DE102008002476A1

DE102008002476A1 - Verfahren zur Kraftstoffbestimmung

Info

Publication number: DE102008002476A1
Application number: DE102008002476A
Authority: DE
Inventors: Andreas Michalske; Udo Schulz; Heiko Lenhardt; Jürgen Biester
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung und/oder Menge in einem Motor mit Luft zu Abgas verbrannten Kraftstoffs. Erfindungsgemäß werden der Wassergehalt der Luft und des Abgases sowie der Kohlendioxidgehalt der Luft und des Abgases gemessen, wobei aus den gemessenen Wasser- und Kohlendioxidgehalten der Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt und/oder das Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnis und/oder die Menge des Kraftstoffs berechnet werden. Der Wassergehalt des Kraftstoffs kann ebenso gemessen werden und in die Berechnung eingehen. Unter realistischen Bedingungen, bei denen sowohl die Luft als auch gegebenenfalls der Kraftstoff selbst bestimmte, geringe Wasseranteile enthalten, ergibt sich der Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs durch eine rechnerische Bestimmung aus Luftfeuchtigkeit, gegebenenfalls Kraftstoffwassergehalt und Abgaswassergehalt. Der Kohlenstoffgehalt eines Kraftstoffs lässt sich aus dem Kohlendioxidgehalt der Luft und des Abgases berechnen. Die Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung kann zur Klassifizierung des Kraftstoffes und/oder der Bestimmung der Kraftstoffsorte und/oder der Bestimmung der Kraftstoffqualität verwendet werden und zur Anpassung von Ansteuerparametern des Motors dienen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung und/oder Menge eines Kraftstoffs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Mit der zunehmenden Zahl von Kraftstoffsorten, die auch in Hinblick auf mögliche Erdölalternativen entwickelt werden, werden Motoren mit einer immer größeren Bandbreite möglicher Kraftstoffzusammensetzungen konfrontiert. Beispielsweise unterscheiden sich synthetische Dieselkraftstoffe von konventionellem Dieselkraftstoff in Heizwert und Dichte. Bei Dieselkraftstoffen sind derzeit auch beispielsweise biogene Anteile aus landwirtschaftlicher Produktion (Biodiesel) als Beimengungen von bis zu 5% erlaubt, wodurch sich die Brenncharakteristik des Dieselkraftstoffes ändert. Bei Ottokraftstoff kann beispielsweise eine Beimengung von Alkoholen (Methanol, Ethanol) aus landwirtschaftlicher Produktion von Interesse sein. Zwar existieren Referenzkraftstoffe, insbesondere zur Abgaszertifizierung, die Qualität eines Kraftstoffs, d. h. seine chemischen und physikalischen Eigenschaften, können jedoch bei Verwendung unterschiedlicher Kraftstoffe in der Praxis signifikant und manchmal auf eine für den Benutzer nicht vorhersehbare Weise schwanken.
Neueste Entwicklungen in der Brennverfahrenstechnologie gehen in die Richtung geringerer Verdichtungen, wodurch in diesem Sinne ”schlechte” Kraftstoffe insbesondere bei tieferen Temperaturen zu Zündaussetzern führen können. Zudem ist vor dem Hintergrund immer strengerer Abgasgrenzwerte denkbar, dass bestimmte Motoren mit neuartigen Kraftstoffen nicht mehr die festgelegten Abgasemissions-Grenzwerte erfüllen.
Sich ändernde Kraftstoffzusammensetzungen erfordern gegebenenfalls veränderte Ansteuerungsparameter des Motors, um eine möglichst vollständige energieeffiziente und emissionsarme Verbrennung zu gewährleisten.
Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung von Kraftstoffzusammensetzungen sind bekannt. Die DE 10 2005 001 882 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, das wenigstens einen Schritt umfasst, bei dem mittels eines Kraftstoffsensors der Gehalt an mindestens einem Kraftstoffbestandteil erfasst und anschließend in Abhängigkeit davon auf mindestens einen für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Parameter eingewirkt wird. Bevorzugt soll hierbei ein Sensor zum Einsatz kommen, der eine typische IR-Aromatenbande und/oder eine für aliphatische Bindungen typische C-H-Streckschwingung misst. Hierdurch wird ein für einen bestimmten Inhaltsstoff des Kraftstoffs spezifisches IR-Signal ermittelt und einem Steuergerät mitgeteilt. Das Verfahren lässt jedoch lediglich Aussagen über den bereitgestellten, nicht jedoch über den tatsächlich verbrannten Kraftstoff zu. Es stützt sich lediglich auf dessen Aromatizität bzw. Aliphatizität. Parameter der Umgebungsluft gehen hier nicht in die Berechnung ein.
Aus der DE 102 17 376 B4 ist die Ermittlung der Kraftstoffqualität und eine hieraus bestimmte Steuerung der Brennkraftmaschine auf Basis des Ausgasungsverhaltens des Kraftstoffs bekannt. Der ausgasende Kraftstoff wird hierbei in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine abgesaugt, wobei die Abgaszusammensetzung gemessen und das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs aus der Abgaszusammensetzung bestimmt wird. Dieses Verfahren erlaubt jedoch lediglich Aussagen zum Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs, das nicht notwendigerweise mit den Brenncharakteristika korreliert sein muss.
Die DE 10 2004 008 150 A1 beschreibt die Onboard-Messung von Kraftstoffeigenschaften zum Motormanagement, bei dem der Parameter der Kraftstoff-Destillations-Betriebsverhaltensindex (fuel destillation driveability index) verwendet wird. Hierbei wird der Kraftstoff in einer schmalen Testkammer durch ein Heizelement erhitzt. Wird eine kritische Temperatur erreicht, nimmt der Heizungswiderstand nichtlinear zu. Auch die DE 10 2004 008 150 A1 beschreibt damit lediglich eine Kraftstoffeigenschaft.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, in die zusätzlich Luftparameter wie Temperatur, Luftmenge, Ozon, NO_x, CO₂, SO₂, CO und Kohlenwasserstoff eingehen, ist aus der DE 197 22 333 A1 bekannt. Es wird dort vorgeschlagen, dass wenigstens ein Sensor die Konzentration wenigstens einer dieser Komponenten in der Umgebungsluft erfasst, in der Steuereinheit verarbeitet, und Stellglieder abhängig von der erfassten Konzentration wenigstens einer dieser Komponenten betätigt werden.
Weitere bekannte Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Kraftstoffqualitätsänderungen beinhalten beispielsweise die sogenannte Startadaptions- oder Laufunruhe-Methode, auf Basis derer Änderungen durch Anpassung der Einspritzzeitdauer kompensiert werden. Hierbei wird der Drehzahlanstieg beim Starten der Maschine bzw. werden Drehzahlschwankungen beim Starten ausgewertet. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Korrekturbetrag, der für die Änderung verwendet wird, relativ ungenau berechnet wird, so dass gegebenenfalls eine Korrektur zu stark ausfallen kann.
In der DE 40 27 947 A1 sind unterschiedliche Verfahren dargestellt, anhand derer eine Kraftstoffqualitätsänderung im Fahrzeug berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann nach jedem Betanken eine Regelabweichung im Lambdaregelungskreis gemessen werden und ein Adaptionswert so verändert werden, dass die Regelabweichung verschwindet. Dieses Verfahren funktioniert jedoch nur bei aktiver Lambdaregelung, d. h. nur bei warmer Brennkraftmaschine.
Weitere Verfahren zur Bestimmung von Abgaszusammensetzungen sind beispielsweise aus der DE 10 2004 053 428 B4 bekannt. Vorzugsweise weist eine Messeinheit hierbei ein optisches System, beispielsweise ein Infrarotspektrometer auf, das eine ausreichend schnelle In-Situ-Bestimmung verschiedener Abgasbestandteile erlaubt. Das in diesem Zusammenhang vorgeschlagene Verfahren wird jedoch statisch und extern auf einem Prüfstand durchgeführt, eine Onboard-Messung ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Zusammensetzung und/oder Menge von in einem Motor mit Luft zu Abgas verbranntem Kraftstoff zu schaffen, das die dargestellten Nachteile des Standes der Technik überwindet, und das eine möglichst zuverlässige Aussage über die Kraftstoffqualität zulässt.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Erfindungsgemäß ist nun die Bestimmung von Zusammensetzung und/oder Menge von in einem Motor mit Luft zu Abgas verbranntem Kraftstoff in einfacher und zuverlässiger Weise durchführbar. Die Erfindung nutzt hierbei aus, dass bei der Verbrennung geeigneter kohlenwasserstoffbasierender Brennstoffe, wie beispielsweise Otto- oder Dieselkraftstoff, als wesentliche Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasserdampf entstehen. Andere Verbrennungsprodukte stehen hingegen massenmäßig weit im Hintergrund. Nimmt man die ideale Verbrennung von Dieselkraftstoff ohne gelöste Wasseranteile mit trockener Luft an, so lässt sich aus den Massenanteilen des Wasserdampfes im Abgas der Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs bestimmen. Der Anteil von freiem und emulgiertem Wasser im Kraftstoff wird zum Großteil über den Kraftstofffilter abgeschieden. Die Wasserabscheidung ist hierbei sehr effektiv (bis zu 93%), es verbleiben jedoch gegebenenfalls Restmengen. Unter realistischen Bedingungen, bei denen daher sowohl die Luft als auch eventuell der Kraftstoff selbst bestimmte, geringe Wasseranteile enthalten, ergibt sich der Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs durch eine rechnerische Bestimmung aus Luftfeuchtigkeit, Kraftstoffwassergehalt und Abgaswassergehalt, wobei sich letzterer aus Verbrennungswasser, Luftfeuchtigkeit und Kraftstoffwassergehalt zusammensetzt. Näherungsweise kann der Wassergehalt (effektive Abscheidung im Kraftstofffilter vorausgesetzt) in anderen Fällen vernachlässigt werden und gegebenenfalls kann daher die Berechnung auch ohne den Kraftstoffwassergehalt erfolgen.
Die Messung der Kohlenstoffbeiträge aus dem Kraftstoff erfolgt entsprechend durch eine rechnerische Bestimmung aus dem CO₂-Gehalt im Abgas und der Luft (ein Gehalt an freiem CO₂ im Kraftstoff kann vernachlässigt werden). Aus den ermittelten Größen Verbrennungswasser und Verbrennungskohlendioxid kann dann auf den Kohlenstoff- und Wasserstoff-Anteil und/oder deren Verhältnis im Kraftstoff geschlossen werden.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Verfahren in einem Verbrennungskraftmotor, speziell im Verbrennungskraftmotor eines Kraftfahrzeuges angewandt werden, wobei der Kraftstoff Otto- oder Dieselkraftstoff, insbesondere beispielsweise synthetischer Dieselkraftstoff oder Biodieselkraftstoff ist. Insbesondere Kraftfahrzeuge sind aufgrund ihrer Mobilität und der in der Regel weltweiten Vermarktung häufig mit sehr unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten bzw. -provenienzen konfrontiert, was das Verfahren der Erfindung insbesondere bei Kraftfahrzeugen als besonders vorteilhaft erscheinen lässt.
Der Wassergehalt in der Luft und im Abgas lässt sich auf einfache und robuste Weise vorteilhafterweise durch Leitfähigkeitsmessverfahren, das vorzugsweise mit einem Sensor unter Einbeziehung der Temperatur durchgeführt wird, bestimmen. In flüssigen Medien sind für die Bestimmung der Wassergehalte darüber hinaus vorteilhafterweise auch hier Leitfähigkeitsmessverfahren oder aber Messungen durch Ultraschall denkbar, die in einfacher und robuster Weise verlässlich und reproduzierbar durchgeführt werden können.
Die Messung der Kohlendioxidgehalte in Umgebungsluft und Abgas erfolgt vorzugsweise über ein spektroskopisches Verfahren, insbesondere durch Infrarotspektroskopie, das, ähnlich der CO₂ Bestimmung in Fahrzeuginnenräumen zur Steuerung von Klimaanlagen, mit einem Sensor vorgenommen wird. Polare Moleküle (wie z. B. CO₂, Wasser, CO usw.) absorbieren Strahlung einer charakteristischen Wellenlänge im infraroten Spektralbereich. Die Absorption ist hierbei proportional zur Konzentration. Ein spektroskopischer Gassensor, wie er vorteilhafterweise im Rahmen vorliegender Erfindung zum Einsatz kommt, beruht auf diesem Messprinzip. Zur Sicherung der Langzeitstabilität wird eine Referenzmessung mit einer Wellenlänge durchgeführt, die nicht durch Gase oder Wasserdampf beeinflusst wird. Dadurch kann auch die Dämpfung durch Rußpartikel berücksichtigt werden, da sich diese spektral unabhängig verhalten sollte, aber im Abgasstrom von Bedeutung sein könnte. Wird mit einem spektroskopischen Sensor die Konzentration von CO₂ und Wasser in der Motoransaugluft und im Abgas gemessen, so kann mit Hilfe des Luftmassensignals hieraus die Menge an Kohlenstoff und Wasserstoff berechnet werden, die durch die Kraftstoffverbrennung in das Motorabgas gelangt ist (ähnlich der C-Bilanzmethode an Rollen- und Motorprüfständen). Geeignete Sensoren, die zur Bestimmung der CO₂ Gehalte hierbei zum Einsatz kommen können, sind der ”Climate Control”-Sensor (CCS) von Bosch. Der Sensor arbeitet hinreichend sensitiv, und kann selbst kleine Konzentrationen von weniger als 0,02 Volumenprozent CO₂ zuverlässig nachweisen. Bei einem entsprechenden Sensor können ein Mikrokontroller und eine LIN-Schnittstelle verwendet und die Signale in einem ASIC weiterverarbeitet werden.
Es kann vorteilhaft sein das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich, quasikontinuierlich oder semikontinuierlich durchzuführen. Hierdurch kann jeweils schnell auf sich ändernde Gegebenheiten, wie etwa sich ändernde Kraftstoffeigenschaften, Luftfeuchten, Temperaturen und dergleichen reagiert werden.
Aus praktischen Gründen kann es jedoch ebenso wünschenswert sein, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung je nach Erfordernis diskontinuierlich, d. h. nur zu bestimmten Zeiten oder in Reaktion auf bestimmte Ereignisse erfolgt. Wird z. B. über das Tanksteuergerät eine Betankung oder eine Erhöhung des Tankstandes erkannt, was eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung bedeuten könnte, kann danach im Fahrzeugzyklus die Messung zur Kraftstoffbestimmung erfolgen. Dies hat gegenüber einer kontinuierlichen Messung insbesondere den Vorteil, dass mögliche Schäden für den Sensor, die aufgrund eines Dauerbetriebes entstehen könnten, wie etwa Abnutzung oder Verschmutzung, vermieden werden. Es kann sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, die Messung nur im betriebswarmen Zustand des Motors und gegebenenfalls im Motorleerlauf durchzuführen, um Verfälschungen der Messung durch lokale Wasseransammlungen (Kondensat) zu vermeiden. Vorteilhaft kann auch sein, die Messung im Stand des Fahrzeuges durchzuführen, um das Ansaugen von Wasser bei Regen oder nasser Fahrbahn zu verhindern. Es kann weiterhin von Vorteil sein, die Bestimmung nur unter definierten Systembedingungen, insbesondere bei Abwesenheit von Fehlermeldungen durchzuführen, um eine fehlerhafte Motoransteuerung, etwa aufgrund eines unplausiblen Sensorsignals, zu verhindern.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung bzw. Berechnung der Kraftstoffzusammensetzung zur Klassifizierung des Kraftstoffs und/oder der Bestimmung der Kraftstoffsorte oder der Kraftstoffqualität verwendet, die dann zur Be stimmung von Ansteuerungsparameter des Motors herangezogen werden. Dies kann vorteilhafterweise entweder dadurch erfolgen, dass der klassifizierte Kraftstoff mit einem Referenzkraftstoff mit bekannten, gespeicherten Werten durch automatisierte rechnerische Verfahren verglichen wird, oder aber dadurch, dass über entsprechende rechnerische Verfahren, die auf den jeweiligen C- bzw. H-Gehalten des Kraftstoffs beruhen, ein entsprechender Ansteuerungsparametersatz bestimmt wird. Insbesondere kann auf Basis der bestimmten Kraftstoffsorte bzw. Klassifikation über Applikationsdaten eine Korrektur von Ansteuerbeginn und/oder Ansteuerdauer der Einspritzungen erfolgen.
Vorteilhafterweise gehen in die Bestimmungen der Ansteuerungsparameter des Motors zusätzliche weitere Parameter ein, wie etwa Rail- oder Einspritzdruck, Temperatur, Druck, Volumenstrom, Massestrom oder Motordrehzahl. Die Kraftstoffmasse, abgeleitet aus der berechneten und eingespritzten Kraftstoffmenge und dem gemessen Raildruck kann hierbei beispielsweise ebenfalls zur Bestimmung und Plausibilisierung herangezogen werden, wobei die Kraftstoffmasse oder das Kraftstoffvolumen mit den CO₂- und Wasser-Massen oder den entsprechenden Volumina korrelieren muss. Vorzugsweise können insbesondere der Ansteuerbeginn, die Ansteuerdauer und/oder der Verlauf der Einspritzung, ferner die Zündspannung, der Zündbeginn, die Zündhäufigkeit, das Einstellen des Raildrucks und/oder die Anzahl der Einspritzungen unterschiedlicher Typen, insbesondere von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen, berücksichtigt werden und/oder in den Ansteuerparametern enthalten sein.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren der Erfindung in einem programmierbaren Motorsteuergerät vorgenommen, das die Sensorsignale von den jeweiligen Sensoren empfängt, auswertet, und in Motorsteuerparameter umsetzt. Die Durchführung im Motorsteuergerät bietet dabei den Vorteil, dass für das erfindungsgemäße Verfahren kein zusätzliches Bauteil zur Durchführung der Berechnungen erforderlich ist.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden zur Messung des Wassergehalts des Kraftstoffs, der Luft und des Abgases vorteilhafterweise Wassermessmittel, insbesondere Kraftstoffwassermessmittel, Luftwassermessmittel und Abgaswassermessmittel sowie zur Messung des Kohlendioxidgehalts der Luft und des Abgases Kohlendi oxidmessmittel, insbesondere Luftkohlendioxidmessmittel und Abgaskohlendioxidmessmittel bereitgestellt.
Die Erfindung beinhaltet weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Erfindungsgemäß ist zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12 vorgesehen, die einen Motor, ein Motorsteuergerät, ein Zuluft- und ein Abgassystem, ein Kraftstoffzuführungssystem, eine Einspritzanlage, Sensor- bzw. Messleitungen sowie gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung einen gegebenenfalls im Kraftstoffzuführungssystem angebrachten Wassersensor sowie im Luftzuführungs- und Abgassystem angebrachte Wasser- und CO₂-Sensoren aufweist.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor, in welcher die bevorzugte Ausführungsform rein beispielhaft, jedoch in keiner Weise den Umfang der Erfindung einschränkend dargestellt ist.
Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination; der Fachmann wird diese und weitere Merkmale dabei zweckmäßigerweise selbstverständlich auch einzeln betrachten und/oder zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt in der Zeichnung:
1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Motor 1 und ein Motorsteuergerät 2 auf. Über eine Luftzufuhr 3 und eine Kraftstoffzufuhr 4 gelangen Luft 30 und Kraftstoff 40 über eine Einspritzanlage 5 zum Motor 1 und werden dort verbrannt. Insbesondere bei Benzinmotoren kann auch eine Zündanlage vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können auch Zündparameter wie Zündzeitpunkt, Zündspannung und/oder Zündhäufigkeit, vorzugsweise im Falle von Mehrfachzündungen, an die Kraftstoffsorte angepasst werden. Über eine Abgasanlage 6 wird Abgas 60 vom Motor 1 weggeführt. Luftzufuhr 3, Kraftstoffzufuhr 4 und Abgasanlage 6 weisen Wassersensoren 7, 7' und 7'', 3 und Abgasanlage 6 Kohlendioxidsensoren 8 und 8' auf. Von den Wassersensoren 7, 7' und 7'' führen Messwerteleitungen 72, 72' und 72'' und von den Kohlendioxidsensoren 8 und 8' Messwerteleitungen 82 und 82' zum Motorsteuergerät 2. Motorsteuergerät 2 erhält weitere Parameter 100, 101, 102 und 103 und steuert über Ansteuerleitung 9 Einspritzanlage 5 an.
Ein Motor 1 wird im wesentlichen über eine Luftzufuhr 3 mit Luft 30 und über eine Kraftstoffzufuhr 4 mit Kraftstoff 40 versorgt. Es versteht sich, dass das Einspritzen von Kraftstoff in der dem Fachmann bekannten Weise erfolgt. Insbesondere kann bei Saugmotoren Kraftstoff in einen Saugkanal vor dem Motoreinlassventil und bei Direkteinspritzern das Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder erfolgen. Insbesondere kann es sich bei der Einspritzanlage um ein Teil einer sogenannten Common-Rail- oder Speichereinspritzung handeln, weitere Einspritzanlagetypen sind jedoch ebenso denkbar. Einspritzanlage 5 ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere durch externe Ansteuerungsparameter, die von einem Motorsteuergerät 2 erhalten werden, über Ansteuerungsleitung 9 extern ansteuerbar und kann als Reaktion auf entsprechende Ansteuerungsparameter Dauer, Menge, Kraftstoff-/Luftverhältnisse und weitere Parameter der vorgenommenen Einspritzungen regeln und verändern.
Motor 1 verfügt weiterhin über eine Abgasanlage 6, in der aus der Verbrennung des Kraftstoffs mit der Luft stammendes Verbrennungsabgas 60 vom Motor weg geführt wird. Abgasanlage 6 kann vorzugsweise weitere Komponenten aufweisen, die in der vorliegenden Abbildung nicht dargestellt sind; insbesondere ist hier ein Lambdasensor, ein Rußfilter und/oder ein Abgaskatalysator für Otto- oder Dieselkraftstoffverbrennungsabgase vorsehbar, wodurch insbesondere eine besonders vollständige Umsetzung und Nachoxidation unvollständig verbrannter Kraftstoffkomponenten bewirkt werden kann.
In Kraftstoffzufuhr 4, Luftzufuhr 3 und Abgasanlage 6 sind jeweils Wasser- und/oder Feuchtesensoren 7, 7' und 7'' gleicher oder unterschiedlicher Bauart und/oder gleichen oder unterschiedlichen Wirkprinzips vorgesehen, mit denen der Wasser- und/oder der Feuchtegehalt der in den jeweiligen Bauteilen vorhandenen und/oder strömenden Fluide gemessen werden kann. Insbesondere kann in Kraftstoffzufuhr 4 ein Leitfähigkeitsmesssensor oder ein Ultraschallsensor, in Luftzufuhr 3 und Abgasanlage 6 beispielsweise ein kapazitiver Feuchtesensor vorgesehen sein. Feuchtesensor 7 in Abgasanlage 6 kann dabei stromauf- oder stromabwärts einer der weiteren erwähnten Abgasbehandlungs- oder Messvorrichtungen vorgesehen sein, weiterhin können die Sensoren 7, 7' und 7'' jeweils in einfacher oder mehrfacher Ausführung vorhanden sein, um etwa Mittelwerte aus den Einzelmesswerten zu bilden oder die einzelnen Messwerte zu plausibilisieren.
In Luftzufuhr 3 und Abgasanlage 6 sind CO₂-Sensoren 8 und 8' vorhanden, die beispielsweise durch Infrarotmessung die CO₂-Gehalte von Luft und Abgas bestimmen lassen. Insbesondere kann es im Falle des Abgas-CO₂-Sensors 8 vorteilhaft sein, diesen gegebenenfalls stromabwärts einer Abgasbehandlungsanlage zu platzieren, weil damit eine Bestimmung des Gesamtkohlenstoffs im Abgas ermöglicht wird, wohingegen anderenfalls der Kohlenstoff im Abgas zumindest teilweise als Kohlenmonoxid vorliegen könnte. Auch kann beispielsweise der Abgas-CO₂-Sensor 8, falls er stromabwärts eines Rußfilters angeordnet ist, eher unbeeinflusst durch Rußpartikel arbeiten, als dies stromaufwärts des Filters der Fall wäre. Zudem wird hierdurch eine Verschmutzung des CO₂-Sensors 8 durch Rußablagerungen vermieden. Auch die CO₂-Sensoren 8 und 8' können jeweils in einfacher oder mehrfacher Ausführung vorgesehen sein. Im Abgasstrom kann hierbei beispielsweise ein CO₂-Sensor stromaufwärts einer Abgasbehandlungsanlage, ein weiterer Sensor stromabwärts jener Anlage vorgesehen sein, wodurch in zuverlässiger Weise die durch die Abgasbehandlungsanlage in CO₂ umgewandelten Abgasbestandteile durch Differenzmessung ermittelt werden können. Eine Mehrfachausführung der CO₂-Sensoren 8 und 8' kann zudem wie oben zur Plausibilisierung und/oder Mittelwertbildung dienen. Dem Fachmann sind weitere zu beachtende Randbedingungen bekannt. Insbesondere kann eine CO₂-Messung stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (DPF) durch Rußabbrand, durch eine spontane Regeneration und/oder durch den sogenannten Continuous Regeneration Trap-Effekt (CRT-Effekt) beeinflusst werden. Daher ist gegebenenfalls nur bei nicht erfolgender Regenerierung zu messen. Eine entsprechende Regelung wird vom Steuergerät vorgenommen, welches von entsprechenden Bedingungen in Kenntnis gesetzt wird.
Zu geeigneten Zeitpunkten werden über Messwertleitungen 72, 72' und 72'' die gemessenen Wassergehalte an Motorsteuergerät 2 weitergeleitet und dort verarbeitet. Die Übermittlung der gemessenen Werte kann dabei im unverarbeiteten Zustand, oder, wenn der Sensor über geeignete Verarbeitungsmittel verfügt, in entsprechend verarbeitetem Zustand erfolgen. Eine analoge oder digitale Übertragung ist möglich, ebenso wie die Implementierung der Messwertleitungen 72, 72' und 72'' und der damit verbundenen Kommunikation in einem vorhandenen Bussystem. In gleicher Weise werden über Messwerteleitungen 82 und 82' die gemessenen CO₂ Werte an Motorsteuergerät 2 übermittelt.
Motorsteuergerät 2 empfängt gegebenenfalls über Messwerteleitungen 100, 101, 102 und 103 weitere Messwerte bzw. Systemparameter, wie etwa Temperatur, Druck, Volumenstrom, Massestrom oder Motordrehzahl, entweder direkt von den jeweiligen Übermittlungseinrichtungen oder über ein vorhandenes Bussystem, in analoger oder digitaler Form. Motorsteuergerät 2 nimmt auf Basis der empfangenen Messwerte und/oder Systemparameter die Berechnung der Motoransteuerparameter vor. Die Motoransteuerparameter werden anschließend über eine Ansteuerungsleitung 9 an eine Einspritzanlage bzw. eine Zündanlage 5 des Motors übermittelt. Einspritzanlage bzw. Zündanlage 5 nimmt auf Basis der Motoransteuerparameter die Einspritzung bzw. Zündung vor.
Wenigstens einer der genannten Sensoren kann auch entweder im motoreinlass- und/oder im motorauslassseitigen Sammler verbaut und/oder jeweils einem Zylinder zugeordnet sein. Entsprechende Messwerte können dann miteinander verrechnet, insbesondere addiert und/oder aufintegriert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005001882 A1 [0005]
- DE 10217376 B4 [0006]
- DE 102004008150 A1 [0007, 0007]
- DE 19722333 A1 [0008]
- DE 4027947 A1 [0010]
- DE 102004053428 B4 [0011]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung und/oder Menge in einem Motor (1) mit Luft zu Abgas verbrannten Kraftstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt der Luft und des Abgases sowie der Kohlendioxidgehalt der Luft und des Abgases gemessen und aus den gemessenen Wasser- und Kohlendioxidgehalten der Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt und/oder das Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnis und/oder die Menge des Kraftstoffs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Wassergehalt des Kraftstoffs gemessen wird und der gemessene Wassergehalt in die Berechnung eingeht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) ein Verbrennungskraftmotor, insbesondere ein Verbrennungskraftmotor eines Kraftfahrzeugs, und der Kraftstoff Otto- oder Dieselkraftstoff, insbesondere synthetischer Dieselkraftstoff oder Biodieselkraftstoff, ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt durch ein kapazitives und/oder Ultraschall- und/oder Leitfähigkeits-Messverfahren, vorzugsweise mit einen Sensor (7, 7', 7'') unter Einbeziehung der Temperatur bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlendioxidgehalt durch ein spektroskopisches Verfahren, insbesondere durch Infrarotspektroskopie, vorzugsweise mit einen Sensor (8, 8') bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Wasser- und Kohlendioxidgehalte kontinuierlich, quasi- oder semi-kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Wasser- und Kohlendioxidgehalte diskontinuierlich, einmalig oder mehrmals, vorzugsweise nach dem Betanken und/oder im Stillstand und/oder bei Motorleerlauf und/oder bei betriebswarmem Motor und/oder bei jedem Fahrzyklus und/oder unter definierten Systembedingungen und/oder bei Abwesenheit von Fehlermeldungen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung zur Klassifizierung des Kraftstoffes und/oder der Bestimmung der Kraftstoffsorte und/oder der Bestimmung der Kraftstoffqualität verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifizierung des Kraftstoffes und/oder die Bestimmung der Kraftstoffsorte und/oder die Bestimmung der Kraftstoffqualität zur Bestimmung von Ansteuerungsparametern des Motors (1) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bestimmung von Ansteuerungsparametern des Motors zusätzlich der Rail- oder Einspritzdruck und/oder andere Systemparameter wie Temperatur, Druck, Volumenstrom, Massestrom oder Motordrehzahl eingehen, und wobei insbesondere der Ansteuerbeginn, die Ansteuerdauer und/oder der Verlauf der Einspritzung, ferner die Zündspannung, der Zündbeginn, die Zündhäufigkeit, das Einstellen des Raildrucks und/oder die Anzahl der Einspritzungen unterschiedlicher Typen, insbesondere von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen, berücksichtigt werden und/oder in den Ansteuerparametern enthalten sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Motorsteuergerät (2) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung und/oder Menge in einem Motor (1) mit Luft zu Abgas verbrannten Kraftstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Messung des Wassergehalts der Luft und des Abgases, Mittel zur Messung des Kohlendioxidgehalts der Luft und des Abgases sowie Mittel zur Berechnung des Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalts und/oder des Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnisses und/oder der Menge des Kraftstoffs aus den gemessenen Wasser- und Kohlendioxidgehalten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich Mittel zur Messung des Wassergehalts des Kraftstoffs aufweist und die gemessenen Wasser- und Kohlendioxidgehalte den Wassergehalt des Kraftstoffs beinhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Messung des Wassergehalts des Kraftstoffs, der Luft und des Abgases Wasser- bzw. Feuchtigkeitssensoren (7, 7', 7''), die in einem Zuluft-, einem Abgas- sowie einem Kraftstoffzuführungssystem (4, 6, 3) angeordnet sind, als Mittel zur Messung des Kohlendioxidgehalts der Luft und des Abgases CO₂-Sensoren (8, 8), die in dem Zuluft- und dem Abgassystem (4, 6) angeordnet sind, und als Mittel zur Berechnung des Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalts und/oder des Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnisses und/oder der Menge des Kraftstoffs aus den gemessenen Wasser- und Kohlendioxidgehalten ein Motorsteuergerät vorgesehen ist, und die Vorrichtung ferner Messwerteleitungen, die jeweils die Wasser- und CO₂-Sensoren mit dem Motorsteuergerät verbinden (72, 72', 72'', 82, 82'), und eine Ansteuerungsleitung (9), die das Motorsteuergerät (2) mit einer Einspritzanlage (5) verbindet, aufweist.
Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 11.