DE102010019036A1 - Motorsteuersystem mit einem Modul zur Ermittlung der Kraftstoffqualität - Google Patents

Motorsteuersystem mit einem Modul zur Ermittlung der Kraftstoffqualität Download PDF

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Abstract

Ein Motorsteuersystem umfasst ein Motorkalibrierungsmodul, das einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt basierend auf einem von N Cetanzahlwerten (CN-Werten) festlegt, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist. Ein Verbrennungsgeräuschmodul erzeugt ein Verbrennungsgeräuschsignal basierend auf einem Zylinderdruck in einem Motor mit Kompressionszündung (CI-Motor) während der Verbrennung. Ein Modul zur Ermittlung einer Kraftstoffqualität vergleicht das Verbrennungsgeräuschsignal mit N vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus, die den N CN-Werten entsprechen, und es wählt den einen der N CN-Werte basierend auf dem Vergleich aus.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft die Detektion und Steuerung von Motorkraftstoff und insbesondere Motorkraftstoff-Detektionssysteme und -verfahren sowie Motorsteuersysteme für Motoren mit Kompressionszündung (CI-Motoren).
  • HINTERGRUND
  • Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
  • Motoren mit Kompressionszündung (CI-Motoren) umfassen Dieselmotoren und Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren). In CI-Motoren verdichtet ein Kolben ein Luft/Kraftstoffgemisch (L/K-Gemisch) in einem Zylinder, um das L/K-Gemisch zu verbrennen. Typischerweise wird eine konstante Luftmenge in einen CI-Motor eingeleitet (im Gegensatz zu einem gedrosselten Lufteinlass bei einem Motor mit Funkenzündung). Mit andere Worten wird das L/K-Gemisch in einem CI-Motor (und daher die Ausgangsleistung) durch die Kraftstoffmenge gesteuert, die eingespritzt wird.
  • Zusätzlich zu einem anderen Verbrennungsprozess verwenden CI-Motorsysteme auch andere Typen von Kraftstoff. Eine Cetanzahl (CN) ist ein Maß der Zündungs- oder Verbrennungsqualität eines CI-Kraftstoffs während der Kompressionszündung. Insbesondere beeinflusst die CN eine Zündungsverzögerung des CI-Kraftstoffs. Die Zündungsverzögerung ist als die Zeitdauer zwischen dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung in einen CI-Motor und dem Beginn der Verbrennung des L/K-Gemischs in dem CI-Motor definiert. CI-Kraftstoffe mit höheren CNs neigen dazu, kürzere Zündungsverzögerungen (und daher weniger Zeit zum Bilden des L/K-Gemischs) als CI-Kraftstoffe mit niedrigeren CNs aufzuweisen.
  • CI-Kraftstoff kann mit einem weiten Bereich von CNs angetroffen werden. Beispielsweise fordern unterschiedliche Länder unterschiedliche minimale CNs. Die CI-Kraftstoffqualität bei verschiedenen Tankstellen kann ebenso schwanken. Das Betreiben eines CI-Motors mit CI-Kraftstoff mit einer anderen CN als derjenigen, für die er kalibriert ist, kann beispielsweise die Verbrennungseffizienz, den Abgasdruck, den Ladedruck, die Abgasrückführung (AGR), das L/K-Verhältnis, die Emissionen und/oder Geräusch/Vibration/Rauheit (NVH) nachteilig beeinflussen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Motorsteuersystem umfasst ein Motorkalibrierungsmodul, ein Verbrennungsgeräuschmodul und ein Modul zur Ermittlung einer Kraftstoffqualität. Das Motorkalibrierungsmodul legt einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt basierend auf einem von N Cetanzahlwerten (CN-Werten) fest, wobei N eine ganze Zahl größer als Eins ist. Das Verbrennungsgeräuschmodul erzeugt ein Verbrennungsgeräuschsignal basierend auf einem Zylinderdruck in einem Motor mit Kompressionszündung (CI-Motor) während der Verbrennung. Das Modul zur Ermittlung der Kraftstoffqualität vergleicht das Verbrennungsgeräuschsignal mit N vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus, die den N CN-Werten entsprechen, und es wählt den einen der N CN-Werte basierend auf dem Vergleich aus.
  • Ein Verfahren umfasst, dass ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt basierend auf einem von N Cetanzahlwerten (CN-Werten) festgelegt wird, wobei N eine ganze Zahl größer als Eins ist, dass ein Verbrennungsgeräuschsignal basierend auf einem Zylinderdruck in einem Motor mit Kompressionszündung (CI-Motor) während der Verbrennung erzeugt wird, dass das Verbrennungsgeräuschsignal mit N vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus verglichen wird, die den N CN-Werten entsprechen, und dass der eine der N CN-Werte basierend auf dem Vergleich ausgewählt wird.
  • Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
  • 1 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsystems mit Kompressionszündung (CI-Motorsystems) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte darstellt, die durch das Motorsteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden;
  • 4A und 4B Graphiken sind, die eine Wärmefreigaberate als eine Funktion eines Kurbelwinkelgrades nach dem oberen Totpunkt (nach TDC) sowohl mit einer Piloteinspritzung als auch ohne diese für drei CI-Kraftstoffe mit unterschiedlichen Cetanzahlen (CNs) gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen;
  • 5 eine Graphik ist, die ein Verbrennungsgeräusch als eine Funktion einer variierten CN für sechs unterschiedliche Pilotmengen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 6 eine Graphik ist, die eine Spitzen-Wärmefreigaberate als eine Funktion eines Verbrennungsgeräuschs für drei CI-Kraftstoffe mit unterschiedlichen CNs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 7 eine Graphik ist, die eine maximale Druckanstiegsrate als eine Funktion eines Verbrennungsgeräuschs für drei CI-Kraftstoffe mit unterschiedlichen CNs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 8A–8D Graphiken sind, die ein Verbrennungsgeräusch als eine Funktion der CN für vier unterschiedliche Pilotzeitpunkte gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen, wobei jede Graphik eine andere Pilotmenge repräsentiert; und
  • 9 eine Graphik ist, die eine Wärmefreigaberate als eine Funktion eines Kurbelwinkelgrades nach TDC für vier unterschiedliche Pilotzeitpunkte gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Motorsystem 100 mit Kompressionszündung (CI-Motorsystem) gezeigt. Ein CI-Motor 102 verbrennt ein Luft/Kraftstoffgemisch (L/K-Gemisch), um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das CI-Motorsystem 100 umfasst ferner einen Einlass 104, einen Einlasskrümmer 106, ein Kraftstoffsystem 108, einen Auslasskrümmer 110, einen Auslass 112, eine Abgasrückführungsleitung (AGR-Leitung) 114, ein AGR-Ventil 116 und ein Motorsteuermodul 118. Der CI-Motor 102 weist Zylinder 120, Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122, Einlassventile 124, Auslassventile 126 und Sensoren 128 auf.
  • Luft wird durch den Einlass 104 in den Einlasskrümmer 106 eingeleitet. Die Luft in dem Einlasskrümmer 106 wird in die Zylinder 120 verteilt. Obwohl 1 sechs Zylinder darstellt, sollte man einsehen, dass der CI-Motor 102 zusätzliche oder weniger Zylinder aufweisen kann. Beispielsweise werden Motoren mit 3, 4, 5, 8, 10, 12 und 16 Zylindern ebenso in Erwägung gezogen.
  • Das Kraftstoffsystem 108 umfasst eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt), um Kraftstoff unter Druck zu setzen, und eine Kraftstoffleiste (nicht gezeigt), um Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 zu liefern. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 werden betrieben, indem eine Aktivierungszeit befohlen wird. Lediglich beispielhaft kann der Betrag einer Kraftstoffeinspritzung auf einem Kraftstoffleistendruck, der Aktivierungszeit und/oder der Konstruktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung basieren. Lediglich beispielhaft kann der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf einer Position von Kolben (nicht gezeigt) in den Zylindern 120 basieren (d. h. auf einem Kurbelwinkel), wenn die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 zu arbeiten beginnen.
  • Das Motorsteuermodul 118 steht mit Komponenten des CI-Motorsystems 100 in Verbindung, wie beispielsweise dem CI-Motor 102, dem Kraftstoffsystem 108 und zugeordneten Sensoren, wie sie hierin beschrieben werden. Das Motorsteuermodul 118 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 elektronisch, um Kraftstoff in die Zylinder 120 einzuspritzen. Die Einlassventile 124 öffnen und schließen selektiv, um zu ermöglichen, dass Luft in die Zylinder 120 eintritt. Eine Nockenwelle (nicht gezeigt) regelt die Einlassventilpositionen. Die Kolben verdichten das Luft/Kraftstoffgemisch in den Zylindern 120, um die Verbrennung zu bewirken.
  • Die Sensoren 128 sind derart angeordnet, dass Verbrennungsgeräuschsignale erzeugt werden können. Beispielsweise können die Sensoren 128 Zylinderdrucksensoren und/oder Zylindertemperatursensoren sein. Darüber hinaus können die Sensoren 128 Beschleunigungsmesser (d. h. Klopfsensoren) sein, die in den Motorblock 102, einem Zylinderkopf 120 oder dem Einlasskrümmer 106 angeordnet sind.
  • Die Verbrennungsgeräuschsignale können durch das Motorsteuermodul 118 zur Messung und Diagnose einer Kraftstoffzündungsqualität verwendet werden (z. B. zur CN-Messung und -Diagnose). Die Sensoren 128 können Verbrennungsgeräuschsignale über einen Motorzyklus erzeugen. Darüber hinaus können die Verbrennungsgeräuschsignale über einen speziellen Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt (nach TDC) erzeugt werden. Der obere Totpunkt ist die Position der Kolben, an der sie am weitesten von der Kurbelwelle entfernt sind.
  • Die Kolben treiben eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Verbrennungsabgas in den Zylindern 120 wird durch den Auslasskrümmer 110 und den Auslass 112 herausgedrängt, wenn sich zumindest eines der Auslassventile 126 in einer offenen Position befindet. Eine Nockenwelle (nicht gezeigt) regelt die Auslassventilpositionen.
  • Die AGR-Leitung 114 und das AGR-Ventil 116 können Abgas in den Einlasskrümmer 106 einleiten. Das AGR-Ventil 116 ist an dem Einlasskrümmer 106 angebracht, und die AGR-Leitung 114 erstreckt sich von dem Auslasskrümmer 110 bis zu dem AGR-Ventil 116. Die AGR-Leitung 114 überträgt Abgas von dem Auslasskrümmer 110 zu dem AGR-Ventil 116. Das Motorsteuermodul 118 steuert eine Position des AGR-Ventils 116 elektronisch.
  • Nun auf 2 Bezug nehmend, ist das Motorsteuermodul 118 gezeigt. Das Motorsteuermodul 118 umfasst ein Modul 202 zur Ermittlung einer Kraftstoffqualität, ein Kalibrierungsmodul 204 und ein Verbrennungsgeräuschmodul 206. Das Verbrennungsgeräuschmodul 206 kann ferner eine Nachschlagetabelle 208 umfassen, die vorbestimmte (z. B. erwartete) Verbrennungsgeräuschniveaus für Kraftstoffe mit verschiedener Zündungsqualität und für verschiedene Verbrennungseinstellungen umfasst.
  • Das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität empfängt ein Kraftstoffnachfüllsignal von einem Kraftstoffniveausensor (nicht gezeigt), der in einem Kraftstofftank angeordnet ist (nicht gezeigt). Das Kraftstoffnachfüllsignal gibt an, ob der Kraftstofftank mit neuem Kraftstoff nachgefüllt wurde. Wenn das Kraftstoffnachfüllsignal angibt, dass der Kraftstofftank mit neuem Kraftstoff nachgefüllt wurde, startet das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität einen Prozess zum Detektieren der Zündungsqualität des Kraftstoffs.
  • Das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität wählt basierend auf einer Motorlast eine Verbrennungseinstellung von dem Kalibrierungsmodul 204 aus. Die Verbrennungseinstellungen basieren auf vorbestimmten optimalen Einstellungen, die einer speziellen Kraftstoffzündungsqualität entsprechen. Beispielsweise können die optimalen Einstellungen ein Kurbelwinkelfenster, eine Motordrehzahl, einen Kraftstoffleistendruck, eine Piloteinspritzungsmenge (d. h. den Betrag einer Kraftstoffeinspritzung) und einen Piloteinspritzungszeitpunkt (d. h. den Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung) umfassen.
  • Es kann beispielsweise drei unterschiedliche Verbrennungsmodi geben, die in dem Kalibrierungsmodul 204 gespeichert sind, wobei jeder unterschiedliche Verbrennungseinstellungen für Kraftstoffe mit unterschiedlicher CN aufweist. Mit anderen Worten können die Verbrennungsmodi von Lasten des CI-Motors 102 (d. h. der Motorlast) abhängen. Die Verbrennungsmodi können beispielsweise einen frühen Haupteinspritzungszeitpunkt für eine leichte Last, einen späten Haupteinspritzungszeitpunkt für eine mittlere Last (d. h. einen herkömmlichen Modus) und einen späten Haupteinspritzungszeitpunkt mit Nacheinspritzung für eine hohe Last aufweisen. Es jedoch nicht notwendig, das CI-Motorsystem 100 unter Verwendung von jeder der unterschiedlichen Verbrennungseinstellungen zu betreiben, um die Kraftstoffzündungsqualität zu ermitteln. Mit anderen Worten kann eine beliebige der unterschiedlichen Verbrennungseinstellungen ausgewählt werden.
  • Nachdem die Verbrennungseinstellung ausgewählt ist, betreibt das Motorsteuermodul 118 das CI-Motorsystem 100 für zumindest einen Zyklus.
  • Während des Betriebs empfängt das Verbrennungsgeräuschmodul 206 Zylinderdruckdaten (z. B. eine Zylinderdruckkurve). Das Verbrennungsgeräuschmodul 206 kann beispielsweise die Zylinderdruckdaten von den Drucksensoren 128 in dem Zylinder 120 empfangen. Das Verbrennungsgeräuschmodul 206 kann auch andere Verbrennungsgeräuschmetriken empfangen, wie beispielsweise eine Zylindertemperatur, ein Motorklopfen und eine Klingelintensität. Das Verbrennungsgeräuschmodul 206 erzeugt ein Verbrennungsgeräuschniveau basierend auf den Zylinderdruckdaten und/oder anderen Verbrennungsgeräuschmetriken.
  • Bei einer Implementierung kann das Verbrennungsgeräuschmodul 206 das Verbrennungsgeräuschniveau entweder durch eine digitale oder eine analoge Verarbeitung von Zylinderdrucksignalen ermitteln. Beispielsweise kann eine Filterung mit schneller Fouriertransformation (FFT), eine Vereinheitlichungsfilterung (U-Filterung), eine Analogfilterung (A-Filterung) oder eine Leistungsberechnung mit quadratischem Mittelwert (RMS) verwendet werden, um die Druckkurven zu messen.
  • Bei einer anderen Implementierung kann das Verbrennungsgeräuschmodul 206 das Verbrennungsgeräuschniveau unter Verwendung einer Klingelintensität (RI) ermitteln. Die RI wird anhand einer Wellengleichung abgeleitet und umfasst verschiedene Verbrennungsparameter, wie unten gezeigt ist:
    Figure 00100001
    wobei γ eine spezifische Gaskonstante repräsentiert. β repräsentiert einen Korrekturkoeffizienten für unterschiedliche Verbrennungssysteme.
  • (dP/dt)max repräsentiert die maximale Druckanstiegsrate. Pmax repräsentiert den maximalen Druck. R repräsentiert eine Gaskonstante. Tmax repräsentiert die maximale Gastemperatur.
  • Die Klingelintensität (RI) kann verwendet werden, um das Verbrennungsgeräuschniveau zu ermitteln. Beispielsweise enthält die RI die maximale Druckanstiegsrate in dem Zähler, die verwendet werden kann, um das Verbrennungsgeräuschniveau zu erzeugen. Die obige RI-Messung verwendet jedoch dimensionsgerechte Verbrennungsparameter (d. h. dP/dt), was aufgrund von Problemen mit der Verstärkung oder der Vorspannung des Drucksensors (d. h. aufgrund von ungenauen Messungen) problematisch sein könnte. Daher wird eine neue, modifizierte RI für eine Echtzeitmessung des Verbrennungsgeräuschniveaus verwendet, indem hauptsächlich nicht dimensionsgerechte Parameter eingesetzt werden, wie unten gezeigt ist:
    Figure 00110001
    wobei γ die spezifische Gaskonstante repräsentiert. β1 repräsentiert einen Korrekturkoeffizienten für unterschiedliche Verbrennungssysteme. PRDRmax repräsentiert eine dimensionslose Druckverhältnis-Differenzrate, die der Wärmefreigaberate entspricht. FPR repräsentiert ein endgültiges Druckverhältnis, welches ein Druckverhältnis bei einem Kurbelwinkel nach Abschluss der Wärmefreigabe ist (d. h. 65° oder 90° nach TDC in Abhängigkeit von dem Verbrennungsmodus). MAT repräsentiert eine Krümmerlufttemperatur; tatsächlich repräsentiert MAT jedoch eine Krümmertemperatur eines Luft- und AGR-Gemischs, wenn eine AGR verwendet wird, da das Abgas in den Einlasskrümmer zurückgeleitet wird. MAT ist der einzige dimensionsgerechte Parameter in der modifizierten RI und kann gemessen werden. MAT ist typischerweise ein existierender gemessener oder bekannter Parameter in Standard-Motorsteuersystemen.
  • Bei einer noch anderen Implementierung kann das Verbrennungsgeräuschmodul 206 das Verbrennungsgeräuschniveau ermitteln, indem ein Zylinderklopfen unter Verwendung eines piezoelektrischen Beschleunigungsmessers (d. h. eines Klopfsensors oder KS) gemessen wird. Ein Klopfen ist ein Ausdruck für Vibrationen bei hoher Frequenz, die durch die Verbrennung verursacht werden. Das Klopfen kann dem Verbrennungsgeräuschniveau ungefähr äquivalent sein. Darüber hinaus fallen die Vibrationen bei hoher Frequenz sowohl mit der Spitzen-Wärmefreigaberate und der maximalen Druckanstiegsrate zusammen, von denen beide verwendet werden können, um das Verbrennungsgeräuschniveau zu ermitteln. Typischerweise wird das Klopfen gemessen und minimiert, um das Motorgeräusch (eines der Hauptprobleme bei CI-Motoren) zu verringern. Hier kann das Klopfen verwendet werden, um die Zündungsqualität von Kraftstoff zu ermitteln.
  • Das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität empfängt das Verbrennungsgeräuschniveau von dem Verbrennungsgeräuschmodul 206. Das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität vergleicht das Verbrennungsgeräuschniveau mit einem von den vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus. Die vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus können der ausgewählten Verbrennungseinstellung von dem Kalibrierungsmodul 204 und/oder aus der Nachschlagetabelle 208 entsprechen.
  • Wenn die Differenz zwischen dem Verbrennungsgeräuschniveau und dem erwarteten Verbrennungsgeräuschniveau kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität ermitteln, dass die Kraftstoffzündungsqualität (CN) dieselbe ist wie die Zündungsqualität, die der ausgewählten Verbrennungseinstellung entspricht. Mit anderen Worten wird das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität damit fortfahren, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 unter Verwendung der ausgewählten Verbrennungseinstellung zu betreiben.
  • Wenn die Differenz zwischen dem Verbrennungsgeräuschniveau und dem erwarteten Verbrennungsgeräuschniveau jedoch größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität das Verbrennungsgeräuschniveau mit einem neuen (d. h. anderen) vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveau vergleichen, das einem Kraftstoff mit anderer Qualität entspricht. Mit anderen Worten wird die Kraftstoffzündungsqualität dann, wenn das Verbrennungsgeräuschniveau höher als das neue vorbestimmte Verbrennungsgeräuschniveau ist, geringer als erwartet sein. Wenn das Verbrennungsgeräuschniveau umgekehrt kleiner als das neue vorbestimmte Verbrennungsgeräuschniveau ist, dann ist die Kraftstoffzündungsqualität höher als erwartet. Folglich kann das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität damit fortfahren, das Verbrennungsgeräuschniveau mit vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus zu vergleichen, bis eine Differenz kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Das Modul 202 zur Ermittlung der Kraftstoffqualität kann die vorbestimmte Kraftstoffzündungsqualität ausgeben, sobald der Prozess abgeschlossen ist.
  • Zusätzlich kann das Kalibrierungsmodul 204 den Haupteinspritzungszeitpunkt basierend auf der ermittelten Kraftstoffzündungsqualität anpassen. Das Motorsteuermodul 118 wird jedoch zuerst überprüfen, ob das AGR-System (nicht gezeigt) und die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 korrekt funktionieren. Wenn entweder das AGR-System oder die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 122 nicht funktionieren, kann die Messung des Verbrennungsgeräuschniveaus ungenau sein. Wenn jedoch beide korrekt funktionieren, wird das Kalibrierungsmodul 204 die Verbrennungseinstellung basierend auf der Kraftstoffzündungsqualität anpassen.
  • Wenn die ermittelte Kraftstoffzündungsqualität geringer ist als ursprünglich erwartet, wird der Haupteinspritzungszeitpunkt durch das Kalibrierungsmodul 204 nach früh verstellt (d. h. die Zielwerte der Verbrennungsphaseneinstellung werden nach früh verstellt oder verringert). Wenn die ermittelte Kraftstoffzündungsqualität umgekehrt höher ist als ursprünglich erwartet, wird der Haupteinspritzungszeitpunkt durch das Kalibrierungsmodul 204 nach spät verstellt (d. h. die Zielwerte der Verbrennungsphaseneinstellung werden nach spät verstellt oder erhöht).
  • Nun auf 3 Bezug nehmend, beginnt ein Flussdiagramm, das Schritte zeigt, die durch das Motorsteuermodul 118 ausgeführt werden, bei Schritt 302. Bei Schritt 304 ermittelt das Motorsteuermodul 118, ob ein Kraftstoffnachfüllereignis aufgetreten ist. Wenn nein, schreitet die Steuerung zu Schritt 306 voran. Wenn ja, schreitet die Steuerung zu Schritt 308 voran.
  • Bei Schritt 306 fährt das Motorsteuermodul 118 damit fort, das CI-Motorsystem 100 mit der ausgewählten Verbrennungseinstellung zu betreiben, da sich die Kraftstoffzündungsqualität nicht geändert hat. Die Kraftstoffqualität kann sich nicht geändert haben, da kein Kraftstoffnachfüllereignis aufgetreten ist oder der Kraftstoff mit derselben Zündungsqualität verwendet wurde, um den Kraftstofftank nachzufüllen.
  • Bei Schritt 308 wählt das Motorsteuermodul 118 einen Verbrennungsmodus und eine Verbrennungseinstellung von dem Kalibrierungsmodul 204 aus. Bei Schritt 310 betreibt das Motorsteuermodul 118 das CI-Motorsystem 100 für zumindest einen Motorzyklus unter Verwendung der ausgewählten Verbrennungseinstellung. Bei Schritt 312 ermittelt das Motorsteuermodul 118 das Verbrennungsgeräuschniveau basierend auf dem Zylinderdruck und/oder anderen Verbrennungsgeräuschmetriken.
  • Bei Schritt 314 ermittelt das Motorsteuermodul 118, ob die Differenz zwischen dem Verbrennungsgeräuschniveau und dem erwarteten Verbrennungsgeräuschniveau einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Wenn nein, schreitet die Steuerung zu Schritt 306 voran. Wenn ja, schreitet die Steuerung zu Schritt 316 voran. Bei Schritt 316 ermittelt das Motorsteuermodul 118, ob die Differenz größer als oder gleich Null ist. Wenn ja, schreitet die Steuerung zu Schritt 318 voran. Wenn nein, schreitet die Steuerung zu Schritt 320 voran.
  • Bei Schritt 318 wählt das Motorsteuermodul 118 ein geringeres vorbestimmtes Verbrennungsgeräuschniveau aus, das einem Kraftstoff mit höherer Zündungsqualität entspricht, und die Steuerung kehrt zu Schritt 314 zurück. Bei Schritt 320 wählt das Motorsteuermodul 118 ein höheres vorbestimmtes Verbrennungsgeräuschniveau aus, das einem Kraftstoff mit geringerer Zündungsqualität entspricht, und die Steuerung kehrt zu Schritt 314 zurück.
  • Bei Schritt 322 ermittelt das Motorsteuermodul 118, ob das AGR-System und die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen korrekt funktionieren. Wenn nein, endet der Prozess, da die Messungen ungenau sein können. Wenn ja, schreitet die Steuerung zu Schritt 324 voran. Bei Schritt 324 passt das Motorsteuermodul 118 den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und/oder der Hauptzündung basierend auf der ermittelten Kraftstoffzündungsqualität an, und die Steuerung endet bei Schritt 326.
  • Nun auf 4A und 4B Bezug nehmend, sind tatsächliche Testdaten, die Beziehungen zwischen der Wärmefreigaberate und dem Kurbelwinkelgrad nach dem oberen Totpunkt (nach TDC) darstellen, sowohl mit der Verwendung einer Piloteinspritzung als auch ohne diese für Kraftstoffe mit drei verschiedenen Cetanzahlen (CN) gezeigt. Die Verwendung einer Piloteinspritzung verstärkt die Auswirkung der Kraftstoffzündungsqualität auf den Verbrennungsprozess (d. h. die Spitzen-Wärmefreigaberaten), wie man in 4B sehen kann. Mit anderen Worten startet ein Kraftstoff mit höherer Zündungsqualität die Verbrennung früher und schneller während einer Pilotverbrennung als Kraftstoff mit einer geringeren Zündungsqualität. Dies führt dazu, dass mehr Kraftstoff während der Pilotverbrennung verbrannt wird und dass weniger Kraftstoff während der Hauptverbrennung verbrannt wird, was zu einer geringeren Spitzen-Wärmefreigaberate führt.
  • Die Verwendung einer Piloteinspritzung verschiebt auch den Beginn der Hauptverbrennung nach früh, was zu mehr Kühlungsverlust und wiederum zu einer geringeren Wärmefreigabe führt. Daher gibt es klarere Unterschiede in den Spitzen-Wärmefreigaberaten zwischen Kraftstoffen mit unterschiedlicher Zündungsqualität, welche das Verbrennungsgeräuschniveau betreffen. Mit anderen Worten erleichtern die klareren Unterschiede das Messen des Verbrennungsgeräuschniveaus.
  • Daher wird eine größere Pilotmenge für einen frühen Haupteinspritzungszeitpunkt und eine kleinere Menge für einen späten Haupteinspritzungszeitpunkt bevorzugt. Darüber hinaus bevorzugt ein nach früh verstellter Haupteinspritzungszeitpunkt größere Beträge von Pilotmengen (bis zu einer bestimmten oberen Grenze), um die Auflösungen des Verbrennungsgeräuschs für Kraftstoffe mit unterschiedlicher Zündungsqualität zu verbessern.
  • Nun auf 5 Bezug nehmend, sind tatsächliche Testdaten, die eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsgeräusch und der Kraftstoffzündungsqualität darstellen, für sechs verschiedene Piloteinspritzungsmengen gezeigt. Das Verbrennungsgeräusch zeigt eine nahezu lineare Beziehung mit der Kraftstoffzündungsqualität, wenn eine Piloteinspritzung verwendet wird. Wenn jedoch keine Piloteinspritzung verwendet wird, weicht die Beziehung ab und zeigt keine signifikanten Unterschiede zwischen den Kraftstoffen mit unterschiedlicher Zündungsqualität, insbesondere bei Kraftstoffen mit höherer Zündungsqualität. Dies zeigt daher ferner die Vorteile der Verwendung einer Piloteinspritzung, um die Ermittlung der Kraftstoffzündungsqualität (CN) zu verbessern.
  • Nun auf 6 und 7 Bezug nehmend, sind tatsächliche Testdaten, die Beziehungen zwischen der Spitzen-Wärmefreigaberate und dem Verbrennungsgeräusch sowie zwischen der maximalen Druckanstiegsrate und dem Verbrennungsgeräusch darstellen, für Kraftstoffe mit drei verschiedenen CNs gezeigt. Das Verbrennungsgeräusch weist eine lineare Beziehung sowohl mit der Spitzen-Wärmefreigaberate als auch mit der maximalen Druckanstiegsrate auf. Zusätzlich weist die Kraftstoffzündungsqualität eine inverse lineare Beziehung mit dem Verbrennungsgeräusch, der Spitzen-Wärmefreigaberate und der maximalen Druckanstiegsrate auf. Daher kann die Verwendung eines beliebigen dieser Verbrennungsgeräuschsignale eingesetzt werden, um die Kraftstoffzündungsqualität zu ermitteln.
  • Nun auf 8A–8D und 9 Bezug nehmend, sind tatsächliche Messdaten, die Beziehungen zwischen dem Verbrennungsgeräusch und der Kraftstoffzündungsqualität darstellen, für verschiedene Pilotseparierungszeiten und verschiedene Pilotmengen gezeigt. Das Verbrennungsgeräusch zeigt für alle Pilotmengen eine lineare Beziehung mit der Kraftstoffzündungsqualität. Mit anderen Worten ist das Verbrennungsgeräusch für alle Piloteinspritzungszeiten und für den Kraftstoff mit derselben Zündungsqualität aufgrund der nahezu gleichen Spitzen-Wärmefreigaberaten ungefähr gleich. Dies liegt daran, dass die Hauptverbrennung beginnt, nachdem die Pilotverbrennung einer kleinen Pilotmenge abgeschlossen ist, die nicht viel zu einer Bildung des Drehmoments beiträgt. Mit anderen Worten wird der Beginn der Hauptverbrennung durch die Pilotverbrennung nur leicht beeinflusst, der Rest der Hauptverbrennung wird aber nicht merklich beeinflusst.
  • Nun auf 9 Bezug nehmend, beginnt die Haupteinspritzung in dem Fall einer Pilotseparierungszeit von 900 μs zu früh nach der Piloteinspritzung, und die Pilotverbrennung kann nicht abgeschlossen werden, was bewirkt, dass mehr Kraftstoff während der Hauptverbrennung verbrannt wird. Diese Beobachtung gilt jedoch nicht für alle Betriebsbedingungen. Mit anderen Worten würde ein nach spät verstellter Haupteinspritzungszeitpunkt eine größere Auswirkung auf die Pilotseparierungszeit haben, als er auf das Verbrennungsgeräusch haben würde.
  • Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims (10)

  1. Motorsteuersystem, das umfasst: ein Motorkalibrierungsmodul, das einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt basierend auf einem von N Cetanzahlwerten (CN-Werten) festlegt, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist; ein Verbrennungsgeräuschmodul, das ein Verbrennungsgeräuschsignal basierend auf einem Zylinderdruck in einem Motor mit Kompressionszündung (CI-Motor) während der Verbrennung erzeugt; und ein Modul zur Ermittlung einer Kraftstoffqualität, welches das Verbrennungsgeräuschsignal mit N vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus vergleicht, die den N CN-Werten entsprechen, und das den einen der N CN-Werte basierend auf dem Vergleich auswählt.
  2. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Modul zur Ermittlung der Kraftstoffqualität den einen der N CN-Werte auswählt, wenn ein Kraftstofftank mit dem Kraftstoff nachgefüllt wird.
  3. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei eine Pilotmenge des Kraftstoffs in den Zylinder eingespritzt wird, bevor das Verbrennungsgeräuschmodul das Verbrennungsgeräuschniveau erzeugt.
  4. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsgeräuschsignal auf einem Druck basiert, der durch einen Drucksensor in dem Zylinder erzeugt wird.
  5. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsgeräuschsignal auf einer Temperatur basiert, die durch einen Temperatursensor in dem Zylinder erzeugt wird.
  6. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsgeräuschsignal auf einer Motorklopfintensität basiert, die durch einen Klopfsensor in dem Motor erzeugt wird.
  7. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsgeräuschsignal auf einer Klingelintensität (RI) des Zylinders basiert.
  8. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Vergleich auf absoluten Werten von Differenzen zwischen dem Verbrennungsgeräuschsignal und den N vorbestimmten Verbrennungsgeräuschniveaus basiert.
  9. Motorsteuersystem nach Anspruch 8, wobei das Modul zur Ermittlung der Kraftstoffqualität den einen der N CN-Werte auswählt, wenn der Vergleich kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert oder diesem gleich ist.
  10. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Motorkalibrierungsmodul den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt basierend auf einem Zustand eines Abgasrückführungssystems (AGR-Systems) und einem Zustand von mehreren Kraftstoffeinspritzeinrichtungen festlegt.
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