DE102006051913A1 - Verfahren für den bivalenten Betrieb eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs umfassend eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments sowie zwei separate Kraftstoffspeicher, wobei zumindest ein erster Kraftstoffspeicher der kryogenen Speicherung von insbesondere als Wasserstoff ausgebildetem Kraftstoff dient. Die Brennkraftmaschine ist zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar, wobei zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zumindest einer Betriebsart kryogen gespeicherter Kraftstoff verbrannt wird. Der erste Kraftstoffspeicher und dessen Verteilereinrichtungen werden laufend auf Undichtigkeit hin überwacht, wobei im Falle einer detektierten Undichtigkeit des Systems, der Brennkraftmaschine ausschließlich Kraftstoff aus dem zweiten Kraftstoffspeicher zugeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den bivalenten Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments sowie zumindest zwei Kraftstoffspeicher (Tanks) zur Speicherung unterschiedlicher Kraftstoffe aufweist und wobei in einer ersten Betriebsart kryogen gespeicherter Kraftstoff eines ersten Kraftstoffspeichers der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird und in einer zweiten Betriebsart herkömmlicher Kraftstoff in Form von Benzin oder dergleichen der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird. Dabei ist der kryogen gespeicherte Kraftstoff vorzugsweise in Form von Wasserstoff ausgebildet.
• Derartige Fahrzeuge hat die Anmelderin bereits seit geraumer Zeit in Feldversuchen im Betrieb. Aus der Fachzeitschrift MTZ, Sonderdruck aus MTZ 63 (2002) Heft 2 ist unter dem Titel „Wasserstofffahrzeug mit Verbrennungsmotor auf dem Weg in die Serie" ein 7er BMW (BMW 750 hL) bekannt, der eine zwölfzylindrige Brennkraftmaschine aufweist, die für die (bivalente) Verbrennung von herkömmlichem Benzinkraftstoff (Benzin, Super, o.d.) als auch für die Verbrennung von Wasserstoff geeignet ist. Dieses Fahrzeug weist neben einem herkömmlichen Kraftstofftank für die Speicherung von Benzinkraftstoff einen zusätzlichen separaten gut wärmeisolierten Kraftstoffspeicher für die kryogene Speicherung von (Flüssig-)Wasserstoff auf. Ferner ist das Fahrzeug mit einer hochsensiblen Sensorik für die Überwachung des kryogenen Kraftstoffspeichers und der zugehörigen Kraftstoffverteilereinrichtung ausgerüstet, um etwaige Wasserstoffaustritte unmittelbar zu sensieren und entsprechende Maßnahmen vorzunehmen. Das Fahrzeug wird bei einem regulär ablaufenden Start im Wasserstoffbetrieb gestartet, wobei eine manuelle Umschaltung in den Benzinbetrieb zu jedem beliebigen Zeitpunkt per Tastendruck eines Schalters in der Instrumententafel möglich ist. Eine Rückkehr in den Wasserstoffbetrieb ist aufgrund eines vorliegenden Sicherheitskonzepts nur bei einem Neustart vorgesehen.
• Die Anforderung für Wasserstoffbetrieb wird durch spezielle Wasserstoffsteuergeräte an das zentrale Motorsteuergerät weitergeleitet. Hier wird der gewählten Betriebsart ein zugehöriges Kennfeld zugeordnet. Jede Inkonsistenz von Abläufen führt dabei zu einer Abschaltung des Wasserstoffbetriebs und zur Umschaltung in den Benzinbetrieb.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bivalent betreibbares Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines bivalent betreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem die Betriebssicherheit durch eine jederzeit möglichen momentneutralen Umschaltung weiter erhöht und eine Ausfallwahrscheinlichkeit minimiert ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
• Gemäß der Erfindung wird durch das Betriebsverfahren das Fahrzeug ständig auf einen betriebssicheren Zustand hin überwacht. Als betriebssicherer Zustand im Sinne der Erfindung wird ein Betriebszustand verstanden, in dem das Kraftstoffspeicher- und Kraftstoffversorgungssystem des kryogen gespeicherten Kraftstoffes keine Undichtigkeiten aufweist. Für den Fall des Erkennens einer Undichtigkeit bzw. eines Austritts von Wasserstoff, wird das Fahrzeug zwangsweise automatisch in den empirisch erprobten Benzinbetrieb umgeschaltet. Solange das erkannte Sicherheitsproblem vorliegt, ist eine Umschaltung in den Wasserstoffbetrieb unzulässig und wird vom Steuerungssystem unterdrückt. Dabei werden alle Systeme, die den Wasserstoffbetrieb unterstützen sofort abgeschaltet und in den subjektiven sicheren Benzinbetrieb umgeschaltet. Die Umschaltung von Wasserstoffbetrieb in Benzinbetrieb erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung des aktuell applizierten Antriebsmoments, derart, dass vor und nach der Umschaltung kein umschaltbedingter Leistungsabfall oder -anstieg erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein als sicherheitskritisch eingeordneter und detektierter Betriebszustand vom System automatisch in einen zuverlässigen Betrieb per Befeuerung der Brennkraftmaschine mittels Benzin umgeschaltet. Des Weiteren wird in den Betriebszuständen, in denen die Befeuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffes, insbesondere Wasserstoff, erfolgt (so genannter Wasserstoffbetrieb) laufend parallel ein Betriebszustand für die zweite Betriebsart (so genannter Benzinbetrieb) vorgehalten, so dass eine Umschaltung zwischen den Betriebsarten momentneutral erfolgt und somit keinen Einfluss auf die dynamische Fahrstabilität des Fahrzeugs hat.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs umfassend eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments, sowie zwei separate Kraftstoffspeicher, wobei zumindest ein erster Kraftstoffspeicher der kryogenen Speicherung von insbesondere als Wasserstoff ausgebildetem Kraftstoff dient, – wobei die Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar ist, und wobei zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zumindest einer Betriebsart der kryogen gespeicherte Kraftstoff verbrannt wird, und – wobei der erste Kraftstoffspeicher und dessen Verteilereinrichtungen auf Undichtigkeit hin überwacht werden, und im Falle einer detektierten Undichtigkeit des Systems, der Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart betrieben wird, indem ihr ausschließlich Kraftstoff aus dem zweiten Kraftstoffspeicher zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen den Betriebsarten momentneutral erfolgt, derart, dass während des Fahrbetriebs in einer der beiden Betriebsarten das aktuelle Antriebsmoment ermittelt wird und die zur Erfüllung des aktuellen Antriebsmoments im Falle einer Umschaltung in die andere Betriebsart erforderlichen Betriebsparameter für eine Befeuerung der Brennkraftmaschine in der anderen Betriebsart bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – in der ersten Betriebsart ausschließlich ein Gemisch mit einem Kraftstoffanteil von kryogen gespeichertem Wasserstoff verbrannt wird, und dass – in der zweiten Betriebsart ausschließlich ein Gemisch mit einem Kraftstoffanteil eines erdöl- oder erdgasbasierten Kraftstoff verbrannt wird.
4. Kraftfahrzeug umfassend – eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments, – zwei separate Kraftstoffspeicher, wobei zumindest ein erster Kraftstoffspeicher der kryogenen Speicherung von insbesondere als Wasserstoff ausgebildetem Kraftstoff dient, – und wobei die Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar ist, und wobei zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zumindest einer ersten Betriebsart kryogen gespeicherter Kraftstoff verbrannt wird, – eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr aus den Kraftstoffspeichern zur Brennkraftmaschine und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses zur Erzeugung des Antriebsmoments, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, das ein Betrieb des Kraftfahrzeugs gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche möglich ist.