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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffzuführungssystem einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Der Einsatz anderer flüssiger Kraftstoffe bzw. derer Gemische als der typischen Kraftstoffe, wie beispielsweise Diesel- und Ottokraftstoff-Mischungen, erfordert im entsprechenden Motor Regelstrategien zur Beherrschung und Optimierung der Verbrennung. Für die Anwendung der Regelstrategien ist die Erkennung des jeweils in dem Kraftstoffzuführungssystem vorhandenen Kraftstoffs bzw. des Kraftstoffgemisches notwendig.
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Bei dem Betrieb einer Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Kraftstoffarten bzw. Kraftstoffsorten ist für die gleichzeitige Erfüllung der Ziele Komfort, Emissionen und Verbrauch eine Ermittlung der für die Verbrennung entscheidenden Kraftstoffkennwerte (z.B. Cetanzahl und Siedelage) des jeweils gerade in einem Kraftstoffzuführungssystem vorhandenen Kraftstoffes, notwendig. Dieser jeweils gerade in dem Kraftstoffzuführungssystem vorhandene Kraftstoff ist beispielsweise ein Reinkraftstoff, wie beispielsweise Diesel, Benzin, Naphtha, Kerosin, Alkohol, insbesondere Methanol, Butanol, GTL (gas to liquid) oder BTL (biomass to liquid), oder ein Gemisch aus mindestens zwei Reinkraftstoffen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 052 096 B4 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Kraftstoffsorte, die über eine Einspritzanlage in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, bekannt. Hierbei wird in einem Hochdruckbereich der Einspritzanlage ein Druck über die Zeit gemessen und in Phasen, während derer die Hochdruckpumpe keinen Kraftstoff fördert, die Bilanzgleichung des hydraulischen Systems über einen betrachteten Zeitraum integriert. Aus für jeden Kraftstoff bekannten Kennkurven des Kompressibilitätsmoduls und der Dichte in Abhängigkeit vom Druck wird unter Verwendung der aus diesen Kennkurven bei einem in der Einspritzphase gemessenen Druck gefundenen Werten für Kompressibilitätsmodul und Dichte in einem Trial-and-Error-Verfahren die Druckdifferenz aus der integrierten Bilanzgleichung bestimmt. Dasjenige Paar von Kompressibilitätsmodul und Dichte, welches am besten die über den betrachteten Zeitbereich gemessene Druckdifferenz reproduziert, wird zur Erkennung des Kraftstoffs herangezogen. Mit anderen Worten wird innerhalb einer Förderpause einer Kraftstoffpumpe eine definierte Einspritzung mit einer aus einem Kennfeld bekannten Menge ausgelöst. Da nicht nachgefördert wird, bedingt die Kompressibilität des Kraftstoffes die Menge bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur. Die unterschiedlichen Kompressibilitäten und Dichten der unterschiedlichen, zu erwartenden Kraftstoffe sind in Tabellen abgelegt. Dadurch kann mittels des bekannten Volumens des Hochdruckbereiches der Einspritzanlage auf den vorhandenen Kraftstoff geschlossen werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 026 009 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Viskosität und Elastizität von viskoelastischen Medien mittels akustoelektrischen Resonatoren bekannt. Hierbei wird eine Funktion, welche die elektrische Admittanz des akustoelektrischen Resonators beschreibt optimiert, indem diese Funktion iterativ an einen gemessenen Admittanzverlauf des akustoelektrischen Resonators mit auf diesem aufgebrachtem Messmedium angepasst wird. Der angepassten Funktion kann dann die Viskosität und Elastizität des Messmediums als Parameter entnommen werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 008 150 A1 ist eine On-Board-Messung von Kraftstoffeigenschaften zum Motormanagement bekannt. Hierbei wird mittels einer Heizung ein definiertes Volumen von Kraftstoff verdampft. Die Zeit und die Heizungsenergie, die hierfür nötig ist, wird gemessen und daraus ein Kraftstoffdestillations-Betriebsverhaltensindex (DI) bestimmt. Der Dl-Wert ist ein Maß für die Kraftstoffflüchtigkeit und wird dann dazu verwendet, den Betrieb des Motors zu steuern, um Schadstoffe zu reduzieren und die Leistung zu verbessern.
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Aus der Druckschrift
DE 40 19 187 C2 ist es bekannt, eine Treibstoffzusammensetzung mittels eines kapazitiven, dielektrischen Sensors zu bestimmen, welcher die Dielektrizitätskonstante des Treibstoffs misst.
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Aus der Druckschrift
DE 201 15 560 U1 ist eine Vorrichtung zum Erkennen der Kraftstoffqualität für eine Brennkraftmaschine bekannt. Es wird eine Temperaturerniedrigung aufgrund einer Verdampfungsenthalpie des Kraftstoffes an einem Sensor bestimmt, der von dem Kraftstoff benetzt wird. Diese Temperaturerniedrigung wird als Kriterium für die Qualität des Kraftstoffes herangezogen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und sicheres Verfahren zur Ermittlung von Kraftstoffkennwerten zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Dazu sind bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen,
- (a) Einbringen eines vorbestimmten Volumens von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzuführungssystem in ein vorbestimmtes Messvolumen;
- (b) Verschließen des Messvolumens gegen ein Zu- und Abströmen von Fluid in das bzw. aus dem Messvolumen;
- (c) Zuführen einer vorbestimmten Wärmeenergiemenge in das Messvolumen;
- (d) Bestimmen einer Druckdifferenz in dem Messvolumen zwischen einem ersten Druckwert vor dem Zuführen der vorbestimmten Wärmeenergiemenge und einem zweiten Druckwert nach dem Zuführen der vorbestimmten Wärmeenergiemenge und
- (e) Bestimmen einer Wärmeausdehnung des Kraftstoffes in dem Messvolumen aus der Druckdifferenz.
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Dies hat den Vorteil, dass mit geringer Komplexität eine funktionssichere Detektion von für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine relevanten Eigenschaften des Kraftstoffes mittels der Wärmeausdehnung zur Verfügung steht.
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Eine besonders genaue Bestimmung der Wärmeausdehnung des Kraftstoffes erzielt man dadurch, dass das in das Messvolumen eingebrachte vorbestimmte Volumen von Kraftstoff kleiner ist als das Messvolumen.
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Eine besonders genaue Bestimmung der Druckdifferenz unabhängig von etwaigen Druckschwankungen in der Umgebung erzielt man dadurch, dass der erste Druckwert nach dem Verschließen des Messvolumens bestimmt wird.
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Eine besonders genaue und schnelle Zuführung der Wärmeenergiemenge erzielt man dadurch, dass die vorbestimmte Wärmeenergiemenge mit einem Heizdraht zugeführt wird.
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Eine jeweils aktuelle Information über die in dem Kraftstoffzuführungssystem vorhandene Kraftstoffart erhält man dadurch, dass der in das Messvolumen eingebrachte Kraftstoff stromab einer Vorförderpumpe aus einem Kraftstofftank entnommen wird.
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Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Messung erzielt man dadurch, dass das Volumen zusätzlich gegen ein Zu- und Abströmen von Wärmeenergie isoliert wird.
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Eine Bestimmung von verschiedenen Kraftstoffsorten in dem Kraftstoff, welcher in dem Kraftstoffzuführungssystem der Brennkraftmaschine vorhanden ist, erzielt man dadurch, dass aus der bestimmten Wärmeausdehnung alle in dem Kraftstoff in dem Kraftstoffzuführungssystem der Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoffarten, insbesondere Diesel, Benzin, Naphtha, Kerosin, Alkohol, insbesondere Methanol, Butanol, GTL (gas to liquid) oder BTL (biomass to liquid), bestimmt werden.
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Zum optimalen Einstellen von Parametern für die Verbrennung, wie beispielsweise der Einspritzparametrierung, im Hinblick auf den momentan in dem Kraftstoffzuführungssystem der Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoff wird aus der bestimmten Wärmeausdehnung mindestens ein motorrelevanter Parameter, insbesondere eine Cetanzahl und/oder eine Siedelage, des Kraftstoffes in dem Kraftstoffzuführungssystem der Brennkraftmaschine bestimmt.
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Einen besonders guten Verschluss des Messvolumens mit einfachen Mitteln erzielt man dadurch, dass das Messvolumen an einem Zulauf und/oder Ablauf für den Kraftstoff mit einem Rückschlagventil und/oder an einem Ablauf und/oder Zulauf für den Kraftstoff mit einem 2/2-Wegeventil verschlossen wird.
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Eine besonders schnelle und effektive Anpassung der Verbrennung an den jeweils im Kraftstoffzuführsystem der Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoff erzielt man dadurch, dass für vorbestimmte Mehrkraftstoffgemische, insbesondere Gemische mit mindestens zwei der Kraftstoffsorten Diesel, Benzin, Butanol, Naphtha, Kerosin, GTL (gas to liquid) oder BTL (biomass to liquid), eine energetische Einspritzmenge in Abhängigkeit von der bestimmten Wärmeausdehnung korrigiert wird.
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Um eine thermische Belastung des Kraftstoffzuführungssystems so niedrig wie möglich zu halten, wird gleichzeitig mit oder nach Schritt (e) der Kraftstoff in einen Kraftstofftank der Brennkraftmaschine zurückgefördert. Ggf. wird die Vorrichtung nach der Messung durch Spülen heruntergekühlt.
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Eine weitere zusätzliche Detektion von Kraftstoffarten oder Kraftstoffgemischen erzielt man dadurch, dass in Schritt (d) zusätzlich eine Temperaturdifferenz in dem Messvolumen zwischen einem ersten Temperaturwert vor dem Zuführen der vorbestimmten Wärmeenergiemenge und einem zweiten Temperaturwert nach dem Zuführen der vorbestimmten Wärmeenergiemenge bestimmt wird, wobei aus der Temperaturdifferenz und der eingebrachten Wärmeenergiemenge in Schritt (e) zusätzlich eine Wärmekapazität des Kraftstoffes bestimmt wird.
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Eine weitere alternative Detektion von Kraftstoffarten oder Kraftstoffgemischen erzielt man dadurch, dass in Schritt (c) die Wärmeenergiemenge derart zugeführt wird, dass eine Temperatur in dem Messvolumen konstant bleibt, wobei aus einem hierfür erforderlichen Wärmeenergiestrom eine Wärmekapazität des Kraftstoffes bestimmt wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffzuführungssystems für eine Brennkraftmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine graphische Darstellung einer Druckdifferenz in einem Messvolumen über die eingebrachte Wärmeenergiemenge,
- 3 eine graphische Darstellung einer Temperaturdifferenz in einem Messvolumen über die eingebrachte Wärmeenergiemenge,
- 4 eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffzuführungssystems für eine Brennkraftmaschine zum Bestimmen einer Wärmekapazität des Kraftstoffes mittels Zuführung von Wärmeenergie bei konstanter Temperatur (Isotherm) oder mit konstantem Wärmeenergiestrom,
- 5 eine graphische Darstellung einer Temperaturdifferenz bzw. eines Heizstromes in einem Messvolumen in Abhängigkeit von der Zeit bei Zuführung von Wärmeenergie auf einer Isothermen,
- 6 eine graphische Darstellung einer Temperaturdifferenz bzw. eines Heizstromes in einem Messvolumen in Abhängigkeit von der Zeit bei Zuführung von Wärmeenergie mit konstantem Wärmeenergiestrom,
- 7 eine weitere alternative beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffzuführungssystems für eine Brennkraftmaschine zum Bestimmen einer Wärmekapazität des Kraftstoffes mittels Zuführung von Wärmeenergie bei konstantem Druck (Isobar) und
- 8 eine graphische Darstellung einer Temperatur in einem Messvolumen in Abhängigkeit von der Zeit bei Zuführung von Wärmeenergie bei konstantem Druck (Isobar).
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Die in 1 dargestellte, beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffzuführsystems für eine ansonsten nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen Kraftstofftank 10, eine Vorförderpumpe 12, eine Kraftstoffleitung 14, einen Filter 16, eine Hockdruckpumpe 18, ein Common Rail 20, einen Injektor 22 für jeden Arbeitszylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine, einen ersten Rücklauf 24 aus dem Injektor 22 in den Kraftstofftank 10 und einen zweiten Rücklauf 26 aus dem Common Rail 20 in den Kraftstofftank 10. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Messvolumen 28 mit einem Zulauf 30 und einem Ablauf 32 vorgesehen. Der Zulauf 30 ist fluidleitend über ein Rückschlagventil 34 mit der Kraftstoffleitung 14 stromab der Vorförderpumpe 12 und stromauf des Filters 16 verbunden. Der Ablauf 32 ist fluidleitend mit dem Kraftstoffstank 10 über ein 2/2-Wegeventil 36 verbunden. In dem Messvolumen 28 sind eine elektrische Heizung 38, beispielsweise ein Heizdraht oder ein elektrische Widerstand, ein Temperatursensor 40 und ein Drucksensor 42 angeordnet.
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Erfindungsgemäß wird eine bestimmtes Kraftstoffvolumen aus der Kraftstoffleitung abgezweigt und in das Messvolumen 28 gefördert. Das Messvolumen 28 wird dann mittels des 2/2-Wegeventils 36 und dem Rückschlagventil 34 fluiddicht abgeschlossen. Anschließend wird die elektrische Heizung mit elektrischem Strom beaufschlagt, so dass dem Messvolumen 28 mit dem darin befindlichen Kraftstoff eine vorbestimmte Wärmeenergiemenge zugeführt wird. Der Temperatursensor 40 bestimmt eine Temperatur in dem Messvolumen vor und nach dem Zuführen der vorbestimmten Wärmemenge. Der Drucksensor 40 bestimmt einen Druck in dem Messvolumen vor und nach dem Zuführen der vorbestimmten Wärmemenge.
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Das Erhitzen des vorbestimmten Kraftstoffvolumens bzw. einer bestimmten Flüssigkeitsmasse führt zu einer messbaren Wärmedehnung und damit Druckerhöhung. Diese Druckerhöhung in dem geschlossenen Messvolumen 28 über der Zeit stellt damit bei bekannter Heizleistung ein Maß für die Wärmeausdehnung bzw. Wärmekapazität des Kraftstoffs bzw. der Kraftstoffmischung dar. Das Messvolumen 28 ist zwischen zwei Räumen mit unterschiedlichen Drücken eingebaut. Gemäß der beispielhaften Darstellung ist das Messvolumen 28 als Abzweig zwischen Vorförderpumpe 12 und Kraftstofftank 10 angeordnet. Im Zulauf 30 des Messvolumens 28 verhindert das Rückschlagventil 34 ein Zurückströmen von Kraftstoff aus dem Messvolumens 28 in Richtung Zulauf 30. Das 2/2-Wegeventil 36 wird zumindest während der Messung geschlossen. Die durch beispielsweise elektrische Energie erzeugte, definierte bzw. vorbestimmte Wärmeenergiemenge führt zu einem Temperatur- und damit Druckanstieg im abgeschlossenen Messvolumen 28. Dieser Druckanstieg [p=f(T)] ist ein Maß für die Wärmekapazität des Kraftstoffs bzw. der Kraftstoffmischung. Für den Kraftstoff ist es ein Maß für die charakteristische Kompressibilität. Die Apparatur ist gegenüber der Umgebung wärmeisoliert.
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Mittels der Aufnahme der Temperatur und des Drucks während der Zuführung der Wärmeenergie lassen sich die Wärmekapazität und die Kompressibilität des Kraftstoffes ermitteln. Die Kenntnis der unabhängigen kraftstoffspezifischen Größen Wärmekapazität, Wärmeausdehnung und Kompressibilität lassen auch eine Zuordnung von Mischungen aus mehr als zwei Komponenten zu. Die 2 und 3 zeigen beispielhaft entsprechende Differenzen für Druck und Temperatur in Abhängigkeit von der vorbestimmten Wärmeenergiemenge.
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in 2 ist auf einer horizontalen Achse 44 eine eingebrachte Wärmeenergiemenge und auf einer vertikalen Achse 46 eine Druckdifferenz im Messvolumen 28 zwischen einem Zeitpunkt vor und einem Zeitpunkt nach der Einbringung der Wärmeenergiemenge in das Messvolumen 28 aufgetragen. Ein erster Graph 48 veranschaulicht die Druckdifferenz 46 in Abhängigkeit von der eingebrachten Wärmeenergiemenge 44 für einen ersten Kraftstoff A und ein zweiter Graph 50 veranschaulicht die Druckdifferenz 46 in Abhängigkeit von der eingebrachten Wärmeenergiemenge 44 für einen zweiten Kraftstoff B. Aus der Druckänderung 46 im geschlossenen Messvolumen 28 über der eingebrachten Wärmeenergie 44 (Heizleistung x Zeit) wird die Kompressibilität als Verhältnis aus Druckänderung zu eingebrachter Wärmeenergie bestimmt.
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In 3 ist auf der horizontalen Achse 44 wieder die eingebrachte Wärmeenergiemenge aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse 52 ist eine Temperaturdifferenz im Messvolumen 28 zwischen einem Zeitpunkt vor und einem Zeitpunkt nach der Einbringung der Wärmeenergiemenge in das Messvolumen 28 aufgetragen. Ein dritter Graph 54 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 52 in Abhängigkeit von der eingebrachten Wärmeenergiemenge 44 für den ersten Kraftstoff A und ein vierter Graph 56 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 52 in Abhängigkeit von der eingebrachten Wärmeenergiemenge 44 für den zweiten Kraftstoff B. Aus der Temperaturänderung 52 bei konstanter zugeführter Heizleistung über die eingebrachte Energie 44 (Heizleistung x Zeit) wird die Wärmekapazität des Kraftstoffes als Verhältnis der Temperaturänderung zu eingebrachter Energie bestimmt. Der Kraftstoff B hat eine höhere Wärmekapazität als der Kraftstoff A, so dass dementsprechend die Temperaturänderung 52 mit der eingebrachten Wärmeenergie 44 bei Kraftstoff B langsamer steigt als bei Kraftstoff A.
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Die gemessenen Werte für Wärmeausdehnung bzw. Wärmekapazität bzw. Kompressibilität werden mit vorab bestimmten und gespeicherten Werten für entsprechende Kraftstoffe und Kraftstoffmischungen verglichen. Aus diesem Vergleich kann auf den jeweiligen Kraftstoff bzw. das jeweilige Kraftstoffgemisch geschlossen werden, wenn sich eine entsprechende Übereinstimmung zwischen einem gemessenen und einem gespeicherten Wert ergibt.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform für ein Kraftstoffzuführungssystem für die Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist das Messvolumen 28 in der Kraftstoffleitung 14 stromab des Filters 16 und stromauf der Hochdruckpumpe 18, also im Kraftstoffvorlauf (Niederdruckkreislauf) angeordnet bzw. eingeschleift und nicht als separater, abzweigender Kreislauf. Das Messvolumen 28 ist als Hitzdrahtanemometer mit Temperatursensor 50 ausgebildet und wird von dem gesamten Kraftstoff durchströmt, welcher vom Kraftstofftank 10 zur Hockdruckpumpe 18 fließt. Mittels des Hitzdrahtanemometers wird die charakteristische spezifische Wärmekapazität des Kraftstoffs bzw. der Kraftstoffmischung bestimmt. Hitzdrahtanemometer sind beispielsweise von der Luftmassenmessung im Verbrennungsmotor bekannt. Für die Kraftstoffdetektierung wird in einer ersten Alternative die Temperaturdifferenz des Heizdrahtes 38 gegenüber dem den Heizdraht 38 umgebenden Kraftstoff (dieser ist kälter als der Heizdraht 38) konstant, d.h. für alle Kraftstoffe bzw. Kraftstoffmischungen gleich gehalten, so dass ein hierfür durch den Heizdraht 38 fließender elektrischer Strom I ein Maß für die Wärmekapazität des Kraftstoffs ist.
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In 5 ist auf einer horizontalen Achse 58 die Zeit und auf einer vertikalen Achse 60 eine Temperaturdifferenz [°C] bzw. ein elektrischer Strom aufgetragen. Ein fünfter Graph 62 veranschaulicht die eingestellte, konstante Kraftstofftemperaturdifferenz über die Zeit 58, ein sechster Graph 64 veranschaulicht einen für die Kraftstofftemperaturdifferenz 62 erforderlichen elektrischen Strom I durch den Heizdraht 38 für den ersten Kraftstoff A über die Zeit 58 und ein siebter Graph 66 veranschaulicht einen für die Kraftstofftemperaturdifferenz 62 erforderlichen elektrischen Strom I durch den Heizdraht 38 für den zweiten Kraftstoff B über die Zeit 58. Zur Einregelung der konstanten Temperaturdifferenz 62 (hier 55°C) sind bei unterschiedlichen Kraftstoffen verschiedene elektrische Ströme 64, 66 und damit unterschiedliche elektrische Leistungen notwendig. In dem dargestellten Beispiel ist die Wärmekapazität des Kraftstoffs B größer als die Wärmekapazität des Kraftstoffs A.
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Alternativ wird die eingebrachte Wärmeenergie konstant gehalten (Qzu = konst.), d.h. für alle Kraftstoffe wird eine identische, vorbestimmte Wärmeenergiemenge in das Messvolumen 28 eingebracht. In diesem Fall ist die sich in einem betrachteten Zeitraum ergebende Temperaturdifferenz zwischen Heizdraht 38 und Kraftstoff umgekehrt proportional zur Wärmekapazität des Kraftstoffs. Dies ist in 6 dargestellt. In 6 ist auf der horizontalen Achse 58 die Zeit und auf der vertikalen Achse 60 die Temperaturdifferenz in [°C] aufgetragen. Ein achter Graph 68 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den ersten Kraftstoff A und ein neunter Graph 70 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den zweiten Kraftstoff B. Bei konstanter Heizleistung (Qzu = konst.) für beide Kraftstoffe kann über die sich im betrachteten Zeitraum ergebende Temperaturdifferenz auf den Kraftstoff geschlossen werden, wenn deren jeweilige Wärmekapazität bekannt ist. Hier ist die Wärmekapazität von Kraftstoff B größer als die Wärmekapazität von Kraftstoff A.
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7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform für ein Kraftstoffzuführungssystem für die Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in 1 und 4, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 und 4 verwiesen wird. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist das 2/2-Wegeventil 36 im Zulauf 30 und im Ablauf 32 ist eine Drossel 72 angeordnet. In dem Messvolumen 28 sind die Heizung 38 (el. Widerstand) und der Temperatursensor 40 angeordnet. Das Messvolumen 28 ist in einem Nebenstrom des Kraftstoffzuführungssystems angeordnet und permanent von Kraftstoff durchströmt. Dabei ist der maximale Volumenstrom durch das Messvolumen 28 mittels der Drossel 72 oder einem anderen geeigneten Bauteil soweit begrenzt, dass der Hauptstrom nicht nennenswert beeinflusst wird. Diese Volumenstrombegrenzung ist aufgrund einer möglichen Dampfblasenbildung auf der Niederdruckseite des Systems vorgesehen. Bei einem Messvorgang wird das Messvolumen 28 aufgeheizt. Das Messvolumen ist gegenüber der Umgebung wärmeisoliert. Bei konstant eingebrachter Heizleistung steigt die Temperatur im Messvolumen mit einer charakteristischen Anstiegsgeschwindigkeit, die von der Wärmekapazität des Kraftstoffes und der bekannten Wärmekapazität der Apparatur abhängig ist, an. Je größer die Wärmekapazität, desto langsamer steigt die Temperatur an.
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Dies ist in 8 veranschaulicht. In 8 ist auf der horizontalen Achse 58 die Zeit und auf der vertikalen Achse 60 die Temperaturdifferenz aufgetragen. Der achte Graph 68 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den ersten Kraftstoff A und der neunte Graph 70 veranschaulicht die Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den zweiten Kraftstoff B. Die Wärmekapazität von Kraftstoff A ist kleiner als die Wärmekapazität von Kraftstoff B.
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Stromab der Vorförderpumpe 12 des Kraftstoffzuführungssystems wird über ein Druckregelventil ein konstanter Überdruck gegenüber dem Kraftstofftank 10 sichergestellt. In erster Näherung ist der über eine scharfkantige Drossel dem Messvolumen 28 zugemessene Kraftstoffstrom konstant. In diesem konstanten Massenstrom ist der Heizdraht 38 angeordnet. Sowohl die Methode hinsichtlich konstantem Strom, als auch mit konstanter Temperaturdifferenz, wie zuvor beschrieben, können wie folgt angewendet werden:
- a) Die sich ergebende Temperaturdifferenz ist umgekehrt proportional zum Massenstrom (bekannt) und der Wärmekapazität des Kraftstoffes.
- b) Die sich ergebende elektrische Heizleistung (elektrischer Strom I über den Heizdraht 38) zum Einregeln der vorbestimmten Temperaturdifferenz ist direkt proportional zum Massenstrom (bekannt) und der Wärmekapazität des Kraftstoffs.
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Aus a) und b) lässt sich bei bekannten Wärmekapazitäten von zu erwarteten Kraftstoffen bzw. Kraftstoffmischungen die Zusammensetzung der Kraftstoffmischung bestimmen. Die Wärmekapazität ist direkt / linear von der Massenkonzentration abhängig. Besonders eignen sich Kraftstoffe mit deutlich unterschiedlichen Wärmekapazitäten. Dies gilt besonders für Mischungen aus Alkoholen und reinen Kohlenwasserstoffen (beispielsweise Methanol + Ottokraftstoff).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftstofftank
- 12
- Vorförderpumpe
- 14
- Kraftstoffleitung
- 16
- Filter
- 18
- Hockdruckpumpe
- 20
- Common Rail
- 22
- Injektor
- 24
- erster Rücklauf aus dem Injektor 22 in den Kraftstofftank 10
- 26
- zweiter Rücklauf aus dem Common Rail 20 in den Kraftstofftank 10
- 28
- Messvolumen
- 30
- Zulauf
- 32
- Ablauf
- 34
- Rückschlagventil
- 36
- 2-2-Wegeventil
- 38
- elektrische Heizung
- 40
- Temperatursensor
- 42
- Drucksensor
- 44
- horizontale Achse: eingebrachte Wärmeenergiemenge
- 46
- vertikale Achse: Druckdifferenz im Messvolumen zwischen einem Zeitpunkt vor und einem Zeitpunkt nach der Einbringung der Wärmeenergiemenge in das Messvolumen
- 48
- erster Graph: Druckdifferenz für ersten Kraftstoff A
- 50
- zweiter Graph: Druckdifferenz für zweiten Kraftstoff B
- 52
- vertikale Achse: Temperaturdifferenz im Messvolumen 28 zwischen einem Zeitpunkt vor und einem Zeitpunkt nach der Einbringung der Wärmeenergiemenge in das Messvolumen 28
- 54
- dritter Graph: Temperaturdifferenz für ersten Kraftstoff'A
- 56
- vierter Graph: Temperaturdifferenz für zweiten Kraftstoff B
- 58
- horizontale Achse: Zeit
- 60
- vertikale Achse: Temperaturdifferenz bzw. ein elektrischer Strom
- 62
- fünfte Graph: eingestellte, konstante Kraftstofftemperaturdifferenz über die Zeit
- 64
- sechster Graph: für die Kraftstofftemperaturdifferenz 62 erforderlicher elektrischen Strom I durch den Heizdraht 38 für den ersten Kraftstoff A
- 66
- siebter Graph: für die Kraftstofftemperaturdifferenz 62 erforderlicher elektrischen Strom I durch den Heizdraht 38 für den zweiten Kraftstoff B
- 68
- achter Graph: Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den ersten Kraftstoff A
- 70
- neunter Graph: Temperaturdifferenz 60 über die Zeit 58 für den zweiten Kraftstoff B
- 72
- Drossel
