DE102009045419B4

DE102009045419B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs zum Betrieb einer Brennkraftmaschine

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Publication number: DE102009045419B4
Application number: DE102009045419.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Klenk; Stephan Uhl; Kai Jakobs; Pierre-Yves Crepin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2029-10-08
Also published as: DE102009045419A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung (10) eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei sich die Kraftstoffe in ihren chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften unterscheiden, wobei Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine voneinander abgegrenzt werden und wobei Kenngrößen ermittelt werden, welche von den chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer ersten Kenngröße ein erster Zusammensetzungswert (12) des Kraftstoffgemischs bestimmt wird, dass aus zumindest einer zweiten Kenngröße zumindest ein zweiter Zusammensetzungswert (13) bestimmt wird, dass Wichtungsfaktoren (18) für die Zusammensetzungswerte (12, 13) in Abhängigkeit von der Aussagegenauigkeit des jeweiligen Zusammensetzungswerts vorgegeben werden und dass die Zusammensetzung (10) des Kraftstoffgemischs aus einer mit den zugehörigen Wichtungsfaktoren (18) gewichteten Kombination des ersten Zusammensetzungswerts (12) und zumindest des zweiten Zusammensetzungswerts (13) ermittelt wird, wobei- als Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs die Drehzahl einer elektronisch kommutierten Kraftstoffpumpe oder der der Kraftstoffpumpe zugeführte elektrische Strom verwendet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder- eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt wird, dass ein von einer Niederdruckkraftstoffpumpe aufgebauter Vorförderdruck so weit abgesenkt wird, bis im Bereich zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer danach angeordneten Hochdruckkraftstoffpumpe Dampfblasen auftreten, als Kenngröße der Vorförderdruck verwendet wird, ab dem Dampfblasen auftreten und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder- eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus einer Saugrohrwandfilmstärke abgeleitet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder- eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus der Regelung der Gemischadaption bestimmt wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder- als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs ein Signal eines Äthanolsensors verwendet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei sich die Kraftstoffe in ihren chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften unterscheiden, wobei Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine voneinander abgegrenzt werden und wobei Kenngrößen ermittelt werden, welche von den chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen,
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei sich die Kraftstoffe in ihren chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften unterscheiden, wobei Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine voneinander abgegrenzt sind, wobei Kenngrößen ermittelt werden, welche von den chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen und wobei der Brennkraftmaschine eine Steuereinheit zugeordnet ist.
Stand der Technik
Brennkraftmaschinen auf der Basis von Otto-Motoren werden allgemein mit einem Kraftstoff aus Kohlenwasserstoffen aus fossilen Brennstoffen auf Basis von raffiniertem Erdöl betrieben. Zu diesem Kraftstoff wird vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzen) erzeugter Alkohol, beispielsweise Äthanol oder Methanol, in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und in Europa wird oft eine Mischung aus 75-85 % Äthanol und 15-25 % Benzin unter dem Markennamen E85 eingesetzt. Die Brennkraftmaschinen sind so ausgelegt, dass sie sowohl mit reinem Benzin als auch mit Mischungen bis hin zu E85 betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb“ bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung müssen die Betriebsparameter im Flex-Fuel-Betrieb an die jeweilig vorliegende Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Beispielhaft liegt ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis bei 14,7 Gewichtsanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von Äthanol muss jedoch ein Luftanteil von 9 Gewichtsanteilen eingestellt werden.
Beim Flex-Fuel-Betrieb muss aufgrund der unterschiedlichen temperaturabhängigen Verdampfungseigenschaften von Äthanol und Benzin beim Start der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis ein angepasster Anreicherungsfaktor vorgegeben werden. Der Zündzeitpunkt muss ebenfalls in Abhängigkeit von der Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Die Kenntnis des vorliegenden Kraftstoff-Mischungsverhältnisses ist daher von grundlegender Bedeutung für den Betrieb der Brennkraftmaschine.
Zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs können unterschiedliche Kraftstoffartensensoren, auch als „fuel composition sensors“ bezeichnet, eingesetzt werden. Kraftstoffartensensoren nutzen die unterschiedlichen Eigenschaften der eingesetzten Kraftstoffe, beispielsweise von Alkohol und Benzin, zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung. So ist beispielsweise Äthanol ein protisches Lösemittel, welches Wasserstoffionen enthält und eine große, jedoch vom Wassergehalt abhängige, Dielektrizitätskonstante aufweist. Benzin hingegen ist ein aprotisches Lösemittel mit einer kleinen Dielektrizitätskonstanten. Darauf basierend gibt es Kraftstoffartensensoren, welche die Kraftstoffzusammensetzung anhand der dielektrischen Eigenschaften des Kraftstoffgemischs bestimmen. Andere Kraftstoffartensensoren nutzen die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit oder die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der Kraftstoffe wie beispielhaft die unterschiedlichen Brechungsindices. Nachteilig hierbei ist, dass durch den Einsatz von Kraftstoffartensensoren die Systemkosten erhöht werden. Ein weiterer Nachteil besteht darein, dass gemäß bestehender Vorschriften die korrekte Funktionsfähigkeit der Kraftstoffartensensoren überwacht werden muss, was einen zusätzlichen Aufwand erfordert.
Es wurden daher softwarebasierte Systeme zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung entwickelt, die keine speziellen Kraftstoffartensensoren verwenden, sondern die die Signale der an der Brennkraftmaschine vorhandenen Sensoren auswerten. Diese Systeme können kostengünstiger verwirklicht werden als Systeme mit Kraftstoffartensensoren.
Aus der DE 3036107 C3 ist eine Regeleinrichtung bekannt für ein Kraftstoffzumesssystem bei einer Brennkraftmaschine bestehend aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil), einer Lambdasonde, Mitteln (Zeitglied) zum Bilden eines Grundzumesssignals, das betriebskenngrößenabhängig korrigiert letztlich das Ansteuersignal (ti) der Kraftstoffversorgungsvorrichtung bestimmt, einem Lambda-Regler, der ausgehend von einem von der LambdaSonde gemessenen Signal (λ) einen Korrekturfaktor ermittelt, der multiplikativ das Grundzumesssignal (tp) mit dem Korrekturfaktor beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass die Lambda-Korrektur außer vom Korrekturfaktor (KR λ) abhängig ist von einer additiven (KA λ) und/oder einer multiplikativen (KL λ) Korrekturgröße, die korrekturfaktor- und betriebskenngrößenabhängig bestimmt wird.
Die Regeleinrichtung ermöglicht es, systematische Abweichungen der durch das Grundzumesssignal vorgegebenen Kraftstoffzumessungen, also der so genannten Vorsteuerung, von dem durch die Lambda-Regelung ermittelten Wert durch einen Adaptionseingriff mit einer entsprechenden Langzeitkorrektur auszugleichen. Systematische Abweichungen können beispielsweise durch Alterungseinflüsse oder durch Fertigungseinflüsse bedingt sein. Im Mittel entspricht die durch die korrigierte Vorsteuerung definierte Menge an Kraftstoff der tatsächlich benötigten Menge. Kurzfristige Abweichungen können mit dem Lambda-Regler ausgeglichen werden, dem jetzt wieder der gesamte Regelbereich zur Verfügung steht. Das zugrunde liegende Verfahren ist auch unter der Bezeichnung Gemischadaption bekannt.
Die Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses kann ohne zusätzlichen Kraftstoff-Artensensor an Hand einer Kraftstoff-Adaption erfolgen. Die Kraftstoff-Adaption wird nach einer durch den Tankstandsgeber erkannten Betankung aktiviert. Eine durch den Tankvorgang geänderte Kraftstoffzusammensetzung führt zu einem geänderten stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis. Durch einen entsprechenden Eingriff der Lambda-Regelung auf die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere auf das eingestellte Luft-/Kraftstoff-Verhältnis und den Zündzeitpunkt, wird diese Änderung der Kraftstoffeigenschaften im Rahmen der Kraftstoff-Adaption berücksichtigt. Aus dem Eingriff der Lambda-Regelung beziehungsweise der Kraftstoff-Adaption kann so auf das stöchiometrische Verhältnis und daraus auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs geschlossen werden. Die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs kann entsprechend durch eine reine Softwarelösung kostengünstig bestimmt werden.
Nachteilig hierbei ist, dass nach einem Tankvorgang während der Kraftstoff-Adaption die Gemisch-Adaption vorübergehend deaktiviert werden muss, damit geänderte Verbrennungseigenschaften des Kraftstoff-Gemischs nicht fälschlich durch die Langzeitkorrektur der Gemischadaption ausgeregelt werden. Die Deaktivierung der Gemisch-Adaption ist unerwünscht und widerspricht den Anforderungen insbesondere der CARB in den USA nach einer kontinuierlichen Überwachung und Diagnose des Kraftstoff-Versorgungssystems.
Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass bei einem Betankungsvorgang mit kleinen Kraftstoffmengen die Tankfüllstandssensoren dies nicht immer zuverlässig erkennen. Werden wiederholt solche Kleinstmengenbetankungen durchgeführt, so kann es, insbesondere bei geringem Füllstand des Kraftstofftanks, dazu kommen, dass sich die Kraftstoff-Zusammensetzung signifikant ändert, ohne dass dies durch die Kraftstoff-Adaption erkannt und ausgeregelt wird. Die Veränderung der Verbrennungseigenschaften wird dann fälschlich durch die Gemisch-Adaption korrigiert.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses der eingangs genannten Art ist auch in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 028 874 A1 angegeben, wobei sich die Kraftstoffe in ihrer Magerlaufgrenze und/oder in ihrer Abgasrückführverträglichkeit unterscheiden und wobei sich auch die bei der Verbrennung der Kraftstoffe gebildeten Abgase in ihrem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid unterscheiden. Dabei ist vorgesehen, dass die Magerlaufgrenze der Brennkraftmaschine für das Kraftstoffgemisch bestimmt wird, dass aus der Magerlaufgrenze ein erster Zusammensetzungswert bestimmt wird, dass aus dem Verlauf eines Pumpstroms in Abhängigkeit von dem Lambdawert des Abgases einer in dem Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Breitband-Lambdasonde ein zweiter Zusammensetzungswert bestimmt wird und dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer Kombination des ersten Zusammensetzungswerts und des zweiten Zusammensetzungswerts ermittelt wird. Zur Verbesserung der Aussagegenauigkeit wird eine gewichtete Mittelung mit Wichtungsfaktoren durchgeführt, die die Messabweichung bei der Bestimmung einer jeweiligen Kenngröße wiedergeben. Die Zusammensetzung wird nach der Methode der Gaußschen Fehlerbetrachtung auf Basis der unabhänig voneinander ermittelten Zusammensetzungswerte bestimmt. Dabei kann ein aus der Grenze für die Abgasrückführverträglichkeit bestimmter dritter Zusammensetzungswert zum Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs in Kombination mit dem ersten und/oder zweiten Zusammensetzungswert einbezogen werden.
Ähnliche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs zeigen die DE 10 2009 028 877 A1 , die DE 10 2009 028 878 A1 , die DE 10 2009 029 011 A1 , die DE 10 2009 029 013 A1 und die DE 10 2009 029 057 A1 , wobei unterschiedliche Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs genannt sind.
Ein weiteres System zur Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses ohne Verwendung eines speziellen Kraftstoffartensensors wird in der DE 10 2006 000 643 A1 der Anmelderin beschrieben. Die Schrift beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses (z) von Bestandteilen eines Kraftstoffgemischs, welches mit einer Kraftstoffpumpe gefördert wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Maß (p_KP) für die Leistungsaufnahme der Kraftstoffpumpe erfasst wird und dass anhand des erfassten Maßes (p_KP) das Verhältnis (z) von Bestandteilen des Kraftstoffgemischs bestimmt wird.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses ohne Verwendung eines speziellen Kraftstoffartensensors wird in der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2007 034 189 A1 der Anmelderin beschrieben. Die Schrift beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei der erste und der zweite Kraftstoff verschiedene Oktanzahlen aufweisen und wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Klopfsensor und eine Klopfregelung aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mittels eines Ausgangssignals des Klopfsensors bestimmt wird.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoffgemische verschiedener Zusammensetzung eine unterschiedliche Klopffestigkeit aufweisen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Zündwinkel bestimmt wird, bei dem gerade kein Motorklopfen auftritt. Das Verfahren wird in der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2007 042 718 A1 der Anmelderin beschrieben.
In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2009 028 329 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoffzusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bei bekanntem Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder eines Lambdawertes bei bekanntem Kraftstoff, bei dem durch gezielte Eingriffe die Laufruhe der Brennkraftmaschine zumindest zeitweise negativ beeinflusst wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beeinflussung mittels einer Variation eines Zündwinkels und/ oder mittels einer Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wobei aus einer daraus resultierenden Laufunruhe bzw. aus einem daraus resultierenden Gradienten für die Laufunruhe eine Kenngröße für die Zusammensetzung des aktuell vorliegenden Kraftstoffgemischs oder ein Lambdawert für die Zylinder der Brennkraftmaschine abgeleitet werden.
In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2008 001 668 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit zumindest einem den Verlauf der Verbrennung in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmenden Sensor beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass aus einer einen Verbrennungsvorgang in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe ein Maß für die Stabilität des Verbrennungsvorgangs gebildet wird und dass die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Maß für die Stabilität des Verbrennungsvorgangs erfolgt.
In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2009 028 327 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoffzusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei einer Steuereinheit ein Ausgangssignal einer in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten Breitband-Lambdasonde zugeführt wird, beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Verlauf einer Pumpstromkennlinie der Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit von dem Lambdawert des Abgases bestimmt wird.
Die genannten Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs auf Basis verschiedener, der Brennkraftmaschine beziehungsweise deren Steuereinheit bereits vorliegender Kenngrößen und Signale zeigen den Nachteil, dass die erreichbare Aussageunschärfe bei der Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung zum Teil deutlich größer ist als die zur Steuerung der Brennkraftmaschine benötigte Genauigkeit.
In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2008 000 603 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, welche mit einem Kraftstoffgemisch aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff betrieben wird, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhalts, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der zugeführten Luftmasse und der gemessenen Änderung des Tankinhaltes unter Berücksichtung des Sauerstoffgehalts im Abgas bestimmt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt ein zweiter Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der im Leerlauf der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge ermittelt wird, dass der erste und der zweite Wert auf Übereinstimmung innerhalb einer vorgegebenen Grenze verglichen werden und dass bei voneinander abweichenden Werten auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse oder des Tankfüllstandsmessers geschlossen wird. Das Verfahren dient demnach der Überwachung der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, der Überwachung der zugeführten Luftmasse oder der Überwachung des Tankfüllstandsmessers; die Genauigkeit bei der Bestimmung der beiden Werte für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs ist auf die Genauigkeit der einzelnen zu Grunde liegenden Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung begrenzt und damit großen Aussageunschärfen unterworfen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine zuverlässige und kostengünstige Erkennung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus zumindest zwei Kraftstoffen mit einer ausreichend geringen Aussageunschärfe ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass aus einer ersten Kenngröße ein erster Zusammensetzungswert des Kraftstoffgemischs bestimmt wird, dass aus zumindest einer zweiten Kenngröße zumindest ein zweiter Zusammensetzungswert bestimmt wird, dass Wichtungsfaktoren für die Zusammensetzungswerte in Abhängigkeit von der Aussagegenauigkeit des jeweiligen Zusammensetzungswerts vorgegeben werden und dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus einer mit den zugehörigen Wichtungsfaktoren gewichteten Kombination des ersten Zusammensetzungswerts und zumindest des zweiten Zusammensetzungswerts ermittelt wird. Durch die unterschiedlichen Eigenschaften der reinen Kraftstoffe ergeben sich unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften sowie unterschiedliche Verbrennungs-Eigenschaften für in verschiedenen Mischungsverhältnissen zusammengesetzte Kraftstoffgemische. Diese Eigenschaften beeinflussen mehrere, zumeist voneinander unabhängige, Kenngrößen, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine erfasst werden. Aus den einzelnen Kenngrößen können so Indizien für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs in Form von Zusammensetzungswerten abgeleitet werden. Ein Zusammensetzungswert beschreibt die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs, wie sie an Hand einer Kenngröße ermittelt wurde. Die einzelnen Zusammensetzungswerte weisen, je nach Korrelation der zu Grunde liegenden Kenngröße mit der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs und von Toleranzen bei der Bestimmung der zu Grunde liegenden Messwerte, Aussageunschärfen auf, die deutlich höher liegen können als die angestrebte Genauigkeit bei der Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs. Da die einzelnen Kenngrößen voneinander unabhängig sind, kann von einer stochastischen Verteilung der daraus abgeleiteten Zusammensetzungswerte und der zugehörigen Aussageunschärfen ausgegangen werden. Durch eine geeignete Kombination der einzelnen Zusammensetzungswerte kann daher die tatsächliche Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs deutlich genauer bestimmt werden, als dies an Hand der einzelnen Zusammensetzungswerte möglich ist. Dabei erhöht eine vergrößerte Anzahl von zur Verfügung stehenden Zusammensetzungswerten die Aussagegenauigkeit.
Die Zusammensetzungswerte können aus Sensorsignalen abgeleitet sein oder aus Rechenwerten im Programmablauf einer Steuerung der Brennkraftmaschine. Daher können verschiedene Zusammensetzungswerte mit unterschiedlicher Genauigkeit bestimmt werden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Zusammensetzungswerte bei der Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit Wichtungsfaktoren zu versehen, die die jeweilige Aussagegenauigkeit wiederspiegeln. Hierdurch verringert sich die Abweichung der bestimmten Zusammensetzung vom realen Wert. Weiterhin kann die Größe der zu erwartenden mittleren Abweichung genauer bestimmt werden.
Vorteilhaft bei dem Verfahren ist, dass die Bestimmung der Zusammensetzungswerte und somit der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus bei modernen Brennkraftmaschinen bereits vorliegenden Kenngrößen erfolgen kann. Es müssen keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise zusätzliche Kraftstoffarten-Sensoren, vorgesehen werden, was eine kostengünstige Umsetzung des Verfahrens als reine Softwarelösung ermöglicht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen vom Gesetzgeber geforderten Diagnosefunktionen, wie beispielsweise die Gemischadaption, nicht deaktiviert werden, wodurch sich die Akzeptanz für das Verfahren gegenüber bestehenden Software-Lösungen deutlich erhöht.
Ein weiterer Vorteil gegenüber bestehenden Lösungen ist, dass die Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung nicht an das Erkennen eines Tankvorgangs gebunden ist. Werden bei bestehenden Verfahren, welche das Erkennen eines Tankvorgangs voraussetzen, häufig von dem Tankfüllstandsensierungssystem nicht mehr zu erkennende Kleinstmengen getankt, so kann dies - insbesondere bei niedrigem Füllstand des Tanks - zu einer merklichen Änderung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs führen, ohne dass dies von dem Verfahren erkannt wird.
Erfindungsgemäß wird der Zusammensetzungswert dadurch ermittelt, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs die Drehzahl einer elektronisch kommutierten Kraftstoffpumpe oder der der Kraftstoffpumpe zugeführte elektrische Strom verwendet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Physikalisches Unterscheidungsmerkmal zwischen den gemischten Kraftstoffen ist hierbei die unterschiedliche Viskosität und die unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der Viskosität der einzelnen Kraftstoffe und somit des resultierenden Kraftstoffgemischs. Die Viskosität des Kraftstoffgemischs beeinflusst direkt die Drehzahl und den der Kraftstoffpumpe zugeführten elektrischen Strom, so dass aus diesen Kenngrößen Indizien für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs gewonnen werden können. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Bestimmung des Zusammensetzungswerts unabhängig von anderen Verfahren zur Bestimmung von Kenngrößen, aus welchen weitere Zusammensetzungswerte abgeleitet werden, erfolgt, was eine Voraussetzung für eine stochastische Verteilung der Zusammensetzungswerte darstellt.
Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt wird, dass ein von einer Niederdruckkraftstoffpumpe aufgebauter Vorförderdruck so weit abgesenkt wird, bis im Bereich zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer danach angeordneten Hochdruckkraftstoffpumpe Dampfblasen auftreten, als Kenngröße der Vorförderdruck verwendet wird, ab dem Dampfblasen auftreten und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Das Verfahren lässt sich insbesondere bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen einsetzen. Grundlage hierzu ist der unterschiedliche Dampfdruck der verwendeten Kraftstoffe. So zeigt beispielsweise ein Kraftstoffgemisch aus Äthanol und Benzin bei konstanter Temperatur und einem Äthanolgehalt von größer 30% mit steigendem Äthanolgehalt einen sinkenden Dampfdruck. Wird beispielhaft während einer Testfunktion der Vorförderdruck der Niederdruckkraftstoffpumpe kurzzeitig so weit abgesenkt, dass sich durch Unterschreiten des Dampfdrucks des Kraftstoffgemischs Dampfblasen in dem Kraftstoffgemisch zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und der Hochdruckkraftstoffpumpe bilden, so bricht die Hochdruckförderung zusammen. Bei bekannter Temperatur kann jetzt aus dem eingestellten Vorförderdruck auf die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs geschlossen werden.
In unterschiedlichen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine wie Leerlauf, Schub-Betrieb, Teil- und Voll-Last-Betrieb lassen sich die Zusammensetzungswerte mit unterschiedlicher Genauigkeit bestimmen. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Wichtungsfaktoren der einzelnen Zusammensetzungswerte in Abhängigkeit von dem vorliegenden Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass in einem Betriebsbereich ein Wichtungsfaktor für einen Zusammensetzungswert gleich Null ist und dieser Zusammensetzungswert in der Bestimmung der Zusammensetzung nicht berücksichtigt wird. In dieser Ausführungsform kann die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit verbesserter Genauigkeit in einem weiten Anwendungsbereich der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Werden die Wichtungsfaktoren aus dem Kehrwert der prozentualen Aussagegenauigkeit des Zusammensetzungswerts bestimmt, können mit der Methode der Gaußschen Fehlerfortpflanzung die wahrscheinlichste Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs und die mittlere Abweichung vom wahren Wert berechnet werden. Ist die Aussaggenauigkeit beispielhaft 20 %, ist der Wichtungsfaktor 1/0,2 = 5 anzuwenden. Im Fall zweier Zusammensetzungswerte Z1 und Z2 und zweier Wichtungsfaktoren W1 und W2 ist die wahrscheinlichste Zusammensetzung wZ $wZ = ({W1}^{2 *} Z1 + {W2}^{2 *} Z2) / ({W1}^{2} + {W2}^{2}) .$
Die Genauigkeit m für die wahrscheinlichste Zusammensetzung wZ für einen maximalen Äthanolgehalt von 85 % berechnet sich zu $m=85%/ \sqrt{{W1}^{2} + {W2}^{2}}$
Die Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs kann aus einer vorgegebenen Anzahl von Zusammensetzungswerten bestimmt werden, indem die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der Summe der mit den Quadraten der zugehörigen Wichtungsfaktoren multiplizierten Zusammensetzungswerte dividiert durch die Summe der Quadrate der Wichtungsfaktoren bestimmt wird. Nach dieser Berechnung nach der Methode der Gaußschen Fehlerfortpflanzung wird der wahrscheinlichste Wert für die Zusammensetzung bestimmt. Eine Vergrößerung der Anzahl der Zusammensetzungswerte verringert hierbei vorteilhaft die Abweichung vom wahren Wert der Zusammensetzung und verbessert die Fehlergrenzen bei der Bestimmung.
Eine besonders einfache Vorgabe der Wichtungsfaktoren für unterschiedliche Betriebsbereiche und eine einfache Berechnung bei ausreichender Genauigkeit werden erreicht, indem die Wichtungsfaktoren in Stufen vorgegeben werden.
Die erreichbare Genauigkeit des Schätzwertes der wahren Zusammensetzung läßt sich berechnen, indem der maximale Äthanolgehalt dividiert wird durch die Quadratwurzel der Summe der Quadrate Wichtungsfaktoren. Bei einem Äthanolgehalt von maximal 85 % und einer relativen mittleren Abweichung von 10 % beträgt die absolute mittlere Abweichung somit 8,5 %.
Moderne Brennkraftmaschinen verfügen häufig über Klopfsensoren, deren Ausgangssignal für eine Klopfregelung verwendet wird. Unterscheiden sich Kraftstoffe in ihrer Oktanzahl beziehungsweise in ihrer Klopffestigkeit, so wird die Oktanzahl und die Klopffestigkeit eines daraus gewonnenen Kraftstoffgemischs durch das Mischungsverhältnis der beteiligten Kraftstoffe bestimmt. Aus dem Ausgangssignal des Klopfsensors oder einem Regelvorgang der Klopfregelung, zum Beispiel der Zündwinkelausgabe, kann so unabhängig von weiteren Verfahren zur Bestimmung von Zusammensetzungswerten auf die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs geschlossen werden. Daher kann es vorgesehen sein, eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs aus einem Ausgangssignal eines Klopfsensors oder aus einer Klopfregelung der Brennkraftmaschine bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Je nach Anzahl der unterscheidbaren Betriebsbereiche kann eine Mehrzahl von Wichtungsfaktoren für den so bestimmten Zusammensetzungswert vorgegeben werden.
Kraftstoffe unterscheiden sich in ihrer Energiedichte. Entsprechend hängt die Energiedichte eines Kraftstoffgemischs von dem Mischungsverhältnis und den jeweiligen Energiedichten der eingesetzten Kraftstoffe ab. Der Leistungsbedarf einer Brennkraftmaschine im Leerlauf ist in Abhängigkeit von Kühlmitteltemperatur, Wirkungsgrad, Zündwinkel und Nebenverbrauchern wie Klimakompressor, Generator, Kühlmittelpumpe, Ölpumpe und Drehzahl bekannt beziehungsweise bestimmbar. Bei einem Kraftstoff mit geringer Energiedichte muss im Leerlauf im Vergleich zu einem Kraftstoff mit hoher Energiedichte der Brennkraftmaschine mehr Kraftstoff zugeführt werden. Die der Brennkraftmaschine im Leerlauf zugeführte Kraftstoffmenge steht demnach in direktem Zusammenhang mit dem Mischungsverhältnis des Kraftstoffgemischs und kann als Kenngröße zur Bestimmung eines Zusammensetzungswertes verwendet werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs der Verbrauch von Kraftstoffgemisch im Leerlauf verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass der der Brennkraftmaschine im Leerlauf zugeführte Kraftstoffvolumenstrom über die Einspritzdauer dem Steuergerät als Kenngröße vorliegt.
Eine Abmagerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, d.h. eine Zunahme des Lambdawertes, führt bei Brennkraftmaschinen zu einer zunehmenden Laufunruhe. Unterschiedliche Kraftstoffe und daraus zusammengesetzte Kraftstoffgemische haben dabei eine typische so genannte Magerlaufgrenze und weiterhin eine Grenze für die Menge an in einer Abgasrückführung zurückführbarem Abgas. Wird das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch abgemagert, so wird sowohl der Zündverzug erhöht als auch die Entflammung stark verlangsamt oder die Entflammung setzt gar nicht ein. Dies führt zu extrem verschleppten Verbrennungen oder zu Verbrennungsaussetzern, die dann in einer deutlich erhöhten Laufunruhe resultieren. Die Kenntnis der Magerlaufgrenze und der Grenze für die Abgasrückführung sind ein Indiz für das Mischungsverhältnis des eingesetzten Kraftstoffgemischs. Daher kann es vorgesehen sein, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs eine Magerlaufgrenze und/oder eine Grenze der Abgasrückführverträglichkeit verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich die Magerlaufgrenze und die Abgasrückführverträglichkeit leicht durch eine entsprechende Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder der zurückgeführten Abgasmenge ermitteln lassen. Eine veränderte Verbrennungsstochastik lässt sich durch Auswertung der Kurbelwellendrehzahl, beispielhaft durch entsprechende Laufruhealgorithmen, bestimmen.
Ist es vorgesehen, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs der Verlauf eines Pumpstroms einer im Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit von dem Lambdawert des Abgases verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird, so kann zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs auf einen weiteren unabhängig ermittelten Zusammensetzungswert zurückgegriffen werden. Abgase von unterschiedlichen Kraftstoffen, beispielsweise von Äthanol und Benzin, zeichnen sich durch unterschiedliche Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnisse aus. Das Abgas von Äthanol eines äthanolhaltigen Kraftstoffgemischs weist dabei ein höheres Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis auf als dies bei der Verbrennung reinen Benzins auftritt. Durch die veränderte Gasmischung zeigt die Kennlinie der Breitband-Lambdasonde, insbesondere in einem Bereich Lambda<1, ein von dem Mischungsverhältnis der eingesetzten Kraftstoffe abhängiges Pumpstromverhalten. Vorteilhaft dabei ist, dass zu Bestimmung des Zusammensetzungswerts auf eine bestehende Breitband-Lambdasonde zurückgegriffen werden kann und keine weiteren Bauteile benötigt werden, so dass lediglich eine entsprechende Softwareanpassung in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine notwendig ist.
Erfindungsgemäß ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass ohne zusätzliche Bauteile ein Zusammensetzungswert dadurch ermittelt wird, dass eine der Kenngrößen zur Bestimmung einer der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs aus einer Saugrohrwandfilmstärke abgeleitet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung bildet sich ein Saugrohrwandfilm aus dem jeweiligen Kraftstoff beziehungsweise aus dem jeweiligen Kraftstoffgemisch. Die Dicke des Saugrohrwandfilms ist abhängig von der Verdampfungsenthalpie des eingesetzten Kraftstoffs. Da sich Kraftstoffe, beispielsweise Benzin und Äthanol, in ihrer Verdampfungsenthalpie unterscheiden, hängt die Saugrohrwandfilmstärke direkt von dem Mischungsverhältnis der eingesetzten Kraftstoffe ab. Bei einer durch einen Fahrerwunsch oder die Motorsteuerung veranlassten Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses muss der Saugrohrwandfilm zunächst auf die neue Gleichgewichtsstärke auf- beziehungsweise abgebaut werden. Der Zusammensetzungswert kann daher durch Beobachten des Lambdaeingriffs beim Übergang von einer Schubabschaltung zum Wiedereinsetzen der Kraftstoffzuführung und der Verbrennung ermittelt werden.
Eine weitere zusätzliche oder alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs aus der Regelung der Gemischadaption bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird. Die Verbrennungseigenschaften von Kraftstoffgemischen sind direkt abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs. Durch die lambdagesteuerte Gemischadaption werden die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine dahingehend an eine geänderte Kraftstoffzusammensetzung angepasst, dass die Abgaszusammensetzung im vorgegebenen Bereich, beispielsweise bei einem Lambda = 1, liegt. Aus der passiven Beobachtung der Gemischadaption, also ohne einen Eingriff in den Diagnoseablauf oder einer Sperrung der Gemischadaption in einer Kraftstoffversorgungsdiagnose, kann ein weiteres Indiz auf die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs und somit ein weiterer Zusammensetzungswert gewonnen werden.
Ein weiterer Zusammensetzungswert des Kraftstoffgemischs wird erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich dadurch unabhängig ermittelt, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte des Kraftstoffgemischs ein Signal eines Kraftstoffartensensors verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor für den Zusammensetzungswert vorgegeben wird.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Steuereinheit Kenngrößen und/oder Signale zur Bestimmung der Kenngrößen zugeführt sind, dass in der Steuereinheit ein Programmablauf zur Bestimmung von zumindest zwei Zusammensetzungswerten aus den Kenngrößen vorgesehen ist, dass Wichtungsfaktoren in Abhängigkeit von der Aussagegenauigkeit der Zusammensetzungswerte in den jeweiligen Betriebsbereichen vorgegeben sind und dass in der Steuereinheit ein Programmablauf zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus den zumindest zwei Zusammensetzungswerten und den zugehörigen Wichtungsfaktoren vorgesehen ist. Die Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs lässt sich somit durch eine reine Softwarelösung ohne zusätzliche Bauteile bestimmen, ohne dass vom Gesetzgeber vorgegebene Diagnosefunktionen vorübergehend deaktiviert werden müssen. Die Anzahl der zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs berücksichtigten Zusammensetzungswerte kann entsprechend der Anzahl der der Steuereinheit vorliegenden Signale und Kenngrößen, welche von den Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen, erweitert werden, wodurch die Aussageunschärfe der ermittelten Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs reduziert werden kann. Die Kenngrößen sind dabei entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich bevorzugt zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus Benzin und Alkohol, vorzugsweise eines Kraftstoffgemischs aus Benzin und Äthanol, verwenden.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

1 ein Diagramm zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs.

1 zeigt ein Diagramm zur Bestimmung einer Zusammensetzung 10 eines Kraftstoffgemischs aus mehreren für die Zusammensetzung 10 charakteristischen Kenngrößen am Beispiel eines Benzin-Äthanol-Kraftstoffgemischs. Entlang einer ersten Achse 11 ist der prozentuale Anteil von Äthanol in dem Kraftstoffgemisch aufgetragen. Um eine angestrebte Gesamtabweichung 16 bei der Bestimmung der Zusammensetzung 10 zu erreichen, werden aus den für die Zusammensetzung 10 charakteristischen Kenngrößen ein erster Zusammensetzungswert 12, ein zweiter Zusammensetzungswert 13, ein dritter Zusammensetzungswert 14 und ein vierter Zusammensetzungswert 15 bestimmt. Die Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 sind als Erwartungswert mit Standardabweichung gezeigt und entlang einer zweiten Achse 17 nebeneinander angeordnet. Die Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 können beispielhaft aus einer Oktanzahl, einem Dampfdruck des Kraftstoffgemischs, einer Magerlaufgrenze oder einer Klopffestigkeit als charakteristischen Kenngrößen ermittelt werden. Anstatt vier Werten kann erfindungsgemäß auch eine andere Anzahl von zwei oder mehr als zwei Zusammensetzungswerten benutzt werden. Die Standardabweichung der Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 kann dabei größer als die angestrebte maximale Gesamtabweichung 16 zur Bestimmung der Zusammensetzung 10 des Kraftstoffgemischs sein.
Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung 10 des Kraftstoffgemischs durch eine Kombination der Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 bestimmt. Dabei erfolgt die Kombination durch Bildung eines gewichteten Mittelwerts über die Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15. Den Zusammensetzungswerten 12, 13, 14, 15 sind Wichtungsfaktoren 18 zugeordnet, die ein Maß für die Aussagegenauigkeit des jeweiligen Zusammensetzungswerts 12, 13, 14, 15 sind. Beispielhaft drückt ein Wichtungsfaktor 18 mit dem Wert 5 eine Aussagegenauigkeit von 1/5 = 20% aus; in Wichtungsfaktor 18 mit dem Wert 4 bedeutet eine Aussagegenauigkeit von 1/4 = 25%.
Da die Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 unabhängig voneinander ermittelt wurden und somit von einer stochastischen Verteilung der Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 um die Zusammensetzung 10 ausgegangen werden kann, kann die geforderte und durch die Gesamtabweichung 16 dargestellte Genauigkeit bei der Bestimmung der Zusammensetzung 10 des Kraftstoffgemischs erreicht werden, auch wenn die Aussageunschärfen der zu Grunde liegenden Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 deutlich größer sind.
Mit einer zunehmender Anzahl an berücksichtigten Zusammensetzungswerten 12, 13, 14, 15 nähert sich der gebildete gewichtete Mittelwert der tatsächlichen Zusammensetzung 10 und damit dem wahren Äthanolgehalt des Kraftstoffgemischs an und der Fehler bei der Bestimmung der Zusammensetzung 10 verringert sich.
Die Verbesserung der Aussagegenauigkeit durch Verwendung der gewichteten Mittelung wird im Folgenden an einem Rechenbeispiel erläutert:
Der erste Zusammensetzungswert 12 betrage 40 %, der zweite Zusammensetzungswert 13 betrage 20 %. Die Wichtungsfaktoren 18, die die Messabweichung bei der Bestimmung der jeweiligen Kenngröße wiedergeben, betragen 5 beziehungsweise 3. Nach der an sich bekannten Methode der Gaußschen Fehlerbetrachtung beträgt die auf Basis der obigen zwei Wertepaare bestimmte Zusammensetzung 10: $\begin{array}{l} Zusammensetzung 10 = (40 % * 5^{2} + 20 % * 3^{2}) / (5^{2} + 3^{2}) = 34,7 % \end{array}$
Ebenfalls nach der Methode der Gaußschen Fehlerbetrachtung läßt sich die Genauigkeit bei der Bestimmung der Zusammensetzung 10 bei den zwei Wichtungsfakoren 18 mit den Werten 5 und 3 und einem maximalen Äthanolgehalt von 85 % bestimmen: $85%/ \sqrt{5^{2} + 3^{2}} = 14,6 %$
Die Kombination der zwei Zusammensetzungswerte 12, 13 mit Wichtungsfaktoren 18 mit den Werten 5 und 3, die Genaugkeiten von 85 %/5 = 17 % beziehungsweise 85 %/3 = 28,3 % entsprechen, ergibt somit eine Aussage mit einer verbesserten Genauigkeit von 14,6 %.
Für eine beliebige Anzahl n von Zusammensetzungswerten Zi mit Wichtungsfaktoren Wi lassen sich der Äthanolgehalt und die erreichbare Genauigkeit bei einem maximalen Äthanolgehalt Emax wie folgt berechnen: $\ddot{A} thanolgehalt = \frac{\sum_{i = 1}^{n} {Wi}^{1} * Zi}{\sum_{i = 1}^{n} {Wi}^{2}}$
$Genaigkeit = \sqrt{\sum_{i = 1}^{n} {(\frac{Emax}{Wi})}^{2}}$
Erfindungsgemäß können die Wichtungsfaktoren 18 von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig festgelegt werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Verfahrens und dessen Genauigkeit, da in manchen Betriebszuständen Kenngrößen besonders genau bestimmt werden können und daher hoch gewichtet werden können. Andererseits kann auch vorgesehen sein, in einem bestimmten Betriebszustand eine Kenngröße mit dem Faktor „Null“ zu wichten und somit nicht zu berücksichtigen.
Da die einzelnen Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 durch einer Steuereinheit der Brennkraftmaschine bereits vorliegende Kenngrößen und Sensorsignale ermittelt werden können, kann die Bestimmung der Zusammensetzung 10 des Kraftstoffgemischs durch eine reine Softwareerweiterung in der Steuereinheit erfolgen, ohne dass zusätzliche Bauteile und Sensoren vorgesehen werden müssen. Zur Bestimmung der Zusammensetzungswerte 12, 13, 14, 15 und der Zusammensetzung 10 müssen keine Diagnoseroutinen, beispielsweise die Gemischadaption, unterbrochen werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung (10) eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei sich die Kraftstoffe in ihren chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften unterscheiden, wobei Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine voneinander abgegrenzt werden und wobei Kenngrößen ermittelt werden, welche von den chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer ersten Kenngröße ein erster Zusammensetzungswert (12) des Kraftstoffgemischs bestimmt wird, dass aus zumindest einer zweiten Kenngröße zumindest ein zweiter Zusammensetzungswert (13) bestimmt wird, dass Wichtungsfaktoren (18) für die Zusammensetzungswerte (12, 13) in Abhängigkeit von der Aussagegenauigkeit des jeweiligen Zusammensetzungswerts vorgegeben werden und dass die Zusammensetzung (10) des Kraftstoffgemischs aus einer mit den zugehörigen Wichtungsfaktoren (18) gewichteten Kombination des ersten Zusammensetzungswerts (12) und zumindest des zweiten Zusammensetzungswerts (13) ermittelt wird, wobei - als Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs die Drehzahl einer elektronisch kommutierten Kraftstoffpumpe oder der der Kraftstoffpumpe zugeführte elektrische Strom verwendet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt wird, dass ein von einer Niederdruckkraftstoffpumpe aufgebauter Vorförderdruck so weit abgesenkt wird, bis im Bereich zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer danach angeordneten Hochdruckkraftstoffpumpe Dampfblasen auftreten, als Kenngröße der Vorförderdruck verwendet wird, ab dem Dampfblasen auftreten und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus einer Saugrohrwandfilmstärke abgeleitet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus der Regelung der Gemischadaption bestimmt wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird, und/oder - als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs ein Signal eines Äthanolsensors verwendet wird und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtungsfaktoren (18) der einzelnen Zusammensetzungswerte (12, 13) in Abhängigkeit von dem vorliegenden Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtungsfaktoren (18) aus dem Kehrwert der prozentualen Aussagegenauigkeit des jeweiligen Zusammensetzungswerts bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung (10) des Kraftstoffgemischs aus der Summe der mit den Quadraten der zugehörigen Wichtungsfaktoren (18) multiplizierten Zusammensetzungswerte (12, 13) dividiert durch die Summe der Quadrate der Wichtungsfaktoren (18) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtungsfaktoren (18) in Stufen vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Genauigkeit des Schätzwertes der wahren Zusammensetzung berechnet wird, indem der maximale Äthanolgehalt dividiert wird durch die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Aussagegenauigkeiten dividiert durch die Quadrate der Anzahl der berücksichtigten Zusammensetzungswerte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus einem Ausgangssignal eines Klopfsensors oder aus einer Klopfregelung der Brennkraftmaschine bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs der Verbrauch von Kraftstoffgemisch im Leerlauf verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs eine Magerlaufgrenze und/oder eine Grenze der Abgasrückführverträglichkeit verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs der Verlauf eines Pumpstroms einer im Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit von dem Lambdawert des Abgases verwendet wird und dass in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung (10) eines Kraftstoffgemischs aus einem ersten Kraftstoff und zumindest einem zweiten Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei sich die Kraftstoffe in ihren chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften unterscheiden, wobei Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine voneinander abgegrenzt sind, wobei Kenngrößen ermittelt werden, welche von den chemischen und/oder physikalischen und/oder Verbrennungs-Eigenschaften des Kraftstoffgemischs abhängen und wobei der Brennkraftmaschine eine Steuereinheit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit Kenngrößen und/oder Signale zur Bestimmung der Kenngrößen zugeführt sind, dass in der Steuereinheit ein Programmablauf zur Bestimmung von zumindest zwei Zusammensetzungswerten (12, 13, 14, 15) aus den Kenngrößen vorgesehen ist, dass Wichtungsfaktoren (18) in Abhängigkeit von der Aussagegenauigkeit der Zusammensetzungswerte in den jeweiligen Betriebsbereichen vorgegeben sind und dass in der Steuereinheit ein Programmablauf zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus den zumindest zwei Zusammensetzungswerten und den zugehörigen Wichtungsfaktoren (18) vorgesehen ist, wobei - als Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs die Drehzahl einer elektronisch kommutierten Kraftstoffpumpe oder der der Kraftstoffpumpe zugeführte elektrische Strom verwendet ist und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben ist, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs dadurch bestimmt ist, dass ein von einer Niederdruckkraftstoffpumpe aufgebauter Vorförderdruck so weit abgesenkt ist, bis im Bereich zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer danach angeordneten Hochdruckkraftstoffpumpe Dampfblasen auftreten, als Kenngröße der Vorförderdruck verwendet ist, ab dem Dampfblasen auftreten und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben ist, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus einer Saugrohrwandfilmstärke abgeleitet ist und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben ist, und/oder - eine der Kenngrößen zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs aus der Regelung der Gemischadaption bestimmt ist und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben ist, und/oder - als Kenngröße zur Bestimmung eines der Zusammensetzungswerte (12, 13, 14, 15) des Kraftstoffgemischs ein Signal eines Äthanolsensors verwendet ist und in Abhängigkeit von der erreichten Aussagegenauigkeit des so ermittelten Zusammensetzungswerts zumindest ein Wichtungsfaktor (18) für den Zusammensetzungswert (12, 13, 14, 15) vorgegeben ist.
Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung der Zusammensetzung (10) eines Kraftstoffgemischs aus Benzin und Alkohol, vorzugsweise eines Kraftstoffgemischs aus Benzin und Äthanol.