DE102020216593A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

Abstract

Der hier beschriebene Gegenstand bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der konfiguriert ist, einen Kraftstoff zu verbrennen, der eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthält. Ein Sensor kann mindestens zwei physikalische Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs messen, und das Steuergerät kann auf der Grundlage der gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen und eines ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist, die eine oder mehreren Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffs bestimmen. Die ersten vorgegebenen Daten können physikalische Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten enthalten. Ferner kann das Steuergerät auf der Grundlage der bestimmten Kraftstoffkomponenten und eines zweiten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist, der kalorische Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten enthält, kalorische Kenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmen. Anschließend können eine Kraftstoffmasse und eine Luftmasse, die in den Verbrennungsmotor eingebracht werden sollen, unter Verwendung der bestimmten kalorischen Kenngrößen durch das Steuergerät bestimmt werden. Auf der Grundlage der bestimmten Kraftstoff- und Luftmasse kann das Steuergerät den Kraftstoffinjektor und die Luftdosiervorrichtung des Verbrennungsmotors steuern.The subject matter described herein relates to a method and controller for controlling an internal combustion engine configured to combust fuel containing one or more fuel components. A sensor can measure at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine, and the controller can determine the one or more fuel components of the fuel based on the measured physical fuel parameters and a first predetermined data set stored in the controller. The first predetermined data may include physical fuel parameters of the one or more fuel components. Further, the controller may determine caloric fuel parameters of the one or more fuel components based on the determined fuel components and a second predetermined data set stored in the controller that includes caloric fuel parameters of the one or more fuel components. A fuel mass and an air mass that are to be introduced into the internal combustion engine can then be determined by the control unit using the determined caloric parameters. Based on the determined mass of fuel and air, the controller may control the engine's fuel injector and air metering device.

Description

Der hier beschriebene Gegenstand bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der konfiguriert ist, ein Kraftstoffgemisch, das eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthält, zu verbrennen.The subject matter described herein relates to a method and controller for controlling an internal combustion engine configured to combust a fuel mixture including one or more fuel components.

Um die globale Klimaveränderung zu verlangsamen, ist eine erhebliche Verringerung der CO₂-Emissionen in Industrie und Transportwesen notwendig. Zusätzlich zur erhöhten Verwendung von Elektroantrieben besteht nach wie vor ein Bedarf an Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, um längere Entfernungen abdecken zu können.Significant reductions in CO ₂ emissions from industry and transport are needed to slow down global climate change. In addition to the increased use of electric propulsion, there is still a need for internal combustion engines in vehicles to cover longer distances.

Um die erforderliche CO₂-Verringerung zu erreichen, werden Biokraftstoffe und sogenannte Elektrokraftstoffe für Verbrennungsmotoren in naher Zukunft eine bedeutende Rolle spielen. Elektrokraftstoffe sind synthetische Kraftstoffe, die erzeugt werden, indem bewirkt wird, dass Wasserstoff aus erneuerbaren Energien mit Kohlendioxid reagiert. Dieser Prozess ist allgemein als „Power-to-X“ bekannt und bietet die Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Ressourcen zur Langzeitspeicherung und Verwendung in eine chemische Form umzuwandeln und zu speichern. Das „X“ steht für beliebige gasförmige und flüssige Kraftstoffe, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden können. Beispiele für flüssige Elektrokraftstoffe, die in Benzinmotoren verwendet werden können, sind Methanol und Dimethylkarbonat (DMC). Es wird erwartet, dass diese synthetischen Kraftstoffe zukünftig an Tankstellen sowohl in reiner Form als auch gemischt mit herkömmlichen Kraftstoffen bereitgestellt werden.In order to achieve the required CO ₂ reduction, biofuels and so-called electric fuels for internal combustion engines will play an important role in the near future. Electric fuels are synthetic fuels created by causing hydrogen from renewable energy to react with carbon dioxide. This process is commonly known as “Power-to-X” and offers the ability to convert and store energy from renewable resources into a chemical form for long-term storage and use. The "X" stands for any gaseous and liquid fuel that can be used in internal combustion engines. Examples of liquid electric fuels that can be used in gasoline engines are methanol and dimethyl carbonate (DMC). It is expected that in the future these synthetic fuels will be made available at petrol stations both in pure form and mixed with conventional fuels.

Jedoch weisen synthetische Kraftstoffe verglichen mit den herkömmlichen fossilen Kraftstoffen wie etwa Benzin unterschiedliche Kraftstoffeigenschaften auf. Um einen korrekten Betrieb eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit einem synthetischen Kraftstoff oder einem Kraftstoffgemisch sicherzustellen, sind ein Verfahren und ein Steuergerät erforderlich, die das Bestimmen der kalorischen Kenngrößen des verwendeten Kraftstoffs wie etwa des unteren Heizwertes und des stöchiometrischen Luftbedarfs ermöglichen.However, synthetic fuels have different fuel properties compared to traditional fossil fuels such as gasoline. In order to ensure correct operation of a conventional internal combustion engine with a synthetic fuel or a fuel mixture, a method and a control unit are required that enable the determination of the calorific parameters of the fuel used, such as the lower heating value and the stoichiometric air requirement.

Patentliteratur 1: US 2011/0166771 A1 Patent Literature 1: US 2011/0166771 A1

Die Patentliteratur 1 beschreibt ein Kraftstoffsteuersystem, das eine Kraftstoffeinspritzmenge eines einzuspritzenden Kraftstoffgemischs unter Verwendung eines gemessenen Brechungsindex des Kraftstoffgemischs steuert.Patent Literature 1 describes a fuel control system that controls a fuel injection amount of a fuel mixture to be injected using a measured refractive index of the fuel mixture.

Jedoch sind die in der Patentliteratur 1 untersuchten Kraftstoffe auf Kraftstoffmischungen aus Benzin und Ethanol eingeschränkt. Im Hinblick auf die Anzahl der in der Zukunft zu erwartenden synthetischen Kraftstoffe ist das Messen lediglich des Brechungsindex nicht genau genug, um alle möglichen Arten von Kraftstoffen und Kraftstoffgemischen zu bestimmen. Daher betrachtet der hier beschriebene Gegenstand mehrere physikalische Kraftstoffkenngrößen, um eine genaue Bestimmung der Komponenten eines Kraftstoffgemischs sicherzustellen.However, the fuels studied in Patent Literature 1 are limited to blended fuels of gasoline and ethanol. With the number of synthetic fuels expected in the future, simply measuring the index of refraction is not accurate enough to identify all possible types of fuels and fuel blends. Therefore, the subject matter described herein considers several fuel physical parameters to ensure an accurate determination of the components of a fuel mixture.

Eine Aufgabe des hier beschriebenen Gegenstands ist, ein Verfahren und ein Steuergerät zu schaffen, die das Verbrennen von mehreren Kraftstoffgemischen aus synthetischen und/oder herkömmlichen Kraftstoffen in einem Verbrennungsmotor mit hohem Wirkungsgrad und geringen Abgasemissionen ermöglichen. Dieses Problem wird durch den Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Ferner sind in den abhängigen Ansprüchen bevorzugte Entwicklungen beschrieben.An object of the subject matter described here is to create a method and a control unit that enable the combustion of multiple fuel mixtures made from synthetic and/or conventional fuels in an internal combustion engine with high efficiency and low exhaust emissions. This problem is solved by the subject matter according to the independent claims. Furthermore, preferred developments are described in the dependent claims.

Der hier beschriebene Gegenstand umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor umfassen kann, wobei der eingespritzte Kraftstoff eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthalten kann. Die eine oder mehreren Kraftstoffkomponenten können jede bekannte Art von synthetischen oder fossilen Kraftstoffen sein, für die erwartet wird, dass sie in der Zukunft in reiner Form oder gemischt an Tankstellen verfügbar sein werden. Beispiele für Kraftstoffkomponenten für Benzinmotoren können Benzin, Ethanol, Methanol und Dimethylkarbonat (DMC) sein.The subject matter described herein includes a method for controlling an internal combustion engine, which may include a fuel injector for injecting fuel into the internal combustion engine, where the injected fuel may include one or more fuel components. The one or more fuel components may be any known type of synthetic or fossil fuel that is expected to be available in pure form or mixed at service stations in the future. Examples of fuel components for gasoline engines can be gasoline, ethanol, methanol, and dimethyl carbonate (DMC).

Der Verbrennungsmotor kann ferner einen Sensor zum Messen von mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs und einen Temperatursensor zum Messen einer Kraftstofftemperatur umfassen. Außerdem kann der Verbrennungsmotor eine Luftdosiervorrichtung zum Dosieren der Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und eine Steuervorrichtung umfassen.The internal combustion engine can also include a sensor for measuring at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected and a temperature sensor for measuring a fuel temperature. In addition, the internal combustion engine may include an air metering device for metering the air supplied to the internal combustion engine and a controller.

Der Sensor kann die mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des Kraftstoffs messen und das Steuergerät kann auf der Grundlage der gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen und eines ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist, die eine oder die mehreren Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffs bestimmen. Vorzugsweise können die mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des Kraftstoffs, die durch den Sensor gemessen werden, die Dielektrizitätskonstante, die Dichte und/oder die kinematische Viskosität sein.The sensor can measure the at least two physical fuel parameters of the fuel and the controller can determine the one or more fuel components of the fuel based on the measured physical fuel parameters and a first predetermined data set stored in the controller. The at least two physical fuel parameters of the fuel, which are measured by the sensor, can preferably be the dielectric constant, the density and/or the kinematic viscosity.

Die folgende Tabelle 1 zeigt Beispiele für physikalische Kraftstoffkenngrößen für diverse Kraftstoffkomponenten. Es wird ersichtlich, dass sich insbesondere die Dielektrizitätskonstante der jeweiligen Kraftstoffe deutlich unterscheidet. Somit kann eine Kraftstoffkomponente durch Messen der Dielektrizitätskonstante zuverlässig detektiert werden. Tabelle 1 Formel Dielektrizitätskonstante εr[-] Dichte ρ [g/cm³] Kin. Viskosität υ [mm²/s] Benzin 1,95 0,75 0,53 DMC C₃H₆O₃ 3,07 1,08 0,63 Ethanol C₂H₆O 22,34 0,8 1,52 Methanol CH₃O 29,37 0,8 0,69 Table 1 below shows examples of physical fuel parameters for various fuel components. It can be seen that the dielectric constant of the respective fuels in particular differs significantly. Thus, a fuel component can be reliably detected by measuring the dielectric constant. Table 1 formula Dielectric constant εr[-] Density ρ [g/cm ³ ] children Viscosity υ [mm ² /s] petrol 1.95 0.75 0.53 DMC _{C3H6O3 _ _} 3.07 1.08 0.63 ethanol _{C2H6O _} 22.34 0.8 1.52 methanol _CH3O 29.37 0.8 0.69

Um die Genauigkeit der Detektion zu erhöhen, können zusätzlich weitere physikalische Kenngrößen wie etwa die Dichte und die kinematische Viskosität des einzuspritzenden Kraftstoffs gemessen werdenIn order to increase the accuracy of the detection, other physical parameters such as the density and the kinematic viscosity of the fuel to be injected can also be measured

Der Sensor kann vorzugsweise ein Stimmgabelresonator sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein kapazitiver Sensor oder eine beliebige andere Art von Sensor verwendet werden, die zum Detektieren der oben beschriebenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen geeignet ist.The sensor may preferably be a tuning fork resonator. Alternatively or additionally, a capacitive sensor or any other type of sensor suitable for detecting the physical fuel parameters described above may be used.

Der erste vorgegebene Datensatz kann physikalische Kraftstoffkenngrößen von mehreren Kraftstoffkomponenten enthalten, die den gemessenen Kraftstoffkenngrößen entsprechen. Zum Beispiel können die Dielektrizitätskonstante, die Dichte und die kinematische Viskosität von Benzin, Dimethylkarbonat (DMC), Methanol und Ethanol im ersten vorgegebenen Datensatz gespeichert sein. Ferner kann der erste vorgegebene Datensatz die physikalischen Kenngrößen von Kraftstoffgemischen der jeweiligen Kraftstoffkomponenten umfassen, die vorab bestimmt worden sind. Wenn die physikalischen Kraftstoffkenngrößen von Kraftstoffgemischen vorab bestimmt werden, werden die Anteile jeder Kraftstoffkomponente in kleinen Schritten verändert, um eine hohe Datengenauigkeit zu erzielen. Wenn z. B. die physikalischen Kraftstoffkenngrößen eines Gemischs aus Benzin und DMC bestimmt werden, kann das Gemisch in Schritten von 0,1 % von 100 % Benzin auf 100 % DMC verändert werden. Dies ermöglicht das Bestimmen der jeweiligen Anteile der Kraftstoffkomponenten aus den gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen von jedem denkbaren Kraftstoffgemisch.The first predetermined set of data may include physical fuel parameters of multiple fuel components that correspond to the measured fuel parameters. For example, the dielectric constant, density, and kinematic viscosity of gasoline, dimethyl carbonate (DMC), methanol, and ethanol may be stored in the first predetermined data set. Furthermore, the first specified data set can include the physical characteristics of fuel mixtures of the respective fuel components, which have been determined in advance. When the physical fuel parameters of fuel mixtures are determined in advance, the proportions of each fuel component are changed in small steps in order to achieve high data accuracy. if e.g. For example, if the physical fuel characteristics of a mixture of gasoline and DMC are determined, the mixture can be changed in steps of 0.1% from 100% gasoline to 100% DMC. This makes it possible to determine the respective proportions of the fuel components from the measured physical fuel parameters of every conceivable fuel mixture.

Das Steuergerät kann ferner auf der Grundlage der bestimmten Kraftstoffkomponenten und eines zweiten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist, kalorische Kenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmen. Der zweite vorgegebene Datensatz kann kalorische Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten enthalten. Vorzugsweise können die kalorischen Kenngrößen, die im zweiten vorgegeben Datensatz gespeichert sind, der untere Heizwert, der stöchiometrische Luftbedarf und die Dichte der Kraftstoffkomponenten sein.The control unit can also determine caloric parameters of the fuel to be injected on the basis of the determined fuel components and a second predetermined data set that is stored in the control unit. The second predetermined data set may include caloric fuel parameters of the one or more fuel components. The caloric parameters that are stored in the second specified data set can preferably be the lower calorific value, the stoichiometric air requirement and the density of the fuel components.

Anschließend kann das Steuergerät unter Verwendung der bestimmten kalorischen Kenngrößen eine Kraftstoffmasse und eine Luftmasse bestimmen, die in den Verbrennungsmotor eingebracht werden sollen. Zum Beispiel werden im Fall eines herkömmlichen Verbrennungsmotors unter Verwendung von Benzin als Referenzkraftstoff zur Motorkalibrierung vorgegebene Werte für die Mengen von Kraftstoff und Luft, die erforderlich sind, um einen bestimmten Motorausgang bei einem vorgegebenen Luftverhältnis zu erzielen, während der Motorkalibrierung gemessen und in jeweiligen Kennfeldern des Motorsteuergeräts gespeichert.The control unit can then use the determined caloric parameters to determine a fuel mass and an air mass that are to be introduced into the internal combustion engine. For example, in the case of a conventional internal combustion engine, using gasoline as a reference fuel for engine calibration, predetermined values for the amounts of fuel and air required to achieve a given engine output at a given air ratio are measured during engine calibration and recorded in respective maps of the engine stored in the engine control unit.

Jedoch weisen synthetische Kraftstoffe verglichen mit Benzin unterschiedliche kalorische Kenngrößen auf, wie aus den beispielhaften Werten ersichtlich ist, die in Tabelle 2 aufgelistet sind. Tabelle 2 Formel Unterer Heizwert H_u [kJ/kg] Stöchiometrischer Luftbedarf Lst [-] Benzin 43,2 14,6 DMC C₃H₆O₃ 16,9 7,8 Ethanol C₂H₆O 26,6 7,7 Methanol CH₃O 15,8 3,8 However, as can be seen from the exemplary values listed in Table 2, synthetic fuels have different calorific characteristics compared to gasoline. Table 2 formula Lower calorific value H _u [kJ/kg] Stoichiometric air requirement Lst [-] petrol 43.2 14.6 DMC _{C3H6O3 _ _} 16.9 7.8 ethanol _{C2H6O _} 26.6 7.7 methanol _CH3O 15.8 3.8

Somit müssen die vorgegebenen Werte für die erforderlichen Mengen von Kraftstoff- und Luft an die bestimmten Kraftstoffkomponenten des einzuspritzenden Kraftstoffgemischs angepasst werden. Wenn ein Kraftstoffgemisch z. B. 50 % Benzin und 50 % DMC enthält, beträgt der untere Heizwert H_{u_gDMc} des Gemischs lediglich etwa 70 % des unteren Heizwertes von reinem Benzin. Um den Verlust an Motorleistung auszugleichen, muss die einzuspritzende Kraftstoffmenge gemäß der folgenden Formel (1) erhöht werden: $$m_{gDMC}=\frac{H_{u\_g}}{H_{u\_gDMC}}\ast m_g$$

wobei m_gDMc die Masse des einzuspritzenden Kraftstoffgemischs aus Benzin und DMC ist, m_g die vorgegebene Masse des Benzins ist, H_{u_g} der untere Heizwert von Benzin ist und H_{u_gDMc} der untere Heizwert des Gemischs aus Benzin und DMC ist.Thus, the specified values for the required amounts of fuel and air must be adapted to the specific fuel components of the fuel mixture to be injected. If a fuel mixture z. B. contains 50% petrol and 50% DMC, the lower calorific value H _{u_gDMc} of the mixture is only about 70% of the lower calorific value of pure petrol. To compensate for the loss of engine power, the amount of fuel to be injected must be increased according to the following formula (1): $$m_{GDMC}=\frac{H_{\mathrm{and}\_G}}{H_{\mathrm{and}\_GDMC}}\ast m_G$$

where m _gDMc is the mass of the fuel mixture of gasoline and DMC to be injected, m _g is the specified mass of gasoline, H _{u_g is} the lower heating value of gasoline and H _{u_gDMc is} the lower heating value of the mixture of gasoline and DMC.

Ferner muss die einzubringende Luftmasse an das einzuspritzende Kraftstoffgemisch angepasst werden, um das erforderliche Luftverhältnis aufrechtzuerhalten. Die oben aufgelisteten synthetischen Kraftstoffe enthalten einen gewissen Prozentsatz von Sauerstoff, derart, dass weniger Luft erforderlich ist, um ein stöchiometrisches Luftverhältnis für dieselbe Kraftstoffmasse zu erzielen. Somit muss der Luftanteil weniger als der Kraftstoffanteil erhöht werden, um den erforderlichen Motorausgang bei einem konstanten Luftverhältnis zu erzielen, wenn ein Kraftstoffgemisch wie oben beschrieben verwendet wird.Furthermore, the air mass to be introduced must be adapted to the fuel mixture to be injected in order to maintain the required air ratio. The synthetic fuels listed above contain a certain percentage of oxygen such that less air is required to achieve a stoichiometric air ratio for the same mass of fuel. Thus, the air fraction needs to be increased less than the fuel fraction to achieve the required engine output at a constant air ratio when using a fuel mixture as described above.

Das oben erklärte Beispiel bezieht sich auf ein Gemisch aus Benzin und DMC. Jedoch ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, dass die beschriebenen Wirkungen einschließlich der Formel (1) für jedes Kraftstoffgemisch gültig sind, das eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten umfasst. Mit anderen Worten, anstelle von Benzin und DMC können ein beliebiger anderer Referenzkraftstoff und ein beliebiger anderer synthetischer Kraftstoff verwendet werden.The example explained above refers to a mixture of gasoline and DMC. However, it is clear to a person skilled in the art that the effects described, including formula (1), are valid for any fuel mixture comprising one or more fuel components. In other words, instead of gasoline and DMC, any other reference fuel and any other synthetic fuel can be used.

Ferner kann das Steuergerät den Kraftstoffinjektor und die Luftdosiervorrichtung des Verbrennungsmotors derart steuern, dass die bestimmte Kraftstoff- und Luftmasse in den Verbrennungsmotor eingebracht werden. Die Steuerung kann unter Verwendung jeweiliger Steuerkennfelder für den Injektor und die Luftdosiervorrichtung ausgeführt werden, die im Steuergerät gespeichert sein können.Furthermore, the control unit can control the fuel injector and the air metering device of the internal combustion engine in such a way that the determined fuel and air masses are introduced into the internal combustion engine. The control may be performed using respective control maps for the injector and the air metering device, which may be stored in the controller.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann jede der physikalischen Kraftstoffkenngrößen einer oder mehrerer Kraftstoffkomponenten des ersten vorgegebenen Datensatzes als eine Funktion einer Temperatur der jeweiligen Kraftstoffkomponente im Steuergerät gespeichert sein. Die physikalischen Kraftstoffkenngrößen der Kraftstoffkomponenten variieren bei verschiedenen Kraftstofftemperaturen. Zum Beispiel nehmen die Dielektrizitätskonstante, die Dichte und die Viskosität mit ansteigender Temperatur ab. Daher ist es notwendig, die physikalischen Kraftstoffkenngrößen als eine Funktion der Kraftstofftemperatur zu speichern, um die Kraftstoffkomponenten unter diversen Umweltbedingungen richtig zu bestimmen.According to a further aspect of the method, each of the physical fuel parameters of one or more fuel components of the first specified data set can be stored in the control device as a function of a temperature of the respective fuel component. The physical fuel parameters of the fuel components vary at different fuel temperatures. For example, the dielectric constant, density, and viscosity decrease with increasing temperature. Therefore, it is necessary to store the physical fuel parameters as a function of the fuel temperature in order to correctly determine the fuel components under various environmental conditions.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann die Temperatur des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs durch den Temperatursensor gemessen werden. Das Messen der aktuellen Kraftstofftemperatur ermöglicht das richtige Adressieren der gespeicherten physikalischen Kraftstoffkenngrößen des ersten vorgegebenen Datensatzes, um die Kraftstoffkomponenten des einzuspritzenden Kraftstoffs mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Mit anderen Worten, das direkte Messen der Kraftstofftemperatur ermöglicht das Bestimmen der physikalischen Kraftstoffkenngrößen bei der richtigen Temperatur im ersten vorgegebenen Datensatz.According to a further aspect of the method, the temperature of the fuel to be injected into the internal combustion engine can be measured by the temperature sensor. Measuring the current fuel temperature enables the stored physical fuel parameters of the first predetermined data set to be correctly addressed in order to determine the fuel components of the fuel to be injected with high accuracy. In other words, directly measuring the fuel temperature enables the fuel physical parameters to be determined at the correct temperature in the first given data set.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens können die eine oder mehreren Komponenten des Kraftstoffs bestimmt werden, indem die gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen unter Berücksichtigung der gemessenen Kraftstofftemperatur mit den entsprechenden physikalischen Kraftstoffkenngrößen des ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist, abgeglichen werden. Mit anderen Worten, die gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen werden mit den gespeicherten physikalischen Kraftstoffkenngrößen bei der aktuell gemessenen Temperatur verglichen. Dies ermöglicht das Berücksichtigen der Temperaturabhängigkeit der physikalischen Kraftstoffkenngrößen und verbessert die Genauigkeit der Bestimmung der Kraftstoffkomponenten.According to a further aspect of the method, the one or more components of the fuel can be determined by comparing the measured physical fuel parameters, taking into account the measured fuel temperature, with the corresponding physical fuel parameters of the first specified data set stored in the control unit. In other words, the measured physical fuel parameters are compared to the stored physical fuel parameters at the currently measured temperature. This enables the temperature dependency of the physical fuel parameters to be taken into account and improves the accuracy of the determination of the fuel components.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens können die mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs durch das Steuergerät von einem externen Server empfangen werden. Der externe Server kann vorzugsweise an einer Tankstelle angeordnet sein und kann die physikalischen Kraftstoffkenngrößen des hinzugefügten Kraftstoffs über eine Drahtlosverbindung an das Steuergerät übertragen. Das direkte Empfangen der physikalischen Kraftstoffkenngrößen von der Tankstelle ermöglicht das Bestimmen der Kraftstoffkomponenten selbst dann, wenn ein Fehler des Sensors auftritt, und verbessert zusätzlich die Genauigkeit der Bestimmung der Kraftstoffkomponenten im regulären Betrieb.According to a further aspect of the method, the at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine can be received by the control unit from an external server. The external server can preferably be located at a gas station and can transmit the physical fuel parameters of the added fuel to the control unit via a wireless connection. Directly receiving the physical fuel parameters from the gas station enables the determination of the fuel components even if a failure of the sensor occurs, and in addition improves the accuracy of the determination of the fuel components in regular operation.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens können die kalorischen Kenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs mittels einer Interpolation der gespeicherten kalorischen Kenngrößen der Kraftstoffkomponenten, die den bestimmten Kraftstoffkomponenten entsprechen, bestimmt werden. Mit anderen Worten, wenn das Steuergerät z. B. bestimmt, dass der einzuspritzende Kraftstoff einen ersten Anteil Benzin und einen zweiten Anteil DMC enthält, wird der untere Heizwert H_{u_gDMc} des Kraftstoffgemischs durch Interpolation zwischen dem gespeicherten unteren Heizwert H_{u_g} von Benzin und dem gespeicherten unteren Heizwert H_{u_DMC} in Übereinstimmung mit den Anteilen x_g, x_DMC der jeweiligen Kraftstoffkomponenten berechnet. Dasselbe gilt für die Bestimmung des stöchiometrischen Luftbedarfs Lst und/oder der Dichte p (siehe die Formeln (2) bis (4) unten): $$H_{u\_gDMC}=H_{u\_g}\ast X_g+H_{u\_DMC}\ast \left(1-x_g\right)$$

$$L_{st\_gDMC}=L_{st\_g}\ast X_g+L_{st\_DCM}\ast \left(1-x_g\right)$$

$${\rho }_{gDMC}={\rho }_g\ast x_g+{\rho }_{DMC}\ast \left(1-x_g\right)$$

According to a further aspect of the method, the caloric parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine can be determined by means of an interpolation of the stored caloric parameters of the fuel components which correspond to the determined fuel components. In other words, if the controller z. B. determined that the fuel to be injected contains a first portion gasoline and a second portion DMC, the lower heating value H _{u_gDMc} of the fuel mixture is determined by interpolation between the stored lower heating value H _{u_g} of gasoline and the stored lower heating value H _{u_DMC} in accordance with the proportions x _g , x _DMC of the respective fuel components are calculated. The same applies to the determination of the stoichiometric air requirement Lst and/or the density p (see formulas (2) to (4) below): $$H_{\mathrm{and}\_GDMC}=H_{\mathrm{and}\_G}\ast X_G+H_{\mathrm{and}\_DMC}\ast \left(1-x_G\right)$$

$$L_{st\_GDMC}=L_{st\_G}\ast X_G+L_{st\_DCM}\ast \left(1-x_G\right)$$

$${\rho }_{GDMC}={\rho }_G\ast x_G+{\rho }_{DMC}\ast \left(1-x_G\right)$$

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann durch das Steuergerät eine Rückkopplungssteuerung der bestimmten Kraftstoffmasse und der bestimmten Luftmasse unter Verwendung einer gemessenen Luftmasse und eines gemessenen Luftverhältnisses durchgeführt werden. Der Luftmassenstrom kann durch einen Luftmassenmesser gemessen werden, und das Luftverhältnis kann durch einen Lambdasensor gemessen werden. Dies ermöglicht, die erforderliche Kraftstoff- und Luftmasse genauer zu bestimmen, was zu einem hohen Motorwirkungsgrad und geringen Abgasemissionen führt.According to a further aspect of the method, the control unit can carry out feedback control of the determined fuel mass and the determined air mass using a measured air mass and a measured air ratio. The mass air flow can be measured by a mass air flow meter and the air ratio can be measured by a lambda sensor. This allows the required fuel and air mass to be determined more accurately, resulting in high engine efficiency and low exhaust emissions.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann eine Einspritzdauer des Kraftstoffinjektors durch das Steuergerät unter Verwendung der gemessenen Kraftstofftemperatur angepasst werden. Da die Kraftstofftemperatur die Kraftstoffdichte beeinflusst, ermöglicht das Anpassen der Einspritzdauer als eine Funktion der Kraftstofftemperatur, dass die Kraftstoffmasse mit höherer Genauigkeit dosiert wird.According to a further aspect of the method, an injection duration of the fuel injector can be adjusted by the control unit using the measured fuel temperature. Because fuel temperature affects fuel density, adjusting injection duration as a function of fuel temperature allows fuel mass to be metered with greater accuracy.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann eine Zündzeitvorgabe des Verbrennungsmotors durch das Steuergerät entsprechend den bestimmten Kraftstoffkomponenten eingestellt werden. Wenn ein Kraftstoffgemisch Komponenten mit einer hohen Oktanzahl enthält, kann eine frühere Zündzeitvorgabe möglich sein und umgekehrt. Um die Oktanzahl eines Kraftstoffgemischs zu berechnen, kann der zweite vorgegebene Datensatz, der im Steuergerät gespeichert ist, außerdem die Oktanzahlen der Kraftstoffkomponenten umfassen. Die Oktanzahl eines Kraftstoffgemischs kann durch Interpolation, z. B. auf dieselbe Weise wie die Berechnung des unteren Heizwertes, berechnet werden.According to a further aspect of the method, an ignition timing specification of the internal combustion engine can be adjusted by the control unit in accordance with the determined fuel components. When a fuel mixture contains high octane components, an earlier spark timing may be possible and vice versa. In order to calculate the octane number of a fuel mixture, the second predetermined set of data stored in the controller may also include the octane numbers of the fuel components. The octane number of a fuel mixture can be determined by interpolation, e.g. B. in the same way as the calculation of the lower heating value.

Der hier beschriebene Gegenstand kann ferner ein Steuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors und zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens umfassen. Vorzugsweise kann das Steuergerät das Motorsteuergerät sein oder kann in das Motorsteuergerät integriert sein. Alternativ kann das Steuergerät eine getrennte Vorrichtung sein, die vom Motorsteuergerät entfernt angeordnet ist.The subject matter described herein may further include a controller for controlling an internal combustion engine and for performing the method described above. The control unit can preferably be the engine control unit or can be integrated into the engine control unit. Alternatively, the controller may be a separate device remote from the engine controller.

Der hier beschriebene Gegenstand kann ferner einen Verbrennungsmotor umfassen, der einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor, wobei der Kraftstoff eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthalten kann, einen Sensor zum Messen von mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs, einen Temperatursensor zum Messen einer Kraftstofftemperatur, eine Luftdosiervorrichtung zum Dosieren der Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, wobei die Luftdosiervorrichtung eine Drosselklappe und/oder ein variabler Ventiltrieb sein kann, und das oben beschriebene Steuergerät umfassen kann.The subject matter described here can also include an internal combustion engine, which has a fuel injector for injecting fuel into the internal combustion engine, wherein the fuel can contain one or more fuel components, a sensor for measuring at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine, a temperature sensor for measuring a fuel temperature, an air metering device for metering the air that is supplied to the internal combustion engine, wherein the air metering device can be a throttle valve and/or a variable valve train, and can comprise the control unit described above.

Außerdem kann der hier beschriebene Gegenstand ein Computerprogrammprodukt umfassen, das in einem Speicher speicherbar ist, das Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, bewirken können, dass der Computer das oben beschriebene Verfahren durchführt.Additionally, the subject matter described herein may include a computer program product, storable in memory, comprising instructions that, when executed by a computer, may cause the computer to perform the method described above.

Das Obige zusammenfassend bietet der hier beschriebene Gegenstand die Möglichkeit, eine wirksame und saubere Verbrennung von verschiedenen Kraftstoffgemischen in einem Verbrennungsmotor in jeder Antriebssituation bereitzustellen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird ein Steuergerät verwendet, in dem physikalische Kenngrößen einer oder mehrerer Kraftstoffkomponenten gespeichert sind, von denen die Komponenten des aktuell verwendeten Kraftstoffgemischs abgeleitet werden können.Summarizing the above, the subject matter described here offers the possibility of providing efficient and clean combustion of various fuel mixtures in an internal combustion engine in any driving situation. In order to accomplish this task, a control unit is used in which physical parameters of one or more fuel components are stored, from which the components of the fuel mixture currently being used can be derived.

Ferner enthält das Steuergerät kalorische Werte der Kraftstoffkomponenten, die das Bestimmen der richtigen, in den Motor einzubringenden Mengen von Kraftstoff und Luft ermöglichen.The controller also contains calorific values of the fuel components that enable the proper amounts of fuel and air to be inducted into the engine to be determined.

Im Folgenden wird der Gegenstand auf der Grundlage von mindestens einem bevorzugten Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten, beispielhaften Zeichnungen eingehender erklärt; es zeigen:In the following, the subject matter will be explained in more detail based on at least one preferred example with reference to the accompanying exemplary drawings; show it:

• 1 auf schematische Weise ein Beispiel für ein Steuersystem zum Steuern der Verbrennung eines Verbrennungsmotors, dem ein Kraftstoffgemisch aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zugeführt wird; 1 in a schematic way an example of a control system for controlling the combustion of an internal combustion engine to which a fuel mixture of different fuel components is supplied;
• 2 auf schematische Weise ein Beispiel für ein Kennlinienfeld, das im ersten vorgegebenen Datensatz enthalten sein kann und physikalische Kraftstoffkenngrößen von diversen Kraftstoffkomponenten umfassen kann; 2 in a schematic manner an example of a family of characteristic curves, which can be contained in the first specified data set and can include physical fuel parameters of various fuel components;
• 3 einen Ablaufplan, der ein erstes Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung und Luftdosierung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt; 3 12 is a flow chart showing a first example for controlling fuel injection and air metering of an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components;
• 4 einen Ablaufplan, der ein zweites Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeispritzung und Luftdosierung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt; und 4 12 is a flow chart showing a second example for controlling fuel injection and air metering of an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components; and
• 5 einen Ablaufplan, der ein drittes Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung und Luftdosierung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt. 5 12 is a flow chart showing a third example for controlling fuel injection and air metering of an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components.

1 bildet auf schematische Weise ein Beispiel für ein Steuersystem zum Steuern der Verbrennung eines Verbrennungsmotors (im Folgenden kurz „Motor“), dem ein Kraftstoffgemisch zugeführt wird, das verschiedene Kraftstoffkomponenten enthält, ab. Das abgebildete Steuersystem enthält ein Steuergerät 18, das unter Verwendung von Messsignalen von mehreren Motorsensoren mehrere Aktoren steuern kann, die am Motor befestigt sind, um zu ermöglichen, dass der Motor eine wirksame und saubere Verbrennung von verschiedenen Kraftstoffgemischen in jeder Antriebssituation bereitstellt. 1 FIG. 12 depicts in a schematic manner an example of a control system for controlling combustion of an internal combustion engine (hereinafter “engine” for short) supplied with a fuel mixture containing various fuel components. The control system shown includes a controller 18 which, using measurement signals from a plurality of engine sensors, can control a plurality of actuators mounted on the engine to enable the engine to provide efficient and clean combustion of various fuel mixtures in any driving situation.

Das abgebildete Kraftstoffsystem des Motors umfasst einen Kraftstofftank 1, aus dem das Kraftstoffgemisch durch eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) einem Kraftstoffrail 14 zugeführt wird. Der Kraftstoffrail 14 ist mit einem Sensor 15 und einem Temperatursensor 16 ausgestattet, die mit dem Steuergerät 18 elektrisch verbunden sind. Der Sensor 15 kann physikalische Kraftstoffkenngrößen wie etwa eine Dielektrizitätskonstante, eine Dichte und/oder eine kinematische Viskosität des Kraftstoffgemischs messen. Auf der Grundlage der gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen und der gemessenen Kraftstofftemperatur bestimmt das Steuergerät 18 die Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffgemischs auf der Grundlage des ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät gespeichert ist. In der Kraftstoffleitung 19 zwischen dem Kraftstofftank 1 und dem Kraftstoffrail 14 ist ein Kondensatabscheider 2 eingebaut, um die Einspritzkomponenten vor Beschädigung zu schützen und um zu vermeiden, dass die Messwerte des Sensors 15 durch Verunreinigung des Kraftstoffs verfälscht werden. Auf der Grundlage der bestimmten Komponenten des Kraftstoffgemischs kann das Steuergerät 18 daraufhin den unteren Heizwert des Kraftstoffgemischs und die in den Motor einzuspritzende Menge des Kraftstoffgemischs berechnen. Ferner kann die Einspritzdauer des Kraftstoffinjektors 13, der mit dem Steuergerät 18 elektrisch verbunden ist, abhängig vom Messwert des Temperatursensors 16 angepasst werden.The illustrated engine fuel system comprises a fuel tank 1 from which the fuel mixture is supplied to a fuel rail 14 by a fuel pump (not shown). The fuel rail 14 is equipped with a sensor 15 and a temperature sensor 16 which are electrically connected to the control device 18 . The sensor 15 can measure physical fuel parameters such as a dielectric constant, a density and/or a kinematic viscosity of the fuel mixture. Based on the measured physical fuel parameters and the measured fuel temperature, the controller 18 determines the fuel components of the fuel mixture based on the first predetermined data set stored in the controller. A condensate separator 2 is installed in the fuel line 19 between the fuel tank 1 and the fuel rail 14 in order to protect the injection components from damage and to prevent the measured values of the sensor 15 from being falsified by contamination of the fuel. Based on the determined components of the fuel mixture, the controller 18 can then calculate the lower heating value of the fuel mixture and the Calculate the amount of fuel mixture to be injected into the engine. Furthermore, the injection duration of the fuel injector 13, which is electrically connected to the control unit 18, can be adjusted as a function of the measured value of the temperature sensor 16.

In dem abgebildeten Beispiel ist der Kraftstoffinjektor 13 über eine Kraftstoffleitung 20 mit dem Kraftstoffrail 14 verbunden und spritzt das Kraftstoffgemisch direkt in den Brennraum ein. Jedoch kann es ebenfalls möglich sein, den Kraftstoffinjektor 13 am Ansaugtrakt 3 des Motors zu befestigen. Außerdem kann es ebenfalls möglich sein, anstelle des Anbringens des Sensors 15 und des Temperatursensors 16 im Kraftstoffrail 14, wie in 1 abgebildet, diese Sensoren an einem anderen Ort in der Kraftstoffleitung 19 zwischen dem Kraftstofftank 1 und dem Kraftstoffrail 14 oder in der Kraftstoffleitung 20 zwischen dem Kraftstoffrail 14 und dem Kraftstoffinjektor 13 einzubauen.In the example shown, the fuel injector 13 is connected to the fuel rail 14 via a fuel line 20 and injects the fuel mixture directly into the combustion chamber. However, it may also be possible to attach the fuel injector 13 to the intake tract 3 of the engine. In addition, it may also be possible, instead of mounting the sensor 15 and the temperature sensor 16 in the fuel rail 14, as in FIG 1 shown to install these sensors at a different location in the fuel line 19 between the fuel tank 1 and the fuel rail 14 or in the fuel line 20 between the fuel rail 14 and the fuel injector 13.

Der abgebildete Ansaugtrakt 3 des Motors, aus dem über ein Einlassventil 4 Luft in einen Brennraum 5 gezogen wird, ist mit einem Luftmassenmesser 10 und einer elektronischen Drosselklappe 11 ausgestattet, die mit dem Steuergerät 18 elektronisch verbunden sind. Der Öffnungswinkel der elektronischen Drosselklappe 11 kann durch das Steuergerät 18 auf der Grundlage der bestimmten, in den Motor einzuspritzenden Menge des Kraftstoffgemischs und des Luftbedarfs des Kraftstoffgemischs bestimmt werden. Letzterer kann unter Verwendung der Luftbedarfswerte der bestimmten Kraftstoffkomponenten, die im Steuergerät 18 gespeichert sind, berechnet werden. Der Messwert des Luftmassenmessers kann für eine Rückkopplungssteuerung der Drosselklappe 11 verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein variabler Ventiltrieb zum Dosieren der in den Brennraum 5 einzubringenden Luft verwendet werden.The illustrated intake tract 3 of the engine, from which air is drawn into a combustion chamber 5 via an intake valve 4 , is equipped with an air mass meter 10 and an electronic throttle valve 11 which are electronically connected to the control unit 18 . The opening angle of the electronic throttle valve 11 can be determined by the controller 18 based on the determined amount of fuel mixture to be injected into the engine and the air requirement of the fuel mixture. The latter can be calculated using the air requirement values of the specific fuel components stored in the controller 18 . The measured value of the air mass meter can be used for feedback control of the throttle valve 11 . Alternatively or additionally, a variable valve train can be used to meter the air to be introduced into the combustion chamber 5 .

Wenn ein Kolben 8 des Motors, der über einen Pleuel 9 durch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird, seinen oberen Totpunkt erreicht, wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum 5 durch eine Zündkerze 12 gezündet. Die Zündkerze 12 ist über eine Zündspule (nicht abgebildet) mit dem Steuergerät 18 elektrisch verbunden. Abhängig von den bestimmten Komponenten des Kraftstoffgemischs kann die Zündzeitvorgabe des Luft/Kraftstoff-Gemischs angepasst werden. Wenn ein Kraftstoffgemisch Komponenten mit einer hohen Oktanzahl enthält, kann eine frühere Zündzeitvorgabe möglich sein und umgekehrt. Um die Oktanzahl des Kraftstoffgemischs zu berechnen, kann der zweite vorgegebene Datensatz, der im Steuergerät gespeichert ist, außerdem die Oktanzahlen der Kraftstoffkomponenten umfassen.When a piston 8 of the engine driven by a crankshaft (not shown) via a connecting rod 9 reaches its top dead center, the air/fuel mixture in the combustion chamber 5 is ignited by a spark plug 12 . The spark plug 12 is electrically connected to the controller 18 via an ignition coil (not shown). Depending on the particular components of the fuel mixture, the ignition timing of the air/fuel mixture may be adjusted. When a fuel mixture contains high octane components, an earlier spark timing may be possible and vice versa. In order to calculate the octane number of the fuel mixture, the second predetermined set of data stored in the controller may also include the octane numbers of the fuel components.

Das Abgas der Verbrennung wird über ein Auslassventil 6 aus dem Brennraum 5 in den Auslasstrakt 7 ausgelassen. In dem abgebildeten Auslasstrakt 7 ist ein Lambdasensor 17 angebracht, der mit dem Steuergerät 18 elektrisch verbunden ist und den Restsauerstoff im Abgas messen kann. Der Messwert des Lambdasensors 17 kann für eine Rückkopplungssteuerung der einzuspritzenden Menge des Kraftstoffgemischs verwendet werden.The exhaust gas from the combustion is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust section 7 via an exhaust valve 6 . A lambda sensor 17 is mounted in the illustrated exhaust tract 7, which is electrically connected to the control unit 18 and can measure the residual oxygen in the exhaust gas. The measured value of the lambda sensor 17 can be used for feedback control of the quantity of the fuel mixture to be injected.

Im Hinblick auf das Obige wird klar, dass das dargestellte Steuersystem die Möglichkeit bietet, eine wirksame und saubere Verbrennung von verschiedenen Kraftstoffgemischen in einem Verbrennungsmotor in jeder Antriebssituation bereitzustellen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird ein Steuergerät 18 verwendet, in dem physikalische Kenngrößen von einer oder mehreren Kraftstoffkomponenten gespeichert sind, von denen die Komponenten des aktuell verwendeten Kraftstoffgemischs abgeleitet werden können. Ferner enthält das Steuergerät kalorische Werte der Kraftstoffkomponenten, die das Bestimmen der richtigen, in den Motor einzubringenden Mengen von Kraftstoff und Luft ermöglichen. Um die Genauigkeit der Dosierung von Kraftstoff und Luft zu verbessern, werden Messwerte von mehreren Sensoren zum Durchführen einer Rückkopplungssteuerung an das Steuergerät 18 übertragen.In view of the above, it is clear that the control system presented offers the possibility of providing efficient and clean combustion of various fuel mixtures in an internal combustion engine in any driving situation. In order to fulfill this task, a control unit 18 is used, in which physical parameters of one or more fuel components are stored, from which the components of the fuel mixture currently being used can be derived. The controller also contains calorific values of the fuel components that enable the proper amounts of fuel and air to be inducted into the engine to be determined. To improve the accuracy of fuel and air metering, readings from a plurality of sensors are transmitted to controller 18 for feedback control.

2 zeigt auf beispielhafte Weise ein Kennlinienfeld, das im ersten vorgegebenen Datensatz gespeichert sein kann und physikalische Kraftstoffkenngrößen diverser Kraftstoffkomponenten umfassen kann. Als ein erstes Beispiel zeigt das Kennlinienfeld auf beispielhafte Weise Kenngrößen für die Dichte ρ_f und die Dielektrizitätskonstante ε_rf von Benzin und DMC bei verschiedenen Kraftstofftemperaturen. Zwischen den Grenzwerten von 100 % Benzin und 100 % DMC enthält das Kennlinienfeld Werte für Benzin/DMC-Gemische in kleinen Inkrementen. Dies ermöglicht das Bestimmen der Anteile von Benzin und DMC in jedem denkbaren Gemisch durch Vergleichen der gemessenen Dichte ρ_f und der gemessenen Dielektrizitätskonstante ε_rf des zu analysierenden Kraftstoffs mit den gespeicherten Werten. In dem abgebildeten Beispiel wird ein Kraftstoffgemisch aus 50 % Benzin und 50 % DMC durch Abgleichen der gemessenen Dielektrizitätskonstante und der gemessenen Dichte bei einer Temperatur von 65 °C bestimmt. 2 shows, by way of example, a family of characteristics that can be stored in the first specified data set and can include physical fuel parameters of various fuel components. As a first example, the family of characteristics shows parameters for the density ρ _f and the dielectric constant ε _rf of gasoline and DMC at different fuel temperatures. Between the limit values of 100% petrol and 100% DMC, the map contains values for petrol/DMC mixtures in small increments. This makes it possible to determine the proportions of gasoline and DMC in every conceivable mixture by comparing the measured density ρ _f and the measured dielectric constant ε _rf of the fuel to be analyzed with the stored values. In the example shown, a fuel mixture of 50% gasoline and 50% DMC is determined by matching the measured dielectric constant and the measured density at a temperature of 65 °C.

Als ein zweites Beispiel zeigt das Kennlinienfeld auf beispielhafte Weise Kenngrößen für die Dichte ρ_f und die Dielektrizitätskonstante ε_rf einer unbekannten fossilen Kraftstoffkomponente (X-Kraftstoff) und einer beliebigen Elektrokraftstoffkomponente (E-Kraftstoff) bei verschiedenen Kraftstofftemperaturen. Gemäß dem ersten Beispiel enthält das Kennlinienfeld Werte für X-Kraftstoff/E-Kraftstoff-Gemische in kleinen Inkrementen zwischen den Grenzwerten von 100 %X-Kraftstoff und 100 % E-Kraftstoff. In dem abgebildeten Beispiel wird ein Kraftstoffgemisch von 90 % X-Kraftstoff und 10 % E-Kraftstoff durch Abgleichen der gemessenen Dielektrizitätskonstante und der gemessenen Dichte bei einer Temperatur von 80 °C bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann das Kennlinienfeld Werte für die kinematische Viskosität υ_kf der jeweiligen Kraftstoffkomponenten sowie von Gemischen davon umfassen.As a second example, the family of characteristics shows parameters for the density ρ _f and the dielectric constant ε _rf of an unknown fossil fuel component (X fuel) and a any electric fuel (e-fuel) component at different fuel temperatures. According to the first example, the map contains values for X-fuel/E-fuel mixtures in small increments between the limits of 100% X-fuel and 100% E-fuel. In the example shown, a fuel mixture of 90% X-Fuel and 10% E-Fuel is determined by matching the measured dielectric constant and measured density at a temperature of 80°C. Alternatively or additionally, the family of characteristics can include values for the kinematic viscosity υ _kf of the respective fuel components and of mixtures thereof.

3 bildet einen Ablaufplan ab, der ein erstes Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung und Luftdosierung in einem Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt. Nach den Starten des Steuerverfahrens wird die Betriebsbereitschaft des Sensors 15 geprüft. Wenn der Sensor 15 einen Fehler zeigt, wird der Motor in einer Sicherheitsbetriebsart betrieben, in der die nächste Werkstatt erreicht werden kann (S300). Wenn der Sensor 15 betriebsbereit ist, werden in Schritt S301 die physikalischen Kenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs wie etwa die kinematische Viskosität υ_kf, die Dichte ρ_f und die Dielektrizitätskonstante ε_rf gemessen. Auf der Grundlage dieser Kenngrößen werden in Schritt S302 unter Verwendung eines Kennlinienfeldes wie in 2 auf beispielhafte Weise gezeigt die Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffgemischs bestimmt. Wenn der analysierte Kraftstoff aus 100 % Benzin besteht, wird keine Korrektur der vorgegebenen Mengen von Kraftstoff und Luft benötigt, derart, dass die jeweiligen Werte direkt aus dem Motorkennlinienfeld abgeleitet werden können (S304 und S305). Wenn der analysierte Kraftstoff jedoch aus einem Kraftstoffgemisch besteht, werden in Schritt S303 der untere Heizwert H_u und der stöchiometrische Luftbedarf Lst des Kraftstoffgemischs z. B. unter Verwendung der Formeln (1) und (2) bestimmt. Auf der Grundlage der bestimmten kalorischen Werte können die Mengen von Kraftstoff und Luft im Motorkennlinienfeld eingestellt werden, um den erforderlichen Motorausgang zu erzielen (S304 und S305). Schließlich werden in Schritt S306 der Kraftstoffinjektor 13, die Drosselklappe 11 und/oder der variable Ventiltrieb (VVT) derart gesteuert, dass die bestimmten Mengen von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotor eingebracht werden. 3 Figure 12 depicts a flowchart showing a first example for controlling fuel injection and air metering in an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components. After starting the control process, the operational readiness of the sensor 15 is checked. If the sensor 15 shows an error, the engine is operated in a safety mode in which the nearest workshop can be reached (S300). If the sensor 15 is ready for operation, the physical parameters of the fuel to be injected, such as the kinematic viscosity υ _kf , the density ρ _f and the dielectric constant ε _rf , are measured in step S301. On the basis of these characteristics, in step S302 using a characteristic map as in FIG 2 shown in an exemplary manner determines the fuel components of the fuel mixture. If the analyzed fuel consists of 100% gasoline, no correction of the predetermined amounts of fuel and air is needed, such that the respective values can be derived directly from the engine map (S304 and S305). However, if the analyzed fuel consists of a fuel mixture, in step S303 the lower heating value H _u and the stoichiometric air requirement Lst of the fuel mixture z. B. determined using the formulas (1) and (2). Based on the determined calorific values, the amounts of fuel and air in the engine map may be adjusted to achieve the required engine output (S304 and S305). Finally, in step S306, the fuel injector 13, the throttle valve 11 and/or the variable valve train (VVT) are controlled in such a way that the determined amounts of fuel and air are introduced into the internal combustion engine.

4 bildet einen weiteren Ablaufplan ab, der ein zweites Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung und Luftdosierung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt. Die Schritte S400 bis S406 des in 4 abgebildeten Ablaufplans entsprechen den Schritten S300 bis S306 des in 3 abgebildeten Ablaufplans. Im Gegensatz zu dem Ablaufplan aus 3 umfasst der Ablaufplan aus 4 eine weitere Abfrage im Fall eines Fehlers des Sensors 15, bei der das Vorhandensein physikalischer Kraftstoffkenngrößen, die von einer Tankstelle empfangen werden, abgefragt wird. Wenn physikalische Kraftstoffkenngrößen wie etwa die kinematische Viskosität υ_kf, die Dichte ρ_f und die Dielektrizitätskonstante ε_rf empfangen worden sind, ist es möglich, die Kraftstoffkomponenten des einzuspritzenden Kraftstoffs selbst dann zu bestimmen, wenn der Sensor 15 einen Fehler zeigt. 4 Figure 12 depicts another flowchart showing a second example for controlling fuel injection and air metering of an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components. Steps S400 to S406 of in 4 illustrated flowchart correspond to steps S300 to S306 of in 3 shown schedule. Contrary to the schedule from 3 includes the schedule 4 a further query in the event of a fault in the sensor 15, in which the presence of physical fuel parameters received from a filling station is queried. When physical fuel parameters such as the kinematic viscosity υ _kf , the density ρ _f and the dielectric constant ε _rf have been received, it is possible to determine the fuel components of the fuel to be injected even if the sensor 15 shows an error.

5 bildet einen weiteren Ablaufplan ab, der ein drittes Beispiel zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung und Luftdosierung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Kraftstoffgemischs aus verschiedenen Kraftstoffkomponenten zeigt. Das dritte Beispiel unterscheidet sich vom ersten Beispiel in Schritt S501, in dem das Steuergerät 18 zusätzlich zu den gemessenen Kenngrößen in Schritt S502 physikalische Kraftstoffkenngrößen wie etwa eine kinematische Viskosität υ_kf, eine Dichte ρ_f und eine Dielektrizitätskonstante ε_rf von einer Tankstelle empfängt. Dieser zusätzliche Schritt S501 ermöglicht das Verringern der Zeit für die Kraftstoffbestimmung des Steuergeräts 18 durch das Bereitstellen von Ausgangskenngrößen, die die genaue Bestimmung der physikalischen Kraftstoffkenngrößen auf der Grundlage der gespeicherten Kennlinienfelder erleichtern. 5 Figure 12 depicts another flowchart showing a third example for controlling fuel injection and air metering of an internal combustion engine using a fuel mixture of different fuel components. The third example differs from the first example in step S501, in which the control unit 18 receives physical fuel parameters such as a kinematic viscosity υ _kf , a density ρ _f and a dielectric constant ε _rf from a gas station in addition to the measured parameters in step S502. This additional step S501 enables the time for the fuel determination of the control unit 18 to be reduced by providing output parameters which facilitate the accurate determination of the physical fuel parameters on the basis of the stored characteristic maps.

Nochmals zusammenfassend stellt der hier beschriebene Gegenstand eine wirksame und saubere Verbrennung verschiedener Kraftstoffgemische in einem Verbrennungsmotor in jeder Antriebssituation sicher. Um diese Aufgabe zu lösen, wird ein Steuergerät verwendet, in dem physikalische Kenngrößen einer oder mehrerer Kraftstoffkomponenten gespeichert sind, von denen die Komponenten des aktuell verwendeten Kraftstoffgemischs abgeleitet werden können. Ferner enthält das Steuergerät kalorische Werte der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten, die das Bestimmen der richtigen, in den Motor einzubringenden Mengen von Kraftstoff und Luft ermöglichen.To summarize again, the subject matter described here ensures efficient and clean combustion of various fuel mixtures in an internal combustion engine in every driving situation. In order to solve this task, a control unit is used in which physical parameters of one or more fuel components are stored, from which the components of the fuel mixture currently in use can be derived. The controller also includes caloric values of the one or more fuel components that enable determination of proper amounts of fuel and air to induct into the engine.

BezugszeichenlisteReference List

11

Kraftstofftankfuel tank

22

Kondensatabscheidercondensate separator

33

Ansaugtraktintake tract

44

Einlassventilintake valve

55

Brennraumcombustion chamber

66

Auslassventiloutlet valve

77

Auslasstraktexhaust tract

88th

KolbenPistons

99

Pleuelconnecting rod

1010

Luftmassenmessermass airflow meter

1111

(elektronische) Drosselklappe(electronic) throttle valve

1212

Zündkerzespark plug

1313

Kraftstoffinjektorfuel injector

1414

Kraftstoffrailfuel rail

1515

Sensorsensor

1616

Temperatursensortemperature sensor

1717

Lambdasensorlambda sensor

1818

Steuergerätcontrol unit

19, 2019, 20

Kraftstoffleitungfuel line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• US 2011/0166771 A1 [0005]US 2011/0166771 A1 [0005]

Claims (12)

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor einen Kraftstoffinjektor (13), der konfiguriert ist, Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einzuspritzen, wobei der Kraftstoff eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthält, einen Sensor (15), der konfiguriert ist, mindestens zwei physikalische Kraftstoffkenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs zu messen, einen Temperatursensor (16), der konfiguriert ist, eine Kraftstofftemperatur zu messen, eine Luftdosiervorrichtung (11), die konfiguriert ist, Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, zu dosieren, und eine Steuervorrichtung (18) enthält; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messen der mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs durch den Sensor (15); Bestimmen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffs auf der Grundlage der gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen und eines ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät (18) gespeichert ist, der physikalische Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten enthält, die den gemessenen Kraftstoffkenngrößen entsprechen; Bestimmen von kalorischen Kenngrößen des einzuspritzenden Kraftstoffs auf der Grundlage der bestimmten Kraftstoffkomponenten und eines zweiten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät (18) gespeichert ist, der kalorische Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten enthält; Bestimmen einer Kraftstoffmasse und einer Luftmasse, die in den Verbrennungsmotor eingebracht werden sollen, unter Verwendung der bestimmten kalorischen Kenngrößen; und Steuern des Kraftstoffinjektors (13) und der Luftdosiervorrichtung (11) des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der bestimmten Kraftstoff- und Luftmasse.Method for controlling an internal combustion engine, the internal combustion engine having a fuel injector (13) configured to inject fuel into the internal combustion engine, the fuel containing one or more fuel components, a sensor (15) configured to measure at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected measuring fuel, a temperature sensor (16) configured to measure a fuel temperature, an air metering device (11) configured to meter air supplied to the internal combustion engine, and a controller (18); the method comprising the following steps: measuring the at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine by the sensor (15); determining the one or more fuel components of the fuel based on the measured physical fuel parameters and a first predetermined data set stored in the controller (18) containing physical fuel parameters of the one or more fuel components corresponding to the measured fuel parameters; determining fuel calorific parameters to be injected based on the determined fuel components and a second predetermined data set stored in the controller (18) containing fuel calorific parameters of the one or more fuel components; determining a fuel mass and an air mass to be inducted into the internal combustion engine using the determined calorific parameters; and Controlling the fuel injector (13) and the air metering device (11) of the internal combustion engine based on the determined fuel and air mass. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die physikalischen Kraftstoffkenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten des ersten vorgegebenen Datensatzes im Steuergerät (18) jeweils als eine Funktion einer Temperatur der jeweiligen Kraftstoffkomponente gespeichert sind.procedure after claim 1 , wherein the physical fuel parameters of the one or more fuel components of the first predetermined data set are each stored in the control unit (18) as a function of a temperature of the respective fuel component. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs durch den Temperatursensor (16) gemessen wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the temperature of the fuel to be injected into the internal combustion engine is measured by the temperature sensor (16). Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 3, wobei die eine oder mehreren Kraftstoffkomponenten des Kraftstoffs durch Abgleichen der gemessenen physikalischen Kraftstoffkenngrößen mit den entsprechenden physikalischen Kraftstoffkenngrößen des ersten vorgegebenen Datensatzes, der im Steuergerät (18) gespeichert ist, unter Berücksichtigung der gemessenen Kraftstofftemperatur bestimmt werden.Procedure according to the previous ones claims 1 until 3 , wherein the one or more fuel components of the fuel are determined by comparing the measured physical fuel parameters with the corresponding physical fuel parameters of the first specified data set stored in the control unit (18), taking into account the measured fuel temperature. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei physikalischen Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs durch das Steuergerät (18) von einem externen Server empfangen werden.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the at least two physical fuel parameters of the fuel to be injected into the internal combustion engine are received by the control unit (18) from an external server. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kalorischen Kenngrößen des Kraftstoffs mittels einer Interpolation der gespeicherten kalorischen Kenngrößen der einen oder der mehreren Kraftstoffkomponenten, die den bestimmten Kraftstoffkomponenten entsprechen, bestimmt werden.A method according to any one of the preceding claims, wherein the calorific characteristics of the fuel are determined by means of an interpolation of the stored calorific characteristics of the one or more fuel components corresponding to the determined fuel components. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Steuergerät (18) eine Rückkopplungssteuerung der bestimmten Kraftstoffmasse und der bestimmten Luftmasse unter Verwendung einer gemessenen Luftmasse und eines gemessenen Luftverhältnisses durchgeführt wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the control unit (18) performs feedback control of the determined fuel mass and the determined air mass using a measured air mass and a measured air ratio. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Steuergerät (18) eine Einspritzdauer des Kraftstoffinjektors (13) unter Verwendung der gemessenen Kraftstofftemperatur angepasst wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein an injection duration of the fuel injector (13) is adjusted by the control unit (18) using the measured fuel temperature. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Steuergerät (18) eine Zündzeitvorgabe des Verbrennungsmotors entsprechend den bestimmten Kraftstoffkomponenten eingestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the control unit (18) sets an ignition time specification for the internal combustion engine in accordance with the fuel components determined. Steuergerät (18), das konfiguriert ist, einen Verbrennungsmotor zu steuern und das Verfahren nach mindestens einem der Verfahrensansprüche 1 bis 9 durchzuführen.A controller (18) configured to control an internal combustion engine and the method of at least one of the methods claims 1 until 9 to perform. Verbrennungsmotor, der Folgendes enthält: einen Kraftstoffinjektor (13), der konfiguriert ist, Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einzuspritzen, wobei der Kraftstoff eine oder mehrere Kraftstoffkomponenten enthält; einen Sensor (15), der konfiguriert ist, mindestens zwei physikalische Kraftstoffkenngrößen des in den Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoffs zu messen; einen Temperatursensor (16), der konfiguriert ist, eine Kraftstofftemperatur zu messen; eine Luftdosiervorrichtung (11), die konfiguriert ist, Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, zu dosieren, wobei die Luftdosiervorrichtung eine Drosselklappe (11) und/oder ein variabler Ventiltrieb ist; und das Steuergerät nach Anspruch 10.An internal combustion engine, comprising: a fuel injector (13) configured to inject fuel into the internal combustion engine, the fuel including one or more fuel components; a sensor (15) configured to measure at least two fuel physical parameters of fuel to be injected into the internal combustion engine; a temperature sensor (16) configured to measure a fuel temperature; an air metering device (11) configured to meter air supplied to the internal combustion engine, the air metering device being a throttle body (11) and/or a variable valve train; and the control unit claim 10 . Computerprogrammprodukt, das in einem Speicher speicherbar ist, das Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, bewirken, dass der Computer das Verfahren nach mindestens einem der Verfahrensansprüche 1 bis 9 durchführt.A computer program product storable in memory comprising instructions that when executed by a computer cause the computer to perform the method of at least one of the methods claims 1 until 9 performs.

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