DE102009053424A1

DE102009053424A1 - Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems

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Publication number: DE102009053424A1
Application number: DE102009053424A
Authority: DE
Inventors: Uwe Israel; Georg LÜTKEMEYER
Original assignee: TWINTEC AG; FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Baumot Group Ag De; FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-26
Also published as: WO2011061063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems zur Kraftstoffversorgung einer mit mehreren Kraftstoffarten betreibbaren Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges beschrieben, welches wahlweise mit Benzin bzw. Diesel-Kraftstoff sowie mit LPG (Liquified Petroleum Gas) betrieben werden kann. Das Einspritzsystem weist ein erstes Steuergerät zur Steuerung der Zufuhr eines ersten Kraftstoffes und ein zweites Steuergerät zur Steuerung der Zufuhr eines zweiten Kraftstoffes auf, wobei das erste Steuergerät erste Ausgangssignale zur Steuerung von ersten Injektoren für den ersten Kraftstoff und das zweite Steuergerät zweite Ausgangssignale zur Steuerung zweiter Injektoren für den zweiten Kraftstoff generiert, wobei jeweils folgende Schritte ablaufen: Generieren eines zweiten Ausgangssignals aus einem ersten Ausgangssignal; Prüfen des zweiten Ausgangssignals mit einer Prüfbedingung; und Korrigieren des zweiten Ausgangssignals, wenn die Prüfbedingung nicht erfüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems zur Kraftstoffversorgung einer mit mehreren Kraftstoffarten betreibbaren Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges beschrieben, welches wahlweise mit Benzin- bzw. Diesel-Kraftstoff sowie andererseits mit LPG (Liquified Petroleum Gas) betrieben werden kann.
Ein derartiges Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems zur Kraftstoffversorgung ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen erforderlich, welche für einen Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart nachgerüstet sind und für die Kraftstoffart, für welche sie nachgerüstet sind, ein separates Tank- bzw. Versorgungssystem aufweisen. Kraftfahrzeuge werden von Kraftfahrzeugherstellern normalerweise für den Betrieb mit Benzin oder Diesel konzipiert. Aufgrund des attraktiven Preises und der steigenden Verfügbarkeit alternativer Kraftstoffe, insbesondere von LPG, wird zunehmend gewünscht, Kraftfahrzeuge zusätzlich derart auszurüsten, dass sie neben dem Betrieb mit Benzin oder Diesel auch mit LPG betreibbar sind. Derart ausgerüstete Kraftfahrzeuge sind entweder vom Kraftfahrzeughersteller selbst direkt für den Betrieb mit Benzin bzw. Diesel oder LPG ausgerüstet oder sie werden mit Hilfe eines Nachrüstsystems nachträglich für den Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart ausgestattet.
Die Zufuhr des zusätzlichen Kraftstoffes kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist eine Durchmischung der unterschiedlichen Kraftstoffarten bereits vor der Einspritzung zur Verbrennungskraftmaschine denkbar, so dass ein gemeinsamer Injektor für die unterschiedlichen Kraftstoffarten verwendet werden kann. Daneben sind aber auch Systeme bekannt, bei denen die unterschiedlichen Kraftstoffarten mit voneinander getrennten Injektoren der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Die Injektoren werden zur Einspritzung eines Kraftstoffes für eine vorbestimmte Einspritzzeit geöffnet. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt sich folglich aus dem Druck im Zuleitungssystem zum Injektor, der Injektorgröße und der Öffnungszeit des Injektors.
Unterschiedliche Kraftstoffe weisen normalerweise unterschiedliche physikalische und/oder chemische Eigenschaften auf. Die Kraftstoffe unterscheiden sich insbesondere in ihrem Brennwert oder ihrem Zündverhalten. Gegenüber konventionellen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel ist die Dichte von LPG geringer. Das stöchiometrische Kraftstoff/Luftverhältnis, bei dem ein Lambdawert von 1 vorliegt ist größer. Der Heizwert pro Volumen LPG ist geringer als bei Benzin oder Diesel und die Oktanzahl ist höher. Insgesamt ist aufgrund dieser Eigenschaften bei einer Verbrennungskraftmaschine bei einem bestimmten Betriebspunkt das benötigte Volumen an LPG größer als das bei diesem Betriebspunkt benötigte Volumen Benzin oder Diesel wäre.
Aufgrund dieser unterschiedlichen Neigung verschiedener Kraftstoffe sich im Ansaugbereich anzulagern, kann es bei entsprechend betriebenen Kraftfahrzeugen bei Lastwechseln passieren, dass das den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Gemisch von Kraftstoff und Ansaugluft nicht den Anforderungen der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Hierdurch können auch unerwünschte Fahrzustände auftreten. Beispielsweise können bei Lastwechseln Sprünge und Störungen der Motordrehzahl und des Drehmomentes auftreten, die im Fahrbetrieb vom Fahrer als störend empfunden werden. Wenn das der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Gemisch nicht zündfähig ist, können auch Zündaussetzer auftreten. Auch das Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine wird durch die fehlerhafte Gemischbildung beeinflusst. Die Lambda-Werte der Abgase können während der Lastwechsel sehr stark schwanken und so die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine deutlich erhöhen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lindern. Es soll insbesondere ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignetes Einspritzsystem bzw. ein Kraftfahrzeug vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Einspritzsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungsgebiete der Erfindung sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystem (22) zur Kraftstoffversorgung einer mit mehreren Kraftstoffarten betreibbaren Verbrennungskraftmaschine, wobei ein erstes Steuergerät zur Steuerung der Zufuhr eines ersten Kraftstoffes und ein zweites Steuergerät zur Steuerung der Zufuhr eines zweiten Kraftstoffes verwendet werden und das erste Steuergerät erste Ausgangssignale zur Steuerung von ersten Injektoren für den ersten Kraftstoff und das zweite Steuergerät zweite Ausgangssignale zur Steuerung zweiter Injektoren für den zweiten Kraftstoff generiert, laufen jeweils folgende Schritte ab:

a) Generieren eines zweiten Ausgangssignals aus einem ersten Ausgangssignal;
b) Prüfen des zweiten Ausgangssignals mit einer Prüfbedingung;
c) Korrigieren des zweiten Ausgangssignals, wenn die Prüfbedingung nicht erfüllt ist.

Die Injektoren zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine sind normalerweise im Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine bzw. in der Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Dort vermischt sich der eingespritzte, zumeist fein zerstäubte Kraftstoff mit der angesaugten Luft zu einem zündbaren Gemisch, welches über Einlassventile in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine gelangt. Der Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine vor den Einlassventilen weist normalerweise Wandungen auf. Diese Wandungen sind im Vergleich zum Brennraum der Verbrennungskraftmaschine relativ kühl. Zum einen werden sie durch die angesaugte Luft gekühlt, zum anderen sind sie außen von Umgebungsluft umgeben. Insbesondere in Startphasen der Verbrennungskraftmaschine sind die Wandungen des Ansaugbereiches kühl. Aus diesem Grund bildet sich auf den Wandungen ein Film von kondensiertem Kraftstoff, welcher während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine (immer) vorhanden ist. Bei raschen Lastwechseln der Verbrennungskraftmaschine wird dieser Film zumindest teilweise aufrecht erhalten. Die Filmdicke ist hauptsächlich abhängig von der Temperatur und/oder dem Druck im Ansaugbereich und/oder von der Drehzahl bzw. der Last der Verbrennungskraftmaschine. Der Film wirkt wie ein Speicher, der bei plötzlicher Veränderung der in den Ansaugbereich eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. des Ansaugdrucks die Veränderung der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffmenge dämpft. Bei einem Druckabfall bzw. bei einem Lastabfall gibt der Film Kraftstoff ab. Bei einem Druckanstieg bzw. bei einem Lastanstieg nimmt der Film Kraftstoff auf. Wenn eine Verbrennungskraftmaschine mit verschiedenen Kraftstoffarten betreibbar ist, verhält sich der Film auf den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich.
Verschiedene Kraftstoffarten verhalten sich in ihrer Tendenz, sich an den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine anzulagern, unterschiedlich. Benzin bzw. Diesel ist unter Umgebungsbedingungen flüssig und wird in flüssiger Form, fein zerstäubt in den Ansaugbereich einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Wenn eingespritztes Benzin/Diesel auf die Wandungen des Ansaugbereiches trifft, und diese eine entsprechend niedrige Temperatur aufweisen, bleibt es dort zunächst haften. LPG-Kraftstoff hingegen ist unter Umgebungsbedingungen normalerweise gasförmig und kann nur unter hohem Druck flüssig gehalten werden. Aus diesem Grund verdampft das in den Ansaugbereich eingespritzte LPG sehr schnell und lagert sich nicht oder nur zu einem sehr geringen Maße auf den Wandungen ab. Derartige Unterschiede verschiedener Kraftstoffe werden durch das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt und ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kraftstoffversorgung ist insbesondere zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff geeignet, welche für den Betrieb mit einem zweiten Kraftstoff nachgerüstet ist. Das erste Steuergerät erzeugt erste Einspritzsignale, welche normalerweise für den Betrieb des Kraftfahrzeuges mit erstem Kraftstoff geeignet sind. Diese Einspritzsignale sind vom ersten Steuergerät, welches bevorzugt die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges oder ein Bestandteil der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges ist, derart eingestellt, dass etwaige Kraftstoffrestmengen, welche im Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine als Film an den Wandungen des Ansaugbereiches vorliegen, berücksichtigt sind. Das zweite Steuergerät verarbeitet diese an den ersten Kraftstoff angepassten ersten Ausgangssignale weiter, um zweite Ausgangssignale zu generieren. Der zweite Kraftstoff verhält sich bezüglich der Ablagerung eines Filmes auf den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine regelmäßig anders als der erste Kraftstoff. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das zweite Ausgangssignal in besonders einfacher Weise derart modifiziert werden, dass die unterschiedliche Neigung der verschiedenen Kraftstoffe, an den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine anzulagern, kompensiert bzw. abgemildert wird. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist regelmäßig von der Dauer der ersten Ausgangssignale, bzw. der zweiten Ausgangssignale abhängig, weil für die Dauer der ersten bzw. zweiten Ausgangssignale die jeweiligen Injektoren geöffnet werden.
Im Folgenden sollen die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail erläutert werden. Die Schritte a) bis c) werden für jedes generierte zweite Ausgangssignal ausgeführt. In Schritt a) generiert das zweite Steuergerät aus dem ersten Ausgangssignal ein zweites Ausgangssignal. Dazu werden regelmäßig im zweiten Steuergerät hinterlegte Kennfelder genutzt. In diesen Kennfeldern wird das zweite Ausgangssignal in Abhängigkeit verschiedener Parameter beschrieben. Die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine, welche bevorzugt über das Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden kann, der Druck im Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine, der Druck im Versorgungssystem für den zweiten Kraftstoff und/oder der Lambda-Wert des Abgases der Verbrennungskraftmaschine sind mögliche Parameter von denen einer oder mehrere in derartigen Kennfeldern berücksichtigt sein können. Das in Schritt a) generierte zweite Ausgangssignal wird in Schritt b) mit einer Prüfbedingung überprüft. Im Rahmen der Prüfbedingung wird insbesondere festgestellt, ob die durch das zweite Ausgangssignal vorgegebene Einspritzmenge dazu geeignet ist, die beschriebenen Probleme bei Lastwechseln zumindest teilweise zu kompensieren. Wenn das zweite Ausgangssignal bei der Prüfung der Prüfbedingung in Schritt b) als geeignet erkannt worden ist, wird es in Schritt c) nicht weiter beeinflusst. Ist das zweite Ausgangssignal in Schritt b) als ungeeignet erkannt worden, wird es in Schritt c) entsprechend korrigiert, so dass es die Prüfbedingungen in Schritt b) erfüllt. Eine erneute Überprüfung des korrigierten zweiten Ausgangssignals findet normalerweise nicht statt. In einer abgewandelten Ausführungsweise wäre es allerdings auch möglich, das zweite Ausgangssignal nach Schritt c) erneut zu überprüfen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der erste Kraftstoff Benzin oder Diesel und das erste Ausgangssignal ein erstes Einspritzsignal ist, und der zweite Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) und das zweite Ausgangssignal ein zweites Einspritzsignal ist. Die Kraftstoffkombination von Benzin oder Diesel als erstem Kraftstoff und LPG als zweitem Kraftstoff eignet sich besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren. Benzin und Diesel neigen im Gegensatz zu LPG besonders dazu, sich an den Wandungen des Ansaugbereiches von Verbrennungskraftmaschinen anzulagern.
Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als zweiter Kraftstoff CNG (Compressed Natural Gas) bzw. Erdgas eingesetzt werden. Die Unterschiede zwischen Benzin oder Diesel und CNG sind ausgeprägter als die Unterschiede zwischen Benzin oder Diesel und LPG. Insoweit können die hier vorrangig für LPG beschriebenen Konzepte besonders auch bei CNG Anwendung finden. FEV Motorentechnik GmbHBesonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch, wenn im Rahmen der Prüfbedingung in Schritt b) eine Differenz eines aktuellen zweiten Ausgangssignals und eines vorhergehenden zweiten Ausgangssignals gebildet wird und geprüft wird, ob der Betrag dieser Differenz kleiner als eine maximale vorbestimmte Differenz ist. Hierzu wird ein vorhergehendes zweites Ausgangssignal in einem Speicher im zweiten Steuergerät hinterlegt. Somit wird nach Abschluss der Verfahrensschritte a) bis c) das erzeugte zweite Ausgangssignal jeweils abgespeichert im zweiten Steuergerät auf einem Speicherplatz hinterlegt, damit es bei einem erneuten Ablauf der Verfahrensschritte a) bis c) für die Prüfbedingung in Schritt b) zur Verfügung steht. Mit dem zweiten Ausgangssignal ist hier das jeweils aktuell betrachtete zweite Ausgangssignal gemeint. Ein vorhergehendes zweites Ausgangssignal ist das zweite Ausgangssignal, welches zuvor vom zweiten Steuergerät aufgrund eines ersten Ausgangssignals des ersten Steuergerätes generiert wurde. Besonders bevorzugt ist, dass als vorhergehendes zweites Ausgangssignal das unmittelbar vorhergehende zweite Ausgangssignal verwendet wird. Es ist allerdings auch möglich, dass ein früher ausgegebenes zweites Ausgangssignal verwendet wird. Auch möglich ist, dass das vorhergehende zweite Ausgangssignal das zweite Ausgangssignal ist, welches zuletzt für den konkreten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine generiert wurde, für den auch das betrachtete zweite Ausgangssignal bestimmt ist.
Durch die Beschränkung der Differenz zwischen dem aktuellen zweiten Ausgangssignal und dem vorhergehenden zweiten Ausgangssignal wird eine Glättung des Verlaufes der zweiten Ausgangssignale erreicht. Der Rückbezug der Prüfbedingung auf ein vorhergehendes zweites Ausgangssignal wirkt wie ein Dämpfungselement, welches die Übergänge zwischen verschiedenen Lastzuständen der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb glättet. Auf diese Art und Weise können die Auswirkungen der unterschiedlichen Neigung der verschiedenen Kraftstoffarten, einen Wandfilm zu bilden, kompensiert werden. Insbesondere kann die gegenüber Benzin oder Diesel geringere Neigung von LPG einen Wandfilm zu bilden, sehr leicht kompensiert werden, ohne dass Berechnungsmodelle, welche die komplexen auftretenden physikalischen Effekte exakt abbilden, im zweiten Steuergerät hinterlegt sein müssen.
Auch besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die maximale Differenz als absolute Zeit definiert ist und zwischen 0,5 ms [Millisekunden] und 5 ms, vorzugsweise zwischen 0,5 ms und 1 ms beträgt. Diese Dauer der untersuchten zweiten Ausgangssignale darf sich mit anderen Worten also jeweils um maximal 1 ms von der Dauer des vorhergehenden zweiten Ausgangssignals unterscheiden. Dies bedeutet beispielsweise, dass sich die absolute Einspritzdauer um nicht mehr als eine Millisekunde ändert, also z. B. von 5 ms auf höchstens 6 ms oder auf mindesten 4 ms. Die zweiten Ausgangssignale des zweiten Steuergerätes sind normalerweise zwischen 3 ms und 15 ms [Millisekunden] lang. Wenn die Dauer eines aktuellen zweiten Ausgangssignals sich von der Dauer des vorhergehenden zweiten Ausgangssignals betragsmäßig nur um eine maximale Differenz von 1 ms [Millisekunde] unterscheiden darf, sind die zweiten Ausgangssignale dazu geeignet, keine zu großen Gemischabweichungen zu erzeugen und somit die beschriebenen Effekte der unterschiedlichen Filme auf den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise zu kompensieren.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die maximale Differenz als Prozentwert ausgehend vom vorhergehenden Ausgangssignal definiert ist und zwischen 8% und 100% beträgt. Derart definierte maximale Differenzen zwischen einem aktuellen zweiten Ausgangssignal und dem vorhergehenden zweiten Ausgangssignal führen zu einer exponentiellen Glättang der Funktion der zweiten Ausgangssignale. Eine derartige exponentielle oder auch relative Glättung der Funktion der zweiten Ausgangssignale ist besonders vorteilhaft, weil so die auftretenden Effekte unterschiedlicher Wandfilme in Abhängigkeit unterschiedlicher Kraftstoffarten auf den Wandungen des Ansaugbereiches besonders gut kompensiert werden.
Auch besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Prüfbedingung in Abhängigkeit von zumindest

– der Relation zum vorhergehenden zweiten Ausgangssignal,
– einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, und
– einer an der Verbrennungskraftmaschine bestimmten Temperatur

Insbesondere bei als Prozentwert definierten maximalen Differenzen zu dem vorhergehenden zweiten Ausgangssignal ist eine Anpassung der jeweiligen Prozentwerte in Abhängigkeit von einem der angegebenen Parameter möglich.
Bei der Verwertung der Relation kann insbesondere ausgewertet werden, ob ein Anstieg der zugeführten Kraftstoffmenge oder ein Abfall der zugeführten Kraftstoffmenge vorliegt. Dazu werden das aktuelle zweite Ausgangssignal und das vorhergehende zweite Ausgangssignal verglichen. Wenn das vorhergehende zweite Ausgangssignal größer als das betrachtete aktuelle zweite Ausgangssignal ist, findet gerade ein Abfall der Last der Verbrennungskraftmaschine statt. Wenn das vorhergehende zweite Ausgangssignal kleiner als das betrachtete aktuelle zweite Ausgangssignal ist, steigt die Belastung der Verbrennungskraftmaschine gerade an. Ob ein Lastanstieg oder ein Lastabfall vorliegt, kann auch durch eine Auswertung der Relation der ersten Ausgangssignale festgestellt werden.
Während des Anstieges der Last der Verbrennungskraftmaschine wird beim Betrieb mit einem ersten Kraftstoff der Wandfilm an der Wandung des Ansaugbereiches dicker. Es muss zusätzlicher Kraftstoff zugeführt werden, um trotz dieses Wandfilmaufbaus der Verbrennung ausreichend Kraftstoff zuzuführen. Nimmt die Last der Verbrennungskraftmaschine ab, wird der Wandfilm an der Wandung des Ansaugbereiches dünner. Die eingespritzte Kraftstoffmenge muss reduziert werden, um der Verbrennungskraftmaschine keinen überschüssigen Kraftstoff zuzuführen. Bei unterschiedlichen Kraftstoffarten verhalten sich Wandfilmaufbau und Wandfilmabbau jeweils unterschiedlich. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Strategie zur Kompensation des Aufbaus und des Abbaus des Wandfilmes getrennt voneinander anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Prüfbedingung in Abhängigkeit zumindest von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine variiert wird, weil die Wandfilmdicke mit der Drehzahl variiert.
Auch vorteilhaft ist es, wenn die erlaubte Differenz in Abhängigkeit zumindest von einer an der Verbrennungskraftmaschine bestimmten Temperatur variiert wird. Die gemessene Temperatur der Verbrennungskraftmaschine steht in einem Zusammenhang zur Temperatur der Wandung des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine. Auch möglich wäre die Temperatur des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Wandung unmittelbar zu bestimmen. Die Temperatur der Wandung des Ansaugbereiches hat einen Einfluss auf die Bildung und den Abbau des Wandfilmes dort. Dieser Einfluss kann mit Hilfe einer Berücksichtigung der Temperatur als Prüfkriterium berücksichtigt werden.
Das zweite Steuergerät zur Ausgabe von zweiten Ausgangssignalen zur Steuerung der zweiten Injektoren zur Einspritzung des zweiten Kraftstoffes weist regelmäßig einen (elektrischen) Eingang auf, an welchem ein Temperatursensor zur Überprüfung der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine an den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine oder an den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn vom zweiten Steuergerät erkannt wird, ob das erste Ausgangssignal des ersten Steuergerätes eine Nacheinspritzung betrifft und das eine Nacheinspritzung betreffende erste Ausgangssignal vom zweiten Steuergerät abweichend berücksichtigt wird. Nacheinspritzungen erfolgen dann, wenn sich nach Abschluss der Haupteinspritzung die Last bzw. die angesaugte Luftmasse noch wesentlich ändert, und somit zur Erzielung der richtigen Gemischzusammensetzung aus Kraftstoff und Luft weiterer Kraftstoff zugegeben werden muss. Dies geschieht normalerweise noch bevor das Einlassventil schließt.
Die Nacheinspritzungen sollten deswegen im Betrieb des Verfahrens als solche erkannt und besonders berücksichtigt werden bzw. nicht als vorhergehende zweite Ausgangsignale verwendet werden, weil sie von regulären Einspritzungen teilweise erheblich abweichen.
Eine Strategie der Berücksichtung der Nacheinspritzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, die Nacheinspritzungen nicht zu berücksichtigen. Eine weitere Möglichkeit ist, die Nacheinspritzung derart zur berücksichtigen, dass bei erfolgter Nacheinspritzungen eine Korrektur der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten maximalen Differenz (absolut oder prozentual) erfolgt. Diese Korrektur der maximalen Differenz kann für eine zeitlich befristete Dauer nach erfolgter Nacheinspritzung aktiv bleiben. Danach kann die maximale Dauer wieder unabhängig von den Nacheinspritzungen gewählt werden. So kann der Beitrag der Nacheinspritzungen zur Bildung des Wandfilmes berücksichtigt werden.
Dass eine Nacheinspritzung vorliegt kann beispielsweise durch eine Auswertung der Frequenz der auftretenden ersten Einspritzsignale und/oder zweiten Einspritzsignale erkannt werden. Aufgrund der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine treten reguläre Einspritzungen immer in einer Frequenz auf, die sich (nur) proportional zur Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ändert. Nacheinspritzungen sind demnach identifizierbar, weil sie unerwartet zwischen den regulären Einspritzungen auftreten.
Auch erfindungsgemäß ist ein Einspritzsystem aufweisend ein zweites Steuergerät und zweite Injektoren, wobei die zweiten Injektoren über Signalleitungen mit dem zweiten Steuergerät verbunden sind und das zweite Steuergerät für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Ein derartiges Einspritzsystem kann als Nachrüstsystem für Kraftfahrzeuge zum Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart eingesetzt werden. Zusätzlich wird ein Tank und ein Zuleitungssystem für den zusätzlichen Kraftstoff benötigt. Das zweite Steuergerät des Einspritzsystems kann elektrische Eingänge zum Anschluss von Verbindungsleitungen zur Motorsteuerung bzw. zu einem weiteren Steuergerät aufweisen, welches die Versorgung des Kraftfahrzeuges mit einem ersten Kraftstoff ermöglicht. Zusätzlich kann es auch elektrische Ausgangsleitungen aufweisen, an welche die ersten Injektoren angeschlossen werden. Die ersten Ausgangssignale zur Steuerung der Zugabe des ersten Kraftstoffes können so zu den ersten Injektoren geleitet werden, ohne durch das zweite Steuergerät beeinflusst zu werden. So kann auch die Umschaltung zwischen dem Betrieb mit erstem Kraftstoff und dem Betrieb mit zweitem Kraftstoff im zweiten Steuergerät erfolgen. Alternativ kann auch eine separate Umschaltbox vorgesehen sein, die die Aktivierung des zweiten Steuergerätes der zweiten Injektoren sowie die Deaktivierung der ersten Injektoren übernimmt. Die zweite Steuerung kann insbesondere mit einer Software ausgestattet sein, die das erfindungsgemäße Verfahren abbildet und automatisch durchführen lässt.
Weiterhin erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine aufweisend ein erstes Steuergerät, erste Injektoren und ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem, wobei das Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Die besonderen Vorteile und Ausgestaltungen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben sind, sind in analoger Weise für das erfindungsgemäße Einspritzsystem sowie für die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuge gültig und anwendbar. Das gleiche gilt für die mit besonderem Bezug auf das erfindungsgemäße Einspritzsystem und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug geschilderten Vorteile und Eigenschaften, welche auf das erfindungsgemäße Verfahren analog anwendbar und übertragbar sind.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
1: ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist,
2: ein Diagramm, welches den Einfluss des Wandfilmes ohne erfindungsgemäßes Verfahren zeigt, und
3: einen beispielhaften Verlauf zweiter Ausgangssignale, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren generiert sind.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2, welches zum Betrieb mit wahlweise einem ersten Kraftstoff oder einem zweiten Kraftstoff eingerichtet ist. In 1 ist nur ein Brennraum 11 der Verbrennungskraftmaschine 2 dargestellt. Der Brennraum 11 wird über die Ansaugleitung 8 mit Luft und mit Kraftstoff versorgt. Abgase gelangen aus dem Brennraum 11 über den Abgaskrümmer 9 hinaus. Darüber hinaus existiert am Brennraum 11 eine Zündkerze 18 zur Zündung des im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 im Brennraum 11 vorliegenden zündbaren Gemisches. Die Ansaugleitung 8 kann gegenüber dem Brennraum 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden. Genauso kann der Abgaskrümmer 9 gegenüber dem Brennraum 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden.
Im Betrieb mit erstem Kraftstoff wird die Verbrennungskraftmaschine 2 vom ersten Steuergerät 5 gesteuert. Das erste Steuergerät 5 ist dabei insbesondere die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges 1. Ein erster Kraftstoff gelangt dann über einen ersten Injektor 3 in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2. Es ist jeweils ein erster Injektor 3 für jeden Brennraum 11 vorgesehen. Die Ansaugleitung 8 weist eine Wandung 35 auf. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 2 mit erstem Kraftstoff bildet sich auf der Wandung 35 ein Film aus erstem Kraftstoff.
Soll das Kraftfahrzeug 1 mit zweitem Kraftstoff betrieben werden, erfolgt über den Umschalter 7 eine Umschaltung auf den zweiten Kraftstoff. Der Umschalter 7 ist in der 1 derart eingestellt, dass eine Kraftstoffversorgung mit zweitem Kraftstoff erfolgt und die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit erstem Kraftstoff unterbrochen ist. Die Kraftstoffversorgung mit zweitem Kraftstoff wird also gemäß 1 vom zweiten Steuergerät 6 gesteuert, welches wiederum vom ersten Steuergerät 5 gesteuert wird. Für das zweite Steuergerät 6 und den Umschalter 7 wurde hier eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das zweite Steuergerät 6 und der Umschalter 7 können auch in einem Bauteil miteinander integriert vorliegen. Insbesondere ist es auch möglich, dass Signale vom ersten Steuergerät 5 an den ersten Injektor 3 auch das zweite Steuergerät 6 (wahlweise) passieren.
Das zweite Steuergerät 6 kann zur Steuerung der Einspritzung des zweiten Kraftstoffes unterschiedliche Signale empfangen. Beispielsweise ist ein Lambda-Eingang 13 vorgesehen, über welchen ein Lambda-Wert des nicht dargestellten Abgassystems der Verbrennungskraftmaschine 2 in das zweite Steuergerät 6 gelangen kann. Der Temperatursensor 21 ermittelt die Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 2 im Kühlkreislauf 12 der Verbrennungskraftmaschine 2. Auch das Signal dieses Temperatursensors 21 kann vom zweiten Steuergerät 6 verwertet werden. Das zweite Steuergerät berechnet aus dem Signal, welches es vom ersten Steuergerät 5 erhält und welches eigentlich zur Steuerung des ersten Injektors 3 gedacht ist in Kombination mit den weiteren dem zweiten Steuergerät 6 zur Verfügung stehenden Signalen, ein Signal für den zweiten Injektor 4, welcher den zweiten Kraftstoff in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2 einspritzt. Das Signal erreicht den zweiten Injektor 4 über die Signalleitung 36. Bevorzugt ist jeweils ein zweiter Injektor 4 pro Brennraum 11 vorgesehen.
Der zweite Injektor 4 erhält den zweiten Kraftstoff aus dem Tank 16. Der zweite Kraftstoff wird aus dem Tank 16 heraus mit der Pumpe 17 gefördert und gelangt über die Zulaufleitung 14 zum zweiten Injektor 4. Zusätzlich zur Zulaufleitung 14 existiert vom zweiten Injektor 4 zurück zum Tank 16 eine Rücklaufleitung 15, durch welche überschüssiges LPG vom Injektor 4 zurück in den Tank 16 gefördert wird. In der Rücklaufleitung 15 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen. Das Signal des Drucksensors 20 gelangt ebenfalls zum zweiten Steuergerät 6 und wird in diesem zur Berechnung des Einspritzsignals für den zweiten Injektor 4 mit verwertet. Insbesondere ist die Rücklaufleitung 15 auch dazu gedacht, durch Erwärmung und unzureichenden Druck in der Zulaufleitung 14 gasförmig gewordenes LPG vom zweiten Injektor 4 zurück in den Tank 16 zu fördern – es soll nämlich erreicht werden, dass (nur) flüssiges LPG über die zweiten Injektoren 4 abgegeben wird. Während des Betriebes mit LPG bildet sich auf der Wandung 35 der Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2 kein bzw. nur ein geringer Wandfilm.
In der Rücklaufleitung 15 existiert zudem ein Druckregler 19, mit welchem der Druck des LPG in der Zulaufleitung 14 und insbesondere vor dem zweiten Injektor 4 eingestellt werden kann. Der zweite Injektor 4, die Signalleitungen 36 und das zweite Steuergerät 6 bilden zusammen einen Bausatz für ein nachrüstbares Einspritzsystem 22.
2 zeigt in einem schematischen Diagramm, wie sich Drehzahl 28 und Lambda-Wert 27 bei einem Kraftfahrzeug, welches mit LPG betrieben wird und welches ursprünglich für den Einsatz mit Benzin konstruiert wurde, in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung 29 entwickeln können, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht eingesetzt wird. Die verschiedenen Signale sind auf der Signalachse 25 über die Zeitachse 26 aufgetragen. Der Signalverlauf der Gaspedalstellung 29 ist (von links nach rechts folgend) zunächst auf geringe Last eingestellt, dann folgt ein plötzlicher Lastanstieg. Anschließend wird das Gaspedal zurück auf die ursprüngliche Stellung bewegt. Hier werden Beginn und Ende einer Beschleunigungsphase eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Aufgrund des raschen Lastanstiegs fällt der Lambda-Wert 27 ab und es entsteht ein Lambda-Ausflug 23 (negativer Peak), wo der Lambda-Wert 27 typischerweise deutlich unter den Wert 1 absinkt. Dies liegt daran, dass sich das zugeführte LPG nicht wie Benzin an den Wandungen des Ansaugbereiches der Verbrennungskraftmaschine anlagert und direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gelangt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird fett. Die Verbrennungskraftmaschine verbrennt den zugeführten Kraftstoff nicht stöchiometrisch. Beim Lastabfall entsteht ebenfalls ein Lambda-Ausflug 23 (positiver Peak). Hier steigt der Lambda-Wert 27 im Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine plötzlich stark an. Das geschieht, weil die Verbrennungskraftmaschine bei Betrieb mit LPG beim Lastabfall keinen Kraftstoff aus dem Abbau des Wandfilmes im Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine erhält, so dass der im Brennraum verfügbare Kraftstoff zu gering ist und das Kraftstoff-Luft-Gemisch mager wird. Die Verbrennungskraftmaschine erhält für die vollständige Verbrennung des ihr zur Verfügung stehenden Sauerstoffes nicht genug Kraftstoff und ein Sauerstoffüberschuss gelangt ins Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine. Aufgrund der Gaspedalstellung 29 wird auch die Drehzahl 28 des Kraftfahrzeuges beeinflusst. Während der Beschleunigungsphase steigt die Drehzahl 28 deutlich an. In den Bereichen der Lastwechsel und der Lambda-Ausflüge 23 sind Drehzahlschwankungen 24 zu sehen. Aufgrund der Lambda-Ausflüge 23 arbeitet die Verbrennungskraftmaschine nicht im Bereich besonders gut zündfähiger Kraftstoff-Luftgemische, welche typischerweise bei einem Lambda-Wert 27 zwischen 0,8 und 1,2 liegen. Aus diesem Grunde erzeugt die Verbrennungskraftmaschine in diesen Bereichen schwankende Drehmomente, welche die Störungen im Drehzahlsignal erzeugen. Es kann dazu kommen, dass in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine kein zündbares Gemisch vorliegt. In diesem Fall finden Zündaussetzer statt, welche lediglich durch die Schwungmasse der Verbrennungskraftmaschine und des Kraftfahrzeuges kompensiert werden. Solche Drehmoment- und Drehzahlschwankungen 24 werden im Fahrbetrieb vom Kraftfahrzeugfahrer als unangenehm und störend empfunden. Es ist Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Zufuhr von zweiten Kraftstoff bzw. LPG zur Ansaugleitung bzw. zur Verbrennungskraftmaschine so zu beeinflussen, dass der Lambda-Wert 27, welcher im Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine gemessen wird, nicht aus einem Bereich zwischen 0,8 und 1,2 hinausläuft. Folglich werden die Lambda-Ausflüge 23 mit der Erfindung deutlich reduziert oder sogar vermieden.
3 zeigt beispielhaft verschiedene Ausgangssignale zur Steuerung von Injektoren zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine, welche auf der Signalachse 25 über die Zeitachse 26 aufgetragen sind. Das Benzin-Einspritzsignal 30, welches im erfindungsgemäßen Verfahren das erste Ausgangssignal des ersten Steuergerätes ist, verläuft zunächst konstant, fallt dann stark ab, um nach einer niedrigen Phase wiederum stark anzusteigen, etwas überzuschwingen und auf den Ausgangswert zurückzugelangen. Das Benzin-Einspritzsignal 30 ist als durchgezogene Linie gezeichnet. Es handelt sich bei dieser Linie jeweils um Mittelwerte. In Wirklichkeit handelt es sich um eine Reihe einzelner pulsförmiger Signale. Auf der Signalachse 25 sind jeweils die Dauern der einzelnen Pulse des Benzin-Einspritzsignals 30 aufgetragen. Weiterhin ist in 3 ein absolut bzw. linear begrenztes LPG-Einspritzsignal 31 (gepunktete Linie) und ein prozentual begrenztes LPG-Einspritzsignal 32 (gestrichelte Linie) aufgetragen. Das absolut begrenzte LPG-Einspritzsignal 31 ist im Bereich von Lastwechseln jeweils mit Hilfe einer als absolute Zeit definierten maximalen Differenz geglättet, während das prozentual begrenzte LPG-Einspritzsignal 32 in Bereichen von Lastwechseln mit Hilfe einer als Prozentwert definierten maximalen Differenz exponentiell geglättet ist. Mit dem prozentual begrenzten LPG-Einspritzsignal 32 kann eine bessere Anpassung der zweiten Dauern 34 der LPG-Einspritzsignale 31, 32 an die unterschiedlichen Neigungen zur Wandfilmbildung der unterschiedlichen Kraftstoffarten erreicht werden. Die LPG-Einspritzsignale 31, 32 können eine zweite Dauer 34 aufweisen, welche von einer ersten Dauer 33 der Benzin-Einspritzsignale 30 zum selben Zeitpunkt abweicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für Kraftfahrzeuge geeignet, welche mit einem System zum Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart nachgerüstet sind. Bei derartigen Nachrüstsystemen ist häufig kein Einfluss des Nachrüstsystems auf die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges möglich. Aus diesem Grund muss das Steuergerät des Nachrüstsatzes für den zusätzlichen Kraftstoff geeignete Einspritzsignale nur auf Grundlage der zur Verfügung stehenden Informationen generieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dies in besonders vorteilhafter Weise, so dass ein komfortabler Fahrbetrieb und geringe Emissionen des Kraftfahrzeuges beim Betrieb mit dem zusätzlichen Kraftstoff möglich sind.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungskraftmaschine
3: erster Injektor
4: zweiter Injektor
5: erstes Steuergerät
6: zweites Steuergerät
7: Umschalter
8: Ansaugleitung
9: Abgaskrümmer
10: Ventil
11: Brennraum
12: Kühlkreislauf
13: Lambda-Eingang
14: Zulaufleitung
15: Rücklaufleitung
16: Tank
17: Pumpe
18: Zündkerze
19: Druckregler
20: Drucksensor
21: Temperatursensor
22: Einspritzsystem
23: Lambda-Ausflug
24: Drehzahlschwankung
25: Signalachse
26: Zeitachse
27: Lambda-Wert
28: Drehzahl
29: Gaspedalstellung
30: Benzin-Einspritzsignal
31: absolutes begrenztes LPG-Einspritzsignal
32: prozentual begrenztes LPG-Einspritzsignal
33: erste Dauer
34: zweite Dauer
35: Wandung
36: Signalleitung

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystem (22) zur Kraftstoffversorgung einer mit mehreren Kraftstoffarten betreibbaren Verbrennungskraftmaschine (2), wobei ein erstes Steuergerät (5) zur Steuerung der Zufuhr eines ersten Kraftstoffes und ein zweites Steuergerät (6) zur Steuerung der Zufuhr eines zweiten Kraftstoffes verwendet werden und das erste Steuergerät (5) erste Ausgangssignale zur Steuerung von ersten Injektoren (3) für den ersten Kraftstoff und das zweite Steuergerät (6) zweite Ausgangssignale zur Steuerung zweiter Injektoren (4) für den zweiten Kraftstoff generiert, wobei jeweils folgende Schritte ablaufen: a) Generieren eines zweiten Ausgangssignals aus einem ersten Ausgangssignal; b) Prüfen des zweiten Ausgangssignals mit einer Prüfbedingung; c) Korrigieren des zweiten Ausgangssignals, wenn die Prüfbedingung nicht erfüllt ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der erste Kraftstoff Benzin oder Diesel und das erste Ausgangssignal ein erstes Einspritzsignal (30) ist, und der zweite Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) oder CNG (Compressed Natural Gas) und das zweite Ausgangssignal ein zweites Einspritzsignal (31, 32) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Rahmen der Prüfbedingung in Schritt b) eine Differenz eines aktuellen zweiten Ausgangssignals und eines vorhergehenden zweiten Ausgangssignals gebildet wird und geprüft wird, ob der Betrag dieser Differenz kleiner als eine maximale vorbestimmte Differenz ist.
Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei die maximale Differenz als absolute Zeit definiert ist und zwischen 0,5 ms und 5 ms beträgt.
Verfahren nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die maximale Differenz als Prozentwert ausgehend vom vorhergehenden Ausgangssignal definiert ist und zwischen 8% und 100% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Prüfbedingung in Abhängigkeit von der Relation zum vorhergehenden zweiten Ausgangssignal variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Prüfbedingung in Abhängigkeit zumindest einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) oder einer an der Verbrennungskraftmaschine (2) bestimmten Temperatur variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei vom zweiten Steuergerät (6) erkannt wird, wenn das erste Ausgangssignal des ersten Steuergerätes (5) eine Nacheinspritzung betrifft und das eine Nacheinspritzung betreffende erstes Ausgangssignal vom zweiten Steuergerät abweichend berücksichtigt wird.
Einspritzsystem (22) aufweisend ein zweites Steuergerät (6) und zweite Injektoren (4), wobei die zweiten Injektoren (4) über Signalleitungen (36) mit dem zweiten Steuergerät (6) verbunden sind und das zweite Steuergerät (6) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2) aufweisend ein erstes Steuergerät (5), erste Injektoren und ein Einspritzsystem (22) gemäß Patentanspruch 8, wobei das Kraftfahrzeug (1) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.