DE102020104424A1

DE102020104424A1 - Schätzung von kraftstoffzusammensetzung und -alterung

Info

Publication number: DE102020104424A1
Application number: DE102020104424.0A
Authority: DE
Inventors: Ronak Vivek Kashid; Gopichandra Surnilla; Christopher Paul Glugla
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US10801428B2; CN111594323A; US20200263616A1

Abstract

Die Offenbarung stellt eine Schätzung von Kraftstoffzusammensetzung und -alterung bereit. Verfahren und Systeme zum Schätzen eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs und eines Alters des Kraftstoffs in einem Fahrzeugmotor werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Schätzen eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder eines Kraftstoffalters auf Grundlage der Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und eines Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff beinhalten. Ein oder mehrere Motorbetriebsparameter können auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und Kraftstoffalters eingestellt werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Schätzen des Ethanolgehalts in Kraftstoff und eines Alters des Kraftstoffs in einem Fahrzeugmotor.
Allgemeiner Stand der Technik
An den Kraftstoff anpassbare Kraftfahrzeuge (flexible fuel vehicle - FFV) sind eine Alternative zu herkömmlichen benzinbetriebenen Fahrzeugen und beinhalten eine Brennkraftmaschine, um Mischungen aus Benzin und einem Sekundärkraftstoff, wie etwa Ethanol, Methanol, Propan oder andere Alkohole oder Oktanzahlverbesserer, zu verbrennen. Kraftstoffgemische, die Ethanol enthalten, sind aufgrund eines Ursprungs von Ethanol aus Biomasse, wobei verschiedene Rohmaterialien aus der Landwirtschaft verfügbar sind, besonders beliebt. Ein an den Kraftstoff anpassbarer Motor kann ausgelegt sein, um Kraftstoffgemische mit 0-100 % Ethanol zu verbrennen, wodurch die CO2-Fußabdruck von der Quelle zum Rad im Vergleich zu Benzin reduziert ist. In Hybridfahrzeugen kann Kraftstoff im Kraftstofftank ungenutzt bleiben, da das Fahrzeug über längere Zeiträume nur mit dem Elektromotordrehmoment angetrieben werden kann. Alterung kann zu Änderungen der Kraftstoffzusammensetzung führen. Um zum Beispiel geeignete Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in den Brennkammern des Motors zu bestimmen, kann das PCM eine Schätzung oder Messung der Kraftstoffzusammensetzung (z. B. Prozentsatz an Ethanol) und eines Alters des Kraftstoffs nutzen, um eine Menge an einzuspritzendem Kraftstoff zu bestimmen.
Es gibt verschiedene Ansätze zum Schätzen des Ethanolgehalts in einem flexiblen Kraftstoff. Zum Beispiel offenbart US 7,523,723 , Marriott u.a. ein Verfahren zum Bestimmen des Ethanolgehalts in Kraftstoff auf Grundlage von Kraftstoffverteilerrohrdruckeigenschaften. Ein effektiver Kompressionsmodul des Kraftstoffs und eine Druckstörungssignatur können aus dem Kraftstoffverteilerrohrdruck bestimmt werden, und der Ethanolgehalt des Kraftstoffs kann auf Grundlage eines oder mehrerer von dem effektiven Kompressionsmodul des Kraftstoffs und der Druckstörungssignatur geschätzt werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Nachteile im Zusammenhang mit dem vorstehend genannten Ansatz erkannt. Als ein Beispiel offenbart Marriott u.a. kein Verfahren zum Bestimmen eines Alters des Kraftstoffs im Kraftstofftank. Bei Benzinkraftstoffen können leichtere und flüchtigere Enden (Moleküle mit weniger Kohlenstoffatomen, z. B. C ₃ und C ₄ ) verdampfen und einen gealterten Benzinkraftstoff mit einer höheren Konzentration von schwereren, weniger flüchtigen Enden zurücklassen. Bei Hybridfahrzeugen kann die Alterung des Kraftstoffs signifikant sein, da der Motor möglicherweise längere Zeit nicht betrieben wird. Die Konzentration der leichteren und schwereren Enden kann eine gewünschte Menge an Kraftstoff beeinflussen, die zur Verbrennung eingespritzt wird. Ferner beinhaltet ein Motorsystem möglicherweise keinen Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor, der verwendet werden kann, um die Kraftstoffverteilerrohrdruckeigenschaften zu bestimmen.
Kurzdarstellung
Die Erfinder haben erkannt, dass die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für einen Motor angegangen werden können, das Folgendes umfasst: Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder eines Kraftstoffalters, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs und/oder das Kraftstoffalter auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt wird. Auf diese Weise kann durch Überwachen der Kraftstoffeigenschaften, wie sie von vorhandenen Sensoren geschätzt werden, der Ethanolgehalt des Kraftstoffs und die Kraftstoffalterung geschätzt werden.
In einem Beispiel kann eine Messung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs unmittelbar nach einem Betankungsereignis ausgeführt werden und kann eine Schätzung des Kraftstoffalters periodisch ausgeführt werden. Ein Ultraschallsignalgenerator, der innerhalb eines Kraftstofftanks gekoppelt ist, kann verwendet werden, um ein Ultraschallsignal zu generieren, das sich durch den in dem Tank enthaltenen Kraftstoff bewegt. Eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff kann auf Grundlage einer Laufzeit des Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, vor und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt werden. Ferner kann ein Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Veränderung in der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wurde, geschätzt werden. In einem an den Kraftstoff anpassbaren Fahrzeug kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs in Abhängigkeit von jedem von einer Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten im Kraftstoff geschätzt werden. In Benzinmotoren kann die Kraftstoffalterung zudem als eine andere Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten im Kraftstoff geschätzt werden. Auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und des Kraftstoffalters können Motorbetriebsparameter, einschließlich des Zündzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge, eingestellt werden. Wenn das Kraftstoffalter höher als ein Schwellenwert ist, kann der Bediener benachrichtigt werden, um den Kraftstoff im Kraftstofftank zu verändern.
Auf diese Weise kann unter Verwendung eines Ultraschallsignals, das durch einen Signalgenerator generiert wird, der sich im Inneren des Kraftstofftanks befindet, die Genauigkeit der Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und des Kraftstoffalters verbessert werden. In einem an den Kraftstoff anpassbaren Fahrzeug kann durch Bestimmen des Ethanolgehalts des Kraftstoffs nach jedem Betankungsereignis ein resultierender Ethanolgehalt in dem Kraftstoff, der durch Mischen von zuvor in dem Tank vorhandenem Kraftstoff und dem neu zugeführten Kraftstoff verursacht wird, geschätzt und zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet werden. Der technische Effekt der periodischen Schätzung der Kraftstoffalterung in Benzin besteht darin, dass verschlechterter Kraftstoff rechtzeitig identifiziert und dem Fahrer gemeldet werden kann, um die Motorfunktionalität aufrechtzuerhalten. Insgesamt können durch Einstellen der Motorbetriebsparameter auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts oder Kraftstoffalters die Motorleistungsfähigkeit, die Kraftstoffeffizienz und die Emissionsqualität verbessert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Schutzumfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, die an ein Hybridfahrzeug gekoppelt ist.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffsystems, konfiguriert zur Einspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal und zur Direkteinspritzung, das mit dem Motor der 1 verwendet werden kann.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erstes Verfahren zum Bestimmen des Ethanolgehalts in einem mit flexiblem Kraftstoff angetriebenen Fahrzeug veranschaulicht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erstes Verfahren zum Bestimmen der Alterung des Benzins veranschaulicht.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein zweites Verfahren zum Bestimmen des Ethanolgehalts in Kraftstoff veranschaulicht.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein zweites Verfahren zum Bestimmen der Alterung des Benzins veranschaulicht.
7 zeigt einen Verlauf, der eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks als Reaktion auf einen Kraftstoffpumpenhub veranschaulicht.
8 zeigt einen Verlauf, der eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks als Reaktion auf eine Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht.
9 zeigt einen Verlauf, der Resonanzpulsationen im Kraftstoffverteilerrohrdruck als Reaktion auf eine Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht.
10 zeigt einen Verlauf, der die Dämpfung von Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht.
11 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt im Kraftstoff und der Dämpfung von Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationen.
12 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt im Kraftstoff und dem Dämpfungskoeffizienten.
13 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt im Kraftstoff und der Geschwindigkeit von Schall durch den Kraftstoff.
14 zeigt eine beispielhafte Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs unter Verwendung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks.
15 zeigt eine beispielhafte Bestimmung des Kraftstoffalters unter Verwendung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein drittes Verfahren zum Bestimmen des Ethanolgehalts in Kraftstoff veranschaulicht.
17 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein drittes Verfahren zum Bestimmen der Alterung des Benzins veranschaulicht.
18 zeigt eine beispielhafte Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs unter Verwendung eines Ultraschallsignals.
19 zeigt eine beispielhafte Bestimmung der Kraftstoffalterung unter Verwendung eines Ultraschallsignals.

Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Schätzen eines Ethanolgehalts, eines Wassergehalts und eines Alters von Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank eines Motors enthalten ist. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine mit jeweils einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Düse pro Einlasskanal ist in 1 angegeben. 2 zeigt ein Kraftstoffsystem, das mit dem Motor der 1 verwendet werden kann. Eine Motorsteuerung kann so konfiguriert sein, dass sie beispielhafte Routinen ausführt, wie etwa gemäß den in 3-6 beschriebenen Verfahren zum Bestimmen des Ethanol- und Wassergehalts in Kraftstoff und der Kraftstoffalterung auf Grundlage von Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks, Pulsationsfrequenz des Kraftstoffverteilerrohrdrucks und Dämpfungskoeffizient von Druckpulsationen nach Kraftstoffeinspritzung oder einem Kraftstoffpumpenhub. Die Motorsteuerung kann auch konfiguriert sein, um den Ethanolgehalt des Kraftstoffs und das Kraftstoffalter auf Grundlage der Abschwächung des Ultraschallsignals im Kraftstoff zu bestimmen, wie in den 17-18 beschrieben ist. Die beispielhaften Verläufe 7-10 zeigen Druckschwankungen aufgrund des Kraftstoffpumpenhubs, der Kraftstoffeinspritzung, der Resonanzfrequenzschwingungen bzw. der Dämpfung von Druckschwingungen. Eine beispielhafte Beziehung zwischen Ethanolgehalt des Kraftstoffs und Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationen, Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen und Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff ist jeweils in den 11-13 gezeigt. Beispielhafte Bestimmungen des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und des Kraftstoffalters sind in den 14, 15, 18 und 19 gezeigt.
1 zeigt ein Beispiel für einen Zylinder 14 einer Brennkraftmaschine 10, die in einem Motorsystem 100 in einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingabe einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hierin auch „Brennkammer“ genannt) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine hin und her gehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Gemäß der Darstellung in 1 ist der Motor 10 z. B. mit einem Turbolader konfiguriert, der einen Verdichter 174, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang eines Abgaskanals 148 angeordnet ist, beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 von der Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor1 0 mit einem Kompressor versehen ist, kann die Abgasturbine176 jedoch optional weggelassen werden, wobei der Verdichter 174 durch mechanische Eingaben von einem Elektromotor oder dem Motor angetrieben werden kann. Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann entlang eines Ansaugkanals des Motors bereitgestellt sein, um die Durchflussrate und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Motorzylindern bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Drossel 162 stromabwärts von dem Verdichter 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts von dem Verdichter 174 bereitgestellt sein.
Der Abgaskanal 148 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist stromaufwärts von einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal exhaust gas oxygen sensor; Breitband- oder Weitbereichlambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie dargestellt), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, unterschiedliche andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einer oberen Region des Zylinders 14 angeordnet sind, beinhaltet. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einer oberen Region des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Ventilaktoren können vom elektrischen Ventilbetätigungstyp oder vom Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination davon sein. Die Einlass- und Auslassventilansteuerung kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann jeglicher Möglichkeit der variablen Einlassnockenansteuerung, variablen Auslassnockenansteuerung, dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder festen Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und ein System für die Nockenprofilwechsel (cam profile switching - CPS), die variable Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), die variable Ventilansteuerung (variable valve timing - VVZ) und/oder den variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, die von der Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über eine elektronische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, einschließend CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Volumenverhältnis zwischen dem Kolben 138 am unteren Totpunkt und am oberen Totpunkt handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Jedoch kann in einigen Beispielen, in denen unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden, das Verdichtungsverhältnis erhöht sein. Hierzu kann es zum Beispiel kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann auch erhöht sein, wenn wegen ihrer Auswirkung auf das Motorklopfen Direkteinspritzung verwendet wird.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 beinhalten, um die Verbrennung zu initiieren. Ein Zündsystem 190 kann unter ausgewählten Betriebsmodi als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA von der Steuerung 12 der Brennkammer 14 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen die Zündkerze 192 weggelassen werden, etwa wenn der Motor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, wie dies bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel weist der Zylinder 14 der Darstellung nach zwei Kraftstoffeinspritzungen 166 und 170 auf. Die Kraftstoffeinspritzungen 166 und 170 können konfiguriert sein, um von einem Kraftstoffsystem 8 empfangenen Kraftstoff abzugeben. Wie unter Bezugnahme auf 2 herausgearbeitet wird, kann das Kraftstoffsystem 8 eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen, Kraftstoffverteilerrohre und Kraftstoffverteilerrohrsensoren beinhalten. Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (direct injection; nachfolgend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Während die Einspritzung 166 in der Darstellung von 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann sie alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ dazu kann sich die Einspritzung über und nahe dem Einlassventil befinden, um das Mischen zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr zugeführt werden. Ferner kann das Kraftstoffverteilerrohr einen Drucksensor und einen Temperatursensor aufweisen, die der Steuerung 12 ein Signal bereitstellen.
Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzung 170 im Ansaugkanal 146 anstatt im Zylinder 14 angeordnet, eine Konfiguration, die das bereitstellt, was als Kraftstoffeinspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal (oder Saugrohrkraftstoffeinspritzung) bekannt ist (port fuel injection; nachfolgend als „PFI“ bezeichnet), hier in den Einlasskanal vor dem Zylinder 14. Die Kraftstoffeinspritzung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu beachten, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme oder mehrere Treiber verwendet werden können, beispielsweise kann, wie abgebildet, der Treiber 168 für den Kraftstoffeinspritzer 166 und der Treiber 171 für den Kraftstoffeinspritzer 170 verwendet werden.
In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzungen 166 und 170 als Direktkraftstoffeinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 konfiguriert sein. In noch einem weiteren Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzungen 166 und 170 als Saugrohrkraftstoffeinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff vor dem Einlassventil 150 konfiguriert sein. In noch weiteren Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzung beinhalten, die konfiguriert ist, um unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aus den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die ferner konfiguriert ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als eine Direktkraftstoffeinspritzung direkt in den Zylinder oder als Saugrohrkraftstoffeinspritzung den Einlassventilen vorgelagert einzuspritzen. Demnach versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hierin beispielhaft beschriebenen konkreten Konfigurationen von Kraftstoffeinspritzungen beschränkt sein sollen.
Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Zyklus des Zylinders von beiden Einspritzungen zugeführt werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzmenge bereitstellen, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Ferner können/kann die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von jeder Einspritzung zugeführt wird, mit Betriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie hier nachstehend beschrieben, variieren. Der über das Saugrohr eingespritzte Kraftstoff kann während eines Ereignisses mit geöffnetem Einlassventil, eines Ereignisses mit geschlossenem Einlassventil (z. B. im Wesentlichen vor dem Ansaugtakt) sowie während eines Betriebs bei sowohl offenem als auch geschlossenem Einlassventil abgegeben werden. Gleichermaßen kann direkt eingespritzter Kraftstoff zum Beispiel während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach kann selbst bei einem einzelnen Verbrennungsereignis eingespritzter Kraftstoff zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Saugrohr- und Direkteinspritzung eingespritzt werden. Darüber hinaus können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzvorgänge des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzvorgänge können während des Verdichtungstakts, des Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
Die Kraftstoffeinspritzungen 166 und 170 können verschiedene Eigenschaften haben. Diese beinhalteten Unterschiede in der Größe, beispielsweise kann eine Einspritzung ein größeres Einspritzloch haben als die andere. Weitere Unterschiede beinhalten unter anderem unterschiedliche Sprühwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Ziele, unterschiedliche Einspritzzeitsteuerung, unterschiedliche Sprüheigenschaften, unterschiedliche Stelen usw. Außerdem können in Abhängigkeit vom Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs unter den Einspritzungen 170 und 166 verschiedene Auswirkungen erreicht werden.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können unterschiedlichen Alkoholgehalt, unterschiedlichen Wassergehalt, unterschiedliche Konzentrationen von leichteren und schwereren Kohlenwasserstoffenden, unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärme, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlicher Verdampfungswärme könnte Benzin als erste Kraftstoffart mit niedrigerer Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit größerer Verdampfungswärme beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann der Motor einen flexiblen Kraftstoff, der Alkohol enthält, verwenden, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85% aus Ethanol und zu 15% aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85% aus Methanol und zu 15% aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Weitere mögliche Substanzen beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Ethanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw.
In noch einem weiteren Beispiel kann es sich ferner bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierender Alkoholzusammensetzung handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Darüber hinaus können sich der erste und der zweite Kraftstoff auch in Bezug auf andere Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie beispielsweise einen Unterschied hinsichtlich der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. Außerdem können sich die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig ändern, zum Beispiel aufgrund täglicher Schwankungen beim Auffüllen des Tanks.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 zum Speichern ausführbarer Anweisungen gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor; eines Absolutkrümmerdrucksignals (Absolute Manifold Pressure- MAP) von einem Sensor124; eines Kraftstoffverteilerrohrdrucks von einem Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor; einer Kraftstoffverteilerrohrtemperatur von einem Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor; und einer Amplitude eines Ultraschallsignals von einem Ultraschallsignalsensor. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige des Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Somit kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, (einer) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 einen Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingerückt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzurücken oder auszurücken, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, darunter als paralleles, serielles oder seriell-paralleles Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 empfängt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform 200 eines Kraftstoffsystems, wie beispielsweise des Kraftstoffsystems 8 aus 1. Das Kraftstoffsystem 200 kann betrieben werden, um Kraftstoff an einen Motor, wie etwa den Motor 10 aus 1, abzugeben.
Das Kraftstoffsystem 200 beinhaltet einen Kraftstoffspeichertank 210 zum Speichern des Kraftstoffs an Bord des Fahrzeugs, eine Niederdruckkraftstoffpumpe (lower pressure fuel pump - LPP) 212 und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (higher pressure fuel pump - HPP) 214 (hierin auch als Kraftstoffpumpe 214 bezeichnet). Der Kraftstoff kann dem Kraftstofftank 210 über einen Kraftstofffüllkanal 204 bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann die LLP 212 eine elektrisch angetriebene Niederdruckkraftstoffpumpe sein, die zumindest teilweise im Kraftstofftank 210 angeordnet ist. Die LLP 212 kann durch eine Steuerung 222 (z. B. Steuerung 12 aus 1) betrieben werden, um der HPP 214 Kraftstoff über einen Kraftstoffkanal 218 bereitzustellen. Die LPP 212 kann als eine sogenannte Kraftstoffsaugpumpe konfiguriert werden. Als ein Beispiel kann die LPP 212 eine Turbinenpumpe (z. B. Kreiselpumpe) sein, die einen elektrischen (z. B. DC-)Pumpenmotor aufweist, wobei der Druckanstieg in der Pumpe und/oder der Volumendurchflussrate durch die Pumpe gesteuert werden können, indem die elektrische Leistung, die dem Pumpenmotor bereitgestellt wird, variiert wird, wodurch die Motordrehzahl erhöht oder verringert wird. Zum Beispiel können die Volumendurchflussrate und/oder der Druckanstieg in der Saugpumpe reduziert sein, wenn die Steuerung die elektrische Leistung, die der Saugpumpe 212 bereitgestellt wird, reduziert. Die Volumendurchflussrate und/oder der Druckanstieg in der Pumpe kann durch Erhöhen der elektrischen Leistung, die der Saugpumpe 212 bereitgestellt wird, erhöht werden. Als ein Beispiel kann die elektrische Leistung, die dem Niederdruckpumpenmotor zugeführt wird, von einer Lichtmaschine oder einer anderen Energiespeichervorrichtung an Bord des Fahrzeugs (nicht gezeigt) erlangt werden, wobei das Steuersystem den elektrischen Verbraucher steuern kann, der verwendet wird, um die Niederdruckpumpe mit Leistung zu versorgen. Somit werden durch das Variieren der Spannung und/oder des Stroms, die der Niederdruckkraftstoffpumpe bereitgestellt werden, die Durchflussrate und der Druck des Kraftstoffs, der am Einlass der Hochdruckkraftstoffpumpe 214 bereitgestellt wird, eingestellt.
Die LLP 212 kann fluidisch an ein Filter 217 gekoppelt sein, das kleine Verunreinigungen, die in dem Kraftstoff enthalten sind und möglicherweise Kraftstoffbehandlungskomponenten schädigen könnten, entfernt. Ein Rückschlagventil 213, das die Kraftstoffzufuhr erleichtern und den Kraftstoffverteilerrohrdruck aufrechterhalten kann, kann fluidisch stromaufwärts des Filters 217 angeordnet sein. Mit dem Rückschlagventil 213 stromaufwärts des Filters 217 kann die Nachgiebigkeit des Niederdruckkanals 218 vergrößert werden, da das Filter ein physisch großes Volumen aufweisen kann. Außerdem kann ein Druckentlastungsventil 219 eingesetzt werden, um den Kraftstoffdruck im Niederdruckkanal 218 (z. B. die Ausgabe aus der Saugpumpe 212) zu begrenzen. Das Entlastungsventil 219 kann einen Kugel-FederMechanismus aufweisen, der z. B. bei einer vorgegebenen Druckdifferenz anliegt und abdichtet. Der Druckdifferenzsollpunkt, bei dem das Entlastungsventil 219 zum Öffnen konfiguriert sein kann, kann verschiedene geeignete Werte annehmen; als ein nicht einschränkende Beispiel kann der Sollpunkt 6,4 bar oder 5 bar (g) betragen. Eine Öffnung 223 kann genutzt werden, um zuzulassen, dass Luft und/oder Kraftstoffdampf aus der Saugpumpe 212 entweichen kann. Dieses Entweichen an der Öffnung 223 kann auch verwendet werden, um eine Strahlpumpe anzutreiben, die dazu dient, Kraftstoff von einer Stelle zu einer anderen innerhalb des Tanks 210 zu befördern. In einem Beispiel kann ein Öffnungsrückschlagventil (nicht gezeigt) in Reihe mit der Öffnung 223 platziert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 8 ein oder mehrere (z. B. eine Reihe) Rückschlagventile beinhalten, die fluidisch an die Niederdruckkraftstoffpumpe 212 gekoppelt sind, um zu verhindern, dass Kraftstoff zurück stromaufwärts der Ventile leckt. In diesem Kontext bezeichnet stromaufwärts einen Kraftstofffluss von den Kraftstoffverteilerrohren 250, 260 zu der LPP 212, während stromabwärts die nominale Kraftstoffflussrichtung von der LPP zu der HPP 214 und von dort zu den Kraftstoffverteilerrohren bezeichnet.
Durch die LLP 212 angehobener Kraftstoff kann mit einem niedrigeren Druck in einen Kraftstoffkanal 218 zugeführt werden, der zu einem Einlass 203 der HPP 214 führt. Die HPP 214 kann dann Kraftstoff in ein erstes Kraftstoffverteilerrohr 250 abgeben, das an eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzungen einer ersten Gruppe von Kraftstoffeinspritzungen 252 (hierin auch als ein erste Einspritzungsgruppe bezeichnet) gekoppelt ist. Von der LPP 212 angehobener Kraftstoff kann auch einem zweiten Kraftstoffverteilerrohr 260 zugeführt werden, das an eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzungen einer zweiten Gruppe von Saugrohreinspritzungen 262 (hierin auch als eine zweite Einspritzungsgruppe bezeichnet) gekoppelt ist. Die HPP 214 kann betrieben werden, um den Druck des Kraftstoffs, der an das erste Kraftstoffverteilerrohr abgegeben wird, über einen Saugpumpendruck zu erhöhen, wobei das erste Kraftstoffverteilerrohr, das an die Direkteinspritzungsgruppe gekoppelt ist, mit einem hohen Druck betrieben wird. Dadurch kann die Hochdruck-DI aktiviert sein, während die PFI mit einem niedrigeren Druck betrieben werden kann.
Während jedes von dem ersten Kraftstoffverteilerrohr 250 und dem zweiten Kraftstoffverteilerrohr 260 der Darstellung nach Kraftstoff an vier Kraftstoffeinspritzungen der jeweiligen Einspritzungsgruppe 252, 262 abgibt, wird man verstehen, dass jedes Kraftstoffverteilerrohr 250, 260 Kraftstoff an eine beliebige geeignete Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen abgeben kann. Als ein Beispiel kann das erste Kraftstoffverteilerrohr 250 Kraftstoff an eine Kraftstoffeinspritzung der ersten Einspritzungsgruppe 252 für jeden Zylinder des Motors abgeben, während das zweite Kraftstoffverteilerrohr 260 Kraftstoff an eine Kraftstoffeinspritzung der zweiten Einspritzungsgruppe 262 für jeden Zylinder des Motors abgeben kann. Die Steuerung 222 kann einzeln jede der Saugrohreinspritzungen 262 über einen Saugrohreinspritzungstreiber 237 betätigen und jede der Direkteinspritzungen 252 über einen Direkteinspritzungstreiber 238 betätigen. Die Steuerung 222, die Treiber 237, 238 und andere geeignete Motorsystemsteuerungen können ein Steuersystem umfassen. Auch wenn die Treiber 237, 238 außerhalb der Steuerung 222 gezeigt sind, wird man verstehen, dass die Steuerung 222 in anderen Beispielen die Treiber 237, 238 beinhalten kann oder konfiguriert sein kann, um die Funktionalität der Treiber 237, 238 bereitzustellen Die Steuerung 222 kann zusätzliche Komponenten enthalten, die nicht dargestellt sind, wie z. B. diejenigen, die in der Steuerung 12 aus 1 enthalten sind.
Die HPP 214 kann eine motorbetriebene Verdrängerpumpe sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die HPP 214 eine BOSCH HDP5 HIGH PRESSURE PUMP sein, die ein solenoidaktiviertes Steuerventil (z. B. ein Kraftstoffvolumenregulator, ein magnetisches Solenoidventil usw.) nutzt, um das effektive Pumpenvolumen für jeden Pumpenhub zu variieren. Das Auslassrückschlagventil der HPP wird mechanisch gesteuert und nicht von einer externen Steuerung elektronisch gesteuert. Die HPP 214 kann im Gegensatz zur motorbetriebenen LPP 212 von dem Motor mechanisch angetrieben werden. Die HPP 214 beinhaltet einen Pumpenkolben 228, einen Pumpenverdichtungsraum 205 (hier auch als Verdichtungsraum bezeichnet) und einen Stufenraum 227. Der Pumpenkolben 228 empfängt eine mechanische Eingabe von der Motorkurbelwelle oder -nockenwelle über den Nocken 230, wodurch die HPP gemäß dem Grundsatz einer nockenbetriebenen Einzylinderpumpe betrieben wird. Ein (in 2 nicht gezeigter) Sensor kann in der Nähe des Nockens 230 positioniert sein, um die Bestimmung der Winkelposition des Nockens (z. B. zwischen 0 und 360 Grad) zu ermöglichen, die an die Steuerung 222 weitergegeben werden kann.
Ein Saugpumpenkraftstoffdrucksensor 231 kann entlang des Kraftstoffkanals 218 zwischen der Saugpumpe 212 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 214 positioniert sein. In dieser Konfiguration können Messwerte von dem Sensor 231 als Angaben des Kraftstoffdrucks der Saugpumpe 212 (z. B. des Auslasskraftstoffdrucks der Saugpumpe) und/oder des Einlassdrucks der Kraftstoffpumpe mit höherem Druck interpretiert werden. Die Messwerte von dem Sensor 231 können verwendet werden, um den Betrieb verschiedener Komponenten in dem Kraftstoffsystem 200 zu bewerten, um zu bestimmen, ob der Kraftstoffpumpe 214 mit höherem Druck ein ausreichender Kraftstoffdruck bereitgestellt wird, sodass die Kraftstoffpumpe mit höherem Druck flüssigen Kraftstoff und nicht Kraftstoffdampf aufnimmt, und/oder um die durchschnittliche elektrische Leistung, die der Saugpumpe 212 zugeführt wird, zu minimieren.
Das erste Kraftstoffverteilerrohr 250 beinhaltet einen ersten Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor 248 und einen ersten Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor 232, um der Steuerung 222 eine Angabe des Direkteinspritzungs-Kraftstoffverteilerrohrdrucks bzw. der Temperatur des ersten Kraftstoffverteilerrohrs bereitzustellen. Gleichermaßen beinhaltet das zweite Kraftstoffverteilerrohr 260 einen zweiten Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor 258 und einen ersten Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor 232, um der Steuerung 222 eine Angabe des Saugrohreinspritzungs-Kraftstoffverteilerrohrdrucks bzw. der Temperatur des zweiten Kraftstoffverteilerrohrs bereitzustellen.
Die Kraftstoffverteilerrohrdrucksensoren 248 und/oder 258 und die Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensoren 232 und/oder 234 können verwendet werden, um den Ethanolgehalts und/oder das Alter von Kraftstoff im Kraftstofftank 210 zu bestimmen. Bei flexiblen Kraftstoffen (die Ethanol enthalten) ist der Ethanolgehalt des Kraftstoffs ein Prozentsatz von Ethanol in dem Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank 210 eines Motorkraftstoffsystems enthalten ist. Bei Benzin ist das Kraftstoffalter eine Angabe einer Veränderung der Kraftstoffbestandteile im Zeitverlauf aufgrund eine Verdampfung der leichteren, flüchtigeren Enden des Kraftstoffs. Der verdampfte Teil des Kraftstoffs kann entweder zu einem Kraftstoffdampfspeicherbehälter oder in die Atmosphäre geleitet werden. Der Kraftstoffalterungsprozess ist abhängig von der Dauer und den Bedingungen (wie etwa Temperaturschwankungen während der täglichen Zyklen), bei denen der Kraftstoff im Kraftstofftank gelagert ist. In einem Beispiel kann der Verdampfungsprozess beschleunigt werden, wenn der Kraftstoff für eine längere Zeit bei einer höheren Temperatur (wie etwa bei heißen Umgebungsbedingungen) gelagert wird, wodurch das Kraftstoffalter erhöht wird. In einem Hybridfahrzeug kann das Kraftstoffalter periodisch nach Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters geschätzt werden. In einem an den Kraftstoff anpassbaren Fahrzeug kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs zumindest innerhalb einer ersten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer nach einem Betankungsereignis periodisch geschätzt werden, und der Wassergehalt des Kraftstoffs kann periodisch nach Abschluss einer zweiten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorangegangenen Schätzung des Kraftstoffalters geschätzt werden, wobei die zweite Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer größer als die erste Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer ist.
Ein Volumenanteil von Ethanol in Kraftstoff, ein Volumenanteil von Wasser in Kraftstoff und ein Alter von Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank 210 enthalten ist, können auf Grundlage einer geschätzten Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und einer von einer Pulsationsfrequenz, einer Druckveränderung und oder einem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen, wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Die Druckveränderung während eines Kraftstoffpumpenhubs oder einer Kraftstoffeinspritzung kann von dem Kraftstoffkompressionsmodul abhängig sein, der Dämpfungskoeffizient der Druckpulsationen in einem Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa erstes Kraftstoffverteilerrohr 250) unmittelbar nach einem Kraftstoffpumpenhub oder einer Kraftstoffeinspritzung kann von der Kraftstoffviskosität abhängig sein, und die Resonanzfrequenz der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr kann von der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff abhängig sein. Als Reaktion auf die Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs, des Wassergehalts und des Kraftstoffalters können ein oder mehrere Motorbetriebsparameter eingestellt werden. Beispielsweise kann die Menge an eingespritztem Kraftstoff während eines Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolvolumenanteils oder eines Anstiegs des Kraftstoffalters erhöht werden und kann das befohlene Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolvolumenanteils verringert werden, und kann der Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolvolumenanteils vorverlegt werden. Verfahren für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs, des Wassergehalts und/oder der Alterung werden unter Bezugnahme auf die 3-6 ausführlich erörtert.
In einer alternativen Ausführungsform können die Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensoren 232 und 234 weggelassen werden und kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur auf Grundlage von Kraftstoffverteilerrohrdruckschwankungen bestimmt werden. Wenn die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur nicht bekannt ist, wie etwa bei einem Saugrohreinspritzungssystem ohne einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor, können die Volumenanteile von Ethanol und Wasser im Kraftstoff und die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur in einem an den Kraftstoff anpassbaren Fahrzeug auf Grundlage von mindestens drei von einer Pulsationsfrequenz, einer Druckveränderung und einem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen, wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Bei einem Hybridfahrzeug kann das Kraftstoffalter und die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur auf Grundlage von mindestens zwei von der Pulsationsfrequenz, einer Druckveränderung und einem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen, wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur werden unter Bezugnahme auf die 5-6 ausführlich erörtert.
Ein Motordrehzahlsensor 233 kann verwendet werden, um der Steuerung 222 eine Angabe der Motordrehzahl bereitzustellen. Die Angabe der Motordrehzahl kann verwendet werden, um die Drehzahl der Hochdruckkraftstoffpumpe 214 zu identifizieren, da die Pumpe 214 mechanisch durch den Motor 202 angetrieben wird, z. B. über die Kurbelwelle oder Nockenwelle.
Das erste Kraftstoffverteilerrohr 250 ist an einen Auslass 208 der HPP 214 entlang eines Kraftstoffkanals 278 gekoppelt. Ein Rückschlagventil 274 und ein Druckentlastungsventil (auch als Pumpenentlastungsventil bekannt) 272 können zwischen dem Auslass 208 der HPP 214 und dem ersten (DI-) Kraftstoffverteilerrohr 250 positioniert sein. Das Pumpenentlastungsventil 272 kann an einen Bypassdurchlass 279 des Kraftstoffkanals 278 gekoppelt sein. Das Auslassrückschlagventil 274 öffnet sich, um nur dann zu ermöglichen, dass Kraftstoff von dem Hochdruckpumpenauslass 208 in ein Kraftstoffverteilerrohr fließt, wenn ein Druck am Auslass der Direkteinspritzungskraftstoffpumpe 214 (z. B. ein Auslassdruck des Verdichtungsraums) höher als der Kraftstoffverteilerrohrdruck ist. Das Pumpenentlastungsventil 272 kann den Druck in dem Kraftstoffkanal 278 stromabwärts der HPP 214 und stromaufwärts des ersten Kraftstoffverteilerrohrs 250 begrenzen. Beispielsweise kann das Pumpenentlastungsventil 272 den Druck in dem Kraftstoffkanal 278 auf 200 bar begrenzen. Das Pumpenentlastungsventil 272 ermöglicht, dass Kraftstoff aus dem DI-Kraftstoffverteilerrohr 250 zum Pumpenauslass 208 fließt, wenn der Kraftstoffverteilerrohrdruck größer als ein vorbestimmter Druck ist. Die Ventile 244 und 242 arbeiten zusammen, um das Niederdruck-Kraftstoffverteilerrohr 260 auf einem vorbestimmten niedriger Druck zu halten. Das Druckentlastungsventil 242 trägt dazu bei, den Druck, der sich aufgrund der Wärmeausdehnung des Kraftstoffs im Kraftstoffverteilerrohr 260 aufbauen kann, zu begrenzen.
Auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen kann Kraftstoff durch einen oder mehrere der Saugrohreinspritzungen 262 und Direkteinspritzungen 252 abgegeben werden. Beispielsweise kann unter Hochlastbedingungen Kraftstoff an einen Zylinder in einem gegebenen Motorzyklus nur über eine Direkteinspritzung abgegeben werden, wobei die Saugrohreinspritzungen 262 deaktiviert sind. Bei einem weiteren Beispiel kann Kraftstoff unter Mittellastbedingungen an einen Zylinder in einem gegebenen Motorzyklus über jede von Direkt- und Saugrohreinspritzung abgegeben werden. Als noch weiteres Beispiel kann Kraftstoff unter Niederlastbedingungen, Motorstarts sowie Warmleerlaufbedingungen an einen Zylinder in einem gegebenen Motorzyklus nur über Saugrohreinspritzung abgegeben werden, während die Direkteinspritzungen 252 deaktiviert sind.
Es sei angemerkt, dass die Hochdruckpumpe 214 der 2 als ein veranschaulichendes Beispiel einer möglichen Konfiguration für eine Hochdruckpumpe dargestellt ist. In 2 gezeigte Komponenten können entfernt und/oder verändert werden, während zusätzliche Komponenten, die derzeit nicht gezeigt sind, zur Pumpe 214 hinzugefügt werden können, während immer noch die Fähigkeit aufrechterhalten wird, Hochdruckkraftstoff an ein Direkteinspritzungs-Kraftstoffverteilerrohr und ein Saugrohreinspritzungs-Kraftstoffverteilerrohr abzugeben.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Kraftstoffsystem nur die Saugrohreinspritzungen 262 anstelle von sowohl Direkteinspritzungen und Saugrohreinspritzungen 262 beinhalten. Im Falle einer Kraftstoffeinspritzung über die Saugrohreinspritzungen 262 kann außerdem das zweite Kraftstoffverteilerrohr 260 weggelassen werden. Ein Kraftstofftemperatursensor 243 kann im Kraftstofftank untergebracht sein, um die Schätzung der Kraftstofftemperatur im Tank zu erleichtern. Ein Ultraschallsignalgenerator 240 kann an eine Wand des Kraftstofftanks 210 gekoppelt sein, und ein Ultraschallsensor 241 kann an den Generator 240 gekoppelt sein. Der Ultraschallsignalgenerator 240 kann Ultraschallwellen generieren, die durch den Kraftstoff im Tank hindurchtreten können. Die Wellen können von einem festen Gegenstand, wie etwa einer Wand des Tanks gegenüber der Wand, an der der Signalgenerator 240 montiert ist, reflektiert werden. Auf diese Weise kann das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert werden, der an eine erste Wand eines Kraftstofftanks gekoppelt ist, und das Ultraschallsignal kann durch einen Ultraschallsensor erfasst werden, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, wobei jeder von dem Ultraschallsignalgenerator und dem Ultraschallsensor in Kraftstoff eingetaucht ist. Eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff kann auf Grundlage einer Laufzeit eines reflektierten Ultraschallsignals zu und von einer zweiten Wand, die der ersten Wand gegenüberliegt, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt werden. Außerdem kann ein Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage einer Differenz in der Amplitude zwischen dem generierten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal geschätzt werden. Ein Volumenanteil von Ethanol im Kraftstoff oder ein Alter des im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffs kann auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit des Schalls im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt werden. Verfahren für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder der Alterung unter Verwendung eines Ultraschallsignals werden unter Bezugnahme auf die 15-16 genauer erörtert.
Die Steuerung 222 kann zudem den Betrieb jeder der Kraftstoffpumpen 212 und 214 steuern, um eine Menge, einen Druck, eine Durchflussrate usw. eines an den Motor abgegebenen Kraftstoffs einzustellen. Als ein Beispiel kann die Steuerung 222 eine Druckeinstellung, eine Pumpenhubmenge, einen Pumpeneinschaltdauerbefehl und/oder eine Kraftstoffdurchflussrate der Kraftstoffpumpen zum Abgeben von Kraftstoff an unterschiedliche Stellen des Kraftstoffsystems variieren. Ein (nicht gezeigter) Treiber, der elektronisch an die Steuerung 222 gekoppelt ist, kann dazu verwendet werden, um bei Bedarf ein Steuersignal an die Niederdruckpumpe zu senden, um die Ausgabe (z. B. Drehzahl, Durchflussausgang und/oder Druck) der Niederdruckpumpe einzustellen.
Auf diese Weise können die Systeme, die oben bei 1 und 2 erörtert wurden, ein Motorsystem ermöglichen, das Folgendes umfasst: eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nicht-transitorischem Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach Abschluss eines Betankungsereignisses einen Ethanol- und Wassergehalt des Kraftstoffs auf Grundlage einer Temperatur eines Kraftstoffverteilerrohrs und zweier Kraftstoffverteilerrohrdruckfaktoren zu schätzen und eines oder mehrere von einer Menge des eingespritzten Kraftstoffs und einem Zündzeitpunkt auf Grundlage des geschätzten Ethanol- und Wassergehalts des Kraftstoffs einzustellen, oder nach Abschluss einer Schwellendauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters das Kraftstoffalter auf Grundlage der Temperatur des Kraftstoffverteilerrohrs und des Kraftstoffverteilerrohrdruckfaktors zu schätzen und eines oder mehrere von einer Menge des eingespritzten Kraftstoffs und eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts einzustellen. Der Kraftstoffverteilerrohrdruckfaktor kann eines oder mehrere von einer Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks als Reaktion auf einen Hub einer Kraftstoffpumpe oder eine Kraftstoffeinspritzung, einem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen in einem Kraftstoffverteilerrohr unmittelbar nach dem Hub oder der Einspritzung und einer Resonanzfrequenz der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr unmittelbar nach dem Hub oder der Einspritzung beinhalten.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 300, das implementiert werden kann, um einen Volumenanteil von Ethanol und Wasser in Kraftstoff zu schätzen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen in dieser Schrift enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 302 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die Parameter können Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehmomentbedarf, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beinhalten. Die Steuerung kann eine den Kraftstoffeinspritzungen (Direkteinspritzungen und/oder Saugrohreinspritzungen) über das erste Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das erste Kraftstoffverteilerrohr 250 in 2), das an die Direkteinspritzungen (wie Direkteinspritzungen 252 in 2) gekoppelt ist, und das zweite Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das zweite Kraftstoffverteilerrohr 260 in 2), das an die Saugrohreinspritzungen (wie etwa Saugrohreinspritzungen 262 in 2) gekoppelt ist, zugeführte Kraftstoffmenge schätzen. Die Steuerung kann den Betrieb einer Kraftstoffpumpe (wie etwa Hochdruckpumpe 214 in 2) überwachen, wie etwa die Zeitsteuerung eines Kraftstoffpumpenhubs.
Bei 304 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind. Die Bestimmung des Ethanolgehalts kann in einem Motor unter Verwendung eines Ethanol enthaltenden flexiblen Kraftstoffs (wie etwa E85 mit 85% Ethanol) ausgeführt werden. Somit kann in einigen Beispielen die Ethanolgehaltsbestimmung nur in Fahrzeugen ausgeführt werden, die für den Betrieb mit Ethanolkraftstoff (z. B. an den Kraftstoff anpassbare Fahrzeuge) konfiguriert sind. In einem Beispiel kann eine Ethanolgehaltsschätzung ausgeführt werden, nachdem ein Fahrzeugbetanken erfasst wurde.
Die Bedingungen können beinhalten, dass das Fahrzeug über ein Motordrehmoment angetrieben wird, wobei Kraftstoff über ein Kraftstoffverteilerrohr (wie das erste Kraftstoffverteilerrohr) zu den Einspritzungen zugeführt wird. Die Bedingungen können ferner ein Betankungsereignis beinhalten, das innerhalb einer Schwellenzeitdauer aufgetreten ist. Während des Betankens mit einem Kraftstoff, der Ethanol enthalten kann, kann sich im Kraftstofftank übriger Kraftstoff mit dem Kraftstoff vermischen, der abgegeben wird, was zu einem Kraftstoffgemisch aus vorhandenem und neuem Kraftstoff führt. Der Ethanolgehalt und der Wassergehalt des Kraftstoffgemischs können sich von dem Ethanolgehalt und dem Wassergehalt des vorhandenen Kraftstoffs oder des abgegebenen Kraftstoffs unterscheiden, und der Ethanolgehalt des Kraftstoffgemischs kann innerhalb einer Schwellendauer (oder einer Schwellenfahrstrecke) nach dem Betankungsereignis geschätzt werden. Zum Beispiel können solche Schätzungen innerhalb eines Tages nach dem Betanken oder innerhalb von 10 Meilen Fahrt nach dem Betanken ausgeführt werden. Da sich die Menge an Wasser, die durch Ethanol absorbiert wird, im Laufe der Zeit (zwischen den Betankungsereignissen) verändern kann, können die Bedingungen ferner eine Schwellendauer der Zeit, die seit einer vorherigen Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs verstrichen ist, beinhalten. Beispielsweise können solche Schätzungen periodisch durchgeführt werden, beispielsweise alle 15 Tage.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 306 ohne Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann das Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen über ein oder mehrere Kraftstoffverteilerrohre beinhalten.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind, kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur bei 308 über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa der erste Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor 232 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist, geschätzt werden. Alternativ kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur unter Verwendung eines auf Physik basierenden oder empirischen Modells, das die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur mit den Motorbetriebsbedingungen und -zuständen in Beziehung setzt, geschätzt werden.
Bei 310 werden zwei oder mehr von einer Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen , einer Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks(δp) und einem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt werden. In einem Beispiel kann der Kraftstoffkompressionsmodul auf Grundlage einer Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) geschätzt werden, die durch einen Pumpenhub oder ein Einspritzereignis verursacht wird, kann eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff auf Grundlage einer Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr aufgrund eines Kraftstoffpumpenhubs oder einer Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden und kann eine Kraftstoffviskosität auf Grundlage einer Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einem Kraftstoffpumpenhub oder einer Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden.
Um eine oder mehrere von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp), der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen und einem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen zu schätzen, kann ein Pumpenhub einer in einem Kraftstofftank untergebrachten Hochdruckkraftstoffpumpe (wie etwa HP-Kraftstoffpumpe 214 in 2) bestimmt werden. Der Pumpenhub kann dem Betrieb der Pumpe entsprechen, um Kraftstoff vom Kraftstofftank über eine Kraftstoffleitung an das Direkteinspritzungs-Kraftstoffverteilerrohr abzugeben. Eine Veränderung (Anstieg) des Kraftstoffverteilerrohrdrucks kann über Kraftstoffverteilerrohrdrucksensoren (wie etwa Drucksensor 248 in 2) unmittelbar nach dem Pumpenhub bestimmt werden. Wenn die Pumpe betrieben wird, um Kraftstoff vom Kraftstofftank zum Kraftstoffverteilerrohr zu fördern, kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck während eines Pumpenhubs ansteigen. Beispielsweise kann die Steuerung während des Pumpenhubs eine Veränderung einer Druckgröße oder einem Druckgefälle schätzen.
Die Steuerung kann ein Kraftstoffdirekteinspritzungsereignis bestimmen, das zu mindestens einer Schwellenveränderung (Verringerung) der im Verteilerrohr verbleibenden Kraftstoffmenge führt. Kraftstoff kann über eine oder mehrere Direkteinspritzungen (wie etwa Direkteinspritzungen 252), die an ein Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt sind, eingespritzt werden. Eine Kraftstoffeinspritzdauer kann geschätzt werden. Die Dauer kann eine Zeit beinhalten, die zwischen einem Start der Kraftstoffeinspritzung und einem Abschluss der Kraftstoffeinspritzung in einen bestimmten Zylinder bei einem einzelnen Kraftstoffeinspritzungsereignis verstrichen ist. Kraftstoff kann vom Kraftstofftank über die Kraftstoffleitung und das Verteilerrohr zu den Direkteinspritzungen gepumpt werden. Die Verringerung der Kraftstoffmenge, die nach dem Einspritzungsereignis in Verteilerrohr verbleibt, kann zu einer Verringerung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks führen. Eine Veränderung (Verringerung) des Kraftstoffverteilerrohrdrucks kann über Kraftstoffverteilerrohrdrucksensoren (wie etwa Drucksensor 248 der 2) unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks unmittelbar nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Kraftstoffpumpenhub geschätzt werden.
Nach dem Pumpenhub oder der Kraftstoffeinspritzung können Druckpulsationen an dem Kraftstoffverteilerrohr generiert werden. Die Kraftstoffverteilerrohrpulsationen können eine Resonanzfrequenz aufweisen. Die Resonanzfrequenz der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr kann mittels Verarbeiten des Drucksignals von Kraftstoffverteilerrohrdrucksensoren (wie etwa Drucksensor 248 in 2) nach dem Pumpenhub oder der Kraftstoffeinspritzung bestimmt werden.
Die nach der Kraftstoffeinspritzung oder dem Pumpenhub am Kraftstoffverteilerrohr generierten Druckpulsationen können gedämpft werden, wobei die Amplitude der Pulsationen mit der Zeit abnimmt. Die Amplitude der Druckpulsationen kann exponentiell abklingen. Ein Dämpfungskoeffizient der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr kann bestimmt werden. Eine exponentielle Kurve kann an das abklingende Amplitudenprofil der Druckpulsationen angepasst werden und/oder eine Exponentialfunktion kann an die Drucksignalhüllkurve angepasst werden. In einem Beispiel kann der Dämpfungskoeffizient eine Konstante in der Exponentialfunktion sein. In einem weiteren Beispiel kann eine exponentiell gedämpfte Sinuskurve an die abklingenden Druckpulsationen angepasst werden. Der Dämpfungskoeffizient kann eine Konstante in der Exponentialfunktion (multipliziert mit der Sinuskurve) sein. In noch einem weiteren Beispiel kann der Dämpfungskoeffizient unter Verwendung einer Prony-Analyse geschätzt werden. Die schnelle Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform - FFT) des Drucksignals kann auch zum Schätzen des Dämpfungskoeffizienten verwendet werden, da die Amplitude der aus der FFT erlangten Resonanzfrequenzkomponente abhängig von dem Dämpfungskoeffizienten ist.
7 zeigt einen beispielhaften Verlauf 700, der eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks im Zeitverlauf veranschaulicht. Die y-Achse bezeichnet den Kraftstoffverteilerrohrdruck (in psi) und die x-Achse bezeichnet die Zeit in (Sek.). Der Druck kann über einen Drucksensor geschätzt werden, der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist (wie etwa Drucksensor 248 in 2).
Zum Zeitpunkt t1 kann ein Kraftstoffpumpenhub beginnen und bis zum Zeitpunkt t2 andauern. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 steigt, wie durch die Linie 702 gezeigt, der Kraftstofftankdruck stetig an. Nach Abschluss des Pumpenhubs kann der Druck auf gleichem Niveau verharren. Der Druckunterschied (Δ P1) zwischen dem Druck zum Zeitpunkt t1 und dem Druck zum Zeitpunkt t2 kann die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks unmittelbar nach einem Kraftstoffpumpenhub sein. Außerdem kann das Gefälle des Kraftstoffverteilerrohrdruckverlaufs zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 geschätzt werden.
8 zeigt einen beispielhaften Verlauf 800, der eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks im Zeitverlauf veranschaulicht. Die y-Achse bezeichnet den Kraftstoffverteilerrohrdruck (in psi) und die x-Achse bezeichnet die Zeit in (Sek.). Der Druck kann über einen Drucksensor geschätzt werden, der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist (wie etwa Drucksensor 248 in 2). Der Verlauf wird auf Grundlage eines Experiments generiert, bei dem die Kraftstoffeinspritzdauer auf 2 ms festgelegt ist.
Eine erste Kraftstoffeinspritzung kann zum Zeitpunkt t1 erfolgen, gefolgt von einer zweiten Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t2. Wie bei Linie 802 zu sehen, kann Δ P2 die Differenz des Kraftstoffverteilerrohrdrucks unmittelbar vor und nach der ersten Kraftstoffeinspritzung sein und kann Δ P3 die Differenz des Kraftstoffverteilerrohrdrucks unmittelbar vor und nach der zweiten Kraftstoffeinspritzung sein.
9 zeigt einen beispielhaften Verlauf 900, der Resonanzfrequenzpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr nach einem Pumpenhub veranschaulicht. Die y-Achse bezeichnet den Kraftstoffverteilerrohrdruck (in psi) und die x-Achse bezeichnet die Zeit in (Sek.). Der Druck kann über einen Drucksensor geschätzt werden, der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist (wie etwa Drucksensor 248 in 2). Wie bei Linie 902 zu sehen ist, treten Druckpulsationstäler zum Zeitpunkt t1, t2, t3 usw. auf. Die Frequenz kann unter Verwendung der schnellen Fourier-Transformation (FFT) oder Prony-Analyse bestimmt werden.
10 zeigt einen beispielhaften Verlauf 1000, der die Dämpfung von Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht. Die y-Achse bezeichnet den Kraftstoffverteilerrohrdruck (in psi) und die x-Achse bezeichnet die Zeit in (Sek.). Der Druck kann über einen Drucksensor geschätzt werden, der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist (wie etwa Drucksensor 248 in 2). Wie bei Linie 1002 zu sehen ist, kann eine Exponentialkurve an die abklingenden Amplituden der Druckpulsationen angepasst werden. Der Dämpfungskoeffizient kann auf Grundlage der Exponentialfunktion der angepassten Kurve geschätzt werden. Der Dämpfungskoeffizient kann auch auf Grundlage der Exponentialfunktion einer gedämpften Sinuskurve oder unter Verwendung der Prony-Analyse oder der FFT geschätzt werden.
Bei 312 kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs (Volumenanteil) auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und desDämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr , wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Während Bedingungen, bei denen der Wassergehalt des Kraftstoffs nicht bekannt ist, kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und zwei von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Anders ausgedrückt kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und mindestens zwei von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität geschätzt werden. In einem Beispiel kann eine erste Schätzung des Ethanolgehalts in Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, f and α, berechnet werden und kann eine zweite Schätzung in Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, δρ and α, berechnet werden. Der Ethanolgehalt kann dann als gewichteter Durchschnitt der ersten und zweiten Schätzung geschätzt werden. Ein gewichteter Durchschnitt der Schätzungen auf Grundlage von unterschiedlichen Abhängigkeiten kann verwendet werden, um die Genauigkeit zu verbessern.
Während Bedingungen, bei denen der Wassergehalt des Kraftstoffs bekannt ist, kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs als eine von einer ersten Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) und dem Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, einer zweiten Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) im Kraftstoff und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur sowie als eine dritte Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur geschätzt werden.
11 zeigt einen beispielhafte Verlauf 1100, der eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt in Kraftstoff und einer normalisieren Hüllkurve des Effektivwerts (root mean square - RMS) von Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationen darstellt. Die x-Achse bezeichnet die Zeit und die y-Achse bezeichnet eine RMS-Hüllkurve der Verteilerrohrdruckpulsationen im Kraftstoff, der 0 % Ethanol, 50 % Ethanol oder 100 % Ethanol enthält. Wie aus dem Verlauf ersichtlich ist, wird die Abklingrate der Druckpulsationen mit zunehmendem Ethanolgehalt des Kraftstoffs schneller, da Ethanol im Vergleich zu Benzin eine höhere Viskosität aufweist.
12 zeigt einen beispielhafte Verlauf 1200, der eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt in Kraftstoff und einem Dämpfungskoeffizienten (α) von Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationen darstellt. Die x-Achse bezeichnet die Nummer einer Messung und die y-Achse bezeichnet einen Dämpfungskoeffizienten (in Hz) im Kraftstoff, der 0 % Ethanol, 50 % Ethanol oder 100 % Ethanol enthält. Wie aus dem Verlauf ersichtlich, steigt der Dämpfungskoeffizient mit zunehmendem Ethanolgehalt des Kraftstoffs.
13 zeigt einen beispielhaften Verlauf 1300, der eine Beziehung zwischen dem Ethanolgehalt in Kraftstoff und der Geschwindigkeit von Schall durch den Kraftstoff darstellt. Die Schallgeschwindigkeit kann auf Grundlage der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulationen im Kraftstoff geschätzt werden. Die x-Achse bezeichnet den Volumenanteil (%) von Ethanol im Kraftstoff und die y-Achse zeigt eine Geschwindigkeit (in m/s) des Schalls im Kraftstoff. Die Schallgeschwindigkeit kann sich nicht-monoton mit der Veränderung des Ethanolgehalts verändern. Bis zu einem Ethanolanteil von 30 % ist die Schallgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Ethanolanteil, und über einem Ethanolanteil von 30 % ist die Schallgeschwindigkeit direkt proportional zum Ethanolanteil.
Zurückkehrend zu 3 kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs bei 312 direkt auf Grundlage von zwei oder mehreren von dem Dämpfungskoeffizientenα der Druckpulsationen, der Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz f, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp, der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur T und dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p geschätzt werden. Wenn zum Beispiel der Wassergehalt nicht signifikant ist, sind der Dämpfungskoeffizient α, die Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz f und die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp abhängig von dem Ethanolvolumenanteil y, der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur T & dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p: α = f(y, T, p), f = g,(y, T, p) und δp = h(y, T, p).
Eine Beziehung zwischen den oben genannten Variablen ist gegeben durch: ${[\begin{matrix} y_{1} \\ ⋮ \\ y_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}]}$
wobei 1, 2, ... N die Nummer der Messungen (Datenpunkte) jeder der Variablen sind.
Eine inverse Zuordnung, f^-1, g^-1und h^-1, sodass ŷ_α = f^-1(α, T, p), ŷ_f = g^-1( f, T, p)und ŷ_δp = h^-1(δp, T, p), kann verwendet werden, um den Ethanolvolumenanteil zu schätzen. f^-1, g^-1 und h^-1 können aus einem Fit (Verlauf) oder einer Lookup-Tabelle bestimmt werden.
Auf diese Weise kann der Ethanolvolumenanteil (y) unter Verwendung der Beziehungen (1), (2) oder (3) bestimmt werden: ${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to [\begin{matrix} {\hat{y}}_{α 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{α N} \end{matrix}]$
${[\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to [\begin{matrix} {\hat{y}}_{f 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{f N} \end{matrix}]$
${[\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to [\begin{matrix} {\hat{y}}_{δ p 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{δ p N} \end{matrix}]$
Wenn die Abhängigkeit vom Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) vernachlässigbar ist (wie etwa kleiner als 2 %), kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) aus der Schätzung gestrichen werden und kann der Ethanolvolumenanteil in Abhängigkeit von demDämpfungskoeffizienten (α) und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur (T) oder in Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz (f)) und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur (T) geschätzt werden. Der Ethanolgehalt (y) kann als ŷ_α, ŷ_f oder ŷ_δp oder als ein gewichteter Durchschnitt von ŷ_α, ŷ_f und ŷ_δp geschätzt werden. Aufgrund eines non-monotonen Verhaltens kann die inverse Zuordnung zwei mögliche Ethanolgehalte ergeben. Zum Beispiel kann eine Schallgeschwindigkeit von 1160 m/s entweder einem Ethanolgehalt von 9% oder 90 % entsprechen. In diesem Fall kann ein weiterer Parameter, z. B. ein Dämpfungskoeffizient, verwendet werden, um zu bestimmen, welcher der beiden Schätzwerte auf Grundlage der Schallgeschwindigkeit der richtige ist. Wenn zum Beispiel der Ethanolgehalt, der auf Grundlage des Dämpfungskoeffizienten geschätzt wird, 10 % beträgt, kann die Schätzung von 90 % ignoriert werden, und der Ethanolgehalt kann als gewichteter Durchschnitt von 9 % und 10 % geschätzt werden.
Wenn, als ein weiteres Beispiel, der Wassergehalt signifikant aber nicht bekannt ist, sind der Dämpfungskoeffizient α, die Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz f und die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp abhängig von dem Ethanolvolumenanteil y, dem Wasservolumenanteil x, der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur T & dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p: α = f* (y, x, T, p), f = g* (y, x, T, p) und δp = h* (y, x, T, p). Eine Beziehung zwischen den oben genannten Variablen ist gegeben durch: ${[\begin{matrix} y_{1} \\ ⋮ \\ y_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} x_{1} \\ ⋮ \\ x_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}]}$
Der Ethanolvolumenanteil (y) kann unter Verwendung der inversen Beziehungen (1*), (2*) oder (3*) bestimmt werden: ${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} {\hat{y}}_{(α, f) 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{(α, f) N} \end{matrix}]}$
${[\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} {\hat{y}}_{(f, δ p) 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{(f, δ p) N} \end{matrix}]}$
${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} {\hat{y}}_{(α, δ p) 1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{(α, δ p) N} \end{matrix}]}$
In bestimmten Ländern kann flexibler Kraftstoff, der in den Fahrzeugkraftstofftank abgegeben wird, Wasser beinhalten. Außerdem kann Ethanol im Kraftstoff im Laufe der Zeit Wasser adsorbieren. Bei 313 kann der Wassergehalt des Kraftstoffs (Volumenanteil) auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und des Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr , wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Der Wassergehalt des Kraftstoffs kann in Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und zwei von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Ein gewichteter Durchschnitt der Schätzungen auf Grundlage unterschiedlicher inversen Beziehungen (1*), (2*) und (3*) kann verwendet werden, um die Genauigkeit des geschätzten Wassergehalts zu verbessern.
Während Bedingungen, bei denen der Ethanolgehalt des Kraftstoffs bekannt ist (wie etwa geschätzt ist), kann der Wassergehalt des Kraftstoffs als eine von einer ersten Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, einer zweiten Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks(δp) im Kraftstoff und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur sowie als eine dritte Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) und der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur geschätzt werden.
Auf diese Weise können in einem Beispiel die Ethanol- und Wasseranteile unter Verwendung von Zuordnungen geschätzt werden, die von zwei oder mehreren von dem Kompressionsmoduls, der Schallgeschwindigkeit und der Viskosität abhängig sind. In einem weiteren Beispiel können direkte Zuordnungen, die zwei oder mehrere von δp, f, und α zu Ethanol- und Wasseranteilen in Beziehung setzen, verwendet werden. Bei Verwendung direkter Zuordnungen kann die Berechnung des Kompressionsmoduls, der Schallgeschwindigkeit und der Viskosität als Zwischenvariable möglicherweise nicht übertragen werden.
Bei 314 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des geschätzten Wassergehalts des Kraftstoffs eingestellt werden. Die eingestellten Motorbetriebsparameter können Einstellen einer Menge an eingespritztem Kraftstoff, des Zündzeitpunkts und/oder des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts gemäß den erfassten Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung beinhalten.
Wenn zum Beispiel der Ethanolprozentsatz zunimmt, ist eine Oktanzahl höher und ein Zündzeitpunkt kann aufgrund einer höheren Aktivierungsenergie von Ethanol im Vergleich zu Benzin vorverlegt werden, was wiederum die Zündperiode (für Ethanol) verlängert. Wenn der Ethanolgehalt zunimmt, nimmt auch die Oktanzahl zu, ebenso wie der Kühleffekt von den DI-Einspritzungen, weshalb der Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts von einer Grenzbedingung in Richtung zu einem MBT-Zeitpunkt vorverlegt werden kann. Als ein weiteres Beispiel kann die Kraftstoffmenge, die bei einem Kaltstart eingespritzt wird, als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts derart erhöht werden, dass ausreichend Kraftstoff verdampft wird, bevor der Motor gestartet wird. Als ein weiteres Beispiel kann die Menge (Masse) des eingespritzten Kraftstoffs als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts aufgrund der niedrigeren stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Ethanol erhöht werden. Außerdem kann jeder über DI und PFI abgegebene Kraftstoffanteil auf Grundlage eines Anstiegs des Ethanolgehalts eingestellt werden.
Wenn beispielsweise der Wassergehalt des Kraftstoffs zunimmt, können die Kraftstoffverbrennungsraten abnehmen und kann die Zündperiode zunehmen, und ein Zündzeitpunkt kann vorverlegt werden, um eine längere Zündperiode zu ermöglichen. Mit zunehmendem Wassergehalt im Kraftstoff kann auch der Anteil an Benzin und/oder Ethanol im Kraftstoff abnehmen, weshalb eine eingespritzte Kraftstoffmenge durch Erhöhen des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzimpulsbreite erhöht werden kann, um eine gewünschte Menge an brennbarem Komponenten (Benzin und/oder Ethanol) aufrechtzuerhalten. Ferner kann mit zunehmendem Wassergehalt des Kraftstoffs während des Kaltstarts eine eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht werden, um eine gewünschte Menge an verdampften brennbaren Komponenten aufrechtzuerhalten.
Bei 316 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob der Wassergehalt des Kraftstoffs höher als ein Schwellenstand ist. Der Schwellenstand kann auf einem Wassergehalt des Kraftstoffs basieren , bei dem eine Phasentrennung (zwischen Ethanol und Wasser) auftreten kann, wodurch der Kraftstoff für den Motorbetrieb unwirksam wird. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als der Kraftstoffwasserstand zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der Kraftstoff vor dem Energieverlust des Kraftstoffs aufgebraucht werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass der Wassergehalt des Kraftstoffs höher als der Schwellenwassergehalt ist, kann der Bediener bei 320 über eine Anzeige auf dem Armaturenbrett benachrichtigt werden, dass der Kraftstoff innerhalb einer Schwellenzeit aufgebraucht werden muss. Die Schwellenzeit kann auf dem Wassergehalt des Kraftstoffs basieren, bei dem der Kraftstoff unwirksam wird. In einem Beispiel kann der Bediener tanken (neuen Kraftstoff hinzufügen), sodass der ältere Kraftstoff mit dem neueren Kraftstoff gemischt werden kann, wodurch die Auswirkungen des verdünnten Kraftstoffs reduziert werden. Wenn bestimmt wird, dass der Wassergehalt des Kraftstoffs niedriger als der Schwellenstand ist, kann gefolgert werden, dass der Kraftstoff weiterhin für den Motorbetrieb verwendet werden kann. Bei 318 kann angegeben werden, dass der aktuelle Kraftstoff zur Verbrennung geeignet ist.
Das vorgenannte Verfahren kann verwendet werden, um den Ethanolgehalt des Kraftstoffs von Kraftstoff in dem Kraftstoffverteilerrohr (nicht im Kraftstofftank) zu schätzen. In einem Beispiel kann, wenn der Kraftstoff in dem Kraftstoffverteilerrohr zwischen dem Betanken und der Schätzung des Ethanolgehalts nicht verwendet wird (etwa in Zylinder eingespritzt wird), ein Unterschied des (auf Grundlage von Kraftstoff im Kraftstoffverteilerrohr) geschätzten Ethanolgehalts relativ zu dem Ethanolgehalt von Kraftstoff im Kraftstofftank vorliegen. Das in 16 beschriebene Verfahren kann verwendet werden, um den Ethanolgehalt des Kraftstoffs im Kraftstofftank zu schätzen. Da sich die Zusammensetzung des Kraftstoffs, der durch die Saugrohreinspritzungen abgegeben wird, von der Zusammensetzung des Kraftstoffs, der durch die Direkteinspritzungen abgegeben wird, unterscheiden kann, können einige Fahrzeuge beide Verfahren, wie in 3 und 16 für die Kraftstoff-Ethanol-Schätzung beschrieben, verwenden.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400, das implementiert werden kann, um ein Alter von Kraftstoff, wie etwa Benzin, in dem Kraftstofftank zu schätzen. Das Kraftstoffalter ist ein Hinweis auf die Veränderung der Kraftstoffbestandteile im Laufe der Zeit aufgrund der Verdampfung der leichteren, flüchtigeren Enden des Kraftstoffs. Der Kraftstoffalterungsprozess ist abhängig von der Dauer und den Bedingungen, bei denen der Kraftstoff im Kraftstofftank gelagert wird. Bei 402 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die Parameter können Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehmomentbedarf, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beinhalten. Die Steuerung kann einen Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und eine den Kraftstoffeinspritzungen (Direkteinspritzungen und/oder Saugrohreinspritzungen) über das erste Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das erste Kraftstoffverteilerrohr 250 in 2), das mit den Direkteinspritzungen (wie Direkteinspritzungen 252 in 2) gekoppelt ist, und das zweite Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das zweite Kraftstoffverteilerrohr 260 in 2), das an die Saugrohreinspritzungen (wie etwa Saugrohreinspritzungen 262 in 2) gekoppelt ist, zugeführte Kraftstoffmenge schätzen. Die Steuerung kann den Betrieb einer Kraftstoffpumpe (wie etwa Hochdruckpumpe 214 in 2) überwachen, wie etwa die Zeitsteuerung eines Kraftstoffpumpenhubs.
Bei 404 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind. Die Bestimmung des Kraftstoffalters kann in einem Motor, der Benzin als Kraftstoff verwendet, ausgeführt werden. Somit kann die Kraftstoffalterbestimmung in einigen Beispielen nur in Fahrzeugen ausgeführt werden, die für einen Betrieb mit Benzin konfiguriert sind. In einem weiteren Beispiel kann die Schätzung des Kraftstoffalters in Fahrzeugen ausgeführt werden, die für einen Betrieb mit flexiblem Kraftstoff (der etwa Alkohol enthält) konfiguriert sind, wenn der Alkoholgehalt bekannt ist (beispielsweise auf Grundlage des Ethanolgehalt-Kraftstofftanksensors und/oder Anpassungsalgorithmen unter Verwendung des Abgassauerstoffsensors).
Die Bedingungen können beinhalten, dass das Fahrzeug über ein Motordrehmoment angetrieben wird, wobei Kraftstoff über ein Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das erste Kraftstoffverteilerrohr) zu den Einspritzungen zugeführt wird. Die Bedingungen können auch eine erste Schwellendauer des Fahrzeugbetriebs mit Motordrehmoment (Kraftstoff verbrennt nicht) beinhalten. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel 7 Tage lang ohne Motorbetrieb betrieben wird, kann eine Kraftstoffalterbestimmung beim unmittelbar nachfolgenden Motorstart ausgeführt werden. Die Haltezeiten einer internen elektronischen Steuereinheit, verbundene Fahrzeuge (Fahrzeug zu Fahrzeug, Infrastruktur zu Fahrzeug), und/oder mit der Fahrzeugsteuerung verbundene Mobiltelefone können verwendet werden, um auf Datumsangaben zuzugreifen und die seit der vorherigen Kraftstoffnutzung verstrichene Zeit zu bestimmen. Die Bedingungen können ferner eine zweite Schwellendauer der Zeit, die seit einer vorherigen Schätzung des Kraftstoffalters verstrichen ist, beinhalten. Beispielsweise können solche Schätzungen periodisch, nach jeweils 15 Tagen, ausgeführt werden. Die Bedingungen können auch eine dritte Schwellendauer der Zeit, während der weniger als eine Schwellenmenge an Kraftstoff verbraucht wird, beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 406 ohne Bestimmung des Kraftstoffalters fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann das Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen über ein oder mehrere Kraftstoffverteilerrohre beinhalten.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind, kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur bei 408 über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa der erste Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor 232 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist, geschätzt werden. Alternativ kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur unter Verwendung eines auf Physik basierenden oder empirischen Modells, das die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur mit den Motorbetriebsbedingungen und -zuständen in Beziehung setzt, geschätzt werden.
Bei 410 können eine oder mehrere von einer Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen , einer Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und einem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt werden. Der Kraftstoffkompressionsmodul kann in Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) geschätzt werden, die durch eine Veränderung einer Menge an Kraftstoff im Kraftstoffverteilerrohr verursacht wird (wie etwa bei einen Pumpenhub oder einem Einspritzungsereignis), kann eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr aufgrund des Kraftstoffpumpenhubs oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden und kann die Kraftstoffviskosität in Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach dem Kraftstoffpumpenhub oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden. Die Schätzung jedes von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr wird im Detail in Schritt 310 der 3 erörtert und nicht wiederholt.
Bei 412 kann das Kraftstoffalter auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und mindestens einem von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr , wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden.
Aufgrund der Alterung des Kraftstoffs kann eine Veränderung der Konzentration der leichteren Enden (Moleküle mit weniger Kohlenstoffatomen, z. B. C ₃ und C₄) und schwereren Enden auftreten. Beispielsweise kann die Kraftstoffalterung einen Anstieg der Konzentration der schwereren Enden und eine Abnahme der Konzentration der leichteren Enden verursachen. Jedes von dem Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität kann von der Konzentration der leichteren und schwereren Enden des Benzins (die auf das Kraftstoffalter hinweist) abhängig sein. Anders ausgedrückt kann das Kraftstoffalter auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und mindestens einem von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität geschätzt werden.
Auf diese Weise kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs als eine erste Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und zwei oder mehreren von der Resonanzfrequenz der Druckpulsationen , der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks und dem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen geschätzt werden, kann das Kraftstoffalter als eine zweite Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und einem oder mehreren von der Resonanzfrequenz der Druckpulsationen , der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks und dem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen geschätzt werden und kann der Wassergehalt des Kraftstoffs als eine dritte Abhängigkeit von der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und zwei oder mehreren von der Resonanzfrequenz der Druckpulsationen , der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks und dem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen geschätzt werden. Während des Berechnens der ersten Abhängigkeit und der dritten Abhängigkeit kann angenommen werden, dass eine Auswirkung der Kraftstoffalterung nicht signifikant ist, und während des Berechnens der zweiten Abhängigkeit kann angenommen werden, dass der Ethanolgehalt des Kraftstoffs und der Wassergehalt des Kraftstoffs entweder bekannt oder nicht signifikant sind.
Bei 414 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Kraftstoffalters eingestellt werden. Die eingestellten Motorbetriebsparameter können die Menge an eingespritztem Kraftstoff, den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß den erfassten Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung beinhalten. Beispielsweise kann ein gealterter Kraftstoff eine größere Konzentration an schwereren, weniger flüchtigen Enden des Benzins aufweisen, und infolgedessen kann eine größere Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts eingespritzt werden. Beispielsweise können der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Einspritzimpulsbreite auf Grundlage des Kraftstoffalters und/oder aufgrund unterschiedlicher Verdampfungsraten der Bestandteile des gealterten Kraftstoffs eingestellt werden. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Einspritzimpulsbreite können mit zunehmendem Kraftstoffalter erhöht werden. Als ein weiteres Beispiel kann der Zündzeitpunkt auf MBT vorverlegt werden, um Veränderungen der Zündperiode aufgrund der Kraftstoffalterung zu berücksichtigen.
Bei 416 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob das Kraftstoffalter höher als ein Schwellenalter ist. Das Schwellenalter kann auf der erhöhten Konzentration der schwereren Enden, bei der Kraftstoff unwirksam sein kann, basieren. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als das Kraftstoffalter zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der gealterte Kraftstoff vor dem Energieverlust des Kraftstoffs aufgebraucht werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass das Kraftstoffalter höher als das Schwellenalter ist, kann der Bediener bei 418 über eine Anzeige auf dem Armaturenbrett benachrichtigt werden, dass der Kraftstoff innerhalb einer Schwellenzeit aufgebraucht werden muss. Die Schwellenzeit kann auf dem Kraftstoffalter basieren, bei dem der Kraftstoff unwirksam wird. In einem Beispiel kann die Steuerung in einem Hybridfahrzeug den Motorbeitrag zu der insgesamt angeforderten Leistung erhöhen, um den verbleibenden Kraftstoff zu verbrauchen, bevor er unwirksam wird. In einem weiteren Beispiel kann der Bediener auch tanken (neuen Kraftstoff hinzufügen), sodass der ältere (gealterte) Kraftstoff verdünnt werden kann, wodurch die Auswirkungen des gealterten Kraftstoffs reduziert werden. Wenn bestimmt wird, dass das Kraftstoffalter geringer als das Schwellenalter ist, kann gefolgert werden, dass der Kraftstoff weiterhin für den Motorbetrieb verwendet werden kann. Bei 420 kann angegeben werden, dass der aktuelle Kraftstoff für die Verbrennung geeignet ist.
Das vorgenannte Verfahren kann verwendet werden, um das Kraftstoffalter von Kraftstoff in dem Kraftstoffverteilerrohr (nicht im Kraftstofftank) zu schätzen. In einem Beispiel kann, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum nicht über das Motordrehmoment (Kraftstoffverbrauch) betrieben wird, ein Unterschied des (auf Grundlage von Kraftstoff im Kraftstoffverteilerrohr) geschätzten Kraftstoffalters relativ zu dem Alter des Kraftstoffs im Kraftstofftank bestehen. Das in 17 beschriebene Verfahren kann verwendet werden, um das Kraftstoffalter im Kraftstofftank zu schätzen. Da sich das Kraftstoffalter des Kraftstoffs, der durch die Saugrohreinspritzungen abgegeben wird, von dem Alter des Kraftstoffs, der durch die Direkteinspritzungen abgegeben wird, unterscheiden kann, können einige Fahrzeuge beide Verfahren, wie in 4 und 17 beschrieben, für die Kraftstoffalterschätzung verwenden.
Auf diese Weise kann, während einer ersten Bedingung, eine Kraftstoffverteilerrohrtemperatur geschätzt werden, können Volumenanteile von Ethanol und Wasser in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage einer geschätzten Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und zwei von einem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, einer geschätzten Kraftstoffviskosität und einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt werden, kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol eingestellt werden, und kann, während einer zweiten Bedingung, die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur geschätzt werden, kann ein Alter des im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffs auf Grundlage der geschätzten Kraftstoffverteilerrohrtemperatur und einem von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der geschätzten Kraftstoffviskosität und der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt werden, und kann der Motorbetrieb auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs eingestellt werden. Die erste Bedingung kann den Abschluss eines Betankungsereignisses beinhalten, wobei der Kraftstoff ein flexibler Kraftstoff ist, und die zweite Bedingung kann den Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder eine Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters beinhalten, wobei der Kraftstoff Benzin ist.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 500, das implementiert werden kann, um einen Volumenanteil von Ethanol in Kraftstoff und eine Kraftstoffverteilerrohrtemperatur zu schätzen. Im Gegensatz zu dem in 3 beschriebenen Verfahren zur Schätzung des Ethanolgehalts von Kraftstoff wird bei diesem Verfahren die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur nicht als eine Eingabe zum Schätzen des Ethanolgehalts des Kraftstoffs verwendet. Bei 502 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die bestimmten Parameter sind in Schritt 302 in 3 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt.
Bei 504 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind. Die Bedingungen für den Ethanolvolumenanteil sind in Schritt 304 in 3 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 506 ohne Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen über ein oder mehrere Kraftstoffverteilerrohre beinhalten.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind, können bei 508 jeweils eine Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks(δp) und ein Dämpfungskoeffizient (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt werden. Die Schätzung jeder der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen , der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks(δp) und des Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr wird in Schritt 310 von 3 ausführlich erörtert und nicht wiederholt. Der Kraftstoffkompressionsmodul kann in Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) geschätzt werden, die durch eine Veränderung einer Menge an Kraftstoff im Kraftstoffverteilerrohr verursacht wird (wie etwa bei einen Pumpenhub oder einem Einspritzereignis), kann eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr aufgrund des Kraftstoffpumpenhubs oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden und kann die Kraftstoffviskosität in Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach dem Kraftstoffpumpenhub oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden.
Bei 510 kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs (Volumenanteil) auf Grundlage der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und des Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr , wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden. Während Bedingungen, bei denen der Wassergehalt des Kraftstoffs nicht bekannt ist, kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs in Abhängigkeit von jedem von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Anders ausgedrückt kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage jedes von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität geschätzt werden.
Während Bedingungen, bei denen der Wassergehalt des Kraftstoffs bekannt (oder nicht signifikant) ist, kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs in Abhängigkeit von zwei von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffs kann direkt auf Grundlage von zwei oder mehreren von dem Dämpfungskoeffizientenα der Druckpulsationen, der Pulsationsfrequenz des Kraftstoffverteilerrohrdrucks f, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp und dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p geschätzt werden. Als ein Beispiel sind der Dämpfungskoeffizient α, die Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz f und die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp abhängig von dem Ethanolvolumenanteil y, der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur T & dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p: α = f (y, T, p), f = g,(y, T, p) und δp = h(y, T, p).
Eine Beziehung zwischen den oben genannten Variablen ist gegeben durch: ${[\begin{matrix} y_{1} \\ ⋮ \\ y_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}]}$
wobei 1, 2, ... N die Nummer der Messungen (Datenpunkte) jeder der Variablen sind.
Eine inverse Zuordnung l, sodass ŷ_a,f = l(α, f , p), kann verwendet werden, um den Ethanolvolumenanteil ohne die Kenntnis der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur zu schätzen. l kann aus einem Fit (Verlauf) oder einer Lookup-Tabelle bestimmt werden.
Auf diese Weise kann der Ethanolvolumenanteil (y) unter Verwendung der Beziehung (4) bestimmt werden: ${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} T_{1} \\ ⋮ \\ T_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to [\begin{matrix} {\hat{y}}_{1} \\ ⋮ \\ {\hat{y}}_{N} \end{matrix}]$
Wenn die Abhängigkeit vom Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) vernachlässigbar ist (wie etwa kleiner als 2 %), kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) aus der Schätzung gestrichen werden und kann der Ethanolvolumenanteil in Abhängigkeit von demDämpfungskoeffizienten (α) und der Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz ((f)) geschätzt werden. Andere alternative inverse Zuordnungen: ŷ_a,δp = l*(α, δp, p) oder ŷ_δp,f = l**(δp,f,p) können verwendet werden. Wenn die Abhängigkeit vom Kraftstoffverteilerrohrdruck ( p)vernachlässigbar ist, kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) auch aus den alternativen inversen Zuordnungen gestrichen werden.
Wenn der Wassergehalt signifikant und unbekannt ist, sind der Dämpfungskoeffizient α, die Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz f und die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs δp abhängig von dem Ethanolvolumenanteil y, dem Wasservolumenanteil x, der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur T & dem Kraftstoffverteilerrohrdruck p: α = f* (y, x, T, p), f = g*(y,x,T,p) und δp = h* (y, x, T, p). Auf diese Weise wird der Ethanolgehalt unter Verwendung der inversen Zuordnung ŷ = l***(α, f, δp, p) geschätzt.
In bestimmten Ländern kann flexibler Kraftstoff, der in den Fahrzeugkraftstofftank abgegeben wird, Wasser beinhalten. Außerdem kann Ethanol im Kraftstoff im Laufe der Zeit Wasser adsorbieren. Bei 511 kann der Wassergehalt des Kraftstoffs (Volumenanteil) auf Grundlage jedes von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und demDämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr , wie nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt, geschätzt werden.
Bei 512 kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur auf Grundlage jedes von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur (T) kann direkt auf Grundlage von zwei oder mehreren von dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen, der Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz (f), der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während eines Pumpenhubs (δp), und dem Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) geschätzt werden. In einem Beispiel ist der Wassergehalt des Kraftstoffs nicht signifikant und kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur (T) unter Verwendung der Beziehung 5 (inverse Zuordnung) bestimmt werden: ${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to [\begin{matrix} {\hat{T}}_{1} \\ ⋮ \\ {\hat{T}}_{N} \end{matrix}]$
Wenn die Abhängigkeit vom Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) vernachlässigbar ist (wie etwa kleiner als 2 %), kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck (p)) aus der Schätzung gestrichen werden und kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur in Abhängigkeit von demDämpfungskoeffizienten (α) und der Kraftstoffverteilerrohrdruckpulsationsfrequenz ((f)) geschätzt werden. In einem weiteren Beispiel ist der Wassergehalt des Kraftstoffs signifikant und unbekannt und kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur (T) unter Verwendung der Beziehung (5*) (inverse Zuordnung) bestimmt werden: ${[\begin{matrix} α_{1} \\ ⋮ \\ α_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} f_{1} \\ ⋮ \\ f_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} δ p_{1} \\ ⋮ \\ δ p_{N} \end{matrix}], [\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{N} \end{matrix}]} \to {[\begin{matrix} {\hat{T}}_{1} \\ ⋮ \\ {\hat{T}}_{N} \end{matrix}]}$
Die Kraftstoffzufuhr kann auf Grundlage der geschätzten Kraftstoffverteilerrohrtemperatur eingestellt werden. Da das Kraftstoffvolumen von Druck und Temperatur abhängt, muss die Einspritzungsimpulsbreite auf Grundlage der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur modifiziert werden, um eine Sollkraftstoffmenge einzuspritzen.
Bei 514 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts und des Wassergehalts des Kraftstoffs eingestellt werden. Beispielhafte Einstellungen werden in Schritt 314 in 3 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt. Auf diese Weise kann der Motorbetrieb auf Grundlage eines geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs eingestellt werden, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage von zwei oder mehreren von dem Kraftstoffkompressionsmodul, der Kraftstoffviskosität und der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt wird.
Bei 516 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob der Wassergehalt des Kraftstoffs höher als ein Schwellenstand ist. Der Schwellenstand kann auf einem Wassergehalt des Kraftstoffs basieren , bei dem eine Phasentrennung (zwischen Ethanol und Wasser) auftreten kann, wodurch der Kraftstoff für den Motorbetrieb unwirksam wird. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als der Kraftstoffwasserstand zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der Kraftstoff vor dem Kraftstoffabbau aufgebraucht werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass der Wassergehalt des Kraftstoffs höher als der Schwellenwassergehalt ist, kann der Bediener bei 520 über eine Anzeige auf dem Armaturenbrett benachrichtigt werden, dass der Kraftstoff innerhalb einer Schwellenzeit aufgebraucht werden muss. Die Schwellenzeit kann auf dem Wassergehalt des Kraftstoffs basieren, bei dem der Kraftstoff unwirksam wird. In einem Beispiel kann der Bediener tanken (neuen Kraftstoff hinzufügen), sodass der ältere Kraftstoff mit dem neueren Kraftstoff gemischt werden kann, wodurch die Auswirkungen des verdünnten Kraftstoffs reduziert werden. Wenn bestimmt wird, dass der Wassergehalt des Kraftstoffs niedriger als der Schwellenstand ist, kann gefolgert werden, dass der Kraftstoff weiterhin für den Motorbetrieb verwendet werden kann. Bei 518 kann angegeben werden, dass der aktuelle Kraftstoff für die Verbrennung geeignet ist.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600, das implementiert werden kann, um ein Alter von Kraftstoff im Kraftstofftank und eine Kraftstoffverteilerrohrtemperatur zu schätzen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Kraftstoffalterung einen Anstieg der Konzentration der schwereren Enden und eine Abnahme der Konzentration der leichteren Enden verursachen. Jedes von dem Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität kann von der Konzentration der leichteren und schwereren Enden des Benzins (die auf das Kraftstoffalter hinweist) abhängig sein. Im Gegensatz zu dem in 4 beschriebenen Verfahren zur Schätzung der Kraftstoffalterung wird bei diesem Verfahren die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur nicht als eine Eingabe zum Schätzen des Kraftstoffalters verwendet. Bei 602 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die bestimmten Parameter sind in Schritt 402 in 4 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt.
Bei 604 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind. Die bestimmten Parameter sind in Schritt 404 in 4 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 606 ohne Bestimmung des Kraftstoffalters fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen über ein oder mehrere Kraftstoffverteilerrohre beinhalten.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind, können bei 608 zwei oder mehrere von einer Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, einer Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und einem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach einer Kraftstoffeinspritzung oder einem Pumpenhub geschätzt werden. Die Schätzung jedes von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr wird im Detail in Schritt 310 der 3 beschrieben und nicht wiederholt. Der Kraftstoffkompressionsmodul kann in Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) geschätzt werden, die durch eine Veränderung der Menge Menge an Kraftstoff im Kraftstoffverteilerrohr verursacht wird (wie etwa bei einen Pumpenhub oder einem Einspritzereignis), kann eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr aufgrund des Kraftstoffpumpenhubs oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden und kann die Kraftstoffviskosität in Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr nach dem Kraftstoffpumpenhub oder der Kraftstoffeinspritzung geschätzt werden.
Bei 610 kann das Kraftstoffalter auf Grundlage von zwei oder mehreren von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden. Das Kraftstoffalter, das die Konzentration der leichteren und schwereren Enden des Benzins angibt, kann als eine von einer Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz (f) und dem Dämpfungskoeffizient (α), einer zweiten Abhängigkeit von der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) im Kraftstoff und dem Dämpfungskoeffizienten (α) und als eine dritte Abhängigkeit von dem Dämpfungskoeffizienten (α) und der Resonanzfrequenz (f) geschätzt werden. Ein gewichteter Durchschnitt der Schätzungen aus zwei oder drei der vorgenannten Abhängigkeiten kann verwendet werden, um die Genauigkeit zu verbessern. Anders ausgedrückt kann das Kraftstoffalter auf Grundlage von mindestens zwei von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und der Kraftstoffviskosität geschätzt werden.
Bei 612 kann die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur in Abhängigkeit von mindestens zwei von der Resonanzfrequenz (f) der Druckpulsationen, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks (δp) und dem Dämpfungskoeffizienten (α) der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr geschätzt werden.
Bei 614 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Kraftstoffalters eingestellt werden. Beispielhafte Einstellungen werden in Schritt 414 in 4 weiter ausgeführt und werden nicht wiederholt. Bei 616 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob das Kraftstoffalter höher als ein Schwellenalter ist. Das Schwellenalter kann auf der erhöhten Konzentration der schwereren Enden, bei der Kraftstoff unwirksam sein kann, basieren. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als das Kraftstoffalter zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der gealterte Kraftstoff vor dem Energieverlust des Kraftstoffs aufgebraucht werden kann. Wenn bestimmt wird, dass das Kraftstoffalter höher als das Schwellenalter ist, kann der Bediener bei 620 über eine Anzeige auf dem Armaturenbrett benachrichtigt werden, dass der Kraftstoff innerhalb einer Schwellenzeit aufgebraucht werden muss. In einem Beispiel kann die Steuerung in einem Hybridfahrzeug den Motorbeitrag zu der insgesamt angeforderten Leistung erhöhen, um den verbleibenden Kraftstoff zu verbrauchen, bevor er unwirksam wird. In einem weiteren Beispiel kann der Bediener tanken (neuen Kraftstoff hinzufügen), sodass der ältere (gealterte) Kraftstoff verdünnt werden kann, wodurch die Auswirkungen des gealterten Kraftstoffs reduziert werden. Bei 618 kann angegeben werden, dass der aktuelle Kraftstoff für die Verbrennung geeignet ist und eine Benachrichtigung zur Kraftstoffveränderung wird möglicherweise nicht bereitgestellt.
Auf diese Weise können, während einer ersten Bedingung, Volumenanteile von Ethanol und Wasser in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage von (mindestens) zwei von einem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, einer geschätzten Kraftstoffviskosität und einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt werden und kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol eingestellt werden, und kann, während einer zweiten Bedingung, ein Alter des im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffs auf Grundlage von (mindestens) zwei von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der geschätzten Kraftstoffviskosität und der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt werden, und kann der Motorbetrieb auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs eingestellt werden, und kann während jeder von der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung eine Kraftstoffverteilerrohrtemperatur auf Grundlage von (mindestens) zwei von dem geschätzten Kraftstoffkompressionsmodul, der geschätzten Kraftstoffviskosität und der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff geschätzt werden. Die erste Bedingung kann den Abschluss eines Betankungsereignisses beinhalten, wobei der Kraftstoff ein flexibler Kraftstoff ist, und die zweite Bedingung kann den Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder eine Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters, wobei der Kraftstoff Benzin ist, beinhalten.
16 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 1600, das implementiert werden kann, um einen Volumenanteil von Ethanol in einem flexiblen Kraftstoff, der Ethanol enthält, zu schätzen. Im Gegensatz zu dem Verfahren zur Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs, wie in 3 beschrieben ist, kann dieses Verfahren verwendet werden, um den Ethanolgehalt des Kraftstoffs im Kraftstofftank anstatt im Kraftstoffverteilerrohr zu bestimmen. Da dieses Verfahren Sensoren verwendet, die im Kraftstofftank zur Schätzung des Ethanolgehalts untergebracht sind, kann dieses Verfahren in Systemen verwendet werden, die keine Direkteinspritzungen aufweisen, die an ein Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt sind und/oder kann während des Motorbetriebs ausgeführt werden, wenn Kraftstoff durch Saugrohreinspritzungen abgegeben wird.
Bei 1602 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die Parameter können Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehmomentbedarf, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beinhalten. Die Steuerung kann eine Kraftstoffmenge schätzen, die den Kraftstoffeinspritzungen (wie den Saugrohreinspritzungen 262 in 1) von einem Kraftstofftank zugeführt wird.
Bei 1604 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind. Die Bedingungen können ein Betankungsereignis beinhalten. Während des Betankens kann sich im Kraftstofftank verbleibender Kraftstoff mit dem Kraftstoff vermischen, der abgegeben wird, was zu einem Kraftstoffgemisch aus vorhandenem und neuem Kraftstoff führt. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffgemisches kann innerhalb einer Schwellendauer (oder einer Schwellenfahrtstrecke) nach dem Betankungsereignis geschätzt werden. Zum Beispiel können solche Schätzungen innerhalb eines Tages nach dem Betanken oder innerhalb von 10 Meilen Fahrt nach dem Betanken ausgeführt werden. Die Bedingungen können ferner eine Schwellendauer der Zeit, die seit einer vorherigen Schätzung des Kraftstoffalters verstrichen ist, beinhalten. Beispielsweise können solche Schätzungen periodisch, nach jeweils 15 Tagen, ausgeführt werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 606 ohne Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen von dem Kraftstofftank beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs erfüllt sind, kann bei 1608 ein Kraftstofftank-Ultraschallsignalgenerator (wie der Ultraschallsignalgenerator 240 in 2), der innerhalb eines Kraftstofftanks (an einer ersten Kraftstofftankwand) gekoppelt sein kann, angeschaltet werden. Der Ultraschallsignalgenerator kann ein Ultraschallsignal generieren, das sich von der ersten Wand des Kraftstofftanks (an der der Generator positioniert ist) zu einer gegenüberliegenden zweiten Wand des Kraftstofftanks durch den Kraftstoff bewegen kann. Der Ultraschallsignalgenerator kann von der zweiten Wand des Tanks reflektiert werden und zur ersten Wand zurückkehren. Das reflektierte Ultraschallsignal kann an einem Ultraschallsensor (wie dem Ultraschallsensor 241 in 2), der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, empfangen werden.
Bei 1610 kann eine Laufzeit des reflektierten Ultraschallsignals von der zweiten Kraftstofftankwand geschätzt werden. Beispielsweise kann bei der ersten Generierung eines Ultraschallsignals durch den an der ersten Wand befindlichen Generator ein Zeitgeber gesetzt werden, und bei der Rückkehr des reflektierten Ultraschallsignals (von der zweiten Wand), wie durch den Ultraschallsensor erfasst, der proximal an den Generator gekoppelt ist, kann der Zeitgeber gestoppt werden. Die Zeitdauer, die zwischen dem Start und dem Stopp des Zeitgebers verstrichen ist, kann die Laufzeit des Ultraschallsignals zu und von der zweiten Wand sein.
Bei 1612 kann eine Geschwindigkeit des Schalls in Kraftstoff auf Grundlage der geschätzten Laufzeit geschätzt werden. Der Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand kann aus dem Speicher der Steuerung abgerufen werden. Die Geschwindigkeit des Schalls im Kraftstoff kann in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand und der geschätzten Laufzeit des Ultraschallsignals geschätzt werden.
Bei 1616 kann eine Abschwächung des Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt werden. Während sich das Ultraschallsignal zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand durch Kraftstoff bewegt, kann sich das Signal abschwächen. Anders ausgedrückt: die Amplitude des Ultraschallsignals, das an der ersten Wand generiert wird, kann höher sein als die Amplitude des Ultraschallsignals, das an der ersten Wand empfangen wird, nachdem es sich durch den Kraftstoff hin und her bewegt hat. Der Ultraschallsensor kann eine Differenz in der Amplitude zwischen dem generierten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal schätzen, um den Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals abzuleiten. Der Abschwächungskoeffizient kann auch von einem Material des Kraftstofftanks abhängig sein. Der Abschwächungsgrad des Ultraschallsignals im Kraftstoff kann auf Grundlage eines Materials der Kraftstofftankwand, an der das Signal reflektiert wird, variieren. Beispielsweise können bestimmte Materialien (wie Metalle) einen Teil des Signals adsorbieren, wenn das Signal von der Wand reflektiert wird. Der Abschwächungsgrad kann auch auf einer Dicke der Wand basieren, von der das Signal reflektiert wird. Die Steuerung kann eine Lookup-Tabelle verwenden, die auf Grundlage des Materials und der Dicke der Kraftstofftankwand kalibriert ist, um den Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff mit einem oder mehreren von dem Unterschied der Signalamplitude, dem Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand und einer Laufzeit des Ultraschallsignals zu und von der zweiten Wand als Eingaben und dem Abschwächungskoeffizienten als Ausgabe zu bestimmen. Der Abschwächungskoeffizient kann von der Kraftstoffviskosität abhängig sein und kann auf dem Ethanolgehalt des Kraftstoffs basieren.
Bei 1618 kann die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank auf Grundlage der Eingaben von einem Kraftstofftemperatursensor (wie dem Temperatursensor 243 in 2), der an den Kraftstofftank gekoppelt ist, geschätzt werden. Bei 1620 kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs (Volumenanteil) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Schalls im Kraftstoff, der Kraftstofftemperatur und dem Abschwächungskoeffizienten im Kraftstoff geschätzt werden. Ferner kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs auch auf dem Kraftstoffdruck basieren, jedoch kann der Kraftstoffdruck während der Messung und zwischen verschiedenen Messungen im Wesentlichen konstant bleiben.
Bei 1622 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs eingestellt werden. Die eingestellten Motorbetriebsparameter können die Menge an eingespritztem Kraftstoff, den Zündzeitpunkt und/oder den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem aktuellen Ethanolgehalt des Kraftstoffs beinhalten. Wenn zum Beispiel der Ethanolprozentsatz zunimmt, kann ein Zündzeitpunkt aufgrund einer höheren Aktivierungsenergie von Ethanol im Vergleich zu Benzin und somit einer längeren Zündperiode für Ethanol vorverlegt werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Kraftstoffmenge, die bei einem Kaltstart eingespritzt wird, als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts derart erhöht werden, dass ausreichend Kraftstoff verdampft wird, um den Motor zu starten. Als ein weiteres Beispiel kann die Menge (Masse) des eingespritzten Kraftstoffs als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts aufgrund der niedrigeren stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Ethanol erhöht werden.
Auf diese Weise kann der Motorbetrieb auf Grundlage eines geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs eingestellt werden, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs auf Grundlage von jedem von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt wird.
17 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 1700, das implementiert werden kann, um ein Alter von Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu schätzen. Im Gegensatz zu dem Verfahren zur Schätzung des Kraftstoffalters, wie in 4 beschrieben ist, kann dieses Verfahren verwendet werden, um das Kraftstoffalter im Kraftstofftank anstatt im Kraftstoffverteilerrohr zu bestimmen. Da dieses Verfahren Sensoren verwendet, die im Kraftstofftank zur Schätzung des Kraftstoffalters untergebracht sind, kann dieses Verfahren in Systemen verwendet werden, die keine Direkteinspritzungen aufweisen, die an ein Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt sind und/oder kann während des Motorbetriebs ausgeführt werden, wenn Kraftstoff durch Saugrohreinspritzungen abgegeben wird.
Bei 1702 können aktuelle Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter bestimmt werden. Die Parameter können Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehmomentbedarf, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beinhalten. Die Steuerung kann eine Kraftstoffmenge schätzen, die den Kraftstoffeinspritzungen (wie den Saugrohreinspritzungen 262 in 1) von einem Kraftstofftank zugeführt wird.
Bei 1704 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind. Die Bedingungen können eine erste Schwellendauer des Fahrzeugbetriebs mit Motordrehmoment (Kraftstoff verbrennt nicht) beinhalten. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel 7 Tage lang ohne Motorbetrieb betrieben wird, kann eine Kraftstoffalterbestimmung beim unmittelbar nachfolgenden Motorstart ausgeführt werden. Die Bedingungen können ferner eine zweite Schwellendauer der Zeit, die seit einer vorherigen Schätzung des Kraftstoffalters verstrichen ist, beinhalten. Beispielsweise können solche Schätzungen periodisch, nach jeweils 15 Tagen, ausgeführt werden. Die Bedingungen können auch eine dritte Schwellendauer der Zeit, während der weniger als eine Schwellenmenge an Kraftstoff verbraucht wird, beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters nicht erfüllt sind, kann der aktuelle Motorbetrieb bei 1706 ohne Bestimmung des Kraftstoffalters fortgesetzt werden. Der Motorbetrieb kann Zuführen von Kraftstoff zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen über ein oder mehrere Kraftstoffverteilerrohre beinhalten.
Wenn bestimmt wird, dass Bedingungen für die Bestimmung des Kraftstoffalters erfüllt sind, kann bei 1608 ein Kraftstofftank-Ultraschallsignalgenerator (wie der Ultraschallsignalgenerator 240 in 2), der innerhalb eines Kraftstofftanks (an einer ersten Kraftstofftankwand) gekoppelt sein kann, angeschaltet werden. Der Ultraschallsignalgenerator kann ein Ultraschallsignal generieren, das sich von der ersten Wand des Kraftstofftanks (an der der Generator positioniert ist) zu einer gegenüberliegenden zweiten Wand des Kraftstofftanks durch den Kraftstoff bewegen kann. Der Ultraschallsignalgenerator kann von der zweiten Wand des Tanks reflektiert werden und zur ersten Wand zurückkehren. Das reflektierte Ultraschallsignal kann an einem Ultraschallsensor (wie dem Ultraschallsensor 241 in 2), der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, empfangen werden.
Bei 1710 kann eine Laufzeit des reflektierten Ultraschallsignals von der zweiten Kraftstofftankwand geschätzt werden. Beispielsweise kann bei der ersten Generierung eines Ultraschallsignals durch den an der ersten Wand befindlichen Generator ein Zeitgeber gesetzt werden, und bei der Rückkehr des reflektierten Ultraschallsignals (von der zweiten Wand), wie durch den Ultraschallsensor erfasst, der proximal an den Generator gekoppelt ist, kann der Zeitgeber gestoppt werden. Die Zeitdauer, die zwischen dem Start und dem Stopp des Zeitgebers verstrichen ist, kann die Laufzeit des Ultraschallsignals zu und von der zweiten Wand sein.
Bei 1712 kann eine Geschwindigkeit des Schalls in Kraftstoff auf Grundlage der geschätzten Laufzeit geschätzt werden. Der Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand kann aus dem Speicher der Steuerung abgerufen werden. Die Geschwindigkeit des Schalls im Kraftstoff kann in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand und der geschätzten Laufzeit des Ultraschallsignals geschätzt werden.
Bei 1716 kann eine Abschwächung des Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt werden. Während sich das Ultraschallsignal zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand durch Kraftstoff bewegt, kann sich das Signal abschwächen. Der Ultraschallsensor kann eine Differenz in der Amplitude zwischen dem generierten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal schätzen, um den Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals abzuleiten. Die Erläuterungskonstante kann auch von einem Material des Kraftstofftanks abhängig sein. Der Abschwächungsgrad des Ultraschallsignals im Kraftstoff kann auf Grundlage eines Materials der Kraftstofftankwand, an der das Signal reflektiert wird, variieren. Beispielsweise können bestimmte Materialien (wie Metalle) einen Teil des Signals adsorbieren, wenn das Signal von der Wand reflektiert wird. Der Abschwächungsgrad kann auch auf einer Dicke der Wand basieren, von der das Signal reflektiert wird. Die Steuerung kann eine Lookup-Tabelle verwenden, die auf Grundlage des Materials und der Dicke der Kraftstofftankwand kalibriert ist, um den Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff mit einem oder mehreren von dem Unterschied der Signalamplitude, dem Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand und einer Laufzeit des Ultraschallsignals zu und von der zweiten Wand als Eingaben und dem Abschwächungskoeffizienten als Ausgabe zu bestimmen. Der Abschwächungskoeffizient kann von der Kraftstoffviskosität abhängig sein und kann auf dem Alter des Kraftstoffs basieren.
Bei 1718 kann die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank auf Grundlage der Eingaben von einem Kraftstofftemperatursensor (wie dem Temperatursensor 243 in 2), der an den Kraftstofftank gekoppelt ist, geschätzt werden. Bei 1720 kann das Kraftstoffalter, das auf die Konzentration der leichteren und schwereren Enden des Benzins hinweist, auf Grundlage jedes von der geschätzten Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff, dem Dämpfungskoeffizienten im Kraftstoff und der Kraftstofftemperatur geschätzt werden.
Bei 1722 kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Kraftstoffalters eingestellt werden. Die eingestellten Motorbetriebsparameter können eine Menge an eingespritztem Kraftstoff, den Zündzeitpunkt und/oder den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß den erfassten Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung beinhalten. Beispielsweise kann ein gealterter Kraftstoff eine größere Konzentration an schwereren, weniger flüchtigen Enden des Benzins aufweisen, und infolgedessen kann eine größere Menge Kraftstoff während eines Kaltstarts eingespritzt werden.
Bei 1724 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob das Kraftstoffalter höher als ein Schwellenalter ist. Das Schwellenalter kann auf der erhöhten Konzentration der schwereren Enden, bei der Kraftstoff unwirksam sein kann, basieren. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als das Kraftstoffalter zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der gealterte Kraftstoff vor dem Energieverlust des Kraftstoffs aufgebraucht werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass das Kraftstoffalter höher als das Schwellenalter ist, kann der Bediener bei 1726 über eine Anzeige auf dem Armaturenbrett benachrichtigt werden, dass der Kraftstoff innerhalb einer Schwellenzeit verbraucht werden muss. Die Schwellenzeit kann auf dem Kraftstoffalter basieren, bei dem der Kraftstoff unwirksam wird. In einem Beispiel kann die Steuerung in einem Hybridfahrzeug den Motorbeitrag zu der insgesamt angeforderten Leistung erhöhen, um den verbleibenden Kraftstoff zu verbrauchen, bevor er unwirksam wird. In einem weiteren Beispiel kann der Bediener tanken (neuen Kraftstoff hinzufügen), sodass der ältere (gealterte) Kraftstoff verdünnt werden kann, wodurch die Auswirkungen des gealterten Kraftstoffs reduziert werden. Wenn bestimmt wird, dass das Kraftstoffalter geringer als das Schwellenalter ist, kann gefolgert werden, dass der Kraftstoff weiterhin für den Motorbetrieb verwendet werden kann. Bei 1728 kann angegeben werden, dass der aktuelle Kraftstoff für die Verbrennung geeignet ist.
Auf diese Weise kann ein Ultraschallsignal über einen Ultraschallsignalgenerator generiert werden, der an einer ersten Wand eines Kraftstofftanks positioniert ist, kann ein reflektiertes Ultraschallsignal, das von einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks reflektiert wird, über einen Ultraschallsensor empfangen werden, können eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff im Kraftstofftank und ein Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage des generierten Signals und des reflektierten Signals geschätzt werden, kann ein Prozentsatz von Ethanol im Kraftstoff oder ein Alter des Kraftstoffs auf Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff, des geschätzten Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und der Kraftstofftemperatur geschätzt werden, und kann der Motorbetrieb auf Grundlage des geschätzten Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff oder des Alters des Kraftstoffs eingestellt werden.
14 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 1400, die die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs in einem alkoholhaltigen Kraftstoff (flexibler Kraftstoff) in Benzin unter Verwendung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks veranschaulicht In einem Beispiel kann eine Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs für Fahrzeugmotoren, wie einem an den Kraftstoff anpassbaren Motor, ausgeführt werden. Die Horizontale (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t4 kennzeichnen signifikante Zeitpunkte in der Routine für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und des Kraftstoffalters.
Der erste Verlauf, Linie 1402, zeigt eine Schwankung der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 232 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das Kraftstoffverteilerrohr 250 in 2) gekoppelt ist, geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 1404, zeigt eine Schwankung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor (wie etwa den Drucksensor 248 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist, gemessen wird. Der dritte Verlauf, Linie 1406, zeigt Kraftstoffdirekteinspritzimpulse. Bei jedem Impuls wird Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilerrohr über die Direkteinspritzungen (wie etwa Direkteinspritzdüsen 252 in 2) an die Brennkammer abgegeben. Der vierte Verlauf, Linie 1410, zeigt ein Betankungsereignis, wenn Kraftstoff über eine externe Zapfpistole an einer Tankstelle in den Kraftstofftank abgegeben wird. Der fünfte Verlauf, Linie 1412, zeigt ein Ereignis zur Schätzung des Ethanolgehalts. Der sechste Verlauf, Linie 1416, zeigt einen Zündzeitpunkt in Bezug auf den Zeitpunkt des maximalen Bremsmoments (Maximum Brake Torque - MBT).
Vor dem Zeitpunkt t1 wird Kraftstoff über eine Direkteinspritzung eingespritzt und wird die Pumpe betrieben, um Kraftstoff vom Kraftstofftank zum Kraftstoffverteilerrohr zur Einspritzung zu befördern. Der Kraftstoffverteilerrohrdruck schwankt aufgrund von Kraftstoffeinspritzereignissen. Der Zündzeitpunkt kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffs wird zu diesem Zeitpunkt nicht durchgeführt. Zum Zeitpunkt t1 wird ein Betankungsereignis eingeleitet und Kraftstoff wird von einer externen Quelle in den Kraftstofftank abgegeben. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird während des Betankungsereignisses kein Kraftstoff in die Brennkammer eingespritzt, da das Fahrzeug nicht angetrieben wird. Wenn sich neu hinzugefügter Kraftstoff mit dem vorhandenen Kraftstoff im Kraftstofftank vermischt, kann sich der Ethanolgehalt des gemischten Kraftstoffs verändern.
Zum Zeitpunkt t2 ist die Kraftstoffzufuhr beendet und der Motorbetrieb wird wieder aufgenommen. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird Kraftstoff vom Kraftstofftank zum Kraftstoffverteilerrohr gepumpt und Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzungen in die Brennkammern eingespritzt. Zum Zeitpunkt t3 wird eine Ethanolgehaltsschätzung eingeleitet und eine Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks während einer Kraftstoffeinspritzung aufgezeichnet. Die Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks ist Unterschied des Kraftstoffverteilerrohrdrucks vor und nach der Kraftstoffeinspritzung. Es werden jeweils eine Resonanzfrequenz von Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr und ein Dämpfungskoeffizient der Druckpulsationen in dem Kraftstoffverteilerrohr unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung geschätzt. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffs wird in Abhängigkeit von drei oder mehreren von einer Kraftstoffverteilerrohrtempertur, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks, der Resonanzfrequenz der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr und dem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen geschätzt. Die Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs ist zum Zeitpunkt t4 abgeschlossen. Wie aus der gestrichelten Linie 1413 ersichtlich ist, wird nach der Ethanolgehaltsschätzung bestätigt, dass der Ethanolgehalt des Kraftstoffs nach dem Betankungsereignis (zwischen Zeitpunkt t1 und t2) angestiegen ist. Die Aktivierungsenergie von Ethanol ist im Vergleich zu Benzin höher und daher würde ein höherer Ethanolgehalt eine längere Zündperiode erfordern. Daher wird der Motor als Reaktion auf den erhöhten Ethanolgehalt des Kraftstoffs nach dem Zeitpunkt t4 mit einem Zündzeitpunkt betrieben, der auf MBT vorverlegt ist. Aufgrund des vorverlegten Zündzeitpunkts wird der Motorwirkungsgrad verbessert.
15 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 1500, die die Bestimmung des Kraftstoffalters auf Grundlage des Kraftstoffverteilerrohrdrucks veranschaulicht. Die Horizontale (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t3 kennzeichnen signifikante Zeitpunkte in der Routine für die Bestimmung des Kraftstoffalters. In einem Beispiel kann die Schätzung des Kraftstoffalters in Fahrzeugen ausgeführt werden, die Benzin als Kraftstoff verwenden. In einem weiteren Beispiel kann die Schätzung des Kraftstoffalters für ein an den Kraftstoff anpassbares Fahrzeug ausgeführt werden, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs bekannt ist.
Der erste Verlauf, Linie 1502, zeigt eine Schwankung der Motordrehzahl, wie sie über einen Kurbelwellensensor geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 1504, zeigt die Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 232 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr (wie etwa das Kraftstoffverteilerrohr 250 in 2) gekoppelt ist, geschätzt wird. Der dritte Verlauf, Linie 1506, zeigt eine Schwankung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrdrucksensor (wie etwa den Drucksensor 248 in 2), der an das Kraftstoffverteilerrohr gekoppelt ist, gemessen wird. Der vierte Verlauf, Linie 1508, zeigt Kraftstoffdirekteinspritzimpulse. Bei jedem Impuls wird Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilerrohr über die Direkteinspritzungen (wie etwa Direkteinspritzdüsen 252 in 2) in die Brennkammer abgegeben. Der fünfte Verlauf, Linie 1510, zeigt ein Ereignis zur Schätzung des Kraftstoffalters. Die gestrichelte Linie 1511 zeigt ein geschätztes Kraftstoffalter. Die gestrichelte Linie 1512 zeigt ein Schwellenkraftstoffalter, über dem der Bediener benachrichtigt wird, den Kraftstoff aufzubrauchen. Der Schwellenwert kann vorkalibriert sein, um niedriger als das Kraftstoffalter zu sein, bei dem der Kraftstoff unwirksam werden kann, sodass der gealterte Kraftstoff vor dem Energieverlust des Kraftstoffs aufgebraucht werden kann. Der sechste Verlauf, Linie 1514, zeigt einen Zündzeitpunkt in Bezug auf den Zeitpunkt des maximalen Bremsmoments (MBT).
Vor dem Zeitpunkt t1 wird der Motor nicht betrieben, da das Fahrzeug nicht über Motordrehmoment angetrieben wird. Kraftstoffeinspritzung und Zündfunken sind deaktiviert, während der Motor ausgeschaltet ist. Zum Zeitpunkt t1 wird der Motor aus dem Ruhezustand gestartet und Kraftstoff wird über eine Direkteinspritzung in die Motorzylinder eingespritzt. Der Kraftstoffverteilerrohrdruck schwankt auf Grundlage von Kraftstoffeinspritzereignissen. Der Zündzeitpunkt kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Die Schätzung des Kraftstoffalters wird zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt.
Zum Zeitpunkt t2 wird gefolgert, dass eine Schwellendauer seit der vorherigen Bestimmung des Kraftstoffalters verstrichen ist. Daher wird zum Zeitpunkt t2 eine Kraftstoffalterschätzung eingeleitet. Das Kraftstoffalter wird in Abhängigkeit von zwei oder mehreren von einer Kraftstoffverteilerrohrtempertur, der Veränderung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks, der Resonanzfrequenz der Druckpulsationen im Kraftstoffverteilerrohr und dem Dämpfungskoeffizienten der Druckpulsationen geschätzt. Die Schätzung des Kraftstoffalters ist zum Zeitpunkt t3 abgeschlossen. Nach der Schätzung des Kraftstoffalters wird bestätigt, dass sich das Kraftstoffalter erhöht hat. Da das Kraftstoffalter jedoch weiterhin unter dem Schwellenalter 1512 liegt, wird der Bediener nicht benachrichtigt. Als Reaktion auf das erhöhte Kraftstoffalter wird der Motor nach dem Zeitpunkt t3 mit einem Zündzeitpunkt betrieben, der auf MBT vorverlegt ist. Aufgrund des vorverlegten Zündzeitpunkts wird der Motorwirkungsgrad verbessert.
Auf diese Weise kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs oder das Kraftstoffalter auf Grundlage des Kraftstoffverteilerrohrdrucks geschätzt werden, und dann kann der Motorbetrieb, wie etwa der Zündzeitpunkt, eingestellt werden, um die Kraftstoffeffizienz und die Motorleistungsfähigkeit zu verbessern.
18 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 1800, die die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs auf Grundlage eines Ultraschallsignals veranschaulicht. Die Horizontale (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t4 kennzeichnen signifikante Zeitpunkte in der Routine für die Bestimmung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs.
Der erste Verlauf, Linie 1802, zeigt eine Schwankung der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 232 in 2), der innerhalb des Kraftstofftanks gekoppelt ist, geschätzt wird. Das zweite Verlauf, Linie 1804, zeigt die Generierung eines Ultraschallsignals von einem Ultraschallsignalgenerator (wie dem Ultraschallsignalgenerator 240 in 2). Der Ultraschallsignalgenerator ist an eine erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt, und das generierte Ultraschallsignal wird von einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks reflektiert. Das reflektierte Ultraschallsignal wird durch einen Ultraschallsensor (wie dem Ultraschallsensor 241 in 2), der an die erste Wand proximal zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, aufgezeichnet. Der dritte Verlauf, Linie 1806, zeigt ein Betankungsereignis, wenn Kraftstoff über eine externe Zapfpistole an einer Tankstelle in den Kraftstofftank abgegeben wird. Der vierte Verlauf, Linie 1808, zeigt ein Ereignis zur Schätzung des Ethanolgehalts. Die gestrichelte Linie 1809 zeigt einen geschätzten Ethanolgehalt des Kraftstoffs während und nach dem Ereignis zur Schätzung des Ethanolgehalts. Der fünfte Verlauf, Linie 1812, zeigt einen Zündzeitpunkt in Bezug auf den Zeitpunkt des maximalen Bremsmoments (MBT).
Vor dem Zeitpunkt t1 wird das Fahrzeug durch das Motordrehmoment angetrieben und der Zündzeitpunkt wird bei MBT gehalten. Die Veränderungen der Kraftstofftemperatur basieren auf dem Motorbetrieb und dem Kraftstofftank wird kein Kraftstoff zugeführt. Die Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs oder des Kraftstoffalters wird zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt und der Ultraschallsignalgenerator und -sensor bleiben inaktiv. Zum Zeitpunkt t1 wird ein Betankungsereignis eingeleitet und wird Kraftstoff in den Kraftstofftank abgegeben. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, während des Betankungsereignisses, da das Fahrzeug nicht angetrieben wird und der Motor nicht betrieben wird. Wenn sich neu hinzugefügter Kraftstoff mit dem vorhandenen Kraftstoff im Kraftstofftank vermischt, kann sich der Ethanolgehalt des gemischten Kraftstoffs verändern.
Zum Zeitpunkt t2 ist die Kraftstoffzufuhr beendet und der Motorbetrieb wird wieder aufgenommen. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzungen in die Brennkammern eingespritzt. Zum Zeitpunkt t3 wird eine Ethanolgehaltsschätzung des Kraftstoffs im Tank eingeleitet. Um den Ethanolgehalt des Kraftstoffs zu schätzen, wird der Ultraschallsignalgenerator angeschaltet, um ein Ultraschallsignal zu generieren. Das Ultraschallsignal wird bei Reflexion von der gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks durch den Ultraschallsensor erfasst. Eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff wird auf Grundlage einer Laufzeit des Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, vor und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt. Ein Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals wird auf Grundlage einer Veränderung der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wurde, geschätzt. Der Ethanolgehalt des Kraftstoffs wird auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt. Die Schätzung des Ethanolgehalts des Kraftstoffs ist zum Zeitpunkt t4 abgeschlossen. Wie aus der gestrichelten Linie 1809 ersichtlich ist, wird nach der Ethanolgehaltsschätzung bestätigt, dass der Ethanolgehalt des Kraftstoffs nach dem Betankungsereignis (zwischen Zeitpunkten t1 und t2) gesunken ist. Aufgrund des zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5 gesunkenen Ethanolgehalts ist der Zündzeitpunkt ein verzögerter MBT.
19 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 1900, die die Bestimmung des Kraftstoffalters auf Grundlage eines Ultraschallsignals veranschaulicht. Die Horizontale (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t3 kennzeichnen signifikante Zeitpunkte in der Routine für die Bestimmung des Kraftstoffalters.
Der erste Verlauf, Linie 1902, zeigt eine Schwankung der Motordrehzahl, wie sie über einen Kurbelwellensensor geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 1904, zeigt eine Schwankung der Kraftstoffverteilerrohrtemperatur, wie sie über einen Kraftstoffverteilerrohrtemperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 232 in 2), der innerhalb des Kraftstofftanks gekoppelt ist, geschätzt wird. Das dritte Verlauf, Linie 1906, zeigt die Generierung eines Ultraschallsignals von einem Ultraschallsignalgenerator (wie dem Ultraschallsignalgenerator 240 in 2). Der Ultraschallsignalgenerator ist an eine erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt, und das generierte Ultraschallsignal wird von einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks reflektiert. Das reflektierte Ultraschallsignal wird durch einen Ultraschallsensor (wie dem Ultraschallsensor 241 in 2), der an die erste Wand proximal zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, aufgezeichnet. Der vierte Verlauf, Linie 1908, zeigt ein Ereignis zur Schätzung des Kraftstoffalters. Die gestrichelte Linie 1909 zeigt ein geschätztes Kraftstoffalter während und nach dem Ereignis zur Schätzung des Kraftstoffalters. Die gestrichelte Linie 1910 zeigt das Schwellenkraftstoffalter, über dem der Bediener benachrichtigt wird, den Kraftstoff zu verbrauchen. Der fünfte Verlauf, Linie 1912, zeigt einen Zündzeitpunkt in Bezug auf den Zeitpunkt des maximalen Bremsmoments (MBT).
Vor dem Zeitpunkt t1 wird der Motor nicht betrieben, da das Fahrzeug nicht über Motordrehmoment angetrieben wird. Kraftstoffeinspritzung und Zündfunken sind deaktiviert, während der Motor ausgeschaltet ist. Zum Zeitpunkt t1 wird der Motor aus dem Ruhezustand gestartet und Kraftstoff wird über eine Direkteinspritzung in die Motorzylinder eingespritzt. Die Veränderungen der Kraftstofftemperatur basieren auf dem Motorbetrieb und dem Kraftstofftank wird kein Kraftstoff zugeführt. Die Schätzung des Kraftstoffalters wird zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt und der Ultraschallsignalgenerator und -sensor bleiben inaktiv.
Zum Zeitpunkt t2 wird abgeleitet, dass eine Schwellendauer seit der vorherigen Bestimmung des Kraftstoffalters verstrichen ist. Daher wird zum Zeitpunkt t2 eine Kraftstoffalterschätzung eingeleitet. Um das Kraftstoffalter zu schätzen, wird der Ultraschallsignalgenerator angeschaltet, um ein Ultraschallsignal zu generieren. Das Ultraschallsignal wird bei Reflexion von der gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks durch den Ultraschallsensor erfasst. Eine Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff wird auf Grundlage einer Laufzeit des Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, vor und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt. Ein Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals wird auf Grundlage einer Veränderung der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wurde, geschätzt. Das Alter des im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffs wird auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit des Schalls im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt. Die Schätzung des Kraftstoffalters ist zum Zeitpunkt t3 abgeschlossen.
Nach der Schätzung des Kraftstoffalters wird bestätigt, dass sich das Kraftstoffalter erhöht hat. Da das Kraftstoffalter jedoch weiterhin unter dem Schwellenalter 1910 liegt, wird der Bediener nicht benachrichtigt. Als Reaktion auf das erhöhte Kraftstoffalter wird der Motor nach dem Zeitpunkt t3 mit einem Zündzeitpunkt betrieben, der auf MBT vorverlegt ist. Aufgrund des vorverlegten Zündzeitpunkts wird der Motorwirkungsgrad verbessert.
Auf diese Weise kann der Ethanolgehalt des Kraftstoffs oder das Kraftstoffalter auf Grundlage der Reflexion eines Ultraschallsignals innerhalb eines Kraftstofftanks geschätzt werden, und dann kann der Motorbetrieb, wie etwa der Zündzeitpunkt, eingestellt werden, um die Kraftstoffeffizienz und die Motorleistungsfähigkeit zu verbessern.
Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst: Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Kraftstoffalters, wobei das Kraftstoffalter auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt wird.In einem beliebigen vorstehenden Beispiel, ferner umfassend, zusätzlich oder optional, Schätzen eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele ist der Ethanolgehalt des Kraftstoffs zusätzlich oder optional ein Prozentsatz von Ethanol in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank eines Motorkraftstoffsystems enthalten ist, und wobei das Kraftstoffalter von einer Dauer der Lagerung des Kraftstoffs im Kraftstofftank und einer Temperatur und einem Druck des Kraftstoffs im Kraftstofftank abhängig ist, wobei das Kraftstoffalter eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung aufgrund von Verdampfung der flüchtigen Komponenten des Kraftstoffs angibt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff zusätzlich oder optional auf Grundlage einer Laufzeit eines Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, hin und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird das Ultraschallsignal zusätzlich oder optional durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert, der an die erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt ist, und wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalsensor erfasst, der an die erste Wand, benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator, gekoppelt ist, und wobei die Kraftstofftemperatur über einen innerhalb des Kraftstofftanks angebrachten Kraftstofftemperatursensor geschätzt wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird das Ultraschallsignal zusätzlich oder optional durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert, der an die erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt ist, und wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalsensor erfasst, der an die erste Wand, benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator, gekoppelt ist, und wobei die Kraftstofftemperatur über einen innerhalb des Kraftstofftanks angebrachten Kraftstofftemperatursensor geschätzt wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals zusätzlich oder optional auf Grundlage einer Veränderung der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wird, geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional der Ethanolgehalt des Kraftstoffs periodisch zumindest innerhalb einer ersten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer nach einem Betankungsereignis geschätzt und wird das Kraftstoffalter periodisch nach Abschluss einer zweiten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Kraftstoffalterschätzung geschätzt, wobei die zweite Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer größer als die erste Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer ist. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs zusätzlich oder optional Einstellen des Zündzeitpunkts auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder Kraftstoffalters, wobei der Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters auf MBT vorverlegt wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs ferner zusätzlich oder optional Einstellen einer Kraftstoffmenge, die während eines Kaltstarts eingespritzt wird, auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder Kraftstoffalters, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf den Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoff und den Anstieg des Kraftstoffalters erhöht wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf einen Anstieg des Kraftstoffalters über ein Schwellenalter, Benachrichtigen eines Bedieners, den Kraftstoff zu verbrauchen/zu verändern.
Ein weiteres beispielhaftes Motorverfahren umfasst: während einer ersten Bedingung, Schätzen eines Volumenanteils von Ethanol in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol; während einer zweiten Bedingung, Schätzen eines Alters des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs. In einem beliebigen vorstehenden Beispiel beinhaltet die erste Bedingung zusätzlich oder optional den Abschluss eines Betankungsereignisses, und wobei die zweite Bedingung den Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird das Ultraschallsignal zusätzlich oder optional durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert, der an eine erste Wand eines Kraftstofftanks gekoppelt ist, und wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsensor erfasst, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, wobei jeder von dem Ultraschallsignalgenerator und dem Ultraschallsensor in Kraftstoff eingetaucht ist. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff zusätzlich oder optional auf Grundlage einer Laufzeit eines reflektierten Ultraschallsignals zu und von einer zweiten Wand, die der ersten Wand gegenüberliegt, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Verringerung der Amplitude des reflektierten Ultraschallsignals, das zu der ersten Wand zurückkehrt, geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol zusätzlich oder optional eines oder mehrere von Vorverlegen des Zündzeitpunkts auf MBT als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils und Erhöhen einer eingespritzen Kraftstoffmenge während des Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils, und wobei das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Alters beinhaltet.
Noch ein weiteres beispielhaftes Motorsystem umfasst: eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nicht-transitorischem Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Generieren eines Ultraschallsignals über einen Ultraschallsignalgenerator, der an einer ersten Wand eines Kraftstofftanks positioniert ist; Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals, das von einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks reflektiert wird, über einen Ultraschallsensor; Schätzen einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff im Kraftstofftank und eines Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage des generierten Signals und des reflektierten Signals; Schätzen eines Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder eines Alters des Kraftstoffs auf Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff, des geschätzten Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und der Kraftstofftemperatur; und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder des Alters des Kraftstoffs. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff zusätzlich oder optional auf Grundlage eines Zeitintervalls zwischen der Generierung des Ultraschallsignals von der ersten Wand und dem Empfang des reflektierten Signals an der ersten Wand und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage einer Differenz in der Amplitude zwischen dem generierten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal geschätzt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs zusätzlich oder optional Einstellen von einem oder mehreren von Zündzeitpunkt und Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage des geschätzen Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder des geschätzten Kraftstoffalters.
Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuerte oder unterbrechungsgesteuerte Strategien, Multi-Tasking-, Multi-Threading-Strategien und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für Code stehen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem einzuprogrammieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Abläufe beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
Im hier verwendeten Sinne ist der Ausdruck „ungefähr“ so auszulegen, dass er plus oder minus fünf Prozent der Spanne bedeutet, es sei denn, es ist etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Kraftstoffalters, wobei das Kraftstoffalter auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Schätzen eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und des Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Ethanolgehalt des Kraftstoffs ein Prozentsatz von Ethanol in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank eines Motorkraftstoffsystems enthalten ist, und wobei das Kraftstoffalter von einer Dauer der Lagerung von Kraftstoff im Kraftstofftank und einer Temperatur und einem Druck des Kraftstoffs im Tank abhängig ist, wobei das Kraftstoffalter eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung aufgrund von Verdampfung von flüchtigen Komponenten des Kraftstoffs angibt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff auf Grundlage einer Laufzeit eines Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, vor und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert, der an eine erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt ist, und wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsensor erfasst, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, und wobei die Kraftstofftemperatur über einen innerhalb des Kraftstofftanks untergebrachten Kraftstofftemperatursensor geschätzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Veränderung der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wurde, geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Ethanolgehalt des Kraftstoffs periodisch zumindest innerhalb einer ersten Schwellenfahrstrecke und/oder einer Fahrtdauer nach einem Betankungsereignis geschätzt, und das Kraftstoffalter wird periodisch nach Abschluss einer zweiten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Kraftstoffaltersschätzung geschätzt, wobei die zweite Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer größer als die erste Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs Einstellen des Zündzeitpunkts auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters, wobei der Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters auf MBT vorverlegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs ferner Einstellen einer Kraftstoffmenge, die während eines Kaltstarts eingespritzt wird, auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf den Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoff und den Anstieg des Kraftstoffalters erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Benachrichtigen eines Bedieners, den Kraftstoff zu verbrauchen/zu verändern, als Reaktion auf einen Anstieg des Kraftstoffalters über ein Schwellenalter gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorverfahren bereitgestellt, das Folgendes aufweist: während einer ersten Bedingung, Schätzen eines Volumenanteils von Ethanol in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol; während einer zweiten Bedingung, Schätzen eines Alters des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Bedingung den Abschluss eines Betankungsereignisses, und wobei die zweite Bedingung den Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert, der an eine erste Wand eines Kraftstofftanks gekoppelt ist, und wird das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsensor erfasst, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, wobei jeder von dem Ultraschallsignalgenerator und dem Ultraschallsensor in Kraftstoff eingetaucht ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Schallgeschwindigkeit auf Grundlage einer Laufzeit eines reflektierten Ultraschallsignals zu und von einer zweiten Wand, die der ersten Wand gegenüberliegt, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Verringerung der Amplitude des reflektierten Ultraschallsignals, das zu der ersten Wand zurückkehrt, geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol eines oder mehrere von Vorverlegen des Zündzeitpunkts auf MBT als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils und Erhöhen einer eingespritzen Kraftstoffmenge während des Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils, und wobei das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Alters beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfidndung wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nicht-transitorischem Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Generieren eines Ultraschallsignals über einen Ultraschallsignalgenerator, der an einer ersten Wand eines Kraftstofftanks positioniert ist; Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals, das von einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks reflektiert wird, über einen Ultraschallsensor; Schätzen einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff im Kraftstofftank und eines Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage des generierten Signals und des reflektierten Signals; Schätzen eines Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder eines Alters des Kraftstoffs auf Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff, des geschätzten Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und der Kraftstofftemperatur; und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder des Alters des Kraftstoffs.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff auf Grundlage eines Zeitintervalls zwischen der Generierung des Ultraschallsignals von der ersten Wand und dem Empfang des reflektierten Signals an der ersten Wand und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals im Kraftstoff auf Grundlage einer Differenz in der Amplitude zwischen dem generierten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal geschätzt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Motorbetriebs Einstellen von einem oder mehreren von Zündzeitpunkt und Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage des geschätzen Prozentsatzes von Ethanol im Kraftstoff und/oder des geschätzten Kraftstoffalters.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7523723 [0003]

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Kraftstoffalters, wobei das Kraftstoffalter auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Schätzen eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und des Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs ein Prozentsatz von Ethanol in Kraftstoff ist, der in einem Kraftstofftank eines Motorkraftstoffsystems enthalten ist, und wobei das Kraftstoffalter von einer Dauer der Lagerung von Kraftstoff im Kraftstofftank und einer Temperatur und einem Druck des Kraftstoffs im Tank abhängig ist, wobei das Kraftstoffalter eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung aufgrund von Verdampfung von flüchtigen Komponenten des Kraftstoffs angibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff auf Grundlage einer Laufzeit eines Ultraschallsignals durch den Kraftstoff, vor und zurück zwischen einer ersten Wand des Kraftstofftanks und einer zweiten gegenüberliegenden Wand des Kraftstofftanks, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert wird, der an eine erste Wand des Kraftstofftanks gekoppelt ist, und das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsensor erfasst wird, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, und die Kraftstofftemperatur über einen innerhalb des Kraftstofftanks untergebrachten Kraftstofftemperatursensor geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Veränderung der Amplitude des Ultraschallsignals, das den Ultraschallsignalsensor erreicht, nachdem es von der zweiten Wand reflektiert wurde, geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ethanolgehalt des Kraftstoffs periodisch zumindest innerhalb einer ersten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer nach einem Betankungsereignis geschätzt wird und das Kraftstoffalter periodisch nach Abschluss einer zweiten Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Kraftstoffaltersschätzung geschätzt wird, wobei die zweite Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer größer als die erste Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Motorbetriebs Einstellen des Zündzeitpunkts auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters beinhaltet, wobei der Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters auf MBT vorverlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen des Motorbetriebs ferner Einstellen einer Kraftstoffmenge, die während eines Kaltstarts eingespritzt wird, auf Grundlage des geschätzten Ethanolgehalts des Kraftstoffs und/oder des Kraftstoffalters beinhaltet, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf den Anstieg des Ethanolgehalts des Kraftstoff und den Anstieg des Kraftstoffalters erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Benachrichtigen eines Bedieners, den Kraftstoff zu verbrauchen/zu verändern, als Reaktion auf einen Anstieg des Kraftstoffalters über ein Schwellenalter.
Motorsystem, umfassend: eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nicht-transitorischem Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: während einer ersten Bedingung, Schätzen eines Volumenanteils von Ethanol in Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von einer Kraftstofftemperatur, einer Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und einem Abschwächungskoeffizienten eines Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol; während einer zweiten Bedingung, Schätzen eines Alters des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank enthalten ist, auf Grundlage jedes von der Kraftstofftemperatur, der Geschwindigkeit von Schall im Kraftstoff und dem Abschwächungskoeffizienten des Ultraschallsignals im Kraftstoff und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs.
System nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung den Abschluss eines Betankungsereignisses beinhaltet und wobei die zweite Bedingung den Abschluss einer Schwellenfahrstrecke und/oder Fahrtdauer seit einer unmittelbar vorhergehenden Schätzung des Kraftstoffalters beinhaltet.
System nach Anspruch 11, wobei das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsignalgenerator generiert wird, der an eine erste Wand eines Kraftstofftanks gekoppelt ist, und das Ultraschallsignal durch einen Ultraschallsensor erfasst wird, der an die erste Wand benachbart zu dem Ultraschallsignalgenerator gekoppelt ist, wobei jeder von dem Ultraschallsignalgenerator und dem Ultraschallsensor in Kraftstoff eingetaucht ist.
System nach Anspruch 13, wobei die Schallgeschwindigkeit auf Grundlage einer Laufzeit eines reflektierten Ultraschallsignals zu und von einer zweiten Wand, die der ersten Wand gegenüberliegt, und eines Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand geschätzt wird und wobei der Abschwächungskoeffizient des Ultraschallsignals auf Grundlage einer Verringerung der Amplitude des reflektierten Ultraschallsignals, das zu der ersten Wand zurückkehrt, geschätzt wird.
System nach Anspruch 11, wobei das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des geschätzten Volumenanteils von Ethanol eines oder mehrere von Vorverlegen des Zündzeitpunkts auf MBT als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils und Erhöhen einer eingespritzen Kraftstoffmenge während des Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Volumenanteils beinhaltet, und wobei das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage des Alters des Kraftstoffs Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge während eines Kaltstarts als Reaktion auf einen Anstieg des Alters beinhaltet.