SE1251271A1 - Förfarande och anordning för att bestämma sammansättningen i en bränsleblandning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till ett förfarande för att bestämma sammansättningen av en bränsleblandning av ett första bränsle och ett andra bränsle för drift av en förbränningsmotor med åtminstone en cylindertrycksensor för bestämning av cylindertrycket i åtminstone till en cylinder i förbränningsmotorn.Därvid är det anordnat så att från cylindertrycket bestäms värmevärdet hos bränsleblandningen eller en med värmevärdet korrelerande parameter och att från värmevärdet eller den med värmevärdet korrelerande parametern bestäms sammansättningen hos bränsleblandningen. Uppfinningen avser vidare en anordning för att utföra förfarandet. Metod och anordning möjliggör en snabb och tillförlitlig detektering av sammansättningen av en bränsleblandning från de av cylindertrycksensorerna uppmätta värdena.

Description

_2_ viktsandelar luft per andel bensin, vid användning av etanol måste en luftandel av 9 viktsandelar ställas in. Därtill är det känt, att med hjälp av en så kallad blandningsan- passning, baserat på signalen från en lambda - eller syresond i avgassystemet hos förbränningsmotorn, att detektera ett motsvarande anpassnings- eller korrigerings- värde och därmed anpassa luft-/bränsleförhållandet till bränslesammansättningen.

Detta kräver dock ett mycket stort inställningsområde för blandningsanpassning. För lambda - förskjutningar, på grund av toleranser i bränslet väg (bränsletryckfel, genomströmningsfel hos insprutningsventiler) eller i luftvägen (luftmassafel pä grund av toleranser hos varmfilmluftmassemätaren VFM eller från trycksensorer) är då ofta endast begränsade korrigeringsalternativ tillgängliga.

På grund av de olika förbränningsförhållandena hos etanol och bensin erhålles vi- dare behovet, att beroende av etanolhalten i bränsleblandningen genomföra en styr- ning av antändningen av förbränningsmotorn.

Det är redan känt att med separata sensorer bestämma sammansättning av bränsle- blandningen, och följaktligen att beakta den i motorstyrningen.

Därtill används olika typer av bränsletypsensorer, som även kallas "bränslesamman- sättningsensor" . Bränsletypsensorerna använder de olika egenskaperna hos alkohol och bensin för att bestämma bränsle -sammansättningen. Till exempel är etanol ett protiskt lösningsmedel som innehåller vätgasjoner och uppvisar en hög dielektrici- tetskonstant, som dock är beroende av vattenhalten. Bensin, däremot är ett apro- tiskt lösningsmedel med en liten dielektricitetskonstant . Baserat därpå finns det bränsletypsensorer, som bestämmer bränslesammansättning med hjälp av de di- elektriska egenskaperna hos bränsleblandningen. Andra typer av bränsletypsensorer använder sig av de olika optiska egenskaperna hos bränslet, till exempel olika bryt- ningsindex. Användningen av ytterligare sensorer är associerad med ökade kostna- der.

För att optimera tändningen är alternativa metoder kända, där termodynamiska hjälpstorheter som bildas med hjälp av signalerna från cylindertrycksensorer, justeras _3_ till förutbestämda börvärden. Därigenom kan tändningen ställas in på ett optimalt värde utan explicit kunskap om sammansättningen av bränsleblandningen.

Från dokumentet DE 10 2007 060 223 A1 är ett förfarande känt för bestämning av en sammansättning av en bränsleblandning av ett första bränsle och ett andra bränsle eller för bestämning av kvaliteten hos ett bränsle för drift av en förbränningsmotor med åtminstone en cylindertrycksensor i åtminstone en cylinder hos förbrännings- motorn för att bestämma tryckförloppet under en förbränningsprocess, och en cylin- dertryckbaserad motorreglering för reglering av lasten och förbränningstillståndet hos förbränningsmotorn. Därmed är det så anordnat, att bestämningen av sammansätt- ningen av bränsleblandningen, eller kvaliteten av bränslet genomförs med hjälp av reglerinformation hos den cylindertryckbaserade motorregleringen. Det föreslås att bestämningen av sammansättningen av bränsleblandningen eller kvaliteten på bränslet genomförs genom parameterkorrigering och / eller regleravvikelser i den cy- lindertryckbaserade motorregleringen.

Från DE 10 2007 023 900 A1 är ett förfarande för att bestämma sammansättningen av en bränsleblandning av ett första bränsle och ett andra bränsle för att driva en för- bränningsmotor är känd, varvid det första och det andra bränslet har olika förbrän- ningshastigheter, och /eller uppvisar olika specifika energiinnehåll, och varvid för- bränningsmotorn uppvisar åtminstone en trycksensor i åtminstone en förbrännings- kammare, med vilken ett tid- och /eller vinkelsynkront tryckförlopp i förbrännings- kammaren bestäms.

Därmed är det så anordnat att sammansättningen av bränsleblandningen från det tid- och /eller vinkelsynkrona tryckförloppet hos gastrycket i nämnda åtminstone en för- bränningskammare bestäms under en förbränningfas.

Det är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma ett förfarande som möjliggör en tillförlitlig och kostnadseffektiv detektering av sammansättningen av en bränsle- blandning av åtminstone två bränslen. Det är ytterligare ett ändamål med uppfin- ningen är att åstadkomma en anordning för att utföra förfarandet.

Beskrivning av uppfinningen Ändamålet för förfarandet enligt uppfinningen uppnås genom att från cylindertrycket bestäms värmevärdet hos bränsleblandningen eller en med värmevärdet korrele- rande parameter och att ur värmevärdet eller den korrelerande parametern bestäms sammansättningen hos bränsleblandningen.

Därmed förutsätts det att värmevärdet för det första bränslet och det andra bränslet skiljer sig åt, som till exempel är i fallet med en bensin - etanol blandning. Värmevär- det för bensin ligger vid 42,8 MJ / kg, och för etanol vid 26,8 MJ /kg.

För varje blandningsförhållande mellan det första och det andra bränslet erhålles ett tillhörande värmevärde. Om detta samband är känt, kan vid kända värmevärden hos en föreliggande bränsleblandning den unika sammansättning entydigt avgöras. Ef- tersom värmevärdet bestäms ur det aktuella förloppet hos cylindertrycket, motsvarar det den aktuella insprutade bränsleblandningen. En ändring av bränsleblandningen detekteras därför i ett fåtal arbetscykler hos förbränningsmotorn. Således kan nöd- vändiga korrigeringar för att styra motorn utföras snabbt och på rätt grunder. Ifall för- bränningsmotorn redan har en cylindertrycksensor för andra styruppgifter, så behövs inga ytterligare komponenter för att utföra förfarandet, det kan genomföras på mot- svarande billigt sätt. Dyra bränsletypsensorer, till exempel i form av en etanol - sen- sor, kan sparas in. Enligt en speciellt föredragen utföringsform av uppfinningen, är det så anordnat att från förloppet hos cylindertrycket bestäms det genomsnittliga in- dikerade cylindertrycket pmi, att från det genomsnittliga indikerade cylindertrycket pm; bestäms det genomsnittliga indikerade arbetet Wi, att från det genomsnittliga indike- rade arbetet Wi och en i den aktuella arbetscykeln insprutade bränslemängden be- stäms värmevärdet eller den med värmevärdet korrelerande parametern och därifrån bestäms sammansättningen hos bränsleblandningen. Det genomsnittliga indikerade cylindertrycket pm, beräknas som ett medelvärde över det uppmätta cylindertrycket under ett arbetsslag, minskat med medelvärdet av det uppmätta cylindertrycket i ett kompressionsslag. Det låter sig enkelt bestämmas från signalen från cylindertryck- sensorn exempelvis med en styrenhet som är anordnad till förbränningsmotorn. _5_ Det genomsnittliga indikerade cylindertrycket pmi är direkt beroende av den energi som frigörs vid förbränningen, så att det genomsnittliga indikerade arbetet W; kan avgöras vid en känd Cylindervolym. Värmevärdet erhålles av kvoten av det genom- snittliga indikerade arbetet Wi och den i arbetscykeln insprutade bränslemängden.

Via det entydiga sambandet mellan sammansättningen av bränsleblandningen och dess värmevärde kan bränsleförhållandet i bränsleblandningen bestämmas.

Noggrannheten för bestämningen av sammansättningen av bränsleblandningen kan förbättras genom att vid bestämningen av värmevärdet eller den med värmevärdet korrelerade parametern, utförs en medelvärdesbildning över olika cylindrar och /eller ett flertal arbetscykler. Medelvärdesbildningen kan då exempelvis genomföras på efter varandra följande bestämda värmevärden eller genomsnittliga indikerade cylin- dertryck pm; eller indikerade arbeten Wi.

För medelvärdesbildning över olika cylinder krävs motsvarande cylindertrycksensorer i respektive cylindrar.

För att undvika felaktiga värmevärderesultat bör förutsättningarna för detta följas.

Därtill kan det vara sä anordnat, att bestämningen av sammansättningen av bränsle- blandningen genomförs i enlighet med en kontroll av feltillstånd när det gäller tryck i bränslesystemet och / eller tillräckligt länga öppningstider för insprutningsventilen och / ellerförbränningsprocessen. Genom att kontrollera trycket i bränslesystemet kan fel i bränslesystemet detekteras. Tillräckligt långa öppningstider hos insprutningsventilen minimerar feltoleranser hos insprutningsventilen. Ett giltigt förbränningsförlopp kan exempelvis övervakas via positionen hos förbränningstyngdpunkten och höjden på topptrycket.

Vid bestämning av värmevärdet och därmed sammansättningen av bränslebland- ningen, är den insprutade bränslemängden nödvändig. För att förbättra noggrann- heten i den förstyrda bränslemassberäkningen av insprutningstiden, kan det vara anordnat så att det fastställda värmevärdet och /eller den med det fastställda värme- värdet korrelerande parametern och /eller sammansättningen av bränsleblandningen äterkopplas och beaktas i beräkningen av den insprutade mängden bränsle _ _6_ För optimering och validering av resultatet, kan det vara anordnat så att det fast- ställda värmevärdet eller den fastställda, med värmevärdet korrelerande parametern, kontrolleras med avseende på överskridandet av ett teoretiskt maxvärde, eller till un- derskridandet av ett teoretiskt minimivärde. Därigenom låter sig toleranserna ytterli- gare begränsas. Vid ett underskridande av minimivärdet kan i samverkan med en förbränningsprocessanalys vid användning av ren etanol som bränsle också en för hög vattenhalt avgöras. Ändamålet för anordningen enligt uppfinningen uppnås genom att styrenheten tillhandahåller en kretsanordning eller en programsekvens för bestämning av värmevärdet för bränsleblandningen som en kvot mellan det indikerade arbetet Wi och den insprutade bränslemängden, att det i styrenheten finns information lagrat om sambandet mellan värmevärdet och sammansättning av bränsleblandningen och att det i styrenheten tillhandahålls en programsekvens för bestämning av sammansättning av bränsleblandningen från det bestämda värmevärdet och informationen tillhandahålls för sambandet mellan vär- mevärdet och sammansättningen av bränsleblandningen. Informationen om sam- bandet mellan värmevärdet och sammansättningen hos bränsleblandningen kan lagras till exempel i form av en beräkningsinstruktion eller en tabell med värden. Be- räkningen av värmevärdet genomförs därmed baserat på informationen, som redan finns i styrenheten hos förbränningsmotorerna som är utrustade med cylindertryck- SGFISOFGF.

Förfarandet och anordningen kan företrädesvis användas för att bestämma sam- mansättningen av en bränsleblandning av bensin och etanol.

Uppfinningen visas nedan med hänvisning till ett utföringsexempel som visas när- mare i figurerna. Där visas: Figur 1 visar ett diagram för sambandet mellan värmevärdet och etanolhalten för bränsleblandningar av bensin och etanol, _7_ Figur 2 visar ett blockdiagram av förloppet av bestämningen av sammansättningen av en bränsleblandning av tvä bränslen.

Figur 1 visar ett diagram över sambandet mellan värmevärde 11 och etanolhalten i bränsleblandningar av bensin och etanol. Där visas värmevärdet 11 relativt en axel med värmevärdet 10 i MJ /kg och en axel som visar etanolhalten 12 som en pro- centsats.

Ren bensin har ett värmevärde 11 av 42,8 MJ / kg, ren etanol av 26,8 MJ / kg. Där- emellan löper sambandet via blandningsförhällandet linjärt. Om värmevärdet 11 hos bränsleblandningen är känt, kan man direkt avgöra etanolhalten och därmed sammansättningen av bränsleblandningen. Till exempel resulterar ett värmevärde 11 av 40,4 MJ / kg i en etanolhalt av 15% i bränsleblandningen.

Figur 2 visar ett blockdiagram för förloppet av bestämningen av sammansättningen av en bränsleblandning av bensin och etanol, såsom den kan genomföras i en styranordning för en förbränningsmotor.

Ett första block 20 tillförs en utsignal med ett cylindertryck frän en cylindertrycksen- sor. Cylindertrycket 40 är uppmätt i en cylinder i en icke visad förbränningsmotor.

I det första blocket 20 bestäms frän förloppet hos cylindertrycket 40 enligt kända metoder, ett indikerat arbete Wi, eftersom det har omvandlats frän det aktuella in- sprutade bränslet i cylindern. Det indikerade arbetet W, tillförs en divisionspunkt 31.

I ett andra block 21 föreligger en effektiv lnsprutningstid te, som anger hur länge bränsleblandningen insprutats effektivt i cylindern i den aktuella arbetscykeln.

Därifrån bestäms i en multiplikationspunkt 30, en insprutningsmängd som sparas i ett tredje block 22. lnsprutningsmängden är den bränslemängd som tillförts till cylindern i den aktuella arbetscykeln. Den tillförs till divisionspunkten 31.

I divisionspunkten 31 beräknas genom division av det indikerade arbetet W, och in- sprutningsmassan värmevärdet 11 som sparas i det fjärde blocket 23. _8_ Från värmevärdet 11 bestäms i en jämförelsepunkt 32 via det i figur 1 visade sam- bandet mellan värmevärde 10 och blandningsförhällandet 12 hos bränslebland- ningen etanolhalten iden föreliggande bensin - etanolblandning och lagras i ett femte block 24. Sammansättningen av bränsleblandningen är därmed känd och kan tas beaktande vid styrningen av förbränningsmotorn.

Sammansättningen av bränsleblandningen tillförs ett sjätte block 25, och den beak- tas där vid bestämmandet av en mediumkorrektionsfaktor. Från mediumkorrektions- faktor och den effektiva insprutningstiden te bestäms i multiplikationspunkten 30 in- sprutningsmängden. Alternativt eller dessutom kan även det värmevärde 10 som är lagrat i blocket 23 beaktas vid bestämmandet av mediumkorrektionsfaktorn och på så sätt återkopplas för att förbättra noggrannheten hos den förstyrda bränslemasse- beräkningen.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 Krav Förfarande för att bestämma sammansättningen hos en bränsleblandning av ett första bränsle och ett andra bränsle för drift av en förbränningsmotor med åtminstone en cylindertrycksensor för att bestämma cylindertrycket (40) i åtmin- stone en cylinder av förbränningsmotorn, kännetecknat av att ur cylinder- trycket (40) bestäms värmevärdet (11) hos bränsleblandningen eller en para- meter som korrelerar med värmevärdet (11) och att ur värmevärdet (11) eller den korrelerade parametern bestäms sammansättningen hos bränslebland- ningen. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att från cylindertryckets förlopp (40) fastställs det genomsnittliga indikerade cylindertrycket pmi, att från det genomsnittliga indikerade cylindertrycket pmi bestäms det genom- snittliga indikerade arbetet Wi, att från det genomsnittliga indikerade arbetet Wi och den i varje arbetscykel insprutade bränslemängden bestäms värmevärdet (11) hos bränsleblandningen eller en parameter som korrelerar med värmevär- det (11) och därur sammansättningen hos bränslemängden. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att vid bestämningen av värmevärdet (11) eller den med värmevärdet (11) korrelerande parametern föl- jer en medelvärdesbildning över olika cylindrar och / eller flera arbetscykler. Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknat av att bestämningen av sammansättningen av bränsleblandningen äger rum enligt en kontroll av feltillständ avseende tryck i bränslesystemet och / eller tillräckligt lång öpp- ningstid hos insprutningsventilen och / eller förbränningsförloppet. Förfarande enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknat av att det fastställda värmevärdet (11) och /eller den med det fastställda värmevärdet (11) korrele- rande parametern och /eller sammansättningen av bränsleblandningen åter- kopplas och beaktas vid beräkningen av den insprutade bränslemängden. 10 15 20 25 _10_ Förfarandeenligt något av kraven 1 till 5, kännetecknat av att det fastställda värmevärdet eller den med värmevärdet (11) korrelerande parametern kontrol- leras för överskridandet av ett teoretiskt maximalt värde, eller för underskridan- det av ett teoretiskt minimivärde. Anordning för att bestämma sammansättningen av en bränsleblandning av ett första bränsle och ett andra bränsle för driften av en förbränningsmotor, varvid förbränningsmotorn uppvisar åtminstone en cylindertrycksensor för att be- stämma cylindertrycket (40) i åtminstone en cylinder hos förbränningsmotorn, med en styrenhet för styrning av förbränningsmotorn, för att bestämma ett in- dikerat medeltryck pmi, och ett indikerat arbete Wi under högtrycksslingan i en arbetscykel ur signalerna från cylindertrycksensorn och för att bestämma den insprutade bränslemängden, kännetecknad av att i styrenheten tillhandahålls en kretsanordning eller en programsekvens för att bestämma ett värmevärde (11) av bränsleblandningen som kvoten av det indikerade arbetet Wi och den insprutade bränslemängden, att i styrenheten är information lagrad avseende sambandet mellan värmevärdet (11) och sammansättningen av bränslebland- ningen och att det i styrenheten tillhandahålls en programsekvens för att be- stämning av sammansättningen av bränsleblandningen ur det bestämda vär- mevärdet (1 1) och informationen om sambandet mellan värmevärdet (11) och sammansättningen i bränsleblandningen. Användning av ett förfarande och anordningen enligt något av de föregående kraven för bestämning av sammansättningen av en bränsle - blandning av bensin och etanol.