DE102010021224B4 - Verbrennungssteuersystem für ein Fahrzeug zur Bestimmung des Ethanolgehalts - Google Patents

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Abstract

Verbrennungssteuersystem (280) für ein Fahrzeug, umfassend:
ein Wärmefreisetzmodul (302), das Zylinderdruckverhältnisse auf Grundlage von Zylinderdrücken als Dividend, die durch einen Zylinderdrucksensor (260) während eines Motortakts gemessen werden, und motorischer Zylinderdrücke als Divisor bestimmt, das einen entsprechenden Wärmefreisetzwert für jeden der Zylinderdruckverhältnisse bestimmt, und ein Wärmefreisetzprofil auf Grundlage der Wärmefreisetzwerte bestimmt;
ein Positionsbestimmungsmodul (301), das einen Kurbelwellenwinkel, bei dem ein vorbestimmter Prozentsatz eines Kraftstoffs in einem Zylinder (112) eines Motors (102) während eines Motortakts verbrannt wurde, auf Grundlage des Wärmefreisetzprofils bestimmt; und
ein Ethanolbestimmungsmodul (306), das einen Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des Kurbelwellenwinkels bestimmt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verbrennungssteuersystem für ein Fahrzeug zur Bestimmung des Ethanolgehalts.
  • Aus der FR 2 915 518 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Ethanolanteils in einem Kraftstoff bekannt geworden, bei dem die Dauer zwischen dem Anfang und dem Ende der Verbrennung bestimmt wird, woraus anhand eines Diagramms der Ethanolanteil ermittelt werden kann.
  • HINTERGRUND
  • Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines Motorsystems 100 dargestellt. Luft wird in einen Motor 102 durch einen Einlasskrümmer 104 gezogen. Ein Drosselventil 106 steuert eine Luftströmung in den Motor 102. Ein Drosselaktuatormodul 108 steuert das Drosselventil 106 und daher die Luftströmung in den Motor 102. Das Drosselaktuatormodul 108 kann beispielsweise einen elektronischen Drosselcontroller (ETC) aufweisen. Die Luft mischt sich mit Kraftstoff von einer oder mehreren Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 110, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Ein Kraftstoffaktuatormodul 111 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 110.
  • Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in einem oder mehreren Zylindern 112 des Motors 102 verbrannt. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches kann beispielsweise durch Einspritzen des Kraftstoffs oder durch eine Zündkerze 114 bereitgestellten Zündfunken ausgelöst werden. Bei Systemen mit fremdgezündetem Motor steuert das Funkenaktuatormodul 116 den durch die Zündkerze 114 bereitgestellten Zündfunken.
  • Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Drehmoment und Abgas. Genauer wird das Drehmoment über Wärmefreisetzung und Expansion während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern erzeugt. Das Drehmoment wird durch eine Kurbelwelle 118 des Motors 102 durch einen Antriebsstrang (nicht gezeigt) an eines oder mehrere Räder übertragen, um ein Fahrzeug anzutreiben. Das Abgas wird von den Zylindern an ein Abgassystem 120 ausgestoßen.
  • Ein Motorsteuermodul (ECM) 130 steuert den Drehmomentausgang des Motors 102. Beispielsweise steuert das ECM 130 den Drehmomentausgang des Motors 102 auf Grundlage von Fahrereingaben und/oder anderen Eingaben. Ein Fahrereingabenmodul 132 liefert die Fahrereingaben an das ECM 130. Die Fahrereingaben können beispielsweise eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition, Tempomateingaben und/oder andere geeignete Fahrereingaben aufweisen. Die anderen Eingaben können beispielsweise Eingaben von verschiedenen Sensoren und/oder Eingaben von anderen Controllern (nicht gezeigt) aufweisen, wie einem Getriebesteuermodul, einem Hybridsteuermodul sowie einem Fahrgestellsteuermodul.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verbrennungssteuersystem für ein Fahrzeug umfasst die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
  • Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verbrennungssteuersystem ferner ein Verbrennungssteuermodul. Das Verbrennungssteuermodul stellt eine Masse des eingespritzten Kraftstoffs und/oder eine Zündzeitpunkteinstellung auf Grundlage der Ethanolkonzentration ein.
  • Bei noch weiteren Merkmalen stellt das Verbrennungssteuermodul zumindest einen weiteren Verbrennungsparameter auf Grundlage der Ethanolkonzentration ein.
  • Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung bestimmt sind.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
    • 1 ein Funktionsblockschaubild eines Motorsystems gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 2A - 2B Funktionsblockschaubilder beispielhafter Motorsysteme gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung sind;
    • 3A - 3B Funktionsblockschaubilder beispielhafter Verbrennungsüberwachungsmodule gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung sind; und
    • 4 ein Schaubild ist, das eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Kurbelwellenwinkel, bei dem fünfzig Prozent einer eingespritzten Kraftstoffmenge verbrannt sind (CA50), und einem Ethanolgehalt des Kraftstoffs gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 5 ein Schaubild ist, das eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und CA50 eines verbrannten Kraftstoffs gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
    • 6A - 6B Flussdiagramme sind, die beispielhafte Verfahren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet worden. Die hier verwendete Formulierung „zumindest eines aus A, B und C“ sei so zu verstehen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
  • Der hier verwendete Begriff „Modul“ betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Ein Verbrennungsmotor verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Der Kraftstoff kann unverbleites Benzin aufweisen. Bei einigen Fahrzeugen können jedoch auch alternative Typen von Kraftstoff verbrannt werden. Beispielsweise sind FlexFuel-Fahrzeuge in der Lage, Mischungen von E85-Kraftstoff und nicht verbleitem Benzin zu verbrennen. E85-Kraftstoff umfasst eine Mischung aus Ethanol und Benzin. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffs (beispielsweise Prozentsatz) kann die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches beeinflussen.
  • Ein Motorsteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung bestimmt eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zur Verbrennung in einem Zylinder des Motors. Das ECM bestimmt einen Kurbelwellenwinkel, bei dem ein vorbestimmter Prozentsatz (beispielsweise fünfzig Prozent) des Kraftstoffs verbrannt wurde. Der Kurbelwellenwinkel, bei dem fünfzig Prozent des Kraftstoffs verbrannt wurden, wird als CA50 bezeichnet.
  • Das ECM bestimmt den Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des CA50. Auf Grundlage des Ethanolgehalts des Kraftstoffs kann einer oder können mehrere Verbrennungsparameter selektiv eingestellt werden, um Emissionen und einen Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Bei einer Implementierung bestimmt das ECM den CA50 auf Grundlage des Zylinderdrucks, der durch einen Zylinderdruck während der Verbrennung des Kraftstoffs gemessen wird. Bei einer anderen Implementierung bestimmt das ECM den CA50 auf Grundlage eines Drehmoments an einer Kurbelwelle, das durch einen Drehmomentsensor während der Verbrennung des Kraftstoffs gemessen wird.
  • Nun Bezug nehmend auf die 2A - 2B sind Funktionsblockschaubilder beispielhafter Motorsysteme 200 und 270 dargestellt. Die Motorsysteme 200 und 270 umfassen den Motor 102, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment zu erzeugen. Luft wird in den Einlasskrümmer 104 durch das Drosselventil 106 gezogen. Das Drosselaktuatormodul 108 steuert ein Öffnen des Drosselventils 106 und daher einer Luftströmung in den Motor 102.
  • Luft von dem Einlasskrümmer 104 wird in Zylinder des Motors 102 gezogen. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist lediglich zu Veranschaulichungszwecken nur der einzelne repräsentative Zylinder 112 gezeigt. Nur beispielhaft kann der Motor 102 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
  • Luft von dem Einlasskrümmer 104 wird in den Zylinder 112 durch ein zugeordnetes Einlassventil 236 gezogen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 230 steuert die Menge (beispielsweise Masse) von Kraftstoff, die durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110 eingespritzt wird, wie auch die zeitliche Einstellung der Einspritzung von Kraftstoff. Genauer steuert das Kraft - stoffaktuatormodul 111 ein Öffnen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 230.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110 kann Kraftstoff direkt in den Zylinder 112 einspritzen, wie in den 2A - 2B gezeigt ist. Bei anderen Implementierungen kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110 Kraftstoff in den Einlasskrümmer 104 an einer zentralen Stelle einspritzen oder kann Kraftstoff in den Einlasskrümmer 104 an mehreren Stellen einspritzen, wie nahe dem Einlassventil von jedem der Zylinder. Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch.
  • Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 112 komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 112. Auf Grundlage von Signalen von dem ECM 230 erregt das Funkenaktuatormodul 116 die Zündkerze 114, die eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches auslöst. Bei anderen Motorsystemen kann es möglicherweise nicht notwendig sein, dass die Zündkerze 114 die Verbrennung auslöst. Die Zündzeitpunkteinstellung kann relativ zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet ist, demjenigen Punkt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am stärksten komprimiert ist, festgelegt sein.
  • Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt den Kolben abwärts, und der Kolben treibt die Kurbelwelle 118 drehbar an. Die Kolben treiben die Kurbelwelle 118 abwärts, bis der Kolben eine unterste Position erreicht, die als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet ist. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein zugeordnetes Abgasventil 238 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über das Abgassystem 120 ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 236 wird durch eine Einlassnockenwelle 240 gesteuert, und das Auslassventil 238 wird durch eine Auslassnockenwelle 241 gesteuert. Bei anderen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder können die Einlassventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Ähnlicherweise können mehrere Abgasnockenwellen mehrere Abgasventile pro Zylinder steuern und/oder können Abgasventile für mehrere Zylinderreihen steuern.
  • Ein Einlassnockenphasensteller 242 steuert die Einlassnockenwelle 240 und steuert daher ein Öffnen (d.h. Hub, zeitliche Steuerung und Dauer) des Einlassventils 236. Ähnlicherweise steuert ein Auslassnockenphasensteller 244 die Auslassnockenwelle 241 und steuert daher ein Öffnen (beispielsweise Hub, zeitliche Steuerung und Dauer) des Abgasventils 238. Die zeitliche Steuerung des Öffnens der Einlass- und Auslassventile 236 und 238 kann beispielsweise relativ zu der OT-Position oder der UT-Position festgelegt sein. Ein Phasenstelleraktuatormodul 246 steuert den Einlassnockenphasensteller 242 und den Auslassnockenphasensteller 244 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 230.
  • Die Motorsysteme 200 und 270 können auch eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagte Luft an den Einlasskrümmer 104 liefert. Nur beispielhaft zeigen die 2A - 2B einen Turbolader 250. Der Turbolader 250 wird durch Abgase, die durch das Abgassystem 120 strömen, angetrieben und liefert eine Ladung komprimierter Luft an den Einlasskrümmer 104. Der Turbolader 250 kann einen Turbo mit variabler Geometrie (VGT) oder einen anderen geeigneten Typ von Turbolader aufweisen.
  • Ein Ladedruckregelventil bzw. Wastegate 252 erlaubt eine selektive Umgehung des Turboladers 250 durch das Abgas, wodurch der Ausgang (oder Aufladung) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 230 steuert eine Aufladung des Turboladers 250 über ein Ladeaktuatormodul 254. Das Ladeaktuatormodul 254 kann die Aufladung des Turboladers 250 beispielsweise durch Steuerung der Position des Ladedruckregelventils 252 oder des Turboladers 250 selbst (beispielsweise Schaufeln) modulieren.
  • Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann implementiert sein, um einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung zu dissipieren. Diese Wärme kann erzeugt werden, wenn die Luft komprimiert wird. Eine weitere Quelle für Wärme ist das Abgassystem 120. Andere Motorsysteme können einen Superlader aufweisen, der komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 104 liefert und durch die Kurbelwelle 118 angetrieben ist.
  • Die Motorsysteme 200 und 270 können auch ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 256 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Einlasskrümmer 104 lenkt. Während das AGR-Ventil 256 in den 2A - 2B als stromaufwärts des Turboladers 250 angeordnet gezeigt ist, kann das AGR-Ventil 256 stromabwärts des Turboladers 250 angeordnet sein. Ein AGR-Kühler (nicht gezeigt) kann ebenfalls implementiert sein, um das rückgeführte Abgas zu kühlen, bevor das Abgas an den Einlasskrümmer 104 geliefert wird.
  • Das ECM 230 regelt den Drehmomentausgang des Motors 102 auf Grundlage von Fahrereingaben und anderen Eingaben. Die Fahrereingaben können beispielsweise eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition, Tempomateingaben und/oder andere geeignete Fahrereingaben aufweisen. Die anderen Eingaben können beispielsweise Eingaben von verschiedenen Sensoren und/oder Eingaben von anderen Controllern (nicht gezeigt) aufweisen, wie einem Getriebesteuermodul, einem Hybridsteuermodul sowie einem Fahrgestellsteuermodul.
  • Das ECM 230 empfängt ein Kurbelwellenpositionssignal von einem Kurbelwellensensor 258 auf Grundlage der Position der Kurbelwelle 118. Das Kurbelwellenpositionssignal kann dazu verwendet werden, die Drehzahl der Kurbelwelle 118 (d.h. die Motordrehzahl) in Umdrehungen pro Minute (U/min) zu bestimmen.
  • Nur beispielhaft kann der Kurbelwellensensor 258 einen Sensor für variable Reluktanz (VR) oder einen anderen geeigneten Typ von Kurbelwellensensor aufweisen. Das Kurbelwellenpositionssignal kann eine Impulsfolge aufweisen. Jeder Impuls der Impulsfolge kann erzeugt werden, wenn ein Zahn eines mit N Zähnen versehenen Rades (nicht gezeigt), das mit der Kurbelwelle 118 rotiert, den VR-Sensor passiert. Demgemäß entspricht jeder Impuls einer Winkelrotation der Kurbelwelle 118 um eine Größe, die gleich 360° geteilt durch N Zähne ist. Das mit N Zähnen versehene Rad kann auch einen Spalt von einem oder mehreren fehlenden Zähnen aufweisen und der Spalt kann als eine Anzeige einer vollständigen Rotation der Kurbelwelle 118 verwendet werden.
  • Das ECM 230 kann auch Signale von anderen Sensoren empfangen, wie einem Motorkühlmitteltemperatursensor, einem Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensor, einem Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor, einem Drosselpositionssensor, einem Einlasslufttemperatur-(IAT)-Sensor und/oder anderen geeigneten Sensoren. Das ECM 230 von 2A empfängt ein Zylinderdrucksignal (Cylp) von einem Zylinderdrucksensor 260.
  • Der Zylinderdrucksensor 260 misst den Druck in dem Zylinder 112 und erzeugt das entsprechende Zylinderdrucksignal. Während nur der einzelne repräsentative Zylinderdrucksensor 260 gezeigt ist, kann einer oder können mehrere Zylinderdrucksensoren vorgesehen werden. Nur beispielhaft kann einer oder können mehrere Zylinderdrucksensoren für jeden Zylinder des Motors 102 vorgesehen sein. Der Zylinderdrucksensor 230 kann unabhängig oder in Verbindung mit einer anderen Komponente, wie der Zündkerze 114, implementiert sein.
  • Das ECM 230 von 2B empfängt ein Drehmomentsignal von einem Drehmomentsensor 262. Der Drehmomentsensor 262 misst ein Drehmoment an der Kurbelwelle 118 und erzeugt dementsprechend das Drehmomentsignal. Der Drehmomentsensor 262 kann einen Oberflächen-Akustik-Drehmomentsensor, einen magnetoelastischen Drehmomentsensor und/oder einen anderen geeigneten Typ von Drehmomentsensor aufweisen.
  • Das Motorsystem 200 umfasst ein Verbrennungsüberwachungsmodul 280 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Das Motorsystem 270 umfasst ein Verbrennungsüberwachungsmodul 290 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Während die Verbrennungsüberwachungsmodule 280 und 290 als in dem ECM 230 angeordnet gezeigt sind, können die Verbrennungsüberwachungsmodule 280 und 290 an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein, wie außerhalb des ECM 230.
  • Das Verbrennungsüberwachungsmodul 280 bestimmt einen Ethanolgehalt von Kraftstoff, der in dem Zylinder 112 verbrannt wird, auf Grundlage des von dem Zylinderdrucksensor 260 gemessenen Zylinderdrucks. Das Verbrennungsüberwachungsmodul 290 bestimmt einen Ethanolgehalt von Kraftstoff, der in dem Zylinder 112 verbrannt wird, auf Grundlage des durch den Drehmomentsensor 262 gemessenen Drehmoments an der Kurbelwelle 118. Auf Grundlage des Ethanolgehalts des Kraftstoffs kann einer oder können mehrere Verbrennungsparameter selektiv eingestellt werden, um beispielsweise Emissionen zu minimieren und eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu maximieren.
  • Nun Bezug nehmend auf 3A ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Verbrennungsüberwachungsmoduls 280 dargestellt. Das Verbrennungsüberwachungsmodul 280 umfasst ein Wärmefreisetzmodul 302, ein Positionsbestimmungsmodul 304 und ein Ethanolbestimmungsmodul 306. Das Verbrennungsüberwachungsmodul 280 kann auch ein Verbrennungssteuermodul 308 und ein Speichermodul 310 aufweisen.
  • Das Wärmefreisetzmodul 302 bestimmt ein Wärmefreisetzprofil für den in dem Zylinder 112 verbrannten Kraftstoff auf Grundlage von Zylinderdrücken bei verschiedenen Kurbelwellenpositionen. Genauer bestimmt das Wärmefreisetzmodul 302 das Wärmefreisetzprofil auf Grundlage von Wärmefreisetzwerten bei vorbestimmten Kurbelwellenpositionen (d.h. Winkeln). Jeder Wärmefreisetzwert entspricht einem Zylinderdruckverhältnis beim Kurbelwellenwinkel.
  • Das Druckverhältnis bei einem gegebenen Kurbelwellenwinkel entspricht einem gemessenen Zylinderdruck bei dem gegebenen Kurbelwellenwinkel geteilt durch einen motorischen Zylinderdruck bei diesem Kurbelwellenwinkel. Der Kurbelwellenwinkel wird durch den Kurbelwellensensor 258 vorgesehen. Der gemessene Zylinderdruck entspricht dem Zylinderdruck, der durch den Zylinderdrucksensor 260 gemessen wird. Der motorische Zylinderdruck entspricht einem erwarteten Zylinderdruck bei dem Kurbelwellenwinkel, wenn keine Verbrennung auftritt (d.h. wenn der Zylinder 112 nicht gezündet wird). Der motorische Zylinderdruck kann aus einer Nachschlagetabelle erhalten oder theoretisch bestimmt werden, siehe hierzu beispielsweise die DE 197 05 900 A1 .
  • Nur beispielhaft kann das Speichermodul 310 eine Zuordnung von Zylinderdrücken, die durch den Kurbelwellenwinkel indexiert ist, aufweisen, wobei die Zylinderdrücke kalibriert wurden, als der Motor 102 angetrieben wurde. Der motorische Zylinderdruck kann aus dem Speichermodul 310 auf der Grundlage des Kurbelwellenwinkels erhalten werden. Der motorische Zylinderdruck kann theoretisch unter Verwendung beispielsweise der Gleichung bestimmt werden: P M o t o r e d = P 1 * ( V 1 / V ) γ = P 1 * C R γ ,
    Figure DE102010021224B4_0001
    wobei P1 ein vorhergehender Zylinderdruck ist, V1 ein vorhergehendes Volumen des Zylinders 112 ist, V das gegenwärtige Volumen des Zylinders 112 ist, CR ein Kompressionsverhältnis ist und γ ein Isentropenkoeffizient bzw. ein Verhältnis der spezifischen Wärmekapazität ist. Das Volumen des Zylinders 112 kann auf Grundlage des Kurbelwellenwinkels bestimmt werden. Der Isentropenkoeffizient kann ein konstanter Wert sein, wie 1,32 für Motorsysteme vom Benzintyp. Bei anderen Implementierungen kann der Isentropenkoeffizient aus einer Nachschlagetabelle für Isentropenkoeffizienten bzw. Verhältnisse der spezifischen Wärmekapazität, die durch den Kurbelwellenwinkel indexiert sind, bestimmt werden.
  • Das Wärmefreisetzmodul 302 bestimmt die Wärmefreisetzwerte entsprechend jedem der Druckverhältnisse. Die Wärmefreisetzwerte können aus einer Zuordnung des Wärmefreisetzwerts, der durch das Druckverhältnis indexiert ist, erhalten werden. Die Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 310 gespeichert sein. Das Wärmefreisetzmodul 302 kann das Wärmefreisetzprofil für den Kraftstoff auf Grundlage einer vorbestimmten Anzahl der Wärmefreisetzwerte bestimmen. Nur beispielhaft kann das Wärmefreisetzprofil auf Grundlage von drei oder mehr Wärmefreisetzwerten bestimmt werden, die über einen einzelnen Motortakt erhalten werden, wobei ein einzelner Motortakt zwei Umdrehungen (d.h. 720°) der Kurbelwelle 118 entspricht.
  • Auf Grundlage der vorbestimmten Anzahl von Wärmefreisetzwerten (beispielsweise drei) kann auch ein Wärmefreisetzwert von fünfzig Prozent (HR50) bestimmt werden. Der HR50 entspricht dem Kurbelwellenwinkel, bei dem der Wärmefreisetzwert um eine Hälfte (d.h. 50 %) von einem minimalen Wärmefreisetzwert auf einen maximalen Wärmefreisetzwert angestiegen ist. Der minimale und maximale Wärmefreisetzwert können dem Wärmefreisetzwert bei einem ersten Kurbelwellenwinkel nahe dem Beginn der Verbrennung des Kraftstoffs (beispielsweise 20° vor OT) bzw. einem zweiten Kurbelwellenwinkel nahe dem Ende der Verbrennung (beispielsweise 20° nach OT) entsprechen. Der dritte Wärmefreisetzwert, der dazu verwendet wird, den HR50 zu bestimmen, kann dem Wärmefreisetzwert entsprechen, wenn sich der Kolben in der OT-Position befindet. Bei weiteren Implementierungen kann stattdessen ein anderer prozentualer Wärmefreisetzwert bestimmt werden, wie ein Wärmefreisetzwert von zehn, dreißig, siebzig oder neunzig Prozent.
  • Das Positionsbestimmungsmodul 304 bestimmt eine Kurbelwellenposition (d.h. Winkel), bei der fünfzig Prozent (50 %) des Kraftstoffs in dem Zylinder 112 verbraucht wurden. Der Kurbelwellenwinkel, bei dem fünfzig Prozent des Kraftstoffs verbraucht wurden, wird als CA50 bezeichnet. Das Positionsbestimmungsmodul 304 bestimmt den CA50 für den Kraftstoff auf Grundlage des Wärmefreisetzprofils. Bei einer weiteren Implementierung bestimmt das Positionsbestimmungsmodul 304 den CA50 auf Grundlage des HR50. Nur beispielhaft kann das Positionsbestimmungsmodul 304 den CA50 von einer Zuordnung von CA50, die durch HR50 indexiert ist, bestimmen. Eine derartige Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 310 gespeichert werden.
  • Das Ethanolbestimmungsmodul 306 bestimmt einen Ethanolgehalt (beispielsweise Prozentsatz) des Kraftstoffs auf Grundlage des CA50. Nur beispielhaft kann das Ethanolbestimmungsmodul 306 den Ethanolgehalt aus einer Zuordnung des Ethanolgehalts, die durch CA50 indexiert ist, bestimmen. Eine derartige Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 310 gespeichert werden, und die Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt und dem CA50 kann der in 4 gezeigten Beziehung ähneln. 4 zeigt ein beispielhaftes Schaubild von CA50 in Abhängigkeit des Ethanolprozentsatzes für Kraftstoff. Wie in 4 gezeigt ist, steigt ein Ethanolprozentsatz für einen gegebenen Kraftstoff, wenn der CA50 des Kraftstoffs sich der OT-Position annähert.
  • Das Verbrennungssteuermodul 308 stellt selektiv einen oder mehrere Verbrennungsparameter auf Grundlage des Ethanolgehalts des Kraftstoffs ein. Nur beispielhaft kann das Verbrennungssteuermodul 308 die Menge an Kraftstoff, die eingespritzt wird (beispielsweise Masse), den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs und/oder den Zündzeitpunkt einstellen. Das Einstellen des Zündzeitpunkts kann durchgeführt werden, um beispielsweise den Kurbelwellenwinkel einzustellen, bei dem vorbestimmte Mengen von eingespritztem Kraftstoff (beispielsweise 10 % und/oder 50 %) verbrannt werden.
  • Das Verbrennungssteuermodul 308 kann auch andere Verbrennungsparameter einstellen, wie die Aufladung der Ladevorrichtung, das Öffnen des AGR-Ventils 256, das Öffnen des Einlassventils 236 und/oder das Öffnen des Auslassventils 238. Das Bestimmen des Ethanolgehalts von eingespritztem Kraftstoff und das Einstellen von Verbrennungsparametern auf Grundlage des Ethanolgehalts minimiert Emissionen und maximiert eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit in FlexFuel-Fahrzeugen.
  • Nun Bezug nehmend auf 3B ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Verbrennungsüberwachungsmoduls 290 dargestellt. Das Verbrennungsüberwachungsmodul 290 umfasst das Ethanolbestimmungsmodul 306 und das Verbrennungssteuermodul 308. Das Verbrennungsüberwachungsmodul 290 umfasst auch ein Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul 332, ein Positionsbestimmungsmodul 334 und ein Speichermodul 336.
  • Das Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul 332 bestimmt Drehmomentverhältnisse für den in dem Zylinder 112 verbrannten Kraftstoff auf Grundlage von Drehmoment an der Kurbelwelle 118 bei verschiedenen Kurbelwellenwinkeln. Genauer bestimmt das Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul 332 Drehmomentverhältnisse auf Grundlage von Drehmomenten bei vorbestimmten Kurbelwellenwinkeln. Das Drehmomentverhältnis bei einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel entspricht einem gemessenen Drehmoment bei dem Kurbelwellenwinkel geteilt durch ein motorisches Drehmoment bei dem Kurbelwellenwinkel. Der Kurbelwellenwinkel wird durch den Kurbelwellensensor 258 vorgesehen.
  • Das gemessene Drehmoment ist das Drehmoment, das durch den Drehmomentsensor 262 gemessen wird. Das motorische Drehmoment entspricht einem erwarteten Drehmoment bei dem Kurbelwellenwinkel, wenn keine Verbrennung auftritt (d.h. wenn der Zylinder 112 nicht gezündet wird), siehe beispielsweise die DE 10 2006 057 688 A1 . Nur beispielhaft kann das Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul 332 das motorische Drehmoment aus einer Zuordnung von motorischem Drehmoment, die durch den Kurbelwellenwinkel indexiert ist, bestimmen. Eine derartige Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 336 gespeichert sein..
  • Auf Grundlage einer vorbestimmten Anzahl der Drehmomentverhältnisse (beispielsweise drei), kann das Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul 332 auch ein Drehmomentverhältnis von fünfzig Prozent (TR50) bestimmen. Das TR50 entspricht dem Kurbelwellenwinkel, bei dem das Drehmomentverhältnis eine Hälfte (d.h. 50 %) von einem minimalen Drehmomentverhältnis zu einem maximalen Drehmomentverhältnis angestiegen ist. Das minimale und maximale Drehmomentverhältnis können dem Drehmomentverhältnis bei einem ersten Kurbelwellenwinkel nahe dem Beginn der Verbrennung des Kraftstoffs (beispielsweise 20° vor OT) bzw. einem zweiten Kurbelwellenwinkel nahe dem Ende der Verbrennung (beispielsweise 20° nach OT) entsprechen. Das dritte Drehmomentverhältnis, das dazu verwendet wird, das TR50 zu bestimmen, kann dem Drehmomentverhältnis entsprechen, wenn sich der Kolben in der OT-Position befindet. Bei anderen Implementierungen kann stattdessen ein anderer prozentualer Drehmomentverhältniswert bestimmt werden, wie ein Drehmomentverhältniswert von zehn, dreißig, siebzig oder neunzig Prozent.
  • Das Positionsbestimmungsmodul 334 bestimmt den CA50 für den Kraftstoff auf Grundlage von einem oder mehreren der Drehmomentverhältnisse. Nur beispielhaft kann das Positionsbestimmungsmodul 334 den CA50 für den Kraftstoff auf Grundlage einer vorbestimmten Anzahl von Drehmomentverhältnissen, die über einen einzelnen Motortakt erhalten werden, oder das TR50 bestimmen. Das Positionsbestimmungsmodul 334 kann den CA50 aus einer Zuordnung von CA50, die durch das Drehmomentverhältnis indexiert ist, bestimmen. Eine derartige Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 336 gespeichert sein und die Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem CA50 kann der in 5 gezeigten Beziehung ähneln. 5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm von TR50 in Abhängigkeit von CA50 für einen gegebenen Kraftstoff. Wie in 5 gezeigt ist, nähert sich der CA50 für einen gegebenen Kraftstoff der OT-Position an, wenn das TR50 des Kraftstoffs sich der OT-Position annähert.
  • Das Ethanolbestimmungsmodul 306 bestimmt den Ethanolgehalt (beispielsweise Prozentsatz) des Kraftstoffs auf Grundlage der CA50. Nur beispielhaft kann das Ethanolbestimmungsmodul 306 den Ethanolgehalt aus einer Zuordnung des Ethanolgehalts bestimmen, die durch CA50 indexiert ist. Eine derartige Zuordnung kann beispielsweise in dem Speichermodul 336 gespeichert sein, und die Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt und der CA50 kann der in 4 gezeigten Beziehung ähneln. Das Verbrennungssteuermodul 308 stellt selektiv einen oder mehrere der Verbrennungsparameter auf Grundlage des Ethanolgehalts des Kraftstoffs ein.
  • Nun Bezug nehmend auf 6A ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein beispielhaftes Verfahren 600 darstellt, das durch das Verbrennungsüberwachungsmodul 280 ausgeführt wird. Das Verfahren 600 beginnt bei Schritt 602, bei dem das Verfahren 600 Kraftstoff einspritzt. Auf diese Art und Weise wird Kraftstoff an einen Zylinder zur Verbrennung geliefert. Das Verfahren 600 überwacht bei Schritt 604 den Zylinderdruck, der durch den Zylinderdruck gemessen wird. Das Verfahren 600 bestimmt auch die Druckverhältnisse auf Grundlage gemessener Zylinderdrücke bei vorbestimmten Kurbelwellenwinkeln und motorischer Zylinderdrücke bei diesen vorbestimmten Kurbelwellenwinkeln. Jedes Druckverhältnis entspricht einem Wärmefreisetzwert.
  • Das Verfahren 600 bestimmt bei Schritt 606 das Wärmefreisetzprofil. Das Verfahren 600 kann das Wärmefreisetzprofil auf Grundlage einer vorbestimmten Anzahl von Wärmefreisetzwerten bestimmen, die den Druckverhältnissen entsprechen, wie drei oder mehr Wärmefreisetzwerte. Das Verfahren 600 kann bei Schritt 606 auch den HR50 für den Kraftstoff bestimmen.
  • Das Verfahren 600 bestimmt bei Schritt 608 den CA50 für den Kraftstoff. Das Verfahren 600 bestimmt den CA50 auf Grundlage des Wärmefreisetzprofils oder des HR50. Das Verfahren 600 bestimmt bei Schritt 610 den Ethanolgehalt des Kraftstoffs (beispielsweise Prozentsatz). Das Verfahren 600 bestimmt den Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des CA50 des Kraftstoffs. Auf diese Art und Weise bestimmt das Verfahren 600 den Ethanolgehalt auf Grundlage der Zylinderdrücke, die durch den Zylinderdrucksensor 260 gemessen werden. Das Verfahren 650 endet dann.
  • Nun Bezug nehmend auf 6B ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren 650 zeigt, das durch das Verbrennungsüberwachungsmodul 290 ausgeführt wird. Das Verfahren 650 beginnt bei schritt 652, bei dem das Verfahren 650 Kraftstoff einspritzt. Auf diese Art und Weise wird Kraftstoff an einen Zylinder zur Verbrennung geliefert. Bei Schritt 654 überwacht das Verfahren 650 das durch den Drehmomentsensor 262 gemessene Drehmoment. Mit anderen Worten überwacht das Verfahren 650 das Drehmoment an der Kurbelwelle 118, das während der Verbrennung des Kraftstoffs gemessen wird.
  • Das Verfahren 650 bestimmt bei Schritt 656 ein Drehmomentverhältnis. Das Verfahren 650 bestimmt das Drehmomentverhältnis für einen vorbestimmten Kurbelwellenwinkel auf Grundlage des gemessenen Drehmoments bei dem Kurbelwellenwinkel, geteilt durch das motorische Drehmoment bei dem Kurbelwellenwinkel. Bei anderen Implementierungen bestimmt das Verfahren 650 bei Schritt 656 mehr als ein Drehmomentverhältnis für mehr als einen Kurbelwellenwinkel, das dazu verwendet werden kann, den TR50 für den Kraftstoff zu bestimmen.
  • Das Verfahren 650 bestimmt bei Schritt 658 den CA50 für den Kraftstoff. Das Verfahren 650 bestimmt den CA50 für den Kraftstoff auf Grundlage eines oder mehrerer der Drehmomentverhältnisse oder des TR50. Das Verfahren 650 bestimmt bei Schritt 660 den Ethanolgehalt (beispielsweise Prozentsatz) des Kraftstoffs. Das Verfahren 650 bestimmt den Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage der CA50. Auf diese Art und Weise bestimmt das Verfahren 650 den Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des Drehmoments an der Kurbelwelle 118, das durch den Drehmomentsensor 262 gemessen wird. Das Verfahren 650 endet dann.

Claims (4)

  1. Verbrennungssteuersystem (280) für ein Fahrzeug, umfassend: ein Wärmefreisetzmodul (302), das Zylinderdruckverhältnisse auf Grundlage von Zylinderdrücken als Dividend, die durch einen Zylinderdrucksensor (260) während eines Motortakts gemessen werden, und motorischer Zylinderdrücke als Divisor bestimmt, das einen entsprechenden Wärmefreisetzwert für jeden der Zylinderdruckverhältnisse bestimmt, und ein Wärmefreisetzprofil auf Grundlage der Wärmefreisetzwerte bestimmt; ein Positionsbestimmungsmodul (301), das einen Kurbelwellenwinkel, bei dem ein vorbestimmter Prozentsatz eines Kraftstoffs in einem Zylinder (112) eines Motors (102) während eines Motortakts verbrannt wurde, auf Grundlage des Wärmefreisetzprofils bestimmt; und ein Ethanolbestimmungsmodul (306), das einen Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des Kurbelwellenwinkels bestimmt.
  2. Verbrennungssteuersystem (290) für ein Fahrzeug, umfassend: ein Drehmomentverhältnisbestimmungsmodul (332), das Drehmomentverhältnisse auf Grundlage von Drehmomenten als Dividend, die durch einen Drehmomentsensor (262) während eines Motortakts gemessen werden, und motorischen Drehmomenten für den Zylinder (112) als Divisor bestimmt; ein Positionsbestimmungsmodul (334), das einen Kurbelwellenwinkel, bei dem ein vorbestimmter Prozentsatz eines Kraftstoffs in dem Zylinder (112) eines Motors (102) während eines Motortakts verbrannt wurde, auf Grundlage der Drehmomentverhältnisse bestimmt; und ein Ethanolbestimmungsmodul (306), das einen Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage des Kurbelwellenwinkels bestimmt.
  3. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem Verbrennungssteuermodul (308), das eine Masse des eingespritzten Kraftstoffs und/oder eine Zündzeitpunkteinstellung auf Grundlage der Ethanolkonzentration einstellt.
  4. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Verbrennungssteuermodul (308) den Einspritzzeitpunkt auf Grundlage der Ethanolkonzentration einstellt.
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