DE102007054650B3

DE102007054650B3 - Ermittlung der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007054650B3
Application number: DE102007054650A
Authority: DE
Inventors: Ralf Böhnig; Michael Dr. Hardt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: CN101861457A; US20100236524A1; CN101861457B; US8430082B2; WO2009062787A1

Abstract

Zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine wird während einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine zu bestimmten Kurbelwellenwinkeln eine bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt, der dadurch erzeugte Kurbelwellendrehmomentbeitrag erfasst und daraus ein absolutes oder relatives Maß für die Kraftstoffqualität ermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine sowie auf eine entsprechende Vorrichtung.
Zum Ausgleich von systembedingten Störeinflüssen im Betrieb einer Brennkraftmaschine sind bestimmte Verfahren bekannt. So wird beispielsweise in der DE 102 57 686 A1 bereits ein Verfahren beschrieben, bei dem während eines keine Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (z. B. während einer Schubabschaltung) der bewirkte Kurbelwellendrehmomentbeitrag ermittelt wird. In Abhängigkeit des Drehmomentes wird die eingespritzte Kraftstoffmasse berechnet, um die Einspritzcharakteristik der Einspritzventile korrigieren zu können.
Auch die DE 10 2006 023 468 B3 beschreibt eine Testeinspritzung während einer Schubabschaltungsphase. In Abhängigkeit des sich dabei ergebenden Druckverlaufs im Rail wird ein Korrekturfaktor berechnet, der sich auf die Ansteuerung des verwendeten Einspritzventils auswirkt.
Im Betrieb einer Brennkraftmaschine spielt die Kraftstoffqualität eine wesentliche Bedeutung. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen ist die Kraftstoffqualität für die Entzündung des Kraftstoffes ausschlaggebend. Für Diesel-Kraftstoffe wird deshalb üblicherweise die Cetan-Zahl angegeben, die ein Maß dafür ist, wie schnell der Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine entflammt. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff durch die Verdichtungswärme gezündet. Neben anderen Parametern, wie Höhe der Verdichtung, Kurbelwellenwinkel und Kraftstoffmenge beeinflusst insbesondere auch die Cetan-Zahl die Zündwilligkeit nach einer Einspritzung. Eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die mit Kraftstoff vergleichsweise geringer Cetan-Zahl betrieben wird, springt schlecht an, läuft rauher und lauter und hat schlechtere Abgaswerte. Kraftstoffe mit höherer Cetan-Zahl führen schneller zu einer Zündung als Kraftstoffe mit einer niedriger Cetan-Zahl.
Da sich die Cetan-Zahl also auf das Betriebs- und insbesondere das Abgas-Verhalten einer Brennkraftmaschine auswirkt, geht man vermehrt dazu über, Kraftstoffgütesensoren im Kraftstoffversorgungstrakt einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die die Kraftstoffgüte messen. Dann kann auch eine zeitlich und/oder regional gegebene Abweichung von einer Soll-Kraftstoffgüte ohne unerwünschte Auswirkungen auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bleiben.
Auch andere Verfahren zur Ermittlung der Kraftstoffqualität sind bereits bekannt. So beschreibt die JP 2006016994A zum Beispiel die Bestimmung der Cetan-Zahl des Kraftstoffs in Abhängigkeit vom ermittelten Zündverzug.
Auch in der US 2006/0080025 A1 wird ein Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität beansprucht, wobei anhand von gemessenen Motorbetriebsparametern und abgespeicherten Daten die Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs klassifiziert werden.
Da Kraftstoffgütesensoren einerseits natürlich kostenträchtige Bauteile sind und den Aufbau einer Kraftstoffversorgungsanlage verkom plizieren, und die vorgeschlagenen Verfahren andererseits in ihrer Anwendung sehr komplex erscheinen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die das genannte Verfahren ausführt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Einfluss, den eine Kraftstoffeinspritzung auf das Kurbelwellendrehmoment hat, stark von der Kraftstoffqualität abhängt. Indem nun ein günstiger Betriebspunkt gewählt wird, in dem die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ansonsten konstant sind, kann die Kraftstoffgüte bestimmt werden, indem Kraftstoff eingespritzt wird und die Abweichung des Kurbelwellendrehmomentes von dem Kurbelwellendrehmoment, das sich bei einem Norm-Kraftstoff ergäbe, in eine Abweichung von der Norm-Kraftstoffgüte umgerechnet werden oder direkt absolut aus dem Kurbelwellendrehmoment ein Absolutmaß für die Kraftstoffgüte ermittelt werden. Die Bestimmung des Drehmomentbeitrages einer Einspritzung ist im Stand der Technik bekannt und wird nun zur Kraftstoffgütebestimmung ausgenutzt.
Bereits eine einzige Probeeinspritzung kann genügen, um ein Maß für die Kraftstoffgüte zu erfassen. Für eine verbesserte Messgenauigkeit ist es zu bevorzugen, das Verfahren zu wiederholen, solange die Betriebsparameter innerhalb bestimmter Grenzen unverändert bleiben und eine Mittelung oder geeignete statistische Auswertung für die dann erfassten Kurbelwellendrehmomente oder Kraftstoffqualitätsmaßzahlen durchzuführen.
Zeigt sich, dass beim gewählten, bestimmten Kurbelwellenwinkel das erzeugte Kurbelwellendrehmoment oder das ermittelte Maß für die Kraftstoffqualität zu möglicherweise fehlerbehafteten oder unplausiblen Werten führt, ist es zu bevorzugen, das Verfahren mit einem geänderten bestimmten Kurbelwellenwinkel nochmals durchzuführen, der kleiner oder größer als der zuvor verwendete sein kann. Dies wird man insbesondere bei großen Abweichungen von der Norm-Kraftstoffgüte bzw. bei einem Maß für die Kraftstoffgüte vornehmen, das einen ungewöhnlich schlechten oder guten Kraftstoff anzeigt. Mittels der dann für verschiedene Kurbelwellenwinkel erhaltenen Kurbelwellendrehmomente oder Maßzahlen für die Kraftstoffqualität kann dann eine lineare Regression verwendet werden, um einen verbesserten Wert für die Kraftstoffqualität zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beispielshalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockschaltbild einer ersten Variante eines Verfahrens zum Ermitteln der Kraftstoffqualität einer selbstzündenden Brennkraftmaschine,
2 ein Teil-Blockschaltbild zu einem abgewandelten Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität und
3 ein Teil-Blockschaltbild eines nochmals abgewandelten Verfahrens zum Ermitteln der Kraftstoffqualität.
In 1 ist in einem Blockschaltbild schematisch ein Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gezeigt. Nach einem Start des Verfahrens in einem Schritt S0 wird zuerst in einem Schritt S1 abgefragt, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Schubabschaltungsbetrieb oder einem anderen Betriebsmodus befindet, in dem die eingespritzte Kraftstoffmasse in bestimmten Grenzen konstant ist. Liegt ein solcher Betriebszustand nicht vor (N-Verzweigung) ist das Verfahren in einem Schritt S2 beendet. Eine Ermittlung der Kraftstoffqualität findet nur statt (J-Verzweigung) falls ein solcher Betriebszustand vorliegt.
Dann wird in einem Schritt S3 zu einem bestimmten Kurbelwellenwinkel eine bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt. Diese Kraftstoffmenge unterscheidet sich von der für den Betriebszustand ansonsten vorgesehenen Menge (im Schubabschaltungsbetrieb Null). Die Mengenabweichung führt zu einer bestimmten Änderung des Kurbelwellendrehmomentes, die in einem Schritt S4 erfasst wird. Aus dieser Drehmomentabweichung gemäß Schritt S4 wird entweder ein absolutes Maß für die Kraftstoffqualität bestimmt, oder unter Berücksichtigung der Abweichung des von einem Norm-Wert, der sich bei einem Norm-Kraftstoff ergäbe, ein relatives Maß. Anschließend ist das Verfahren beendet (Schritt S2).
Arbeitet das Verfahren in einer Schubabschaltung, ist die Änderung des Drehmomentes ein absoluter Drehmomentbeitrag durch die Einspritzung der bestimmten Kraftstoffmenge.
Zur Verbesserung des Maßes für die Kraftstoffqualität kann dieses Verfahren so abgewandelt werden, wie es 2 zeigt. 2 zeigt den Ausschnitt des Verfahrens gemäß 1 von den Schritten S3 bis S5.
Dabei wird ein Zähler erhöht (Schritt S6), damit eine statistische Auswertung über die Ermittlung des Drehmomentes oder der Drehmomentabweichung erfolgen kann. Der Schritt S6 ist dabei in der Darstellungsweise der 2 zwischen den Schritten S2 und S4 angeordnet, er kann jedoch auch vor dem Schritt S3 bzw. nach dem Schritt S4 liegen. Wesentlich ist, dass er vor einem Schritt S7 erfolgt, welcher wiederum nach der Ermittlung des Drehmomentes oder der Drehmomentabweichung angeordnet ist. Im Schnitt S7 wird überprüft, ob der Zähler einen bestimmten Maximalwert erreicht hat.
Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt S8 beispielsweise eine gleitende Mittelung über die erfasste Kurbelwellendrehmomentänderung oder deren Abweichung von Norm-Kraftstoffverhältnissen vorgenommen. Der abschließende Schritt S5 der Bestimmung der Maßzahl der Kraftstoffqualität, welcher erst erreicht wird, wenn die Mittelung eine bestimmte Anzahl von Schleifendurchläufen enthält, verwertet dann den gemittelten Wert für das Drehmoment bzw. die Drehmomentabweichung. Damit wird eine genauere Ermittlung der Kraftstoffqualität erreicht.
Natürlich kann in der Ausführungsform der 2 die Mittelung auch eine statistische Auswertung umfassen.
Auch kann anstatt über das Kurbelwellendrehmoment oder die Kurbelwellendrehmomentabweichung auch über das Maß für die Kraftstoffqualität eine Mitteilung/stat. Auswertung erfolgen.
Der Schritt S5 liegt dann vor dem Schritt S7 und die statistische Auswertung bzw. Mittelung in Schritt S8 verwertet das Maß für die Kraftstoffqualität.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist in 3 dargestellt. Sie dient dazu, die bestimmte Kraftstoffmenge und/oder den Kurbelwellenwinkel, zu dem diese eingespritzt wird, zu variieren. Hier liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bestimmte (auf den Kurbelwellenwinkel bezogene) Zeitpunkte gibt, zudem die Kraftstoffqualität sich besonders stark auf den Drehmomentbeitrag einer einzelnen Einspritzung auswirkt.
Schritte des Verfahrens der 3, die denen des anhand 1 geschilderten Verfahrens entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden, soweit nicht erforderlich, nicht nochmals erläutert. Auch stellt 3 lediglich einen Ausschnitt des Verfahrens dar, der erst mit Schritt S3 beginnt, dem natürlich wiederum die Schritte S0 und S1 sowie S2 vorgelagert sind.
Charakteristisch für das Verfahren gemäß 3 ist ein den Schritten S3 und S4 (und je nach Ausgestaltung auch S5) nachgeordnete Abfrageschritt S9, ob die ermittelte Drehmomentänderung bzw. -abweichung (bzw. des Maßes für die Kraftstoffqualität, falls Schritt S5 auch ausgeführt wird) innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches um Norm-Werte liegt. Ist dies der Fall, wird in Schritt S10 das Maß für die Kraftstoffqualität, analog zu Schritt S5 ermittelt bzw. beinhaltet Schritt S10 keine weiteren Schritte, falls Schritt S5 dem Schritt S9 vorgelagert war (gestrichelte Variante der 3).
Liegt jedoch eine Abweichung von Norm-Werten vor, die auf eine besonders ungewöhnliche Kraftstoffqualität hindeutet -weil z. B. die ermittelte Drehmomentabweichung bzw. -änderung entsprechendes anzeigen bzw. (falls Schritt S5 ausgeführt wurde) das Maß für die Drehmoment bzw. Drehmomentabweichung darauf hindeutet, wird in einem Schritt S11 eine veränderte Vorgabe für den bestimmten Kurbelwellenwinkel und/oder Kraftstoffmengenänderung, der/die in Schritt S3 verwendet wird, eingestellt. Zugleich wird der in Schritt S4 (bzw. Schritt S5) erhaltene Wert dem bisher verwendeten bestimmten Wert für den Kurbelwellenwinkel zugeordnet und abgespeichert. Danach werden die Schritte S3 und S4 (sowie gegebenenfalls S5) nochmals durchlaufen und die Abfrage in Schritt S9 anschließend übersprungen.
Schritt S10 führt dann aus den zwei vorliegenden bestimmten Kurbelwellenwinkeln bzw. Kraftstoffmengenänderungen sowie den zugeordneten Werten aus Schritt S4 (bzw. gegebenenfalls S5) eine lineare Regression durch, bei der Modelldaten verwendet werden, die einen Zusammenhang zwischen Kraftstoffqualität und Drehmomentbeitrag einer Einspritzung in Abhängigkeit von der Funktion des Kurbelwellenwinkels wiedergeben. Dadurch lässt sich eine verbesserte Angabe über die Kraftstoffqualität gewinnen. Natürlich kann die Schleife der Schritte S3 und S4 nicht nur zweimal mit zwei verschiedenen Kurbelwellewinkeln/Kraftstoffmengen durchlaufen werden, sondern auch eine höhere Anzahl, was dann die lineare Regression verbessert.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, in dem während einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine zu bestimmten Kurbelwellenwinkeln eine bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird, welche von der für den Betriebszustand erforderlichen Kraftstoffmenge um ein bestimmtes Maß abweicht, und wobei der dadurch bewirkte Kurbelwellendrehmomentbeitrag erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem erfassten Kurbelwellendrehmomentbeitrag ein absolutes oder relatives Maß für die Kraftstoffqualität ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren wiederholt wird und eine statische Auswertung oder eine Mittelung über die erfassten Kurbelwellendrehmomentbeiträge oder ermittelten Maße für die Kraftstoffqualität durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren des Anspruchs 1 mit mindestens einem weiteren Kurbelwellenwinkel wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die für verschiedene Kurbelwellenwinkel ermittelten Kurbelwellendrehmomentbeiträge oder Maße für die Kraftstoffqualität in einer linearen Regression verknüpft werden, um ein verbessertes Maß für die Kraftstoffqualität zu erhalten.
Vorrichtung zum Ermitteln der Kraftstoffqualität bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein Steuergerät zur Beeinflussung des Betriebs der Brennkraftmaschine aufweist, das die Brennkraftmaschine zur Durchführung eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ansteuert und die erforderlichen Berechnungen durchgeführt.