DE2544444C3 - Verfahren beim Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren beim Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der US-PS 37 50 635 als bekannt hervorgeht.

Die genannte Druckschrift zeigt eine Einrichtung fflr sogenannte Vielstoffmotoren, in denen sowohl Otto- κ kraftstoff als auch Dieselkraftstoff verarbeitet werden soll. Der Kraftstoff wird der Brennkraftmaschine mittels einer Stempeleinspritzpumpe zugeführt, die jeweils in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzt. Die Einspritzmenge kann in Abhängigkeit einer mi vom Fahrer aus bewegbaren Regelstange an der Einspritzpumpe vorgegeben und somit die Motorleistung jeweils eingesteuert werden. Zur Begrenzung der maximalen Einspritzmenge ist für die Regelstange ein Maximalanschlag vorgesehen. Die in Frage kommenden μ Kraftstoffsorten, nämlich Ottokraftstoff und Dieselkraftstoff, unterscheiden sich nicht nur durch ihre Zündwilligkeit, sondern — nach den Angaben dieser Patentschrift — auch durch den Heizwert Um die in dem Vielstoffmotor installierte Leistung in jedem Fall voll ausnützen zu können, muß beim Übergang auf einen Kraftstoff mit niedrigerem Heizwert eine höhere maximale Einspritzmenge ermöglicht werden als bei Betrieb mit einem Kraftstoff mit höherem Heizwert Demgemäß ist der Maximalanschlag für die Regelstange beweglich ausgebildet; und zwar kann er zwei verschiedene Stellungen einnehmen, je nachdem, ob Dieselkraftstoff oder Ottokraftstoff verwendet wird. Die vorbekannte Vorrichtung erkennt die unterschiedlichen Kraftstoffsorten an ihrer Farbe oder an ihrer Transparenz. Ein Teilsiück der Kraftstoffleitung ist durchsichtig ausgebildet und an dieser Stelle ist eine Art Lichtschranke vorgesehen, die auf kleine Helligkeitsoder auf Farbschwankungen anspricht Die Transparenz oder die Farbe der verschiedenen Kraftstoffe ist nicht etwa eine natürliche Eigenschaft dieser Stoffe, die sich in Abhängigkeit von deren Heizwert ändern würde. Vielmehr erhalten Otto- als auch Dieselkraftstoffe, die von Natur aus klar und farblos sind, aufgrund einer künstlichen Einfärbung je nach ihren verbrennungstechnischen Daten unterschiedliche optische Eigenschaften. Durch die vorbekannte Einrichtung wird mittels eines optischen Verfahrens eine künstlich geschaffene Stoffeigenschaft als mit dem Heizwert des Kraftstoffes korrelierende Größe ermittelt und danach die maximale Einspritzmenge innerhalb zweier möglicher Werte verändert Es wird nur ein Eckwert innerhalb des Kennfeldes der Brennkraftmaschine beim Obergang auf eine andere Kraftstoffsorte verändert; das Kennfeld selber, insbesondere die Zuordnung einer bestimmten Fahrpedalstellung und eines entsprechenden wirksamen Förderhubes an der Stempeleinspritzpumpe bleiben unverändert Bei den nach dem Prinzip der Quantitätsregelung gesteuerten Vielstoffmotoren ist ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis nicht definiert

Neben Superbenzin, Normalbeitzin und Dieselkraftstoff sind auch Alkohole wie Mwihanol, Äthanol, Propanol, Isobutanol u. a. als Kraftstoffe für Verbrennungsmaschinen geeignet

Für die Leistung des Motors ist der Heizwert des brennfähigen Kraftstoff/Luft-Gemisches maßgebend. Bei stöchiometrischem Mischungsverhältnis liegt der Gemischheizwert für alle praktisch verwendbaren flüssigen Kraftstoffe und Flüssiggase zwischen 700 und 735 kcal/kg; sie sind also fast gleich und Leistungseinbußen des Motors sind durch Zumischen von Methanol und anderem nicht zu befürchten. Auch die meisten sonstigen Eigenschaften der Alkohole sind so, daß sie sich ohne weiteres mit üblichen Flüssigkraftstoffen mischen lassen bzw. keine Störungen beim praktischen Motorbetrieb hervorrufen.

Wünschenswert ist eine Alkoholzumischung vor allem aus folgenden Gründen: Alkohole eignen sich als Veredelungskraftstoffe für minderwertige Benzine. Durch Zugabe von z. B. Methanol zu Normalbenzin kann die Klopffestigkeit wesentlich erhöht werden, so daß mit diesem Gemisch auch höherverdichtete Brennkraftmaschinen gefahren werden können. Es werden umweltschädliche Antiklopfmittel entbehrlich, fm übrigen lassen sich Alkohole, insbesondere Methanol, auf relativ billige Weise aus Kohle herstellen und sie stehen daher auch in ferner Zukunft in großen Mengen zur Verfügung. Alkohole sind daher ein geeignetes Streckmittel für die nur noch begrenzt verfügbaren Erdölkraftstoffe.

Nachteilig ist jedoch, daß der spezifische Mindestluft-

bedarf für eine vollständige Verbrennung bei Alkoholen geringer ist als bei herkömmlichen Kraftstoffen. Bei derselben angesaugten Luftmenge muß dem Motor bei Alkohol- oder Benzin/Alkohol-Mischbetrieb also eine entsprechend höhere Kraftstoffmenge zugeführt werden, um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Dies macht eine entsprechende Justierung der Gemischaufbereitungseinrichtung der Brennkraftmaschine erforderlich. Da jedoch gegebenenfalls Alkohole in schwankenden Anteilen züge- ι ο mischt werden, zumindest mit schwankenden Anteilen gerechnet werden muß, müßte entsprechend dem Alkoholanteil im Kraftstoff jedesmal die für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verantwortliche Justierung an der Gemischaufbereitung verändert werden. ι s

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensweise anzugeben, aufgrund der es ohne weiteres möglich ist, Alkohole oder Alkohol/Benzin-Gemische unterschiedlicher Zusammensetzung in einer Brennkraftmaschine zu verwenden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsr_{smäß in der Weise verfahren, daß als Eigenschaft die elektrische Leitfähigkeit des Kraftstoffes gemessen und das für einen bestimmten Kraftstoff festgesetzte Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit zunehmenden Leitfähigkeitswerten verringert wird. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß die Alkohole eine spürbar höhere Leitfähigkeit haben als Benzine und daß die Leitfähigkeit der Gemische sich analog zur Größe des Alkoholanteiles im Gemisch verändert Die Leitfähig- jo keit des Alkohol/Benzin-Gemisches ist also ein sicherer Indikator für dessen Zusammensetzung und somit auch ein sicherer Hinweis auf das erforderliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Zwar sind Einrichtungen zur Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten und zwar auch von Kohlenwasserstoffen bekannt (vgl. z.B. die BE-PS 6 51486). Die Besonderheit der dort gezeigten Einrichtung besteht darin, die elektrische Leitfähigkeit auch von solchen Flüssigkeiten bestimmen zu können, deren Leitfähigkeit besonders schwach ist und die somit auch für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von flüssigen Kohlenwasserstoffen insbesondere von Kraftstoffen geeignet ist Die genannte Veröffentlichung beschränkt sich jedoch auf die Darstellung und Beschreibung einer solchen Einrichtung, macht aber keinerlei Aussagen darüber, zu welchem Zweck Leitfähigkeitsmessungen an flüssigen Kohlenwasserstoffen vorgenommen werden könnten.

Die US-PS 33 33 258 zeigt zwar eine Anwendung der elektrischen Leitfähigkeitsmessung im Kraftstoffsystem von Brennkraftmaschinen. Hierbei geht aber offenbar die Druckschrift davon aus, daß der Kraftstoff elektrisch nichtleitend ist. Dei?n es geht bei der dort gezeigten Anwendung darum, ruhendes Wasser in Behältern oder Taschen innerhalb des Kraftstoffsystems zu ermitteln. Die Leitfähigkeitssonde soll lediglich auf Wasser, das bekanntlich gut leitfähig ist, ansprechen. Und zwar geht es weniger um die Ermittlung der Leitfähigkeit des Wassers, sondern um die Frage, ob ein Wasserspiegel t>n die auf einer definierten Höhe installierte Leitfähigkeitssonde erreicht hat oder nicht.

Die Leitfähigkeitssonde stellt demnach lediglich ein Kontrollorgan für ein Wasserniveau dar. Beispielsweise soll kontrolliert werden, ob das sich in Kraftstofftanks <r> oder in Kraftstoffiltergehäusen unten ansammelnde Wasser ein bestimmtes Niveau erreicht hat. Die vorbekannte Niveaukontrolle unter Verwendung von Leitfähigkeitssonden steht daher in keinem Zusammen · hang mit der vorliegenden Erfindung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bezüglich unterschiedlicher Gemischversorgungseinrichtungen von Brennkraftmaschinen können den Unteransprüchen entnommen werden, denen keine selbständige Patentfähigkeit zukommt

Die Erfindung ist anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele im folgenden noch erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Gemischanpassung bei einem Vergasermotor,

F i g. 2 die erfindungsgemäße Gemischanpassung bei einem Einspritzmotor mit zeitgesteuerter Einspritzung,

F i g. 3 die erfindungsgemäße Gemischanpassung bei einem Einspritzmotor mit hubgesteuerter Einspritzung und

F i g. 4 die erfindungsgemäße Gemischanpassung bei einem Einspritzmotor mit kontinuierlicher luftmengenabhängiger druckgesteuerter Saugrohivinspritzung.

In den Figuren ist ein Verbrennungsmotor 1 mit Saugrohr 2, Luftfilter 3, Kraftstofftank 4, Kraftstoffpumpe 5 und Kraftstoffzufuhrleitung 6 dargestellt In dien dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein schematisch als Ohm'scher V/iderstand dargestellter Leitfähigkeitssensor 7 vorgesehen. Der Leitfähigkeitssensor ist zulaufseitig in dem der Gemischaufbereitungseinrichtung in flüssiger Phase zulaufenden Kraftstoff angebracht Der Widerstand des Sensors ist in eine Brückenschaltung 8 einbezogen, die von einer Batterie 9 gespeist wird und deren Meßpunkte über die Meßleitungen 10 auf die Eingangsseite einer Verstärkereinrichtung 11 geschaltet sind. Die übrigen Brückenwiderstände sind so justiert daß bei einer Leitfähigkeit von nahezu Null die Brücke abgeglichen ist Die in den Meßleitungen 10 meßbare Spannungsdifferenz ist dann proportional der Leitfähigkeit einer den Sensor umgebenden Flüssigkeit Das in der Ausgangsleitung 12 der Verstärkereinrichtung verstärkt weitergeleitete Leitfähigkeitssignal der Kraftstoffflüssigkeit kann zur Betätigung der Kraftstoffzumessung bei der Gemischerzeugung herangezogen werden.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 besteht die Gemischerzeugungseinrichtung aus einem Venturivergaser 13 mit Drosselklappe 14 und Venturieinsatz 15, sowie mit einer Vergaserdüse 16, ferner mit einer Schwimmerkammer 17 (Schwimmer 18). Innerhalb der Leitung zwischen der Schwimmerkammer und der Vergaserdüse ist ein elektrisch beeinflußbares Mengenregelventil 19 vorgesehen, welches durch die Verstärkungseinrichtung 11 nach Maßgabe der in der Schwimmerkammer festgestellten Leitfähigkeit des Kraftstoffes angesteuert wird. Dadurch wird entsprechend der Leitfähigkeit mehr oder weniger Kraftstoff zudosiert und demgemäß der Luftanteil verringert.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist mehrere im Saugrohr 2 angeordnete elektromagnetische taktweise geöffnete Einspritzventile 20 auf, die mit konstantem Zulaufdruck beaufschlagt sind und die nach Maßgabe der erforderliehen Einspritzmenge durch die Steuereinheit 21 zeitgesteuert sind. Die Einsoriizventile sind kraftstoffseitig mit einer gemeinsamen Zulaufleitung 23 größeren Querschnitts verbunden, in welcher auch der Leitfähigke^:»ssensor 7 angebracht ist. Die Einspritzzeiten werden nach Maßgabe der Stellung des Pedals 22 über ein in drr Einheit 21 vorgesehenes Zeitglied lastabhängig variiert. Unabhängig von der lastabhängigen Veränderung der Zeitkonstante des

Zeitgliedes ist erfindungsgemäß noch eine weitere Einflußnahmemöglichkeit auf das Zeitverhalten des Zeitgliedes vorgesehen und zwar nach Maßgabe der festgestellten Leitfähigkeit des Kraftstoffes. Bei höheren Alkoholanteilen bzw. bei höherer Leitfähigkeit wird länger eingespritzt und somit mehr Kraftstoff zudosiert als bei geringeren Alkoholanteilen.

Der in Fig.3 gezeigte Motor hat eine mechanische Einspritzpumpe 25 mit einem zugehörigen mechanischen Regler 26. Der Kraftstoff wird der Einspritzpumpe über die hier zur Vorförderung dienende Pumpe 5 zugeführt. Die Einspritzung erfolgt taktweise entweder in den jeweils zugehörigen Brennraum des Motors oder in den im Zylinderkopf liegenden Bereich unmittelbar vor dem Ansaugventil eines Nebenbrennraumes. Die Pumpe weist im wirksamen Förderhub durch eine axialverschiebbare Regelstange 27 veränderbare Förderkolben 28 auf. Die Regpktange kann außer durch den Regler 26 der Pumpe auch durch das Fahrpedal 29 zugleich mit der Drosselklappe verändert werden (Hebel 30 und Gestänge 31). Erfindungsgemäß ist eine weitere Eingriffsmöglichkeit am Regler 26 für eine Regelstangenverschiebung vorgesehen (Hebel 32). Der Hebel 32 kann durch eine Einrichtung 33, die durch das verstärkte Leitfähigkeitssignal ansteuerbar ist. verschwenkt werden. Damit wird nach Maßgabe des Alkoholanteils im Kraftstoff die Kraftstoffzufuhr vergrößert und somit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem geringeren Luftbedarf des Alkohol/Benzin-Gemisches selbsttätig angepaßt.

Die Gemischaufbereitungseinrichtung nach Fig.4 arbeitet mit einer ständigen Luftmengenmessung mittels einer austarierten quer im Luftstrom in einem kalibrierten Lufttrichter 35 angeordneten Stauplatte 36, deren Stellung über einen Hebel 37 auf einen Kolben 38 eines Mengenteilers übertragen wird. Dessen axiale Position ist maßgebend für den Druck in den Einspritzleitungen 39 für die ständig offenen Einspritzdüsen 40 am Saugrohr 2. Der Einspritzdruck bestimmt die Einspritzmenge. Bei starker Auslenkung der Stauplatte wird viel, bei geringer Auslenkung wenig eingespritzt. Auf der Stirnseite des Kolbens 38 ist ein Druckraum 41 angeordnet, dessen Druck für die Abhängigkeit von Luftströmungsgeschwindigkeit, d. h. Luftmenge einerseits und Stauplattenauslenkung und somit Einspritzdruck, d. h. Einspritzmenge andererseits maßgebend ist. Dieses Verhältnis kann durch den Druck im Raum 41 beeinflußt werden. Eine Einflußnahme auf diesen Druck erfolgt durch die Drucksteuereinheit 42. die zwischen dem Druckraum 41 und der Kraftstoffrücklaufleitung 43 angeordnet ist. Der Leitfähigkeitssensor 7 ist in der Kraftstoffzufuhrleitung 6 in einer Rohrerweiterung angeordnet. Das gemessene und

steuereinrichtung 42 gegeben und damit der Druck im Druckraum 41 beeinflußt. Bei hohen Leitfähigkeitswerten, d. h. bei hohem Alkoholanteil im Kraftstoff wird der Druck gesenkt und dadurch je Luftmenge mehr Kraftstoff zugeteilt als bei kleineren Leitfähigkeitswerten. Die Änderung der axialen Position des Kolbens 38 bewirkt eine Veränderung des Durchflußquerschnitts und dadurch eine Veränderung der Kraftstoffmenge. Durch eiterne Druckveränderung in der Unterkammer 44 des Differenzdruckventils wird — bei konstantem Druck in der Oberkammer 45 — der Durchfluß verändert. Das gemessene und verstärkte Leitfähigkeitssignal wirkt auf das Druckregelventil 46 und beeinflußt dadurch den Druck in der Unterkammer. Bei hohem Alkoholanteil im Kraftstoff wird der Druck gesenkt und dadurch je Luftmenge mehr Kraftstoff zugeteilt und umgekehrt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren beim Betrieb einer mit flüssigem Kraftstoff unterschiedlicher Zusammensetzung betriebenen Brennkraftmaschine, in welchem eine bestimmte Eigenschaft des jeweils verwendeten Kraftstoffes in der flüssigen Phase laufend ermittelt und danach selbsttätig auf eine Kraftstoffzumeßeinrichtung eingewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Eigenschaft die elektrische Leitfähigkeit des Kraftstoffes gemessen und das für einen bestimmten Kraftstoff festgesetzte Luft/ Kraftstoff-Verhältnis mit zunehmenden Leitfähigkeitswerten verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 beim Betrieb einer mit einem Vergaser mit Schwimmerkammer und Vergaserdüse ausgerüsteten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmessung in der Schwimmerkammer (17) durchgeführt und daß die 2ulaufmenge zur Vergaserdüse (16) oder der Öffnungsquerschnitt der Vergaserdüse (in) nach Maßgabe der Leitfähigkeit verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 beim Betrieb einer über zeitgesteuerte taktweise geöffnete Magnetventile mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmessung in einer für die Magnetventile gemeinsamen Vorlaufleitung durchgeführt wird und daß die Öffnungszeiten der Magnetventile nach Maßgabe der Leitfähigkeit verändert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 beim Betrieb einer durch eine mechanische Kolb^enpumpe veränderlichen Förderhubes mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit in dem Zulauf zur Kolbenpumpe gemessen und der Förderhub der Kolbenpumpe nach Maßgabe der Leitfähigkeit verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 beim Betrieb einer mit einer Luftmengenmessung und wenigstens einer ständig geöffneten Sprühdüse mit variablem Sprühdruck versehenen Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmessung im Zulauf zu der oder den Sprühdüse^) vorgenommen wird und daß der Sprühdruck oder die Sprühmenge nach Maßgabe der Leitfähigkeit verändert wird.