DE102006051916A1 - 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 mit einer eine Hochdruckpumpe aufweisenden Direkt-Einspritzeinrichtung zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei die Hochdruckpumpe mechanisch zwangsgekoppelt ist mit rotierenden Teilen der Brennkraftmaschine. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug zwei separate Kraftstoffspeicher, wobei ein erster Kraftstoffspeicher der Speicherung von insbesondere erdöl- oder erdgasbasiertem Kraftstoff dient und wobei ein zweiter Kraftstoffspeicher der kryogenen Speicherung von insbesondere als Wasserstoff ausgebildetem Kraftstoff dient. Die Brennkraftmaschine ist zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten durch die Befeuerung mit den unterschiedlichen Kraftstoffen aus dem ersten oder dem zweiten Kraftstoffspeicher betreibbar, wobei die Füllstände der beiden Kraftstoffbehälter überwacht werden und, ausgehend von einer ersten Betriebsart, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des erdgas- oder erdölbasierten Kraftstoffs betrieben wird, für den Fall, dass der Füllstand des ersten Kraftstoffspeichers einen vorbestimmten ersten Mindestfüllstand erreicht oder unterschreitet und der Füllstand des kryogenen Kraftstoffspeichers eine vorbestimmte von Null verschiedene Kraftstoffmenge aufweist, eine automatische Umschaltung in eine zweite Betriebsart erfolgt, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten ...

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 (bzw. ein Kraftfahrzeug mit bivalent betreibbarer Brennkraftmaschine) und ein Verfahren zum Betrieb eines bivalent betreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem die Ausfallsicherheit von Komponenten zur Befeuerung der Brennkraftmaschine weiter verbessert ist.
  • 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 und eine Einspritzpumpe aufweisenden Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise ist die Einspritzpumpe als Hochdruckpumpe einer Direkteinspritzeinrichtung ausgebildet. Die Einspritzpumpe ist mechanisch zwangsgekoppelt mit im Betrieb der Brennkraftmaschine rotierenden Teilen, so dass für den Fall einer rotierenden Kurbelwelle auch die Antriebswelle der Einspritzpumpe rotiert. Die Einspritzpumpe ist derart aufgebaut, dass ihre rotierenden Teile von dem, durch sie beförderten Kraftstoff(medium) gleichzeitig geschmiert werden. Das Kraftfahrzeug umfasst ferner 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.). Die Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments ist in zwei unterschiedlichen Betriebsarten durch die Befeuerung mit den unterschiedlichen Kraftstoffen aus dem ersten oder dem zweiten Kraftstoffspeicher betreibbar. Die Füllstände der beiden Kraftstoffbehälter werden laufend überwacht, wobei ausgehend von einer ersten Betriebsart, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des erdgas- oder erdölbasierten Kraftstoffs (Benzinbetrieb) betrieben wird, für den Fall, dass der Füllstand des ersten Kraftstoffspeichers einen vorbestimmten ersten Mindestfüllstand erreicht oder unterschreitet und der Füllstand des kryogenen Kraftstoffspeichers (Wasserstoffspeicher) eine vorbestimmte von Null verschiedene Kraftstoffmenge aufweist, die einen weiteren Betrieb mittels kryogen gespeichertem Kraftstoff zulässt, eine automatische Umschaltung in eine zweite Betriebsart erfolgt, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffs betrieben wird.
  • Mit Vorteil wird die zweite Betriebsart solange beibehalten und vorzugsweise ein Umschalten in die erste Betriebsart solange unterdrückt, bis der kryogen gespeicherte Kraftstoffvorrat verbraucht ist. Hierdurch wird erreicht, dass ein Wasserstoffbetrieb bei leerem Benzintank verhindert wird und somit ein Trockenlaufen der Einspritzpumpe sicher vermieden wird. Sobald also der Benzintank einen vorbestimmten Mindestfüllstand erreicht bzw. unterschritten hat, erfolgt eine automatische Umschaltung von Benzinbetrieb auf Wasserstoffbetrieb, um sicherzustellen, dass vor Aufbrauchen des Benzinkraftstoffes der Wasserstoffkraftstoff verbraucht und ein Wasserstoffbetrieb bei leerem Benzintank (bzw. unterhalb einer vorbestimmten Rest-Benzinmenge, die eine ausreichende Schmierung der Einspritzpumpe gewährleistet), sicher vermieden wird. Die im Benzintank verbleibende Benzinreserve kann demnach nicht für die Befeuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden, solange der Wasserstofftank nicht soweit entleert ist, dass ein Wasserstoffbetrieb nicht mehr möglich ist. Bei einem leeren Wasserstofftank existiert dieses Problem nicht, so dass auch der Benzinvorrat sofort vollständig aufgebraucht werden kann.
  • Für den Fall, dass das Wasserstoffsystem (insbesondere Kraftstoffspeicher und Verteilersystem) fehlerhaft ist (insbesondere eine Leckage aufweisen – bzw. einen Austritt von Wasserstoff detektieren), unterbleibt die Umschaltung auf Wasserstoffbetrieb in jedem Fall – auch eine manuelle Umschaltung durch einen Fahrerbefehl wird jetzt unterdrückt.
  • Wird der Benzintank neu betankt und weist einen Füllstand oberhalb der jeweiligen Grenze auf, werden die zugeordneten Einschränkungen wieder aufgehoben. Für den Fall einer vorliegenden Leckage des Wasserstoffsystems muss allerdings erst die Fehlerhaftigkeit des Systems behoben werden, bevor eine Umschaltung auf einen Wasserstoffbetrieb wieder zugelassen wird.
  • Die Erfindung betrifft 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. Dabei ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, das ein Betrieb des Kraftfahrzeugs gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren möglich ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs umfassend – eine Brennkraftmaschine mit einer eine Hochdruckpumpe aufweisenden Direkt-Einspritzeinrichtung zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei die Hochdruckpumpe mechanisch zwangsgekoppelt ist mit rotierenden Teilen der Brennkraftmaschine, – sowie zwei separate Kraftstoffspeicher, wobei ein erster Kraftstoffspeicher der Speicherung von, insbesondere erdöl- oder erdgasbasiertem Kraftstoff dient, und wobei ein zweiter Kraftstoffspeicher der kryogenen Speicherung von, insbesondere als Wasserstoff ausgebildetem Kraftstoff dient, wobei – die Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmoments in zwei unterschiedlichen Betriebsarten durch die Befeuerung mit den unterschiedlichen Kraftstoffen aus dem ersten oder dem zweiten Kraftstoffspeicher betreibbar ist, und – die Füllstände der beiden Kraftstoffbehälter überwacht werden, und – ausgehend von einer ersten Betriebsart, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des erdgas- oder erdölbasierten Kraftstoffs betrieben wird, für den Fall, dass der Füllstand des ersten Kraftstoffspeichers einen vorbestimmten ersten Mindestfüllstand erreicht oder unterschreitet und der Füllstand des zweiten Kraftstoffspeichers eine vorbestimmte, von Null verschiedene Kraftstoffmenge aufweist, eine automatische Umschaltung in eine zweite Betriebsart erfolgt, in der die Brennkraftmaschine unter Verwendung des kryogen gespeicherten Kraftstoffs betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betriebsart solange beibehalten, insbesondere ein Umschalten in die erste Betriebsart unterdrückt wird, bis der kryogen gespeicherte Kraftstoffvorrat verbraucht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Umschaltung in die zweite Betriebsart nicht möglich ist, die erste Betriebsart weiter aufrechterhalten bleibt und bei Erreichen oder Unterschreiten eines zweiten Mindestfüllstands, solange wie der Füllstand des ersten Kraftstoffspeichers kleiner als der zweite Mindestfüllstand ist, ein Umschalten in die zweite Betriebsart unterdrückt 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 – 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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