DE102008013776A1

DE102008013776A1 - Ethanolkompensierte Kraftstoffdichte zur Berechnung von verbrauchtem Kraftstoff

Info

Publication number: DE102008013776A1
Application number: DE200810013776
Authority: DE
Inventors: Mark D. Fenton Carr; Louis A. Milford Avallone; Michael J. Waterford Svestka; Kevin J. Brighton Storch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: US20080223453A1; CN101265844A; US7526374B2; DE102008013776B4; CN101265844B

Abstract

Ein Motorsteuermodul, das einen alkoholkompensierten Wert für den Kraftstoffverbrauch ermittelt, umfasst ein Alkoholprozentmodul, das einen Alkoholprozentanteil in einem Kraftstoff ermittelt, und ein Kraftstoffmassenmodul, das eine Masse des Kraftstoffes ermittelt. Das Motorsteuermodul umfasst auch ein Kraftstoffvolumenmodul, das ein Volumen des Kraftstoffes auf der Grundlage der Masse des Kraftstoffes, einer Dichte des Kraftstoffes und des Alkoholprozentanteils berechnet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsysteme und im Spezielleren ein System und Verfahren zur Abschätzung eines Kraftstoffverbrauchs, das den Kraftstoffethanolprozentanteil kompensiert.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Vielstoff-Fahrzeuge (FFVs von flexible fuel vehicles) sind so konstruiert, dass sie mit vielen verschiedenen Kraftstoffen laufen wie zum Beispiel: Benzin, Alkohol/Benzin-Mischungen wie z. B. 85% Ethanol (E85) oder eine Kombination aus Benzin und Alkohol/Benzin-Mischungen, die einen zufälligen Kraftstoffalkoholprozentanteil mit sich bringen. Ein Motor, der mit einer Alkohol/Benzin-Mischung arbeitet, benötigt bei Stöchiometrie eine größere Menge an Kraftstoff in einem Luft/Kraftstoff(A/F)-Verhältnis im Vergleich mit Benzin. Zum Beispiel liegt das A/F-Verhältnis von E85 bei Stöchiometrie nahe 9:1, während das A/F-Verhältnis von Benzin nahe 14,5:1 liegt.
Herkömmlicherweise werden die Daten „verbrauchter Kraftstoff" und „durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit" in vielen Fahrzeugen auf einem Fahrerinformationssystem (DIC von Driver Information Center) angezeigt. Das Kraftstoffverbrauchvolumen kann durch Dividieren der Masse des verbrauchten Kraftstoffes durch seine Dichte ermittelt werden. In der Vergangenheit war es auf Grund des engen Bereiches verfügbarer möglicher Dichtewerte möglich, einen festen Kraftstoffdichtewert zu verwenden, um den Verbrauch an Kraftstoff zu berechnen. Herkömmlicherweise wurde, unabhängig von der Dichte des tatsächlich verbrauchten Kraftstoffes, eine durchschnittliche Kraftstoffdichte von ca. 735.000 mg/Liter verwendet. Die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs für FFVs auf der Grundlage einer durchschnittlichen Kraftstoffdichte von Benzin kann jedoch zu ungenauen Kraftstoffverbrauchswerten führen, da die Dichte von Ethanol um 8–10% höher ist als jene von Benzin.
Wenn ein Fahrer ein FFV auftankt, kann sich der Kraftstoffalkoholprozentanteil mit dem Hinzufügen von neuem Kraftstoff deutlich ändern. Zum Beispiel kann E85 oder Benzin in einen Kraftstofftank eingefüllt werden, der Benzin oder eine Alkohol/Benzin-Mischung enthält, was möglicherweise einen neuen Kraftstoffalkoholprozentanteil ergibt. Eine Änderung des Kraftstoffalkoholprozentanteils führt zu einer Änderung der Kraftstoffdichte. Die Verwendung einer fixen Kraftstoffdichte, die entweder für Benzin oder E85 geeignet ist, kann einen unterschätzten oder überschätzten Wert für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zur Folge haben. Zum Beispiel wird eine für E85 festgelegte Kraftstoffdichte eine überschätzte durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zur Folge haben, wenn der Motor mit Benzin mit geringerer Dichte arbeitet, und eine Kraftstoffdichte, die für Benzin festgelegt ist, wird eine unterschätzte durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zur Folge haben, wenn der Motor mit E85 mit höherer Dichte arbeitet. Überdies wird keiner der Werte genau sein, wenn die Alkohol/Benzin-Mischung irgendwo zwischen 100% Benzin und 100% E85 liegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Motorsteuermodul, das einen ethanolkompensierten Wert für den Kraftstoffverbrauch ermittelt, umfasst ein Alkoholprozentmodul, das einen Alkoholprozentanteil in einem Kraftstoff ermittelt, und ein Kraftstoffmassenmodul, das eine Masse des Kraftstoffes ermittelt. Das Motorsteuermodul umfasst auch ein Kraftstoffvolumenmodul, das ein erstes Volumen von Kraftstoff auf der Grundlage der Masse des Kraftstoffes, der Kraftstoffdichte und des Alkoholprozentanteils des Kraftstoffes berechnet.
Das Kraftstoffvolumenmodul kann auch das erste Kraftstoffvolumen zu einem zweiten Volumen von Kraftstoff addieren, das ein akkumuliertes Volumen des Kraftstoffes ist. Das Kraftstoffvolumenmodul erzeugt einen Wert für den verbrauchten Kraftstoff und einen Wert für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit für ein DIC auf der Grundlage des ersten Kraftstoffvolumens und des zweiten Kraftstoffvolumens.
Ein Verfahren zum Messen eines ersten Volumens von in einem Motor verbrauchtem Kraftstoff umfasst, dass eine Masse des von dem Motor verbrauchten Kraftstoffes ermittelt wird und der Alkoholprozentanteil im Kraftstoff ermittelt wird. Das Verfahren berechnet das erste Volumen von Kraftstoff auf der Grundlage der Kraftstoffmasse, einer Dichte des Kraftstoffes und des Alkoholprozentanteils.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur Illustrationszwecken dienen sollen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Illustrationszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem Motorsteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung, das den Kraftstoffverbrauch berechnet;
2 ist eine graphische Darstellung eines Motorsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung, das dazu dient, die Berechnung des Kraftstoffverbrauches auszuführen; und
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer verbesserten Berechnung des Kraftstoffverbrauches gemäß der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Der Einfachheit halber werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (geteilt, dediziert oder eine Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug 10 schematisch veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 kann mit Benzin und/oder einer Alkohol/Benzin-Mischung mit verschiedenen Alkoholprozentsätzen betankt werden. Der Alkohol kann Ethanol sein. Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank 14 über eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 an einen Motor 12 geliefert. Der Motor 12 umfasst mehrere Zylinder 18, die Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 empfangen, um eine Kurbelwelle 20 anzutreiben.
Ein elektronisches Drosselsteuergerät (ETC) 22 verstellt eine Drosselklappe 24, die benachbart zu einem Einlass eines Ansaugkrümmers 26 angeordnet ist, auf der Basis einer Stellung eines Gaspedals 28 und eines Drosselsteuerungsalgorithmus, der von einem Motorsteuermodul 30 ausgeführt wird. Die Position der Drosselklappe 24 stellt einen Ausgangsdrehmomentbefehl bereit.
Ein Kraftstoffsensor 32 erfasst einen Kraftstoffstand in dem Tank 14 und leitet den Kraftstoffstand an das Steuermodul 30 weiter. Luft wird durch den Ansaugkrümmer 26 an den Motor 12 geliefert. Auch kann Dampf von dem Kraftstofftank 14 gesammelt und an den Ansaugkrümmer 26 geliefert und in den Motorzylindern 18 verbrannt werden. Das Steuermodul 30 steuert den Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 und eine Zündanlage (nicht gezeigt). Das Steuermodul 30 ist auch mit einem Gaspedalsensor 34 verbunden, der eine Stellung des Gaspedals 28 erfasst und ein Signal, das die Pedalstellung angibt, an das Steuermodul 30 sendet. Weitere Sensoreingänge, die kollektiv durch die Bezugsziffer 36 bezeichnet sind und von dem Steuermodul 30 verwendet werden, umfassen ein Signal 38, das die Motordrehzahl angibt, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 40, ein Ansaugkrümmerdrucksignal 42 und ein Drosselpositionssignal 44.
Ein Katalysator 46 empfängt über einen Abgaskrümmer 48 Abgas von dem Motor 12. Ein Sauerstoffsensor 50 erfasst das Abgas in dem Krümmer 48 und liefert Signale an das Steuermodul 30, die angeben, ob das Abgas mager oder fett ist. Der Signalausgang des Sauerstoffsensors 50 wird von dem Steuermodul 30 als regelkreisartige Rückkoppelung verwendet, um die Kraftstofflieferung an den Motor 12 über die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 zu regeln.
Das Steuermodul 30 kann zum Teil die Rückkoppelung des Abgassensors 50 und den Kraftstoffalkoholprozentanteil verwenden, um ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen gewünschten Wert, üblicherweise um einen stöchiometrischen Wert herum, zu bringen. Bei der Steuerung der Kraftstofflieferung an den Motor 12 wird durch das Steuermodul 30 auf eine Vielzahl von vordefinierten Motorbetriebsbereichen Bezug genommen. Die Betriebsbereiche können zum Beispiel auf der Basis der Drehzahl, der Last des Motors 12 und/oder des Kraftstoffethanolprozentanteils definiert sein. Das Steuermodul 30 kann Steuerfunktionen ausführen, die, abhängig von dem Betriebsbereich des Fahrzeuges, der gerade aktiv ist, variieren.
Ein Fahrerinformationssystem 52 (DIC) kann durch das Steuermodul 30 periodisch mit aktualisierten Daten über den verbrauchten Kraftstoff und aktualisierten Daten über die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit versorgt werden. Mit einem geschätzten oder gemessenen Alkoholprozentanteil kann das Steuermodul 30 die Kraftstoffdichte ermitteln und aktualisierte alkoholkompensierte Werte für den verbrauchten Kraftstoff und für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit für das DIC 52 erzeugen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 sind einige Elemente des Motorsteuermoduls 30 gezeigt. Das Motorsteuermodul 30 umfasst ein Kraftstoffmassenmodul 54, das periodisch eine Masse des Kraftstoffes ermittelt, die an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 geliefert wird. Ein Alkoholprozentmodul 56 ermittelt periodisch den Alkoholprozentanteil in dem an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 16 gelieferten Kraftstoff. Das Alkoholprozentmodul 56 kann den aktuellen Alkoholprozentanteil schätzen oder ihn direkt messen. Ein Kraftstoffvolumenmodul 58 empfängt den durch das Kraftstoffmassenmodul 54 erzeugten Kraftstoffmassewert und den durch das Alkoholprozentmodul 56 erzeugten aktualisierten Alkoholprozentwert. Eine Nachschlagetabelle 60 sendet einen geschätzten Kraftstoffdichtewert auf der Grundlage des aktualisierten Kraftstoffethanolprozentanteils an das Kraftstoffvolumenmodul 58 zurück. Das Kraftstoffvolumenmodul 58 speichert den aktualisierten, geschätzten Kraftstoffdichtewert. Eine bevorzugte Ausführungsform der Nachschlagetabelle 60 verwendet die folgende Tabelle:

Ethanolprozentanteil Dichte (mg/Liter)

0 730.000

10 730.000

20 735.000

50 750.000

80 780.000
Das Kraftstoffvolumenmodul 58 berechnet ein alkoholkompensiertes Volumen des verbrauchten Kraftstoffes. Das Volumen des verbrauchten Kraftstoffes wird berechnet, indem der Kraftstoffmassewert durch den aktualisierten Kraftstoffdichtewert dividiert wird. Das Kraftstoffvolumenmodul 58 addiert das Volumen des verbrauchten Kraftstoffes zu einem akkumulierten Volumen des verbrauchten Kraftstoffes, um ein aktualisiertes akkumuliertes Volumen des verbrauchten Kraftstoffes zu berechnen. Das Kraftstoffvolumenmodul 58 speichert das aktualisierte akkumulierte Volumen des verbrauchten Kraftstoffes. Das Kraftstoffvolumenmodul 58 berechnet einen Wert für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf der Grundlage der aktualisierten Werte für das verbrauchte Volumen und das akkumulierte Volumen. Die aktualisierten Werte für den verbrauchten Kraftstoff und die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit werden an das DIC 52 übertragen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren 300 zum Berechnen eines alkoholkompensierten Volumens des verbrauchten Kraftstoffes. Das Verfahren 300 kann als ein Computerprogramm implementiert sein, das in einem Computerspeicher gespeichert ist, der einem Computer zugehörig ist. Der Computer und der Computerspeicher können in dem Motorsteuermodul 30 enthalten sein. Das Verfahren 300 kann periodisch jedes Mal ablaufen, wenn der Motor gestartet wird. In einem Beispiel läuft das Verfahren 300 alle 100 ms ab, während der Motor läuft.
Die Steuerung beginnt in dem Startblock 302 und schreitet zu dem Entscheidungsblock 304 weiter. In dem Entscheidungsblock 304 ermittelt die Steuerung, ob ein neuer Alkoholprozentwert empfangen wurde. Wenn ein neuer Alkoholprozentwert empfangen wurde, schreitet die Steuerung zu dem Block 306 weiter. Wenn kein neuer Alkoholprozentwert empfangen wurde, schreitet die Steuerung zu dem Entscheidungsblock 308 weiter.
In Block 306 verwendet die Steuerung eine Nachschlagetabelle und ermittelt einen neuen Kraftstoffdichtewert auf der Grundlage des neuen Alkoholprozentwertes und ein aktualisierter Kraftstoffdichtewert wird gespeichert. Nach dem Beenden von Block 306 schreitet die Steuerung zu dem Entscheidungsblock 308 weiter. In dem Entscheidungsblock 308 ermittelt die Steuerung, ob ein neuer Kraftstoffmassewert empfangen wurde. Wenn ein neuer Kraftstoffmassewert empfangen wurde, schreitet die Steuerung zu dem Block 310 weiter. Wenn kein neuer Kraftstoffmassewert empfangen wurde, schreitet die Steuerung zu dem Block 304 weiter.
In Block 310 berechnet die Steuerung einen Wert für das Volumen des verbrauchten Kraftstoffes durch Dividieren des neuen Kraftstoffmassewertes durch den gespeicherten Kraftstoffdichtewert. Nach dem Beenden von Block 310 schreitet die Steuerung zu dem Block 312 weiter. In Block 312 addiert die Steuerung den in dem Block 310 berechneten Wert für das Volumen des verbrauchten Kraftstoffes zu einem akkumulierten Wert für den verbrauchten Kraftstoff, um einen neuen akkumulierten Wert für den verbrauchten Kraftstoff zu ermitteln. Nach dem Beenden von Block 312 schreitet die Steuerung zu dem Block 314 weiter. In Block 314 nimmt die Steuerung den letzten Wert für das Volumen des verbrauchten Kraftstoffes von dem Block 310 und den aktualisierten akkumulierten Wert für den verbrauchten Kraftstoff und erzeugt den aktualisierten Wert für den verbrauchten Kraftstoff und einen Wert für den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch, die dann an das DIC 52 übertragen werden.

Claims

Motorsteuermodul, das umfasst: ein Alkoholprozentmodul, das einen Alkoholprozentanteil in einem Kraftstoff ermittelt; ein Kraftstoffmassenmodul, das eine Masse des Kraftstoffes ermittelt; und ein Kraftstoffvolumenmodul, das ein erstes Volumen des Kraftstoffes auf der Grundlage der Masse, des Alkoholprozentanteils und einer Dichte des Kraftstoffes berechnet.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffvolumenmodul das erste Kraftstoffvolumen zu einem zweiten Kraftstoffvolumen addiert, eine Summe aus dem ersten und dem zweiten Kraftstoffvolumen erzeugt und einen ersten aktualisierten Wert, der einen verbrauchten Kraftstoff angibt, und einen zweiten aktualisierten Wert, der eine durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit angibt, auf der Grundlage des ersten Kraftstoffvolumens und der Summe aus dem ersten und dem zweiten Kraftstoffvolumen erzeugt.
Motorsteuermodul nach Anspruch 2, wobei das Kraftstoffvolumenmodul die Werte für den verbrauchten Kraftstoff und für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit an ein Fahrerinformationssystem weiterleitet.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei der Alkohol Ethanol ist.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffmasse direkt gemessen wird.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffmasse geschätzt wird.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei der Alkoholprozentanteil direkt gemessen wird.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei der Alkoholprozentanteil geschätzt wird.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffdichte ermittelt wird, indem auf eine Nachschlagetabelle zugegriffen wird, die die Kraftstoffdichte mit dem Alkoholprozentanteil in Beziehung setzt.
Motorsteuermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Volumen des Kraftstoffes berechnet wird, indem die Masse durch die Dichte des Kraftstoffes dividiert wird.
Verfahren zum Messen eines alkoholkompensierten Volumens von in einem Motor verbrauchtem Kraftstoff, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: eine Masse des von dem Motor verbrauchten Kraftstoffes ermittelt wird; ein Alkoholprozentanteil in dem Kraftstoff ermittelt wird; und ein erstes Volumen des Kraftstoffes auf der Grundlage der Kraftstoffmasse, des Alkoholprozentanteils und einer Dichte des Kraftstoffes berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste Kraftstoffvolumen zu einem zweiten Volumen des Kraftstoffes addiert wird, das ein akkumuliertes Volumen des Kraftstoffes ist; wobei ein Wert für den verbrauchten Kraftstoff und ein Wert für die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf der Grundlage des ersten Kraftstoffvolumens und des zweiten Kraftstoffvolumens erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Alkohol Ethanol ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kraftstoffmasse direkt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kraftstoffmasse geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Kraftstoffprozentanteil geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Kraftstoffprozentanteil direkt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Berechnen eines ersten Volumens umfasst, dass die Kraftstoffmasse durch die Dichte des Kraftstoffes dividiert wird.