SE536056C2 - Metod och apparat för att bestämma proportionen etanol i bränslet i ett motorfordon - Google Patents

Description

535 055 är slutsatsen att den oregelbundna driften inte orsakas av en minskning i proportionen etanol, men har ett annat skäl, till exempel ett defekt tändstiftet.

Publikationerna DE 600 11 393 T2 och USA 4,059,411 A föreslår bränslesammansättningar vars alkoholhalt höjs för att höja driftgränsen för mager förbränning för motorn.

Föreliggande uppfinningen adresserar problemet att ange en metod för att bestämma proportionen etanol i bränsle i ett motorfordon, som inte är beroende av ett mått på iuftförhàllandet A i avgasema av förbränningsmotom.

Detta problem löses med en metod enligt patentkrav 1.

Föreliggande uppfinníng bygger på upptäckten att motorer med sluten förbränning som drivs med etanol uppvisar en förbättrad möjlighet för mager förbränningsdrift. Det vill säga, driftsgränsen för mager förbränning i förbränningsmotom flyttas i riktning mot mager på grund av en högre proportion etanol i bränslet. Förhållandet mellan driftsgränsen för mager förbränning och proportionen etanol i bränslet används för att bestämma proportionen etanol.

I syfte att fastställa driftsgränsen för mager förbränning, injiceras en bränslemängd i en cylinder i förbränningsmotom i driftsintervallet för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel (overrun fuel cutotf) hos förbränningsmotom. med denna bränslemängd inträffar ingen förbränning av luft- bränsle blandningen, bränslemängden höjs gradvis tills förbränning uppstår, varvid under denna aktivitet, övervakas den jämna driften (COV) hos förbränningsmotorn för denna cylinder, och driftsgränsen för mager förbränning (M) erkänns som nådd när den jämna driften (COV) överstiger ett fördefinierat tröskelvärde. Proportionen etanol i bränslet härleds sedan ur ökningen av mängden injicerat bränsle som krävs för att nå driftsgränsen för mager förbränning (M).

Genom att injicera bränsle till endast en cylinder och stänga av bränsleinsprutning till de återstående cylindrama under motorbromsning med avstängd bränsletillförsel, påverkar dessa cylindrar inte värdena för den jämna driften av förbränningsmotorn. Halten etanol kan därför fastställas på ett tillförlitligt och korrekt sätt. 536 056 Eftersom fastställandet av halten etanol i bränslet äger rum under fasen motorbromsning med avstängd bränsletillförsel, är det inte nödvändigt att inaktivera alla andra funktioner som till exempel tankavluftning eller lambdajustering.

Enligt en fördelaktig utveckling av uppfinningen erhålls proportionen etanol i bränslet från en karaktäristikfigur, där proportionen etanol plottas över ökningen av det injioerade bränslet som krävs för att nå driftsgränsen för mager förbränning. Detta har fördelen av att vara särskilt lätt att utföra.

Metoden enligt uppfinningen används särskilt för att validera den proportion etanol som erhålls med hjälp av en annan metod (i synnerhet A metoden).

Dessutom gör metoden enligt att uppfinningen det möjligt att verifiera signalen från en bränslesensor, i synnerhet en etanolsensor, som är anordnade i bränslekretsen i förbränningsmotom.

Tillförlitligheten vid beräkningen av proportionen etanol kan därför ökas på ett enkelt sätt.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer och utvecklingar av denna uppfinning är i definierade i underkraven och/eller förklaras nedan i samband med beskrivningen av det fördragna exemplet av utföringsform av uppfinningen, där: Figur 1 visar schematiskt ett blockdiagram av en förbränningsmotor med en associerad elektronisk styrenhet, Figur 2 visar ett diagram som illustrerar värdet förjämn drift COV över luftförhållandet Å Figur 3 visar ett diagram som illustrerar den tidsmässiga profllen för fasen motorbromsning med avstängd bränsletillförsel, Figur 4 visar ett diagram som illustrerar anslutningen av de enskilda cylindrama under fasen för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel, Figur 5 visar ett diagram som illustrerar den injioerade bränslemängden över tiden t, Figur 6 visar ett diagram som illustrerar Iuftförhållandet A över tiden t, och Figur 7 visar ett diagram som illustrerar jämndriftvärdet COV över tiden t. 536 055 Figur 1 visar en schematisk illustration av en förbränningsmotor 1 i ett fordon som kan drivas med bàde bensin och alkohol eller med en blandning mellan dessa bränslen.

Sådana motorfordon kallas flexibla bränsle fordon (flexible fueled vehicles, FFV) eller variabelt bränsle fordon (variable fuel vehicle, VFV).

Endast de komponenter som krävs för att förstå Uppfinningen illustreras i denna ñgur.

Uppfinningen förklaras med hänvisning till en förbrännlngsmotor som innefattar 4 cylindrar 21- 24, men den kan också användas med förbränningsmotorer med olika antal cylindrar och är faktiskt oberoende av typen av motor design, exempelvis fyrtakts bensinmotorer, tvàtaktsmotorer, framåtgäende och återgående kolvmotorer eller roterande kolvmotorer.

Förbränningsmotorn 1 har en intagssektion 2 och ett avgassektion 3, dessa är anslutna till förbränningskamrarna hos cylindrarna 21-Z4 i förbränningsmotom 1 med hjälp av inloppsventiler och utloppsventiler. Den friskluft som krävs för förbränning av bränsle/luftblandningen tillförs till förbränningsmotorn 1 via intagssektion 2. l intagssektion 2 anordnas bland annat en belastnings sensor 4. Till exempel kan en luftmassemätare eller en induktionrörsensor anordnas som belastningssensor 4. Signalen från belastningssensom 4 betecknas med referenstecknet L. Det bränsle eller den bränsleblandning som krävs för förbränning tas från en bränslelagringsbehållare 5 och levereras till injektionsventiler G som tillhör de enskilda cylindrama Z1 till 24. Bränslet kan injiceras i ledningama till de enskilda induktionsrören hos cylindrarna eller direkt i förbränningskamrama i de motsvarande cylindrama (direkt bränsleinsprlltning).

Efter förbränningen strömmar avgaserna via avgassektionen 3. en avgaskatalysator 7 och en ljuddämpare (visas inte) till miljön i ett rent tillstånd.

Uppströms om avgaskatalysatom 7, anordnas en avgassensor 8, som helst är i form av en lambdasensor och som tar upp ett kvarvarande syreinnehàll i avgasema och avger en motsvarande A signal. Förbränningsmotom 1 har dessutom en rotationshastighetsensor 9, som avger en signal som motsvarar rotationshastigheten N hos vevaxeln i förbränningsmotorn. I en föredragen utföringsfonn har bränslekretsen en sensor 11 som detekterar bränslets sammansättning, dvs andelen etanol i bränslet.

I syfte att kontrollera och reglera förbränningsmotom 1, finns en elektronisk styrenhet (ECU) 10 som, utöver de ovan nämnda sensorema. har ytterligare sensorer som krävs för driften av 535 056 förbränningsmotorn 1, där nämnda ytterligare sensorer inte uttryckligen illustreras i figuren och de signaler som de levererar indikeras generellt med referensen ES i figuren. Sensorema detekterar olika uppmätta variabler och avgör det uppmätta värdet pà den uppmätta variabeln i varje enskilt fall.

Beroende pà minst en av de uppmätta variablema fastställer den elektroniska styrenheten 10 reglersystemvariabler som sedan omvandlas till en eller flera reglersystemsignaler för att styra manöverdon med motsvarande servomekanismer.

Manöverdonen innefattar till exempel en gasventil i intagssektionen och injektionsventilema 6.

Ytterligare signaler för ytterligare manöverdon, som krävs för driften av förbränningsmotom 1, vilka inte visas uttryckligen, indikeras i figuren med referens tecknet AS.

Flera motorstyrfunktioner som baseras på karaktäristiska kartor implementeras med hjälp av programvara i den elektroniska styrenheten 10. Den elektroniska styrenheten 10 bestämmer den lämpliga tändningsinställningen och injektionsvaraktigheten som en funktion av lastsignalen L och rotationshastigheten N, med hänsyn till sammansättningen av fiex-bränslet. Den elektroniska styrenheten 10 är försedd med en funktion för s.k. motorbromsning med avstängd bränsletillförsel (overrun fuel cutoff) 12. Motorbromsning med avstängd bränsletillförsel innebär fullständig avstängning av bränsletillförseln till förbränningsmotom under en motorbromsningsoperation. En motorbromsningsoperation är ett belastningstillstånd där negativt arbete utförs, d.v.s. förbränningsmotom levererar inte energi men absorberar energi.

En motorbromsningsoperation inträffar i en bensinmotor när gasventilen plötsligt stängs och rotationshastigheten hos förbränningsmotom är större än tomgångsvarvtalet, så att fordonets massa saktas ned genom absorptionen av energi.

Den elektroniska styrenheten 10 har ett dataminne 13, som bland annat lagrar, karaktäristikligurer KF och tröskelvärden SW, betydelsen av dessa förklaras med hänvisning till följande figurer.

Som nämnts ovan. utnyttjar uppfinningen det faktum att förmågan till mager förbränningsdrift av förbränningsmotorn förbättras när proportionen etanol i bränslet ökar. Detta förhållande är uppenbart i diagrammet i figur 2, där värdet för jämn drift COV (koefficienten av variansen) är plottad över luftförhållandet A för olika bränslen. Det dimensionslösa värdet för jämn drift COV 536 055 karaktäriserar den oregelbundna driften av en förbränningsmotor. dvs. den oregelbundna driften ökar när värdet förjämn drift COV ökar. Ett fördefinierat tröskelvärde (till exempel COV = 5) definieras som en driftsgräns för mager förbränning, ovanför vilken en godtagbarjämn drift av förbränningsmotom inte längre uppstår.

Kurvoma ROZ95 och ROZ100 som visas i diagrammet ifigur 2 tillämpas på ren bensin med ett research oktantal 95 och 100, medan kurvoma E5, E50, E85 och E100 gäller för bränslen med respektive 5%, 50%, 85% och 100% etanolproportion.

Det framgår av diagrammet i figur 2 att driftsgränsen för mager förbränning (COV = 5) rör sig i riktning mot ett större luftförhàllande Å (dvs. i riktning mot mager) när etanol proportionen i bränslet ökar. Driftsgränsen för mager förbränning för bensin ROZ95 har exempelvis ett A värde på ca 1,25, medan driftsgränsen för mager förbränning för en ren etanol (E100) har ett Å värde av cirka 1.42.

Baserat på diagrammen i figur 3-7, förklaras metoden mer i detalj med hänvisning till en fyrcylindrig förbränningsmotor som exempelvis illustreras i figur 1.

Funktionen för motorbromsning med avstängd brånsletillförsel (overrun fuel cutoff) 12, som är implementerad i den elektroniska kontrollenheten 10. aktiveras vid en tid punkt tsAE. Öppningsvinkeln hos en gasventil som är anordnad i intagssektionen och den momentana rotationshastigheten N för förbränningsmotom 1, kan exempelvis användas som ett kriterium för detta, och dessa två parametrar kan vara relaterade till varandra pà ett känt sätt.

Bränsletillförseln för alla cylindrar Z1-Z4 är aktiverad ("ON" tillstànd i figur 4) tills tidpunkten tsM och den logiska signalen för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel är på nivà 0 (figur 3). Vid tidpunkten tsM växlar den logiska signalen för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel till nivå 1 och bränsletillförsel till alla cylindrar 21-24 är inaktiverat ("OFF" tillstànd ifigur 4). I en konventionell funktion för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel förblir urkopplingen av bränsletillförseln aktiv för alla cylindrar tills tidpunkt tSAE.

Enligt uppfinningen, i tidpunkten toN, aktiveras bränsletillförseln för cylindem Z1 samtidigt som den förblir inaktiverad för de andra cylindrarna 22-24. Med start fràn ett värde på injektionskvantiteten, med vilken ingen förbränning av luft/bränsle blandning ännu inträffar (mycket mager blandning med ett luftförhàllande på exempelvis A= 2), ökas bränslekvantiteten 536 055 gradvis. Detta illustreras i figur 5 med hjälp av en faktor K för den bränslemängd som skall injekteras. Samtidigt som förändringen i den injioerade bränslemängden sker övervakas den jämna driften av förbränningsmotom för denna cylinder 21.

Eftersom övervakning av jämn drift är känt sedan tidigare (jfr exempelvis DE 41 22 139 och DE 197 41 965), så beskrivs inte det i detalj här. Såsom visas i figur 7, blir värdet för jämn drift COV1 för den första cylindem 21 gradvis större (figur 7) då den injicerade bränslemängden kontinueriigt ökar och följaktligen blir luft-bränsle blandningen fetare (luftförhållandet A minskar från värdet 2.0 enligt figur 6). l detta utföringsexempel, antas att COV värdet är 5, vilket representerar driftsgränsen för mager förbränning M. Referensen KM ifigur 5 representerar faktom för ökningen av den bränslemängd som gör att värdet förjämn drift COV1 för den första cylindem Z1 nàr driftsgränsen för mager förbränning M (COV = 5, figur 7). Denna faktor, som är kopplad till driftsgränsen för mager förbränning M, medger nu att etanolproportionen i bränslet kan fastställas.

Etanolproportionen avläses lämpligen från en karaktäristikfigur KF av den elektroniska styrenheten 10, där etanolproportionen är plottad över faktom KM i figuren. Av praktiska skäl kan det även vara lämpligt att plotta etanolproportionen över AM i karaktäristikfiguren, där AM = 1IKM.

När värdet för jämn drift COV1 för den första cylindem har nått driftsgränsen för mager förbränning M, stoppas ökningen av den bränslemängd som injiceras i den första cylindem Z1.

Den beskrivna metoden för att öka den injicerade bränslemängden utförs sedan för de återstående cylindrama 22-24 i turordning, som framgår av diagrammen i figur 4-7. Värdena för jämn drift för dessa cylindrar betecknas som COV2 till COV4 i figur 7. Etanolproportionen i bränslet bestäms sedan slutligen genom en statistisk analys av resultaten för alla cylindrar och med ett flertal genomgångar genom den beskrivna metoden.

Som redan beskrivits i inledningen, kan etanolproportionen i bränslet som fastställs på detta sätt användas för att validera den etanolproportionen som erhålles med hjälp av någon annan metod.

En grundläggande fördel med den uppfinningsenliga metoden är att den inte beror på en mätning av A värdet. På grund av denna validering, är därför möjligt att fastställa om en förändring i A värde beror på en förändring i etanolproportionen eller ett fel i bränslesystemet. 536 056 Med hjäip av de validerade värdena av A metoden, kan sedan det operativa manöverorganet utföra den A anpassningsmetod som redan är känd och därmed även bränsle system diagnosen (fuel system diagnosis, FSD).

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 535 056 Patentkrav . En metod för att bestämma etanolproportionen i ett bränsle för en förbränningsmotor i ett motorfordon, där beroendet mellan driftsgränsen för mager förbränning i förbränningsmotom för motorfordonet och etanolproportionen i bränslet används för att bestämma etanolproportionen, känneteck n ad a v att i syfte att fastställa driftsgränsen för mager förbränning (M), injiceras en bränslemängd i en cylinder i förbränningsmotom i driftsintervallet för motorbromsning med avstängd bränsletillförsel av förbränningsmotorn, med vilken bränslemängd ingen förbränning av luft-bränsle blandningen inträffar, bränsiemängden höjs gradvis tills förbränning uppstår, den jämna driften (COV) av förbränningsmotorn för denna cylinder övervakas under denna aktivitet, och driftsgränsen för mager förbränning (M) identifieras som nådd när den jämna driften (COV) överstiger ett fördefinierat tröskelvärde, där proportionen etanol i bränslet sedan härleds ur ökningen av mängden injicerat bränsle som krävs för att nå driftsgränsen för mager förbränning (M). . Metoden enligt krav 1, kännetecknad av att etanolproportionen i bränslet erhålls från en karaktäristikfigur, där etanolproportionen plottas över ökningen av det injioerade bränslet som krävs för att nå driftsgränsen för mager förbränning (M). Metod enligt krav 2, kännetecknad av att etanolproportionen i karaktäristikfiguren plottas beroende på rotationshastighet och belastning hos förbränningsmotorn. Metoden enligt något av föregående krav, kännetecknad av att fastställandet av etanolproportionen i bränslet används för att validera den etanolproportion som har framställts med hjälp av en annan metod.