WO2008031641A1 - Verfahren zum bestimmen des ethanol-anteils des kraftstoffes in einem kraftfahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the ethanol content of the fuel in a motor vehicle.
  • ethanol ethanol
  • the concentration of ethanol in the tank fuel may change from one tank fill to another tank fill, depending on the fuel grade. Any ethanol content of the fuel can be between 0 and 100%.
  • the operating control unit it is necessary for the operating control unit to recognize the new fuel composition as soon as possible and to take it into account in its control strategies.
  • the ⁇ method allows a reliable determination of the ethanol content only in the case of an intact fuel system. Since the diagnosis of the fuel system (FSD: Fuel System Diagnosis) is likewise carried out by means of the ⁇ values measured by the ⁇ sensor, the ⁇ method does not provide any reliable ⁇ values. Namely, the Radio Frequegerat can not clearly determine whether a deviation of the ⁇ value resulting from a change in the ethanol content of the fuel or a failure of the fuel system.
  • the present invention has for its object to provide a method for determining the ethanol content of the fuel of a motor vehicle, which is independent of a measurement of the air ratio ⁇ in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the present invention is based on the finding that ethanol-fueled internal combustion engines exhibit improved lean-running capability. This means that the lean running limit of the internal combustion engine with a higher proportion of ethanol in the fuel shifts in the direction of lean. This relationship between lean running limit and ethanol content of the fuel is used to determine the ethanol content.
  • the fuel quantity to be injected into a cylinder of the internal combustion engine is expediently progressively reduced, in which case the smoothness of the internal combustion engine is monitored for this cylinder and the lean running limit is detected as reached when the smoothness exceeds a predetermined threshold value.
  • the process according to the invention is used in particular for plausibilizing the ethanol fraction obtained by means of another process (in particular the ⁇ process).
  • Fig. 1 is a diagram in which the smooth running value COV is plotted against the air ratio ⁇ , and
  • FIG. 2 shows two diagrams, wherein in the upper diagram a factor K for the amount of fuel to be injected is plotted over the time t and in the lower diagram the running rest value COV is plotted over the time t.
  • the invention makes use of the fact that with an increase in the ethanol content of the fuel, the lean running ability of the internal combustion engine improves.
  • This relationship is apparent from the diagram of FIG. 1, in which the smooth running value COV (Coefficient Of Variance) is plotted against the air ratio ⁇ for different fuels.
  • the dimensionless running quietness COV characterizes the rough running of an internal combustion engine; This means that the uneven running becomes greater with increasing running smoothness value COV.
  • ROZ95 and ROZ 100 curves shown in the graph of Figure 1 are for 95 and 100 octane pure gasoline, while the E5, E50, E85 and ElOO curves are for fuels with 5%, 50%, 85% ethanol content. or 100% apply.
  • the lean burn limit for gasoline ROZ95 is at a ⁇ value of about 1.25
  • the lean burn limit for pure ethanol (El00) is at a ⁇ value of about 1.42.
  • the amount of fuel to be injected into a first cylinder is initially reduced gradually. This is represented in the upper diagram of FIG. 2 by a factor K for the quantity of fuel to be injected.
  • the factor Kl for the first cylinder is further reduced to 0.9 and then progressively.
  • the smooth running of the internal combustion engine is monitored for the individual cylinders. Since the monitoring of the smoothness in the prior art (see, for example, DE 41 22 139 and DE 197 41 965) is known, this will not be discussed in more detail. As shown in the lower diagram of FIG. 2, the running rest value COV1 for the first cylinder becomes progressively greater as the amount of fuel to be injected is reduced and thus the air / fuel mixture is emaciated, as indicated by the curve COV1 in the lower diagram of FIG see is.
  • This factor K M which represents the reduction of the amount of fuel injected into the first cylinder when the lean limit is reached, now permits a determination of the ethanol content of the fuel.
  • the ethanol content of the fuel determined in this way is used to check the plausibility of a ⁇ process known from the prior art.
  • a significant advantage of the method according to the invention is that it does not depend on a measurement of the X value. With this plausibility check, it can therefore be determined at any time whether a change in the ⁇ value is due to a change in the ethanol content or a fault in the fuel system. With the plausibilized values of the X method, the operating control unit can then carry out the usual ⁇ adaptation method and thus the fuel system diagnosis (FSD).
  • FSD fuel system diagnosis

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abhängigkeit der Magerlaufgrenze der Brennkraftmaschine vom Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Bestimmen des Ethanol-Anteils benutzt, indem aus der zum Erreichen der Magerlaufgrenze erforderlichen Verringerung der eingespritzten Kraftstoffmenge auf den Ethanol- Anteil geschlossen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes in einem Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes in einem Kraftfahrzeug.
Der Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Ethanol (Alkohol) enthal- tendem Kraftstoff ist schon seit langem erprobt, und vor allem in Sudamerika und Nordamerika sind viele Fahrzeuge für einen derartigen Betrieb ausgestattet. Die Konzentration des Etha- nols im Tank-Kraftstoff kann sich je nach der getankten Kraftstoffsorte von einer Tankfullung zur anderen Tankfullung an- dern. Hierbei können sich beliebige Ethanol-Anteile des Kraftstoffes zwischen 0 und 100 % ergeben. Für einen einwandfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, dass das Betriebssteuergerat die neue KraftstoffZusammensetzung sobald wie möglich erkennt und in ihren Regelungsstrategien beruck- sichtigt.
Im Stand der Technik (siehe z.B. US-Bl-6 257 174) ist es bereits bekannt, den unterschiedlichen Luftbedarf von Ethanol einerseits und anderen Kraftstoffen andererseits (Ethanol: 8,9; Benzin: 14,7) zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffs zu benutzen. Bei einer Änderung des Ethanol- Anteils des Kraftstoffes ändert sich die vom λ-Sensor gemessene Luftzahl λ, und aus dieser Änderung der Luftzahl lasst sich auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes schließen (λ-Methode) .
Die λ-Methode ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des E- thanol-Anteils allerdings nur im Fall eines intakten KraftstoffSystems . Da die Diagnose des KraftstoffSystems (FSD: Fuel System Diagnosis) ebenfalls mittels der vom λ-Sensor gemesse- nen λ-Werte durchgeführt wird, liefert das λ-Verfahren keine verlasslichen λ-Werte. Das Betriebssteuergerat kann nämlich nicht eindeutig feststellen, ob eine Abweichung des λ-Wertes aus einem geänderten Ethanol-Anteil des Kraftstoffes oder einem Fehler des KraftstoffSystems resultiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes eines Kraftfahrzeuges anzugeben, das von einer Messung der Luftzahl λ im Abgas der Brennkraftmaschine unabhängig ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Lösen dieser Auf- gäbe ist in Anspruch 1 definiert.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit Ethanol betriebene Brennkraftmaschinen eine verbesserte Magerlauffähigkeit zeigen. Das heißt, dass sich die Magerlaufgrenze der Brennkraftmaschine mit höherem Ethanol-Anteil des Kraftstoffes in Richtung mager verschiebt. Dieser Zusammenhang zwischen Magerlaufgrenze und Ethanol-Anteil des Kraftstoffes wird zum Bestimmen des Ethanol-Anteils benutzt.
Zum Ermitteln der Magerlaufgrenze wird zweckmäßigerweise die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fortschreitend verringert, hierbei die Laufruhe der Brennkraftmaschine für diesen Zylinder überwacht und die Magerlaufgrenze als erreicht erkannt, wenn die Laufruhe einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Aus der zum
Erreichen der Magerlaufgrenze erforderlichen Verringerung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird dann - zweckmäßigerweise über ein Kennfeld - auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes geschlossen .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zum Plausibi- lisieren des mittels eines anderen Verfahrens (insbesondere des λ-Verfahrens) gewonnenen Ethanol-Anteils verwendet.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es zeigt : Fig. 1 ein Diagramm in dem der Laufruhewert COV über der Luftzahl λ aufgetragen ist, und
Fig.2 zwei Diagramme, wobei im oberen Diagramm ein Faktor K für die einzuspritzende Kraftstoffmenge über der Zeit t und im unteren Diagramm der Laufruhewert COV über der Zeit t aufgetragen ist.
Wie bereits erwähnt, macht sich die Erfindung die Tatsache zunutze, dass sich mit einer Erhöhung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes die Magerlauffähigkeit der Brennkraftmaschine verbessert. Dieser Zusammenhang geht aus dem Diagramm der Figur 1 hervor, in dem der Laufruhewert COV (Coefficient Of Va- riance) über der Luftzahl λ für verschiedene Kraftstoffe aufgetragen ist. Der dimensionslose Laufruhewert COV charakterisiert die Laufunruhe einer Brennkraftmaschine; das heißt, dass die Laufunruhe mit größer werdendem Laufruhewert COV größer wird. Als Magerlaufgrenze wird üblicherweise ein vorgegebener Schwellenwert (beispielsweise COV = 5) definiert, oberhalb dessen keine akzeptable Laufruhe der Brennkraftmaschine mehr gegeben ist.
Die im Diagramm der Figur 1 dargestellten Kurven ROZ95 und ROZ 100 gelten für reines Benzin einer Oktanzahl von 95 und 100, während die Kurven E5, E 50, E85 und ElOO für Kraftstoffe mit einem Ethanol-Anteil von 5 %, 50 %, 85 % bzw. 100 % gelten.
Wie sich dem Diagramm der Figur 1 entnehmen lässt, verschiebt sich die Magerlaufgrenze (COV = 5) mit größer werdendem Ethanol-Anteil des Kraftstoffes in Richtung größerer Luftzahl λ, das heißt in Richtung mager. So liegt die Magerlaufgrenze für Benzin ROZ95 bei einem λ-Wert von ungefähr 1,25, während die Magerlaufgrenze für reines Ethanol (ElOO) bei einem λ-Wert von ungefähr 1,42 liegt. Anhand der Diagramme der Figur 2 wird nun das erfindungsgemaße Verfahren in Verbindung mit einer Vierzylinder- Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) naher erläutert:
Wenn die Brennkraftmaschine in einem konstanten Lastpunkt, z. B. im Leerlauf, betrieben wird, wird zunächst die in einen ersten Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge schrittweise verringert. Dies ist in dem oberen Diagramm der Figur 2 durch einen Faktor K für die einzuspritzende Kraftstoffmenge darge- stellt. Zunächst wird der Faktor Kl für den ersten Zylinder auf 0,9 und dann fortschreitend weiter verringert. Gleichzeitig wird die in die übrigen Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge um einen entsprechenden Betrag erhöht, damit das gesamte Kraftstoff/Luft-Verhaltnis samtlicher Zylinder bei λ = 1 gehalten wird. Dies ist in dem oberen Diagramm der Figur 2 durch die mit K2, K3 und K4 bezeichnete Kurve angedeutet.
Gleichzeitig mit der beschriebenen Änderung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine für die einzelnen Zylinder überwacht. Da die Überwachung der Laufruhe im Stand der Technik (vgl. z. B. DE 41 22 139 und DE 197 41 965) bekannt ist, wird hierauf nicht naher eingegangen. Wie im unteren Diagramm der Figur 2 gezeigt, wird der Laufruhewert COVl für den ersten Zylinder zunehmend großer, wahrend die einzuspritzende Kraftstoffmenge verringert und damit das Luft/Kraftstoff-Gemisch abgemagert wird, wie dies durch die Kurve COVl in dem unteren Diagramm der Figur 2 zu sehen ist.
Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wurde der die Magerlauf- grenze M darstellende COV-Wert mit 5 angenommen. Wenn nun der Laufruhewert COVl für den ersten Zylinder die Magerlaufgrenze M (COV = 5) erreicht hat, betragt der der Magerlaufgrenze M zugeordnete Faktor KM für den ersten Zylinder beispielsweise 0,7. Dieser Faktor KM, der die Verringerung der in den ersten Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge bei Erreichen der Magerlaufgrenze darstellt, erlaubt nun eine Bestimmung des Etha- nol-Anteils des Kraftstoffes. Der Ethanol-Anteil wird zweckmaßigerweise aus einem Kennfeld (nicht gezeigt) ausgelesen, in dem der Ethanol-Anteil über dem Faktor KM aufgetragen ist. Aus praktischen Gründen kann es auch zweckmäßig sein, im Kennfeld den Ethanol-Anteil über λM aufzutragen, wobei λM = 1/KM ist. Im beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel gilt beispielsweise für λM = 1/0,7 = 1,428.
Wenn der Laufruhewert COVl für den ersten Zylinder die Mager- laufgrenze M erreicht hat, wird die Verringerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge für den ersten Zylinder beendet. Hierauf wird das beschriebene Verfahren der Verringerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge nacheinander bei den übrigen Zylindern durchgeführt, wie dies in den beiden Diagrammen der Figur 2 angedeutet wird. Die endgültige Ermittlung des Etha- nol-Anteils des Kraftstoffes erfolgt dann aus einer statistischen Auswertung der Ergebnisse für samtliche Zylinder und mittels mehrerer Durchlaufe des beschriebenen Verfahrens.
Wie bereits eingangs erwähnt, wird der auf diese Weise ermittelte Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Plausibilisieren eines anhand des im Stand der Technik bekannten λ-Verfahrens verwendet. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht darin, dass es nicht von einer Messung des X- Wertes abhangig ist. Mit dieser Plausibilisierung lasst sich daher jederzeit feststellen, ob eine Änderung des λ-Wertes auf eine Änderung des Ethanol-Anteils oder einem Fehler des KraftstoffSystems beruht. Mit den plausibilisierten Werten des X- Verfahrens kann dann das Betriebssteuergerat das heutzutage übliche λ-Adaptionsverfahren und damit die Kraftstoffsystemdi- agnose (FSD) durchfuhren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des Ethanol-Anteils des Kraftstoffs eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Magerlaufgrenze (M) der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges vom Ethanol-Anteil des Kraftstoffes zum Bestimmen des Ethanol-Anteiles benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Magerlaufgrenze (M) die in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fortschreitend verringert, hierbei die Laufruhe (COV) der Brennkraftmaschine für diesen Zylinder überwacht und die Magerlaufgrenze (M) als erreicht erkannt wird, wenn die Laufruhe (COV) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zum Erreichen der Magerlaufgrenze (M) erforderlichen Verringerung (KM) der eingespritzten Kraftstoffmenge auf den Ethanol-Anteil des Kraftstoffes geschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verringerung der in den einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge die in den verbleibenden Zylindern einzuspritzenden Kraftstoffmengen fortschreitend so erhöht werden, dass die Luftzahl λ auf einem konstanten Wert gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ethanol-Anteil des Kraftstoffes aus einem Kennfeld gewonnen wird, in dem der Ethanol-Anteil über der zum Erreichen der Magerlaufgrenze (M) erforderlichen Verringerung (KM) des eingespritzten Kraftstoffes aufgetragen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ethanol-Anteil im Kennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine aufgetragen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Magerlaufgrenze (M) bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in einem stationären Lastpunkt durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Ethanol-Anteils des Kraftstoffes zum Plausibilisieren des mittels eines anderen Verfahrens gewonnenen Ethanol-Anteils verwendet wird.
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