkt aktuell gemessene Wert 2 für die Luftkennzahl Lambda wird mit einer Luftkennzahl aus dem Kennfeld 1 verglichen. Dies erfolgt in einem Komparator 3, an dessen einem Eingang die gemessene Luftkennzahl 2 und an dessen anderem Eingang die aus dem Kennfeld 1 entnommene Luftkennzahl, die den jeweiligen Motorbetriebspunkt repräsentiert, zugeführt wird. Als Sauerstoffsensorelement zur Bestimmung der Luftkennzahl können übliche Sauerstoffsensoren, insbesondere Lambdasonden, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kommen kontinuierliche Sauerstoffsonden, insbesondere Breitbandlambdasonden, zum Einsatz. Breitbandlambdasonden werden üblicherweise in Dieselfahrzeugen oder in Otto-Motoren die im Magerbetrieb betrieben werden, verwendet.
Ist der Abgleich im Komparator 3 zwischen der gemessenen Luftkennzahl 2 und der Luftkennzahl aus dem Kennfeld 1 positiv, wird im Schaltungselement 4 ein entsprechendes Signal 5 erzeugt. Das Signal 5 leitet die Information weiter, dass ein bestimmter Kraftstoff erkannt wurde. Sollte der Abgleich im Komparator 3 negativ ausfallen, wird über das Schaltungselement 4 der gemessene Wert 2 der Luftkennzahl an einen weiteren Komparator 7 weitergeleitet. Im Komparator 7 erfolgt ein weiterer Vergleich des Wertes 2 der Luftkennzahl mit einer Luftkennzahl, die aus einem anderen Kennfeld 6 entnommen wurde. Das Kennfeld 6 ist für einen weiteren Kraftstoff charakteristisch. Im weiteren Schaltungselement 8 erfolgt die Weiterleitung eines Signals 9, falls beim Abgleich eine Übereinstimmung des gemessenen Wertes 2 der Luftkennzahl mit dem Kennfeld 6 festzustellen war. In diesem Fall können die entsprechenden Betriebsparameter für den ermittelten Kraftstoff eingestellt werden. Sollte im Komparator 7 keine Übereinstimmung festgestellt worden sein, wird der gemessene Wert 2 der Luftkennzahl über das Schaltungselement 8 einem weiteren Komparator zugeleitet, der hier nicht mehr dargestellt ist. Dieser sukzessive Abgleich mit verschiedenen Kennfeldern, die für die zu erkennenden Kraftstoffe charakteristisch sind, erfolgt solange, bis ein Kennfeld gefunden wurde, der mit dem aktuellen Messwert 2 zusammen passt.
Der Ablauf des Vergleichs der gemessenen Luftkennzahl mit den verschiedenen Kennfeldern, die den Zusammenhang zwischen Luftkennzahl und Motorbetriebspunkt mit verschiedenen Kraftstoffen repräsentieren, wie er in 1 exemplarisch dargestellt ist, kann in anderen Ausführungsformen mit Vorteil parallel erfolgen. Entsprechende Anordnungen zum sukzessiven oder parallelen Datenabgleich können durch herkömmliche Schaltungen oder in besonders bevorzugter Weise durch entsprechende Computerprogramme in Steuergeräten oder dergleichen realisiert werden.
Wenn der entsprechende Zusammenhang bzw. ein Kennfeld oder eine analytische Funktion gefunden ist, die einen positiven Abgleich mit dem gemessenen Wert der Luftkennzahl erbracht hat, kann erfindungsgemäß auf den Kraftstoff bzw. die Kraftstoffklasse, die Kraftstoffqualität oder die Kraftstoffgüte rückgeschlossen werden, für welche der entsprechende Zusammenhang charakteristisch ist. Mit dieser Information können die entsprechenden Parameter zum Betrieb des Motors eingestellt werden, die für den ermittelten Kraftstoff bzw. die Kraftstoffklasse oder -qualität geeignet bzw. optimal sind. Beispielsweise können verschiedene Elemente, wie z. B. Einspritzventile oder Injektoren, die die Betriebsart des Motors beeinflussen können, entsprechend angesteuert werden. Bei den Parametern kann es sich beispielsweise um die sogenannten EDC(Electronic Diesel Control)-Parameter handeln. EDC-Parameter werden üblicherweise für eine elektronische Kennfeldsteuerung von Dieselmotoren eingesetzt. Erfindungsgemäß ist hierbei mit Vorteil vorgesehen, dass für die verschiedenen Kraftstoffklassen oder Kraftstoffqualitäten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt bzw. erkannt werden können, unterschiedliche Parameter zur Steuerung der Brennkraftmaschine beispielsweise im Fahrzeug, insbesondere in einem Steuergerät, hinterlegt sind. Somit kann die elektronische Steuerung auf die spezifischen Eigenschaften der jeweiligen Kraftstoffe wie z. B. Biodiesel, Sun- oder Syn-Fuels (BTL, GTL) eingestellt werden.
Die Erfindung ermöglicht es also, in jedem beliebigen Motorbetriebspunkt das Sauerstoffsensorsignal zu verwenden, um durch Vergleich mit dem funktionalen Zusammenhang eines Kraftstoffs bzw. einer Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl bei einem bestimmten Motorbetriebspunkt auf den Kraftstoff rückzuschließen und geeignete Betriebsparameter einzustellen. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Dieselverbrennungsmaschinen beschränkt. Vielmehr ist sie mit Vorteil auch bei Otto-Motoren einsetzbar, die mit mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen betrieben werden.
Mit besonderem Vorteil fließen weitere Signale als Eingangsgrößen für die Darstellung der Kennfelder 1, 6 für bestimmte Kraftstoffklassen oder Kraftstoffqualitäten ein. Beispielsweise können Stickoxide, Kohlenmonoxid oder die Abgastemperatur als weitere Abgaswerte berücksichtigt werden. Dies kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Klassifizierung von Kraftstoffen erhöhen.
Unter Kraftstoffklassen sind verschiedene Kraftstoffe, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, Biodiesel (Rapsmethylester), Sun-Fuel oder Syn-Fuel zu verstehen. Zudem sind unter einer Kraftstoffklasse auch unterschiedliche Qualitäten oder Mischungen von Kraftstoffen zu verstehen, beispielsweise Dieselkraftstoffe auf fossiler Basis, die mit verschiedenen Anteilen von biogenen und/oder synthetisch hergestellten Dieselkraftstoffen versetzt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann darauf abgestellt werden, beispielsweise ausschließlich zwischen herkömmlichen Dieselkraftstoffen und Biodiesel (Rapsmethylester) zu klassifizieren. Andererseits kann es auch bevorzugt sein, andere alternative Dieselkraftstoffe zu erkennen oder auch verschiedene Gemische voneinander zu unterscheiden. Entsprechend diesen Vorgaben sind erfindungsgemäß die Zusammenhänge zwischen der Luftkennzahl und dem Motorbetriebspunkt bzw. beispielsweise entsprechende Kennfelder oder analytische Funktionen für die zu klassifizierenden Kraftstoffe bereitzustellen. Je nach Anzahl und Ähnlichkeit der zu klassifizierenden Kraftstoffe kann es vorteilhaft sein, verschiedene für den Motorbetriebspunkt kennzeichnende Größen in diesen Zusammenhang einzubringen, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Klassifizierungs- bzw. Erkennungsverfahrens zu gewährleisten.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, wobei in der 2 die Unterscheidung der Kraftstoffe Diesel und 100% Rapsmethylester durch Messung des Lambdasondensignals bei gleichem Motorbetriebspunkt dargestellt ist. Das Sauerstoffsensorsignal einer Lambdasonde über die Zeit im realen Motorbetrieb mit Dieselkraftstoff 11 und mit 100% Rapsmethylester 12 gibt den Restsauerstoffgehalt im Abgas bzw. die Luftkennzahl Lambda wieder. Als Größen, die den Motorbetriebspunkt kennzeichnen, sind hier das Motordrehmoment MD und die Drehzahl N dargestellt. Das Sauerstoffsensorsignal 11, 12 ist in bestimmten Betriebspunkten charakteristisch für die verwendete Kraftstoffart. Aus diesen charakteristischen Verläufen des Sauerstoffsensorsignals bei bestimmten Motorbetriebspunkten lässt sich auf den verwendeten Kraftstoff rückschließen. In diesem Fall kann also bei einem Signalverlauf 11 auf Dieselkraftstoff und bei einem Signalverlauf 12 auf Rapsmethylester als Kraftstoff rückgeschlossen werden. Erfindungsgemäß können mit dieser Information die entsprechenden Parameter, insbesondere die entsprechenden elektronischen Parameter, zum Betrieb mit Dieselkraftstoff bzw. zum Betrieb mit Rapsmethylester als Biodiesel eingestellt werden.
Das beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm auf einen Rechengerät, insbesondere in einem Steuergerät eines Dieselfahrzeuges, integriert werden und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den ein Steuergerät lesen kann. Insoweit ist das Verfahren auch nachrüstbar, denn zusätzliche Sensoren neben dem ohnehin vorhandenen Sauerstoffsensor, insbesondere der Lambdasonde, sind im Allgemeinen nicht erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6644097 B2 [0008, 0008]

Claims

Verfahren zur Klassifizierung von Kraftstoffen in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere in Dieselverbrennungsmaschinen, wobei wenigstens ein Sauerstoffsensorelement zur Bestimmung der Luftkennzahl Lambda (2) im Abgas der Brennkraftmaschine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Luftkennzahl in einem beliebigen Motorbetriebspunkt bei Erfassung wenigstens einer den Motorbetriebspunkt kennzeichnenden Größe gemessen wird und – mit Hilfe dieser gemessenen Luftkennzahl aus einem zuvor bestimmten, diesen Motorbetriebspunkt kennzeichnenden funktionalen Zusammenhang (1) der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl auf die Kraftstoffklasse geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionale Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl, der den Motorbetriebspunkt kennzeichnet, durch ein Kennfeld repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionale Zusammenhang der Kraftstoffklasse und der Luftkennzahl, der den Motorbetriebspunkt kennzeichnet, rechnerisch aus einer analytischen Funktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffe fossile, biogene und/oder synthetisch hergestellte Dieselkraftstoffe oder Kraftstoffgemische sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine den Motorbetriebspunkt kennzeichnende Größe die Motordrehzahl, das Motordrehmoment und/oder die Einspritzmenge ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Sensorelement zur Messung eines anderen Abgaswertes und/oder anderer Signale verwendet wird und dieser andere Abgaswert und/oder dieses andere Signal als kennzeichnende Größe des Motorbetriebspunkts ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Sensorelement zur Messung von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und/oder Abgastemperatur vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoffsensorelement eine kontinuierliche Sauerstoffsonde, insbesondere eine Breitbandsonde, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ergebnis der Klassifizierung die Steuerung der Brennkraftmaschine auf den klassifizierten Kraftstoff eingestellt wird.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.