DE10121609A1 - Steuereinrichtung und Verfahren zum Einstellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung, mit welcher eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine nach Umschaltung auf einen Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff gesteuert wird - Google Patents
Steuereinrichtung und Verfahren zum Einstellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung, mit welcher eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine nach Umschaltung auf einen Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff gesteuert wirdInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung, mit welcher eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine (11) nach Umschaltung auf einen Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff gesteuert wird, wobei in der Steuervorrichtung (51) eine Kaltstartbetriebsphase erfaßt wird, in welcher die an eine Kraftstoffart angepaßte spezifischen Parameter einer Brennkraftmaschine (11) bis zum Erreichen der Betriebstemperatur ausgegeben werden, die Brennkraftmaschine (11) nach Erreichen der Betriebstemperatur auf einen ersten Wert eines Sekundärdruckes zum Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff eingestellt wird, eine Abgasmessung durchgeführt wird, in Abhängigkeit der Abgasmessung der Sekundärdruck beibehalten, erhöht oder gesenkt wird und nach Erreichen des optimalen Abgaswertes der Sekundärdruck ermittelt und abgespeichert wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zum Einstellen ei
ner insbesondere nachrüstbaren Sfieuereinrichtung, mit welcher eine mit flüssigem
Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine nach Umschaltung auf ein Betrieb mit
gasförmigem Kraftstoff gesteuert wird.
Der Einsatz alternativer Energien zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbe
sondere einer Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, gewinnt im
Hinblick auf die begrenzten Rohölreserven und bezüglich der Einhaltung der vom
Gesetzgeber vorgeschriebenen, immer niedriger werdenden Grenzwerte für die
Schadstoffemission immer mehr an Bedeutung. Als eine Möglichkeit, herkömmli
che flüssige Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel als Antriebsenergie für Kraftfahr
zeuge zumindest teilweise zu ersetzen, hat sich der Betrieb von Kraftfahrzeugen
mit gasförmigem Kraftstoff erwiesen. Hierzu gehören vor allem das Liquified Pe
troleum Gas (LPG) und das Compressed Natural Gas (CNG). Diese gasförmigen
Kraftstoffe weisen bezüglich ihrem Emissionsverhalten gegenüber mit flüssigem
Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen den Vorteil auf, daß eine Verringerung der
ozonbildenden Emission um bis zu 80% gegeben ist, daß eine praktisch vollstän
dige Vermeidung von Ruß- und Schwefeldioxid-Emissionen sowie Aromaten als
auch eine deutliche Verringerung der Geräuschemission aufgrund der weicheren
Verbrennung und eine Reduzierung von CO2 und anderen Klima beeinflussenden
Emissionen gegenüber dem Benzinantrieb gegenüber 25% und der Ausstoß um
bis zu 10% weniger CO2 im Vergleich zum Dieselkraftstoff gegeben ist.
Um zusätzlich zum Betrieb eines Fahrzeuges mit flüssigem Kraftstoff auch den
Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff zu ermöglichen, wird in der Regel das stan
dardmäßig mit einer Einrichtung für den flüssigen Kraftstoffbetrieb ausgerüstete
Kraftfahrzeug mit einer Gasanlage auf bivalenten Betrieb nachgerüstet. Neben
den für die Speicherung für Teilung und Abgabe des gasförmigen Kraftstoffes
notwendigen Komponenten, wie beispielsweise Gastank mit Armaturenleitungen,
Druckgeber, Einspritzsystem, Umschalter vom flüssigen auf gasförmigen Kraft
stoff, ist auch eine zusätzliche elektronische Steuereinrichtung mit zugehörigen
Sensoren und Aktuatoren notwendig, die den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff
steuert.
Eine derartige Anordnung eines für den flüssigen Kraftstoff ausgerichteten Kraft
fahrzeuges mit einer nachgerüsteten Anlage für den Betrieb von gasförmigem
Kraftstoff auf bivalenter Basis ist aus der EP 0 323 413 bekannt.
In modernen Kraftfahrzeugen wird der flüssige Kraftstoff diskret über Düsen ein
gespritzt. Die eingespritzte Menge an Kraftstoff wird durch ein Motorsteuergerät
berechnet, welches mehrere Signale verarbeitet, wie beispielsweise die aktuelle
Drehzahl, den Saugrohrdruck, die Gaspedalstellung, das Lambdasignal, die Mo
tortemperatur, die Lufttemperatur. Aus diesen Signalen wird im Motorsteuergerät
ein Einspritzsignal erzeugt, welches auf die Einspritzdüsen unmittelbaren Einfluß
hinsichtlich der Einspritzdauer aufweist. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit
Katalysatoren, wie dies bei modernen Fahrzeugen ausschließlich der Fall ist, sind
einspritzgesteuerte Brennkraftmaschinen unumgänglich.
Die aus der EP 0 323 413 bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, daß nur
eine spezifische Anwendung für die Umschaltung von einer benzinbetriebenen
Brennkraftmaschine auf eine mit Flüssiggas betriebene Brennkraftmaschine mög
lich ist. Dabei ist erforderlich, daß sowohl das Benzin als auch das Flüssiggas
durch eine einzige Einspritzdüse hindurch befördert wird, so daß insbesondere in
Phasen der Umschaltung Probleme auftreten können. Des weiteren ist die Steue
rung durch den Verstärker nicht hinreichend für eine geeignete Ansteuerung der
Einspritzimpulse für eine optimierte Abgasgemischregelung geeignet. Derzeitige
Abgasnormen können mit einer derartigen Steuerung nicht erfüllt werden. Des
weiteren setzt diese Anlage bei dem Betrieb mit Flüssiggas voraus, daß die
Brennkraftmaschine auf Betriebstemperatur ist, bevor die Umschaltung und der
Betrieb mit Flüssiggas erfolgt. Weitere Betriebszustände können nicht eingestellt
und gesteuert werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung sowie
ein Verfahren zum Einstellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrich
tung, mit welcher eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine
nach Umschaltung auf einen Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff gesteuert wird, zu
schaffen, bei dem eine kostengünstige Erstausstattung als auch Umrüstung sowie
eine schnelle und einfache Einstellung auf die zu steuernde Brennkraftmaschine
ermöglicht ist und eine hohe Betriebssicherheit in der Kaltstartphase als auch in
den weiteren wechselnden Betriebsphasen gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuereinrichtung und ein Ver
fahren zur Einstellung einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung ge
mäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5 gelöst.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung weist den Vorteil auf, daß alle gasförmi
gen Kraftstoffe für die Brennkraftmaschine als alternativer Kraftstoff eingesetzt und
gesteuert werden können und sowohl die Betriebsparameter eines Motorsteuerge
räts für eine mit Benzin oder Diesel betriebene Brennstoffmaschine verwendet
werden können.
Des weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß sowohl ein automatisches
Starten in der Kaltstartphase durch Verwendung von flüssigem Kraftstoff als auch
von gasförmigem Kraftstoff einstellbar ist. Die entsprechende Steuerung der Ein
spritzimpulse und die Abfrage der jeweiligen Signale sind in der Steuereinrichtung
hinterlegt. Des weiteren weist diese Steuereinrichtung den Vorteil auf, daß bei
spielsweise bei einer Vollast ein automatisches Umschalten des Betriebes von
gasförmigem Kraftstoff auf flüssigen Kraftstoff erfolgt, da die maximale Leistung
durch den gasförmigen Kraftstoffbetrieb derzeit noch nicht erreicht wird. Eine wei
tere vorteilhafte Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist dadurch gegeben, daß die
Originalsignale der Motorsteuerung für den flüssigen Brennstoff verwendet wer
den, um die Einspritzimpulse für den gasförmigen Kraftstoff zu bestimmen. Dafür
ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß Korrekturfaktoren in dem Prozessor hinter
legt sind oder daß über einen Regelkreis der Korrekturfaktor an die aktuelle Be
triebssituation angepaßt wird. Des weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß
bei einem niedrigen Füllstand der jeweiligen Kraftstoffart eine automatische Um
schaltung auf die andere Kraftstoffart erfolgt. Darüber hinaus ist auch ermöglicht,
daß eine wahlweise Umschaltung für den Betrieb der Brennkraftmaschine durch
den Fahrzeugführer ermöglicht ist. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann
sowohl als Umrüst- oder Nachrüstmodul vorgesehen sein als auch bei der
Erstausstattung für die Auslieferung von Brennkraftmaschinen mit gasförmigem
oder flüssigem Kraftstoff vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird des weiteren durch ein Verfahren zum Ein
stellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung gemäß den Merkma
len des Anspruchs 5 gelöst.
Durch dieses Verfahren kann in einfacher und schneller Weise eine Anpassung
der Steuereinrichtung an die Betriebsparamenter einer Brennkraftmaschine erfol
gen, unabhängig davon, ob diese Steuereinrichtung als sogenanntes Umrüstmo
dul in eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine nachgerüstet
oder als Erstausstattung eingebaut wird. Durch dieses Verfahren werden die spe
zifischen Parameter der Brennkraftmaschine unmittelbar in der Steuereinrichtung
erfaßt und für die Steuerung der Brennkraftmaschine in den unterschiedlichen Be
triebsphasen entsprechend ausgegeben. Zur Einstellung der Steuereinrichtung auf
die zu steuernde Brennkraftmaschine werden zumindest zwei Parameter einge
stellt. Ein erster Parameter beinhaltet die Steuerung der Kaltstartphase und ein
zweiter Parameter beinhaltet die Einstellung eines Sekundärdruckes für den gas
förmigen Kraftstoff bei einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine.
Die Kaltstartphase kann vorteilhafterweise derart eingestellt werden, daß die
Brennkraftmaschine mit flüssigem Kraftstoff versorgt wird. Dies weist den Vorteil
auf, daß eine schnellere Erwärmung der Abgasanlage gegeben ist, da flüssige
Kraftstoffe heißere Abgase erzeugen und so der Katalysator schneller warm wird.
Hierfür kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß eine statische Kaltstart-
Verzögerungsumschaltung erfolgt, in dem nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit
eine automatische Umschaltung von dem flüssigen Kraftstoff auf den gasförmigen
Kraftstoff erfolgt. Geeigneterweise ist dieser Zeitpunkt derart gewählt, daß die
Brennkraftmaschine in den allermeisten Fällen die Betriebstemperatur erreicht hat.
Alternativ zu dieser statischen Verzögerungsumschaltung ist auch eine dynami
sche Verzögerungsumschaltung vorgesehen. Hierfür wird vorteilhaftweise ein
Temperaturfühler zur Erfassung der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine
vorgesehen, welcher nach Erreichen der Betriebstemperatur ein Signal für die
Umschaltung auf den gasförmigen Betrieb an die Steuerung abgibt. Es kann hier
bei ebenso vorgesehen sein, daß bei Abfallen der Betriebstemperatur der Brenn
kraftmaschine wiederum automatisch von dem gasförmigen Kraftstoffbetrieb auf
den flüssigen Kraftstoffbetrieb umgeschalten wird, bis die Betriebstemperatur wie
derum erreicht ist. Insbesondere beim Abstellen des Fahrzeuges und einem Neu
start kann diese dynamische Verzögerungsumschaltung vorteilhafterweise einge
setzt werden.
Alternativ kann in der Kaltstartphase auch der gasförmige Kraftstoff verwendet
werden. Hierfür ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die motorspezifischen Pa
rameter für den flüssigen Kraftstoff ausgewertet werden, um die Einspritzimpulse
für den gasförmigen Kraftstoff zu verwenden. In der Kaltstartphase wird das ein
gespritzte flüssige Kraftstoffgemisch durch eine zusätzliche flüssige Kraftstoff
menge angereichert. Dieser Faktor der angereicherten Mengen kann erfaßt wer
den, so daß durch eine berechnete Verkürzung der Einspritzimpulse durch diesen
Faktor die entsprechende gasförmige Menge an Kraftstoff eingespritzt wird, da im
Gasbetrieb eine Anreicherung des Kraftstoffes nicht erforderlich ist.
Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann für den Betrieb des gasförmigen Kraft
stoffs in der Kaltstartphase die Verzögerungsumschaltung dadurch gegeben sein,
daß mit einem Temperaturfühler der aktuelle Wert der Brennkraftmaschine ermit
telt wird. Solange dieser Temperaturwert niedriger als die Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine ist, wird an die Motorsteuerung ein quasi gefälschter Wert
weitergeben, der der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine entspricht. Sobald
die tatsächliche Temperatur der Brennkraftmaschine der Betriebstemperatur
entspricht, wird der tatsächliche Wert an das Motorsteuergerät weitergegeben, so
daß eine Überhitzungsüberwachung wiederum gegeben ist. Durch diese Verfah
rensweise findet eine Kaltstartanreicherung des Gemisches nicht statt, so daß ei
ne Korrektur der angereicherten Kaltstartmenge in diesem Fall nicht erforderlich
ist.
Der zumindest zweite zum Einstellen der Steuereinrichtung auf die zu steuernde
Brennkraftmaschine einzustellende Parameter wird nach Erreichen der Be
triebstemperatur der Brennkraftmaschine durchgeführt. Vorteilhafterweise wird ein
Signalprozessor der Steuereinrichtung deaktiviert, so daß die Einspritzimpulse für
den gasförmigen Kraftstoff dem des flüssigen Kraftstoffes entsprechen. Gleichzei
tig wird ein Sekundärdruck der Gaszuführleitung auf einen vorbestimmten Arbeits
druck eingestellt. Im Anschluß daran wird das Fahrzeug einer Abgasüberprüfung
unterzogen und in Abhängigkeit eines zu fetten oder eines zu mageren Gemi
sches der Einstellvorgang korrigiert, so daß ein optimales Abgasgemisch vorliegt.
Die Einstellung der Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps be
ziehungsweise der Größe der Brennkraftmaschine durch einen weiteren Parame
ter dahingehend modifiziert werden, daß ein Korrekturfaktor für den Signalprozes
sor eingelesen oder eingeregelt wird, um bei Abweichungen des optimalen Ab
gasgemischwertes entsprechend nachzuregeln.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren
Ansprüchen angegeben.
Anhand der nachfolgenden Zeichnungen ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung und deren Varianten näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine mit
zwei getrennten Kraftstoffkreisen zum Betrieb mit unterschied
lichen Kraftstoffarten,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steu
ereinrichtung und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für einen möglichen Betrieb der Brenn
kraftmaschine mit flüssigem und gasförmigem Kraftstoff.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Brennkraftmaschine
11 mit einem ersten Kraftstoffkreis 12 für flüssigen Kraftstoff und einem weiteren
Kraftstoffkreis 13 für gasförmigen Kraftstoff. Als flüssiger Kraftstoff kann sowohl
Benzin als auch Diesel verwendet werden. In einem Tank 14 ist der flüssige Kraft
stoff bevorratet und wird über eine Förderpumpe 16 und eine Förderleitung 17 ei
ner Einspritzdüse 18 zugeführt. Die Einspritzdüse 18 mündet in den Saugrohrka
nal 19, in welchem das Kraftstoffluftgemisch aufbereitet wird. Durch ein Einlaß
ventil 21 gelangt das Kraftstoffgemisch in einen Brennraum 22 der Brennkraftma
schine 11 und wird über ein Auslaßventil 23 nach der Verbrennung in eine Ab
gasanlage 24 über einen Kolben 26 gefördert.
Der weitere Kraftstoffkreis 13 weist einen Druckbehälter 31 zur Speicherung von
gasförmigem Kraftstoff auf. Als gasförmiger Kraftstoff können die im Handel er
hältlichen Gasarten verwendet werden. Hierzu gehören vor allem Flüssiggas und
Erdgas. Über ein Gashauptventil 32 und einen Primärdrucksensor 33 wird der
gasförmige Kraftstoff einem Druckminderer 34 zugeführt, um den hohen Spei
cherdruck von beispielsweise 200 bar im Druckbehälter 31 zur Weiterbeförderung
in die Einspritzdüse 38 zu reduzieren. In einer Sekundärdruckleitung 36 ist ein Se
kundärdrucksensor 37 vorgesehen. Der gasförmige Kraftstoff wird über eine weite
re Einspritzdüse 38 dem Saugrohr 19 zugeführt.
Die Brennkraftmaschine 11 weist ein Steuergerät 41 auf, welchem über Leitungen
42 Eingangssignale zugeführt werden. Des weiteren ist das Motorsteuergerät 41
mit einem Zündkabel 43 zur Ansteuerung von Zündkerzen 44 verbunden. Des
weiteren ist eine Steuerleitung 46 vorgesehen, welche von dem Motorsteuergerät
41 zur Einspritzdüse 18 führt.
Die Brennkraftmaschine 11 weist vor der Umrüstung oder Erstausstattung zum
Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff die in dem ersten Kraftstoffkreis 12 enthaltenen
Komponenten sowie das Motorsteuergerät 41 und die Steuerleitungen 43 und 46
zur Einspritzdüse 18 und zur Zündkerze 44 auf. Des weiteren sind weitere Signal
geber und Sensoren mit dem Motorsteuergerät 41 verbunden, welche zur optima
len Anreicherung eines Kraftstoffluftgemisches für flüssigen Kraftstoff zur emissi
onsarmen Verbrennung dienen. Hierzu gehören unter anderem das Drehzahlsignal,
das Lambdasignal, die Gaspedalstellung, die Motortemperatur, die Lufttem
peratur, die Luftmenge.
Die Nachrüstung, Umrüstung oder zusätzliche Einrichtung der Brennkraftmaschine
11 zum Betrieb mit einer weiteren Kraftstoffart erfolgt durch den Einbau der Kom
ponenten des zweiten Kraftstoffkreises 13 sowie einer Steuereinrichtung 51. Die
ser Steuereinrichtung 51 werden Signale von dem Primärdrucksensor 33 und dem
Sekundärdrucksensor 37 zugeführt. Darüber hinaus greift die Steuereinrichtung 51
Daten des Motorsteuergeräts 41 ab, um nach Umschaltung vom flüssigen Kraft
stoffbetrieb auf gasförmigen Kraftstoffbetrieb die Einspritzimpulse für den gasför
migen Kraftstoff zu steuern.
In Fig. 2 ist die Steuereinrichtung schematisch dargestellt. Diese weist einen
Prozessor 54 auf, in welchem die einzelnen Daten und Faktoren erfaßt und ge
speichert sind. Dem Prozessor 54 werden gemäß den symbolisch dargestellten
Leitungen Informationen zugeführt, wobei beispielsweise über die Leitung 56 ein
Primärdruckeingangssignal, über die Leitung 57 ein Sekundärdruckeingangs
signal, über die Leitung 58 die Motortemperatur, über die Leitung 59 ein Zündsi
gnal und über die Leitung 61 ein Drehzahlsignal zugeführt werden. Weitere Infor
mationen können ebenfalls bei Bedarf eingespeist werden. Des weiteren weist die
Steuereinrichtung eine Umschalteinheit 62 auf, welches einerseits Einspritzsignale
63 vom Motorsteuergerät empfängt und andererseits Benzineinspritzsignale über
die Leitungen 64 ausgibt. Die Umschalteinheit 62 kann mechanisch als Relais
oder dergleichen oder elektrisch als Transistor oder dergleichen ausgebildet sein.
Ein Signalprozessor 66 ist mit dem Prozessor 54 verbunden und Emulationswi
derständen 67 nachgeschalten, welche wiederum der Umschalteinheit 62 nachge
schalten sind. Dieser Signalprozessor 66 gibt in Abhängigkeit der im Logikprozes
sor 54 ermittelten und erfaßten Randbedingungen und zugrundeliegenden Kor
rekturfaktoren Gaseinspritzsignale 68 zur Steuerung der Einspritzdüsen 38 aus.
Der Prozessor 54 steuert des weiteren über die Leitung 69 das Gashauptventil
und gibt Informationen zur Betriebszustandsanzeige über die Leitungen 71 weiter.
In dem Signalprozessor 66 werden darüber hinaus die Originalzündsignale 72
verarbeitet und bei Betrieb mit flüssigem Kraftstoff in das Benzinzündsignalkabel
73 eingespeist.
Beim flüssigen Kraftstoffbetrieb schaltet der Logikprozessor 54 über die Leitung 69
das Gashauptventil 32 ab. Die Einspritzsignale 63 werden durch die Umschaltein
heit 62 direkt auf die Einspritzdüse 18 gelegt. Es findet keine Signalwandlung statt.
Auch das Zündsignal 72 wird direkt auf die Zündkerze 44 durchgeleitet. In einem
Anzeigemodul 74 wird die Betriebsart Benzin/Diesel angezeigt.
Eine Umschaltung auf den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff wird unter Berück
sichtigung des Ablaufdiagrammes in Fig. 3 näher beschrieben.
Eine Umschaltung auf den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff ist nur dann mög
lich, wenn in dem Druckbehälter 31 mindestens der erforderliche Minimaldruck
vorhanden ist. Dies wird über den Primärdrucksensor 33 überwacht. Bei einer er
sten Kaltstartstrategie erfolgt der Betrieb im Kaltstart mit flüssigem Kraftstoff. Der
Betrieb der Brennkraftmaschine 11 mit gasförmigem Kraftstoff wurde nur nach
Erreichen der erforderlichen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 11 er
möglicht.
Alternativ ist vorgesehen, daß auch ein Kaltstartbetrieb mit gasförmigem Kraftstoff
ermöglicht ist. Des weiteren kann vorgesehen sein, daß bei einem Abfall des
Drucks in dem Druckbehälter 31 unter einen erforderlichen Wert automatisch
durch die Steuereinrichtung 51 eine Umschaltung auf flüssigen Kraftstoff erfolgt.
Des weiteren ist durch die Steuereinrichtung 51 vorgesehen, daß bei der Durch
führung eines Warmstarts, das heißt, der Motor wird gestartet und weist die erfor
derliche Betriebstemperatur auf, sofort auf Gas umgeschaltet wird.
Sobald der Gasbetrieb gewählt wird, schaltet der Logikprozessor 51 über die Lei
tung 69 das Gashauptmagnetventil 32 ein. Die Einspritzsignale 63 werden durch
die Umschalteinheit 62 von den flüssigen Kraftstoffeinspritzdüsen getrennt und auf
die Emulationswiderstände 67 und den Signalprozessor 66 gelegt. Dort werden
die Einspritzsignale entsprechend dem Betriebszustand verlängert oder verkürzt
und auf die Einspritzdüsen 38 für gasförmigen Kraftstoff gegeben. Auch das
Zündsignal 72 wird über den Signalprozessor 66 verändert und erst dann auf die
Zündkerze 44 geleitet. Das Anzeigemodul 74 zeigt die Betriebsart Gas an sowie
den Füllstand des Druckbehälters 31. Das Motorsteuergerät 41 regelt weiterhin
den Betrieb des Motors mittels der Eingangssignale 42. Diese Signale, wie bei
spielsweise Saugrohrdruck, Drehzahlsignal, Lambdasignal, Gaspedalstellung,
Motortemperatur, Lufttemperatur usw., werden im Motorsteuergerät 41 in ein dem
aktuellen Betriebszustand angepaßtes Einspritzsignal umgewandelt. Auch die
Rückkoppelung über die Lambdasonde wird verwertet. Die Steuereinrichtung 51
wandelt diese Signale lediglich um und gibt sie an die Zündkerzen 44 und Ein
spritzdüsen 38 weiter. Diese Wandlung wird sich im allgemeinen auf ein proportio
nales Verlängern oder Verkürzen der Einspritzzeiten beschränken. Darüber hinaus
können auch die Einspritzdrücke des gasförmigen Kraftstoffes geändert werden
beziehungsweise es kann auch eine Kombination von Änderung und Anpassung
der Einspritzzeit und der Einspritzdrücke gegeben sein, um einen an den aktuellen
Betriebszustand angepaßten Einspritzimpuls zu erzeugen.
Die Steuereinrichtung 51 benötigt für die Steuerung der Brennkraftmaschine 11
mit gasförmigem Kraftstoff das Originalzündsignal zur Veränderung des Zündzeit
punktes, die Einspritzsignale vom Motorsteuergerät zur Wandlung/Durchschaltung
auf die entsprechenden Einspritzdüsen, den Primärgasdruck zur Füllstandsermitt
lung, den Sekundärgasdruck zur Angleichung der Einspritzsignale, die Motortem
peratur für den Kaltstart, die Zündung zur Initialisierung und das Drehzahlsignal
zur Erkennung, ob der Motor läuft. Dadurch kann die Steuereinrichtung 51 erken
nen, ob der Motor läuft oder nicht. Bei einem Unfall kann dann sofort das Gas
hauptventil 32 abgeschalten werden. Des weiteren kann dadurch erzielt werden,
daß bei dem Wunsch, die Brennkraftmaschinen mit Vollast zu betreiben, spora
disch von einem gasförmigen Kraftstoffbetrieb auf den flüssigen Kraftstoffbetrieb
umgeschalten werden kann. Ebenso ist eine manuelle wahlweise Umschaltung
der beiden Betriebsarten durch einen Schalter ermöglicht. Darüber hinaus wird
beim Abschalten der Einspritzdüsen für den flüssigen Kraftstoff eine Ersatzlast
(Emulationswiderstände) gegeben, da ansonsten ein fehlerhafter Betriebszustand
von dem Motorsteuergerät erkannt werden würde.
Zur Einstellung der Steuereinrichtung 51 werden entsprechend der Kaltstartstrate
gie die entsprechenden Werte in dem Prozessor erfaßt. Im Anschluß daran wird
der Sekundärdruck eingestellt, damit optimale Abgaswerte ermittelt werden. Dies
kann in Abhängigkeit der Verwendung von Flüssiggas oder Erdgas erfolgen, daß
bei Flüssiggas die Zuführung im flüssigen Zustand erfolgt und bei Erdgas im gas
förmigen Zustand und die Drücke zur Speicherung der Gase und Förderung in der
Förderleitung 36 unterschiedlich sind. Nachdem der Signalprozessor 66 deaktiviert
ist und die Brennkraftmaschine auf Betriebstemperatur ist, wird der Sekundärdruck
beispielsweise auf 8 bar als zunächst idealer Arbeitsdruck eingestellt. Nachdem
die Abgasprüfung ergibt, daß das Gemisch zu fett ist, das heißt, daß das Gemisch
über die erforderlichen Mengen von Gas eine Anreicherungsmenge an Gas auf
weist, wird der Sekundärdruck um beispielsweise 0,5 bar bis 1 bar vermindert. Die
Abgasprüfung wird erneut durchgeführt. Sollten die Abgaswerte nicht in Ordnung
sein, wird in Abhängigkeit davon, ob das Gemisch zu fett oder zu mager ist, der
Sekundärdruck vermindert oder weiter erhöht. In Abhängigkeit des Gemisches
wird eine entsprechende Nachregulierung erfolgen, wobei die Erhöhung oder Er
niedrigung des Sekundärdruckes immer mehr reduziert wird, so daß eine Annähe
rung in einem oder mehreren Schritten auf optimale Abgaswerte erfolgt.
Im Anschluß daran kann in Abhängigkeit der Größe der Motoren ein Korrektur
faktor festgelegt werden. Bei Brennkraftmaschinen bis zu einem Hubraum von
beispielsweise 1,6 oder 1,8 Litern kann der Korrekturfaktor entfallen. Dies liegt
daran, daß durch die Lambdarückkopplung eine Eigenkorrektur des Verbren
nungsvorganges gegeben ist. Die Lambdasonde mißt ständig das Gemisch von
Luft und flüssigem Kraftstoff im Abgas. Das Motorsteuergerät 41 erkennt sofort zu
fettes oder zu mageres Gemisch und korrigiert dies durch Anpassung der Ein
spritzzeit und/oder des Einspritzdruckes. Diese Regelung funktioniert geräteab
hängig in einem bestimmten Lambdafenster. Solange diese Korrektur innerhalb
dieses Lambdafensters erfolgt, ist die Hinzuziehung eines Korrekturfaktores nicht
erforderlich. Bei Brennkraftmaschinen mit zumeist größerem Hubraum kann je
doch eine Abweichung außerhalb eines derartigen Lambdafensters gegeben sein,
so daß hierfür zusätzlich die Festlegung eines Korrekturwertes vorgesehen ist, der
in Abhängigkeit der Werte durch die Lambdarückkoppelung im Gasbetrieb die
Einspritzimpulse verlängert oder verkürzt. Dies kann durch einen festen Korrek
turwert gegeben sein, der empirisch ermittelt wurde. Alternativ kann auch ein Re
gel- und Steuerkreis vorgesehen sein, wie beispielsweise durch einen Vergleich
durch zwei Lambdasonden, so daß eine quasi modifizierte Eigenkorrektur erfolgt.
Des weiteren ist aufgrund der Ausgestaltung eines ersten und zweiten Kraftstoff
kreises 12 und 13 für flüssigen und gasförmigen Kraftstoff ein Mischbetrieb der
Kraftstoffe für die Brennkraftmaschine ermöglicht.
Beispielsweise kann die Brennkraftmaschine mit 30% Dieselkraftstoff und 70%
Gas betrieben werden. Im übrigen bleiben die Funktionen erhalten, wie beispiels
weise die Überlagerung der Einspritzimpulse mittels eines Korrekturfaktors, um
optimale Verhältnisse für die Verbrennung und das Abgasgemisch zu erhalten.
Claims (14)
1. Steuereinrichtung zur Steuerung zumindest eines Signals für zumindest eine
Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, welche mit flüssigem oder gasför
migem Kraftstoff betrieben ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Prozessor (54) vorgesehen ist, der Eingangssignale für den Gasbetrieb verarbeitet,
daß zumindest eine Umschalteinheit (62) vorgesehen ist, welche mit dem Prozessor (54) gekoppelt ist und zumindest ein Einspritzsignal von einem Motorsteuergerät (41) für flüssigen Kraftstoff verarbeitet und als Einspritzsi gnal für flüssigen Kraftstoff oder gasförmigen Kraftstoff an zumindest eine Einspritzdüse weiterleitet.
daß zumindest ein Prozessor (54) vorgesehen ist, der Eingangssignale für den Gasbetrieb verarbeitet,
daß zumindest eine Umschalteinheit (62) vorgesehen ist, welche mit dem Prozessor (54) gekoppelt ist und zumindest ein Einspritzsignal von einem Motorsteuergerät (41) für flüssigen Kraftstoff verarbeitet und als Einspritzsi gnal für flüssigen Kraftstoff oder gasförmigen Kraftstoff an zumindest eine Einspritzdüse weiterleitet.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Um
schalteinheit (62) einem Signalprozessor (66) vorgeschalten ist, welche mit
dem Prozessor (54) gekoppelt oder integriert ist und die vom Prozessor (54)
erfaßten Eingangssignale verarbeitet, die Originalsignale umwandelt und als
Einspritzsignale für gasförmigen Kraftstoff an eine Einspritzdüse (38) für gas
förmigen Kraftstoff weiterleitet.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen der Umschalteinheit (62) und dem Signalprozessor (66) Emulationswi
derstände (67) vorgesehen sind.
4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Schnittstellen zum Empfang und Abgabe von Signalen, ins
besondere Einspritzsignale für flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff, primäre
und sekundäre Einspritzsignale, Motorenregelung, Drehzahlsignal, Zündsignal,
Signaldruck für Gaspedalstellung, Lambdasignal, vorgesehen sind.
5. Verfahren zum Einstellen einer insbesondere nachrüstbaren Steuereinrichtung,
mit welcher eine mit flüssigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine (11)
nach Umschaltung auf einen Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Steuereinrichtung (51) eine Kaltstartbetriebsphase erfaßt wird, in welcher die an eine Kraftstoffart angepaßte spezifischen Parameter einer Brennkraftmaschine (11) bis zum Erreichen der Betriebstemperatur ausge geben werden,
daß die Brennkraftmaschine (11) nach Erreichen der Betriebstemperatur auf einen ersten Wert eines Sekundärdruckes zum Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff eingestellt wird,
daß eine Abgasmessung durchgeführt wird,
daß in Abhängigkeit der Abgasmessung der Sekundärdruck beibehalten, erhöht oder gesenkt wird,
daß nach Erreichen des optimalen Abgaswertes der Sekundärdruck ermit telt und abgespeichert wird.
daß in der Steuereinrichtung (51) eine Kaltstartbetriebsphase erfaßt wird, in welcher die an eine Kraftstoffart angepaßte spezifischen Parameter einer Brennkraftmaschine (11) bis zum Erreichen der Betriebstemperatur ausge geben werden,
daß die Brennkraftmaschine (11) nach Erreichen der Betriebstemperatur auf einen ersten Wert eines Sekundärdruckes zum Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff eingestellt wird,
daß eine Abgasmessung durchgeführt wird,
daß in Abhängigkeit der Abgasmessung der Sekundärdruck beibehalten, erhöht oder gesenkt wird,
daß nach Erreichen des optimalen Abgaswertes der Sekundärdruck ermit telt und abgespeichert wird.
6. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartphase für
den Betrieb mit flüssigem Kraftstoff durch eine Kaltstart-
Verzögerungsumschaltung gesteuert wird, durch welche nach Ablauf einer
wahlweisen vorbestimmten Zeit, die in der Steuereinrichtung eingestellt wird,
der Betrieb von flüssigem Kraftstoff auf gasförmigen Kraftstoff umgeschalten
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartphase
für den Betrieb mit flüssigem Kraftstoff durch eine Kaltstart-
Verzögerungsumschaltung gesteuert wird, bei der die Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine mit einem Sensor erfaßt wird und nach Erreichen der Be
triebstemperatur der Betrieb von flüssigem Kraftstoff auf gasförmigen Kraftstoff
umgeschalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartphase
für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff mit den Parametern für den Betrieb
der Brennkraftmaschine mit flüssigem Kraftstoff gesteuert wird, wobei ein Be
trag einer Anreicherungsmenge des zugeführten flüssigen Kraftstoffes für ei
nen fetten Verbrennungsübergang ermittelt wird und ein Einspritzimpuls des
gasförmigen Kraftstoffs um diesen Betrag verkürzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge
durch Änderung der Einspritzdauer und/oder des Einspritzdruckes des gasför
migen Kraftstoffes eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstartphase
für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff durch Abfrage der tatsächlichen
Temperatur der Brennkraftmaschine mit einem Temperatursensor gesteuert
wird, wobei bei einer erfaßten Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine (11) ein Wert der Steuereinrichtung (51) an eine Mo
torsteuerung (41) weitergeleitet wird, der dem Wert der Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine entspricht.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärdruck
bei einem zu fetten Gemisch erhöht oder bei einem zu mageren Gemisch um
einen Wert erniedrigt wird und erneut eine Abgasmessung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Signal
prozessor (66) Einspritzimpulse ausgegeben werden, welche in Abhängigkeit
des Abgasgemisches oder des Betriebszustandes mit einem Korrekturfaktor
beaufschlagt werden, wodurch der Einspritzimpuls verlängert oder verkürzt
oder beibehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor
als eine feste, im Signalprozessor (66) abgelegte Größe ausgegeben wird oder
als eine variable Größe in Abhängigkeit der tatsächlichen Parameter angepaßt
und ausgegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischbetrieb mit
flüssigem und gasförmigem Kraftstoff angesteuert wird und vorzugsweise der
jeweilige Einspritzimpuls für den flüssigen und gasförmigen Kraftstoff in Ab
hängigkeit des Betriebszustandes mit einem Korrekturfaktor beaufschlagt wird.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BLOEMER, HEINRICH, 72116 MOESSINGEN, DE Owner name: VIALKOWITSCH, DIRK, 70794 FILDERSTADT, DE |
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8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: VIALKOWITSCH, DIRK, 70794 FILDERSTADT, DE |
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