DE102006051914A1 - Verfahren für den bivalenten Betrieb eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren für den bivalenten Betrieb eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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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, wobei die Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar ist und wobei zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zumindest einer Betriebsart ein Kraftstoffgemisch mit einem Kraftstoffanteil des kryogen gespeicherten Kraftstoffs verbrannt wird. Erfindungsgemäß erfolgt das Starten der Brennkraftmaschine vorrangig durch die Befeuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffs des ersten Kraftstoffspeichers, wobei vor dem Start der Brennkraftmaschine zumindest eine vorbestimmte Betriebsgröße überwacht wird und nur für den Fall, dass die Betriebsgröße einen vorbestimmten Zustand aufweist, der vorrangige Start unterdrückt 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 (insbesondere des Starts) eines bivalent betreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem der Schadstoffausstoß weiter reduziert ist. Weiterhin soll ein versehentlicher Start in einer ungewollten oder schadstoffmäßig ungünstigen Betriebsart möglichst vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer bivalent betreibbaren Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug umfasst daher zumindest einen ersten Kraftstoffspeicher zur Bevorratung eines kryogen gespeicherten Kraftstoffs (insbesondere Wasserstoff) sowie einen herkömmlichen Kraftstoffspeicher zur Bevorratung von herkömmlichem erdöl- oder erdgasbasiertem Kraftstoff, insbesondere Benzinkraftstoff (Benzin, Super, Diesel, o.d.). Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt die Startphase der Brennkraftmaschine. Hierbei wird ausgehend von einer deaktivierten Brennkraftmaschine, vor dem Start derselben zumindest eine vorbestimmte Betriebsgröße überwacht, und in Abhängigkeit von dieser Betriebsgröße ein vorrangiger Start, bei dem die Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffes (im Folgenden Wasserstoff genannt) gestartet wird, unterdrückt oder zugelassen.
  • Mit Vorteil wird als vorbestimmte zu überwachende Betriebsgröße das Kraftfahrzeug auf Undichtigkeiten des Wasserstoff-Speicher- und -Verteilersystems überwacht. Für den Fall, dass Wasserstoff sensiert wird, wird das Wasserstoff- Versorgungssystem zur Befeuerung der Brennkraftmaschine in einen vorbestimmten sicheren Zustand überführt. Hierfür wird ein Betrieb mit Wasserstoff unterbunden und können bestimmte Bereiche des Systems entsprechend gespült und so von den Wasserstoffbestandteilen befreit werden (bezüglich der Befreiung im Hinblick auf Wasserstoffbestandteile wird Bezug genommen auf die DE 10 2005 005 941 A1 ).
  • Alternativ oder zusätzlich kann als vorbestimmte Betriebsgröße zur Unterdrückung des vorrangigen Starts per Wasserstoff die Füllmenge des Wasserstofftanks (erster Kraftstoffspeicher) überwacht werden und bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestfüllstands des Wasserstofftanks ein Start per Wasserstoff unterdrückt werden. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Mindestfüllmenge erreicht, wenn im Wesentlichen kein Flüssigkraftstoff mehr vorhanden ist und im kryogenen Kraftstoffspeicher nahezu ausschließlich Wasserstoff im gasförmigen Zustand vorliegt. Für Fall des Unterschreitens der vorbestimmten Mindestfüllmenge kann automatisch ein Start per Benzinkraftstoff zugelassen werden. Alternativ kann aber auch ein Hinweis an den Fahrzeugführer ergehen, dass ein vorrangiger Start (Wasserstoffstart) nicht möglich ist und der Fahrzeugführer aufgefordert werden einen Wechsel in eine Betriebsart unter Verwendung von Benzinkraftstoff zu veranlassen. Der Betriebsartenwechsel durch manuelle Umschaltung erfolgt zum Beispiel, indem zumindest zwei separate Bedienelemente vom Fahrzeugführer in einer vorbestimmten Bedienweise betätigt werden bzw. für eine vorbestimmte Zeitdauer parallel betätigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform müssen eine Betriebsart-Umschalttaste, die Betriebsbremse sowie die Starteinrichtung (Zündschlüssel oder Startknopf) zumindest zeitweise parallel betätig sein.
  • Nach einem Start der Brennkraftmaschine in der vorrangigen Betriebsart per Wasserstoff erfolgt vorzugsweise eine Warmlaufphase, während der die Brennkraftmaschine ebenfalls im Wasserstoffbetrieb betrieben wird. Die Warmlaufphase kann zwingend für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert sein oder alternativ in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine oder der Temperatur einer im Abgasstrang angeordneten Katalysatoreinrichtung oder in Abhängigkeit eines hiermit korrelierenden Betriebsparameters aktiviert sein. Bevorzugt wird während der Warmlaufphase ein Umschalten von der Betriebsart Wasserstoffbetrieb in die Betriebsart Benzinbetrieb unterdrückt bzw. nicht zugelassen.
  • Die Erfindung umfasst ferner ein 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 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, wie er vorstehend beschrieben ist, realisierbar ist.

Claims (13)

  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 ersten Betriebsart der kryogen gespeicherte Kraftstoff verbrannt wird, und – das Starten der Brennkraftmaschine vorrangig durch die Befeuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffs des ersten Kraftstoffspeichers erfolgt, und – vor dem Start der Brennkraftmaschine zumindest eine vorbestimmte Betriebsgröße überwacht wird, und – für den Fall, dass die Betriebsgröße einen vorbestimmten Zustand aufweist, der vorrangige Start unterdrückt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorrangige Start durch die Befeuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung von Wasserstoff erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmte Betriebsgröße überwacht wird, ob der erste Kraftstoffspeicher oder ein Bestandteil einer mit dem Kraftstoffspeicher verbundenen Verteilereinrichtung eine Undichtigkeit aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmte Betriebsgröße überwacht wird, ob eine vorbestimmte Mindestmenge an Kraftstoff im ersten Kraftstoffspeicher vorhanden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Mindestmenge dann erreicht ist, wenn der erste Kraftstoffspeicher nahezu keinen Anteil an Flüssigkraftstoff, insbesondere Wasserstoff, mehr beinhaltet.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmte Betriebsgröße die Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder die Temperatur einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysatoreinrichtung überwacht wird, und der vorrangige Start unterdrückt, für den Fall, dass im Startzeitpunkt eine vorbestimmte Grenztemperatur überschritten ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht vorrangige Start durch die Befeuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung von erdöl- oder erdgasbasiertem Kraftstoff erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuelle Umschaltung zwischen dem vorrangigen Start und dem nicht vorrangigen Start, insbesondere eine Umschaltung in den nicht vorrangigen Start, durch eine vorbestimmte Bedienungsfolge von zumindest zwei Bedienelementen im Fahrzeug erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Bedienungsfolge die mindestens zwei Bedienelemente für eine vorbestimmte Zeitdauer parallel (zugleich) betätigt sein müssen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Bedienungsfolge eine Umschalttaste, ein Startknopf und das Bremspedal des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Zeitdauer parallel betätigt sein müssen.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem erfolgten vorrangigen Start der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine für eine vorbestimmte Warmlaufphase weiter unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffes erfolgt.
  12. Verfahren nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass während der Warmlaufphase ein manuelles Umschalten in einen Betrieb der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffes unterdrückt wird.
  13. 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 – 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.
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