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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
gemäß Anspruch
1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 7.
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Herkömmliche
Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzanlage werden durch eine
elektronische Motorsteuerung (ECU – Electronic Control Unit)
gesteuert, die als Eingangssignal beispielsweise die Stellung der
Kurbelwelle und der Nockenwelle erfasst und ausgangsseitig beispielsweise
die Einspritzdauer und den Einspritzzeitpunkt festlegt.
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Es
ist weiterhin bekannt, während
des Betriebs der Brennkraftmaschine die Kraftstoffqualität zu ermitteln
und bei der Steuerung der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen,
um Schwankungen der Kraftstoffqualität oder -zusammensetzung auszugleichen.
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Zur
Zeit werden Kraftstoffqualitätsänderungen
mit Hilfe einer sogenannten Startmengenadaption oder der Laufunruhe-Methode
erkannt und durch Änderung
der Einspritzzeitdauern kompensiert. Bei diesen bekannten Verfahren
wird der Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraftmaschine bzw.
die Drehzahlschwankungen beim Starten ausgewertet. Liegt der Drehzahlanstieg
bzw. liegen die Drehzahlschwankungen nicht innerhalb eines erlaubten,
vorgegebenen Vertrauensbandes, so wird die Einspritzzeitdauer entsprechend
korrigiert. Der Betrag der Korrektur wird aber relativ ungenau berechnet,
so dass unter Umständen
die Korrektur zu stark ausfällt. Insbesondere
wird bei einem sogenannten "schlechten
Start" die Einspritzzeitdauer
derart verändert, dass
das Kraftstoff-Luft-Gemisch fetter wird, weshalb das Kraftstoff-Luft-Gemisch
nach einem Tankvorgang mit sehr gutem Treibstoff zu fett werden
kann.
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Die
Brennkraftmaschine springt dann nur noch schlecht oder gar nicht
mehr an.
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Nachteilig
an diesem Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffqualität ist weiters
die relativ geringe Genauigkeit, da der Drehzahlanstieg beim Starten
der Brennkraftmaschine nicht nur von der Kraftstoffqualität abhängt, sondern
auch von anderen Parametern beeinflusst wird, wie beispielsweise
der inneren Reibung der Brennkraftmaschine.
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In
der
DE 40 27 947 A1 sind
verschiedene Verfahren beschrieben, wie man die Kraftstoffqualitätsänderungen
berücksichtigen
kann. Zum einen kann nach jedem Betanken des von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Fahrzeuges die Regelabweichung im Lambdaregelungskreis
gemessen und ein Adaptionswert so verändert werden, dass die ermittelte
Regelabweichung verschwindet. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
dass es nur dann funktioniert, wenn die Lambdaregelung aktiv ist,
was aber insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine nicht der Fall
ist. Zum anderen sind Verfahren vorgeschlagen, die auch bei kalter
Brennkraftmaschine selbst dann für
eine Betriebsfähigkeit
der Brennkraftmaschine sorgen, wenn sich die Kraftstoffzusammensetzung
beim Betanken stark ändert,
z. B. dadurch, dass ein Kraftstoff enthaltender Tank fast leer gefahren
wurde und dann ein überwiegend
Methanol enthaltender Kraftstoff getankt wurde. Mit Hilfe der Tankstände vor
und nach dem Betanken und auf Grundlage der Daten zu käuflichen
Kraftstoffen wird abgeschätzt,
was für
Kraftstoffzusammensetzungen vorliegen können. Die Vorsteuerwerte werden
dann für den
Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffen der möglichen
Zusammensetzungen verändert
und es wird untersucht, unter der Annahme bei welcher Zusammensetzung
die Brennkraftmaschine am besten läuft. Mit diesen Werten wird
dann die Brennkraftmaschine weiter geregelt.
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Ein
weiteres Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffqualität beruht
auf der Messung der beim Einspritzen des Kraftstoffs verbrauchten
Verdunstungsenergie. So verdunstet der Kraftstoff beim Einspritzen
teilweise, wobei Wärmeenergie
aus der Umgebung aufgenommen wird, was zu einem Temperaturabfall
führt,
der von einem Temperatursensor gemessen werden kann. Der gemessene
Temperaturabfall hängt
hierbei von der spezifischen Verdunstungsenergie des Kraftstoffs
ab und gibt somit die Kraftstoffqualität wieder.
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Nachteilig
an diesem Verfahren zur Bestimmung der Kraftstoffqualität ist jedoch
die Tatsache, dass ein zusätzlicher
Temperatursensor im Bereich der Injektoren erforderlich ist.
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Des
Weiteren ist aus
DE
201 15 560 U1 eine Vorrichtung bekannt, bei der die Bestimmung
der Kraftstoffqualität
in einer Analysekammer vorgenommen wird. In dieser Analysekammer
befindet sich ein Injektor, der einen Temperatursensor mit einem
Kraftstoffstrahl beaufschlagt. Wiederum kann die Verdunstungsenergie
dazu verwendet werden, die Qualität des Kraftstoffes zu bestimmen.
Auch diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass ein zusätzlicher
Temperatursensor nötig
ist, um die Qualität
des Kraftstoffes zu bestimmen. Außerdem hat diese Vorrichtung den
Nachteil, dass zur Unterdruckerzeugung in der Analysekammer und
im Kraftstoffbehälter
eine elektrische Pumpe verwendet wird.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von der Kraftstoffqualität
anzugeben, wobei die Kraftstoffqualität mit möglichst geringem Aufwand möglichst genau
bestimmt werden soll.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des
Anspruchs 1 und bezüglich der
Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
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Die
Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Kraftstoffqualität aus dem
Ausgasungsverhalten des Kraft stoffs zu ermitteln.
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Hierbei
geht die Erfindung von der physikalisch-technischen Erkenntnis aus,
dass die Kraftstoffzusammensetzung das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs
beeinflusst. So gast ein Kraftstoff mit einem hohen Anteil kurzkettiger
Kohlenwasserstoffe stärker
aus als ein Kraftstoff mit einem hohen Anteil langkettiger Kohlenwasserstoffe.
Das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs ermöglicht also einen Rückschluss
auf die Zusammensetzung des Kraftstoffs aus langkettigen und kurzkettigen
Kohlenwasserstoffen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs in einem
Kraftstoffbehälter
ermittelt, wobei der Kraftstoffbehälter vorzugsweise druckdicht
verschließbar
ist, um den Druck in dem Kraftstoffbehälter für die Ermittlung des Ausgasungsverhaltens
absenken zu können.
Dies ist vorteilhaft, da der Kraftstoff mit abnehmendem Druck stärker ausgast,
so dass das Ausgasungsverhalten bei geringem Druck leichter und
genauer ermittelt werden kann.
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Die
Druckabsenkung in dem Kraftstoffbehälter erfolgt vorzugsweise dadurch,
dass der Kraftstoffbehälter
mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden wird, in dem
ein Unterdruck herrscht. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass
der Unterdruck in dem Kraftstoffbehälter durch eine separate Pumpe
erzeugt wird, wozu beispielsweise die Niederdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems eingesetzt
werden kann.
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Die
Bestimmung des Ausgasungsverhaltens des Kraftstoffs erfolgt vorzugsweise
durch eine Messung der Abgaszusammensetzung der Brennkraftmaschine.
Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass der ausgasende Kraftstoff
in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangt und dort zu einer Gemischanfettung
führt,
was sich in einer veränderten
Abgaszusammensetzung äußert. In
dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ist deshalb vorzugsweise eine
Lambda-Sonde angeordnet, aus deren Ausgangssignal das Ausgasungsverhalten
des Kraftstoffs abgeleitet wird.
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Alternativ
ist es jedoch zur Bestimmung des Ausgasungsverhaltens des Kraftstoffs
auch möglich, den
Beladungsgrad im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu messen, was
detailliert in
DE
197 01 353 C1 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Druckschrift
der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist.
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In
einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist zwischen dem Kraftstoffbehälter und
dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ein Filterelement angeordnet,
das den ausgasenden Kraftstoff mindestens teilweise zwischenspeichern
kann. Hierzu kann beispielsweise ein Aktivkohlefilter eingesetzt
werden. In dieser Variante der Erfindung wird der Druck in dem Kraftstoffbehälter vorzugsweise
für eine
bestimmte Zeitspanne gegenüber
dem Umgebungsdruck abgesenkt, um das Ausgasen des Kraftstoffs zu
verstärken,
wobei der ausgasende Kraftstoff zunächst von dem Filterelement
aufgenommen wird. Anschließend kann
der Druck in dem Kraftstoffbehälter
dann wieder normalisiert werden. Die Ermittlung des Ausgasungsverhaltens
erfolgt dann, indem das Filterelement mit Frischluft gespült wird,
wobei die gespeicherten Kraftstoffausgasungen freigesetzt werden
und in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangen, was zu einer
messbaren Gemischanfettung führt.
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Vorzugsweise
ist das Filterelement über
ein steuerbares Ventil mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
verbunden, wobei das Ventil vorzugsweise durch die Steuereinheit
angesteuert wird.
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Darüber hinaus
ist das Filterelement vorzugsweise durch ein weiteres steuerbares
Ventil mit der Umgebung verbunden, um Frischluft ansaugen zu können.
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In
einer Variante der Erfindung wird auch der Einfluss der Kraftstofftemperatur
auf das Ausgasungsverhalten berücksichtigt,
um temperaturbedingte Messfehler zu vermeiden. So gast der Kraftstoff
mit zunehmender Temperatur stärker
aus, was ohne eine Berücksichtigung
der Temperatur die Bestimmung der Kraftstoffqualität verfälschen würde.
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Vorzugsweise
ist hierzu ein Temperatursensor vorgesehen, der die Kraftstofftemperatur
misst und an die Steuereinheit weitergibt, wobei der Temperatursensor
vorzugsweise in dem Kraftstoffbehälter angeordnet ist.
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Es
ist jedoch alternativ auch möglich,
die Kraftstofftemperatur modellbasiert aus anderen Parametern abzuleiten,
die ohnehin gemessen werden. Beispielsweise kann die Kraftstofftemperatur
aus der Öltemperatur,
der Kühlmitteltemperatur
und der Außentemperatur
abgeleitet werden, da diese Größen in modernen
Kraftfahrzeugen meist ohnehin gemessen werden. Die modellbasierte
Ermittlung der Kraftstofftemperatur bietet den Vorteil, dass auf
einen separaten Temperatursensor verzichtet werden kann.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Steuerung einer Brennkraftmaschine,
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2 das erfindungsgemäße Verfahren
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine als Flussdiagramm sowie
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3 ein Kennliniendiagramm
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Darstellung in 1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzanlage, wobei
die Brennkraftmaschine 1 in herkömmlicher Weise aufgebaut ist
und deshalb nur schematisch dargestellt ist.
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Die
Brennkraftmaschine 1 wird durch eine elektronische Steuereinheit 2 angesteuert,
wobei die Steuereinheit 2 beispielsweise den Einspritzzeitpunkt sowie
die Einspritzdauer der Einspritzanlage vorgibt.
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Als
Eingangssignale wertet die Steuereinheit 2 die Messsignale
eines Luftmassensensor 3 sowie einer Lambda-Sonde 4 aus, wobei
der Luftmassensensor 3 in einem Ansaugtrakt 5 der
Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, während sich die Lambda-Sonde 4 auf
der Auslassseite der Brennkraftmaschine 1 in einem Abgaskanal 6 befindet.
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Darüber hinaus
ist in dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 auch
eine Drosselklappe 7 angeordnet, die den von der Brennkraftmaschine 1 angesaugten
Luftmassenstrom steuert und von der Steuereinheit 2 eingestellt
wird.
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Ferner
ist in dem Abgaskanal 6 ein herkömmlicher Drei-Wege-Katalysator 8 angeordnet.
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Zur
Kraftstoffversorgung ist ein Kraftstoffbehälter 9 vorgesehen,
der mit der Brennkraftmaschine 1 über eine nur schematisch dargestellte
Kraftstoffleitung 10 verbunden ist.
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Darüber hinaus
weist der Kraftstoffbehälter 9 eine
Entlüftungsleitung 11 auf,
die in einen Aktivkohlefilter 12 mündet, wobei der Aktivkohlefilter 12 den aus
dem Kraftstoffbehälter 9 ausgasenden
Kraftstoff zwischenspeichern kann. Hierdurch wird verhindert, dass
ausgasender Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 9 austritt, was
zu einer Umweltverschmutzung führen
würde.
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Der
Aktivkohlefilter 12 hat jedoch nur eine begrenzte Speicherfähigkeit
und muss deshalb gelegentlich mit Umgebungsluft gespült werden,
um den gespeicherten Kraftstoff aus dem Aktivkohlefilter 12 auszuspülen. Der
Aktivkohlefilter 12 ist deshalb über ein steuerbares Ventil 13 mit
der Umgebung verbunden, wobei das Ventil 13 von der Steuereinheit 2 angesteuert
wird. Darüber
hinaus ist der Aktivkohlefilter 12 über ein steuerbares Ventil 14 mit
dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
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Im
geöffneten
Zustand der Ventile 13 und 14 saugt die Brennkraftmaschine 1 also
Umgebungsluft über
den Aktivkohlefilter 12 an, wobei die in dem Aktivkohlefilter 12 gespeicherten
Kraftstoffausgasungen ausgespült
werden und dadurch das Gemisch in dem Ansaugtrakt 5 der
Brennkraftmaschine 1 anfetten, was von der Lambda-Sonde 4 gemessen
wird. Zum Spülen
des Aktivkohlefilters 12 werden die beiden Ventile 13 und 14 also
solange geöffnet,
bis die Lambda-Sonde 4 keine Anfettung des Gemischs in dem
Ansaugtrakt 5 mehr misst, da dann die gesamten Kraftstoffausgasungen
aus dem Aktivkohlefilter 12 ausgespült sind und die Speicherfähigkeit
des Aktivkohlefilters 12 somit wieder hergestellt ist.
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Darüber hinaus
weist der Kraftstoffbehälter 9 einen
Drucksensor 15 auf, der den Druck in dem Kraftstoffbehälter 9 misst
und zur Auswertung des Messsignals mit der Steuereinheit 2 verbunden
ist.
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Schließlich ist
in dem Kraftstoffbehälter 9 noch
ein Temperatursensor 16 angeordnet, der die Kraftstofftemperatur
misst und an die Steuereinheit 2 weitergibt. Dies ermöglicht vorteilhaft
eine Berücksichtigung
der Kraftstofftemperatur bei der Bestimmung der Kraftstoffqualität aus dem
Ausgasungsverhalten, wodurch temperaturbedingte Messfehler vermieden
werden.
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Im
folgenden wird nun das erfindungsgemäße Betriebsverfahren unter
Bezugnahme auf das in 2 dargestellte
Flussdiagramm erläutert.
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Nach
dem Start wird zunächst
in einem ersten Schritt der Druck in dem Kraftstoffbehälter 9 gegenüber der
Umgebung abgesenkt. Hierzu öffnet
die Steuereinheit 2 das Ventil 14, während das
Ventil 13 geschlossen wird. Der in dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 herrschende
Unterdruck führt dann
zu einer Evakuierung des Kraftstoffbehälters 9, wodurch das
Ausgasen von Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 9 verstärkt wird.
Diese Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens
entspricht in 3 dem Zeitraum
zwischen t1 und t2.
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Während der
Evakuierung misst der Drucksensor 15 den Druck in dem Kraftstoffbehälter 9 und meldet
diesen an die Steuereinheit 2, die beim Erreichen des gewünschten
Unterdrucks in dem Kraftstoffbehälter 9 auch
das Ventil 14 schließt,
so dass der Kraftstoffbehälter
druckdicht abgeschlossen ist.
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Die
beiden Ventile 13, 14 bleiben dann für eine bestimmte
Zeitspanne geschlossen, wobei der in dem Kraftstoffbehälter 9 ausgasende
Kraftstoff über
die Entlüftungsleitung
in den Aktivkohlefilter 12 gelangt und dort zwischengespeichert
wird. Diese Phase des erfindungsgemäßen Verfahren entspricht in 3 der Zeitspanne zwischen
t2 und t3. Der geringfügige Druckanstieg
während
dieser Zeitspanne wird zum einen durch die unvermeidbaren Undichtigkeiten
des Kraftstoffbehälters 9 und
zum anderen durch die Kraftstoffausgasungen verursacht.
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Nach
Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne öffnet die Steuereinheit 2 dann
zum Zeitpunkt t3 die beiden Ventile 13, 14,
so dass der in dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 herrschende
Unterdruck Frischluft durch den Aktivkohlefilter 12 ansaugt.
Der Aktivkohlefilter 12 wird dabei mit Frischluft gespült, was
zu einer Freisetzung der zwischengespeicherten Kraftstoffausgasungen
führt.
Die freigesetzten Kraftstoffausgasungen gelangen dann in den Ansaugtrakt 5 der
Brennkraftmaschine 1 und führen dort zu einer Gemischanfettung,
was sich in einer Änderung
der von der Lambda-Sonde 4 gemessenen Abgaszusammensetzung äußert.
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Nach
dem Öffnen
der beiden Ventile 13, 14 misst die Steuereinheit 2 deshalb
durch die Lambda-Sonde 4 in vorgegebenen Abtastintervallen
die Abgaszusammensetzung in dem Abgaskanal 6.
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Aus
diesen Messwerten berechnet die Steuereinheit 2 dann den
Beladungsgrad BEL, der die Kraftstoffausgasungen wiedergibt. Aus 3 ist ersichtlich, dass
der Beladungsgrad BEL nach dem Öffnen
der beiden Ventile 13, 14 zum Zeitpunkt t3 ansteigt, was von der Gemischanfettung
durch die freigesetzten Kraftstoffausgasungen herrührt. Der
Anstieg des Beladungsgrads BEL nach dem Zeitpunkt t3 ermöglicht also
einen Rückschluss
auf die Menge des ausgegasten Kraftstoffs.
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Anschließend wird
dann die zeitliche Änderung
des Beladungsgrads berechnet, wobei ein gleitender Mittelwert über mehrere
Abtastwerte gebildet wird, um den Einfluss von Messfehlern auszugleichen.
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Darüber hinaus
erfasst die Steuereinheit 2 durch den Temperatursensor 16 auch
die Kraftstofftemperatur, um den Einfluss der Kraftstofftemperatur auf
das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs berücksichtigen zu können.
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In
einem letzten Schritt berechnet die Steuereinheit 2 dann
aus der zeitlichen Änderung
des Beladungsgrads und der Kraftstofftemperatur T einen Qualitätswert Q,
der die Kraftstoffqualität
wiedergibt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar,
die ebenfalls von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen
und deshalb in den Schutzbereich fallen.