DE102007028772B4 - Verfahren zum Betreiben einer mit einem Gas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer mit einem Gas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels einer Lambdaregelung in Abhängigkeit von einem Signal einer Lambdasonde ein Lambdawert eines Luft-Kraftstoff-Gemisches geregelt wird, wobei bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine die Lambdaregelung ausgesetzt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorbestimmten Lambdawert gesteuert wird, bis die Lambdasonde betriebsbereit ist, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von in einer Motorsteuerung abgelegten Adaptionswerten der Lambdawert auf einen Wert von 1,1 bis 1,5 bezogen auf ein Gas mit einem Heizwert von kleiner oder gleich 10,00 kWh/m3 vorbestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit einem Gas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels einer Lambdaregelung in Abhängigkeit von einem Signal einer Lambdasonde ein Lambdawert eines Luft-Kraftstoff-Gemisches geregelt wird, wobei bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine die Lambdaregelung ausgesetzt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorbestimmten Lambdawert gesteuert wird, bis die Lambdasonde betriebsbereit ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Anders als beim Ottokraftstoff gem. DIN EN 228 sind die Toleranzen von Dichte und Heizwert bei CNG deutlich weiter gefasst. Da zusätzlich der Gasmarkt insbesondere in Deutschland stark regionalisiert ist, können bei zwei aufeinander folgenden Tankvorgänge Gaskraftstoffe mit sehr unterschiedlichen Gasqualitäten aufgenommen werden.
  • Es ist bekannt, beim Motorstart einen Lambdawert vorzugeben und die Gemischaufbereitung auf diesen Wert zu steuern, solange das Sondensignal der Lambdasonde nicht auswertbar ist. Dies betrifft sowohl den Kaltstart bis zur Sondenbetriebsbereitschaft sowie auch Warmwiederholstarts, bis das Abgas der ersten Arbeitszyklen die betriebsbereite Sonde erreicht hat. Auch bei Gasmotoren ist es bekannt, diesen Lambdawert vorzugeben. Wird nun nach einer Betankung mit einem Gas hoher Qualität (H-Gas), d.h. ein Gas mit hohem Heizwert, ein auf ein Gas mit niedriger Qualität (L-Gas), d.h. ein Gas mit niedrigem Heizwert, adaptiertes Fahrzeug gestartet, so ist bis zum Adaptieren der neuen Gasqualität über die Lambdaregelung das Gemisch fetter als eigentlich erforderlich eingestellt. Aufgrund der eingeschränkten Fettlauffähigkeit von Gasmotoren hat dies Nachteile hinsichtlich Laufruhe und Fahrverhalten zur Folge.
  • Im Dokument DE 103 38 664 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs beschrieben. Um trotz schwankender Kraftstoffqualität einen kraftstoffverbrauchs- und emissionsoptimierten Startvorgang zu erreichen, wird nach einer Betankung ein Lambda-Vorsteuerkennfeld ermittelt, welches beim Start und bei nicht-aktivierter Lambdasonde verwendet wird.
  • Aus dem Dokument US 5 413 075 A geht eine Lambdaregelung für eine mit gasförmigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine hervor. Beim Kaltstart wird die Brennkraftmaschine bei einem mageren Lambdawert betrieben.
  • Das Dokument JP 2000 - 145 519 A betrifft eine Einspritzmengensteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Bei der mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine wird im Rahmen einer Lambdaregelung ein Korrekturwert für das einzustellende Lambda ermittelt. Im gesteuerten Betrieb während des Startvorgangs wird der Korrekturwert zur Einstellung des Lambdawertes herangezogen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betrieb einer mit Gas, insbesondere CNG, betriebenen Brennkraftmaschine nach einer Betankung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass unabhängig von in einer Motorsteuerung abgelegten Adaptionswerten der Lambdawert auf einen Wert im Bereich von 1,1 bis 1,5 bezogen auf ein Gas mit einem Heizwert von kleiner oder gleich 10,00 kWh/m3 vorbestimmt wird.
  • Dies hat den Vorteil, dass trotz fehlender Möglichkeit einer Lambdaregelung und trotz der unbekannten Qualität des Kraftstoffes (beispielsweise "CNG") durch einen kurzzeitigen Magerbetrieb Nachteile in der Motorlaufruhe und im Fahrverhalten sicher vermieden werden können.
  • Das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine verwendete Gas ist beispielsweise CNG (Compressed Natural Gas; Erdgas), Wasserstoff oder LPG (Liquified Petroleum Gas; Autogas).
  • Um auch bei besonders schlechten Gasqualitäten einen ruhigen und sicheren Motorstart sowie gutes Kaltlaufverhalten zu erzielen, wird der Lambdawert auf einen Wert im Bereich von 1,1 bis 1,5 bezogen auf ein Gas mit einem Heizwert von kleiner oder gleich 9,00 kWh/m3 (11,39 kWh/kg) vorbestimmt.
  • Zweckmäßigerweise wird der Lambdawert auf einen Wert von 1,2 oder 1,4 oder 1,3 vorbestimmt.
  • Zur weiteren Verbesserung des Motorstarts und des Kaltlaufverhaltens wird in Bezug auf einen zuletzt eingestellten Fülldruck beim letzten Abstellen der Brennkraftmaschine beim Motorstart ein erhöhter Fülldruck eingestellt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird von dem gesteuerten, vorbestimmen Lambdawert auf die Lambdaregelung umgeschaltet, wenn ein auswertbares Signal der Lambdasonde vorliegt, wobei unabhängig von der Qualität des Gases für die Lambdaregelung ein Lambdasollwert gleich 1,00 eingestellt wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
  • 1 eine Tabelle der Eigenschaften von Erdgasen unterschiedlicher Qualität und
  • 2 eine Tabelle der Zusammensetzung der Erdgase aus 1. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas) beschrieben. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf andere Arten von Gasen als Kraftstoff, die unterschiedliche Qualität aufweisen können, so beispielsweise auch auf LPG (Liquified Petroleum Gas; Autogas) oder Wasserstoffgas.
  • In 1 und 2 bezeichnet "H-Gas" ein Erdgas mit hoher Qualität, d.h. ein Gas mit hohem Heizwert, "L-Gas" ein Erdgas mit niedriger Qualität, d.h. ein Gas mit niedrigem Heizwert, und "LL-Gas" ein Erdgas mit besonders niedriger Qualität, d.h. ein Gas mit besonders niedrigem Heizwert. Wie aus der Tabelle in 1 ersichtlich, wird ein Erdgas mit einem Heizwert von gleich oder größer 10,74 kWh/m3 (12,92 kWh/kg) bei einer Normdichte von 0,832 kg/m3 als ein Gas mit hoher Qualität eingestuft. Dieses H-Gas hat einen Luftbedarf von 15,98 kg/kg und eine Methanzahl von 76. Erdgase mit niedrigerem Heizwert werden als L-Gase eingestuft.
  • 2 veranschaulicht die Zusammensetzung der in 1 angegebenen Gase. Das H-Gas weist einen niedrigen Anteil des Inertgases N2 und einen hohen Anteil von Methan auf.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass insbesondere nach Tankvorgängen beispielsweise mittels eines gegenüber dem vorangegangenen Betriebsende der Brennkraftmaschine höheren Fülldruckes, unabhängig von den vorab eingestellten Adaptionsparametern mit einem gesteuerten Lambdawert von 1,1 bis 1,5, vorzugsweise 1,2 bis 1,4, ideal 1,3 bezogen auf L-Gas den Startvorgang durchzuführen und erst nach Vorliegen eines auswertbaren Sondensignals der Lambdasonde die Lambdaregelung unabhängig von der Gasqualität auf einen Sollwert von beispielsweise 1,00 einzustellen. Mit dieser Vorgehensweise wird die Startsicherheit und das Fahrverhalten von Gasfahrzeugen, d.h. Kraftfahrzeugen, die mit einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine ausgerüstet sind, unabhängig von Qualitätsunterschieden hinsichtlich des getankten Gases verbessert.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer mit einem Gas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels einer Lambdaregelung in Abhängigkeit von einem Signal einer Lambdasonde ein Lambdawert eines Luft-Kraftstoff-Gemisches geregelt wird, wobei bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine die Lambdaregelung ausgesetzt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorbestimmten Lambdawert gesteuert wird, bis die Lambdasonde betriebsbereit ist, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von in einer Motorsteuerung abgelegten Adaptionswerten der Lambdawert auf einen Wert von 1,1 bis 1,5 bezogen auf ein Gas mit einem Heizwert von kleiner oder gleich 10,00 kWh/m3 vorbestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas CNG (Compressed Natural Gas; Erdgas), Wasserstoff oder LPG (Liquified Petroleum Gas; Autogas) ist.
  3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdawert auf einen Wert von 1,1 bis 1,5 bezogen auf ein Gas mit einem Heizwert von kleiner oder gleich 9,00 kWh/m3 (11,39 kWh/kg), insbesondere kleiner oder gleich 8,03 kWh/m3 (9,77 kWh/kg), vorbestimmt wird.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdawert auf einen Wert von 1,2 oder 1,4 oder 1,3 vorbestimmt wird.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf einen zuletzt eingestellten Fülldruck beim letzten Abstellen der Brennkraftmaschine beim Motorstart ein erhöhter Fülldruck eingestellt wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem gesteuerten, vorbestimmen Lambdawert auf die Lambdaregelung umgeschaltet wird, wenn ein auswertbares Signal der Lambdasonde vorliegt, wobei unabhängig von der Qualität des Gases für die Lambdaregelung ein Lambdasollwert gleich 1,00 eingestellt wird.
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