DE102014216176A1

DE102014216176A1 - System und verfahren zum verbessern des betriebs eines flüssig-gas verbrennenden motors

Info

Publication number: DE102014216176A1
Application number: DE102014216176.2A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US9322355B2; CN104421028A; US20150047610A1; RU152589U1; CN104421028B

Abstract

Ein Verfahren und System zum Verbessern des Betriebs eines Motors werden präsentiert, dem ein Kraftstoff zugeführt wird, der eine niedrige kritische Temperatur aufweist. In einem Beispiel führt das Verfahren Kraftstoff zu, um eine Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe zu kühlen und an der Verbrennung in einem Motorzylinder teilzunehmen, nachdem der Kraftstoff verdampft wird. Das Verfahren sieht auch das Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs in den Motorzylinder über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe vor.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Verbessern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, der mit Flüssiggas betrieben wird. Das Verfahren kann für Motoren besonders nützlich sein, die aufgeladen werden, um mit einem Ansaugdruck über Umgebungsdruck zu arbeiten.
Flüssiggas (LPG) kann als Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor verwendet werden. LPG kann primär aus Propan bestehen, und es hat eine relativ niedrige superkritische Temperatur von etwa 96°C. Wenn LPG auf höhere Temperaturen angehoben wird als seine kritische Temperatur, kann es Motoren in einer unbekannten Dichte zugeführt werden, irgendwo zwischen einem gasförmigen und flüssigen Zustand. Wenn LPG dem Motor bei niedrigeren Temperaturen als seiner kritischen Temperatur zugeführt wird, kann es dem Motor über Kraftstoffinjektoren in einem flüssigen Zustand zugeführt werden. LPG in einer Flüssigphase tritt aus einem Kraftstoffinjektor aus und tritt mit großer Schnelligkeit in einen gasförmigen Zustand über. Die Zufuhr von LPG in einem flüssigen Zustand kann zweckmäßig sein, da flüssiger Kraftstoff direkt einem Zylinder zugeführt werden kann, wo er verdampft und das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemisch kühlt, so dass der Motor eine zusätzliche Frühzündung tolerieren und weniger zu einem Motorklopfen neigen kann. Motorraumtemperaturen können jedoch Niveaus erreichen, die höher sind als die kritische Temperatur von LPG. Dementsprechend kann es Bedingungen geben, wenn LPG den Zustand auf superkritisch wechselt, bevor es in den Motor eingespritzt wird. Das Einspritzen einer gewünschten Kraftstoffmenge wird aufgrund der unbekannten Fluiddichte schwierig. Die Zustandsänderung des Kraftstoffs von einem flüssigen zu einem superkritischen Fluid kann zu Fehlern im Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis führen.
Die Erfinder haben hierin die oben angegebenen Nachteile festgestellt und ein Verfahren zum Betreiben eines Motors entwickelt, umfassend: Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mit einem flüssigen Kraftstoff, wobei der flüssige Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird.
Durch das Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe, oder einer Kraftstoffpumpe und eines Kraftstoffverteilers, mit einem Kraftstoff, der nicht von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird, kann es möglich sein, dem Motor Kraftstoff in bekannten Zuständen zuzuführen, so dass die Möglichkeit von Luft-Kraftstoff-Fehlern reduziert werden kann. Beispielsweise verdampft ein Kraftstoff, der die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und/oder den Kraftstoffverteiler kühlt, und kann in den Motor über einen Saugrohr-Kraftstoffinjektor eingespritzt werden. Andererseits kann Kraftstoff, der durch die gekühlte Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird, direkt in Motorzylinder über Direktinjektoren eingespritzt werden. Auf diese Weise kann dem Motor Kraftstoff in bekannten Zuständen zugeführt werden, so dass die Kraftstoffeinspritzzeit eingestellt werden kann, um ein gewünschtes Verhältnis von Luft und Kraftstoff für den Motor vorzusehen. In einem Beispiel kann der gasförmige Kraftstoff dem Motor zugeführt werden, wenn die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur hoch genug ist, um von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpten Kraftstoff zu verdampfen. Flüssiger Kraftstoff kann dem Motor zugeführt werden, wenn die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur niedrig genug ist, um den Kraftstoff durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in einem flüssigen Zustand zu pumpen.
Um eine gewünschte Menge einer Kühlung unter der Motorhaube zu erzielen, kann das Motorsystem den ersten Teil davon durch Kraftstoff über Dampf beziehen. Während sich der Dampfeinspritzdruck aufgrund der Kraftstoffkühlung senkt, kann der Rest der Kraftstoffzufuhr über das Flüssigeinspritzsystem (z.B. Direkt-Kraftstoffeinspritzung) bezogen werden. Während Bedingungen, bei denen eine maximale Motorleistung gewünscht wird, kann die Motorleistung erhöht werden, indem fast der gesamte, dem Motor zugeführte Kraftstoff als Flüssigkeit in die Motorzylinder eingespritzt wird. Für heiße Bedingungen unter der Motorhaube, wo die Kraftstoffdurchflussrate niedrig ist, kann der gesamte Kraftstoff, der an den Motor bereitgestellt wird, in einem gasförmigen Zustand eingespritzt werden. Ferner kann bei kalten Umgebungstemperaturen der gesamte Kraftstoff als Flüssigkeit eingespritzt werden. Zusätzlich tritt zu jeder Zeit eine Dampfeinspritzung auf, ebenso wie eine Verdampfungskühlung der Direkteinspritzpumpe und/oder des Direkteinspritzverteilers. Bei hohen Kraftstoffdurchsatzraten, wo das Einspritzverfahren primär flüssig ist, tritt eine Direkteinspritz-Pumpen- und Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerkühlung durch das Ersetzen des heißen Kraftstoffs durch kühleren Kraftstoff aus dem Kraftstofftank auf.
Die vorliegende Erfindung kann einige Vorteile bieten. Insbesondere kann der Lösungsansatz Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfehler reduzieren, indem ermöglicht wird, dass Kraftstoff in einem bekannten Zustand eingespritzt wird. Ferner kann der Lösungsansatz eine große Wärmemenge von einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe über die Förderung einer Verdampfungskühlung abführen. Darüber hinaus kann der Lösungsansatz auch die Weise verbessern, in der das Aufladen eines Motors vorgesehen wird.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung einfach hervor, die allein oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.
Es ist klar, dass die obige Zusammenfassung vorgesehen wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll nicht Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, der einzig durch die Ansprüche definiert wird, die der detaillierten Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementationen begrenzt, die beliebige oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile lösen.
Die hier beschriebenen Vorteile werden durch das Lesen eines Beispiels einer Ausführungsform, das hier als detaillierte Beschreibung bezeichnet wird, allein oder mit Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Motors ist;
2 ein beispielhaftes System zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Motor ist;
3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben des Motors ist; und
4 eine beispielhafte vorhergesagte Motorbetriebssequenz gemäß dem Verfahren von 3 ist.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf die Verbesserung des Betriebs eines Motors, der LPG verbrennt. Der Motor kann in einem System umfasst sein, wie es in 1 beschrieben ist. Kraftstoff kann dem Motor über ein wie in 2 beschriebenes Kraftstoffsystem zugeführt werden. LPG kann einem Motor in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand gemäß dem Verfahren von 3 zugeführt werden. Das Verfahren von 3 kann einen wie in 4 gezeigten Motorbetrieb vorsehen.
Mit Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen einer in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Motorsteuereinheit 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert ist und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 ist kommunizierend mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 gezeigt. Das Einlass- und Auslassventil können jeweils durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Zeiteinstellung des Einlassnockens 51 und Auslassnockens 53 kann relativ zur Kurbelwelle 40 über einen Auslassnocken-Phasenverschieber 38 und einen Einlassnocken-Phasenverschieber 39 bewegt werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Ein Direkt-Kraftstoffinjektor 67 ist gezeigt, der positioniert ist, um flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was Fachleuten als Direkteinspritzung bekannt ist. Der Kraftstoffinjektor 67 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals von der Steuereinheit 12. Kraftstoff wird an den Kraftstoffinjektor 67 durch ein Kraftstoffsystem (2) geliefert, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler umfasst. Auch gasförmiger Kraftstoff kann dem Zylinder 30 über einen Saugrohr-Kraftstoffinjektor 66 zugeführt werden. Zusätzlich ist ein Ansaugkrümmer 44 kommunizierend mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 gezeigt, die eine Position der Drosselplatte 64 einstellt, um den Luftstrom von einem Lufteinlass 42 zum Ansaugkrümmer 44 zu steuern.
Ein Turboladerkompressor 162 komprimiert Luft vom Lufteinlass 42, bevor die Luft dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Der Turboladerkompressor 162 dreht sich über Motorabgasenergie, die der Turbine 164 zugeführt wird. Eine Welle 161 koppelt den Turboladerkompressor 162 mechanisch mit der Turbine 164. Ein Nebenschlussventil 72 kann selektiv geöffnet und geschlossen werden, um eine Geschwindigkeit des Kompressors 162 zu steuern. Das Nebenschlussventil 72 gestattet, dass Abgase an einer Turbine 164 in einem Nebenschlusszweig vorbeigeführt werden, wenn sich der Kompressor 162 einer oberen Kompressorgeschwindigkeit nähert.
Ein verteilerloses Zündsystem 88 sieht als Reaktion auf die Steuereinheit 12 einen Zündfunken für die Verbrennungskammer 30 über eine Zündkerze 92 vor. Ein Universal-Abgassauerstoff-(UEGO-)sensor 126 ist gekoppelt mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts vom Katalysator 70 gezeigt. Alternativ dazu kann ein Zweizustands-Abgassauerstoffsensor für den UEGO-Sensor 126 eingesetzt werden.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrfache Katalysatorziegel umfassen. In einem weiteren Beispiel können mehrfache Emissionssteuervorrichtungen, jeweils mit mehrfachen Ziegeln, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Katalysator vom Dreiweg-Typ sein.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs/Ausgangs-Ports 104, einen Nurlesespeicher 106, einen Speicher 108 mit wahlfreiem Zugriff, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinheit 12 ist gezeigt, wie sie verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfängt, zusätzlich zu den vorstehend diskutierten Signalen, die umfassen: Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der mit einer Kühlmanschette 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der mit einem Gaspedal 130 gekoppelt ist, zum Abfühlen der Kraft, die mit dem Fuß 132 ausgeübt wird; eine Messung des Motorverteilerdrucks (MAP) vom Drucksensor 122, der mit dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 abfühlt; eine Messung der in den Motor eindringenden Luftmasse vom Sensor 120, und eine Messung der Drosselklappenposition vom Sensor 58. Der Barometerdruck kann auch abgefühlt werden (Sensor nicht gezeigt) zur Verarbeitung für die Steuereinheit 12. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorherbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Motorgeschwindigkeit (UPM) bestimmt werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, serielle Konfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen eingesetzt werden, beispielsweise ein V- oder I-Konfigurationsmotor.
Während des Betriebs wird jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 typischerweise einem Vier-Hub-Zyklus unterzogen: der Zyklus umfasst den Einlasshub, den Kompressionshub, den Expansionshub und den Auslasshub. Während des Einlasshubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54, und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird in die Verbrennungskammer 30 über den Ansaugkrümmer 44 eingebracht, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um so das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe beim Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z.B. wenn die Verbrennungskammer 30 ihr größtes Volumen hat), wird typischerweise von Fachleuten als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um so die Luft innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten beim Zylinderkopf befindet (z.B. wenn die Verbrennungskammer 30 ihr kleinstes Volumen hat), wird typischerweise von Fachleuten als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der hier im Nachstehenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingebracht. In einem Prozess, der hier im Nachstehenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie eine Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Expansionshubs schieben die expandierenden Gase den Kolben 36 zurück an den BDC. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Achse um. Schließlich öffnet sich während des Auslasshubs das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück.
Es ist zu beachten, dass das Obige nur als Beispiel gezeigt ist, und dass die Einlassund Auslassventil-Öffnungs- und/oder -Schließzeiten variieren können, um so eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele vorzusehen.
Mit Bezugnahme auf 2 wird nun ein beispielhaftes Kraftstoffsystem gezeigt. Elektrische Steuerleitungen sind als gestrichelte Linien gezeigt. Fluidische Durchlässe oder Leitungen sind als durchgehende Linien gezeigt.
Das Kraftstoffsystem 200 enthält einen Kraftstofftank 224 zum Speichern von LPG. Im Kraftstofftank 224 gespeicherter Kraftstoff kann über die Hebepumpe 222 aus dem Kraftstofftank 224 gepumpt werden. Der Betrieb der Hebepumpe 222 wird von der Steuereinheit 12 gesteuert. Beispielsweise kann die Steuereinheit 12 das angewiesene Kraftstoffvolumen über eine steigende Spannung oder einen Strom erhöhen, welche bzw. welcher der Hebepumpe 222 zugeführt wird, wodurch der Hebepumpen-Leistungsdruck erhöht wird. Die Steuereinheit 12 kann das angewiesene Kraftstoffvolumen über das Senken der Spannung oder des Stroms verringern, welche bzw. welcher der Hebepumpe 222 zugeführt wird, wodurch der Hebepumpen-Leistungsdruck reduziert wird. Die Hebepumpe führt LPG der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 über einen Kraftstoffdurchlass oder eine Leitung 260 zu. Die Hebepumpe führt LPG auch dem Verdampfer 214 zu, um eine Außenseite 213 der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 zu kühlen. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 ist gänzlich innerhalb des Verdampfers 214 eingeschlossen gezeigt. In anderen Beispielen kann jedoch nur ein Bereich der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 innerhalb des Verdampfers 214 eingeschlossen sein. LPG kann innerhalb des Verdampfers verdampfen, wenn LPG auf die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 trifft. LPG kühlt die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 über eine Verdampfungskühlung. Zusätzlich zur Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe kann der Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler innerhalb eines Verdampfers eingehüllt oder eingeschlossen sein. Dem den Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler umgebenden Verdampfer kann Kraftstoff zugeführt werden, der eine Außenseite des Kraftstoffverteilers bedeckt, so dass Wärme den den Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler umgebenden Kraftstoff in gasförmigen Kraftstoff umwandeln kann. So kann der Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler auf ähnliche Weise wie die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gekühlt werden.
Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 kann dem Kraftstoffverteiler 207 und den Direkt-Kraftstoffinjektoren 67 flüssigen Kraftstoff zuführen, wenn eine Temperatur der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 niedriger ist als eine Schwellentemperatur. Durch das Zuführen von flüssigem Kraftstoff in den Motor können die Motoreffizienz und -leistung verbessert werden, da der Motor eine größere Frühzündung und einen höheren Ladedruck tolerieren kann. Der flüssige Kraftstoff ändert seinen Zustand in gasförmigen Kraftstoff innerhalb des Motorzylinders, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder gekühlt wird. Die niedrigere Zylinderladedrucktemperatur ermöglicht, dass ein Funken zum minimalen Funken für ein bestes Drehmoment (MBT) vorgesetzt wird, verglichen mit der Funkenzeiteinstellung für den gleichen Kraftstoff, der in einem gasförmigen Zustand eingespritzt wird. Ein optionales Rückschlagventil 251 kann selektiv geöffnet und geschlossen werden. Das Öffnen des Rückschlagventils 251 ermöglicht, dass Kraftstoff in den Kraftstofftank 224 und die Kraftstoffdurchlässe 270 zurückgeführt wird. In einigen Beispielen kann LPG im Kraftstoffdurchlass 267 oder Kraftstoffverteiler 207 verdampfen, nachdem die Motordrehung gestoppt wird und die Motorwärme zunimmt. Daher kann das Rückschlagventil 251 geöffnet werden, um gasförmigen Kraftstoff aus dem Abgabeweg von flüssigem Kraftstoff abzuführen.
Gasförmiger Kraftstoff, der über eine Verdampfungskühlung gebildet wird, kann Saugrohr-Kraftstoffinjektoren 66 über den Kraftstoffdurchlass oder die Leitung 265 zugeführt werden. Die Öffnungs- und Schließzeiten der Injektoren 66 können als Reaktion auf einen Ausgang eines Drucksensors 250 eingestellt werden, um eine gewünschte Menge an LPG in der Gasphase vorzusehen.
Die Steuereinheit 12 betreibt das Rückschlagventil 251 und veranlasst dadurch, dass sich der Kraftstoffverteiler 207 mit flüssigem Kraftstoff füllt (z.B. wenn die Kraftstofftemperatur im Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler 207 größer ist als eine Schwellentemperatur). Die Steuereinheit 12 betreibt auch ein Verdampferkühlventil 210, um LPG einem äußeren Bereich 213 der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 zuzuführen. Die Steuereinheit 12 betreibt auch selektiv die Direkt-Kraftstoffinjektoren 67 und Saugrohr-Kraftstoffinjektoren 66. Zusätzlich stellt die Steuereinheit 12 ein Einlass-Durchflussteuerventil der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 212 ein, um den Ausgangsdruck der Direkteinspritzpumpe zu steuern.
So sieht das System von 1 und 2 ein Motorsystem vor, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder aufweist; einen Saugrohr-Kraftstoffinjektor, der dem Zylinder Kraftstoff zuführt; einen Direkt-Kraftstoffinjektor, der dem Zylinder Kraftstoff zuführt; und eine Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe, die dem Direkt-Kraftstoffinjektor einen ersten Kraftstoff zuführt, wobei wenigstens ein Teil der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe innerhalb eines Verdampfers positioniert ist. Gegebenenfalls kann das System einen Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler umfassen, der in einem thermischen Kontakt mit einem Hohlraum eines Verdampfers steht, so dass der Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler bewirkt, dass das LPG, welches den Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler umgibt, verdampft und so eine Kühlung vorsieht, wenn der Kraftstoffdampf vom Motor über Saugrohr-Kraftstoffinjektoren aufgenommen wird. Das Motorsystem umfasst ferner eine Steuereinheit, welche Steuereinheit ausführbare Instruktionen, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, zum Steuern des Durchflusses des ersten Kraftstoffs umfasst, um die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe zu kühlen, wobei der erste Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird und der erste Kraftstoff wenigstens einen Bereich einer Außenseite der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe umgibt. Das Motorsystem umfasst ferner zusätzliche Instruktionen zum Einstellen der Leistung der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe. Das Motorsystem umfasst ferner zusätzliche Instruktionen zum Betreiben einer Hebepumpe, die der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe den ersten Kraftstoff zuführt. Das Motorsystem umfasst ferner zusätzliche Instruktionen zum Betreiben der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und Pumpen eines zweiten Kraftstoffs in den Direkt-Kraftstoffinjektor über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe, und wobei der erste Kraftstoff und der zweite Kraftstoff ein gleicher Kraftstofftyp sind. Das Motorsystem umfasst ferner zusätzliche Instruktionen zum Einspritzen des ersten Kraftstoffs über den Saugrohr-Kraftstoffinjektor. Das Motorsystem umfasst ferner zusätzliche Instruktionen, um das Aufladen des Motors auf der Basis des Einspritzens von Kraftstoff über den Saugrohr-Kraftstoffinjektor zu begrenzen, und Instruktionen, um das Aufladen des Motors auf der Basis des Einspritzens von Kraftstoff über den Direkt-Kraftstoffinjektor zu begrenzen.
Nun wird mit Bezugnahme auf 3 ein Verfahren zum Betreiben eines Motors gezeigt. Das Verfahren von 3 kann als ausführbare Instruktionen im nicht-transitorischen Speicher der Steuereinheit 12 gespeichert werden. Zusätzlich kann das Verfahren 3 die in 4 gezeigte Betriebssequenz vorsehen.
Es kann wünschenswert sein, dass ein Kraftstoffsystem für vom Fahrer angeforderte hohe Drehmomente bereit ist, so dass dem Fahrer das angeforderte Drehmoment geliefert werden kann. Zusätzlich kann, falls die LPG-Temperatur nahe bei der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe oder dem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler in der Nähe der superkritischen Temperatur liegt, dann Kraftstoff vom Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler zum Kraftstofftank zurückgeführt werden, um den Kraftstoff zu kühlen.
Es kann jedoch effizienter sein, Kraftstoff im Kraftstofftank über eine Verdampfungskühlung zu kühlen, bevor der Kraftstoff dem Direktinjektor zugeführt wird. Der verdampfte Kraftstoff kann in den Motor über das Saugrohr eingespritzt werden, um Wärme aus dem Kraftstoffsystem abzuführen. So kann es zweckmäßig sein, einen Teil des LPG in den Motor in einer Flüssigphase einzuspritzen, während ein zusätzlicher Teil des LPG in den Motor in einer Gasphase eingespritzt wird. Falls die Kraftstofftemperatur an der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe oder dem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler bei oder nahe bei superkritisch ist, wird der Kraftstoff zum Kraftstofftank zurückgeführt. Das Rückführen des Kraftstoffs zum Kraftstofftank kann für Zeiten wie einen Motorstart reserviert werden, wenn es zweckmäßig ist, Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffverteiler zu entfernen. Das Verfahren von 3 sieht die Zufuhr von Kraftstoff zum Motor auf diese Weise vor.
Bei 302 bestimmt das Verfahren 300 Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung, Motordrehmoment, Motorkühlmitteltemperatur, Motorzylinderkopftemperatur, Kraftstoffdruck und Umgebungstemperatur. Das Verfahren 300 geht zu 304 weiter, nachdem die Motorbetriebsbedingungen bestimmt sind.
Bei 304 beurteilt das Verfahren 300, ob ein Pegel des Flüssigphasen-LPG-Kraftstoffs, welcher einem Verdampfer zugeführt wird, der wenigstens einen Bereich eines äußeren Bereichs einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe umschließt, niedriger ist als (L.T.) eine Schwellenmenge an Kraftstoff. In einem Beispiel basiert der Pegel von Flüssigphasen-CNG auf einem Ausgang eines Kraftstoffpegelsensors. Falls das Verfahren 300 beurteilt, dass der Pegel von CNG in der Flüssigphase oder im flüssigen Zustand niedrig ist als ein Schwellenpegel, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 306 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 308 weiter.
Bei 306 erhöht das Verfahren 300 die Zufuhr von flüssigem CNG zum Verdampfer durch das Öffnen oder Erhöhen des Öffnungsbetrags des Verdampferkühlventils 210. Zusätzlich kann die Leistung einer Hebepumpe 222 als Reaktion auf eine Anforderung erhöht werden, den Kraftstoffpegel im Verdampfer zu erhöhen. Das Verfahren 300 geht zu 308 weiter, nachdem der Zustrom von LPG in den Verdampfer 214 erhöht wird.
Bei 308 beurteilt das Verfahren 300, ob eine Temperatur des Kraftstoffs an den Direktinjektoren größer ist als eine erste Schwellentemperatur. In einem Beispiel kann die erste Schwellentemperatur eine kritische Temperatur des Kraftstoffs sein. In einem weiteren Beispiel kann die erste Schwellentemperatur eine Temperatur sein, die niedriger ist als die kritische Temperatur des Kraftstoffs um eine vorherbestimmte Temperatur (z.B. 10°C niedriger als die kritische Temperatur von LPG (96°C)). Falls das Verfahren 300 beurteilt, dass die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren größer ist als (G.T.) die erste Schwellentemperatur, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 310 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 312 weiter.
Bei 310 führt das Verfahren 300 Kraftstoff an den Direktinjektoren zum Kraftstofftank zurück. In einem Beispiel wird ein Kraftstoffrückschlagventil geöffnet, und Kraftstoff wird nach dem Passieren eines Kondensators zum Kraftstofftank zurückgeführt. Der Kondensator kühlt jegliche Kraftstoffdämpfe, so dass die Kraftstoffdämpfe in einen flüssigen Zustand zurückkehren. Das Verfahren 300 geht zu 311 weiter, nachdem der Kraftstoff zum Kraftstofftank zurückgeführt wird.
Bei 311 beurteilt das Verfahren 300, ob ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment größer als ein Schwellendrehmomentniveau ist. Falls dies zutrifft, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 336 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 312 weiter. Zusätzlich kann das Verfahren 300 die Saugrohr-Kraftstoffinjektoren als Reaktion darauf deaktivieren, dass das vom Fahrer angeforderte Drehmoment größer ist als das Schwellendrehmoment. Das vom Fahrer angeforderte Drehmoment kann über eine Position eines Gaspedals oder einen Befehl der Steuereinheit bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine Priorität vorgesehen werden, dem Motor flüssiges LPG bei höheren Motorbelastungen zuzuführen.
Bei 312 beurteilt das Verfahren 300, ob eine Temperatur einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe größer ist als eine zweite Schwellentemperatur. In einem Beispiel kann die zweite Schwellentemperatur der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe eine Kraftstoffpumpentemperatur sein, von der bestimmt wird, dass sie LPG-Kraftstoff veranlasst, von einem flüssigen Zustand zu einem Dampf zu wechseln, wenn das LPG durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird. Ferner wird in einigen Beispielen die Temperatur des an die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gelieferten flüssigen LPG mit einem geschätzten Temperaturanstieg zum Pumpen von LPG durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe addiert, um zu bestimmen, ob das von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpte LPG die zweite Schwellentemperatur (z.B. die kritische Temperatur des Kraftstoffs oder eine Temperatur unter der kritischen Temperatur) überschreiten wird. Falls LPG beispielsweise bei 94°C an die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe geliefert wird, und ein Temperaturanstieg von 5°C für das LPG, das durch die Kraftstoffpumpe hindurchgeht, bei der aktuellen Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur und Kraftstoffdurchflussrate erwartet wird, ist die Temperatur größer als die zweite Schwellentemperatur. Falls das Verfahren 300 beurteilt, dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur größer ist als (G.T.) die zweite Schwellentemperatur, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 314 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 312 weiter.
Bei 314 spritzt das Verfahren 300 gasförmigen Kraftstoff in den Motor über Saugrohr-Injektoren ein. Der gasförmige Kraftstoff ist Kraftstoff, welcher in einem Verdampfer verdampft wird, der die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe aufnimmt (z.B. 1 und 2). Flüssigphasen-LPG wird in den Verdampfer gepumpt, und Wärme von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe kann das LPG verdampfen. Kraftstoff, der verdampft, kann in den Motor bei einem geregelten Druck gepumpt werden. Verdampftes LPG wird verwendet, um den Motor zu betreiben, wenn die Phase oder der Zustand von aus der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe austretendem Kraftstoff gasförmig oder unbestimmt sein kann. Das Verfahren 300 geht zu 316 weiter, nachdem die gasförmige Kraftstoffeinspritzung in den Motor beginnt.
Bei 316 stoppt das Verfahren 300 das Einspritzen von Kraftstoff in die Motorzylinder, wenn Kraftstoff direkt in die Motorzylinder eingespritzt wird. Die Direkt-Kraftstoffeinspritzung kann über das Schließen der Direktinjektoren gestoppt werden. Zusätzlich kann die Durchflussrate von Kraftstoff durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe auf nahezu Null reduziert werden. Das Reduzieren der Menge an Kraftstoff, die durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird, kann helfen, die Kraftstofftemperatur an der Kraftstoffpumpe weiter zu reduzieren. Das Verfahren 300 geht zu 318 weiter, nachdem die Direktkraftstoffeinspritzung in den Motor gestoppt wird.
Bei 318 stellt das Verfahren 300 eine Kraftstoffdurchflussrate zu einem Verdampfer ein. Der dem Verdampfer und der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe zugeführte Kraftstoff ist der gleiche Kraftstofftyp (z.B. LPG). In einem Beispiel wird die Durchflussrate von Kraftstoff, der dem Verdampfer zugeführt wird, um einen äußeren Bereich der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe zu kühlen, proportional zur Menge an Kraftstoff eingestellt, die in den Motor eingespritzt wird. Alternativ dazu kann die Durchflussrate von Kraftstoff, der dem Verdampfer zugeführt wird, auf der Basis eines Pegels von Kraftstoff im Kraftstoffverdampfer eingestellt werden. Die Hebepumpenleistung wird eingestellt, um eine Menge an flüssigem Kraftstoff im Verdampfer zu halten. Kraftstoff in der Gasphase wird in den Motor über das Saugrohr eingespritzt. Das Verfahren 300 geht zu 320 weiter, nachdem die Kraftstoffdurchflussrate in den Verdampfer eingestellt wird.
Bei 320 kühlt das Verfahren 300 die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe über flüssigen Kraftstoff, der dem Verdampfer zugeführt wird. Der Kraftstoff, der in den Verdampfer eintritt, wird nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt. Stattdessen verdampft Wärme von der Kraftstoffpumpe den Kraftstoff im Verdampfer, und der verdampfte Kraftstoff wird in den Motor eingespritzt oder zum Kraftstofftank zurückgeführt, nachdem er durch einen Kondensator hindurchgeht. Flüssiges LPG innerhalb des Verdampfers und außerhalb der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe verdampft und führt Wärme von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe ab, wodurch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gekühlt wird, so dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe LPG pumpen kann, ohne das LPG zu verdampfen. Das Verfahren 300 geht zu 322 weiter, nachdem die Kühlung der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe beginnt.
Bei 322 reduziert das Verfahren 300 das Aufladen des Motors (z.B. Luftdruck, der dem Motoransaugkrümmer oder einem Bereich zwischen der Drosselklappe und einem Kompressor zugeführt wird) auf der Basis von verdampftem LPG, das in den Motor eingespritzt wird. Die Aufladegrenze des Motors ist reduziert verglichen mit dem Aufladen, das für den Motor vorgesehen wird, wenn der Motor mit flüssigem LPG betrieben wird. Das Gasphasen-LPG kann das Zylinderladungsgemisch nicht so gut kühlen, wie wenn Flüssigphasen-LPG eingespritzt wird. Dementsprechend kann das Aufladen des Motors reduziert werden, um die Möglichkeit eines Motorklopfens zu reduzieren. In einem Beispiel kann das Aufladen über das Öffnen eines Ladedruckregelventils eines Turboladers reduziert werden. Das Verfahren 300 geht zu 324 weiter, nachdem das Aufladen des Motors eingestellt wird.
Bei 324 stellt das Verfahren 300 den Motorbetrieb auf der Basis der Einspritzung von Flüssig- oder Gasphasen-LPG ein. Falls Flüssigphasen-LPG in den Motor eingespritzt wird, ist die Funkenzeiteinstellung vorgesetzt verglichen mit der Funkenzeiteinstellung, wenn der Motor unter ähnlichen Bedingungen mit Gasphasen-LPG betrieben wird. Ferner können Nockenzeiteinstellungen, Ventilhebeeinstellungen und andere Einstellungen in Abhängigkeit davon vorgenommen werden, ob Flüssig- oder Gasphasen-LPG in den Motor eingespritzt wird. Das Verfahren 300 geht zum Austritt weiter, nachdem Motorbetätiger eingestellt werden, um die Phase des eingespritzten Kraftstoffs zu kompensieren.
Bei 330 beurteilt das Verfahren 300, ob die Temperatur an der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe größer ist als eine dritte Schwellentemperatur oder nicht, oder ob die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren größer ist als eine vierte Schwellentemperatur. Die dritte Schwellentemperatur ist niedriger als die erste Schwellentemperatur, und die vierte Schwellentemperatur ist niedriger als die zweite Schwellentemperatur. Durch das Einstellen des Kraftstoffstroms zum Verdampfer, bevor die Temperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren oder der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe entweder die erste oder zweite Schwellentemperatur erreicht, kann es möglich sein, die Möglichkeit der Verdampfung von flüssigem LPG zu reduzieren, das über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird. Falls das Verfahren 300 beurteilt, dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur größer ist als die dritte Schwellentemperatur, oder falls die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren größer ist als die vierte Schwellentemperatur, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 332 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 334 weiter.
Alternativ oder zusätzlich zum Bestimmen, ob die Direkteinspritz-Pumpentemperatur größer ist als eine dritte Schwelle, kann das Verfahren 300 beurteilen, ob der Dampfdruck im Saugrohr-Kraftstoffeinspritzverteiler größer ist als 2,5 bar oder nicht. Wenn dies der Fall ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 300 geht zu 332 weiter. Ansonsten ist die Antwort Nein, und das Verfahren 300 geht zu 334 weiter. Auf diese Weise kann eine Priorität vorgesehen werden, um die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und den Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler über eine Verdampfungskühlung zu kühlen, anstatt durch das Rückführen von Kraftstoff zum Kraftstofftank.
Bei 332 erhöht das Verfahren 300 den Kraftstoff, der dem Verdampfer über die Hebepumpe zugeführt wird. Durch die Erhöhung des Kraftstoffdurchflusses zum Verdampfer über die Hebepumpe kann die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe bei einer schnelleren Rate gekühlt werden. In einem Beispiel wird eine mittlere Spannung, die der Hebepumpe zugeführt wird, erhöht, um den Durchfluss vom Kraftstofftank zum Verdampfer zu erhöhen. Dem Verdampfer zugeführter Kraftstoff wird nicht gepumpt und bewegt sich nicht durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe. Das Verfahren 300 geht zu 333 weiter, nachdem der Kraftstoffdurchfluss zum Verdampfer erhöht wird.
Bei 333 betreibt das Verfahren 300 die Saugrohr-Kraftstoffinjektoren und liefert einen Anteil von LPG-Kraftstoff an den Motor in einem gasförmigen Zustand. Der verbleibende Anteil von dem Motor zugeführtem Kraftstoff wird in einem flüssigen Zustand bei 336 vorgesehen. Die Gesamtmasse an Kraftstoff, der an einen Motorzylinder geliefert wird, ist die Masse von LPG in einem gasförmigen Zustand und die Masse von LPG, die in einem flüssigen Zustand eingespritzt wird. Das Verfahren 300 geht zu 336 weiter.
Bei 334 senkt das Verfahren 300 die Hebepumpenleistung, und das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil wird geschlossen. Ferner werden die Saugrohr-Kraftstoffinjektoren deaktiviert. Die Hebepumpenleistung kann reduziert werden, und das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil kann geschlossen werden, wenn ein Pegel von flüssigem LPG im Verdampfer einen vorherbestimmten gewünschten Pegel erreicht. Das Verfahren 300 geht zu 336 weiter, nachdem die Hebepumpenleistung eingestellt wird.
Bei 336 beginnt das Verfahren 300, flüssigen Kraftstoff direkt in den Motor über die Direktinjektoren einzuspritzen. Die Menge an eingespritztem Kraftstoff wird variiert, da das vom Motor angeforderte Drehmoment und die Motorgeschwindigkeit variieren. Das Verfahren 300 geht zu 338 weiter, nachdem die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in den Motor über die Direktinjektoren beginnt.
Bei 338 erhöht das Verfahren 300 das dem Motor zugeführte Aufladen. Die Motorauflademenge wird erhöht, um die Motorleistung zu steigern. Da das Einspritzen von flüssigem LPG dem Motor gestatten kann, bei höheren Motorgeschwindigkeiten und höheren Drehmomentanforderungen zu arbeiten, ohne dass ein Motorklopfen auftritt, werden die Ladedruckgrenzen für den Motor erhöht. Der Ladedruck kann über das Schließen eines Turbolader-Ladedruckregelventils erhöht werden. Das Verfahren 300 geht zu 324 weiter, nachdem die Motoraufladegrenzen erhöht werden.
So sieht das Verfahren von 6 das Betreiben eines Motors vor, umfassend: Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mit einem flüssigen Kraftstoff, wobei der flüssige Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird. Das Verfahren umfasst, dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst, dass der flüssige Kraftstoff zu einem gasförmigen Kraftstoff verdampft wird. Das Verfahren umfasst, dass der gasförmige Kraftstoff zu einem Kraftstofftank über einen Kondensator zurückgeführt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Saugrohr-Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs in den Motor. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen des Aufladens als Reaktion auf das Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in den Motor. Das Verfahren umfasst, dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in einem Verdampfer eingeschlossen ist.
Das Verfahren von 3 sieht auch das Betreiben eines Motors vor, umfassend: Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mit einem ersten flüssigen Kraftstoff, wobei der erste flüssige Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird; und Einspritzen eines zweiten flüssigen Kraftstoffs, der durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in den Motor gepumpt wird. Das Verfahren umfasst, dass der erste flüssige Kraftstoff und der zweite flüssige Kraftstoff ein gleicher Kraftstofftyp sind. Das Verfahren umfasst, dass der erste flüssige Kraftstoff verdampft, um einen gasförmigen Kraftstoff zu bilden, und dass der gasförmige Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird. Das Verfahren umfasst auch, dass durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpter Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird, ohne den gasförmigen Kraftstoff einzuspritzen. Das Verfahren umfasst ferner das Rückführen des gasförmigen Kraftstoffs zu einem Kraftstofftank über einen Kondensator. Das Verfahren umfasst ferner das Rückführen von aus dem zweiten flüssigen Kraftstoff gebildeten Gasen zu einem Kraftstofftank über einen Kondensator.
Mit Bezugnahme auf 4 wird nun eine beispielhafte Motorbetriebssequenz gezeigt. Die beispielhafte Motorbetriebssequenz von 4 kann über das in 1 und 2 gezeigte System vorgesehen werden, wobei das Verfahren von 3 ausgeführt wird. Vertikale Markierungen T0 bis T5 repräsentieren Zeiten von Interesse während der Betriebssequenz.
Die erste grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert die Temperatur von Kraftstoff an Direkt-Kraftstoffinjektoren in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert die Temperatur von Kraftstoff an den Direkt-Kraftstoffinjektoren, und die Temperatur von Kraftstoff an den Direkt-Kraftstoffinjektoren nimmt in der Richtung des Y-Achsenpfeils zu. Die horizontale Linie 402 repräsentiert eine Schwellen-Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur (z.B. eine superkritische Temperatur von LPG und erste Schwellentemperatur). Die horizontale Linie 404 repräsentiert eine weitere Schwellen-Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur (z.B. eine Temperatur unter der kritischen Temperatur von LPG und eine vierte Schwellentemperatur).
Die zweite grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur, und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur nimmt in der Richtung des Y-Achsenpfeils zu. Die horizontale Linie 406 repräsentiert eine Schwellen-Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur (z.B. eine zweite Schwellentemperatur). Die horizontale Linie 408 repräsentiert eine weitere Schwellen-Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur (z.B. eine dritte Schwellentemperatur).
Die dritte grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert einen Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert den Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand, und der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand ist offen, wenn die Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustandskurve auf einem höheren Niveau ist. Der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand ist geschlossen, wenn die Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustandskurve auf einem niedrigeren Niveau ist.
Die vierte grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert einen Direkteinspritz-Zustand in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert den Direkteinspritz-Zustand, und der Direkteinspritz-Zustand ist ein (z.B. Direkteinspritzung von Kraftstoff), wenn die Direkteinspritz-Zustandskurve auf einem höheren Niveau ist. Der Direkteinspritz-Zustand ist aus (z.B. keine Direkteinspritzung von Kraftstoff), wenn die Direkteinspritz-Zustandskurve auf einem niedrigeren Niveau ist.
Die fünfte grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert einen Saugrohr-Einspritz-Zustand in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert den Saugrohr-Einspritz-Zustand, und der Saugrohr-Einspritz-Zustand ist ein (z.B. Saugrohr-Einspritzung von Kraftstoff), wenn die Saugrohr-Einspritz-Zustandskurve auf einem höheren Niveau ist. Der Saugrohr-Einspritz-Zustand ist aus (z.B. keine Saugrohr-Einspritzung von Kraftstoff), wenn die Saugrohr-Einspritz-Zustandskurve auf einem niedrigeren Niveau ist.
Die sechste grafische Darstellung von oben in 4 repräsentiert einen Motorzustand in der Zeit. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der grafischen Darstellung zu. Die Y-Achse repräsentiert den Motorzustand, und der Motorzustand ist ein, wenn die Motorzustandskurve auf einem höheren Niveau ist. Der Motorzustand ist aus, wenn die Motorzustandskurve auf einem niedrigeren Niveau ist.
Zur Zeit T0 arbeitet der Motor und verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, wie dadurch angezeigt, dass der Motorzustand auf einem höheren Niveau ist. Die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur sind niedriger als die Schwellen 402 bis 408. Dem Verdampfer wird kein Kraftstoff zugeführt, da das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil in einem geschlossenen Zustand ist. LPG im flüssigen Zustand wird direkt in den Motor eingespritzt, da der Direkteinspritz-Zustand ein ist. LPG im gasförmigen Zustand wird nicht in den Motor über das Saugrohr eingespritzt, da der Saugrohr-Einspritzzustand aus ist, wie durch die Kurve auf niedrigerem Niveau angezeigt.
Zur Zeit T1 geht der Motorbetriebszustand zu einem niedrigeren Niveau über, um anzuzeigen, dass die Motorddrehung gestoppt wird. Der Motor kann als Reaktion auf eine Anforderung vom Fahrer stoppen, oder der Motor kann automatisch gestoppt werden. Der Direkteinspritz-Zustand geht auch zu einem niedrigeren Niveau über, um anzuzeigen, dass Kraftstoff bei einem Motorstopp nicht direkt eingespritzt wird. Die Saugrohr-Kraftstoffeinspritzung bleibt auch gestoppt, und das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil bleibt geschlossen. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur und die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur bleiben unter den Temperaturschwellen 402 bis 408.
Zwischen der Zeit T1 und T2 steigen die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur als Reaktion auf Wärme, die innerhalb des Motors während des Motorstopps zurückbleibt. Die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur steigt über die Schwellentemperaturen 402 und 404. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur steigt über die Schwellentemperatur 408, bleibt jedoch unter der Schwellentemperatur 406. Der Motorzustand, Saugrohr-Einspritzzustand, Direkteinspritz-Zustand und Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand bleiben unverändert.
Zur Zeit T2 geht der Motor dann zu einem höheren Niveau über, um anzuzeigen, dass der Motor als Reaktion auf eine Anforderung des Fahrers gestartet wird (nicht gezeigt). Der Saugrohr-Einspritzzustand geht auch von einem niedrigeren Niveau zu einem höheren Niveau über, um anzuzeigen, dass eine Saugrohr-Kraftstoffeinspritzung aktiviert ist. Der Direkt-Kraftstoffeinspritzzustand bleibt auf einem niedrigeren Niveau, um anzuzeigen, dass die Direktkraftstoffeinspritzung deaktiviert ist. Der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand geht auch zu einem höheren Niveau über, um anzuzeigen, dass das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil (z.B. 210 von 2) offen ist. Die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur bleibt über den Schwellen 402 und 404. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur bleibt über der Temperaturschwelle 408. Zusätzlich kann ein Kraftstoffrückschlagventil geöffnet werden, das es Kraftstoffdämpfen gestattet, von den Direkt-Kraftstoffinjektoren zum Kraftstofftank zu strömen.
Während einer heißen Motordurchwärmung (z.B. Motorstopp, während der Motor warm ist) kann die Motorwärme die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur erhöhen, so dass der Kraftstoff im Kraftstoffverdampfer verdampft. Der verdampfte Kraftstoff wird eingespritzt, wenn der Motor erneut gestartet wird und die Direkteinspritz-Kraftstofftemperatur größer als die Schwelle 402 ist.
Zwischen der Zeit T2 und der Zeit T3 strömt Kraftstoff weiterhin von einem Kraftstofftank zum Verdampfer. Kraftstoff im Verdampfer zieht Wärme von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe ab, wie dadurch angezeigt wird, dass die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur sinkt. Die Kraftstofftemperatur an den Direktinjektoren sinkt ebenfalls.
Zur Zeit T3 sind die Kraftstofftemperatur an der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren niedriger als die Schwellen 404 und 408. Die Direktinjektoren sind aktiviert, und die Saugrohr-Injektoren sind deaktiviert, als Reaktion darauf, dass die Temperatur an den Direkt-Kraftstoffinjektoren niedriger ist als die Schwelle 404, und die Temperatur an der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe niedriger ist als die Schwelle 408. Zusätzlich wird der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand zu einem niedrigeren Niveau geführt, um anzuzeigen, dass das Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil geschlossen ist. Der Motor bleibt in Betrieb. Auf diese Weise kann der Motor von der Einspritzung von Gasphasen-LPG zur Einspritzung von Flüssigphasen-LPG schalten.
Zwischen der Zeit T3 und der Zeit T4 sinken die Kraftstofftemperatur am Direkt-Kraftstoffinjektor und die Temperatur der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und beginnen dann, zu steigen. Der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand, Direkteinspritz-Zustand, Saugrohr-Einspritzzustand und Motorzustand bleiben unverändert. Die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur können steigen, nachdem der Motor bei niedriger Belastung betrieben wird, kurz nachdem er mit einer höheren Belastung betrieben wird.
Zur Zeit T4 ist die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren auf über das Niveau 404 gestiegen. Ferner nähert sich die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur dem Niveau 408, hat es jedoch nicht erreicht. Der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand geht vom niedrigeren Niveau zum höheren Niveau als Reaktion darauf, dass die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren über das Niveau 404 steigt. Das Öffnen des Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventils ermöglicht, dass flüssiges LPG zum Verdampfer strömt, Gasphasen-LPG generiert wird und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gekühlt wird. Das von der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpte Flüssigphasen-LPG wird auch durch Kraftstoff gekühlt, der zum Verdampfer strömt. Der Direkteinspritz-Zustand, Saugrohr-Einspritzzustand und Motorzustand bleiben auf den gleichen Niveaus.
Zur Zeit T5 ist die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren auf unter das Niveau 404 abgekühlt. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpentemperatur ist auch auf ein Niveau unter dem Niveau 408 abgekühlt. Der Verdampfer-Kraftstoffzufuhrventil-Zustand geht zu einem geschlossenen Zustand über und stoppt den Kraftstoffstrom zum Verdampfer als Reaktion darauf, dass die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren unter dem Niveau 404 ist. Der Direkteinspritz-Zustand, Saugrohr-Einspritzzustand und Motorzustand bleiben auf den gleichen Niveaus.
So kann Kraftstoff zum Verdampfer strömen, wenn die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren größer ist als ein Schwellenniveau, ohne die Saugrohr-Kraftstoffinjektoren zu aktivieren. Falls jedoch die Kraftstofftemperatur an den Direkt-Injektoren noch höher ist, kann der Kraftstoffstrom zum Verdampfer gemeinsam mit der Aktivierung der Saugrohr-Kraftstoffinjektoren aktiviert werden. Das Aktivieren der Saugrohr-Kraftstoffinjektoren ermöglicht, dass der Motor das Gasphasen-LPG verbraucht, so dass es nicht zum Kraftstofftank zurückgeführt werden muss.
Wie für gewöhnliche Fachleute klar ist, kann die in 3 beschriebene Routine eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie ereignisbezogen, unterbrechungsgesteuert, Mehrprogrammbetrieb, Mehrpfadbetrieb und dgl. Als solche können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Sequenz, parallel betrieben oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ähnlich ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Reihenfolge der Verarbeitung die hier beschriebenen Ziele, Merkmale und Vorteile erzielt, sondern ist der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung halber vorgesehen. Obwohl nicht ausdrücklich veranschaulicht, werden Fachleute erkennen, dass einer bzw. eine oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der besonderen verwendeten Strategie wiederholt vorgenommen werden können.
Dies schließt die Beschreibung ab. Das Lesen derselben durch Fachleute ergibt viele Änderungen und Modifikationen, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Beschreibung abzuweichen. Beispielsweise könnten I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nützen.
Bezugszeichenliste
Fig. 3

N: NEIN
302: MOTORBETRIEBSBEDINGUNGEN BESTIMMEN
304: KRAFTSTOFFPEGEL IN VERDAMPFER KLEINER ALS SCHWELLE?
306: DEM VERDAMPFER ÜBER HEBEPUMPE ZUGEFÜHRTEN KRAFTSTOFFERHÖHEN
308: KRAFTSTOFFTEMPERATUR AN DIREKT-INJEKTOREN GRÖSSER ALS ERSTE SCHWELLE?
310: KRAFTSTOFF ZU KRAFTSTOFFTANK ZURÜCKFÜHREN
311: VOM FAHRER ANGEFORDERTES DREHMOMENT GRÖSSER ALS SCHWELLE?
312: DIREKTEINSPRITZPUMPENTEMPERATUR GRÖSSER ALS ZWEITE SCHWELLE?
314: GASFÖRMIGEN KRAFTSTOFF IN MOTOR ÜBER SAUGROHREINSPRITZEN
316: KRAFTSTOFF NICHT DIREKT IN ZYLINDER EINSPRITZEN
318: KRAFTSTOFFDURCHFLUSSRATE ZUM VERDAMPFER AUF BASIS VON ÜBER SAUGROHR EINGESPRITZTER KRAFTSTOFFMENGE EINSTELLEN UND HEBEPUMPENLEISTUNG EINSTELLEN
320: DIREKTEINSPRITZ-KRAFTSTOFFPUMPE MIT KRAFTSTOFF KÜHLEN, DER VON HEBEPUMPE ZUGEFÜHRT UND NICHT VON DIREKTEINSPRITZ-KRAFTSTOFFPUMPE GEPUMPT WIRD
322: AUFLADEN DES MOTORS AUF BASIS VON ÜBER SAUGROHREINGESPRITZTEM KRAFTSTOFF BEGRENZEN
324: MOTORBETRIEB AUF BASIS VON FLÜSSIGER UND/ODER GASFÖRMIGER KRAFTSTOFFEINSPRITZUNG EINSTELLEN
330: DIREKTEINSPRITZ-PUMPENTEMPERATUR GRÖSSER ALS DRITTE SCHWELLE ODER KRAFTSTOFFTEMPERATUR AN DIREKT-INJEKTOREN GRÖSSER ALS VIERTE SCHWELLE?
332: DEM VERDAMPFER ÜBER HEBEPUMPE ZUGEFÜHRTEN KRAFTSTOFF ERHÖHEN
333: KRAFTSTOFFFRAKTION DEM MOTOR ÜBER SAUGROHRINJEKTOREN ZUFÜHREN
334: HEBEPUMPENLEISTUNG AUF BASIS VON BEGRENZTEM KRAFTSTOFFDURCHFLUSS ZUM VERDAMPFER SENKEN UND VERDAMPFER-KRAFTSTOFFZUFUHRVENTIL SCHLIESSEN
336: FLÜSSIGEN KRAFTSTOFF DIREKT IN MOTOR EINSPRITZEN
338: AUFLADEN DES MOTORS AUF BASIS VON DIREKT EINGESPRITZTEM KRAFTSTOFF ERHÖHEN

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors, umfassend: Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mit einem flüssigen Kraftstoff, wobei der flüssige Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der flüssige Kraftstoff zu einem gasförmigen Kraftstoff verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Saugrohr-Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs in den Motor.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem eine Saugrohr-Kraftstoffinjektor-Impulsbreite als Reaktion auf einen Druck des gasförmigen Kraftstoffs eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Einstellen des Aufladens als Reaktion auf das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs in den Motor.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in einem Verdampfer eingeschlossen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Motors, umfassend: Kühlen einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe mit einem ersten flüssigen Kraftstoff, wobei der erste flüssige Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird; und Einspritzen eines zweiten flüssigen Kraftstoffs, der durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in den Motor gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der erste flüssige Kraftstoff und der zweite flüssige Kraftstoff ein gleicher Kraftstofftyp sind.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der erste flüssige Kraftstoff verdampft, um einen gasförmigen Kraftstoff zu bilden, und bei welchem der gasförmige Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpter Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird, ohne den gasförmigen Kraftstoff einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Einstellen einer Impulsbreite eines Saugrohr-Kraftstoffinjektors als Reaktion auf einen Druck des gasförmigen Kraftstoffs.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Rückführen von Gasen, die aus dem zweiten flüssigen Kraftstoff gebildet werden, zu einem Kraftstofftank über einen Kondensator.
Motorsystem, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder aufweist; einen Saugrohr-Kraftstoffinjektor, der dem Zylinder Kraftstoff zuführt; einen Direkt-Kraftstoffinjektor, der dem Zylinder Kraftstoff zuführt; und eine Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe, die dem Direkt-Kraftstoffinjektor einen ersten Kraftstoff zuführt, wobei sich die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe innerhalb eines Verdampfers befindet.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ausführbare Instruktionen, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, zum Steuern des Durchflusses des ersten Kraftstoffs aufweist, um die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe zu kühlen, wobei der erste Kraftstoff nicht über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe gepumpt wird und der erste Kraftstoff wenigstens einen Bereich einer Außenseite der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe umgibt.
Motorsystem nach Anspruch 15, ferner umfassend zusätzliche Instruktionen zum Einstellen der Ausgangsleistung der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe.
Motorsystem nach Anspruch 15, ferner umfassend zusätzliche Instruktionen zum Betreiben einer Hebepumpe, die der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe den ersten Kraftstoff zuführt.
Motorsystem nach Anspruch 17, ferner umfassend zusätzliche Instruktionen zum Betreiben der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und Pumpen eines zweiten Kraftstoffs in den Direkt-Kraftstoffinjektor über die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe, und wobei der erste Kraftstoff und der zweite Kraftstoff ein gleicher Kraftstofftyp sind.
Motorsystem nach Anspruch 17, ferner umfassend zusätzliche Instruktionen zum Einspritzen des ersten Kraftstoffs über den Saugrohr-Kraftstoffinjektor.
Motorsystem nach Anspruch 17, ferner umfassend zusätzliche Instruktionen, um das Aufladen des Motors auf der Basis des Einspritzens von Kraftstoff über den Saugrohr-Kraftstoffinjektor zu begrenzen, und Instruktionen, um das Aufladen des Motors auf der Basis des Einspritzens von Kraftstoff über den Direkt-Kraftstoffinjektor zu begrenzen.