DE102014119405A1

DE102014119405A1 - Systeme und verfahren zum bestimmen der menge eines flüssigen und eines gasförmigen kraftstoffs

Info

Publication number: DE102014119405A1
Application number: DE102014119405.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas G. Leone; Mark Allen Dearth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-07-09
Also published as: CN104775920B; RU2014153504A3; MX360345B; RU2666032C2; RU2014153504A; US20150192450A1; MX2015000297A; US9255829B2; CN104775920A

Abstract

Ein Verfahren kann folgende Schritte umfassen: an Bord eines Fahrzeugs, Identifizieren des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Tank auf der Grundlage des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in dem Tank, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst und der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, und Identifizieren der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Tank auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff.

Description

Hintergrund und Kurzfassung
Komprimiertes Erdgas (CNG) ist ein Kraftstoff mit einer hohen Oktanzahl, der vorteilhaft ist, um das Klopfen eines Verbrennungsmotors zu verringern, Kohlenwasserstoffemissionen bei Kaltstartereignissen zu verringern und Kohlendioxidemissionen während Verbrennungsmotorbetriebsvorgängen zu verringern. CNG hat jedoch, verglichen mit flüssigen Kohlenwasserstoffkraftstoffen, wie Dieselkraftstoff oder Benzin, eine geringe Energiedichte. Um die Reichweite und die in einem Fahrzeug gespeicherte Gesamtkraftstoffmenge zu vergrößern, kann CNG zusammen mit Benzin oder Dieselkraftstoff verwendet werden, wobei es erforderlich ist, dass das Fahrzeug für eine optimale Funktionsweise zwischen den Kraftstoffen schaltet. Die Aufnahme getrennter Kraftstofftanks kann jedoch infolge von Platzbeschränkungen in einem Fahrzeug nicht geeignet sein. Ein bevorzugtes System kann ein solches sein, das flüssigen Kraftstoff und unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff zusammen in einem einzigen Kraftstofftank speichert. Insbesondere ist CNG in Benzin oder Dieselkraftstoff erheblich löslich, wenn sie zusammen bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck (~100 psi) gespeichert werden.
Die vorliegenden Erfinder haben mögliche Probleme bei dem vorstehend erwähnten Ansatz erkannt. Insbesondere kann, wenn ein erster Kraftstoff und ein zweiter Kraftstoff gemeinsam im selben Kraftstofftank gespeichert werden, jeder der Kraftstoffe teilweise im anderen Kraftstoff löslich sein, und es ist kompliziert, die im Kraftstofftank verbleibende Menge jedes Kraftstoffs getrennt zu quantifizieren. Beispielsweise kann das gemessene Volumen des flüssigen Kraftstoffs einen ersten Kraftstoff und einen im ersten Kraftstoff gelösten Teil des zweiten Kraftstoffs umfassen. Ferner können sich die Temperatur, der Druck und die Kraftstoffzusammensetzung im Kraftstofftank während des Verbrennungsmotorbetriebs und wenn Teile des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs verbraucht werden, ändern. Dementsprechend kann sich die Menge des im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoffs während des Verbrennungsmotorbetriebs ändern.
Ein Ansatz, welcher die vorstehend erwähnten Probleme zumindest teilweise adressiert, weist ein Verfahren auf, das an Bord eines Fahrzeugs folgende Schritte umfasst: Messen des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in einem Kraftstofftank, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst, auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs, Berechnen des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, Bestimmen der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff und, auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff, Bestimmen der Menge des ersten Kraftstoffs im Kraftstofftank und der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors Folgendes umfassen: während einer ersten Bedingung, Bestimmen der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff, Bestimmen der Menge eines ersten Kraftstoffs und der Menge eines zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff und Einstellen eines ersten Kraftstoffindikators und eines zweiten Kraftstoffindikators auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Kraftstoffsystem Folgendes umfassen: einen Kraftstofftank an Bord eines Fahrzeugs, wobei der Kraftstofftank einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff, die darin gespeichert sind, umfasst, einen Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs und einen Drucksensor, die am Kraftstofftank angeordnet sind, und eine Steuereinrichtung mit ausführbaren Befehlen, um während einer ersten Bedingung das Volumen des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank mit dem Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs zu messen, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst, den Druck des Kraftstofftanks mit dem Drucksensor auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs zu messen, das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank zu berechnen, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, die Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff auf der Grundlage des Drucks und der Temperatur zu bestimmen und auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Menge des ersten Kraftstoffs und die Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank zu bestimmen.
Auf diese Weise kann das technische Ergebnis erreicht werden, dass die Menge des ersten Kraftstoffs und die Menge des zweiten Kraftstoffs genau bestimmt werden können, um eine genaue Angabe des im Kraftstofftank verbleibenden Kraftstoffs einem Fahrzeugbediener bereitzustellen. Ferner kann der Verbrennungsmotorbetrieb auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs eingestellt werden, um Verbrennungsmotoremissionen zu verringern, das Klopfen des Verbrennungsmotors zu verringern und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen. Die vorstehend erwähnten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung für sich oder in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung leicht verständlich werden.
Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht vorgesehen, dass sie Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifiziert, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung dargelegten Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen als Beispiel dienenden Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 und eines Kraftstoffsystems, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung eines gasförmigen Kraftstoffs und eines flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems aus den 1–2.
4 zeigt eine als Beispiel dienende Zeitleiste zum Betreiben des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems aus den 1–2.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffmenge in einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor an Bord eines Fahrzeugs. Der Kraftstoff kann einen gemischten Kraftstoff umfassen, der sowohl flüssige Kraftstoffe als auch gasförmige Kraftstoffe, die im selben Kraftstofftank gespeichert sind, umfassen kann. Ein als Beispiel dienendes Verbrennungskraftmaschinen- und Kraftstoffsystem ist in den 1 und 2 dargestellt. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Menge eines ersten Kraftstoffs und einer Menge eines zweiten Kraftstoffs in einem Kraftstofftank. 4 ist eine als Beispiel dienende Zeitleiste, welche die Zufuhr gasförmigen Kraftstoffs und/oder flüssigen Kraftstoffs vom Kraftstoffsystem zum Verbrennungsmotor während verschiedener Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen darstellt.
1 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine 10. Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuereinrichtung 12 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. Bei einem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Der Zylinder (beispielsweise eine Verbrennungskammer) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 aufweisen. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad des Personenkraftfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftdurchgängen 142, 144 und 146 empfangen. Der Ansaugluftdurchgang 146 kann mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zum Zylinder 14 kommunizieren. Gemäß einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Ansaugdurchgänge eine Aufladevorrichtung in der Art eines Turboladers oder eines Verdichters aufweisen. Beispielsweise zeigt 1 den mit einem Turbolader, einschließlich eines zwischen den Ansaugdurchgängen 142 und 144 angeordneten Kompressors 174, und einer entlang einem Abgasdurchgang 148 angeordneten Abgasturbine 176 versehenen Verbrennungsmotor 10. Der Kompressor 174 kann durch eine Welle 180 zumindest teilweise durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wobei die Aufladevorrichtung als ein Turbolader ausgelegt ist. Bei anderen Beispielen, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem Verdichter versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional fortgelassen werden, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder vom Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Eine Drossel 162 einschließlich einer Drosselplatte 164 kann entlang einem Ansaugdurchgang des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck von den Zylindern des Verbrennungsmotors bereitgestellter Ansaugluft zu ändern. Beispielsweise kann die Drossel 162 stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie in 1 dargestellt ist, oder alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 bereitgestellt sein.
Der Abgasdurchgang 148 kann Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zum Zylinder 14 empfangen. Ein Abgassensor 128 ist mit dem Abgasdurchgang 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 128 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Art beispielsweise eines linearen Sauerstoffsensors oder UEGO-(universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff)-Sensors, eines Zweizustandssauerstoffsensors oder eines EGO-Sensors (wie dargestellt), eines HEGO-(erwärmter EGO)-Sensors, eines NOx-, HC- oder CO-Sensors sein. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Ansaugventile und ein oder mehrere Auslassventile aufweisen. Beispielsweise ist gezeigt, dass der Zylinder 14 wenigstens ein Ansaugabblasventil 150 und wenigstens ein Abgasabblasventil 156, das sich an einem oberen Bereich des Zylinders 14 befindet, aufweist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließlich des Zylinders 14, wenigstens zwei Ansaugabblasventile und wenigstens zwei Abgasabblasventile, die sich an einem oberen Bereich des Zylinders befinden, aufweisen.
Das Ansaugventil 150 kann über ein Betätigungselement 152 durch die Steuereinrichtung 12 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 156 über ein Betätigungselement 154 durch die Steuereinrichtung 12 gesteuert werden. Während einiger Bedingungen kann die Steuereinrichtung 12 die den Betätigungselementen 152 und 154 bereitgestellten Signale ändern, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Ansaug- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Ansaugventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht dargestellt) bestimmt werden. Die Ventilbetätigungselemente können vom elektrischen Ventilbetätigungstyp oder vom Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination davon sein. Die Einlass- und die Auslassventilzeitsteuerung können gleichzeitig ablaufen, oder es kann eine beliebige Möglichkeit von einer veränderlichen Ansaugnockenzeitsteuerung, einer veränderlichen Abgasnockenzeitsteuerung, einer dualen unabhängigen veränderlichen Nockenzeitsteuerung oder einer festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken aufweisen und eines oder mehrere von Nockenprofilschalt-(CPS)-, veränderlichen Nockenzeitsteuerungs-(VCT)-, veränderlichen Ventilzeitsteuerungs-(VVT)- und/oder veränderlichen Ventilhub-(VVL)-Systemen verwenden, die von der Steuereinrichtung 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein Ansaugventil, das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das durch Nockenbetätigung unter Einschluss von CPS und/oder VCT gesteuert wird, aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Ansaug- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder Ventilbetätigungssystem oder ein veränderliches Ventilzeitsteuerungsbetätigungselement oder Ventilzeitsteuerungsbetätigungssystem gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Kompressionsverhältnis aufweisen, welches das Verhältnis der Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 im unteren Zentrum und im oberen Zentrum befindet. Herkömmlich liegt das Kompressionsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Bei einigen Beispielen, wo unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden, kann das Kompressionsverhältnis jedoch erhöht werden. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn Kraftstoffe mit höheren Oktanzahlen oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch erhöht werden, falls eine Direkteinspritzung infolge ihrer Wirkung auf das Klopfen des Verbrennungsmotors verwendet wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung aufweisen. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 ansprechend auf das Funkenvorlaufsignal SA von der Steuereinrichtung 12 einen Zündfunken bereitstellen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch fortgelassen werden, beispielsweise dort wo der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzen von Kraftstoff, wie es bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann, einleiten kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern versehen sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist dargestellt, dass der Zylinder 14 zwei Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 aufweist. Der Kraftstoffeinspritzer 166 ist als direkt mit einem Zylinder 14 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff darin direkt proportional zur Pulsbreite des von der Steuereinrichtung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangenen Signals FPW-1 einzuspritzen. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 166 eine so genannte Direkteinspritzung (nachstehend als ”DI” bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Während 1 den Einspritzer 166 als einen Seiteneinspritzer zeigt, kann er sich auch über dem Kolben, wie in der Nähe der Position der Zündkerze 192, befinden. Eine solche Position kann infolge der geringeren Flüchtigkeit einiger alkoholbasierter Kraftstoffe das Mischen und die Verbrennung unterstützen, wenn der Verbrennungsmotor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird. Alternativ kann sich der Einspritzer oben und in der Nähe des Ansaugventils befinden, um das Mischen von Ansaugluft und eingespritztem Kraftstoff zu unterstützen. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 166 vom Kraftstoffsystem 172, einschließlich eines Kraftstofftanks, von Kraftstoffpumpen, eines Kraftstoffzuteilers und eines Treibers 168, zugeführt werden. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, wobei in diesem Fall die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstakts begrenzter sein kann als wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird. Ferner kann der Kraftstofftank, wenngleich dies in 1 nicht dargestellt ist, einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuereinrichtung 12 ein Signal bereitstellt.
Der Kraftstoffeinspritzer 170 ist dargestellt in einer Konfiguration, welche eine so genannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (nachstehend als ”PFI” bezeichnet) in den Luftansaugstutzen vor dem Zylinder 14 bereitstellt, im Ansaugdurchgang 146 statt im Zylinder 14 angeordnet. Der Kraftstoffeinspritzer 170 kann Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des von der Steuereinrichtung 12 über einen elektronischen Treiber 171 empfangenen Signals FPW-2 injizieren. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 170 durch das Kraftstoffsystem 172 zugeführt werden.
Der Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzer zugeführt werden. Beispielsweise kann jeder Einspritzer einen Teil einer Gesamtkraftstoffeinspritzung, welche im Zylinder 14 verbrannt wird, zuführen. Ferner können die Verteilung und/oder der relative Anteil des von jedem Einspritzer zugeführten Kraftstoffs von Betriebsbedingungen abhängen, wie nachstehend beschrieben wird. Die relative Verteilung des gesamten eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzern 166 und 170 kann als ein erstes Einspritzverhältnis bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Einspritzen einer größeren Kraftstoffmenge für ein Verbrennungsereignis über den (Saugrohr-)Einspritzer 170 ein Beispiel eines höheren ersten Verhältnisses der Saugrohr-zur-Direkteinspritzung sein, während das Injizieren einer größeren Kraftstoffmenge für ein Verbrennungsereignis über den (Direkt-)Einspritzer 166 ein kleineres erstes Verhältnis der Saugrohr-zur-Direkteinspritzung sein kann. Es sei bemerkt, dass es sich hierbei lediglich um Beispiele verschiedener Einspritzverhältnisse handelt und dass auch verschiedene andere Einspritzverhältnisse verwendet werden können. Zusätzlich ist verständlich, dass in das Saugrohr eingespritzter Kraftstoff während eines Ereignisses eines offenen Ansaugventils, eines Ereignisses eines geschlossenen Ansaugventils (beispielsweise im Wesentlichen vor einem Ansaugtakt, beispielsweise während eines Ausstoßtakts) sowie während eines Betriebs sowohl mit offenem als auch mit geschlossenem Ansaugventil zugeführt werden kann. Ähnlich kann direkt eingespritzter Kraftstoff beispielsweise während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Kompressionstakts zugeführt werden. Ferner kann der direkt eingespritzte Kraftstoff als eine einzige Einspritzung oder als mehrere Einspritzungen zugeführt werden. Dies kann mehrere Einspritzungen während des Kompressionstakts, mehrere Einspritzungen während des Ansaugtakts oder eine Kombination einiger direkter Einspritzungen während des Kompressionstakts und einiger während des Ansaugtakts einschließen. Wenn mehrere Direkteinspritzungen ausgeführt werden, kann die relative Verteilung des gesamten gerichteten eingespritzten Kraftstoffs zwischen einer Ansaugtakteinspritzung (Direkteinspritzung) und einer Kompressionstakteinspritzung (Direkteinspritzung) als zweites Einspritzverhältnis bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Einspritzen einer größeren Menge des direkt eingespritzten Kraftstoffs für ein Verbrennungsereignis während eines Ansaugtakts ein Beispiel eines höheren zweiten Verhältnisses der Ansaugtaktdirekteinspritzung sein, während das Einspritzen einer größeren Kraftstoffmenge für ein Verbrennungsereignis während eines Kompressionstakts ein Beispiel eines kleineren zweiten Verhältnisses der Ansaugtaktdirekteinspritzung sein kann. Es sei bemerkt, dass dies lediglich Beispiele verschiedener Einspritzverhältnisse sind und dass auch verschiedene andere Einspritzverhältnisse verwendet werden können. Ferner können die Einspritzverhältnisse auf der Grundlage einer oder mehrerer Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen in der Art der Verbrennungsmotorlast, der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit, des Kraftstoffsystemdrucks, der Verbrennungsmotortemperatur und dergleichen eingestellt werden. Auf diese Weise können entweder flüssige oder gasförmige Kraftstoffe oder beide in einem Verbrennungsmotorzylinder verbrannt werden.
Dabei kann selbst bei einem einzigen Verbrennungsereignis injizierter Kraftstoff bei verschiedenen Zeitsteuerungen von einem Saugrohreinspritzer und einem Direkteinspritzer eingespritzt werden. Ferner können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Kompressionstakts, des Ansaugtakts oder einer geeigneten Kombination davon ausgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Dabei kann jeder Zylinder seinen eigenen Satz von Ansaug-/Auslassventilen, eines Kraftstoffeinspritzers (von Kraftstoffeinspritzern), einer Zündkerze usw. aufweisen.
Die Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese umfassen Größenunterschiede, wobei beispielsweise ein Einspritzer ein größeres Einspritzloch als der andere aufweisen kann. Andere Unterschiede können unterschiedliche Sprühwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, ein unterschiedliches Zielen, eine unterschiedliche Einspritzzeitsteuerung, unterschiedliche Sprüheigenschaften, unterschiedliche Orte usw. einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. überdies können, abhängig vom Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzern 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erreicht werden. Überdies können die Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 jeweils einen oder mehrere Einspritzer für gasförmigen Kraftstoff für das Einspritzen gasförmigen Kraftstoffs und einen oder mehrere Einspritzer für flüssigen Kraftstoff für das Einspritzen flüssigen Kraftstoffs aufweisen.
Das Kraftstoffsystem 172 kann einen Kraftstofftank oder mehrere Kraftstofftanks aufweisen. Gemäß Ausführungsformen, bei denen das Kraftstoffsystem 172 mehrere Kraftstofftanks aufweist, können die Kraftstofftanks die gleichen Kraftstoffqualitäten enthalten oder Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten enthalten, wie unterschiedliche Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffmischungen und/oder Kombinationen davon usw. einschließen. Bei einem Beispiel könnten Kraftstoffe mit unterschiedlichen Alkoholgehalten Benzin, Ethanol, Methanol oder Alkoholmischungen, wie E85 (das aus etwa 85% Ethanol und 15% Benzin besteht) oder M85 (das aus etwa 85% Methanol und 15% Benzin besteht), einschließen. Andere Alkohol enthaltende Kraftstoffe könnten eine Mischung von Alkohol und Wasser, eine Mischung von Alkohol, Wasser und Benzin usw. sein. Bei einigen Beispielen kann das Kraftstoffsystem 172 einen Kraftstofftank aufweisen, der einen flüssigen Kraftstoff, wie Benzin, enthält und auch einen gasförmigen Kraftstoff, wie CNG, enthält. Die Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 können dafür ausgelegt sein, Kraftstoff vom selben Kraftstofftank, von verschiedenen Kraftstofftanks, von mehreren gleichen Kraftstofftanks oder von einem überlappenden Satz von Kraftstofftanks einzuspritzen. Wenngleich 1 den Kraftstoffeinspritzer 166 als einen Direktkraftstoffeinspritzer zeigt und den Kraftstoffeinspritzer 170 als einen Saugrohrkraftstoffeinspritzer zeigt, könnten die beiden Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 gemäß anderen Ausführungsformen als Saugrohrkraftstoffeinspritzer ausgelegt sein oder beide als Direktkraftstoffeinspritzer ausgelegt sein.
Die Steuereinrichtung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Ein-/Ausgabeports 108, ein elektronisches Speichermedium zum Ausführen von Programmen und Kalibrierwerten, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 110 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 112, einen Haltespeicher 114 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann verschiedene Signale von mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen empfangen, einschließlich einer Messung des induzierten Luftmassenstromes (MAF) von einem Luftmassensensor 122, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 118 gekoppelten Temperatursensor 116, eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 140 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor und eines Absolutkrümmerdrucksignals (MAP) von einem Sensor 124. Das Verbrennungsmotorgeschwindigkeitssignal RPM kann durch die Steuereinrichtung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Vakuums oder des Drucks im Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Ein Speichermedium in der Art des Nurlesespeichers 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche durch den Prozessor 106 ausführbare Befehle repräsentieren, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die vorweggenommen sind, jedoch nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen. Als Beispiel dienende Routinen, die von der Steuereinrichtung ausgeführt werden können, werden hier und mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Mehrzylinderverbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 dargestellt ist, weist die Verbrennungskraftmaschine 10 Zylinder 14 auf, die mit dem Ansaugdurchgang 144 und dem Auspuffdurchgang 148 gekoppelt sind. Der Ansaugdurchgang 144 kann eine Drossel 162 aufweisen. Der Auspuffdurchgang 148 kann die Emissionssteuervorrichtung 178 aufweisen. Das Steuersystem 13, welches die Steuereinrichtung 12 aufweist, kann Signale von verschiedenen Sensoren 16 und zusätzlichen in den 1 und 2 dargestellten Sensoren empfangen und Signale an verschiedene Betätigungselemente 81, einschließlich der in den 1 und 2 dargestellten zusätzlichen Betätigungselemente, ausgeben.
Die Zylinder 14 können als Teil eines Zylinderkopfs 201 ausgelegt sein. In 2 ist der Zylinderkopf 201 mit 4 Zylindern in einer Reihenkonfiguration dargestellt. Bei einigen Beispielen kann der Zylinderkopf 201 mehr oder weniger Zylinder, beispielsweise sechs Zylinder, aufweisen. Bei einigen Beispielen können die Zylinder in einer V-Konfiguration oder einer anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein.
Der Zylinderkopf 201 ist wie dargestellt mit dem Kraftstoffsystem 172 gekoppelt. Der Zylinder 14 ist, wie dargestellt, mit den Kraftstoffeinspritzern 166A und 166B sowie den Kraftstoffeinspritzern 170A und 170B gekoppelt. Wenngleich nur ein Zylinder als mit Kraftstoffeinspritzern gekoppelt dargestellt ist, ist zu verstehen, dass alle Zylinder 14, die im Zylinderkopf 201 enthalten sind, auch mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern gekoppelt sein können. Gemäß dieser als Beispiel dienenden Ausführungsform sind die Kraftstoffeinspritzer 166A und 166B als Direktkraftstoffeinspritzer dargestellt und sind die Kraftstoffeinspritzer 170A und 170B als Saugrohrkraftstoffeinspritzer dargestellt. Wenngleich in 2 nur zwei Direkteinspritzer und zwei Saugrohreinspritzer dargestellt sind, ist zu verstehen, dass der Verbrennungsmotor 10 mehr als zwei Direkteinspritzer und mehr als zwei Kraftstoffeinspritzer umfassen kann. Jeder Kraftstoffeinspritzer kann dafür ausgelegt sein, eine spezifische Menge gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs zu einem spezifischen Zeitpunkt im Verbrennungsmotorzyklus ansprechend auf Befehle von der Steuereinrichtung 12 zuzuführen. Ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzer können verwendet werden, um den Zylinder 14 während jedes Verbrennungszyklus verbrennbaren Kraftstoff zuzuführen. Die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs können als Funktion von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen gesteuert werden.
Das Kraftstoffsystem 172 weist einen Kraftstofftank 200 auf. Der Kraftstofftank 200 kann einen flüssigen Kraftstoff, wie Benzin, Dieselkraftstoff oder eine Benzin-Alkohol-Mischung (beispielsweise E10, E85, M15 oder M85) aufweisen und auch einen gasförmigen Kraftstoff, wie CNG, aufweisen. Der Kraftstofftank 200 kann dafür ausgelegt sein, flüssigen Kraftstoff und gasförmigen Kraftstoff zusammen bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck verglichen mit einer herkömmlichen CNG-Speicherung (beispielsweise 200–250 Atmosphären) zu speichern. Beispielsweise kann der gasförmige Kraftstoff bei einem Druck von 100 Atmosphären hinzugefügt werden. Auf diese Weise kann ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff gelöst werden. Bei 100 Atmosphären kann sich CNG in Benzin bis zu dem Punkt lösen, wo 40% der flüssigen Kraftstoffkomponente im Kraftstofftank 200 CNG sind. Der Kraftstofftank 200 kann einen Drucksensor 211, einen Temperatursensor 212 und einen Flüssigkeitsniveausensor 215 aufweisen. Bei einem Beispiel kann der Flüssigkeitsniveausensor einen Treibsensor umfassen. Ferner kann das Volumen des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank anhand des gemessenen Flüssigkeitsniveaus bestimmt werden.
Überdies kann, wenn ein gemischter Kraftstoff, wie ein flüssiger Kraftstoff und ein gasförmiger Kraftstoff, in einem Kraftstofftank gespeichert werden, das Gesamtvolumen des flüssigen Kraftstoffs den ursprünglichen flüssigen Kraftstoff plus einem Teil des im flüssigen Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs umfassen. Beispielsweise kann ein Kraftstofftank, der sowohl Dieselkraftstoff als auch Erdgas umfasst, im flüssigen Dieselkraftstoff gelöstes Erdgas aufweisen. Bei einem anderen Beispiel kann ein Kraftstofftank Erdgas und Benzin, einschließlich im Benzin gelösten Erdgases, umfassen. Die Menge des gelösten gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff kann anhand der Löslichkeit des gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff bestimmt werden. Ferner können die Menge des gasförmigen Kraftstoffs und die Menge des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank auf der Grundlage der Löslichkeit des gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff bestimmt werden.
Bekannte Verfahren zum Bestimmen der Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten können verwendet werden. Beispielsweise können Löslichkeitsparameter auf der Grundlage der gasförmigen Kraftstoffkomponenten und der flüssigen Kraftstoffkomponenten als Funktion der Kraftstofftanktemperatur und des Kraftstofftankdrucks bestimmt werden und können die Löslichkeitsparameter verwendet werden, um eine Schätzung der Menge des im flüssigen Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs zu berechnen. Bei einem anderen Beispiel können Löslichkeiten verschiedener gasförmiger Kraftstoffe in verschiedenen flüssigen Kraftstoffen empirisch als Funktion der Temperatur, des Drucks und der Kraftstoffzusammensetzung bestimmt werden, und diese Löslichkeitsdaten können in einem leicht zugänglichen Format in der Art von Löslichkeitstabellen und durch Auftragung von Löslichkeitskurven gespeichert werden. Weil Benzin und andere Kraftstoffe eine komplexe Mischung vieler chemischer Komponenten umfassen können, kann es schwieriger sein, Löslichkeitsparameter genau zu bestimmen, und das empirische Messen von Löslichkeiten eines ersten Kraftstoffs in einem zweiten Kraftstoff kann ein praktischerer Weg zum Bestimmen von Löslichkeiten sein.
Flüssiger Kraftstoff und/oder gasförmiger Kraftstoff können Zylindern 14 des Verbrennungsmotors 10 über die Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff und die Leitung 221 für gasförmigen Kraftstoff, die Kraftstoffzuteiler 205 und 206 und die Kraftstoffeinspritzer 166A, 166B, 170A und 170B vom Kraftstofftank 200 zugeführt werden. Bei einem Beispiel kann gasförmiger Kraftstoff vom Kraftstofftank 200 der Leitung 221 für gasförmigen Kraftstoff und dem Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff zugeführt werden. Dem Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff zugeführter gasförmiger Kraftstoff kann in den Zylinder 14 durch den Einspritzer 170B für gasförmigen Kraftstoff Saugrohreingespritzt werden, und er kann durch den Einspritzer 170A für flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 eingespritzt werden. Flüssiger Kraftstoff, einschließlich gelösten gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff, kann vom Kraftstofftank 200 durch Betätigen einer Kraftstoffhebepumpe 210 zugeführt werden. Die Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff kann mit einem unteren Teil des Kraftstofftanks 200 gekoppelt sein, um flüssigen Kraftstoff über die Kraftstoffhebepumpe 210 aus dem Kraftstofftank 200 zu ziehen. In einigen Fällen kann die Kraftstoffhebepumpe 210 aus dem Kraftstoffsystem 172 fortgelassen werden. Gemäß diesen Ausführungsformen kann der Druck des im Kraftstofftank 200 gespeicherten gasförmigen Kraftstoffs verwendet werden, um flüssigen Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 200 über die Kraftstoffleitung 220 in den Kraftstoffzuteiler 205 zu treiben. Gemäß Ausführungsformen, bei denen die Kraftstoffhebepumpe 210 fortgelassen ist, kann ein zusätzliches Ventil für flüssigen Kraftstoff mit der Kraftstoffleitung 220 gekoppelt sein, um den Fluss flüssigen Kraftstoffs durch die Kraftstoffleitung 220 zu steuern. Flüssiger Kraftstoff kann der Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff und dem Zuteiler 206 für flüssigen Kraftstoff zugeführt werden, wobei der flüssige Kraftstoff durch den Einspritzer 166A für flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 eingespritzt werden kann und/oder durch den Einspritzer 166B für flüssigen Kraftstoff in den Zylinder 14 Saugrohr-eingespritzt werden kann.
Bei einem Beispiel kann der Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff einen DI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff zum Direkteinspritzen gasförmigen Kraftstoffs über einen oder mehrere DI-Einspritzer 170A für gasförmigen Kraftstoff und einen PFI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff zur Saugrohreinspritzung gasförmigen Kraftstoffs über einen oder mehrere PFI-Einspritzer 170B für flüssigen Kraftstoff umfassen. Ferner kann der Zuteiler 206 für flüssigen Kraftstoff einen DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff zur Direkteinspritzung flüssigen Kraftstoffs über einen oder mehrere DI-Einspritzer 166A für flüssigen Kraftstoff und einen PFI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff zur Saugrohreinspritzung von flüssigem Kraftstoff über einen oder mehrere PFI-Einspritzer 166B für flüssigen Kraftstoff umfassen. Überdies kann eine DI-Pumpe für gasförmigen Kraftstoff vor dem DI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff bereitgestellt sein, um unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff dem DI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff zuzuführen. Ferner kann eine DI-Pumpe für flüssigen Kraftstoff vor dem DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff bereitgestellt sein, um unter Druck stehenden flüssigen Kraftstoff dem DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff zuzuführen. Überdies kann eine einzige DI-Kraftstoffpumpe verwendet werden, um sowohl gasförmigen als auch flüssigen Kraftstoff zuzuführen. Wenngleich dies in 2 nicht dargestellt ist, kann die DI-Pumpe für flüssigen Kraftstoff eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe sein, welche ein durch eine Solenoidspule aktiviertes Einlassrückschlagventil, einen Kolben und ein Auslassrückschlagventil zum Zuführen unter einem hohen Druck stehenden flüssigen Kraftstoffs zum DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff umfasst. Die Einspritzung flüssigen Kraftstoffs über die DI-Einspritzpumpe für flüssigen Kraftstoff kann den Kolben der DI-Pumpe für flüssigen Kraftstoff schmieren, wodurch die Abnutzung und die Verschlechterung der Pumpe verringert wird und der NVH-Wert der Pumpe verringert wird.
Auf diese Weise kann im flüssigen Kraftstoff gelöster gasförmiger Kraftstoff als flüssiger Kraftstoff in den Zylinder 14 eingespritzt werden. Ferner kann der gasförmige Kraftstoff über die Einspritzer 170A und 170B für gasförmigen Kraftstoff getrennt vom flüssigen Kraftstoff in den Zylinder 14 eingespritzt werden. Mit anderen Worten kann der gasförmige Kraftstoff nur durch Einspritzer für gasförmigen Kraftstoff eingespritzt werden und kann der flüssige Kraftstoff nur durch Einspritzer für flüssigen Kraftstoff eingespritzt werden. Ferner kann nur gasförmiger Kraftstoff durch Ausschalten der Einspritzung flüssigen Kraftstoffs eingespritzt werden oder kann nur flüssiger Kraftstoff durch Ausschalten der Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs eingespritzt werden. Der gasförmige Kraftstoff kann als nicht einschränkende Beispiele komprimiertes Erdgas (CNG) und Methan umfassen, während der flüssige Kraftstoff als nicht einschränkende Beispiele Benzin und Diesel umfassen kann.
Beispielsweise kann die Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs erhöht werden, weil gasförmiger Kraftstoff kostengünstiger sein kann, eine geringere Kohlenstoffintensität aufweisen kann (beispielsweise weniger CO₂ erzeugen kann), eine höhere Oktanzahl haben kann und dergleichen als der flüssige Kraftstoff. Bei hohen Verbrennungsmotorlasten (insbesondere wenn gasförmiger Kraftstoff durch ein Saugrohr eingespritzt wird) kann das Einspritzen nur gasförmigen Kraftstoffs ohne Einspritzen flüssigen Kraftstoffs jedoch die Betriebsfähigkeit des Verbrennungsmotors verringern, weil der gasförmige Kraftstoff Luft verdrängen kann (beispielsweise Ansaugluft in den Zylinder und/oder am Ansaugluftdurchgang eintritt). Demgemäß kann das Einspritzen in flüssigem Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs bei Verbrennungsmotorlasten, die größer als eine Schwellenlast sind, vorgenommen werden. Ferner kann bei Verbrennungsmotorlasten, die größer als eine Schwellenlast sind, und wenn die Saugrohrkraftstoffeinspritzung eingeschaltet ist, eine Einspritzung in flüssigem Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs erfolgen.
Bei einem anderen Beispiel kann das Einspritzen flüssigen Kraftstoffs eine verstärkte Kühlung und Schmierung der DI-Einspritzer und/oder der DI-Kraftstoffpumpe in Bezug auf eine Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs bereitstellen. Dabei kann das Einspritzen in flüssigem Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs erfolgen, wenn eine erhöhte Kühlung und Schmierung der DI-Einspritzer und/oder der DI-Kraftstoffpumpe geschieht.
Das Kraftstoffsystem 172 ist wie dargestellt mit einem Wiederauftanksystem 250 gekoppelt. Das Wiederauftanksystem 250 kann durch ein Tankzugangsventil 218 mit dem Kraftstofftank 200 gekoppelt sein. Das Tankzugangsventil 218 kann mit einer Wiederauftankzuleitung 260 gekoppelt sein. Die Wiederauftankzuleitung 260 kann einen Hochdruck-Wiederauftankstutzen 255 aufweisen. Der Hochdruck-Wiederauftankstutzen 255 kann dafür ausgelegt sein, eine Pumpdüse für unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff oder eine Kraftstoffpumpdüse, die dafür ausgelegt ist, eine vorab unter Druck gesetzte Mischung flüssigen Kraftstoffs und gasförmigen Kraftstoffs zuzuführen, aufzunehmen. In einigen Fällen kann ein zweiter Hochdruck-Wiederauftankstutzen aufgenommen werden, um eine Kompatibilität mit mehr als einem Typ einer Hochdruck-Kraftstoffpumpdüse zu ermöglichen.
Der Zugang zum Hochdruck-Wiederauftankstutzen 255 kann durch ein Wiederauftankschloss 257 geregelt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wiederauftankschloss 257 ein Kraftstoffkappenverriegelungsmechanismus sein. Der Kraftstoffkappenverriegelungsmechanismus kann dafür ausgelegt sein, eine Kraftstoffkappe automatisch in einer geschlossenen Position zu verriegeln, so dass die Kraftstoffkappe nicht geöffnet werden kann. Beispielsweise kann die Kraftstoffkappe durch das Wiederauftankschloss 257 verriegelt bleiben, während der Druck im Kraftstofftank größer als ein Schwellenwert ist. Ein Kraftstoffkappenverriegelungsmechanismus kann eine Verriegelung oder eine Kupplung sein, die, wenn sie in Eingriff gebracht ist, die Entfernung der Kraftstoffkappe verhindert. Die Verriegelung oder Kupplung kann elektrisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Solenoidspule, oder sie kann mechanisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Druckmembran.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wiederauftankschloss 257 ein Füllrohrventil sein, das sich an einer Mündung der Wiederauftankzuleitung 260 befindet. Gemäß diesen Ausführungsformen kann das Wiederauftankschloss 257 das Einführen einer Wiederauftankpumpe in die Wiederauftankzuleitung 260 verhindern. Das Füllrohrventil kann elektrisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Solenoidspule, oder mechanisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Druckmembran.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wiederauftankschloss 257 ein Wiederauftankklappenschloss in der Art einer Verriegelung oder einer Kupplung sein, welche eine Wiederauftankklappe schließt, welche sich in einer Karosserieplatte des Fahrzeugs befindet. Das Wiederauftankklappenschloss kann elektrisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Solenoidspule, oder mechanisch verriegelt werden, beispielsweise durch eine Druckmembran.
Bei Ausführungsformen, bei denen das Wiederauftankschloss 257 unter Verwendung eines elektrischen Mechanismus verriegelt wird, kann das Wiederauftankschloss 257 durch Befehle von der Steuereinrichtung 12 entriegelt werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das Wiederauftankschloss 257 unter Verwendung eines mechanischen Mechanismus verriegelt wird, kann das Wiederauftankschloss 257 durch einen Druchgradienten entriegelt werden.
Die Wiederauftankzuleitung 260 kann mit einer Niederdruck-Wiederauftankzuleitung 280 gekoppelt sein. Die Niederdruck-Wiederauftankzuleitung 280 kann mit einem Ausgleichstank 270 gekoppelt sein. Der Ausgleichstank 270 kann einen Niederdruck-Wiederauftankstutzen 265 und einen Flüssigkeitssensor 275 aufweisen. Die Niederdruck-Wiederauftankzuleitung 280 kann eine Kraftstoffpumpe 285 und ein Rückschlagventil 290 aufweisen. Die Kraftstoffpumpe 285 kann nur dann arbeiten, wenn der Druck des Kraftstofftanks unterhalb eines Schwellenwerts liegt, und nur dann arbeiten, wenn sich flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank 270 befindet, wie durch den Flüssigkeitssensor 275 erfasst wird. Auf diese Weise kann die Kraftstoffpumpe 285 kein Luft-/Kraftstoffgemisch in den Kraftstofftank 200 pumpen. Ferner kann die Kraftstoffpumpe 285, wenn der Druck im Kraftstofftank einen Schwellenwert erreicht, durch die Steuereinrichtung 12 abgeschaltet werden, wodurch bewirkt wird, dass sich flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank 270 ansammelt. Dies kann bewirken, dass eine Abgabedüse von unter einem niedrigen Druck stehenden flüssigen Kraftstoff in Eingriff mit dem Niederdruck-Wiederauftankstutzen 265 gelangt, so dass sie sich selbst abschaltet. Der Zugang zum Wiederauftankstutzen 265 kann durch ein Wiederauftankschloss 267 geregelt werden. Das Wiederauftankschloss 267 kann eines der für das Wiederauftankschloss 257 beschriebenen Beispiele umfassen. Die Wiederauftankschlösser 257 und 267 können ferner unterschiedliche Mechanismen aufweisen.
Auf diese Weise kann ein Kraftstoffsystem Folgendes umfassen: einen Kraftstofftank an Bord eines Fahrzeugs, wobei der Kraftstofftank einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff, die darin gespeichert sind, umfasst, einen Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs und einen Temperatursensor sowie einen am Kraftstofftank positionierten Drucksensor und eine Steuereinrichtung mit ausführbaren Befehlen, um während einer ersten Bedingung das Volumen des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank mit dem Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs zu messen, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst, den Druck des Kraftstofftanks mit dem Drucksensor auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs zu messen, das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank zu berechnen, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, die Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff auf der Grundlage der Temperatur und des Drucks zu bestimmen und auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Menge des ersten Kraftstoffs und die Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank zu bestimmen. Die erste Bedingung kann einen Fall einschließen, bei dem eine Kraftstofftanktemperaturänderung größer als eine Schwellenkraftstofftanktemperaturänderung ist. Die erste Bedingung kann einen Fall einschließen, bei dem eine Kraftstofftankdruckänderung größer als eine Schwellenkraftstofftankdruckänderung ist. Ferner kann der erste Kraftstoff Benzin einschließen und kann der zweite Kraftstoff Erdgas einschließen.
3 zeigt ein als Beispiel dienendes Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben eines Verbrennungsmotorsystems und eines Kraftstoffsystems. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuerstrategie der Steuereinrichtung 12 des Steuersystems 13 ausgeführt werden. Wenngleich das Verfahren 300 hier ferner für den Fall eines einzigen Kraftstofftanks beschrieben wird, kann das Verfahren 300 auch auf den Fall mehr als eines Kraftstofftanks angewendet werden, wobei die Mengen eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs in mehreren Kraftstofftanks bestimmt werden. Ferner können die Kraftstofftypen in jedem Kraftstofftank verschieden sein.
Das Verfahren 300 beginnt bei 310, wo Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen in der Art der Verbrennungsmotoreinschaltbedingung (EOC), der Verbrennungsmotortemperatur, des Kraftstoffsystemdrucks, des Verbrennungsmotordrehmoments, der Verbrennungsmotorlast, der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit (RPM) und dergleichen gemessen und/oder geschätzt werden. Das Verfahren 300 wird bei 320 fortgesetzt, wo verschiedene Kraftstoffsystembedingungen geschätzt und/oder gemessen werden können, wie die Kraftstofftanktemperatur, der Kraftstofftankdruck, das Kraftstofftankflüssigkeitsniveau und dergleichen. Ferner kann die Steuereinrichtung 12 diese gemessenen und/oder geschätzten Beträge verwenden, um verwandte Parameter in der Art des Kraftstofftankflüssigkeitsvolumens, des Volumens des in den Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoffs, der Verbrennungsmotoreinschaltzeit, einer Änderung des Kraftstofftankdrucks und einer Änderung der Kraftstofftanktemperatur und dergleichen zu berechnen.
Das Verfahren 300 wird bei 330 fortgesetzt, wo es feststellt, ob eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt ist. Die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank kann durch eine oder mehrere Bedingungen des Verbrennungsmotors und/oder des Kraftstoffsystems erfüllt werden. Falls der Kraftstofftank beispielsweise gerade wiederaufgefüllt wurde, kann die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil sich die Zusammensetzung der Kraftstoffe im Kraftstofftank geändert haben kann. Das Wiederauffüllen des Kraftstofftanks kann die Feststellung, dass sich das Kraftstoffniveau im Kraftstofftank von einem zuvor gemessenen Kraftstoffniveau um mehr als einen Schwellenbetrag erhöht hat, oder dass der Druck im Kraftstofftank um einen Schwellenbetrag von einem zuvor gemessenen Druck angestiegen ist, umfassen. Bei einem weiteren Beispiel kann, falls der Verbrennungsmotor gerade eingeschaltet wurde, die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil der Bediener dann jedes Mal wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet wird, über die Menge der im Kraftstofftank verbleibenden Kraftstoffe benachrichtigt werden kann. Die Kenntnis der Menge der im Kraftstofftank verbleibenden Kraftstoffe kann dem Bediener dabei helfen, zu entscheiden, ob während einer anstehenden Fahrt des Fahrzeugs ein Wiederauffüllen des Tanks erforderlich ist.
Ferner kann, falls die verstrichene Zeit seit der vorhergehenden Quantifizierung des Kraftstoffs im Kraftstofftank größer als eine Schwellenzeit ist, die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil während der verstrichenen Zeit eine erhebliche Kraftstoffmenge verbraucht worden sein kann, so dass die Menge der Kraftstoffe im Kraftstofftank aktualisiert werden kann. Falls eine Änderung des Kraftstofftankdrucks größer als eine Schwellendruckänderung ist oder eine Änderung der Kraftstofftanktemperatur größer als eine Schwellentemperaturänderung ist, kann die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil eine Menge eines ersten Kraftstoffs und/oder eine Menge eines zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank verbraucht worden sein kann oder während eines Nachfüllens hinzugefügt worden sein kann. Beispielsweise kann der Druck im Kraftstofftank während eines Wiederauffüllens des Tanks mit Erdgas zunehmen. Ferner kann die Kraftstofftanktemperatur infolge der Druckerhöhung des Tanks während eines Wiederauffüllens zunehmen. Überdies kann die Kraftstofftanktemperatur zunehmen, wenn sich ein Verbrennungsmotor aufwärmt oder wenn die Umgebungstemperatur zunimmt, wodurch die Löslichkeit gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff verringert wird und das Volumen des flüssigen Kraftstoffs verringert wird und der Druck des Kraftstofftanks erhöht wird.
Falls das Volumen des in den Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoffs nach dem Quantifizieren der Kraftstoffe im Kraftstofftank größer als ein Schwellenvolumen ist, kann die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil die Menge des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank erheblich abgenommen haben kann. Falls das Volumen der Flüssigkeit im Kraftstofftank ferner kleiner als ein Schwellenvolumen ist, kann die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt sein, weil das Risiko eines Ausgehens des Kraftstoffs im Kraftstofftank erhöht sein kann, was die Fahrbarkeit des Fahrzeugs und seine Betriebsfähigkeit verringern kann.
Falls bei 330 die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank nicht erfüllt ist, wird das Verfahren 300 bei 334 fortgesetzt, wo dem Bediener eine Angabe der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank bereitgestellt wird, ohne dass die Löslichkeit von Kraftstoff₂ in Kraftstoff₁ neu berechnet wird. Weil eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit bei 330 nicht erfüllt ist, kann die Änderung des Volumens des im Kraftstoff₁ gelösten Kraftstoffs₂ seit der vorhergehenden Löslichkeitsmessung des Kraftstoff₂ im Kraftstoff₁ verglichen mit dem Fall, in dem die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit bei 330 erfüllt ist, sehr klein sein. Dabei kann eine Bedienerangabe der Mengen des Kraftstoffs₁ und des Kraftstoffs₂ im Kraftstofftank auf der vorhergehenden Löslichkeitsmessung (beispielsweise im vorhergehenden Fall, wenn die Bedingung für das Quantifizieren des Kraftstoffs erfüllt war), dem Kraftstofftankdruck und dem Volumen des flüssigen Kraftstoffs (beispielsweise auf der Grundlage eines Kraftstofflöslichkeitsniveausensors) beruhen.
Nach 334 wird das Verfahren 300 bei 338 fortgesetzt, wobei der Verbrennungsmotorbetrieb auf der Grundlage der Menge des Kraftstoffs₁ und der Menge des Kraftstoffs₂ eingestellt wird. Bei 338 beruhen die Mengen des Kraftstoffs₁ und des Kraftstoffs₂ nur auf der vorhergehenden Löslichkeit des Kraftstoffs₂ im Kraftstoff₁, als eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit zuletzt erfüllt war. Weil die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit nicht erfüllt ist, kann die vorhergehende Löslichkeit eine genaue Angabe der aktuellen Kraftstofflöslichkeit sein, weil der Verbrennungsmotor bereits eingeschaltet ist, die Änderung der Temperatur und des Drucks des Kraftstofftanks seit dem letzten Mal als eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit erfüllt war, kleiner als eine Schwellenänderung ist, das Volumen des eingespritzten Kraftstoffs seit dem letzten Mal als eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit erfüllt war, kleiner als ein Schwellenvolumen ist, die verstrichene Zeit seit dem letzten Mal als eine Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit erfüllt war, kleiner als eine Schwellenzeit ist, das Volumen der Flüssigkeit im Kraftstofftank größer als ein Schwellenvolumen ist und dergleichen.
Um zu 330 zurückzukehren, sei bemerkt, dass, falls die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstofflöslichkeit im Kraftstofftank erfüllt ist, das Verfahren 300 bei 340 fortgesetzt wird, wo es das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank auf der Grundlage des gemessenen Flüssigkeitsniveaus berechnet. Bei einem Beispiel kann das Volumen des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank auf der Grundlage des gemessenen Flüssigkeitsniveaus berechnet werden. Das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank kann dann durch Subtrahieren des Volumens des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank vom Gesamtkraftstofftankvolumen berechnet werden. Das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs kann eine Mischung des ersten Kraftstoffdampfs und des zweiten Kraftstoffs, beispielsweise von Benzindampf bzw. Erdgas, umfassen.
Die Konzentration von Benzindampf kann jedoch verglichen mit der Konzentration von Erdgas in der Gasphase vergleichsweise sehr niedrig sein, so dass der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen aus gasförmigem Erdgas bestehen kann. Demgemäß kann das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs dem Volumen eines zweiten Kraftstoffs in der Gasphase im Kraftstofftank entsprechen. Demgemäß kann die Menge des zweiten Kraftstoffs in der Gasphase anhand des Volumens des gasförmigen Kraftstoffs bestimmt werden.
Als nächstes wird das Verfahren 300 bei 350 fortgesetzt, wo es die Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff bestimmt. Im Fall eines gemischten Kraftstoffs (beispielsweise mehr als ein Kraftstofftyp und/oder mehr als ein Kraftstoffphasentyp) kann das Flüssigkeitsvolumen ein Volumen eines ersten Kraftstoffs und ein Volumen eines im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoffs umfassen. Die Löslichkeit gasförmiger Kraftstoffe, wie Methan und Erdgas, in flüssigen Kraftstoffen, wie Benzin oder Diesel, hängt von der Temperatur, vom Druck und von der Kraftstoffzusammensetzung ab. Beispielsweise kann, wenn die Temperatur zunimmt und/oder der Druck abnimmt, die Löslichkeit eines gasförmigen Kraftstoffs in einem flüssigen Kraftstoff abnehmen. Umgekehrt kann die Löslichkeit eines gasförmigen Kraftstoffs in einem flüssigen Kraftstoff zunehmen, wenn die Temperatur abnimmt und/oder der Druck zunimmt. Die Löslichkeitseigenschaften der gasförmigen Kraftstoffe in flüssigen Kraftstoffen können offline über einen breiten Bereich von Temperaturen und Drücken und für einen breiten Bereich von Kraftstofftypen und/oder Kombinationen vorgegeben und/oder gemessen werden. Beispielsweise kann ein flüssiger Kraftstoff Benzin verschiedener Qualitäten (beispielsweise Ethanolgehalt, Oktanzahl, Butangehalt und dergleichen) oder Diesel (beispielsweise gewöhnlichen Diesel, Biodiesel und dergleichen) und dergleichen umfassen. Ferner kann ein gasförmiger Kraftstoff Erdgas, Methan, Propan, Butan und dergleichen umfassen. Beispielsweise kann ein erster Kraftstoff einen oder mehrere flüssige Kraftstoffe, wie Benzin und/oder Diesel, umfassen und kann ein zweiter Kraftstoff einen gasförmigen Kraftstoff, wie Erdgas oder Methan, umfassen. Durch Tabellieren der gemessenen vorgegebenen Löslichkeiten gasförmiger Kraftstoffe in flüssigen Kraftstoffen und Speichern der Löslichkeitstabellen als Funktion der Temperatur und des Drucks in einer an Bord vorhandenen Fahrzeugsteuereinrichtung kann die Löslichkeit eines gasförmigen Kraftstoffs in einem flüssigen Kraftstoff bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck des Kraftstoffs an Bord eines Fahrzeugs bestimmt werden. Beispielsweise kann bei einer bekannten Kraftstofftanktemperatur und einem bekannten Kraftstofftankdruck die Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs in einem ersten Kraftstoff im Kraftstofftank bestimmt werden. Die als Beispiel dienende Auftragung bei 350 des Verfahrens 300 zeigt als Beispiel dienende Löslichkeitsdaten für einen zweiten Kraftstoff in einem ersten Kraftstoff über einen Bereich von Drücken und Temperaturen. Bei einem weiteren Beispiel können auf dem Fachgebiet bekannte Löslichkeitsmodelle oder bekannte Verfahren für die Kurvenanpassung angewendet werden, um bei der Interpolation und Extrapolation vorgegebener Löslichkeitsdaten zu helfen. Auf diese Weise kann die Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs in einem ersten Kraftstoff in einfacher Weise geschätzt werden, ohne die Herstellungskomplexität und die Herstellungskosten zu erhöhen, beispielsweise für die Installation komplexer Kraftstoffzusammensetzungssensoren.
Als nächstes wird das Verfahren 300 bei 360 fortgesetzt, wo auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Menge eines ersten Kraftstoffs und die Menge eines zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank bestimmt werden können. Beispielsweise kann bei bekannter Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Konzentration des zweiten Kraftstoffs im Volumen des flüssigen Kraftstoffs berechnet werden. Ferner kann die Menge des zweiten Kraftstoffs im Volumen des flüssigen Kraftstoffs auf der Grundlage der Konzentration des zweiten Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff berechnet werden. Dementsprechend kann die Menge des ersten Kraftstoffs durch Subtrahieren der Menge des zweiten Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff vom Volumen des flüssigen Kraftstoffs berechnet werden. Ferner kann die Menge des zweiten Kraftstoffs durch Addieren der Menge des zweiten Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff zur anhand des bei 340 bestimmten Volumens des gasförmigen Kraftstoffs berechneten Menge des zweiten Kraftstoffs bestimmt werden.
Als nächstes kann das Verfahren 300 bei 370 dem Fahrzeug eine Angabe der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank bereitstellen. Beispielsweise kann das Verfahren 300 Kraftstoffmessanzeigen und/oder Warnleuchten/-töne zum Warnen vor einem niedrigen Kraftstoffstand auf einer Bedienerkonsole aktualisieren, um einen Bediener über die Mengen jedes Kraftstofftyps in einem oder mehreren Kraftstofftanks zu benachrichtigen. Auf diese Weise kann ein Bediener einen Fahrtweg auf der Grundlage der Mengen jedes Kraftstofftyps einstellen. Falls die Mengen eines oder mehrerer Kraftstofftypen beispielsweise gering sind, kann der Bediener einen Fahrtweg verkürzen oder den Kraftstofftank wiederauffüllen. Auf diese Weise kann das Verfahren 300 die Betriebsfähigkeit und Fahrbarkeit des Fahrzeugs erhöhen, weil es das Risiko des Ausgehens des Kraftstoffs im Kraftstofftank während der Fahrt verringern kann. Ferner kann ein Bediener auf der Grundlage der Menge jedes Kraftstofftyps im Kraftstofftank eine Wiederauftankstrategie anpassen. Falls der Druck im Kraftstofftank niedrig ist oder falls die Menge des gasförmigen Kraftstoffs gering ist, kann ein Kraftstofftank beispielsweise an einer Niederdruck-Wiederauftankstation statt an einer Hochdruck-Wiederauftankstation wiederaufgefüllt werden, wodurch die Kraftstoffkosten verringert werden und die Bequemlichkeit für den Fahrzeugbediener erhöht wird.
Als nächstes kann das Verfahren 300 bei 380 den Verbrennungsmotorbetrieb auf der Grundlage der Menge eines ersten Kraftstoffs und der Menge eines zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank einstellen. Beispielsweise kann ein erster Kraftstoff ein anderes Klopfverhalten, andere Kraftstoffkosten und eine andere Kraftstoffwirtschaftlichkeit haben als ein zweiter Kraftstoff. Beispielsweise kann Erdgaskraftstoff kostengünstiger sein als Benzin und kann der Verbrennungsmotorbetrieb eingestellt werden, um in erster Linie Erdgaskraftstoff einzuspritzen und zu verbrennen, wenn die Erdgasmenge in einem Kraftstofftank höher ist. Bei einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotorbetrieb während eines Kaltstarts eingestellt werden, um in erster Linie Erdgas einzuspritzen, um Kohlenwasserstoffemissionen zu verringern. Bei einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotorbetrieb eingestellt werden, um in erster Linie Erdgas statt Benzin zu injizieren, um das Klopfen des Verbrennungsmotors zu verringern. Das Einstellen des Verbrennungsmotorbetriebs kann ferner das Einstellen eines veränderlichen Ventils und/oder einer Nockenzeitsteuerung, der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit (beispielsweise unter Einschluss des Einstellens einer Getriebegangschaltstrategie), des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und dergleichen einschließen, um die Fahrbarkeit des Fahrzeugs beizubehalten oder zu verbessern.
Auf diese Weise kann durch Identifizieren der Menge des Kraftstoffs₁ und des Kraftstoffs₂ im Kraftstofftank auf der Grundlage der Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Menge des Kraftstoffs₁ und des Kraftstoffs₂ genauer bestimmt werden als in dem Fall, in dem die Mengen des Kraftstoffs₁ und des Kraftstoffs₂ im Kraftstofftank nicht auf der Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff beruhen.
Wenngleich beim als Beispiel dienenden Verfahren 300 zwei Kraftstoffe beschrieben werden, kann das Verfahren 300 auch auf mehr als zwei Kraftstofftypen angewendet werden. Beispielsweise kann ein erster Kraftstofftank Benzin und Erdgas enthalten und kann ein zweiter Kraftstofftank Benzin mit einer höheren Oktanzahl und Erdgas enthalten. Bei einem anderen Beispiel kann ein zweiter Kraftstofftank Benzin und Propan enthalten. Andere als Beispiel dienende Kraftstoffkombinationen können auch bereitgestellt werden, wie vorstehend beschrieben wurde.
Auf diese Weise kann ein Verfahren folgende Schritte umfassen: an Bord eines Fahrzeugs, Identifizieren des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Tank auf der Grundlage des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in dem Tank, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst und der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, und Identifizieren der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Tank auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff. Das Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen: Einstellen eines ersten Kraftstoffpegelindikators auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs im Kraftstofftank und Einstellen eines zweiten Kraftstoffpegelindikators auf der Grundlage der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank. Das Messen des Volumens des flüssigen Kraftstoffs kann das Messen des Volumens des ersten Kraftstoffs und des Volumens des im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoffs umfassen. Das Verfahren kann ferner das Messen einer Kraftstofftanktemperatur und das Messen eines Kraftstofftankdrucks umfassen. Ferner kann das Bestimmen der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Bezugnahme auf vorgegebene Löslichkeitsdaten des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff auf der Grundlage der Kraftstofftanktemperatur und des Kraftstofftankdrucks umfassen. Überdies kann der erste Kraftstoff eines oder mehrere von Benzin, Alkohol und Dieselkraftstoff umfassen. Überdies kann der zweite Kraftstoff eines oder mehrere von Methan, Propan, Butan und Erdgas umfassen.
Das Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen: Einstellen des Betriebs eines Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs, die im Kraftstofftank gespeichert sind. Das Verfahren kann ferner folgenden Schritt umfassen: Einstellen eines Wiederauftankvorgangs für ein Kraftstoffsystem auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs, die im Kraftstofftank gespeichert sind. Ferner kann der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen aus dem zweiten Kraftstoff bestehen.
Auf diese Weise kann ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren folgende Schritte umfassen: Bestimmen der Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs in einem ersten Kraftstoff, Bestimmen der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs in einem Kraftstofftank auf der Grundlage der Löslichkeit und Einstellen erster und zweiter Kraftstoffindikatoren auf der Grundlage der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank. Das Bestimmen der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank kann Folgendes umfassen: Messen des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in einem Kraftstofftank, wobei der flüssige Kraftstoff den ersten Kraftstoff und den im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoff umfasst, und auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs, Berechnen des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst. Die erste Bedingung kann einen Fall umfassen, in dem eine Kraftstofftanktemperaturänderung größer als eine Schwellenkraftstofftanktemperaturänderung ist. Ferner kann die erste Bedingung einen Fall umfassen, in dem eine Kraftstofftankdruckänderung größer als eine Schwellenkraftstofftankdruckänderung ist. Überdies kann die erste Bedingung einen Fall umfassen, in dem ein Kraftstofftank wiederaufgefüllt wird. Überdies kann die erste Bedingung umfassen, dass ein Verbrennungsmotor eingeschaltet wird.
4 zeigt eine als Beispiel dienende Zeitleiste 400 für das Betreiben eines Verbrennungsmotorsystems und eines Kraftstoffsystems, welches einen gasförmigen Kraftstoff und einen flüssigen Kraftstoff umfasst. Die Zeitleiste 400 weist Zeitleisten für Folgendes auf: eine Bedingung für das Quantifizieren von Kraftstoffen 410, einen Verbrennungsmotorstatus 420, eine Kraftstofftanktemperaturdifferenz 430, seit Kraftstoff durch das Verfahren 300 zuletzt quantifiziert wurde, die Menge eines ersten Kraftstoffs 440, des Kraftstoffs₁, im Kraftstofftank, die Menge eines zweiten Kraftstoffs 450, des Kraftstoffs₂, im Kraftstofftank, die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffs₁ 460 und die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffs₂ 470. Auch dargestellt sind eine Schwellentemperaturdifferenz 434, eine Schwellenmenge des Kraftstoffs₁ 444 und eine Schwellenmenge des Kraftstoffs₂ 454. Bei dem in der Zeitleiste 400 dargestellten Beispiel kann der Kraftstoff₁ einen flüssigen Kraftstoff, wie Benzin, repräsentieren und kann der Kraftstoff₂ einen gasförmigen Kraftstoff, wie Erdgas, repräsentieren.
Zur Zeit t1 wird der Verbrennungsmotorstatus von AUS zu EIN geschaltet, so dass eine Bedingung für das Quantifizieren von Kraftstoffen erfüllt ist, wie durch 410 dargestellt ist. Weil der Verbrennungsmotor eingeschaltet wird, beginnt sich der Verbrennungsmotor aufzuwärmen, und die Kraftstofftemperatur beginnt anzusteigen, wobei sie nach der Zeit t1 um ΔT ansteigt 430. Ferner können die Menge des Kraftstoffs₁ 440 und die Menge des Kraftstoffs₂ 450 auf der Grundlage des gemessenen Volumens des flüssigen Kraftstoffs, des berechneten Volumens des gasförmigen Kraftstoffs und der Löslichkeit von Kraftstoff₂ in Kraftstoff₁ im Volumen des flüssigen Kraftstoffs entsprechend der Kraftstofftanktemperatur und dem Kraftstofftankdruck, wie vorstehend durch das Verfahren 300 beschrieben, bestimmt werden.
Wie in der Zeitleiste 400 dargestellt ist, ist die Menge sowohl des Kraftstoffs₁ als auch des Kraftstoffs₂ hoch und größer als eine Schwellenmenge des Kraftstoffs₁ 444 bzw. eine Schwellenmenge des Kraftstoffs₂ 454. Dabei kann der Verbrennungsmotorbetrieb eingestellt werden, um während des Kaltstarts in erster Linie den Kraftstoff₂ (beispielsweise Erdgas) einzuspritzen, um Verbrennungsmotoremissionen zu verringern. Ferner kann die Steuereinrichtung, weil die Kosten von Erdgas geringer als die Kosten von Benzin sein können, den Verbrennungsmotor weiter durch Einspritzen in erster Linie von Erdgas in Bezug auf Benzin betreiben, um Kraftstoffkosten zu verringern. Kurz nach der Zeit t1 wurde die Bedingung für das Quantifizieren der Kraftstoffe auf NEIN zurückgesetzt, weil die Menge des Kraftstoffs₁ und die Menge des Kraftstoffs₂ bestimmt worden sind.
Als nächstes nimmt zur Zeit t2 die Temperaturdifferenz ΔT 430 seit dem vorhergehenden Quantifizieren der Kraftstoffe im Kraftstofftank über einen Schwellenwert ΔT 434 zu. Dabei ist eine Bedingung für das Quantifizieren von Kraftstoffen erfüllt. Wie vorstehend beschrieben wurde, können die Menge des Kraftstoffs₁ 440 und die Menge des Kraftstoffs₂ 450 auf der Grundlage des gemessenen Volumens des flüssigen Kraftstoffs, des berechneten Volumens des gasförmigen Kraftstoffs und der Löslichkeit des Kraftstoffs₂ im Kraftstoff₁ im Volumen des flüssigen Kraftstoffs entsprechend der Kraftstofftanktemperatur und dem Kraftstofftankdruck gemäß dem Verfahren 300 bestimmt werden. Zur Zeit t2 hat die Menge des Kraftstoffs₂ 450 (beispielsweise Erdgas) unter eine Schwellenmenge des Kraftstoffs₂ 454 abgenommen, während die Menge des Kraftstoffs₁ (beispielsweise Benzin) über einer Schwellenmenge des Kraftstoffs₁ 444 bleibt. Ansprechend darauf kann die Steuereinrichtung 12 den Verbrennungsmotorbetrieb einstellen, um die Einspritzung des Kraftstoffs₂ zu verringern 470 und die Einspritzung des Kraftstoffs₁ in den Verbrennungsmotor zu erhöhen 460. Ferner kann die Steuereinrichtung 12 eine Angabe der Menge des Kraftstoffs₁ und der Menge des Kraftstoffs₂ dem Bediener beispielsweise durch Kraftstofftank-Kraftstoffmessanzeigen bereitstellen. Ansprechend darauf kann der Bediener die Kraftstoffwiederauffüllstrategie und/oder den Fahrtweg einstellen. Beispielsweise kann der Fahrzeugbediener, nachdem ihm eine Angabe einer geringen Menge des Kraftstoffs₂ bereitgestellt wurde, einen geplanten Fahrtweg verkürzen, um den Kraftstofftank wiederaufzufüllen. Ferner kann, weil die Menge des Kraftstoffs₂ gering ist, der Druck im Kraftstofftank niedrig sein, so dass eine Niederdruck-Wiederauffüllstation verwendet werden kann, um dadurch die Wiederauftankkosten zu verringern.
Es sei bemerkt, dass als Beispiel dienende Steuer- und Schätzroutinen, die hier aufgenommen sind, mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die Steuerverfahren und Routinen, die hier offenbart sind, können als ausführbare Befehle im nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, interruptgetriebener, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen darstellen. Dabei können verschiedene der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient einer einfachen Erläuterung und Beschreibung. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen können, abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Steuersystem des Verbrennungsmotors zu programmieren ist.
Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxermotoren und andere Typen von Verbrennungsmotoren angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden, speziell dar. Diese Ansprüche können ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder die Entsprechung davon betreffen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.

Claims

Verfahren, welches folgende Schritte umfasst: an Bord eines Fahrzeugs, Identifizieren des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Tank auf der Grundlage des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in dem Tank, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst und der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, und Identifizieren der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Tank auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner folgenden Schritt umfasst: Einstellen eines ersten Kraftstoffpegelindikators auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs im Kraftstofftank und Einstellen eines zweiten Kraftstoffpegelindikators auf der Grundlage der Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen des Volumens des flüssigen Kraftstoffs das Messen des Volumens des ersten Kraftstoffs und des Volumens des im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoffs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Messen einer Kraftstofftanktemperatur und das Messen eines Kraftstofftankdrucks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Bezugnahme auf vorgegebene Löslichkeitsdaten des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff auf der Grundlage der Kraftstofftanktemperatur und des Kraftstofftankdrucks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kraftstoff eines oder mehrere von Benzin, Alkohol und Dieselkraftstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Kraftstoff eines oder mehrere von Methan, Propan, Butan und Erdgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner folgenden Schritt umfasst: Einstellen des Betriebs eines Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs, die im Kraftstofftank gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner folgenden Schritt umfasst: Einstellen eines Wiederauftankvorgangs für ein Kraftstoffsystem auf der Grundlage der Menge des ersten Kraftstoffs und der Menge des zweiten Kraftstoffs, die im Kraftstofftank gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen aus dem zweiten Kraftstoff besteht.
Verbrennungsmotorbetriebsverfahren, welches während einer ersten Bedingung folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Löslichkeit eines zweiten Kraftstoffs in einem ersten Kraftstoff, Bestimmen der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs in einem Kraftstofftank auf der Grundlage der Löslichkeit und Einstellen erster und zweiter Kraftstoffindikatoren auf der Grundlage der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen der Mengen des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank Folgendes umfasst: Messen des Volumens eines flüssigen Kraftstoffs in einem Kraftstofftank, wobei der flüssige Kraftstoff den ersten Kraftstoff und den im ersten Kraftstoff gelösten zweiten Kraftstoff umfasst, und auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs, Berechnen des Volumens eines gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, in dem eine Kraftstofftanktemperaturänderung größer als eine Schwellenkraftstofftanktemperaturänderung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, in dem eine Kraftstofftankdruckänderung größer als eine Schwellenkraftstofftankdruckänderung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, in dem ein Kraftstofftank wiederaufgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, dass ein Verbrennungsmotor eingeschaltet wurde.
Kraftstoffsystem, welches Folgendes umfasst: einen Kraftstofftank an Bord eines Fahrzeugs, wobei der Kraftstofftank einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff, die darin gespeichert sind, umfasst, einen Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs und einen Temperatursensor sowie einen am Kraftstofftank positionierten Drucksensor und eine Steuereinrichtung mit ausführbaren Befehlen, um, während einer ersten Bedingung, das Volumen des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank mit dem Sensor für das Niveau flüssigen Kraftstoffs zu messen, wobei der flüssige Kraftstoff einen ersten Kraftstoff und einen zweiten Kraftstoff umfasst, den Druck des Kraftstofftanks mit dem Drucksensor zu messen, die Temperatur des Kraftstofftanks mit dem Temperatursensor zu messen, auf der Grundlage des Volumens des flüssigen Kraftstoffs das Volumen des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstofftank zu berechnen, wobei der gasförmige Kraftstoff im Wesentlichen den zweiten Kraftstoff umfasst, die Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff auf der Grundlage des Drucks und der Temperatur zu bestimmen und auf der Grundlage der Löslichkeit des zweiten Kraftstoffs im ersten Kraftstoff die Menge des ersten Kraftstoffs und die Menge des zweiten Kraftstoffs im Kraftstofftank zu bestimmen.
System nach Anspruch 17, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, in dem eine Kraftstofftanktemperaturänderung größer als eine Schwellenkraftstofftanktemperaturänderung ist.
System nach Anspruch 17, wobei die erste Bedingung einen Fall umfasst, in dem eine Kraftstofftankdruckänderung größer als eine Schwellenkraftstofftankdruckänderung ist.
System nach Anspruch 17, wobei der erste Kraftstoff Benzin umfasst und der zweite Kraftstoff Erdgas umfasst.