DE102008044041A1

DE102008044041A1 - Verfahren zur indirekten Messung einer eingespritzten Kraftstoffmenge

Info

Publication number: DE102008044041A1
Application number: DE200810044041
Authority: DE
Inventors: Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-05-27
Also published as: CN101738232A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge, umfassend das indirekte Messen des Kraftstoffstromes mit den Schritten Determinieren einer Hydrocarbonkonzentration in den Abgasen des Verbrennungsmotors und Umwandeln der gemessenen Hydrocarbonkonzentration in einen Kraftstoffstrombetrag.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge.
Ein direktes Messen einer minimalen Kraftstoffmenge, welche einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, insbesondere einer Kraftstoffmenge, welche in einem Verbrennungsmotor bzw. dessen Brennräumen eingespritzt wird, ist ziemlich kostenintensiv, da das Meßergebnis direkt von dem verwendeten Meßelement abhängt. Das verwendete Meßelement muß sehr genaue Messeergebnisse liefern, wodurch das Meßelement sehr teuer ist.
Üblicherweise kann eine eingespritzte Kraftstoffmenge in Verbrennungsmotoren nach dem Direkt Einspritzprinzip (DI) einen so geringen Betrag von bis zu 0,1 mg/Takt aufweisen, wodurch sich ein Kraftstoffstrom von 3,33 mg/sec für einen Vierzylinder-Viertaktmotor bei einer Motorendrehzahl von 1000 U/min ergibt.
Normalerweise kann die eingespritzte Kraftstoffmenge in einer Laborumgebung bestimmt werden, indem die eingespritzte Kraftstoffmenge in einem Behälter für eine vorgegebene Zeitdauer gesammelt wird, um dann gravimetrisch gewogen zu werden. Dieses Vorgehen ist aber bei Kraftfahrzeugen unter Betriebsbedingungen eher ungeeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine dem Verbrennungsmotor zugeführte, minimale Kraftstoffmenge mit einfachen Mitteln, auch unter Betriebsbedingungen bestimmen zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Kraftstoffstrom indirekt gemessen wird, indem eine Konzentration von Hydrocarbonen (Kohlenwasserstoffe) in den Abgasen des Verbrennungsmotors determiniert wird, und dieser Konzentrationsbetrag in den Kraftstoffstrom umgewandelt wird.
Vorteilhaft wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Lösung basierend auf einer Echtzeit Messung der Änderung der Konzentration des zugeführten, insbesondere in dem Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoffs in dem Abgas bzw. in dem verdünnten Abgas vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Vorgehen eignet sich insbesondere für den Fall, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge minimal in den Brennräumen der Zylinder verbrannt wird, was entweder unter Laborbedingungen oder unter Betriebsbedingungen der Fall ist, indem die minimale Kraftstoffmenge unter geeigneten Bedingungen, wie zum Beispiel entweder während der Kraftstoffunterbrechung oder als späte Einspritzung in den Brennraum, wenn die Abgasventile öffnen, zugeführt wird. Bevorzugter Weise wird der Kraftstoff in den bzw. die Brennräume eingespritzt, wozu ein Injektor eingesetzt wird, dessen Abschaltsignal entsprechend generiert wird.
Die indirekte Messung des Kraftstoffmassenstromes kann erfindungsgemäß also durch eine Messung der Konzentration des eingespritzten Kraftstoffs in dem Abgas determiniert werden, indem vorteilhaft eine schnelle Hydrocarbonmeßeinrichtung eingesetzt wird.
Die Hydrocarbonmeßeinrichtung kann beispielsweise unter Laborbedingungen eingesetzt werden. Vorteilhaft ist aber insbesondere, dass auch ein entsprechender Hydrocarbonsensor eingesetzt werden kann, welcher an dem Kraftfahrzeug, bevorzugt in dessen Abgasstrang angeordnet ist. Der Hydrocarbonsensor ist vorzugsweise mittels Methan kalibriert. Mittels des Hydrocarbonsensors kann so auch während des Betriebes des Kraftfahrzeuges eine On-Board Messung durchgeführt werden. Die aufgenommenen Werte, bzw. die Hydrocarbonkonzentration in dem Abgas des Verbrennungsmotors kann beispielsweise zu einer Auswerteeinheit geleitet werden.
Die Auswerteeinheit ist dabei so ausgeführt, dass diese eine Überführung des Betrages der aufgenommenen Hydrocarbonkonzentration in einen Kraftstoffstrom durchführt. Die Hydrocarbonkonzentration wird mit der Einheit ppm aufgenommen. Der eingespritzte Kraftstoffstrom weist die Einheit mg/sec auf.
Die Umsetzung der aufgenommenen Hydrcarbonkonzentration mit der Einheit ppm in den Kraftstoffstrom mit der Einheit mg/sec wird in Abhängigkeit von Variablen wie beispielsweise des Molekulargewichts des Kraftstoffs, des Molekulargewichts des Abgases, der Gesamtanzahl der Carbonmoleküle in dem Kraftstoff und des gesamten Massenstromes des Abgases durchgeführt.
Im Folgenden erhalten die o. g. Variablen folgende Formelzeichen:

1: Kraftstoffstrom [mg/sec}
2: Hydrocarbonkonzentration [ppm]
3: Molekulargewicht des Kraftstoffs
4: Molekulargewicht des Abgases
5: Gesamtanzahl der Carbonmoleküle in dem Kraftstoff
6: Gesamter Massenstrom des Abgases [mg/sec]

Angenommen wird für die Variable

3: Iso-octan: 114 kgm/kmol
4: Luft 28,8 kgm/kmol
5: Iso-octan: 8

Werden die variablen nun zueinander in Beziehung gesetzt ergibt sich Folgende Gleichung 1: 1 = 2·(1e – 06)·(3/4)·(1/5)·6oder die ausgeschriebene Gleichung 1: Kraftstoffstrom [mg/sec] = (Hydrocarbonkonzentration [ppm]·(1e – 06)·(Molekulargewicht des Kraftstoffs/Molekulargewicht des Abgases)·(1/Gesamtanzahl der Carbonmoleküle in dem Kraftstoff)·Gesamter Massenstrom des Abgases
In den folgenden Diagrammen sind eine Gegenüberstellung einer konventionellen, direkten Messung des Kraftstoffstromes (1) und eine indirekte Messung (2) gezeigt.
In 1 zeigt die linke Hochachse den direkt gemessen Kraftstoffstrom nach dem Stand der Technik in mg/sec über ein Injektor Abschaltsignal in msec. In 2 dagegen zeigt die linke Hochachse die indirekte Bestimmung des Kraftstoffstromes mittels der Gleichung 1 über dem Injektor Abschaltsignal in msec.
Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, wird mittels dem erfindungsgemäßen Vorgehen quasi das gleiche Ergebnis erreicht, wie bei der sehr komplizierten und teuren Vorgehensweise nach dem Stand der Technik, bei welchem normalerweise nur eine Messung unter Laborbedingungen möglich ist. Mit der Erfindung dagegen, kann die minimale Kraftstoffmenge auch On-board ermittelt werden

Claims

Verfahren zur Messung einer, einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge, umfassend das indirekte Messen des Kraftstoffstromes mit den Schritten Determinieren einer Hydrocarbonkonzentration in den Abgasen des Verbrennungsmotors, und Umwandeln der gemessenen Hydrocarbonkonzentration in einen Kraftstoffstrombetrag.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Hydrocarbonkonzentration in Echtzeit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrocarbonkonzentration mittels einer Hydrocarbonmeßeinrichtung gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrocarbonkonzentration mittels eines Hydrocarbonsensors gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung der gemessenen Hydrocarbonkonzentration in den Kraftstoffstrombetrag in Abhängigkeit des Molekulargewichts des Kraftstoffs, des Molekulargewichts des Abgases, der Gesamtanzahl der Carbonmoleküle in dem Kraftstoff und des gesamten Massenstromes des Abgases durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung der gemessenen Hydrocarbonkonzentration in den Kraftstoffstrombetrag nach der Gleichung: (Hydrocarbonkonzentration [ppm]·(1e – 06)·(Molekulargewicht des Kraftstoffs/Molekulargewicht des Abgases)·(1/Gesamtanzahl der Carbonmoleküle in dem Kraftstoff)·Gesamter Massenstrom des Abgases durchgeführt wird, so das Kraftstoffstrombetrag ermittelt wird.