DE4031008C1 - Utilising alcohol-contg. fuel in I.C. engine - with fuel mix compsn. correction using fuel sensor signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrich­ tung zur Nutzung von Brennstoffen mit Alkoholzu­ sätzen für eine Brennkraftmaschine.

Neben Superbenzin, Normalbenzin und Dieselkraft­ stoff sind auch Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isobutanol u. a. als Brennstoffe für Ver­ brennungsmaschinen geeignet.

Für die Leistung des Motors ist der Heizwert des brennfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches maßgebend. Bei stöchiometrischem Mischungsverhältnis liegt der Gemischheizwert für alle praktisch verwendbaren flüssigen Brennstoffe und Flüssiggase zwischen 700 und 735 kcal/kg; sie sind also fast gleich und Lei­ stungseinbußen des Motors durch Zumischen von Me­ thanol u. a., sind nicht zu befürchten. Auch die meisten sonstigen Eigenschaften der Alkohole sind so, daß sie sich ohne weiteres mit üblichen Flüs­ sigbrennstoffen mischen lassen bzw. keine Störungen beim praktischen Motorbetrieb hervorrufen.

Wünschenswert ist eine Alkoholzusammensetzung vor allem aus folgenden Gründen: Alkohole eignen sich als Veredelungsbrennstoff für minderwertige Ben­ zine. Durch Zugabe von z. B. Methanol zu Normalben­ zin kann die Klopffestigkeit wesentlich erhöht wer­ den, so daß mit diesem Gemisch auch höher verdich­ tete Verbrennungsmotoren gefahren werden können. Es werden umweltschädliche Antiklopfmittel entbehr­ lich.

Hinzu kommt, daß Alkohole zunehmend in den USA aus Umweltschutzgründen an Bedeutung gewinnen, insbe­ sondere durch verschärfte Vorschriften in Kalifor­ nien.

Im übrigen lassen sich Alkohole, insbesondere Me­ thanol, auf relativ billige Weise aus Kohle her­ stellen und sie stehen daher auch in ferner Zukunft in großen Mengen zur Verfügung. Besonders Ethanol ist umweltfreundlich, wenn es aus pflanzlichen Pro­ dukten gewonnen wird (biologischer Kreislauf). Alkohole sind daher ein geeignetes Streckmittel für die nur noch begrenzt verfügbaren Erdölbrennstoffe.

Nachteilig ist jedoch, daß der spezifische Mindest­ luftbedarf für eine vollständige Verbrennung bei Alkoholen geringer ist als bei herkömmlichen Brenn­ stoffen. Bei derselben angesaugten Luftmenge muß dem Motor bei Alkohol- oder Benzin/Alkohol-Mischbe­ trieb also eine entsprechend höhere Brennstoffmenge zugeführt werden, um ein stöchiometrisches Luft- Brennstoff-Verhältnis zu erreichen. Dies macht eine entsprechende Justierung der Gemischaufbereitungs­ einrichtung des Verbrennungsmotors erforderlich. Da jedoch gegebenenfalls Alkohole in schwankenden An­ teilen zugemischt werden oder zumindest sich beim Nachtanken unterschiedlicher Brennstoffsorten im Kraftfahrzeugtank ergeben, muß entsprechend dem Alkoholanteil im Brennstofftank das erforderliche Luft-Brennstoff-Verhältnis für stöchiometrisches Gemisch im elektronischen Steuergerät für den Ge­ mischbildner neu bestimmt werden.

In der DE-OS 40 19 188 ist eine Mehrstoffmaschinen­ steuerung mit einem Kraftstoffsensor zur Erfassung des Mischungsanteils von Methanol eines Brennstoff- Methanolgemisches offenbart, dessen Ausgangssignal zum Nachstellen eines gespeicherten Maschinentreib­ stoff-Steuerungsparameters benutzt wird. Ein bevor­ zugter Kraftstoffsensor ist ein kapazitiver dielek­ trischer Sensor, der zwei im Abstand voneinander angeordnete Elektrodenplatten enthält, die in den Brennstoff eingetaucht sind. Die Dielektrizitäts­ konstante des Brennstoffes wird durch Messung der Kapazität zwischen den beiden Elektrodenplatten er­ faßt, und zwar der zugemischte Anteil an Methanol wird aus der Dielektrizitätskonstanten abgeleitet. Dieses Meßprinzip zeigt jedoch eine starke Anfäl­ ligkeit bei Dampfblasenbildung. Desweiteren ist dieser Kraftstoffsensor nur in der Lage, den Zu­ mischanteil eines vorher bekannten Alkohols (z. B. Methanol) zu erfassen.

Aus der DE-OS 22 59 323 ist eine Vorrichtung zur automatischen Anpassung einer Brennkraftmaschine an die Anforderungen der wahlweisen Verwendung ver­ schiedenartiger flüssiger Brennstoffe bekannt, die einen brennstoffdurchflossenen, bis auf die Zu- und Ablauföffnungen für den Kraftstoff geschlossenen Meßbehälter aufweist, in dem eine Teilmenge des Brennstoffes unter dem Einfluß zugeführter Wärme verdampft wird, wobei die relative Größe des dampf­ gefüllten Raumes im Inneren des Meßbehälters als Maß zur Anpassung an die verschiedenen Brennstoff­ arten dient.

Nachteilig hierbei ist, daß nur festgestellt werden kann, ob ein bestimmter Anteil über- oder unter­ schritten wird, wobei auch hier dieser Anteil vor­ her bekannt sein muß, um den Meßfühler dieser Vor­ richtung in einer bestimmten Höhe in dem Meßbehäl­ ter anzuordnen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Nutzung von Brennstoffen mit Alkoholzusätzen für eine Brennkraftmaschine eingangs genannter Art der­ art zu gestalten, daß o. g. Nachteile vermieden wer­ den.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 8 hinsichtlich des Verfahrens gelöst.

Die Ansprüche 9 bis 23 beziehen sich auf eine Ein­ richtung, die nach den Verfahren betrieben wird und vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß sich die Mischungen von handelsüblichen Brennstof­ fen (Benzin, Diesel) mit Alkohol (Methanol, Ethanol u.s.w.) beim Beheizen einer Probe mit definierter Leistung im Bereich der Siedepunkte von Methanol bzw. Ethanol auf Grund der Verdampfungswärme der beigemischten Alkoholsorten und -mengen eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Verzögerung im Temperaturanstieg zeigt. Dabei ist das Ausmaß der Verzögerung des Temperaturanstieges abhängig von der prozentualen Beimengung des Alkohols und die Lage des Temperaturbereichs, in dem sich die Verzö­ gerung des Temperaturanstieges vollzieht, abhängig von der Art der Alkoholbeimengung.

Um diese erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wird eine erfindungsgemäße Einrichtung vorgeschla­ gen, die den Temperaturbereich erfaßt, in dem sich die Temperaturanstiegsverzögerung vollzieht, wo­ durch die Alkoholsorte definiert ist, und die das Ausmaß der Verzögerung des Temperaturanstieges er­ faßt, wodurch die prozentuale Beimengung dieses Alkohols definiert ist. Die während der Verdampfung gewonnenen Meßwerte (Temperaturlage und/oder Zeit) und/oder ein in einem Steuergerät aufbereitetes Korrektursignal bewirken eine Änderung der Brenn­ stoffzufuhr bzw. der Luftzufuhr der Brennkraftma­ schine.

Mit dieser Erfindung wird es möglich, verschiedene Alkohole und deren prozentuale Anteile im Brenn­ stoff zu unterscheiden, in dem z. B. nach jedem Mo­ torstart eine Messung durchgeführt wird, nach deren Ergebnis eine Beeinflussung der Brennkraftmaschine differenziert nach den beigemischten Alkoholsorten erfolgen kann.

Vorteilhafterweise bietet der lineare Zusammenhang der Verzögerungszeiten in Relation zum Alkoholge­ halt und die weitgehende Unabhängigkeit vom Siede­ verlauf des Ottobrennstoffes durch die Nutzung der Verdampfungswärme der Alkohole eine gute Voraus­ setzung für eine hohe Meßgenauigkeit.

Eventuell im Brennstoff vorhandene Wasseranteile sind auf Grund deren geringen spezifischen Wärme im Vergleich zur Verdampfungswärme der Alkohole von vernachlässigbar geringem Einfluß.

Ein weiterer Vorteil ist die Dampfblasenunempfind­ lichkeit.

An Hand der Fig. 1 bis 7 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Verdampfungsein­ richtung,

Fig. 2 den zeitlichen Temperaturverlauf eines Brennstoff-Methanol-Gemisches,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein PTC-Heizelement,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungs­ form eines PTC-Heizelementes,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Aus­ führungsform eines PTC-Heizelementes,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine andere Ausführungs­ form einer Verdampfungseinrichtung,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform einer Verdampfungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Verdampfung einer Brennstoffprobenmenge bestehend aus einem Gehäuse 1 mit einer Verdampfungskammer 2, die einen Zulauf- und Ablaufkanal 3, 4 aufweist, wobei der Zulaufka­ nal 3 und ein Rücklaufkanal 5 von einer Ventilein­ heit 6 geöffnet bzw. geschlossen wird, deren gegen die Kraft einer Feder 7 wirkender Schließkörper 8 von einer Magnetspule 9 betätigt wird. Die Magnet­ spule 9 und ein in der Verdampfungskammer 2 ange­ ordnetes, hier als PTC ausgeführtes Heizelement 10, das bei dieser Ausführungsform auch als Temperatur­ meßstelle und Probennahme dient, werden über Steuerleitungen 11, 12 von einem nicht dargestell­ ten Steuergerät angesteuert.

Funktionsweise unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1

Befindet sich die Einrichtung zur Verdampfung einer Brennstoffprobenmenge in Ruhestellung, verschließt der Schließkörper 8 durch die Kraft der Feder 7 den Rücklaufkanal 5 und Brennstoff gelangt kontinuier­ lich über den geöffneten Zulaufkanal 3 in den Ver­ dampfungsraum 2, benetzt das Heizelement 10 und strömt über den Ablaufkanal 4 zurück in den Brenn­ stofftank.

Bei Beginn eines Meßzyklus verschließt der Schließ­ körper 8 mit Hilfe der über Steuerleitungen 11 von dem Steuergerät angesteuerten Magnetspule 9 den Zu­ laufkanal 3 und öffnet den Rücklaufkanal 5, so daß kein weiterer Brennstoff in die Verdampfungskammer 2 gelangt, die sich über den Ablaufkanal 4 so weit entleert, bis nur noch das Heizelement 10 benetzt ist.

Nach Verfahrensschritt eins wird durch Anlegen einer Spannung am Heizelement 10 die Brennstoffpro­ benmenge aufgeheizt, was zum Abdampfen des Alkohol­ anteils im Brennstoff führt.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Tempera­ turverlauf (T = f (t)) eines Brennstoff-Methanol-Gemi­ sches, wobei die Kurve A einem 0%-Anteil Methanol (normaler Brennstoff) und die Kurven B-D einen 50-100%-Anteil Methanol entsprechen. Es ist deut­ lich eine Verzögerung des Temperaturanstieges zu erkennen, die in etwa auf dem Temperaturniveau der Siedetemperatur von Methanol liegt (ca. 65°C).

Nach Verfahrensschritt zwei wird fortlaufend die Brennstoffprobentemperatur gemessen - in diesem An­ wendungsfall indirekt über den PTC 10 durch Messung der Stromstärke, da sich mit dessen Erwärmung der Widerstand verändert, wodurch sich bei konstanter Spannung der Stromfluß reziprok verändert - und der Temperaturgradient der Brennstoffprobenmenge (Dif­ ferentialquotient der Aufheizkurve T = f (t)) ermittelt.

In dem dritten Verfahrensschritt wird bei einer festgelegten Abweichung, d. h. einer bestimmten prozentualen Abweichung des ermittelten Temperatur­ gradienten von einem vorgegebenen Temperaturgra­ dienten eines üblichen Brennstoffes die Brennstoff­ probentemperatur gemessen und eine Verdampfungs­ zeitmessung gestartet, wobei die Heizleistung ab diesem Verdampfungszeitmessungsstart konstant ge­ halten wird. Bis zum Start der Verdampfungszeit­ messung kann die Brennstoffprobenmenge mit va­ riabler oder konstanter Spannung aufgeheizt werden.

In dem vierten Verfahrensschritt wird bei Feststel­ lung eines mit dem Ausgangstemperaturgradienten des üblichen Brennstoffs vergleichbaren Temperaturgra­ dienten die Probentemperatur gemessen, die Ver­ dampfungszeitmessung gestoppt und die gesamte Ver­ dampfungszeit festgestellt.

Verfahrensschritt drei und vier werden an Hand der Fig. 2 nochmals erläutert. Liegt z. B. eine 50%ige Alkoholbeimischung vor (Kurve B), dann wird die Zeitmessung gestartet, wenn die Kurve B aus ihrem ersten steilen Anstieg in einen flacheren Verlauf übergeht (Detektion der Alkoholsorte durch das Tem­ peraturniveau) und wenn nach einer bestimmten Ver­ dampfungszeit die Kurve B wieder in einen steilen Verlauf übergeht, wird die Zeitmessung gestoppt, wobei die Gesamtzeit zwischen Start und Ende der Zeitmessung eine Ausssage über den prozentualen An­ teil der Alkoholsorte ermöglicht.

In dem fünften Verfahrensschritt wird aus den er­ mittelten Temperatur- und Verdampfungszeitwerten durch einen Vergleich mit in einem Kennfeldspeicher des Steuergerätes abgespeicherten Vergleichswerten oder alkoholsortenspezifischen Kennfeldern ein Kor­ rektursignal gebildet, das in dem sechsten Ver­ fahrensschritt, falls erforderlich, zur Änderung von Motorsteuerungsgrößen z. B. der Brennstoff- bzw. Luftzuführung und so weiter verwendet werden kann.

Das gebildete Korrektursignal wird in einem siebten Verfahrensschritt gespeichert, bis es bei erneuter Brennstoffprobenmessung bestätigt bzw. aktualisiert wird.

Nach dem fünften Verfahrensschritt ist der Meßzy­ klus der Verdampfungseinrichtung beendet, die Stromversorgung zur Magnetspule 9 und zum Heizele­ ment 10 wird unterbrochen, der Schließkörper 8 wird durch die Federkraft der Feder 7 in seine Ruhestel­ lung gebracht, wobei der Rücklaufkanal 5 gesperrt und der Zulaufkanal 3 geöffnet ist und die Ver­ dampfungskammer von frischem Brennstoff durch­ strömt, gespült und gekühlt wird.

Das Verfahren nach Anspruch 2 läuft nach dem ersten Verfahrensschritt gegenüber dem des Anspruchs 1 in einer abgeänderten Form ab, wobei im zweiten Ver­ fahrensschritt der Temperaturanstieg der Brennstoff­ probenmenge überwacht wird, bis eine erste Tempera­ turschwelle unterhalb des Siedebereiches eines Alkohols erreicht, im dritten Verfahrensschritt bei Überschreiten der ersten Temperaturschwelle die Verdampfungszeitmes­ sung gestartet wird, wobei von einem reproduzierbaren Heizleistungsverlauf ausgegangen wird, und im vierten Verfahrensschritt der Temperaturanstieg überwacht wird bis eine zweite Temperaturschwelle oberhalb des Siedebereiches eines Alkohols erreicht wird, und dann die Verdampfungszeitmessung gestoppt wird und die gesamte Verdampfungszeit festgestellt wird. Der fünfte, sechste und siebte Verfahrens­ schritt läuft dann wie bereits oben beschrieben ab.

Es ist auch denkbar, zusätzlich eine weitere Tempe­ raturschwelle vorzusehen, wobei dann z. B. eine erste Temperaturschwelle unterhalb des Siedeberei­ ches von Methanol, eine zweite Temperaturschwelle zwischen den Siedebereichen von Methanol und Etha­ nol und eine dritte Temperaturschwelle oberhalb des Siedebereiches von Ethanol liegt.

Bei Überschreitung der ersten Temperaturschwelle wird eine erste Verdampfungszeitmessung gestartet, die bei Überschreiten der zweiten Temperatur­ schwelle gestoppt wird (dann Detektion Methanol durch das Temperaturniveau und Feststellung des prozentualen Anteils von Methanol auf Grund der Länge der Verdampfungszeit möglich), oder die nach Überschreitung der zweiten Temperaturschwelle nach einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer erneut ge­ startet wird und bei Überschreitung der dritten Temperaturschwelle gestoppt wird (dann Detektion Ethanol durch das höhere Temperaturniveau und Fest­ stellung des prozentualen Anteils von Ethanol auf Grund der Länge der Verdampfungszeit möglich) oder die nach Überschreitung der dritten Temperatur­ schwelle gestoppt wird (Detektion normaler Brennstoff auf Grund des Temperaturniveaus).

Bei der nach Fig. 1 beschriebenen Einrichtung kann die Temperaturmessung auch von einem separaten Tem­ peratursensor durchgeführt werden, der dann mög­ lichst nahe am Heizelement angeordnet ist bzw. mit diesem in Körperkontakt steht, so daß ein guter Wärmefluß vorhanden ist. Außerdem kann die Ventil­ einheit so angeordnet und ausgeführt sein, daß z. B. nur der Zulaufkanal zur Verdampfungskammer je nach Bedarf geöffnet bzw. geschlossen wird.

Die sich immer weiter verschärfenden Abgasvor­ schriften machen es erforderlich, daß auch kleine und geringste Arbeitszeiträume einer Brennkraftma­ schine (z. B. Kaltstart, Warmlaufphase, Heißstart und so weiter) immer mehr einer Optimierung der Ab­ gasemissionen unterzogen werden müssen. Aus diesem Grund wird das bisher beschriebene Verfahren wie folgt weiter verbessert.

Bei einem Start (Kalt-Heißstart) der Brennkraftma­ schine wird sofort ein Meßzyklus zur Korrektur­ signalbildung ausgelöst, ein neues Korrektursignal steht jedoch erst nach einer gewissen Zeit zur Ver­ fügung, die benötigt wird, um die Verfahrens­ schritte eins bis sieben zu durchlaufen.

Für den Start und bis zur Vorlage eines aktuellen Korrektursignals wird das letzte gespeicherte Kor­ rektursignal verwendet.

Nach dem Start werden generell mehrere Messungen in Folge durchgeführt, bis sich der Meßwert stabili­ siert hat.

Damit wird erreicht, daß nach einem Tankstop die momentan den Einspritzventilen zugeführte Brenn­ stoffmischung erfaßt wird, wenn die Meßeinrichtung vorzugsweise in der Rücklaufleitung zum Tank ange­ ordnet wird.

Es ist jedoch auch denkbar, das letzte gespeicherte Korrektursignal in Abhängigkeit des Füllstandes des Brennstofftanks zu korrigieren bzw. solange zu übersteuern, bis ein neues Korrektursignal der Ver­ dampfungseinrichtung vorliegt.

Hierbei wird dann zusätzlich zum gespeicherten Kor­ rektursignal beim Abstellen der Brennkraftmaschine der Füllstand des Brennstofftanks erfaßt und ge­ speichert und beim Start mit dem Istbefüllungszu­ stand verglichen, wobei noch unterschieden werden kann, wie schnell der Istbefüllungszustand erfaßt wird. Liegt ein Istbefüllungszustand erst nach dem Vorliegen des aktuellen Korrektursignals vor (lang­ same Tankanzeige), wird folgender Verfahrensablauf A vorgeschlagen, bei einer schnellen Tankanzeige, also bei Vorliegen des Istbefüllungszustandes vor Vorlage des aktuellen Korrektursignals wird ein Verfahrensablauf B vorgegeben.

Verfahrensablauf A (langsame Tankanzeige)

Der Start erfolgt mit Verwendung des letzten ge­ speicherten Korrektursignals, gleichzeitig wird der beim Abstellen der Brennkraftmaschine gespeicherte Tankbefüllungszustand bewertet, d. h., es wird fest­ gestellt, ob der Brennstofftank, z. B. halb voll oder halb voll war.

Bei Feststellung halb voll wird bis zur Vorlage des aktuellen Korrektursignals das gespeicherte Korrektursignal verwendet, da angenommen wird, daß keine Betankung nach dem Abstellen der Brennkraft­ maschine erfolgte bzw. falls eine Betankung doch erfolgt war, eine Verfälschung durch die zugetankte Menge nicht gravierend erscheint.

Bei Feststellung halb voll wird angenommen, daß eine Betankung erfolgt war und das letzte gespei­ cherte Korrektursignal wird auf ein mittleres Kor­ rektursignal (z. B. das eines normalen Brenn­ stoffes) nach einer Vorgabefunktion (linear, e-Funktion, treppenförmig u.s.w.) korrigiert. Nach Vorlage eines aktuellen Korrektursignals der Verdampfungseinrichtung wird sofort mit diesem wei­ tergefahren.

Verfahrensablauf B (schnelle Tankanzeige)

Bei Feststellung der Nichtänderung des Tankbefül­ lungszustandes wird bis zur Vorlage des aktuellen Korrektursignals das gespeicherte Korrektursignal verwendet.

Bei Feststellung der Änderung des Tankbefüllungszu­ standes läuft das Verfahren B so weiter wie das Verfahren A im Zustand der Feststellung halb voll.

Im Betriebsfall einer λ = 1-Regelung wird mit stö­ chiometrischem Gemisch gefahren. In dieser Be­ triebsphase ist es möglich, das Korrektursignal quantitativ zu überprüfen und im Falle einer Abwei­ chung adaptiv anzugleichen.

Um die am Heizelement 10 haftende Brennstoffmenge den Erfordernissen bezüglich der Meßzeit und/oder der Reproduzierbarkeit der Probenmenge anzupassen, können eine Reihe von Modifikationen der Oberflä­ chenbeschaffenheit und der Kontur des Heizelementes 10 von Vorteil sein.

Fig. 3 zeigt ein als PTC-Element ausgebildetes Heizelement 10, das an seinem Umfang mit einem Man­ tel 13, vorzugsweise aus Material mit geringer Wärme­ kapazität und -leitung, umgeben ist, der die Oberseite des PTC-Elementes 10 um eine die Brenn­ stoffprobenmenge definierende Kragenhöhe 14 über­ ragt.

In einer weiteren Ausgestaltung des PTC-Elementes nach Fig. 4 ist der von der Kragenhöhe 14 gebildete Raum bündig mit einem Körper 15, vorzugsweise aus porösem Material (z. B. Sintermetall) aufgefüllt, wodurch eine gewisse Lageunempfindlichkeit der Aus­ führung nach Fig. 3 erreicht wird.

Es ist auch denkbar, das PTC-Element beidseitig mit einem Körper 15, z. B. aus Sintermetall, zu ver­ sehen und in beliebiger geometrischer Form aus­ zubilden, wobei die Verbindung der porösen Schich­ ten (Sintermetall) mit dem PTC-Element durch Kleben oder Löten erfolgen kann.

Zusätzlich kann der Körper 15 Ausnehmungen 16 auf­ weisen, wie die Fig. 5 zeigt, die in Form von Lö­ chern, Schlitzen, Mehrecken oder sonstigen geome­ trischen Formen ausgebildet sein können. Hierbei ist das PTC-Element 10 vollständig abgekapselt, falls sich der direkte Kontakt des PTC-Elementes mit dem Kraftstoff als Nachteil erweisen sollte. Die Abdichtung gegenüber dem Mantel 13 und des Kör­ pers 15 wird durch Löten oder Kleben mit einem brennstoffesten Kleber erreicht. Die Verwendung des hier als Lochplatte ausgeführten Körpers 15 ermög­ licht einen schnelleren Kraftstoffaustausch, wenn sich dieser im porösem Material hinsichtlich der Kapillarwirkung zwischen den Meßvorgängen als pro­ blematisch herausstellen sollte.

Im Falle einer guten Verträglichkeit des Heizele­ ment-Materials mit dem Brennstoff kann das Heizele­ ment 10 als Lochplatte (wie in Fig. 6 dargestellt) ausgeführt sein, dessen Ausnehmungen 16 als Löcher ausgeführt sind, aber auch als Schlitze, Mehrecke u.s.w. dargestellt sein können, wobei die Ausneh­ mungen von deren Oberseite ausgehend durchgehend offen oder zur Unterseite geschlossen sind. Sofern darstellbar, kann das als Lochplatte ausge­ führte PTC-Element 10 auch aus porösem Material hergestellt sein.

Eine andere Ausführungsform einer Einrichtung zur Verdampfung einer Brennstoffprobenmenge (zeichne­ risch nicht dargestellt) ist vorzugsweise im Gasvo­ lumen eines Brennstofftanks eingebaut und besteht aus einem mit einem Zulauf- und Ablaufkanal verse­ henen Gehäuse, in dem ein PTC-Element 10 angeordnet und über Steuerleitungen 12 angesteuert wird. Der Ablaufkanal wird über ein 2/3-Wegeventil geöffnet und geschlossen. In den Meßpausen wird über eine entsprechende Schaltstellung des 2/3-Wegeventils das Gehäuse mit dem PTC-Element ständig mit Kraft­ stoff, z. B. aus dem Rücklauf des Gemischbildners zum Tank, durchflutet. Bei Meßbeginn wird das 2/2- Wegeventil durch Ansteuerung von einem nicht darge­ stellten elektronischen Steuergerät umgeschaltet, wodurch ein Rücklauf unter Umgehung des Gehäuses mit dem PTC-Element direkt in den Tank fließt. Gleichzeitig wird die Spannungsversorgung des PTC- Elementes eingeschaltet, die im Gehäuse befindliche Kraftstoffprobe beheizt und das Korrektursignal nach dem beschriebenen Verfahren gebildet. Nach Ab­ schalten der Beheizung wird das 2/3-Wegeventil auf "Fluten" des Gehäuses umgeschaltet. Nach dem "Aus­ spülen" der erwärmten Restkraftstoffprobe aus dem Gehäuse besteht wieder Meßbereitschaft.

Nach einer etwas anderen Verfahrensweise arbeitet eine in Fig. 7 dargestellte Einrichtung, mit der eine Kontinuierliche Messung und Bildung des Kor­ rektursignals möglich wird.

Die Einrichtung nach Fig. 7 weist in einem Gehäuse 1 eine von einem rohrförmig ausgebildeten Heizele­ ment (hier PTC-Element 10) beheizbare Ver­ dampfungskammer 2 auf mit einem Zulaufkanal 24, der über eine als bekannter Differenzdruckregler ausge­ bildete Ventileinheit 20, bestehend aus Membrane 21, Druckfeder 22 und Ventil 25, mit Brennstoff aus einem Versorgungskanal 26 versorgt wird, und einem Ablaufkanal 28, der in einem Rücklaufkanal 27 ein­ mündet.

Die Verdampfungskammer 2 weist an ihrem Ein- und Austritt je einen Temperatursensor 17, 18, eine Düse 19 und einen Meßkanal 29 auf, wobei der Tempe­ ratursensor 17 in Strömungsrichtung vor der Düse 19 und der Temperatursensor 18 im Zentrum des Meßka­ nals 29 angeordnet ist.

Nach dem ersten Verfahrensschritt wird Brennstoff kontinuierlich über die Düse 19 in die Ver­ dampfungskammer 2 und aus dieser über den Meßkanal 29 in den Rücklaufkanal 27 gefördert. Dabei wird der Kraftstoffvolumenstrom in der Verdampfungskam­ mer 2 mittels der Düse 19 und des Differenzdruck­ reglers 20 unabhängig vom Versorgungsdruck im Ver­ sorgungskanal 26 und im Rücklaufkanal 27 konstant gehalten. Auf eine Beschreibung der Wirkungsweise des dargestellten Differenzdruckreglers 20 kann hier verzichtet werden, da solche Einrichtungen hinreichend bekannt sind.

In dem zweiten Verfahrensschritt wird die Ver­ dampfungskammer 2 über das PTC-Element 10 so be­ heizt, daß sich im Meßkanal 29 am Temperatursensor 18 eine oberhalb des Siedepunktes eines Alkohols festgelegte Temperatur (z. B. 78°C für Ethanol) er­ gibt, die fortlaufend durch Steuerung der Heizlei­ stung geregelt wird.

Durch Änderung der Solltemperatur am Temperatursen­ sor 18 kann zwischen den Alkoholsorten unterschie­ den werden.

Bei Brennstoff-Alkoholgemischen ergibt sich aus der Temperaturdifferenz eine vom normalen Brennstoff abweichende elektrische Leistung, die als Maß für die Alkoholsorte und den Alkoholanteil im Brenn­ stoff herangezogen wird.

Somit wird in einem dritten Verfahrensschritt die Größe der gesteuerten Heizleistung ermittelt und aus diesem Wert durch einen Vergleich mit in einem Kennfeldspeicher des Steuergerätes abgespeicherten Vergleichswert für normalen Brennstoff ein Korrek­ tursignal gebildet. Im vierten Verfahrensschritt sind wie bereits im vorherigen Verfahren beschrie­ ben, mittels des Korrektursignals Motorsteuerungs­ größen änderbar und im fünften Verfahrensschritt wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine das letzte gebildete Korrektursignal gespeichert, bis es bei erneuter Brennstoffprobenmessung bestätigt bzw. aktualisiert wird.

Um den Wärmefluß vom Heizelement 10 bzw. der Ver­ dampfungskammer 2 an das Gehäuse 1 gering zu hal­ ten, ist eine Wärmeisolierung der Verdampfungskam­ merwand zum Gehäuse (zeichnerisch nicht darge­ stellt) vorzusehen.

Desweiteren kann die Verdampfungskammer 2 konstruk­ tiv derart ausgebildet werden, daß eine intensive Wärmeübertragung und Mischung der Brennstoffprobe erreicht wird. So können z. B. die Verdampfungskam­ merwände die Oberfläche vergrößernde Auswölbungen aufweisen bzw. kann die Verdampfungskammer mit Füllkörpern aufgefüllt sein oder ein Wärmetau­ schergitter aufweisen.

Durch besondere Dimensionierung der Isolierung kann der Wärmefluß in das Gehäuse so gewählt werden, daß dieser im Bereich der höheren Siedetemperatur des Ethanols gegenüber der des Methanols etwa um das Maß ansteigt, wie das Produkt aus Luftbedarf des Methanols bezogen auf den Luftbedarf des Ethanols mal der Verdampfungswärme des Methanols bezogen auf die Verdampfungswärme des Ethanols.

Bei intermittierender Messung wird nach der Meß­ werterfassung die Spannungsversorgung des Heizele­ mentes 10 bis zum Beginn der nächsten Messung abge­ schaltet.

Auch bei diesem Verfahren können die bereits oben beschriebenen Verfahrensschritte in bezug auf die Startphase Anwendung finden.

Claims (23)

1. Verfahren zur Nutzung von Brennstoffen mit Alkoholzusätzen für eine mit einem elektroni­ schen Gemischbildungssystem betriebene Brennkraft­ maschine, bei dem mittels eines Kraftstoffsensors zur Erfassung des Alkoholanteils in einem Benzin- Brenngemisch ein Korrektursignal zur Änderung der Gemischzusammensetzung in einem Steuergerät erzeugt wird, wobei der Kraftstoffsensor aus einer Einrich­ tung zur Verdampfung einer Brennstoffprobenmenge besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kor­ rektursignal dadurch ermittelt wird, daß in einem

• - ersten Verfahrenssschritt eine Brennstoffproben­ menge aufgeheizt wird, daß während der Aufheizung in einem
• - zweiten Verfahrensschritt die Brennstofftempe­ ratur gemessen wird und fortlaufend der Temperatur­ gradient der Brennstoffprobenmenge (Differential­ quotient der Aufheizkurve T = f (t)) ermittelt wird, daß in einem
• - dritten Verfahrensschritt bei einer festgeleg­ ten Abweichung des ermittelten Temperaturgradienten von einem vorgegebenen Temperaturgradienten eines üblichen Brennstoffes die Probenmengentemperatur gemessen wird und eine Verdampfungszeitmessung ge­ startet wird, wobei von einem reproduzierbaren Heizleistungsverlauf ausgegangen wird, daß in einem
• - vierten Verfahrensschritt bei Feststellung eines mit dem Ausgangs-Temperaturgradienten des übli­ chen Brennstoffes vergleichbaren Temperaturgradien­ ten die Probetemperatur gemessen wird, die Ver­ dampfungszeitmessung gestoppt und die gesamte Ver­ dampfungszeit festgestellt wird, daß in einem
• - fünften Verfahrensschritt aus den ermittelten Temperatur- und Verdampfungszeitwerten durch einen Vergleich mit in einem Kennfeldspeicher des Steuer­ gerätes abgespeicherten Vergleichswerten oder alkoholsortenspezifischen Kennfeldern ein Korrek­ tursignal gebildet wird, daß in einem
• - sechsten Verfahrensschritt mittels des Korrek­ tursignales Motorsteuerungsgrößen änderbar sind und daß in einem
• - siebten Verfahrensschritt das gebildete Korrek­ tursignal gespeichert wird, bis es bei erneuter Brennstoffprobenmessung bestätigt bzw. aktualisiert wird.

2. Verfahren nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrek­ tursignal dadurch ermittelt wird, daß in einem

• - ersten Verfahrensschritt eine Brennstoffproben­ menge aufgeheizt wird, daß während der Aufheizung in einem
• - zweiten Verfahrensschritt die Brennstofftempe­ ratur gemessen wird und der Temperaturanstieg über­ wacht wird, bis eine erste Temperaturschwelle unterhalb des Siedebereiches eines Alkohols er­ reicht wird, daß in einem
• - dritten Verfahrensschritt bei Überschreiten der ersten Temperaturschwelle eine Verdampfungszeit­ messung gestartet wird, wobei von einem repro­ duzierbaren Heizleistungsverlauf ausgegangen wird, daß in einem
• - vierten Verfahrensschritt der Temperaturanstieg überwacht wird, bis eine zweite Temperaturschwelle oberhalb des Siedebereiches eines Alkohols erreicht wird, die Verdampfungszeitmessung gestoppt und die gesamte Verdampfungszeit festgestellt wird, daß in einem
• - fünften Verfahrensschritt aus den ermittelten Verdampfungszeitwerten durch einen Vergleich mit in einem Kennfeldspeicher des Steuergerätes abgespei­ cherten Vergleichswerten oder alkoholsortenspezifi­ schen Kennfeldern ein Korrektursignal gebildet wird, daß in einem
• - sechsten Verfahrensschritt mittels des Korrek­ tursignales Motorsteuerungsgrößen änderbar sind und daß in einem
• - siebten Verfahrensschritt das gebildete Korrek­ tursignal gespeichert wird, bis es bei erneuter Brennstoffprobenmessung bestätigt bzw. aktualisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich eine oder mehrere Tem­ peraturschwellen vorgesehen werden, bei deren Über­ schreitung innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nach dem ersten Start der Verdampfungszeitmessung eine neue Verdampfungszeitmessung gestartet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffprobenmen­ gen bis zum Start der Verdampfungszeitmessung mit konstanter oder variabler Spannung aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im siebten Ver­ fahrensschritt gespeicherte Korrektursignal auch bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine ver­ wendet wird, bis es nach erneuter Brennstoffproben­ messung bestätigt bzw. aktualisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Start der Brennkraftmaschine ab einem bestimmten Füllstand des Brennstofftanks beim Abstellen der Brennkraft­ maschine bis zur Vorlage des aktuellen Korrektur­ signals kein Korrektursignal oder ein Korrektur­ signal, das dem des normalen Brennstoffes ent­ spricht, vorgegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Lambda-Si­ gnals eine Adaption des Korrektursignals erfolgen kann.

8. Verfahren nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem

• - ersten Verfahrensschritt Brennstoff über eine Düse (19) in eine Verdampfungskammer (2) und aus dieser über einen Meßkanal (29) in den Brennstoff­ rücklaufkanal (27) gefördert wird, in einem
• - zweiten Verfahrensschritt die Verdampfungs­ kammer (2) so beheizt wird, daß sich in dem Meßka­ nal (29) eine oberhalb des Siedebereichs eines Al­ kohols festgelegte Temperatur ergibt und diese fortlaufend durch Änderung der Heizleistung gere­ gelt wird, in einem
• - dritten Verfahrensschritt die Größe der Heiz­ leistung ermittelt wird und aus dieser durch einen Vergleich mit in einem Kennfeldspeicher des Steuer­ gerätes abgespeicherten Vergleichswert für normalen Brennstoff ein Korrektursignal gebildet wird, in einem
• - vierten Verfahrensschritt mittels des Korrek­ tursignals Motorsteuerungsgrößen änderbar sind und daß in einem
• - fünften Verfahrensschritt das letzte gebildete Korrektursignal gespeichert wird, bis es bei erneu­ ter Brennstoffprobenmessung bestätigt bzw. aktuali­ siert wird.

9. Einrichtung zur Verdampfung einer Brenstoffprobenmenge zur Bildung eines Korrektur­ signals nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, bestehend aus einem Gehäuse mit einer mittels eines Heizelementes beheizbaren, Sensoren aufweisenden Verdampfungskammer mit Zu- und Ablaufkanälen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Ver­ dampfungskammer (2) über eine Ventileinheit (6) ge­ steuert wird, die einen mit einer Feder (7) zusam­ menwirkenden Ventilschließkörper (8) aufweist, der mit Hilfe einer Magnetspule (9) die Zu- und Abfluß­ kanäle (3, 4) öffnet und schließt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Heizelement ein PTC-Element (10) ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Verdampfungskammer (2) ein Temperatursensor in der Nähe bzw. in Kon­ takt mit dem Heizelement (10) der Verdampfungskam­ mer (2) angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) an seinem Umfang mit einem Mantel (13) umgeben ist, der die Oberseite des Heizelementes um eine die Brennstoffprobenmenge definierende Kragenhöhe (14) überragt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Kragenhöhe (14) auf der Heizelement-Oberseite gebildete Raum bündig mit einem Körper (15) vorzugsweise aus porösem Material aufgefüllt ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Heizelement beidsei­ tig mit einem Körper (15) vorzugsweise aus porösem Material versehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (15) Ausnehmungen (16) aufweist.

16. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) als Lochplatte ausgeführt ist, wobei die Ausnehmungen (16) der Lochplatte ausgehend von deren Oberseite durchgehend offen oder zur Unterseite hin geschlossen sind.

17. Einrichtung zur Verdampfung einer Brenn­ stoffprobenmenge zur Bildung eines Korrektursignals nach dem Verfahren nach Anspruch 8, bestehend aus einem Gehäuse mit einer mittels eines Heizelementes beheizbaren, Sensoren aufweisenden Verdampfungskam­ mer mit Zu- und Ablaufkanälen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befüllung und Entleerung der Ver­ dampfungskammer (2) über eine Düse (19) und einen Meßkanal (29) erfolgt.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der in die Ver­ dampfungskammer (2) geförderten Brennstoffmenge eine Entlastungsmenge über ein Differenzdruckventil (20) in den Rücklaufkanal (27) geführt wird.

19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) ein PTC-Element ist.

20. Einrichtung nach den Ansprüchen 17-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (2) bzw. das Heizelement (10) durch Maßnahmen zur Oberflächenvergrößerung als Wärmetauscher ausgebil­ det ist.

21. Einrichtung nach den Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen aus Vertie­ fungen und Erhöhungen der Oberfläche bestehen.

22. Einrichtung nach den Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maßnahme aus einem Wärmetauschergitter besteht.

23. Einrichtung nach den Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maßnahme aus in ge­ genseitigen Wärmekontakt stehenden Füllkörpern be­ steht.