DE4008372A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit brennstoffen unterschiedlicher zusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennkraftmaschinen-Betriebs­ verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ins­ besondere - jedoch nicht ausschließlich - betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, die mit Otto-Kraftstoffen betrieben wird, denen Methanol in unterschiedlichen Konzentra­ tionen beigefügt ist. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Fälle übertragbar, in denen Brennkraftmaschinen mit Brennstoffen verschiedenartiger Zusammensetzung betrieben werden sollen.

Es ist bekannt, daß fremdgezündete Brennkraftmaschinen sowohl mit üblichen Otto-Kraftstoffen, als auch mit Otto-Kraftstoffen mit bis zu 90%igem Methanolanteil betrieben werden können. Allerdings ist es hierzu erforderlich, das Gemischbildungssystem der Brennkraft­ maschine, das die Dosierung der im jeweiligen Betriebs­ punkt erforderlichen Brennstoffmenge vornimmt, der jeweiligen aktuellen Brennstoff-Zusammensetzung ent­ sprechend anzusteuern. Wird beispielsweise die Brenn­ kraftmaschine mit einem Kraftstoff mit 90% Methanol­ anteil betrieben, so ist bei gleichem Betriebspunkt eine deutlich höhere Brennstoffmenge erforderlich als bei einem Betrieb mit einem Brennstoff mit 10%igem Metha­ nolanteil.

Soll nun beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit Brennstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung betrieben werden, so ist es bekannt, das Kraftfahrzeug mit zwei verschiedenen Brennstoff-Vor­ ratsbehältern auszustatten, die jeweils Brennstoffe verschiedener, definierter Zusammensetzung enthalten. Eine elektronische Steuereinheit zur Ansteuerung des Gemischbildungssystemes bzw. der Brennstoff-Dosiervor­ richtung enthält in gleicher Weise zwei den beiden Brennstoff-Zusammensetzungen angepaßte Steueralgo­ rithmen. In Abhängigkeit von der jeweils relevanten, durch den aktuell zugeschalteten Vorratsbehälter be­ stimmten Brennstoff-Zusammensetzung wird die Dosier­ vorrichtung mit dem jeweils zugehörigen Algorithmus angesteuert. Mit dieser Lösung ist unter vertretbarem Aufwand jedoch allenfalls ein Betrieb mit zwei unter­ schiedlichen Brennstoff-Zusammensetzungen möglich.

Es ist weiterhin bekannt, die aktuelle Brennstoff- Zusammensetzung durch Analyse der Abgase der Brenn­ kraftmaschine zu bestimmen. Dieses Verfahren findet bevorzugt dann Anwendung, wenn in der Abgasanlage ein Sauerstoffsensor (Lambdasondel) vorgesehen ist, der durch Rückkopplung mit der Brennstoff-Dosiervorrichtung an einer fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraft­ maschine bespielsweise stöchiometrisches Gemisch ein­ stellt, um eine optimale Schadstoffkonvertierung an einem in der Abgasanlage vorgesehenen Abgaskatalysator zu gewährleisten. Unabhängig vom jeweils aktuellen Methanolanteil im Otto-Kraftstoff wird somit die Brenn­ kraftmaschine stets mit stöchiometrischem Gemisch und somit im gewünschten Betriebspunkt betrieben. Werden dabei die sog. Dosierkennwerte, beispielsweise in Form von Korrekturfaktoren, in einer dem Gemischbildungs­ system bzw. der Brennstoff-Dosiervorrichtung zugeord­ neten elektronischen Steuereinheit kontinuierlich abgespeichert, so kann in der Regel die Brennkraft­ maschine nach einem Stillstand wieder erfolgreich gestartet werden, auch wenn - wie bekannt - eine Lambda­ sonde bei kalter Brennkraftmaschine noch nicht betriebs­ bereit ist. In der sog. "Motronic" der Fa. Bosch ist dieses System unter der Bezeichnung "Adaptive Lambda- Regelung" bekannt.

Im Zusammenhang mit dem zuletzt geschilderten System kann es sich ergeben, daß ein Kraftfahrzeug mit nahezu entleertem Vorratsbehälter betankt und anschließend daran abgestellt wird. Wurde beispielsweise die Brenn­ kraftmaschine vor der Betankung mit einem Otto-Kraft­ stoff mit relativ niedrigem Methanolanteil betrieben und wird nunmehr der Vorratsbehälter mit einem Otto-Kraft­ stoff mit hohem Methanolanteil befüllt, so könnten sich bei einer Wiederinbetriebnahme der nach der Betankung abgekühlten Brennkraftmaschine Startschwierigkeiten ergeben. Hier Abhilfe zu schaffen, hat sich die Erfin­ dung zur Aufgabe gestellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruch angegebenen Merkmale vorge­ sehen.

Demnach wird die Brennstoff-Dosiervorrichtung bei einem sich an einen Stillstand anschließenden Start der Brennkraftmaschine aus einem Brennstoff-Puffervolumen versorgt. Dieses Puffervolumen enthält Brennstoff derjenigen Zusammensetzung, die dem vor dem Stillstand abgespeicherten Dosierkennwerten entspricht. Da gleich­ zeitig die Dosiervorrichtung vom Brennstoff "neuer Zusammensetzung" getrennt ist, ist ein sicherer Start der Brennkraftmaschine gewährleistet. Darüber hinaus schlägt Anspruch 2 vor, die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart solange mit Brennstoff aus dem Puffer­ volumen zu versorgen, als die beispielsweise als Lambda­ sonde ausgebildete Abgas-Analysevorrichtung noch nicht betriebsbereit ist. Erst mit Betriebsbereitschaft der Lambdasonde wird die Verbindung zwischen der Dosier­ vorrichtung (dem Gemischbildungssystem) sowie dem regulären Brennstoff-Vorratsbehälter hergestellt.

Lösungen der weiteren Aufgabe, eine vorteilhafte Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2 aufzuzeigen, sind in den Patent­ ansprüchen 3 bis 5 angegeben.

So wird der Aufwand minimal gehalten, wenn das Brenn­ stoff-Puffervolumen zwischen dem Gemischbildungssystem sowie dem Vorratsbehälter in Reihe geschaltet ist. In diesem Falle ist lediglich eine einzige Absperrvorrich­ tung zwischen dem Puffervolumen sowie dem Vorratsbe­ hälter erforderlich.

Zur Steigerung der Funktionalität bzw. zur Verringerung des erforderlichen Aufwandes sind die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 vorgesehen.

Anhand der beigefügten Prinzipskizze wird die Erfindung im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Gezeigt ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Ansaug­ trakt 2 sowie einer Abgasanlage 3. Im Ansaugtrakt 2 befindet sich ein Luftmassenmesser 4 sowie zumindest ein Brennstoff-Einspritzventil 5. In der Abgasanlage 3 ist eine Abgas-Analysevorrichtung in Form einer Lambda­ sonde 6 sowie u. a. eine Abgas-Reinigungsvorrichtung in Form eines Katalysators 7 vorgesehen. Es handelt sich bei der Brennkraftmaschine beispielsweise um eine fremdgezündete, gemischverdichtende Brennkraftmaschine, die für eine erfolgreiche Schadstoffkonvertierung im Katalysator mit stöchiometrischem Gemisch betrieben wird. Zur Einstellung des Gemisches wird das Einspritz­ ventil 5 (auch Brennstoff-Dosiervorrichtung genannt) von einer elektronischen Steuereinheit 8 angesteuert. Diese elektronische Steuereinheit 8 erhält u. a. Signale vom Luftmassenmesser 4 sowie der Lambdasonde 6. Als weitere Signale - diese sind durchweg in strich-punktierten Linien dargestellt - verarbeitet die elektronische Steuereinheit 8 u. a. Signale eines Brennkraftmaschinen- Drehzahlsensors sowie mehrerer Temperatursensoren (nicht gezeigt).

Mit Brennstoff versorgt wird das Einspritzventil 5 über eine Brennstoffleitung 9. Diese Brennstoffleitung 9 führt zunächst zu einem Brennstoff-Puffervolumen 10 und von hier aus über ein Sperrventil 11 zu einem Brenn­ stoff-Vorratsbehälter 12. Lediglich schematisch darge­ stellt ist desweiteren eine Koppelleitung 13, die ein Tankentlüftungssystem des Puffervolumens 10 mit einem Tankentlüftungssystem des Vorratsbehälters 12 verbindet. Selbstverständlich sind für den Betrieb der Brennkraft­ maschine weitere Elemente (so beispielsweise eine Brennstoff-Förderpumpe oder eine Zündvorrichtung) erforderlich, die für die folgende Erläuterung jedoch unwesentlich sind.

Zunächst befinde sich im Brennstoff-Vorratsbehälter Otto-Kraftstoff mit 90% Methanolanteil. U. a. durch Auswertung der Signale der Lambdasonde 6 wird das Einspritzventil 5 so angesteuert, daß die Brennkraft­ maschine 1 mit stöchiometrischem Gemisch betrieben wird. Die hierzu erforderlichen multiplikativen Korrekturwerte zu einem in der elektronischen Steuereinheit 8 abge­ legten Grundkennfeld für die Ansteuerung des Einspritz­ ventiles werden dabei kontinuierlich in der elektroni­ schen Steuereinheit 8 abgespeichert. Nunmehr gehe der Brennstoffvorrat zur Neige, so daß ein Kraftfahrzeug mit der gezeigten Anlage eine Tankstelle anfährt. Hier wird die Brennkraftmaschine abgestellt, wobei erfindungsgemäß das Sperrventil 11 geschlossen wird. Hierzu wird das Sperrventil 11 von der elektronischen Steuereinheit 8 angesteuert.

An der Tankstelle werde Otto-Kraftstoff mit 10% Metha­ nolanteil in den Vorratsbehälter 12 eingefüllt. Wäre in diesem Falle die Verbindung zwischen dem Vorratsbehäl­ ter 12 sowie dem Einspritzventil 5 nicht unterbrochen, so könnten sich erhebliche Startschwierigkeiten der Brennkraftmaschine einstellen, da aufgrund des deutlich niedrigeren Methanolanteiles für einen erfolgreichen Start gegenüber den in der elektronischen Steuerein­ heit 8 abgelegten Dosierkennwerten nunmehr wesentlich geringere Brennstoffmengen erforderlich sind. Zur Vermeidung dieser Problematik ist das Puffervolumen 10 vorgesehen, das noch Brennstoff "alter Zusammensetzung" enthält. Für den Start bzw. für eine sich an den Start­ fall anschließende Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, während derer die Lambdasonde 6 möglicherweise noch außer Betrieb ist, wird erfindungsgemäß das Einspritz­ ventil 5 aus dem Puffervolumen 10 versorgt. Die in der elektronischen Steuereinheit 8 gespeicherten Dosier­ kennwerte entsprechen exakt dem im Puffervolumen be­ findlichen Brennstoff.

Spätestens mit Inbetriebnahme der Lambdasonde 6 wird das Sperrventil 11 durch Ansteuerung durch die Steuereinheit 8 wieder geöffnet, wodurch das Puffervolumen 10 wieder befüllt und das Einspritzventil 5 über einen langen Zeitraum mit Brennstoff versorgt werden kann.

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine werden die in Mehrzahl vorhandenen Einspritzventile 5 bevorzugt durch ein einziges Puffervolumen versorgt. Für eine übliche Brennkraftmaschine eines Pkw hat sich dabei ein Puffervolumen mit einem Rauminhalt von ca. 1,5 Litern als ausreichend erwiesen. Um dabei den Montageaufwand geringzuhalten, empfiehlt es sich, das Puffervolumen im bzw. am Vorratsbehälter 12 zu integrieren. Vorteil­ hafterweise ist ebenso das an sich bekannte Tankent­ lüftungssystem zusammengefaßt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Brennstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung, insbesondere zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (1) mit Otto-Kraftstoffen mit unterschiedlichen Methanolanteilen, wobei die für eine erfolgreiche Verbrennung und/oder erfolgreiche Abgasnachbehandlung erforderliche Dosierung des aus einem Vorratsbehälter (12) entnommenen Brennstoffs durch Analyse der Abgase und insbesondere anhand des Sauerstoffanteils im Abgas mit Hilfe einer Lambdasonde (6) bestimmt wird, und wobei nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine auf die vor dem Stillstand relevanten Dosierkennwerte zurückge­ griffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stillstand der Brennkraftmaschine (1) die Verbindung zwischen dem Brennstoff-Vorratsbehälter (12) und einer Brenn­ stoff-Dosiervorrichtung (Einspritzventil 5) unter­ brochen wird, während für die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine die Brennstoff-Dosiervorrichtung (Einspritzventil 5) mit einem Brennstoff-Puffer­ volumen (10) verbunden ist, das Brennstoff der der Dosiervorrichtung vor dem Stillstand zugeführten Zusammensetzung enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Dosier­ vorrichtung (Einspritzventil 5) aus dem Brennstoff- Puffervolumen (10) versorgt wird, wenn eine Abgas- Analysevorrichtung (Lambdasonde 6) außer Betrieb ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Puffer­ volumen (10) zwischen der Dosiervorrichtung (Ein­ spritzventil 5) sowie dem Vorratsbehälter (12) in Reihe geschaltet ist, wobei zwischen dem Puffer­ volumen (10) sowie dem Vorratsbehälter (12) ein Sperrventil (11) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tankentlüftungs­ system des Brennstoff-Puffervolumens an ein Tank­ entlüftungssystem des Vorratsbehälters gekoppelt ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Puffervolumen baulich im/am Vorratsbehälter integriert ist.