DE60309370T2

DE60309370T2 - Verfahren, um aus Messungen die Kraftstoffflüchtigkeit zu berechnen

Info

Publication number: DE60309370T2
Application number: DE60309370T
Authority: DE
Inventors: Yingjie El Paso Lin; Han-Sheng Bloomfield Hills Lee; Su-Chee S. Troy Wang
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: US6712503B2; EP1353177A2; EP1353177B1; US20030189969A1; EP1353177A3; DE60309370D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein bordinternes Abtastelement und auf ein Verfahren zu dessen Verwendung zum Messen der Flüchtigkeit einer Probe von ethanolfreiem Benzin durch Messen der Kapazitätsänderung des Abtastelements als Funktion der Zeit und der Temperatur und zur Verwendung der Messungen zur Bestimmung des Betriebsverhalten-Index (DI-Index) der Probe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In dem Kraftfahrzeugmotoren betreffenden Gebiet ist bekannt, dass die entscheidende Benzineigenschaft eines guten Betriebsverhaltens die Flüchtigkeit ist. Die Flüchtigkeit ist besonders wichtig zu der Zeit, zu der ein Motor gestartet wird, da flüssiges Benzin verdampfen und sich mit Luft mischen muss, um ein verbrennbares Gemisch zu bilden. Falls zu wenig Benzin zugegeben wird, startet der Motor nicht. Falls Benzin über das zum Auslösen der Verbrennung Benötigte hinaus zugegeben wird, sind in dem Abgas zusätzliche Kohlenwasserstoffe von einem unverbrannten Anteil des Benzins zu finden. Da die Flüchtigkeit des in den Vereinigten Staaten verkauften Benzins schwankt, gibt es darüber hinaus bei der Motorkonstruktion eine Abwägung zwischen niedrigen Kohlenwasserstoffemissionen und gutem Betriebsverhalten bei Kraftstoff mit niedriger Flüchtigkeit.
Um die Wirkung der Benzinflüchtigkeit auf das Kaltstart- und Aufwärmbetriebsverhalten eines Fahrzeugs zu beschreiben, ist ein Betriebsverhalten-Index (DI) entwickelt worden. Für Benzin, das keine sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen wie etwa Ethanol und Methyl-Tertiär-Butyl-ether (MTBE) enthält, basiert die Definition des DI auf einem Labortest (ASTM D86), in dem eine Benzinprobe destilliert wird, während ihre Temperatur angehoben wird. Die destillierte Fraktion wird als Funktion der Temperatur und der Gleichung: DI = 1,5T10 + 3T50 + T90 gemessen, wobei T_x die Temperatur in Grad Fahrenheit ist, bei der x % der Benzinprobe destilliert worden sind.
Wie etwa in US 5750995 gezeigt ist, ist eine bekannte Art der Schätzung des DI die durch Messung des Infrarottransmissionsspektrums der Kraftstoffe. US 5381767 offenbart ein System zum Einstellen einer gesteuerten Menge eines Motors in Reaktion auf eine gemessene Kraftstoffeigenschaft wie etwa die Verdampfungscharakteristik.
Es ist besonders erwünscht, den DI an Bord eines Fahrzeugs zu schätzen. Um die Kundenzufriedenheit sicherzustellen, werden Motoren so kalibriert, dass sie mit Kraftstoff mit der niedrigsten Flüchtigkeit zuverlässig starten. Dies erfolgt dadurch, dass die Kraftstoffmenge in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch erhöht wird. Folglich ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Motoren für die meisten Starts fetter als optimal. Etwas von diesem Zusatzbenzin geht unverbrannt in das Abgas. Besonders nachteilig ist dies zur Zeit eines Kaltstarts, da der Katalysator zu kalt ist, um aktiv zu sein. Die zusätzliche Kohlenwasserstoffkonzentration wird typisch an die Umwelt emittiert.
Eine Schätzung des DI an Bord würde ermöglichen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genauer gesteuert wird. Der Motor würde so kalibriert, dass er zuverlässig startet, während nur dann Zusatzkraftstoff zugegeben würde, wenn er für die Kompensation der Kraftstoffflüchtigkeit benötigt würde. Im Durchschnitt würde für die Kaltstarts weniger Kraftstoff verwendet, was zu einer Verringerung der durchschnittlichen Fahrzeugbestands-Abgaskohlenwasserstoffemissionen führen würde. Diese Verringerung der Luftverunreinigung ist ein wichtiger Umweltnutzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen eines Kraftstoffbetriebsverhalten-Indexwertes (DI-Wertes) an Bord eines Fahrzeugs, das einen Kraftstofftank und eine Motorsteuereinheit besitzt, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, geschaffen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Berechnen eines Kraftstoffbetriebsverhalten-Indexwertes (DI-Wertes) an Bord eines Fahrzeugs, wie es in Anspruch 11 beansprucht ist, geschaffen.
In einer Ausführungsform wird ein Sensor an Bord verwendet, der ein Abtastelement zum Berechnen der Kraftstoff-DI-Zahl aus gemessenen Änderungen der elektrischen Kapazität, die repräsentativ für das Volumen des kraftstoffgefüllten Abtastelements ist, wenn das Abtastelement geheizt wird, um den Kraftstoff darin zu verdampfen, verwendet. Sowohl die geheizte Abtasteinheit als auch der standardisierte Test (ASTM D86) messen die Kraftstoffdestillation oder -verdampfung. Allerdings sind die gemessenen Destillationskurven wegen der unterschiedlichen thermisch wirksamen Masse und Struktur der zwei Systeme recht verschieden. Da der ASTM-Test D86 der Industriestandard ist, ist es notwendig, die Messergebnisse von dem geheizten Abtastelement zu kalibrieren, um die von dem Industriestandard erhaltenen Ergebnisse anzupassen.
Es werden Kraftstoffproben geliefert, um den Betriebsverhalten-Index (DI) zu messen. Jede Kraftstoffprobe wird in zwei Behälter aufgeteilt. Ein Behälter wird für die ASTM-D86-Messungen verwendet, während der andere Behälter zum Füllen des Abtastelements für die Sensormessungen verwendet wird. Aus den D86-Messungen werden die geforderten Temperaturinformationen erhalten, um die DI-Zahl zu berechnen.
Daraufhin wird das Abtastelement in einer gesteuerten Umgebung geheizt, so dass die Kapazitäts- und die Temperaturänderung des Sensors über die Zeit gemessen werden. Die Beziehung der Abtastelementdaten zu den Daten des Standardtests D86 wird unter Verwendung einer mathematischen Analyse kalibriert, um Korrelationsmessungen zu liefern. Die Korrelationsmessungen werden in der Motorsteuereinheit des Fahrzeugs gespeichert, die nach Bedarf den DI berechnet. Der berechnete Wert des DI wird für den nächsten Kaltstart gespeichert, wo er zum Einstellen des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Zeit des Startens verwendet werden kann.
Weitere Anwendungen der vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann hervor, wenn die folgende Beschreibung der für die Verwirklichung der Erfindung als am besten betrachteten Ausführungsart mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten durchgehend auf gleiche Teile beziehen und in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Kraftstoffsystems ist, das einen Sensor zum Berechnen des Betriebsverhalten-Index besitzt;
2 ein Ablaufplan des Verfahrens zum Korrelieren von Messungen von dem Sensor mit dem ASTM-Test D86 ist;
3 ein Ablaufplan des Verfahrens zum Berechnen der Betriebsverhalten-Indexzahl (DI-Zahl) in dem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine graphische Darstellung der Kapazität des Abtastelements gegenüber der Temperatur für einen getesteten Sensor mit drei unbekannten Kraftstoffproben ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der Kraftstoff-Betriebsverhalten-Index (DI) ist eine Zahl, die der Kraftstoffflüchtigkeit entspricht oder sie repräsentiert. Das zum Messen des Betriebsverhalten-Index (DI) verwendete Verfahren ist in dem Testverfahren D86 der American Society for Testing In Materials (ASTM) beschrieben. In diesem standardisierten Test werden einhundert Milliliter Benzinprobe in einem Behälter angeordnet. Die Temperatur der Probe wird stufenweise angehoben, was veranlasst, dass das Benzin in angenähert 30 Minuten vollständig verdampft. Während die Verdampfung fortschreitet, werden die Dämpfe destilliert und in einem zweiten Behälter gesammelt. Das destillierte Volumen wird als Funktion der Temperatur des geheizten Behälters aufgezeichnet. Insbesondere sind T₁₀, T₅₀, T₉₀ die Temperaturen in Grad Fahrenheit, bei denen 10 %, 50 % und 90 % des ursprünglichen Volumens destilliert worden sind; wobei dies die zum Berechnen des DI des Benzins in der Gleichung: 1,5T₁₀ + 3T₅₀ + T₉₀ verwendeten Temperaturen sind.
Nunmehr anhand der Zeichnungen ist gemäß der Erfindung ein Sensor 10, der ein Abtastelement 12 besitzt, in den Kraftstofftank 14 eines Fahrzeugs eingebaut, wobei er so programmiert ist, dass er bei jedem Abschalten des Motors die DI-Zahl misst. Das Abtastelement 12 ist so in den Kraftstofftank 14 eingebaut, dass das Abtastelement 12 mit einer Benzinströmung in der Kraftstoffleitung 16 in Verbindung steht, wenn der Motor 18 läuft, aber über dem maximalen Kraftstoffpegel in dem Tank bleibt. Wenn der Fahrzeugmotor 18 angehalten wird und der Kraftstoff von dem Sensor 10 abläuft, wird ein bekanntes Benzinvolumen in das Abtastelement 12 angesaugt. Das Abtastelement 12 ist mit einer Kapazitätsmessschaltung 20 verbunden, um das Volumen des Kraftstoffs in dem Abtastelement 12 darzustellen. An dem Abtastelement 12 sind ein Heizelement 22 und eine Temperaturmessschaltung 24 befestigt, um die Temperaturänderung des Abtastelements 12 über die Zeit zu überwachen.
Während das Abtastelement 12 geheizt wird, beginnt der Kraftstoff in dem Abtastelement 12 zu verdampfen. Die Temperatur und die Kapazität des Abtastelements 12 werden überwacht. Die Ausgaben von der Kapazitätsschaltung 20 und von der Temperaturmessschaltung 24 werden an die Motorsteuereinheit 26 geliefert, um die DI-Berechnungen auszuführen.
Allerdings kann dadurch, dass in dem Fahrzeug ein Inline-Sensor 10 verwendet wird, die durch den Sensor 10 gelesene Anfangstemperatur nicht gesteuert werden, wobei die Probenmenge kleiner ist und die Messzeit kürzer ist als in dem ASTM-Test D86. Durch das Verringern der Messzeit und der Probenmenge zeigen die T₁₀, T₅₀ und T₉₀ im Vergleich zudem ASTM-Test D86 große Unterschiede. Somit müssen für einen gegebenen Kraftstoff Korrelationen zwischen dem ASTM-Test D86 und den Ergebnissen von dem Abtastelement 12 festgesetzt werden. Da der ASTM-Test D86 der Industriestandard ist, ist es notwendig, die Messergebnisse von dem besonderen Modell des Abtastelements 12, das für die Fahrzeugausführung und für das Fahrzeugmodell ausgewählt wurde, anfangs zu kalibrieren, um sie an die von dem Standard erhaltenen Ergebnisse anzupassen.
Bevor der Sensor 10 funktional mit der Motorsteuereinheit eines Fahrzeugs verbunden wird, müssen die Messungen von dem Sensor 10 relativ zu dem ASTM-Test D86 kalibriert werden. Die Kalibrierung kann in einer Laborumgebung stattfinden, die die endgültige Betriebsumgebung des Sensors simuliert, oder kann in einem Testfahrzeug stattfinden, das die besondere Ausführung und das besondere Modell eines Fahrzeugs simuliert, in das gleiche Sensoren 10 endgültig eingebaut werden. Somit enthält eine Kalibrierung (Schritt 28) das Erhalten einer ersten Kraftstoffprobe mit bekannten oder unbekannten physikalischen Charakteristiken und das Aufteilen der ersten Probe in zwei Behälter, wobei ein erster Behälter ein erstes bekanntes Volumen (100 ml) der ersten Probe enthält, von der der DI gemäß dem oben beschriebenen ASTM-Test D86 berechnet wird, und ein zweiter Behälter ein zweites bekanntes Volumen der ersten Kraftstoffprobe enthält, von der der DI unter Verwendung des Sensors 10 berechnet wird. Daraufhin wird unter Verwendung der Prozeduren des Tests D86, die das Erhalten von Werten für T₁₀, T₅₀ und T₉₀ enthalten, der DI-Wert für den in der ersten Probe enthaltenen Kraftstoff berechnet.
Der zweite Behälter enthält ein Volumen der ersten Kraftstoffprobe und wird zum Füllen des Abtastelements 12 verwendet (Schritt 30). Das Abtastelement 12 hat ein bekanntes Volumen, das von den physikalischen Charakteristiken des besonderen Abtastelements 12 abhängt. Das Volumen eines für Tests verwendeten Abtastelements hatte einen Bereich von 0,04–0,1 ml. Der in dem Abtastelement enthaltene Kraftstoff wird durch ein gesteuertes Heizelement 22 mit dem Sensor 10 geheizt (Schritt 32), um normierte Messkurven (4) zu liefern, wobei die normierte Ausgabe (Kraftstoffpegel) gegenüber der Sensortemperatur (in Grad Celsius) graphisch dargestellt wird (Schritt 34).
In der Vorfertigungskalibrierung der Messungen des Sensors 10 wird ein bekanntes Volumen einer Kraftstoffprobe in dem Abtastelement 12 angeordnet. Das bekannte Volumen ist die gleiche Menge, die durch die Kapillarwirkung an Bord des Fahrzeugs in das Abtastelement angesaugt wird. Da der Tankdruck und die thermisch wirksame Masse des Sensors 10 und seiner zugeordneten Träger die Verdampfungsrate des Kraftstoffs beeinflussen können, wird das Heizen (Schritt 34) des Abtastelements 12 vorzugsweise in einer Umgebung durchgeführt, die ähnlich der Umgebung an Bord ist. Wenn das Heizelement 22 betrieben wird, wird der Kraftstoff geheizt und verdampft, d. h. abgekocht und verflüchtigt. Während die Heizzeit zunimmt, nehmen die Kraftstoffmenge und der Kraftstoffpegel in dem Abtastelement 12 ab. Bei gesteuerter Wärme, die dem Sensor 10 zugeführt wird, hängt die Rate der Kraftstoffabnahme von der Flüchtigkeit oder von dem Betriebsverhalten-Index (DI) des Kraftstoffs ab. Die Überwachung des Kraftstoffpegels am Ausgang des Sensors 10 als Funktion der Sensortemperatur (Schritt 34) liefert Werte, die einer Funktion der Kraftstoffflüchtigkeit entsprechen.
Da der Sensor 10 klein ist und da die Wärme innerhalb des Abtastelements 12 lokalisiert ist, kann der Kraftstoff in dem Abtastelement 12 bei viel niedrigeren Temperaturen als am Ende des Siedepunkts (EBP), der in dem Test D86 gemessen wird, geleert werden. Zum Beispiel ist eine typi sche gemessene Kraftstoff-EBP-Temperatur in dem Test D86 200°C. Der Kraftstoff in dem Abtastelement 12 kann bei angenähert 100°C geleert werden. Somit kann die Sensormessung in einem sinnvollen Zeitrahmen, kürzer als drei Minuten, abgeschlossen werden und bei einer Temperatur unter 120°C abgeschlossen werden.
Wenn das Abtastelement 12 geheizt wird, liefert die Ausgabe des Sensors 10 als Funktion der Sensortemperatur eine normierte Kurve. Die normierte Kurve definiert das gemessene T_xs als eine Sensortemperatur, bei der x % des Kraftstoffpegels verdampft worden sind. Aus dem Test D86 sind die Temperaturen T_x, bei denen x gleich 10 %, 50 % und 90 % des Kraftstoffpegels verdampft sind, bekannt. Somit kann eine lineare Gleichung berechnet werden, um T_xs für jeden der Werte von x gleich 10 %, 50 % und 90 % mit T_x zu korrelieren (Schritt 36). Für jeden der x-Werte von 10 %, 50 % und 90 % gibt es einen Korrelationsfaktor oder eine Korrelationsgleichung, der/die verwendet werden kann, wenn durch den Sensor 10 ein unbekannter Kraftstoff gemessen wird. Der Korrelationsfaktor oder die Korrelationsgleichung wird in der Motorsteuereinheit 26 des Fahrzeugs gespeichert (Schritt 38) und verwendet die gemessenen T_10s, T_50s und T_90s, um die für die oben erwähnte Betriebsverhalten-Index-Berechnung (DI-Berechnung) benötigten T₁₀, T₅₀ und T₉₀ zu berechnen. Der Korrelationsfaktor oder die Korrelationsgleichung kann in der Motorsteuereinheit 26 in Form von Gleichungen oder Nachschlagetabellen oder geänderten Konstanten für die DI-Gleichung gespeichert werden.
Das Folgende ist lediglich für Veranschaulichungszwecke ein Beispiel des Prozesses des Berechnens der DI-Zahl. In einem Labortest werden drei ethanolfreie Kraftstoffproben verwendet, um unter Verwendung des D86-Verfahrens und der Sensormessergebnisse die Betriebsverhalten-Index- Berechnung (DI-Berechnung) zu messen. Unter Verwendung der Zahlenmengendarstellung als DI (T₁₀, T₅₀ und T₉₀) hatten die drei Proben von dem D86-Verfahren in dieser Reihenfolge die Eigenschaften 1119 (103, 215, 319), 1230 (127, 235, 334) und 1294 (146, 245, 340).
In dem Test mit geheiztem Sensor werden entweder in einer Laborumgebung oder in dem Fahrzeug Proben von denselben drei ethanolfreien Kraftstoffen verwendet. Unter Verwendung der Zahlenmenge (T_10s, T_50s und T_90s) zur Darstellung der Sensormessergebnisse liefern Tests für die Kraftstoffproben, die in dieser Reihenfolge einen DI von 1119, 1230 und 1294 hatten, (50, 75,8, 95,4), (55,7, 81,2, 98,4) und (59,4, 85, 100,2). 4 ist eine graphische Darstellung, die die normierten Messkurven des oben erwähnten Beispiels veranschaulicht. Da die Sensortemperatur im Gegensatz zu den in der Prozedur des Tests D86 verwendeten Grad Fahrenheit in Grad Celsius aufgezeichnet ist, führen lineare Berechnungen zu den folgenden Korrelationsgleichungen: T₁₀ = 4,5436T_10s – 124,72; T₅₀ = 3,2907T_50s – 33,784; und T₉₀ = 4,4388T_90s – 104.
Unter Verwendung der gemessenen T_10s-, T_50s- und T_90s-Werte und der obigen Korrelationsgleichungen sind die berechneten Betriebsverhalten-Indexzahlen (DI-Zahlen) für die drei Kraftstoffproben im Vergleich zu den Zahlen 1119, 1230 und 1294 des Tests D86 in dieser Reihenfolge 1120, 1226, 1296. Die Unterschiede zwischen den zwei Testverfahren sind in dieser Reihenfolge –1, 4 und –2.
Somit ist ein Verfahren zum Berechnen der Kraftstoff-DI-Zahl an Bord des Fahrzeugs das Speichern des Korrelationsfaktors oder der Korrelationsgleichung (Schritt 38) von einem zuvor getesteten Modell des Sensors 10, der bekannte besondere physikalische Eigenschaften besitzt, in der Mo torsteuereinheit 26 des Fahrzeugs. Wie im Folgenden diskutiert wird, wird daraufhin der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 14 bei vorgegebenen Bedingungen getestet, um die Sensortemperatur T_xs gegen x % verdampfte Kraftstoffausgabe von dem Sensor 10 bei einer spezifischen Zeit zu messen. Ein bekanntes Kraftstoffvolumen aus dem Kraftstofftank 14 wird in das Abtastelement 12 angesaugt (Schritt 40). Nach einer kurzen Verzögerungsdauer von wenigen Sekunden wird das Heizelement 22 aktiviert, um das Abtastelement 12 mit einer gesteuerten Rate zu heizen (Schritt 42). Wenn das Abtastelement 22 geheizt wird, überwachen die Kapazitätsmessschaltung 20 und die Temperaturmessschaltung 24 die Volumen-% des verdampften Kraftstoffs gegenüber der Temperatur (Schritt 44) und insbesondere gegenüber den Temperaturen (T_10s, T_50s, T_90s), wenn die Volumen-% der Kraftstoffverdampfung in dieser Reihenfolge 10 %, 50 % und 90 % sind. Die Messung der T_10s-, T_50s- und T_90s-Werte wird in die gespeicherten Korrelationsfaktoren oder -gleichungen eingegeben, um die T₁₀-, T₅₀- und T₉₀-Werte zu liefern, die zum Berechnen der DI-Zahl (Schritt 46) irgendeines ethanolfreien Kraftstoffs in einem Fahrzeug verwendet werden. Alternativ können die gemessenen Temperaturen in der DI-Gleichung nach Ersetzen der Korrelationsgleichungen darin und Vereinfachung der Gleichung verwendet werden. So ist etwa beispielhaft und ohne Beschränkung die Gleichung: DIs = 6,82T10s + 9,87T50s + 4,4388T90s – 392,43.
Als Alternative kann es notwendig oder bevorzugt sein, die DI-Informationen in so kurzer Zeit und bei so niedriger Temperatur wie möglich zu berechnen. Beenden der Sensorheizung bei einem kleineren Prozentsatz verdampften Kraftstoffs wie etwa 70 % anstelle von 90 % liefert zusätzliche Vorteile, ohne die Korrelation zwischen den gemessenen Daten des Abtastelements 12 und dem Standardtest D86 erheblich zu verringern. Falls der Sensor 10 niedrigeren Temperaturen ausgesetzt wird, ist die Konstruktion des Sensors 10 vereinfacht. Ferner werden dann, wenn es eine angemessene Menge Kraftstoff in dem Abtastelement 12 gibt, wenn der Test beendet wird, feste Restabscheidungen an dem Sensor 10 verhindert. Es ist möglich, die Sensormessungen zu beenden, wenn wenigstens 50 %, aber weniger als 90 % des Kraftstoffs verdampft worden sind. Insbesondere dann, wenn der Test beendet wird, wenn 70 % des Kraftstoffpegels verdampft worden sind, liefert dies Informationen über eine Endtemperatur T_70s. Wieder unter Verwendung der linearen Analyse kann ein Korrelationsfaktor oder eine Korrelationsgleichung berechnet werden, um die gemessenen T_70s bis T₉₀ zu extrapolieren. Die Korrelationsgleichung kann in die DI-Gleichung eingesetzt werden und die Ergebnisse können zu einer neuen DI_s-Gleichung zur Verwendung mit diesen Betriebscharakteristiken vereinfacht werden.
Unter Verwendung desselben Beispiels, wie es oben veranschaulicht wurde, würden die Korrelationsgleichungen für T₁₀ und T₅₀ dieselben bleiben. Die frühere Korrelationsgleichung für T₉₀ würde eine neue Korrelationsgleichung ersetzen. In dem obigen Beispiel ist die Korrelation zwischen T_70s und T₉₀: T₉₀ = 3,1305T_70s + 52,173.
Somit würden die in der Motorsteuereinheit 26 für T₁₀ und T₅₀ gespeicherten Korrelationsgleichungen in einem Fahrzeug, das einen Sensor 10 verwendet, der die gleichen physikalischen Charakteristiken wie der in dem oben erwähnten Beispiel getestete Sensor 10 besitzt, die gleichen bleiben, anstelle der früheren Korrelationsgleichung für T₉₀ aber die Korrelationsgleichung zwischen T_70s und T₉₀ enthalten.
In dem obigen Beispiel sind unter Verwendung der gemessenen T_10s-, T_50s- und T_70s-Werte und der oben erwähnten Korrelationsmessungen die berechneten Betriebsverhalten-Indexzahlen (DI-Zahlen) für die Kraftstoffproben im Vergleich zu den Zahlen 1119, 1230 und 1294 des Tests D86 in dieser Reihenfolge 1120, 1225 und 1297. Die Differenzen zwischen den berechneten DI-Zahlen und den D86-Zahlen sind in dieser Reihenfolge –1, 5 und –3. Alternativ können die gemessenen Temperaturen nach Ersetzen der Korrelationsgleichungen darin und Vereinfachung in der DI-Gleichung verwendet werden, um eine modifizierte Gleichung wie etwa für die beispielhaften verwendeten Daten beispielhaft Dis = 6,82T10s + 9,87T50s + 3,1305T70s – 236,26 zu erzeugen.
Als eine weitere Alternative kann die Temperatur, bei der 10 % des Kraftstoffpegels verdampft sind, anstatt sie direkt von der Sensormessung abzulesen, berechnet werden. In diesem Prozess wird eine quadratische Gleichung verwendet, um den Abschnitt anzupassen, in dem die normierte Ausgabe in dem Bereich von 0 % verdampften Kraftstoffpegels bis 20 % verdampften Kraftstoffpegels liegt. In dem obigen Beispiel werden die Daten jeder in der graphischen Darstellung aus 4 dargestellten Kurve zwischen der normierten Ausgabe von 1,0 bei A und der normierten Ausgabe von 0,8 bei B₁, B₂ und B₃ mit einer quadratischen Gleichung angepasst. Die quadratische Gleichung wird gelöst, um die angepasste Temperatur T_10f, nachdem 10 % des Kraftstoffvolumens verdampft sind, zu bestimmen. Daraufhin wird eine lineare Gleichung verwendet, um T_10f mit T₁₀ zu korrelieren. Der neu berechnete T_10f-Wert wird anstelle des T_10s in der Korrelationsgleichung verwendet, um T₁₀ zu berechnen. Unter Verwendung der gleichen Daten wie zuvor in dem obigen Beispiel beschrieben und wenn die quadratische Gleichung verwendet wird, um die Daten zur Berechnung von T_10f anzupassen, wird festgestellt, dass es zwischen dem angepassten T_10f und dem gemessenen T_10s nur eine kleine Differenz gibt. Insbesondere sind in dem obigen Beispiel im Vergleich zu den Ergebnissen für T_10s von 50, 55,7 und 59,4°C die Ergebnisse für T_10f in dieser Reihenfolge 50,2, 56 und 58,2°C. Wenn für den T₁₀-Wert die Korrelationsmessungen verwendet werden, die auf der Anpassung durch die quadratische Gleichung beruhen, sind die Betriebsverhalten-Indexzahlen im Vergleich zu den Ergebnissen 1119, 1230 und 1294 des Tests D86 in dieser Reihenfolge 1122, 1227 und 1289. Die Differenzen zwischen den zwei Testprozeduren sind in dieser Reihenfolge –3, 3 und 5. Das Lösen für den angepassten T_10f-Wert ist in verrauschten elektronischen Umgebungen vorteilhaft, in denen die gemessene Kurve keine saubere Kurve ist, sondern viele Schwankungen enthält.
Vorzugweise sollte der Start dieser Messung ohne lange Verzögerung auf die Kraftstoffbeladung folgen. Insbesondere ist es bevorzugt, die Messung einige Sekunden, nachdem der Motor ausgeschaltet worden ist, zu beginnen, so dass die Beladungstemperatur des Kraftstoffs in dem Sensor und die Starttemperatur der Heizung innerhalb einer kleinen Abweichung liegen. Ferner kann durch Beginnen der Messung, nachdem der Motor ausgeschaltet worden ist, eine neue DI-Zahl für den nächsten Start berechnet werden.
Die Vorteile der Berechnung einer DI-Zahl an Bord des Fahrzeugs enthalten eine Verringerung der KW- und CO-Emissionen, während die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Ferner könnte eine kostspielige Anlage wie etwa die AIR-Pumpe oder das Edelmetall in dem Katalysator beseitigt und durch den preiswerten Sensor ersetzt werden. Außerdem wären neue EPA-Vorschriften leichter zu erfüllen.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit der derzeit als am praktischsten und am meisten bevorzugt angesehenen Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern soll im Gegenteil die verschiedenen im Umfang der beigefügten Ansprüche enthaltenen Abwandlungen und äquivalenten Anordnungen erfassen.

Claims

Verfahren zum Berechnen eines Kraftstoffbetriebsverhalten-Indexwertes (DI-Wertes) an Bord eines Fahrzeugs, das einen Kraftstofftank (14) und eine Motorsteuereinheit (26) besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen eines Sensors in dem Fahrzeugs, der mit einer Kraftstoffströmung von dem Kraftstofftank in Verbindung steht, wobei der Sensor eine Kapazität besitzt, um ein bekanntes Kraftstoffvolumen zu halten; Halten des bekannten Kraftstoffvolumens von dem Kraftstofftank in dem Sensor (40); Heizen des Sensors und des darin vorhandenen Kraftstoffvolumens (42); Messen von Temperaturen des Sensors relativ zu dem im Sensor verbleibenden Kraftstoffvolumen, wenn der Sensor geheizt wird; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: Einsetzen wenigstens einiger der gemessenen Temperaturen in vorgegebene Korrelationsgleichungen, um die gemessenen Temperaturen an gemessene Temperaturwerte aus einem standardisierten Verfahren von ASTM D86 anzupassen; und Berechnen eines DI-Wertes aus dem gemessenen T₁₀-, T₅₀- und T₉₀-Werten (46) und den Korrelationsgleichungen, wobei T₁₀ die Temperatur ist, wenn 10 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind, T₅₀ die Temperatur ist, wenn 50 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind, und T₉₀ die Temperatur ist, wenn 90 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Heizens des Sensors (42) erfolgt, nachdem das Fahrzeug ausgeschaltet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Messens von Temperaturen (44) die Schritte des Beendens, wenn das Kraftstoffvolumen im Sensor zu weniger als 90 % verdampft ist, und dann des Verwendens einer linearen Analyse, um den T₉₀-Wert zu extrapolieren, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Messen von Temperaturen (44) bei einem vorgegebenen Prozentsatz des Ausgangsvolumens endet, sofern eine Beendigungstemperatur berechnet wird, um den DI-Wert zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Messens der Temperaturen (44) die folgenden Schritte umfasst: Messen der Temperaturen des Sensors, wenn das Ausgangsvolumen des Sensors im Bereich von 0 % bis 20 % Verdampfung des Kraftstoffvolumens liegt; und Anpassen einer quadratischen Gleichung an die Bereiche, um sie für einen T_10f-Wert zu lösen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Einsetzens wenigstens einiger der gemessenen Temperaturen den Schritt des Ein gebens des T_10f-Wertes in die Korrelationsgleichung, um sie für T₁₀ zu lösen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Korrelationsgleichungen in der Motorsteuereinheit (26) gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: vor dem Einsetzen wenigstens einiger der gemessenen Temperaturen in Korrelationsgleichungen Ausführen eines ASTM-Testverfahrens D86 mit einem Kraftstoffvolumen und Lösen für Temperaturen T₁₀, T₅₀, T₉₀, wenn die Vol.-% des verdampften Kraftstoffs 10 %, 50 % bzw. 90 % sind (28); Heizen eines verwandten anderen Sensors mit einem Kraftstoffvolumen (32), das gleich jenem des Sensors ist; Messen der Temperaturen des verwandten Sensors in Bezug auf die Vol.-% des verdampften Kraftstoffs von dem verwandten Sensor (34); und Korrelieren der vorgegebenen gemessenen Temperaturen des in Beziehung stehenden Sensors mit den Temperaturen T₁₀, T₅₀ und T₉₀ aus dem ASTM-Testverfahren D86, um Korrelationsgleichungen zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den folgenden Schritt umfasst: der Korrelationsgleichungen in der Motorsteuereinheit (38).
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Speicherns einer modifizierten DI-Gleichung in der Motorsteuereinheit (38), die durch die Korrelationsgleichungen modifizierte Konstanten besitzt, umfasst.
System zum Berechnen eines Kraftstoffbetriebsverhalten-Indexwertes (DI-Wert) an Bord eines Fahrzeugs, das einen Kraftstofftank und eine Motorsteuereinheit besitzt, wobei das System umfasst: Mittel (12) zum Halten eines bekannten Kraftstoffvolumens von dem Kraftstofftank (14) in einem Sensor (10), wobei der Sensor mit einer Kraftstoffströmung von dem Kraftstofftank in Verbindung steht, Mittel (22) zum Heizen des Sensors (10) und des darin vorhandenen Kraftstoffvolumens; Mittel (24) zum Messen von Temperaturen des Sensors (10) in Bezug auf das in dem Sensor verbleibende Kraftstoffvolumen, wenn der Sensor geheizt wird; und gekennzeichnet durch Mittel, die geeignet sind, einen DI-Wert aus den gemessenen T₁₀-, T₅₀- und T₉₀-Werten und aus vorgegebenen Korrelationsgleichungen zu berechnen, um die gemessenen Temperaturen an gemessene Werte eines Standard-ASTM-Testverfahrens D86 anzupassen, wobei T₁₀ die Temperatur ist, wenn 10 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind, T₅₀ die Temperatur ist, wenn 50 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind, und T₉₀ die Temperatur ist, wenn 90 % des Kraftstoffs im Sensor destilliert worden sind.
System nach Anspruch 11, bei dem der Sensor (10) im Kraftstofftank (14) positioniert ist.
System nach Anspruch 11, bei dem Mittel zum Berechnen eines DI-Wertes eine modifizierte DI-Gleichung enthalten, die in der Motorsteuereinheit (26) gespeichert ist und durch die Korrelationsgleichung modifizierte Konstanten besitzt.