DE3129726A1 - "verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen kraftstoffarten" - Google Patents

"verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen kraftstoffarten"

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DE3129726A1
DE3129726A1 DE19813129726 DE3129726A DE3129726A1 DE 3129726 A1 DE3129726 A1 DE 3129726A1 DE 19813129726 DE19813129726 DE 19813129726 DE 3129726 A DE3129726 A DE 3129726A DE 3129726 A1 DE3129726 A1 DE 3129726A1
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combustion engine
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basic
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Yasuo Yokosuka Kanagawa Nakajima
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

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BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In den letzten Jahren ist die Verringerung des Erdölverbrauchs zu einer vorrangigen Aufgabe geworden. Daher ist es wünschenswert, zur 0 Benzinersparnis Alkohole wie etwa Äthanol oder Methanol als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge zu verwenden. Es wurden Versuche unternommen, Kraftfahrzeuge mit einem Gemisch aus Benzin und Alkohol zu betreiben, doch konnten bei diesen Versuchen die Vorteile von Alkohol als Kraftstoff nicht voll ausgenutzt werden. Zwar konnte eine gewisse Benzinersparnis erreicht werden, doch haben herkömmliche mit Benzin und Alkohol betriebene Brennkraftmaschinen nicht den gewünschten Wirkungsgrad.
Alkohol besitzt eine verhältnismäßig hohe Oktanzahl von 100 oder mehr und eine große Verdampfungswärme. Die Verdampfungswärme von Äthanol ist dreimal so hoch und die Verdampfungswärme von Methanol ist viermal so hoch wie die von Benzin. Einer der wesentlichen Vorteile von Alkohol als Kraftstoff gegenüber Benzin besteht darin, daß Alkohol aufgrund seiner hohen Oktanzahl und aufgrund der durch die große Verdampfungswärme bedingten Kühlwirkung ein hohes Verdichtungsverhältnis zuläßt. Beispielsweise erlaubt ein zu 100% aus Methanol bestehender Kraftstoff eine Anhebung - des Verdichtungsverhältnisses auf Werte bis zu 15 : 1.
Dagegen ist das Verdichtungsverhältnis bei mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen aufgrund von Klopffestigkeitsüberlegungen bei
verringerter Oktanzahl auf Werte unterhalb 8,5 : 1 oder 9 : 1 begrenzt. Es zeigt sich, daß bei 5 der Benutzung von einem Benzin-Alkohol-Gemisch als Kraftstoff die Oktanzahl des Benzins für das Verdichtungsver-
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hältnis ausschlaggebend ist und daß daher der Wärmeinhalt des Alkohols nur unzureichend ausgenutzt wird.
Alkohol hat einen niedrigen Siedepunkt. Der Siedepunkt von Methanol liegt bei 640C und der von Äthanol bei 780C. Die Verwendung von Alkohol für Benzin-Brennkraftmaschinen verschlechtert auch die Start- und Warmlaufeigenschaften. In Brasilien beispielsweise werden mit Alkoholbetreibbare Straßenfahrzeuge bereits verkauft. Die Brennkraftmaschinen dieser Fahrzeuge sind mit einer Einrichtung versehen, welche die zuzuführende Brennstoffmenge so steuert, daß während der Anlaufphase Benzin und anschließend Alkohol zugeführt wird.
Ein anderes bekanntes Steuersystem für mit Alkoholbetreibbare Brennkraftmaschinen sieht während der Start- und Warmlaufphase die Zuführung von Benzin und nach einer ausreichenden Aufwärmung die Beschickung mit Alkohol während normaler Betriebsbedingungen vor.
In diesen beiden erwähnten Fällen hängt der Wechsel oder die Umschaltung von Benzin auf Alkohol von drei Betriebsparametern der Maschine ab, nämlich vom Startbetrieb, vom Warmlaufen sowie von der Feststellung "normaler" Betriebsbedingungen. Da die Treibstoffumschaltung dann erfolgt, wenn kein drastischer Wechsel der Motorbelastung vorliegt, kann das Steuersystem zur Treibstoffumschaltung auf relativ langsames Ansprechverhalten ausgelegt und damit in konstruktiver Hinsicht vergleichsweise einfach aufgebaut sein.
Wird jedoch eine Treibstoffumschaltung auch bei nennenswerter Motorbelastung verlangt, so muß das Steuersystem für die Treibstoffumschaltung kurzes Ansprechverhalten zeigen und insbesondere eine glatte, d.h. ruckfreie Umschaltung ermöglichen, da sich im normalen Fahrbetrieb die Motorbelastung vergleichsweise sehr oft ändert.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten betreibbare Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der eine in differenzierter Weise von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängige Auswahl der Kraftstoffart erfolgt und bei der der übergang von einer Kraftstoffart zu einer anderen kontinuierlich und ohne Änderung des Ausgangsdrehmoments der Brennkraftmaschine erfolgt. Hierdurch soll eine wirksame Ausnutzung der Vorteile beider Kraftstoffarten ermöglicht
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und Benzin eingespart werden, ohne daß dabei die Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine unter Last beeinträchtigt werden.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist ein Ansaugrohr mit einer Drosselklappe auf. Die Brennkraftmaschine umfaßt ferner eine erste Kraftstoffeinspritzung zur Einspritzung einer ersten Kraftstoffart in das Ansaugrohr und eine zweite Kraftstoffeinspritzung, durch die eine zweite Kraftstoffart, deren auf eine Masseneinheit bezogener Heizwert sich von dem Heizwert der ersten Kraftstoffart unterscheidet, in das Ansaugrohr eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzungen werden durch eine Steuereinheit gesteuert, die für beide Kraftstoffarten die in das Ansaugrohr einzuspritzenden Kraftstoffmengen ermittelt. Die Steuereinheit ermittelt eine Grundmenge der ersten Kraftstoffart, die so bemessen ist, daß ihr Heizwert dem von der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge abhängigen Heizwertbedarf der Brennkraftmaschine entspricht. Die Steuereinheit ermittelt ferner in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine das jeweils gewünschte Mengenverhältnis der einzuspritzenden Kraftstoffarten. Anhand des ermittelten Grundwertes für die erste Kraftstoffart und des ermittelten Mengenverhälnisses der Kraftstoffarten sowie anhand weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt die Steuereinheit die einzuspritzenden Mengen der ersten und der zweiten Kraftstoffart, bei denen die Heizwerte der Kraftstoffmenge der ersten Kraftstoffart und der Kraftstoffmenge der zweiten Kraftstoffart zusammen dem Heizwert der Grundmenge der ersten Kraftstoffart entsprechen.
Die erste und die zweite Kraftstoffeinspritzung können als elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzungen ausgeführt sein, die zur Einspritzung von Kraftstoff wiederholt während bestimmter Zeitintervalle geöffnet werden, deren Länge jeweils den Längen von Pulsen oder Nutzimpulsen eines
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ersten bzw. eines zweiten Steuersignals entsprechen. In diesem Fall ermittelt die Steuereinheit anhand der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge eine Grundimpulsbreite und anhand des abgetasteten Lastzustands der Brennkraftmaschine das Verhältnis der NutzImpulsbreiten des
ersten und zweiten Steuersignals- Anhand dieser ermittelten Werte ermittelt die Steuereinheit schließlich die Absolutwerte für die Nutzimpulsbreiten des ersten und zweiten Steuersignals.
10
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnitts
darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung,
die die Abhängigkeit der eingespritzten Benzin- und Alkoholmengen vom absoluten Ansaugdruck der Brennkraftmaschine veranschaulicht;
zeigt in einer graphischen Darstellung
Fig. 3 die mengenmäßige Abhängigkeit der
Pulsbreiten eines Steuersignals für die Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit vom
absoluten Ansaugdruck der Brenn
kraftmaschine;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung,
die die Abhängigkeit der Grundimpulsbreite des Steuersignals vom
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Massendurchsatz der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft veranschaulicht; Fig. 4A in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis aus Benzineinspritzzeit t zur Grundimpulsbreite T. und dem
Absolutdruck im Ansaugkanal sowie den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Alkoholeinspritzzeit t zur Grundimpuls-
Ci
breite T. und dem Ansaug-Absolutdruck; Fig. 5 veranschaulicht anhand eines Blockdiagramms
den Aufbau einer Steuereinheit der in Fig.
dargestellten Brennkraftmaschine; Fig. 6 veranschaulicht anhand eines Flußdiagramms die Arbeitsweise eines Digitalrechners der in Fig. 5 dargestellten Steuereinheit.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Brennkraftmaschine weist ein Ansaugrohr 12 auf, in dem eine Drosselklappe 14 angebracht ist. Stromabwärts der Drosselklappe 14 ist in dem Ansaugrohr 12 eine Benzineinspritzung angebracht, durch die bei mit geringer oder normaler Last laufender Brennkraftmaschine Benzin eingespritzt wird. Durch eine Benzinleitung 22 wird der Benzineinspritzung 20 das Benzin aus einem Benzintank 24 unter Druck zugeführt. In der Benzinleitung 22 sind eine Benzinpumpe 26 und ein Filter 28 angebracht. Stromabwärts des Filters 28 ist die Benzinleiung 22 durch eine Rückführungsleitung 32 mit dem Benzintank 24 verbunden. In der Rückführungsleitung 32 ist ein Druckregler 30 angebracht, der den Druck des der Benzineinspritzung 20 zugeführten Benzins regelt.
Stromaufwärts der Drosselklappe 14 ist in dem Ansaugrohr 12 eine Alkohol-Einspritzung 40 angebracht, durch die bei unter Vollast laufender Brennkraftmaschine Alkohol eingespritzt wird. Durch eine Alkohol-Leitung 42 wird der Alkohol-Einspritzung 40 Alkohol aus einem Alkoholtank 44 unter Druck
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zugeführt. In der Alkohol-Leitung 42 ist eine Alkohol-Pumpe 46 und ein Filter 48 angebracht. Stromabwärts des Filters ist die Alkohol-Leitung 42 durch eine Rückführungsleitung mit dem Alkoholtank 44 verbunden. In der Rückführungsleitung 52 ist ein Druckregler 50 zur Regelung des der Alkohol-Einspritzung 40 zugeführten Alkoholdrucks vorgesehen. Anstelle von Alkohol kann durch die zuletzt beschriebenen Einrichtungen auch ein Flüssiggaskraftstoff zugeführt werden.
Die Benzineinspitzung 20 und die Alkohol-Einspritzung 40 können als elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüsen ausgeführt sein, die zur Einspritzung abgemessener Kraftstoffmengen in den Motor wiederholt für Zeitintervalle vorgegebener Länge geöffnet werden. Zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzungen 20,40 wird je ein gepulstes Steuersignal erzeugt, bei denen die Dauer der Pulse von den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wie etwa dem Massendurchsatz der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluft, der Motortemperatur oder dergleichen abhängig ist. Die Kraftstoffeinspritzungen 20,40 werden entsprechend den Pulsen der Steuersignale geöffnet und geben Kraftstoff synchron zu den Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beispielsweise einmal während einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle ab.
Die Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzungen 20,40 werden von einer Steuereinheit 60 erzeugt. Wie in Figur 1 dargestellt ist, nimmt die Steuereinheit 60 Eingangssignale von einem Sensor 92 für die Maschinendrehzahl·, einem Luftmengensensor 94, einem Fühier 96 für die Stellung der Drosselklappe und einem Sensor 98 für den Ansaugdruck auf. Zusätzlich können der Steuereinheit 60 weitere Eingangssignale von einem Sensor für die Motortemperatur, die Batteriespannung oder dergleichen zugeführt sein.
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Figur 2 gibt eine Übersicht über die Wirkungsweise der Steuereinheit 60. Wie durch die in Figur 2 mit (A) bezeichnete Fläche angedeutet ist, nimmt die Menge des durch die Benzineinspritzung 20 eingespritzten Benzins proporional zum absoluten Ansaugdruck der Bennkraftmaschine zu, bis dieser Ansaugdruck einen vorgegebenen Wert Pset erreicht. Bei weiter steigendem Ansaugdruek nimmt die eingespritzte Benzinmenge linear ab. Dem gegenüber setzt die Einspritzung von Alkohol durch die Alkohol-Einspritzung 40 erst ein, wenn der Ansaugdruck den vorgegebenen Wert Pset erreicht. Bezogen auf die Zunahme des Ansaugdrucks nimmt die bei Werten dieses Ansaugdrucks oberhalb des Wertes Pset eingespritzte Alkoholmenge schneller zu als die bei Werten unterhalb des Wertes Pset eingespritzte Benzinmenge. Der Grund hierfür liegt darin, daß Alkohol einen geringeren Heizwert als Benzin besitzt.
Beispeilsweise besitzt Benzin einen Heizwert von 10430 Kcal/Kg, während Menthanol einen Heizwert von 4840 Kcal/Kg besitzt. Bei einem absoluten Ansaugdruek in einem bestimmten Bereich oberhalb des Wertes Pset werden durch die Kraftstoffeinspritzungen 20,40 sowohl Benzin als auch Alkohol eingesprizt.
Bevorzugt sind die Kraftstoffeinspritzungen 20,40 für Benzin bzw. für Alkohol derart gewählt, daß sie zum Ausgleich der unterschiedlichen Heizwerte von Benzin und Alkohol unterschiedliche Durchsatzkapazitäten besitzen. Hierdurch wird erreicht, daß die Benzineinspritzung 20 und die Alkohol-Einspritzung 40 durch die Steuereinheit 60 mit Steuersignalen angesteuert werden können, die hinsichtlich der Zeitdauer der ein öffnen der Einspritung bewirkenden Pulse, im folgenden "Nutzimpulsbreite "genannt übereinstimmen. Damit ist die jeweilige Durchsatzmenge an der Einspritzeinheit 40 für gleiche Nutzimpulsbreite oder -dauer größer als an der Einspritzeinheit 20. Figur 3 zeigt das Verhältnis zwischen der Einspritzzeit tg für Benzin, während der die Benzineinspritzung 20 geöffnet ist und Benzin eingespritzt wird, zu der Einspritzzeit ta für Alkohol, während der die Alkohol-Einspritzung 40 geöffnet ist und Alkohol eingespritzt wird. Dabei ist von der
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Annahme ausgegangen, daß die unterschiedlichen Heizwerte von Benzin und Alkohol durch unterschiedliche Durchsatzkapazitäten der Benzineinspritzung 20 und der Alkohol-Einspritzung 40 ausgeglichen sind und daß beide Kraftstoffeinspritzungen durch die Steuereinrichtung 60 mit Impulssignalen mit identischen Nutzimpulsbreiten angesteuert werden. In diesem Fall wird die Grundimpulsbreite (tg + ta) auf der Grundlage des Ansaug-Absolutdrucks unter der Annahme bestimmt, daß nur Benzin zugeführt wird. Anschließend wird das Verhältnis von tg und ta entsprechend dem Ansaug-Absolutdruck bestimmt, der der Maschinenlast entspricht. Dieses Verfahren bewährt sich besonders dann, wenn kein Abgasrückführsystem (EGR-System) verwendet wird, bei dem mindestens ein Abgasanteil in den Ansaugkanal zurückgeführt wird, da sich in diesem Fall dann die angesaugte Luftdurchsatzmenge leicht aus dem Druck im Ansaugkanal errechnen läßt. Das Ver-. fahren kann jedoch auch auf Maschinen angewendet werden, die mit dem erwähnten EGR-System ausgerüstet sind. Im letztgenannten Fall jedoch ist es günstiger, wenn die Grundimpulsbreite Tt aus einer direkten Messung des Luftmassendurchsatzes zur Maschine bestimmt wird.
Fig. 4 zeigt die Beziehung einer Grundimpulsbreite Tt eines Steuersignals zu dem Massendurchsatz der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft.
Die Grundimpulsbreite Tt des Steuersignals wird entsprechend dem abgesaugten Luftmassendurchsatz der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft bestimmt. Die Verhältnisse der Benzin- bzw. Alkoholeinspritzzeiten tg bzw. ta zur Grundimpulsbreite Tt werden jeweils aus dem Absolutdruck im Ansaugkanal bestimmt. Die Fig. 4A zeigt den Zusammenhang zwischen tg/Tt und dem Ansaug-Absolutdruck sowie den Zusammenhang zwischen ta/Tt und dem Ansaugabsolutdruck. Es gilt tg + ta = Tt. Die Benzin- bzw. Alkohöleinspritzzeiten
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tg bzw. ta sind also abhängig vcn der Grundimpulsbreite Tt und dem jeweils vorhandenen Absolutdruck im Ansaugkanal. Die Nutzimpulsbreite Tg des Steuersignals für die Benzineinspritzung 20 , die der Benzin-Einspritzdauer tg entspricht, ist durch folgende Gleichung gegeben:
Tg ■ Tt χ (1)
Die Nutzimpulsbreite Ta des Steuersignals für die Alkohol-Einspritzung 40, die der Alkohol-Einspritzdauer ta entspricht, ist durch folgende Gleichung gegeben:
- Ttx
Das Steuersystem 60 ermittelt die NutzImpulsbreiten Tg und Ta entsprechend den obigen Gleichungen und steuert die Kraftstoffeinspritzungen 20, 40 durch Steuersignale mit den jeweils ermittelten Nutzimpulsbreiten.
Bei unter geringer Last laufender Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffeinspritzung 20 zur Einspritzung von Benzin in das Ansaugrohr 12 stromabwärts der Drosselklappe 14 durch ein
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Steuersignal gesteuert, dessen Nutzimpulsbreite Tg gleich der Grundimpulsbreite Tt ist, während die Alkohol-Einspritzung 40 ausser Betrieb ist. In diesem Fall wird die Bennkraftmaschine allein mit Benzin betrieben. 5
Wenn die Last der Brennkraftmaschine auf einen vorgegebenen Wert anwächst, setzt die Einspritzung von Alkohol in das Ansaugrohr 12 stromaufwärts der Drosselklappe 14 durch die Alkohol-Einspritzung 40 ein. In diesem Fall arbeitet die Brennkraftmaschine sowohl mit Benzin als auch mit Alkohol. Die Nutzimpulbreiten der von der Steuereinheit 60 erzeugten Impulssignale für die Benzin- und die Alkohol-Einspritzungen werden dabei nach den obigen Gleichungen 1 bzw. 2 berechnet.
Bei unter Vollast laufender Brennkraftmaschine wird die Benzineinspritzung 20 außer Betrieb gesetzt, während die Alkohol-Einspritzung 40, die stormaufwärts der Drosselklappe 14 Alkohol in das Ansaugrohr 12 einspritzt, durch ein Steuersignal gesteuert wird, dessen Nutzimpulsbreite Ta gleich der Grundimpulsbreite Tt ist. In diesem Fall arbeitet die Brennkraftmaschine ausschließlich mit Alkohol.
Diese Steuerfunktionen werden mit hoher Geschwindigkeit und mit großer Genauigkeit durch die Steuereinheit 60 ausgeführt, die einen Mikrocomputer umfaßt.
Die Druchsatzkapazitäten der Kraftstoffeinspritzungen 20,40 brauchen nicht unbedingt auf die Heizwerte der eingespritzten Kraftstoffe abgestimmt zu sein. In dem Fall, daß der absolute Heizwert der pro Zeiteinheit durch eine der Kraftstoffeinspritzungen eingespritzten ersten Kraftstoffart sich von dem absoluten Heizwert der pro Zeiteinheit von der anderen Kraftstoffeinspritzung eingespritzten zweiten Kraftstoffart unterscheidet, wird die Nutzimpulsbreite Ta des Impulssignals für die Alkohol-Einspritzung nach folgender Gleichung ermittelt:
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-VS-
Ta = Tt X X K
Die Größe K in Gleichung 3 ist ein Korrekturfaktor-der von den Unterschieden der jeweils auf eine Masseneinheit bezogenen Heizwerte der Kraftstoffarten, der Kraftstoffdrücke und der wirksamen Querschnitte der Einspritzungen für Benzin und Alkohol abhängig ist. Wenn beispielsweise die Kraftstoffeinspritzungen für Benzin und Alkohol derart ausgelegt sind, daß bei gleichen Nutzimpulsbreiten der Impulssignale gleiche Kraftstoffdurchsätze vorliegen, ist der Korrekturfaktor K durch das Verhältnis der jeweils auf eine Masseneinheit bezogenen Heizwerte von Benzin und Alkohol gegeben.
Kurz gesagt ermittelt also die Steuereinheit 60 in Abhängigkeit vom Durchsatz der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft einen Grundwert für die Benzinmenge, die dem jeweiligen Heizwertbedarf der Brennkraftmaschine entspricht. Des weiteren ermittelt die Steuereinheit 60 das Verhältnis zwischen den in das Ansaugrohr 12 eingespritzten Benzin- und Alkoholmengen in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine, der durch
den Absolutdruck im Ansaugkanal bestimmt ist. Ferner 20
ermittelt die Steuereinheit 60 anhand verschiedener Parameter, zu denen auch der oben genannte Grundwert und das oben genannte Verhältnis gehören, die jeweiligen Durchsätze der Benzineinspritzung und der Alkohol-Einspritzung. Diese Durchsätze werden dabei derart festgelegt, daß der der Brennkraftmaschine teilweise in Form von Benzin und teilweise in Form von Alkohol insgesamt zugeführte Heizwert dem ermittelten Heizwertbedarf entspricht.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Benzineinspritzung 20 bevorzugt stromabwärts der Drosselklappe 14 in dem Ansaugrohr angebracht. Hierdurch ist es möglich, das Druckgefälle zwischen dem Benzintank 24 und dem Ansaugrohr 12 auszunutzen,um auch bei verhältnismäßig niedrigem Kraftstoffdruck eine ausreichende Benzinzufuhr zu gewährleisten. Andererseits ist es wünschens=·
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wert/ den Alkoholdruck auf einen verhältnismäßig hohen Wert im Bereich zwischen 2 und 4 Kg/cma festzulegen, damit ein vorzeitiges verdampfen des Alkohols und damit eine Unterbrechung der Alkoholzufuhr oder ein Entweichen von Alkohol verhindert wird. Im Vergleich zu Ausführungen, bei denen Benzin und Alkohol mit gleichen Drücken zugeführt werden, kann daher bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine als Benzinpumpe 26 eine preisgünstige Niederdruck-Kraftstoffpumpe verwendet werden.
Da die Brennkraftmaschine unter Vollast vornehmlich mit Alkohol arbeitet und da dabei kein unerwünschtes Klopfen auftritt, ist es vorteilhaft, daß Verdichtungsverhältnis mechanisch oder durch Vergrößerung des Ladedrucks zu erhöhen, wenn sich der Lastzustand der Brennkraftmaschine von geringer Last auf Vollast ändert.
Mit Bezug auf Figuren 5 und 6 soll nunmehr die Steuereinheit 60 genauer beschrieben werden. Wie in Figur 5 gezeigt ist, umfaßt die Steuereinheit 60 einen Mikroprozezor (MPU) 62 eine Speichereinheit 64 mit einem Speicher (RAM) 66 und einem Festwertspeicher (ROM) 68, eine Analog-Eingabeeinheit (AIU) 70, eine Digital-Eingabeeinheit (DIU) 72 und eine Impuls-Ausgabeeinheit (POU) 74. Der Mikroprozezor 62 steht mit den übrigen Teilen der Steuereinheit 60 über einen Datenbus 76 in Verbindung, der eine Datenübertragung in zwei Richtungen ermöglicht. Die Impuls-Ausgabeeinheit 74 übermittelt Befehle an eine erste und an eine zweite Einspritz-Steuereinheit (IDU) 82,84, die anhand dieser Befehle die Benzlneinspritzung 20 und die Alkohol-Einspritzung 40 steuern.
Die Analog-Eingabeeinheit 70 umfaßt einen Analog-Digital-Wandler, dessen Analogeingänge eine Vielzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine beispielsweise den Durchsatz der Ansaugluft, den Ansaug-Unterdruck, die Kühlmittel-
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temperatur oder die Batteriespannung erfassen und der diese Analogsignale in digitale Signale übersetzt. Die Digital-Eingabeeinheit 72 nimmt Digitalsignale von einem Sensor für die Drehzahl der Brennkraftmaschine und von Schaltern auf, deren Stellung entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einstellbar ist. Der Festwertspeicher 68 enthält ein Programm, nach dem der Mikroprozezor 62 die Nutzimpulbreiten der Impulsignale für die Benzineinspritzung 20 und die Alkohol-Einspritzung 40 errechnet. 10
Figur 6 veranschaulicht anhand eines Flußdiagramms den Programmablauf in dem Digitalrechner der Steuereinheit 60. Das Programm beginnt an der Stelle 102. In einem Programmschritt 104 wird durch Division des in Form einer Binärzahl kodierten Ansaugdurchsatzes Q der Brennkraftmaschine durch die ebenfalls durch eine Binärzahl kodierten Maschinendrehzahl N und durch Multiplikation dieses Quotienten mit einer Konstanten K-1 die Grundimpulsbreite Tt errechnet. Anschließend wird der erhaltene Wert für die Grundimpulsbreite Tt entsprechend der Kühlmitteltemperatur und entsprechend der Schenkungen der Batteriespannung korrigiert. Hierzu wird in einem Programmschritt 106 die Grundimpulsbreite Tt mit einer von der Kühlmitteltemperatur abhängigen Konstanten K2 multipliziert und zu dem Produkt ein von Änderungen der Batteriespannung abhängiger Korrekturwert Ts addiert. Der auf diese Weise korrigierte Wert für die Nutzimpulsbreite ist mit Ti bezeichnet.
An der Stelle 108 des Programms wird abgefragt, ob der absolute Ansaugdruck P größer als der vorgegebene Wert Pset ist. Falls dies der Fall ist, fährt das Programm mit einem Programmschritt 110 fort, in dem zunächst ein Wert Tb errechnet wird. Hierzu wird der korrigierte Wert Ti für die Nutzimpulsbreite mit einer Konstanten K3 und mit der Differenz zwischen dem absoluten Ansaugdruck P und dem vor-
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gegebenen Wert Pset desselben multipliziert. Des weiteren werden in dem Programmschritt 110 ein Wert tg, der die Nutzimpulsbreite des Impulssignals für die Benzineinspritzung bestimmt und ein Wert ta errechnet, der die Nutzimpulsbreite des Impulssignals für die Alkohol-Einspritzung bestimmmt. Der Wert Tg ist durch die Differenz der korrigierten Grundimpulsbreite Ti und des errechneten Wertes Tb gegeben. Der Wert ta ist das Produkt aus dem errechneten Wert Ti und einer Konstanten K4.
Falls die Abfrage an der Programmstelle 108 mit nein beantwortete wird, springt das Programm zu einem Schritt 112/ ill tfMft dir WertT%ür die Nutz impulsbreite des fitt^ülisignals für die.Benzineinspritzung gleich dem im ProgTaffiftiachritt errechneten Wert Ti gesetzt wird und in dem der Wert Ta für die Nutzimpulsbreite des Impulssignals für die Alkohol-Einspritzung den Wert 0 erhält.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine durch zwei Kraftstoffarten betreibbare Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei der die Auswahl der Kraftstoffe zu einem hohen Grade von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängig ist. Dadurch wird ein gleichmäßiger Lauf der Brennkraftmaschine erreicht und insbesondere verhindert, daß beim Umschalten von einer Kraftstoffart auf die jeweils andere Änderungen des Ausgangsdrehmoments auftreten. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine wirksame Ausnutzung der Vorteile beider Kraftstoffarten und eine Benzinersparnis, ohne daß hierdurch die Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine beeinträchtigt werden.
Die obige Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht. Vielmehr soll der Schutz sich auch auf Abwandlungen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels und auf andere Aus-
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- 2Ό -
führungen der Erfindung erstrecken, die sich aus den Schutzansprüchen ergibt.
Leerseite

Claims (1)

PATE NTAN WALTE TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER Beim Europllachan Patentamt lugelawene Vertreter Prof, Representative· before the Europein Patent Office - Mendatalret agr*ea pret l'Offlce europeen de· brevet· Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Sffir"" A^U-***-« D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1 WG81032/142(2)/TK 28. Juli 1981 St/Wi/ri NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten PRIORITÄT: 28. Juli 1980, Japan, No. 55-103314 PATENTANSPRÜCHE M/ Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten mit unterschiedlichem spezifischen Heizwert, welche Brennkraftmaschine ein Ansaugrohr mit ersten und zweiten Einspritzeinrichtungen für die KTc|fts,tQffarten auf#e:L§t, g e k e. η Π ? e } c. fi η g % (IhFeh folgende Verfahrensschritte: a. Ermitteln des Heizwertbedarfs der Brennkraftmaschine anhand der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge und Ermitteln einer Grundmenge der ersten Kraftstoffart, deren Heizwert dem Heizwertbedarf der Brennkraftmaschine entspricht, b. Ermitteln des Mengenverhältnisses der einzuspritzenden 7 9 7 ?R TER MEER · MÜLLER - STEINMEISTER ------ - - Mi <==*ν. ■ ^- ^ ' ^- Kraftstoffarten anhand des Lastzustandes der Brennkraftmaschine, c. Errechnen der einzuspritzenden Kraftstoffmengen für die erste und zweite Kraftstoffart, bei denen der Heizwert beider Kraftstoffmengen zusammen dem Heizwert der ermittelten Grundmenge der ersten Kraftstoffart entspricht, anhand der ermittelten Grundmenge und des ermittelten Mengenverhältnisses sowie anhand weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, d. Steuern der Einspritzeinrichtungen (20,40) zur Abgabe der festgelegten Kraftstoffmengen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge k en η zeichnet, daß die Grundmenge der ersten Kraftstoffart und die einzuspritzenden Kraftstoffmengen der beiden Kraftstoffarten durch Grundimpulsbreiten bzw. Nutzimpulsbreiten gepulster Steuersignale dargestellt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man die ermittelte Grundmenge für die erste Kraftstoffart bzw. die Grundimpulsbreite entsprechend der Temperatur der Brennkraftmaschine und entsprechend den Schwankungen der Batteriespannung korrigiert, und daß man der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen den korrigierten Wert für die Grundmenge der ersten Kraftstoffart zugrunde legt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennze ichne t, daß man die einzuspritzende Menge für die erste Kraftstoffart gleich der Grundmenge für die erste Kraftstoffart setzt und die Einspritzung von Kraftstoff der zweiten Art unterbindet, sofern ein für den Lastzustand der Brennkraftmaschine repräsentativer Parameter unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η - TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ----'--' ." .:. Nissan zeichnet, daß für den Fall, daß der für den Lastzustand der Brennkraftmaschine repräsentative Parameter den vorgegebenen Wert überschreitet, die Nutzimpulsbreite Tg des Steuersignals für die erste Einspritzeinrichtung (20) durch folgende Formel gegeben ist: Tg = Ti - Kl χ (P- Pset) χ Ti, wobei mit Ti der korrigierte Wert für die Grundimpulsbreite, mit P der für den Lastzustand der Brennkraftmaschine repräsentative Parameter, mit Pset der vorgegebene Wert des Parameters P und mit Kl eine Konstante bezeichnet ist, und daß in diesem Fall die Nutzimpulsbreite Ta des Steuersignals für die zweite Einspritzeinrichtung (40) durch folgende Formel gegeben ist: Ta = K2 χ Ti, wobei mit K2 eine Konstante bezeichnet ist. 20 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmenge für die erste Kraftstoffart direkt proportional zu der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge und umgekehrt proportional zur Maschinendrehzahl ist. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmenge der ersten Kraftstoffart durch Multiplikation mit einem von der Maschinentemperatur abhängigen Faktor und durch Addition eines von Schwankungen der Batteriespannung abhängigen Wertes zu dem erhaltenen Produkt korrigiert wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine erhöht, wenn der für den TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER .:.. ..- - - - Nissan Lastzustand der Brennkraftmaschine repräsentative Parameter den vorgegebenen Wert überschreitet. 9. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit ersten und zweiten Einspritzeinrichtungen zum Einspritzen von zwei verschiedenen Kraftstoffarten in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine sowie einer Steuerung zur Betätigung der Einspritzeinrichtungen, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Steuereinheit (60) in Abhängigkeit von einer Anzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine die durch die erste und die zweite Einspritzeinrichtung (20,40) einzuspritzenden Kraftstoffmengen steuert, daß die Steuereinheit (60) anhand der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge eine Grundmenge der ersten Kraftstoffart ermittelt, deren Heizwert dem jeweiligen Heizwertbedarf der Brennkraftmaschine entspricht, daß die Steuereinheit (60) ferner anhand des Lastzustands der Brennkraftmaschine ein Mengenverhältnis der einzuspritzenden Kraftstoffarten ermittelt und daß die Steuereinheit (60) anhand der ermittelten Grundmenge und des ermittelten Mengenverhältnisses sowie anhand weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die einzuspritzenden Kraftstoffmengen für die erste und zweite Kraftstoffart errechnet, bei denen der Heizwert beider Kraftstoffmengen zusammen dem Heizwert der ermittelten Grundmenge der ersten Kraftstoffmenge entspricht, die für den Heizwertbedarf der Brennkraftmaschine repräsentativ ist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtungen (20,40) elektromagnetisch gesteuert sind und jeweils für Zeitintervalle öffnen, deren Länge den jeweiligen Nutzimpulsbreiten der Steuersignale entspricht. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER --"-- " Nissan
1.1. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem Signal der Steuereinheit (60). 5
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn ze lehnet, daß die erste Einspritzeinrichtung (20) für die Einspritzung von Benzin ausgelegt ist und stromabwärts der Drosselklappe (14) in dem Ansaugrohr (12) angebracht ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge kenn ze ichnet, daß die zweite Einspritzeinrichtung (40) für die Einspritzung von Alkohol ausgelegt ist und stromaufwärts der Drosselklappe in dem Ansaugrohr (12) angebracht ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzeinrichtung (40) für die Einspritzung von Gasölkraftstoff ausgelegt ist und stromaufwärts der Drosselklappe (14) in dem Ansaugrohr (12) angebracht ist.
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