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Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Verbessern
von Kraftstoffnutzung in einem Fahrzeug mit einem Motor, der gasförmigen Kraftstoff
verbrennen kann
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Hintergrund und Kurzdarlegung
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Fahrzeuge,
die mit gasförmigen
Kraftstoffen betrieben werden, können
Kraftstoff in einem oder mehreren druckbeaufschlagten Tanks (zum
Beispiel aus Kohlenstofffaser) bei maximalen Drücken von in etwa 350 bis 700
Bar speichern.
U.S. Patent Nr. 5,127,230 beschreibt
beispielsweise ein Beispiel einer Zufuhranlage für flüssiges Erdgas, bei der zwei Tanks
(primär
und sekundär)
verwendet werden. Im Einzelnen wird ein primärer Tank zum Zuführen des Kraftstoffs
zu einem Motor ausgewählt,
und es wird ein automatisches Eingriffsystem vorgesehen, wodurch
bei Anstieg des Drucks in dem nicht gewählten Tank über einen vorbestimmten Wert
die Tankwahl des Fahrers aufgehoben wird und Gas aus dem nicht gewählten Tank
verwendet wird, bis der Druck unter den vorbestimmten Wert fällt. Dieses
Eingriffsystem beseitigt die Notwendigkeit, das Gas an die Atmosphäre abzulassen,
wenn es zu einem zu hohen Druckaufbau kommt.
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Die
vorliegenden Erfinder haben aber erkannt, dass der vorstehende Ansatz
zwar selektiv zwei Speichertanks bei verschiedenen Drücken nutzen
kann, um Überdrucksituationen
zu beschränken, doch
kann das System auch zu einer ineffizienten Nutzung gespeicherten
Kraftstoffs führen.
Sobald ein Tank einen vorbestimmten Druck bei oder unter dem Einspritzdruck
erreicht (der im Fall von Direkteinspritzung einen so hohen Wert
wie 50 bis 100 Bar haben kann) wird im Einzelnen abhängig vom
Verteilerrohrdruck und der Einspritzanlage der Tank effektiv als leer
behandelt. Somit kann restlicher Kraftstoff nicht zum Betreiben
des Motors und Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden.
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Zur
Lösung
der obigen Probleme kann es möglich
sein, basierend auf Motorforderung statt oder zusätzlich zu
Tankbedingungen wie Speicherdruck gezielt Kraftstoff aus mehreren
Tanks zu nutzen.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
eine volle Motorleistung verfügbar
zu haben, während
auch der gespeicherte Kraftstoff vollständiger genutzt wird. Selbst
wenn zum Beispiel ein Speicherdruck unter einen Solleinspritzdruck
fällt,
der für
alle Betriebsbedingungen geeignet ist, kann dieser Tank immer noch unter
ausgewählten
Motorforderungen (z.B. niedrigere Motorforderungen) verwendet werden,
während ein
anderer Tank bei einem höheren
Druck unter anderen Motorforderungen (z.B. hohe Motorforderungen)
verwendet werden kann, um den Tank mit dem niedrigeren Druck zu
ersetzen oder zu ergänzen.
Solange mindestens ein Speichertank ausreichend Druck hat, ist auf
diese Weise an jedem vorgegebenen Punkt die Motorleistung vollumfänglich verfügbar, während eine
vollständigere
Nutzung gespeicherten Kraftstoffs ermöglicht wird. Ein solcher Betrieb
kann verbesserte Fahrzeugbetriebsreichweiten (z.B. Entfernung) ermöglichen,
während
die Motorleistung für
einen vorgegebenen Zyklus vollumfänglich verfügbar ist.
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In
einem Beispiel kann basierend auf bestimmten Motorlasten Kraftstoff
von Tanks bei verschiedenen Drücken
gewählt
werden. Beispielsweise kann ein Kraftstofftank mit niedrigerem Druck
während
Leerlauf und Teilen eines Fahrzyklus mit niedriger Leistung arbeiten,
während
ein Kraftstofftank mit hohem Druck bei höheren Motorlasten arbeiten
kann. Auf diese Weise ist es möglich,
gespeicherten Kraftstoff vollständiger
zu nutzen und die Fahrzeugreichweite auszuweiten, während immer
noch volle Leistungsfähigkeit
aufrechterhalten wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines
Motors, der gasförmigen
Kraftstoff verbrennt.
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2–5 sind
schematische Schaubilder von beispielhaften Konfigurationen von
Einspritzventil- und Kraftstoffzufuhrsystemen.
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6 ist
ein schematisches Schaubild, das eine Veränderung der Druckregelung bei
beispielhaften Betriebsbedingungen veranschaulicht.
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7 ist
ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum
Steuern von Kraftstoffeinspritzung basierend auf der Motorbetriebsbedingung
und dem Kraftstofftankdruck.
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8 ist
ein Flussdiagramm einer anderen beispielhaften Ausführung eines
Verfahrens zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung basierend auf
der Motorbetriebsbedingung und dem Kraftstofftankdruck.
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9 zeigt
die Beziehung zwischen Zylinderdruck und Zylindervolumen, wobei
die thermodynamischen Wirkungen von Einspritzzeitsteuerung veranschaulicht
werden.
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10 ist
ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum
Zuführen von
Kraftstoff in einem Kraftstoffzufuhrsystem mit mehreren Kraftstofftanks.
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11 veranschaulicht
die Beziehung zwischen Tankdruck und zurückgelegter Fahrleistung eines
Fahrzeugs mit einem Kraftstofftanksystem mit einem Festdruckregler.
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12 veranschaulicht
die Beziehung zwischen Tankdruck und zurückgelegter Fahrleistung eines
Fahrzeugs mit zwei Kraftstofftanksystemen mit zweistufiger Druckregelung.
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Eingehende Beschreibung
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1 zeigt
allgemein bei 10 eine beispielhafte Ausführung eines
Zylinders eines Mehrzylindermotors, die mit diesem Zylinder verbundenen
Ein- und Auslassstrecken und eine beispielhafte Ausführung einer
Nockenwelle mit einem Mechanismus für veränderliche Zeitsteuerung zum
Steuern der Ventile des Zylinders. Es versteht sich, dass die Konfiguration
von Motor 10 lediglich beispielhaft ist und dass die hierin
beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten
Motor umgesetzt werden können.
Ferner kann der Motor mittels einer im Zylinder angeordneten Zündkerze
(nicht dargestellt) fremdgezündet
werden, deren Steuerzeiten mit den Betriebsbedingungen verändert werden
können.
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Weiter
mit 1 wird der Motor 10 durch ein elektronisches
Motorsteuergerät 12 gesteuert.
Es wird ein Brennraum oder Zylinder 14 des Motors 10 gezeigt,
der Brennraumwände 16 mit
einem darin angeordneten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen
Kolben 18 aufweist. Der Brennraum 14 wird mit dem
Ansaugkrümmer 22 und
dem Abgaskrümmer 24 hinter
einem Einlassventil 26 und einem Auslassventil 28 in
Verbindung stehend gezeigt. Ein Einspritzventil 30 ist
mit dem Brennraum 14 zum Zuführen von eingespritztem Kraftstoff
direkt in diesen proportional zum Kraftstoffpulsbreitensignal (fpw),
das von dem Steuergerät 12 mittels
eines elektronischen Treibers 68 empfangen wird, verbunden.
Dem Einspritzventil 30 wird Kraftstoff durch ein Gaskraftstoffsystem
zugeführt,
das bezüglich
der 2–5 näher beschrieben
wird.
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Der
Ansaugkrümmer 22 wird
mit dem Drosselklappengehäuse 32 in
Verbindung stehend gezeigt, das die Drosselklappe 34 enthält. In diesem
bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 34 mit einem Elektromotor 36 verbunden,
so dass die Stellung der Drosselklappe 34 mittels des Elektromotors 36 durch das
Steuergerät 12 gesteuert
wird. In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführung wird
auf das Drosselklappengehäuse 32 und
die Drosselklappe 34 verzichtet.
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Ein
Abgassensor 38 wird stromaufwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung 40 mit
dem Abgaskrümmer 24 verbunden
gezeigt. Die Nachbehandlungsvorrichtung 40 kann jede geeignete
Art von Vorrichtung zum Verringern von Emissionen des Motors 10 umfassen.
Beispiele umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt: Dreiwege-
und Vierwege-Katalysatoren, Partikelfilter, Mager-NOx-Filter, etc.
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Das
Steuergerät 12 wird
in 1 als herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: Mikroprozessorvorrichtung 60,
Input/Output-Ports 62, ein elektronisches Speichermedium
für ausführbare Programme
und Kalibrierungswerten (in diesem betimmten Beispiel als Festwertspeicher 64 gezeigt),
einen Arbeitsspeicher 66, einen Dauerspeicher 69 und
einen herkömmlichen
Datenbus. Das Steuergerät 12 wird
gezeigt, wie es neben den zuvor erwähnten Signalen verschiedene
Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren empfängt, darunter
Messung der eingelassenen Luftmasse (MAF) von einem mit dem Drosselklappengehäuse 32 verbundenen
Luftmassenmesser 70; eine Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von
einem mit einem Kühlmantel 74 verbundenen
Temperatursensor 72; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal
(PIP) von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber 76;
eine Drosselklappenstellung TP von einem Drosselklappenstellungssensor 78 und
ein Krümmerdrucksignal (MAP)
von einem Sensor 71.
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Der
Motor 10 kann so ausgelegt sein, dass er veränderliche
Einlassventil- und Auslassventil-Zeitsteuerungsfähigkeiten aufweist. Zum Beispiel
kann der Motor 10 elektromechanisch betätigte Ventile aufweisen, die
von dem Steuergerät 12 gesteuert werden.
Alternativ kann der Motor 10 wie in der dargestellten Ausführung gezeigt
einen Mechanismus zum mechanischen Verändern der Einlass- und/oder Auslassventilsteuerzeiten
aufweisen, zum Beispiel durch Anpassen der Steuerzeiten einer Nockenwelle. In
der dargestellten Ausführung
wird die Nockenwelle 90 des Motors 10 mit Kipphebeln 52 und 54 zum
Betätigen
des Einlassventils 26 und des Auslassventils 28 in
Verbindung stehend gezeigt. Die Nockenwelle 90 ist direkt
mit einem Gehäuse 56 verbunden.
Das Gehäuse 56 bildet
ein Zahnrad mit mehreren Zähnen 58.
Das Gehäuse 56 ist
mit einem (nicht dargestellten) inneren Antriebselement hydraulisch
verbunden, das wiederum direkt mittels einer (nicht dargestellten)
Steuerkette mit der Kurbelwelle 20 direkt verbunden ist.
Daher drehen das Gehäuse 56 und
die Nockenwelle 90 bei einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen
gleich dem inneren Antriebselement ist. Das innere Antriebselement
dreht bei einem konstanten Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle 20.
Durch Betätigung
der hydraulischen Kupplung kann aber, wie später hierin beschrieben wird,
die relative Position der Nockenwelle 90 zur Kurbelwelle 20 durch
Steuerung von Hydraulikdrücken
in der Frühverstellkammer 100 und
der Spätverstellkammer 102 verändert werden.
Zum Beispiel wird durch Eindringenlassen von Hydraulikfluid hohen
Drucks in die Frühverstellkammer 100,
während
man Fluid aus der Spätverstellkammer 102 austreten
lässt,
die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 90 und
der Kurbelwelle 20 auf früh verstellt. Somit öffnen und
schließen das
Einlassventil 26 und das Auslassventil 28 zu einem
früheren
Zeitpunkt als normal im Verhältnis
zur Kurbelwelle 20. Indem man Hydraulikfluid hohen Drucks
in die Spätverstellkammer 102 eindringen lässt, während man
Fluid aus der Frühverstellkammer 100 austreten
lässt,
wird analog die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 90 und
der Kurbelwelle 20 auf spät verstellt. Somit öffnen und schließen das
Einlassventil 26 und das Auslassventil 28 zu einem
späteren
Zeitpunkt als normal im Verhältnis
zur Kurbelwelle 40.
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Die
Zähne 58,
die mit dem Gehäuse 56 und der
Nockenwelle 90 verbunden sind, ermöglichen eine Messung der relativen
Nockenstellung mittels eines Nockensteuerungssensors 104,
der dem Steuergerät 12 ein
veränderliches
Nockenwellensteuerzeitensignal (VCT, vom engl. Variable Camshaft
Timing) liefert. In der dargestellten Ausführung sind vier Zähne (mit
1, 2, 3 und 4 bezeichnet) zur Messung von Nockenwellensteuerzeiten
vorgesehen und sind gleichmäßig beabstandet
(zum Beispiel 90 Grad voneinander entfernt), während ein Zahn 5 bei
einem anderen Abstand für
Zylinderidentifizierung verwendet werden kann. Zudem sendet das
Steuergerät 12 Steuersignale
zu herkömmlichen
(nicht dargestellten) Solenoidventilen, um das Strömen von
Hydraulikfluid entweder in die Frühverstellkammer 100,
die Spätverstellkammer 102 oder
in keine zu steuern.
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Es
versteht sich, dass 1 lediglich einen Zylinder eines
Mehrzylindermotors zeigt und dass jeder Zylinder seinen eigenen
Satz an Einlass-/Auslassventilen, Einspritzventilen etc. aufweist.
Ferner versteht sich, dass der dargestellte Motor 10 nur
beispielshalber gezeigt wird und dass die hierin beschriebenen Systeme
und Verfahren in jedem anderen geeigneten Motor mit geeigneten Bauteilen und/oder
einer geeigneten Anordnung von Bauteilen umgesetzt oder angewendet
werden können.
Zum Beispiel können
das Einlassventil 26 und das Auslassventil 28 elektromechanisch
betätigt
werden, und auf die Nockenwelle 90 (und verschiedene zugehörige Teile)
kann verzichtet werden. Analog können
separate Nockenwellen verwendet werden, um das Öffnen des Einlassventils 26 und
des Auslassventils 28 zu steuern. Wenn jedes Ventil durch
eine separate Nockenwelle betrieben wird, kann jede Nockenwelle einen
Mechanismus für
veränderliche
Steuerzeiten umfassen, wie er zum Beispiel in 1 für Nockenwelle 90 gezeigt
wird, um mittels eines Systems für eine
veränderliche
Nockensteuerung ein Verändern der
Steuerzeiten des Auslassventils unabhängig von den Steuerzeiten des
Einlassventils und umgekehrt zu ermöglichen.
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Zu
beachten ist, dass die hierin nachstehend enthaltenen Steuer- und
Schätzroutinen
mit verschiedenen Motorkonfigurationen, wie sie beispielsweise vorstehend
beschrieben wurden, verwendet werden können. Die hierin beschriebene
spezifische Routine kann eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien
darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert,
Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene
gezeigte Schritte, Betriebe oder Funktionen in der gezeigten Abfolge
oder parallel ausgeführt
oder in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung
nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier
beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird
aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von
der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
die beschriebenen Schritte einen in ein maschinenlesbares Speichermedium
in dem Steuergerät 12 einzuprogrammierenden
Code graphisch darstellen.
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Die 2–5 zeigen
verschiedene Systeme und Verfahren, die Tanks für gasförmige Kraftstoffe selektiv
betreiben, um die Fahrzeugreichweite in einem Fahrzyklus auszuweiten,
während
immer noch eine volle Leistungsfähigkeit
beibehalten bleibt. Wie vorstehend erwähnt können mit gasförmigen Kraftstoffen
betriebene Fahrzeuge Kraftstoff in mehreren Hochdrucktanks (zum
Beispiel drei bis fünf Tanks)
bei einem maximalen Druck von 350 bis 700 Bar speichern. In manchen
Fällen
können
diese Tanks als „leer" betrachtet werden,
sobald sie auf den Verteilerrohrdruck abfallen, der in einigen Beispielen bei
der Größenordnung
von 50 bis 100 Bar liegen kann. Es kann aber möglich sein, die Tanks voneinander
abzukoppeln und abhängig
von den Betriebsbedingungen und dem Tankdruck Kraftstoff von jedem
Tank selektiv zu nutzen, so dass die Fahrzeugreichweite in üblichen
Fahrzyklen ausgeweitet werden kann, wie durch die beispielhaften
Auslegungen der 2–5 beschrieben
wird.
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2 ist
ein schematisches Schaubild einer ersten beispielhaften Ausführung eines
Einspritzventils und des Zufuhrsystems für gasförmigen Kraftstoff mit mehreren
Kraftstofftanks in einem Fahrzeug, wobei das Kraftstoffzufuhrsystem 100 mit
zwei Kraftstofftanks mit einer festen Niedrigdruck- und einer veränderlichen
Hochdruck-Kraftstoffzufuhr aufweist. In der dargestellten Ausführung kann
ein erster Kraftstofftank 122 mit einem Druckregler 124 verbunden sein.
Ein Rückschlagventil 126 kann
stromabwärts des
Druckreglers 124 und stromaufwärts eines Einspritzventils 128 angeordnet
sein. Ein zweiter Kraftstofftank 130 kann zum Zuführen von
Kraftstoff zum Einspritzventil 128 durch Passieren des
Solenoidventils 132 dienen. Die Tanks können gasförmigen Kraftstoff bei dem Druckbereich
von 10–700
Bar speichern und können
zunächst
zum Beispiel bei einem Nachtankvorgang in etwa 10 Kilogramm Wasserstoff bei
700 Bar enthalten.
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In
der dargestellten Ausführung
kann der Tank 130 für
gasförmigen
Kraftstoff direkt ohne Druckregelung mit dem Einspritzventil 128 verbunden
sein. Das Einspritzventil 128 kann ein schnell ansprechendes
Einspritzventil umfassen. Das Einspritzventil kann zum Beispiel
eine piezoelektrische oder magnetorestriktive Betätigung umfassen,
die zu einem schnellen Ansprechen und einer flexiblen Einspritzung
mit mehreren Ereignissen über
breiten Ström-
und Druckbereichen führen
kann. In einem Beispiel kann ein Einspritzventil zwischen 1 und
16 mg pro Einspritzung innerhalb eines Kurbelfensters von 40 Grad
bei bis zu 7000 U/min. bei einem Druck von 10 bis 700 Bar liefern.
Es versteht sich, dass alle geeigneten Einspritzventile mit vorhersagbarem
Verhalten über
einem breiten Druck- und Pulsbreitenbereich (die in diesem arbeiten
können)
verwendet werden können.
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In
einem Beispiel kann das Einspritzventil ein piezoelektrisches Einspritzventil
mit einer ausreichend schnellen Ansprechzeit sein, um einen Ausgleich
für breit
schwankenden Kraftstoffdruck zu ermöglichen, wodurch Druckverlust
aus dem zweiten Tank aufgrund von Regelung gemindert wird. Ferner können die
Steuerzeiten der Einspritzung später
im Verdichtungstakt und Arbeitstakt (während Bedingungen eines geschlossenen
Ein- und Auslassventils kurz vor dem Zündereignis) liegen, um eine
Rückgewinnung
der Energie verdichteten Gases zu ermöglichen. Eine solche Einspritzzeitsteuerung
kann mittels Entspannung im Zylinder eine vermehrte Rückgewinnung
verdichteter Energie im zweiten Tank ermöglichen. Durch Nutzen von Einspritzung
bei oder nahe dem oberen Totpunkt der Kolbenstellung im Verdichtungstakt
(eines 4-Takt-Zyklus) kann zum Beispiel ein verbesserter Motorwirkungsgrad
erreicht werden. Weitere Einzelheiten der Einspritzzeitsteuerung
und Energierückgewinnung
werden nachstehend unter Bezug auf 9 zum Beispiel
näher beschrieben.
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Natürlich können auch
zusätzliche
Einspritzungen während
des Zyklus oder alternative Einspritzsteuerzeiten und andere Auslegungen
eines schnell ansprechenden Einspritzventils verwendet werden.
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Wenn
der Einspritzventilbetrieb mit breit variierendem Verteilerrohrdruck
genutzt wird, können
neben dem Anpassen der Einspritzsteuerzeiten basierend auf dem Einspritzdruck
zusätzliche
Anpassungen basierend auf Betriebsbedingungen wie Temperatur usw.
verwendet werden, um eine präzise
Steuerung des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs vorzusehen.
Zum Beispiel können
Anpassungen basierend auf dem Kraftstoff-/Luftverhältnis des
Abgases verwendet werden, um die Einspritzsteuerzeiten auf Fehler
hin auszugleichen, wie hierin unter Bezug auf die 7–8 beschrieben
wird. Durch Anpassen der Einspritzsteuerung als Reaktion sowohl
auf den veränderlichen
Kraftstoffdruck als auch die Rückmeldung
von einem Abgassauerstoffsensor kann es möglich sein, die Zufuhr gasförmigen Kraftstoffs über einem
breit variierenden Kraftstoffdruckbereich präzis zu steuern, selbst bei
stark veränderlichen
Kraftstoffzufuhrmengen und -steuerzeiten quer über dem Motordrehzahl- und
Lastbereich. Auf diese Weise kann in dem gespeicherten Kraftstoff
(von Tank 130) verdichtete Energie in dem Zylinder zurückgewonnen werden,
während
immer noch eine annehmbare Kraftstoffsteuerung beibehalten wird.
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Zu
beachten ist, dass das obige Vorgehen ohne Druckregelung des zweiten
Tanks verwendet werden kann, wenngleich es auch, wenn nicht gar mehr
bei Systemen mit mindestens einer gewissen Druckregelung des zweiten
Tanks anwendbar ist, die veränderliche
Druckregelung (siehe 4) aufweisen. Unter Motorbetriebsbedingungen
verminderter Einspritzventil-Pulsbreite kann zum Beispiel eine stärkere Druckregelung
verwendet werden, wogegen während
Bedingungen vergrößerter Einspritzventil-Pulsbreite
eine verminderte Druckregelung verwendet werden kann, wodurch falls
möglich
eine präzise
Steuerung und eine vermehrte Energierückgewinnung von verdichtetem
Gas ermöglicht
werden.
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Weiter
mit 2 kann der mit dem Rückschlagventil 126 verbundene
Druckregler 124 den Verteilerrohrdruck während Kraftstoffnutzung
aus dem ersten Tank auf einen festen Bereich regeln, beispielsweise
während
Bedingungen niedriger Last (z.B. niedrige Motordrehmomentforderung).
In einer Ausführung
kann der der Druckregler 124 den Druck auf einen festen
Bereich von 10–40
Bar regeln. Der mit dem Solenoidventil verbundene zweite Kraftstofftank 130 kann
dem Einspritzventil 128 veränderlichen hohen Druck liefern.
In einem Beispiel kann der zweite Tank 130 Druck in dem
Bereich von 100–700 Bar
während
erhöhter
Motorlast (z.B. hohen Motordrehmomentforderungen) zusätzlich zu
oder an Stelle von Kraftstoff aus dem ersten Tank liefern. Ein volles
Motorleistungsdrehmoment kann mittels des erhöhten Einspritzdrucks erreicht
werden. Somit betreibt in dem Beispiel von 2 das System
das Einspritzventil bei Verwenden des zweiten Tanks (möglicherweise
in Kombination mit dem ersten Tank) im Wesentlichen bei dem Tankdruck,
und bei Verwendung des ersten Tanks (mit oder ohne den zweiten Tank)
im Wesentlichen bei dem Reglerdruck.
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Auf
diese Weise können
Kraftstofftanks basierend auf Motorbetrieben selektiv verwendet
werden. Der erste Tank 122 kann zum Beispiel bei einer normalen
Motorlast oder einer leichten Motorlast betrieben werden, bis der
Tankdruck auf nur 10–40
Bar gesenkt ist. Wenn dagegen maximale Leistung und/oder voller
Verteilerrohrdruck unter bestimmten Fahrzeug-Fahrbedingungen erforderlich
ist, kann der zweite Tank 130 zusammen mit dem ersten Tank 122 verwendet
werden, um den erforderlichen vollen Verteilerrohrdruck ohne Leistungseinbuße zu liefern.
Alternativ kann der zweite Tank 130 allein verwendet werden,
wenn die maximale Leistung und/oder der volle Verteilerrohrdruck
erforderlich ist, und kann dann zu dem ersten Tank 122 gewechselt
werden.
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Der
obige Betrieb kann vorteilhaft kombiniert und koordiniert werden,
um eine verbesserte Fahrzeugreichweite für eine vorgegebene Menge gespeicherten
Kraftstoffs zu erreichen, da es möglich ist, ggf. eine größere Kraftstoffmenge
bei niedrigeren Drücken
zu verwenden, während
immer noch bei Bedarf eine volle Motorleistung ermöglicht wird.
Weitere Einzelheiten, die ein prophetisches Beispiel eines ausgeweiteten
Betriebsbereichs veranschaulichen, werden nachstehend unter Bezug
auf die 10–12 beschrieben.
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Unter
Bezug nun auf 3 zeigt diese ein schematisches
Schaubild einer zweiten beispielhaften Ausführung eines Einspritzventils
und eines Zufuhrsystems für
gasförmigen
Kraftstoff mit mehreren Kraftstofftanks, wobei das Kraftstoffzufuhrsystem 200 mit
zwei Tanks für
gasförmigen
Kraftstoff mit einer Kraftstoffzufuhr festen niedrigen Drucks und
festen hohen Drucks gezeigt wird. Die dargestellte Ausführung ähnelt dem
System in 1, es kann lediglich ein Druckregler 234 zwischen
einem zweiten Tank für
gasförmigen
Kraftstoff 230 und einem Solenoidventil 232 hinzugefügt sein.
Bei Verwendung des zweiten Tanks 230 kann in manchen Ausführungen der
mit dem Solenoidventil 232 gekoppelte Druckregler 234 den
Verteilerrohrdruck auf einen festen Wert steuern, in einem Beispiel
100 Bar. In diesen Ausführungen
kann der an einem Einspritzventil 228 angelegte Druck auf
nicht mehr als 100 Bar gesteuert werden.
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Bei
Verwendung eines ersten Gastanks 222 kann in manchen Ausführungen
ein mit einem Rückschlagventil 226 gekoppelter
Druckregler 224 den Verteilerrohrdruck in einem Beispiel
auf einen festen Bereich wie 10–40
Bar regeln. Somit kann der erste Tank 222 zum Zuführen von
Kraftstoff, bis der Druck in dem ersten Tank 222 auf 10–40 Bar
abgelassen ist, verwendet werden. Wiederum können Einspritzstrategien und
Einspritzventile, wie sie hierin beschrieben werden, verwendet werden,
so dass Solllasten trotz Verteilerrohrdruckschwankungen beibehalten werden
können.
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4 ist
ein schematisches Schaubild einer dritten beispielhaften Ausführung eines
Einspritzventils und eines Zufuhrsystems für gasförmigen Kraftstoff mit mehreren
Kraftstofftanks, wobei ein Kraftstoffsystem 300 mit zwei
Kraftstofftanks mit einer festen Niedrigdruck- und einer veränderlichen
Hochdruck-Kraftstoffzufuhr gezeigt wird. Die dargestellte Ausführung ähnelt dem
System in 1, außer dass der Variodruckregler 332 an
Stelle eines Solenoidventils zwischen einem zweiten Tank 330 für gasförmigen Kraftstoff
und einem Einspritzventil 328 angeordnet sein kann. Der
Variodruckregler 332 kann als Reaktion auf veränderte Lastbedingungen
und einen veränderten
Betriebsbereich eines Einspritzventils 328 den Verteilerrohrdruck
anpassen.
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Wie
vorstehend beschrieben kann der mit einem Druckregler 324 und
einem Rückschlagventil 326 gekoppelte
erste Tank 322 bei Bedingungen normaler oder leichter Last
verwendet werden, während der
mit einem Variodruckregler 332 gekoppelte zweite Tank 330 bei
Bedingungen höherer
Last verwendet werden kann. Wenn der erste Tank 322 als
primärer Tank
verwendet wird, der Kaftstoff zuführt, kann der zweite Tank 330 abhängig von
Motorbetriebsbedingungen und Tankdruck zusammen mit dem ersten Tank 322 oder
allein arbeiten.
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Zu
beachten ist, dass der Variodruckregler 332 mit einem Motorsteuergerät, beispielsweise
dem in 1 beschriebenen Steuergerät 12, kommunizieren
kann, so dass dem Einspritzventil basierend auf den Motorbetriebsbedingungen
mittels des Steuergeräts 12 Solldruck
geliefert werden kann. In einem Beispiel kann der Regelungsbetrag
oder der Regelungsdruck als Reaktion auf Kraftstofftankdruck und Motorbetriebsbedingungen
angepasst werden. Die Regelung kann zum Beispiel mit der Einspritzventilleistung
koordiniert werden, die sich mit Motordrehzahl und der zugeführten Kraftstoffmenge ändern kann,
wobei der Tankdruck berücksichtigt
wird. Somit kann bei höheren
Tankdrücken,
höherer
Motordrehzahl und/oder niedrigerer Kraftstoffforderung (Einspritzmenge)
eine verstärkte
Druckregelung (z.B. ein niedrigerer geregelter Druck) und umgekehrt
geliefert werden. Wenn Kraftstoff aus dem Tank verwendet wird, kann
die Druckregelung somit auf den Punkt gesenkt werden, bei dem im
Wesentlichen keine Regelung vorgesehen wird.
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Ein
solches System kann eine verbesserte Nutzung verdichteter Energie
in dem Kraftstofftank und verbesserte Kraftstoffzufuhrpräzision ermöglichen,
selbst unter stark variierendem Tankdruck und Motordrehzahl-/Motorlastbetrieb,
wie nachstehend in 6 veranschaulicht wird.
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5 ist
ein schematisches Schaubild einer vierten beispielhaften Ausführung eines
Einspritzventils und eines Zufuhrsystems für gasförmigen Kraftstoff mit mehreren
Kraftstofftanks, das das Kraftstoffzufuhrsystem 400 voll
verstellbaren Drucks mit drei Kraftstofftanks zeigt. In der dargestellten
Ausführung
können
ein erster Kraftstofftank 422, ein zweiter Kraftstofftank 424 und
ein dritter Kraftstofftank 426 mit Solenoidventilen 428, 430 bzw. 432 verbunden sein.
Das gezielte Öffnen
eines Solenoidventils in einem oder mehreren Tanks ermöglicht diesen
Tanks das Zuführen
von Kraftstoff bei Tankdruck. Alternativ kann ein Variodruckregler 434 stromabwärts des
Solenoidventils 432 und stromaufwärts eines Einspritzventils 428 angeordnet
sein. Auf diese Weise kann der Verteilerrohrdruck innerhalb einer
Betriebsbeschränkung
des Einspritzventils 428 geregelt werden, als Reaktion
auf Motorbetriebsbedingungen verstellt werden und an Einspritzstrategien
angepasst werden, wie unter Bezug auf die 7–8 beschrieben
wird.
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Ferner
können
verschiedene Ausführungen möglich sein.
Zum Beispiel kann ein Variodruckregler oder ein Druckregler an verschiedenen
Stellen zwischen Kraftstofftanks und Solenoidventilen angeordnet
werden. In einem anderen Beispiel können in dem System Rückschlagventile
verwendet werden.
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Ferner
kann in manchen Ausführungen
ein Tank bei Bedingungen normaler oder leichter Last verwendet werden,
während
bei Bedingungen höherer
Last ein oder zwei andere Tanks verwendet werden können.
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In
manchen Ausführungen
können
mehr Kraftstofftanks, beispielsweise vier oder fünf Kraftstofftanks, in dem
System verwendet werden.
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Unter
Bezug nun auf 6 zeigt diese schematisch eine
Druckregelungsaktivität,
die sich mit Tankdruck und gewünschter
Kraftstoffeinspritzmenge ändert.
Somit kann sich abhängig
von den Motorbetriebsbedingungen der dem Einspritzventil gelieferte
Druck oder der Verteilerrohrdruck ändern. Der Bereich, der verstärkte Druckregelung
nutzen kann, wird als Bereich A bezeichnet, in dem der Tankdruck höher und
die Solleinspritzmenge niedriger ist. Bei Zufuhr von Kraftstoff
zum Motor kann der Tankdruck auf einen Bereich abfallen, der für den Betrieb
des Einspritzventils ohne Regelung geeignet ist. Somit kann weniger
oder keine Druckregelung eingesetzt werden, wie in dem mit Bereich
B bezeichneten Bereich angezeigt ist. Wenn der Tankdruck auf einen bestimmten
Wert abgesenkt wird, beispielsweise 10 Bar, kann der Tank eventuell
nicht den gewünschten Kraftstoff
bei einer erwünschten
Stromrate liefern, was auf den als Bereich C bezeichneten Bereich
verweist.
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In
manchen Systemen kann zum Beispiel bei einem hohen Druck des Tanks
(zum Beispiel 700 Bar) das Einspritzventil nicht in der Lage sein,
ein geringes Kraftstoffströmen
(zum Beispiel 1 mg/Einspritzung) präzis zu liefern. Somit kann
der Tankdruck geregelt werden, um eine Sollkraftstoffmenge zu liefern, während immer
noch eine gewisse Energierückgewinnung
möglich
ist. Wenn der Tankdruck aber absinkt oder die Einspritzmenge zunimmt,
kann verminderte Regelung vorgesehen werden, wodurch die Energierückgewinnung
verbessert wird.
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Daher
können
in manchen Ausführungen zum
Erhalten einer präzisen
Kraftstoffeinspritzsteuerung mit vermehrter Druckrückgewinnung über einem
breiten Tank- und Motorbetriebsbereich Druckregelungsvorrichtungen,
beispielsweise der Variodruckregler, ein zusätzlicher Kraftstofftank oder
andere geeignete Druckregelungsvorrichtungen wahlweise verwendet
werden. Zum Beispiel können
die in 4 beschriebenen beispielhaften Ausführungen bei
manchen Einstellungen vorteilhaft sein, da sie Druckregelung vorsehen,
die sich an Änderungen
sowohl des Tankdrucks als auch der Motorlast anpasst.
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Unter
Bezug nun auf 7 zeigt diese ein Flussdiagramm
einer Ausführung
eines Verfahrens zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung beruhend
auf den Motorbetriebsbedingungen und dem Kraftstoffdruck. Die Routine 600 ermittelt
zunächst
bei 610 Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen
können
Motordrehzahl, Luftdurchsatz, Drehmomentforderung etc. umfassen.
Als Nächstes
ermittelt die Routine bei 620 Tankdruck. Der Tankdruck, die
Motordrehzahl und der Luftdurchsatz können die Kraftstoffmenge bestimmen,
die nach Bedarf in den Brennraum geliefert werden kann.
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Als
Nächstes
ermittelt die Routine bei 630 die Einspritzstartsteuerzeiten
und/oder die Pulsbreite in einem Zyklus beruhend auf den Motorbetriebsbedingungen
und auf Tankdruck. Wie vorstehend beschrieben kann das Einspritzventil Betriebsbeschränkungen
aufweisen. Somit kann der dem Einspritzventil gelieferte Tankdruck
oder Verteilerrohrdruck die Zufuhr von Kraftstoff in einen Zylinder
beeinflussen Die Einspritzstartzeit und die Einspritzdauer können aber
verändert
werden, um den erforderlichen Kraftstoff beruhend auf Tankdruck
oder Verteilerrohrdruck bei einer spezifischen Betriebsbedingung
vorzusehen. Es ist zum Beispiel möglich, die geeignete Kraftstoffmenge
pro Zylinder durch eine geeignete Berechnung der Pulsbreitendauer
bei offener Einspritzung durch Einbeziehen von Tabellen der Einspritzventilströmrate bei
verschiedenen Zufuhrdrücken
in dem Motorsteuergerät
einzuspritzen. Alternativ können
andere Vorgehen, wie eine empirische Korrelation zwischen der Einspritzventilströmrate und
dem Zufuhrdruck, verwendet werden.
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In
einem Beispiel werden die Einspritzsteuerzeiten so vorgesehen, dass
sie so spät
wie möglich im
Verdichtungstakt oder Arbeitstakt vor dem Zündereignis enden, um eine vermehrte
Energierückgewinnung
zu ermöglichen.
In manchen Ausführungen kann
die Einspritzung so spät
wie möglich
im Verdichtungstakt oder nahe dem oberen Totpunkt starten, was das
Rückgewinnen
der Einspritzdruckenergie des gasförmigen Kraftstoffs möglich macht.
Daher kann in mancher Ausführung
der Kraftstoffdruck (unter manchen Bedingungen bis zu dem maximalen Tankdruck)
zurückgewonnen
werden.
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Analog
können
die Zündsteuerzeiten
verändert
werden, um die Sollverbrennung bei veränderlichem Tankdruck zu ermöglichen.
Somit können
alternativ oder zusätzlich
in manchen Ausführungen
die Zündsteuerzeiten
basierend auf Betriebsbedingungen und Tankdruck ermittelt werden.
Optional können
Drosseleinstellungen verändert
werden, um ein Einspritzventil beruhend auf Betriebsbedingungen und
Tankdruck in seinem Leistungsbereich arbeiten zu lassen.
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Weiter
mit 6 ermittelt die Routine bei 640, ob der
Druck des Kraftstofftanks geregelt werden sollte. Wie vorstehend
beschrieben kann Druckregelung in manchen Ausführungen abhängig von Tankdruck, Motordrehzahl
und/oder Sollkraftstoffmenge verwendet werden.
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Wenn
weiter mit 6 die Antwort auf Schritt 640 Nein
lautet, spritzt die Routine bei 660 Kraftstoff zum Zylinder
ein. Wenn die Antwort auf Schritt 640 Ja lautet, passt
die Routine bei 650 Verteilerrohrdruck auf einen für die aktuellen
Betriebsbedingungen geeigneten Wert an. Dann geht die Routine weiter
zu Schritt 660, was das Einspritzen von Kraftstoff zum Zylinder
umfasst. Als Nächstes
misst die Routine bei 670 die Sauerstoffkonzentration im
Abgas. Die Sauerstoffkonzentration kann durch einen oder mehrere Sauerstoffsensoren
ermittelt werden, was zum Beispiel das Kraftstoff-/Luftverhältnis des
Abgases anzeigen kann.
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Als
Nächstes
passt die Routine bei 680 die Einspritzstartzeit und die
Pulsbreite basierend auf Sauerstoffanteil und/oder gemessenem Kraftstoff-/Luftverhältnis an.
Auf diese Weise kann die Verbrennung bei den Sollbedingungen gesteuert werden,
beispielsweise bei einem mageren, stöchiometrischen oder fetten
Kraftstoff-/Luftverhältnis über einem
breit schwankenden Tankdruck, während
immer noch Verdichtungsenergie aus dem Kraftstofftank zurückgewonnen
wird. Somit ist es durch Nutzen der Verstellung von Einspritzsteuerzeiten und/oder
-dauer als Reaktion auf sowohl den Abgassauerstoffsensor als auch
Betriebsbedingungen des Kraftstoffsystems, beispielsweise Kraftstoffeinspritzdruck,
möglich,
eine präzise
Kraftstoffmengenzufuhr zu erreichen, während auch eine Zufuhr während Bedingungen
ermöglicht
wird, die eine verbesserte Energierückgewinnung im Motor zulassen.
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8 ist
ein Flussdiagramm einer anderen beispielhaften Ausführung eines
Verfahrens zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung beruhend auf der Motorbetriebsbedingung
und dem Kraftstoffdruck. Zunächst
ermittelt die Routine 700 bei 710 Motorbetriebsbedingungen.
Die Motorbetriebsbedingungen können
Motordrehzahl, Luftdurchsatz, Drehmomentforderung etc. umfassen.
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Als
Nächstes
ermittelt die Routine bei 720 den Tankdruck. Der Tankdruck,
die Motordrehzahl und der Luftdurchsatz können die Kraftstoffmenge bestimmen,
die nach Bedarf in den Brennraum geliefert werden kann. Dann ermittelt
die Routine bei 730 die Einspritzstartsteuerzeiten und/oder
die Pulsbreite in einem Zyklus beruhend auf den Motorbetriebsbedingungen
und auf Tankdruck. Als Nächstes
ermittelt die Routine bei 740, ob der Druck aus dem Kraftstofftank
geregelt werden sollte. Wenn die Antwort auf Schritt 740 Nein
lautet, spritzt die Routine bei 760 Kraftstoff zum Zylinder
ein. Wenn die Antwort auf Schritt 740 Ja lautet, verstellt
die Routine bei 750 den Verteilerrohrdruck auf einen für die aktuellen
Betriebsbedingungen geeigneten Wert. Dann geht die Routine weiter
zu Schritt 760, der das Einspritzen von Kraftstoff zum
Zylinder umfasst.
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Als
Nächstes
misst die Routine bei 770 den Druck im Zylinder. Beruhend
auf dem Druck im Zylinder kann die Routine bei 780 den
tatsächlichen
zurückgehaltenen
Kraftstoff aus einer Tabelle von Druck gegen Kraftstoff-/Luftverhältnis ermitteln. Dann
legt die Routine bei 790 Zündsteuerzeiten beruhend auf
verschiedenen Bedingungen wie Motodrehzahl, Kraftstoff-/Luftverhältnis, Umgebungsbedingungen
etc. fest, um eine Sollverbrennung zu erreichen. Als Nächstes misst
die Routine bei 810 die Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Die Sauerstoffkonzentration kann zum Beispiel durch einen oder mehrere
Sauerstoffsensoren ermittelt werden, die ein Kraftstoff-/Luftverhältnis des
Abgases anzeigen können.
Somit verstellt die Routine bei 820 die Einspritzstartsteuerzeiten
und die Pulsbreite basierend auf Sauerstoffkonzentration.
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Zu
beachten ist, dass die Routine in anderen als den in den 7 und 8 dargestellten
Abläufen
ausgeführt
werden kann. Ferner können
ein oder mehrere Schritte der Routine übersprungen oder hinzugefügt werden.
In manchen Ausführungen
kann die Routine 700 zum Beispiel die Schritte 790 und 810 überspringen.
Somit werden Verbrennungsinformationen nur von dem Zylinderdrucksensor
erhalten. Alternativ können
in anderen Ausführungen
im Anschluss an Schritt 780 Zündsteuerzeiten ermittelt werden,
um eine Sollverbrennung beruhend auf dem tatsächlichen Kraftstoff im Zylinder
auszuführen. Dann
kann die Routine Schritt 810 überspringen und verstellt somit
die Einspritzstartzeit und die Pulsbreite ohne Informationen aus
der Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas.
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9 zeigt
die Beziehung zwischen Zylinderdruck und Zylindervolumen, was die
thermodynamischen Wirkungen von Einspritzzeitsteuerung veranschaulicht.
Insbesondere veranschaulicht die graphische Darstellung Zylinderdruck
gegen Zylindervolumen bei 1.500 U/min und Stöchiometrie. Weiterhin veranschaulicht
sie den verbesserten Wirkungsgrad (weniger Verdichtungsarbeit erforderlich),
der durch späte
Direkteinspritzung von Kraftstoff bei erhöhten Kraftstoffdrücken, beispielsweise
bei Kraftstofftankdruck, verglichen mit früher Einspritzung bei einem Direkteinspritzmotor
erreicht wird. In diesem speziellen Beispiel erfolgt ein spätes Einspritzende
43–10 Grad
VOT (vor dem oberen Totpunkt), wogegen eine frühe Einspritzung 123–90 Grad
VOT erfolgt. Verglichen mit Arbeit, die in einem Motor mit Kanalkraftstoffeinspritzung
verrichtet wird, verbessert eine späte Einspritzung den Wirkungsgrad
aufgrund von weniger erforderlicher Verdichtungsarbeit und vermehrt geleisteter
Expansionsarbeit aufgrund von Tankdruckrückgewinnung, während eine
frühe Einspritzung
den Wirkungsgrad nicht verbessert. Zu beachten ist, dass dies nur
ein Beispiel für
frühe und
späte Einspritzung
ist und eine Änderung
der Steuerzeiten möglich
ist.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum
Zuführen
von Kraftstoff in einem Kraftstoffzufuhrsystem mit mehreren Tanks
für gasförmigen Kraftstoff.
Bei 1310 wählt
und betreibt die Routine dann einen nicht leeren Tank mit dem niedrigsten
Druck oder verglichen mit einem anderen Tank mit einem niedrigeren
Druck. Der nicht leere Tank kann einen Tank mit einem Druck bezeichnen,
der den Motor bei einem bestimmten Leistungswert arbeiten lässt. Der
Druck, unter dem der Tank als leer gilt, kann abhängig von dem
Kraftstoffzufuhrsystem schwanken. Zum Beispiel können ein Betriebsbereich eines
Einspritzventils, die Auslegung der Druckregelung etc. einen nicht leeren
Tank eines Kraftstoffzufuhrsystems definieren. In manchen Ausführungen
bezeichnet der nicht leere Tank einen Tank mit einem Druck von über 10 Bar oder
er kann in einem Bereich von 10–40
Bar liegen. In manchen Ausführungen
kann der nicht leere Tank einen Druck über einem Verteilerrohrdruck
haben.
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Als
Nächstes
kann bei 1320 beurteilt werden, ob die geforderte Motorlast
größer als
ein Grenzwert ist. Der Grenzwert kann eine Motorlast- oder Motordrehmomentforderung
sein, die einem Kraftstoffdruck entspricht, der zum Liefern eines
ausreichenden Verteilerrohrdrucks erforderlicht ist, um den Motor
bei einem vorgegebenen Leistungswert zu betreiben. In manchen Ausführungen
kann der Grenzwert ein willkürlicher
Wert wie 30 Prozent der maximalen Motorlast sein.
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Wenn
die Antwort auf 1320 Ja lautet, ermittelt die Routine weiter
bei 1330, ob der Druck in mindestens einem nicht gewählten Tank
größer als
ein vorbestimmter Verteilerrohrdruck ist oder Kraftstoff bei einem
Druck über
dem vorbestimmten Druck zuführen
kann. Wie vorstehend beschrieben kann jeder Tank eine separate Druckregelung
aufweisen, oder verschiedene Tankgruppen können separate Druckregelung
aufweisen.
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Wenn
die Antwort Ja lautet, umfasst die Routine bei 1340 das
Wechseln zu einem Tank (oder einer Gruppe von Tanks) mit dem niedrigsten
Druck, der aber immer noch ausreichend Druck zum Liefern von Verteilerrohrdruck
aufweist, der die maximalen Motordrehmomentforderungen erfüllen kann.
Sobald das Kraftstoffsystem zu dem neu gewählten Tank gewechselt ist,
kann der Tank zur Zufuhr von Kraftstoff betrieben werden, um die
höhere
geforderte Motorlast zu erfüllen.
Somit kann der Motor ohne Leistungseinbuße oder mit einer reduzierten
Leistungseinbuße
betrieben werden.
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Wenn
die Antwort auf 1330 Nein lautet, umfasst die Routine bei 1350 das
Verwenden des ersten gewählten
Tanks oder anderer Tanks. In dieser Situation wird der Motor bei
einem Verteilerrohrdruck unter dem vollen Verteilerrohrdruck betrieben,
und somit kann das Fahrzeug in einer Betriebsart verringerter Leistung
betrieben werden.
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Wenn
sich die Routine wiederholt, wird der bei 1340 gewählte Tank
als primärer,
Kraftstoff zuführender
Tank beibehalten, bis die geforderte Motorlast unter den Grenzwert
fällt,
an welchem Punkt das System bei 1310 erneut den Tank mit
dem niedrigsten Druck wählen
kann.
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Das
vorstehend beschriebene Vorgehen ermöglicht das Arbeiten des gewählten Kraftstofftanks bei
bestimmten Fahrbedingungen. Wie vorstehend beschrieben kann ein
geeigneter Einspritzventil- und Einspritzungsteuerstrategiebetrieb
das Betreiben eines Einspritzventils bei einem größeren Verteilerrohrdruckbereich
ermöglichen.
In einem Beispiel kann das Einspritzventil bei Verteilerrohrdrücken von
nur 10–30
Bar arbeiten. Dadurch können
Kraftstofftanks mit niedrigeren Drücken während Leerlauf und Teilen eines
Fahrzyklus mit niedrigerer Leistung oder niedrigerem Drehmoment arbeiten.
Somit ist es möglich, die
verwenden ersten Tanks auf einen „leereren" Zustand abzulassen. Wie nachstehend
in 12 veranschaulicht wird, kann der selektive Betrieb
von Kraftstofftanks die Fahrzeugreichweite ausweiten, während immer
noch eine volle Leistungsfähigkeit aufrechterhalten
wird.
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11 zeigt
die Beziehung zwischen Tankdruck und zurückgelegter Fahrleistung eines
Fahrzeugs, das mit einem System mit einem Tank betrieben wird. In
dem veranschaulichten Beispiel hat der Tank den Anfangsdruck von
700 Bar, und der Verteilerrohrdruck wird durch einen Druckregler
bei 100 Bar festgelegt. Das Fahrzeug kann etwa 200 Meilen bei einem
vollen Leistungsbereich laufen, bevor der Tankdruck auf 100 Bar
sinkt. Wenn der Tankdruck unter 100 Bar liegt, kann der verbleibende
Kraftstoff unter reduzierten Motorleistungsbedingungen verwendet
werden, kann aber eventuell nicht in der Lage sein, einen vollen
Umfang der Motordrehmomentleistung zu liefern.
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12 zeigt
die Beziehung zwischen Tankdruck und zurückgelegter Fahrleistung eines
Fahrzeugs mit einem Kraftstoffsystem mit einem selektiven Betrieb
von Tanks beruhend auf Tankdruck und Motorbetriebsbedingungen. In
diesem Beispiel umfasst das System zwei Kraftstofftanks und eine
zweistufige Druckregelung. Der Anfangsdruck liegt in beiden Tanks
bei 700 Bar. In einer Ausführung
kann der Motor gemäß der in 10 beschriebenen
beispielhaften Ausführung
laufen. Wie in 12 gezeigt wird, zeigen die
Segmente A und B die Beziehung zwischen Druck in einem ersten Tank
und Reichweite (Meilen), und die Segmente C und D zeigen die Beziehung
zwischen Druck in einem zweiten Tank und Reichweite (Meilen). Der
erste Tank kann vorrangig verwendet und auf einen Tankdruck von
30 Bar abgelassen werden. Die von dem ersten Tank zurückgelegte
Fahrleistung wird durch Punkt M gezeigt. Während des Zeitraums, bei dem
der erste Tank als primärer,
Kraftstoff zuführender
Tank verwendet wird, kann ein zweiter Tank verwendet werden, wenn
höhere
Lasten oder ein höheres
Drehmoment gefordert sind, wie durch Segment D gezeigt wird. Nach
Punkt M wird der zweite Tank der primäre, Kraftstoff zuführende Tank,
wie durch Segment C gezeigt wird. Wenn sich das Fahrzeug zu Punkt
M bewegt, spiegelt der Druckabfall des zweiten Tanks von 700 Bar auf
einen Druck N die gelegentliche Verwendung des zweiten Tanks während des
Betriebs des ersten Tanks wider, wenn höhere Lasten gefordert werden. In diesem
Beispiel beträgt
der Druck in dem zweiten Tank in etwa 170 Bar, nachdem das Fahrzeug 200 Meilen
zurückgelegt
hat. Wenn der Druck am zweiten Tank auf 100 Bar sinkt, kann das
Fahrzeug 215 Meilen bei voll verfügbarer Motorleistung zurücklegen. Verglichen
mit dem in 11 gezeigten System kann das
Fahrzeug in diesem Beispiel bei Verwendung der hierin beschriebenen
Steuerstrategien eine größere Strecke
(7,5% größer) mit
voll verfügbarer
Motorleistung zurücklegen.
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Es
versteht sich, dass das vorstehend beschriebene Kraftstoffsystem
und die vorstehend beschriebenen Steuerstrategien in einer Kombinationseinspritzanlage
verwendet werden können,
die eine Direkteinspritzventil- und eine Kanaleinspritzventilanlage
umfasst, was eine bessere Nutzung verfügbaren Kraftstoffs für eine weitere
Ausdehnung der Reichweite ermöglichen
kann.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig
und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen
Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein
oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder
mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der Einspritz- und Temperaturverfahren,
Prozesse, Einrichtungen und/oder andere Merkmale, Funktionen, Elemente
und/oder Eigenschaften können
durch Änderung
der vorliegenden Ansprüche
oder durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche, seien
sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder anders
gefasst als die ursprünglichen
Ansprüche,
werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
enthalten betrachtet.