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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zusatzsteuergerät zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für erste Einspritzventile einer wahlweise mit unterschiedlichen Kraftstoffen betreibbaren bivalenten Brennkraftmaschine, ein Motorsystem und ein zugehöriges Betriebsverfahren.
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Stand der Technik
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Sogenannte bivalente Antriebe, die wahlweise mit einem Brenngas oder einem mineralölbasierten Kraftstoff (z. B. Otto- oder Dieselkraftstoff) betrieben werden können, sind bekannt. In derartigen bivalenten Antrieben häufig verwendete Brenngase sind beispielsweise komprimiertes Erdgas (CNG, Compressed Natural Gas) oder Flüssiggas (LPG, Liquefied Petroleum Gas).
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Zum Betrieb von bivalenten Antrieben sind integrierte Verfahren bekannt, bei denen ein gemeinsames Motorsteuergerät sowohl die Steuerung des Kraftstoff- als auch jene des Brenngasbetriebs übernimmt. Ein. Beispiel für ein derartiges Verfahren ist das sogenannte Motronic-Verfahren der Anmelderin.
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Insbesondere zur Nachrüstung von herkömmlichen Antrieben sind Lösungen bekannt, bei denen ein zusätzliches Brenngassteuergerät an das vorhandene Motorsteuergerät angeschlossen wird. Diese nachfolgend als Zusatzsteuergerät bezeichnete Vorrichtung übernimmt die Steuerung des Brenngasbetriebs, während das ursprüngliche Motorsteuergerät weiterhin für die Steuerung des Kraftstoffbetriebs und für kraftstoffartenunabhängige Funktionen verantwortlich ist.
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Derartige Lösungen beinhalten, die Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät und den Kraftstoffeinspritzventilen zu trennen und ein durch das Motorsteuergerät bereitgestelltes Einspritzsignal durch das Zusatzsteuergerät, welches nun seinerseits die Kraftstoffeinspritzventile ansteuert, zu führen.
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In Folge dieser Maßnahmen werden bei einem angeforderten Kraftstoffbetrieb die Kraftstoffeinspritzsignale von dem Zusatzsteuergerät an die Kraftstoffeinspritzventile weitergereicht. Während eines Brenngasbetriebs werden die Kraftstoffeinspritzsignale hingegen nicht weitergereicht, sondern im Zusatzsteuergerät ausgewertet. Das Zusatzsteuergerät misst die von dem ursprünglichen Motorsteuergerät bereitgestellten Kraftstoffeinspritzsignale und bestimmt hieraus eine Brenngaseinspritzzeit, beispielsweise mittels Korrekturfaktoren. Die Brenngaseinspritzventile werden auf Grundlage der Brenngaseinspritzzeit angesteuert.
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Die vorgestellte Lösung zur Nachrüstung von herkömmlichen Antrieben für einen wahlweisen Kraftstoff- oder Brenngasbetrieb erweisen sich in der Praxis, insbesondere aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Endstufen in dem Zusatzsteuergerät, als aufwendig und teuer.
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Es besteht daher der Bedarf nach einfacheren Lösungen, insbesondere nachrüstbaren Einrichtungen, für den wahlweisen Betrieb entsprechender bivalenter Antriebe mit unterschiedlichen Kraftstoffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Erfindung ein Zusatzsteuergerät zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für zweite Einspritzventile, insbesondere Brenngaseinspritzventile, einer wahlweise mit unterschiedlichen Kraftstoffen, insbesondere Brenngas oder mineralölbasierte Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel, betreibbaren bivalenten Brennkraftmaschine nach Maßgabe von Kraftstoffeinspritzsignalen eines Motorsteuergeräts, ein entsprechendes Motorsystem, sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung seien unter Kraftstoff insbesondere mineralölbasierte Kraftstoffe, wie beispielsweise Otto- oder Dieselkraftstoff, Brenngase, wie beispielsweise CNG oder LPG, oder andere, auch alternative, Energiequellen verstanden. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf den Betrieb von bivalenten Motoren zur Verwendung von Brenngas als zweitem Kraftstoff. Der erste Kraftstoff, insbesondere Benzin oder Diesel, werde mittels erster Einspritzventile nach Maßgabe von Kraftstoffeinspritzsignalen, der zweite Kraftstoff, insbesondere Brenngas, mittels zweiter Einspritzventile nach Maßgabe von zweiten Einspritzsignalen bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu einer signifikanten Vereinfachung einer Schnittstelle zwischen einem Motorsteuergerät, einem Zusatzsteuergerät sowie entsprechenden Komponenten gegenüber Lösungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Insbesondere werden in einem erfindungsgemäßen Zusatzsteuergerät weniger Endstufen benötigt, da durch ein derartiges Gerät keine ersten Einspritzsignale bereitzustellen sind.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht dabei darin, dass eine Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät und den ersten Einspritzventilen, insbesondere Kraftstoffeinspritzventilen, nicht, wie im Stand der Technik, unterbrochen werden muss, sondern dass diese unverändert beibehalten werden kann. Es ist daher keine hardwareseitige Veränderung der entsprechenden Ansteuerleitungen erforderlich. Das vorgesehene Zusatzsteuergerät greift lediglich die für die ersten Einspritzventile bereitgestellten Kraftstoffeinspritzsignale ab, wertet diese aus, und steuert auf Grundlage dieser Auswertung die zweiten Einspritzventile, insbesondere Brenngaseinspritzventile, an. Dies erfolgt ohne irgendwelche Störungen oder Verfälschungen der Ansteuerung der ersten Einspritzventile durch das Motorsteuergerät.
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Auf diese Weise kann ein Zusatzsteuergerät einfach und preiswert realisiert werden, insbesondere auch deshalb, weil beispielsweise, im Fall eines Vierzylindermotors, nur vier Endstufen zur Ansteuerung der zweiten Einspritzventile benötigt werden. Im Stand der Technik sind neben diesen zusätzlich vier Endstufen zur Ansteuerung der ersten Einspritzventile vorzusehen.
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Vorteilhafterweise werden während eines ersten Kraftstoffbetriebs, insbesondere Otto- oder Dieselbetrieb, die ersten Einspritzventile von dem Motorsteuergerät angesteuert. Ein erfindungsgemäßes Zusatzsteuergerät erkennt anhand von Merkmalen der Kraftstoffeinspritzsignale, beispielsweise aufgrund des zeitlichen Verlaufs der Einspritzsignale, insbesondere einer Signal- oder Signalpulslänge, dass es sich hierbei um Ansteuersignale für die ersten Einspritzventile handelt. Es kann auch vorgesehen sein, Zusatzsignale bereitzustellen, anhand derer ein Zusatzsteuergerät eine entsprechende Feststellung treffen kann. Erkennt das Zusatzsteuergerät, dass es sich bei den Einspritzsignalen um Ansteuersignale für die ersten Einspritzventile handelt, werden die zweiten Einspritzventile nicht angesteuert.
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Ist gefordert, die Maschine in einem zweiten Kraftstoffbetrieb, insbesondere Brenngasbetrieb, zu betreiben, werden auf den Ansteuerleitungen der ersten Einspritzventile vorzugsweise Kraftstoffeinspritzsignale in Form kurzer Pulse gesendet, die kürzer sind als eine Ansprechzeit der ersten Einspritzventile. Hierdurch erfolgt keine (Öffnung dieser Ventile, das Zusatzsteuergerät erkennt, dass entsprechende Ansteuersignale vorhanden sind, es sich hierbei jedoch nicht um Ansteuersignale für die ersten Einspritzventile handelt. Das Zusatzsteuergerät bzw. ein entsprechendes Modul interpretiert die Signale aufgrund der Auswertung als Befehle, die zweiten Einspritzventile anzusteuern. Werden Kurzpulse als Kraftstoffeinspritzsignale gesendet, können diese zur Synchronisation des Zusatzsteuergeräts dienen und festlegen, wann entsprechende Signale auszugeben sind. Eine Einheit in dem Zusatzsteuergerät dient dazu, eine Dauer der zweiten Einspritzsignale bzw. der Ansteuersignale für die zweiten Einspritzventile zu berechnen. Es können Pulserkennungsmittel vorgesehen sein, um die Signal- oder Signalpulslänge, eine Kodierung zur Identifikation der gewünschten Kraftstoffart und/oder zur Auswahl eines Zylinders der Brennkraftmaschine zu erkennen.
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Vorteilhafterweise werden während einer Einspritzungsausblendung, einer Schubabschaltung oder während weiterer Zustände, in denen kein Kraftstoff eingespritzt werden soll, weder Ansteuersignale noch Pulse auf den Ansteuerleitungen der Einspritzventile gesendet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A und 1B zeigen ein Motorsystem gemäß dem Stand der Technik in zwei Betriebszuständen.
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2A und 2B zeigen ein Motorsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in zwei Betriebszuständen.
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3 zeigt ein Betriebsverfahren für ein Motorsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den nachfolgenden Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Auf eine wiederholte Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
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Die 1A und 1B zeigen ein Motorsystem 100 gemäß dem Stand der Technik in zwei Betriebszuständen.
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In einem ersten Betriebszustand, der in 1A dargestellt ist, erfolgt ein Betrieb des Motorsystems 100 im Otto-Kraftstoffbetrieb.
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Das Motorsystem 100 weist ein Motorsteuergerät 10 und ein Zusatzsteuergerät 90 auf, die über zumindest eine Steuerleitung 50 zur Bereitstellung von Signalen verbunden sind. Das Motorsteuergerät und das Zusatzsteuergerät können beispielsweise an einen als CAN-Bus realisierten Systembus 60 angeschlossen sein. Das Motorsteuergerät weist ein Modul 11 zur Bereitstellung eines Kraftstoffeinspritzsignals 12 auf. Das Einspritzsignal 12 wird auf der Ansteuerleitung 50 ausgegeben. Das Zusatzsteuergerät 90 ist in die Ansteuerleitung 50 zwischen Motorsteuergerät 10 und Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 geschaltet.
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In dem in 1A dargestellten Otto-Kraftstoffbetrieb erfolgt aufgrund einer Kraftstoffwahlfunktion 91 eine Ansteuerung von Kraftstoffwahl- bzw. Betriebsartenschaltern 93, 94. Die dargestellte Stellung des Kraftstoffwahlschalters 93 bewirkt, dass die über die Ansteuerleitung 50 bereitgestellten Otto-Kraftstoffeinspritzsignale 12 über eine Ansteuerleitung 32 an ein oder mehrere Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 weitergegeben werden. Auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzsignale 12 werden die Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 in Form des Ansteuerverlaufs 31 beschaltet. Die Stellung des Kraftstoffwahlschalters 94 bewirkt ferner, dass vorgesehene Brenngaseinspritzventile 40, ungeachtet eines möglicherweise über die unten erläuterte Einrichtung 96 bereitgestellten Signals, nicht beschaltet werden, so dass sich ein dem Verlauf 41' entsprechender Ansteuerverlauf ergibt.
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In einem zweiten Betriebszustand, der in 1B dargestellt ist, erfolgt ein Betrieb des Motorsystems 100 im Brenngasbetrieb.
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Im Gegensatz zu dem in 1A dargestellten Betriebszustand bewirkt nun die Stellung des Kraftstoffwahlschalters 93 eine Trennung der Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 von der Ansteuerleitung 50, 50 dass diese, wie durch den Ansteuerverlauf 31' dargestellt, nicht beschaltet werden. Ein Modul 96 zur Korrektur eines Kraftstoffeinspritzsignals 12 und zur Bereitstellung eines Brenngaseinspritzsignals 97 berechnet aus dem Kraftstoffeinspritzsignal 12 ein Brenngaseinspritzsignal 97, das auf einer Leitung 98 bereitgestellt wird. Aufgrund der Schalterstellung des Schalters 94 wird das Signal 97 an die Brenngaseinspritzventile 40 abgegeben, welche aufgrund dieser Ansteuerung einen Ansteuerverlauf 41 aufweisen.
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Insgesamt erfolgt damit im Otto-Kraftstoffbetrieb, wie er in 1A dargestellt ist, eine Einspritzung von Otto-Kraftstoff, in 1B hingegen ein Einspritzung von Brenngas. In dem Zusatzsteuergerät 90 sind, im Falle eines Vierzylindermotors, vier Endstufen zur Ansteuerung der Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 und vier Endstufen zur Ansteuerung der Brenngaseinspritzventile 40 vorzusehen, eine ursprüngliche Verbindung des Steuergeräts 10 mit den Kraftstoffeinspritzventilen muss getrennt werden.
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In den 2A und 2B ist ein Motorsystem 200 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Kraftstoffbetrieb (2A) und in einem Brenngasbetrieb (2B) dargestellt. Das Motorsystem 200 weist ein Motorsteuergerät 10, wie es jenem der 1 entspricht, auf. Die Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 sind direkt an das Motorsteuergerät 10 angeschlossen
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Das Zusatzsteuergerät 20 greift über eine Leitung 50' Signale von der Leitung 50 ab. Das Zusatzsteuergerät 20 weist ein Pulserkennungsmodul 21, beispielsweise zur Erkennung einer Pulsdauer eines Kraftstoffeinspritzsignals 12 oder anderer Merkmale, beispielsweise von Zusatzpulsen, auf.
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Im Otto-Kraftstoffbetrieb (2A) weist die Dauer des Einspritzsignals 12 eine gewisse Länge auf, welche eine minimale Ansprechzeit der Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 übersteigt, so dass sich in den Otto-Kraftstoffeinspritzventilen 30 ein Ansteuerverlauf 31 ergibt und Otto-Kraftstoff eingespritzt wird. Beispielsweise aufgrund der Länge der Kraftstoffeinspritzsignale 12 stellt das Pulserkennungsmodul 21 fest, dass das. Motorsteuergerät 10 einen Otto-Kraftstoffbetrieb anfordert, und bewirkt daher eine Schalterstellung eines Betriebsartenwahlschalters 23 über ein Ansteuersignal 22 so, dass die Brenngaseinspritzventile 40 von einer Ansteuerleitung 27 getrennt werden. Es ergibt sich daher, ungeachtet etwaiger über die nachfolgend erläuterte Einrichtung 24 bereitgestellter Signale, ein Ansteuerverlauf 41' für die Brenngaseinspritzventile 40.
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Im Brenngasbetrieb werden durch das Motorsteuergerät 10, das zu einer Ausbildung entsprechender Signale eingerichtet ist, als Kraftstoffeinspritzsignale 12 lediglich kurze Pulse über die Ansteuerleitung 50 ausgegeben. Das Pulserkennungsmodul 21 des Zusatzsteuergeräts 20 erkennt aufgrund der Kürze der Pulse, dass durch das Motorsteuergerät 10 ein Brenngasbetrieb angefordert wird. Die Kürze der Kraftstoffeinspritzsignale 12 unterschreitet eine Minimalansprechzeit der Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30, so dass sich ein Ansteuerverlauf 31 ergibt. Das Pulserkennungsmodul 21 bewirkt eine Schaltung des Betriebsartenwahlschalters 23 in eine Brenngasbetriebsstellung. Hierbei berechnet ein Berechnungsmodul 24 des Zusatzsteuergeräts 20 aufgrund der Sensoreingänge 25 ein Brenngaseinspritzsignal 26, das über Ansteuerleitungen 27 und 42 an die Brenngaseinspritzventile 40 abgegeben wird, wo sich ein Ansteuerverlauf 41 ergibt.
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Auch bei den in den 2A und 2B dargestellten Verfahren ergibt sich im Otto-Kraftstoffbetrieb lediglich ein Ansteuern der Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30, d. h. eine Einspritzung von Otto-Kraftstoff in die Brennkraftmaschine, und im Brenngasbetrieb lediglich eine Ansteuerung der Brenngaseinspritzventile 40. Insgesamt sind jedoch lediglich, im Fall eines Vierzylindermotors, vier zusätzliche Brenngaseinspritzendstufen vorzusehen, was eine signifikante Verringerung der technischen Komplexität und der damit verbundenen Fehleranfälligkeit und Kosten bewirkt.
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Es sind insgesamt also Bereitstellungsmittel 24 vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, die Ansteuersignale 26 bereitzustellen, wenn die Kraftstoffeinspritzsignale 12 wenigstens ein durch das Zusatzsteuergerät 20 oder durch ein entsprechendes Pulserkennungsmodul 21 bestimmbares Merkmal aufweisen, d. h. hier eine Pulsform mit sehr geringer Pulsbreite.
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In 3 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Das Verfahren läuft zyklisch ab, kann beispielsweise einmal während jedes Ansteuerverlaufs ausgeführt werden.
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In einem Verfahrensschritt 301 werden durch ein Motorsteuergerät nach Maßgabe eines Anforderungsschritts 310, der einen Brenngas- oder Otto-Kraftstoffbetrieb anfordert, Kraftstoffeinspritzsignale 12 bereitgestellt.
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Ein Zusatzsteuergerät 90 bestimmt in einem nächsten Schritt 302, beispielsweise aus der Dauer der Ansteuersignale 12, ob ein Brenngas- oder ein Otto-Kraftstoffbetrieb realisiert werden soll.
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In einem Otto-Kraftstoffbetrieb, insgesamt mit 320 bezeichnet, erfolgt durch ein Pulserkennungsmodul 21 eine Trennung 311 der Brenngaseinspritzventile 40 von der Ansteuerleitung 27, so dass die Kraftstoffeinspritzsignale 12 lediglich an die Otto-Kraftstoffeinspritzventile 30 weitergegeben werden.
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Erkennt das Pulserkennungsmodul 21, dass ein Brenngasbetrieb angefordert wird, wie nachfolgend insgesamt mit 330 bezeichnet, erfolgt in einem Schritt 321 eine Schaltung eines Betriebsartenwahlschalters 23 in eine Stellung, in welcher Ansteuersignale 26 über Ansteuerleitungen 27 und 42 an Brenngaseinspritzventile 40 abgegeben werden können. Gleichzeitig erfolgt durch ein Berechnungsmodul 24 die Berechnung von Brenngaseinspritzsignalen 26, die an die Brenngaseinspritzventile 40 weitergegeben werden. Eine entsprechende Berechnung 322 kann auch im Kraftstoffbetrieb 320 erfolgen, entsprechende Signale würden aufgrund der Schalterstellung des Betriebsartenwahlschalters 23 jedoch nicht an die Brenngaseinspritzventile 40 weitergegeben.
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In einem nächsten Schritt 303 können weitere Funktionen ausgeführt werden, das Verfahren kehrt hiernach über 304 zum Zustand 301 zurück.
