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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit einem gasförmigen Kraftstoff und mit einem flüssigen Kraftstoff betreibbaren Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer mit einem gasförmigen Kraftstoff und mit einem flüssigen Kraftstoff betreibbaren und wenigstens einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, aufweisenden Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2009 009 481 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine von einem ersten Betriebszustand, in welchem der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird und ein Einbringen des flüssigen Kraftstoffes in den Brennraum unterbleibt, in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet, in welchem zumindest der flüssige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine und in Abhängigkeit von einer ermittelten Qualität des gasförmigen Kraftstoffes umgeschaltet wird. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand in Abhängigkeit von der Qualität des gasförmigen Kraftstoffes und in Abhängigkeit von einer von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellenden Leistung umzuschalten. Die von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellende Leistung wird beispielsweise von einem Steuergerät zum Betreiben, insbesondere Steuern oder Regeln, der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise von dem Fahrer des beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens angefordert. Der Fahrer kann die von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellende Leistung beispielsweise durch Einstellen eines von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellenden Drehmoments beziehungsweise einer von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellenden Last über ein im Innenraum des Kraftwagens angeordnetes Bedienelement einstellen, indem der Fahrer das Bedienelement betätigt, insbesondere bewegt. Bei dem Bedienelement handelt es sich beispielsweise um ein Pedal, welches auch als Gaspedal oder Fahrpedal bezeichnet wird. Der Fahrer kann das Pedal beispielsweise mit seinem Fuß bedienen beziehungsweise betätigen. Insbesondere kann der Fahrer das Pedal in mehrere, voneinander unterschiedliche Stellungen bewegen, wobei die jeweilige Stellung mit einer jeweiligen, von der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Last beziehungsweise Leistung korrespondiert.
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Durch die Berücksichtigung der Qualität des gasförmigen Kraftstoffs sowie der angeforderten Leistung kann eine vorteilhafte Fahrbarkeit der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, da durch das Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand auch hohe Leistungen, das heißt Motorleistungen realisiert beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden können.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Bei einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Gasmotor oder Erdgasmotor bezeichnet wird, kann der gasförmige Kraftstoff nicht direkt in den Brennraum, sondern an einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle in einen Ansaugtrakt, insbesondere in ein Saugrohr, der Verbrennungskraftmaschine eingeblasen werden. Dieses Einblasen wird auch als Saugrohreinblasung oder Saugrohreinbringung bezeichnet. Versuche und Entwicklungsarbeiten haben jedoch gezeigt, dass eine Direkteinblasung des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum gegenüber der Saugrohreinblasung Vorteile mit sich bringt. Unter der Direkteinblasung ist zu verstehen, dass der gasförmige Kraftstoff direkt in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum eingeblasen wird.
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Problematisch bei der Direkteinblasung ist jedoch die erreichbare beziehungsweise realisierbare Leistung der Verbrennungskraftmaschine aufgrund des begrenzten Gasmassenstroms durch einen Injektor, mittels welchem der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum eingeblasen wird. Der Gasmassenstrom ist einerseits begrenzt durch den zur Verfügung stehenden Bauraum des Injektors und andererseits durch einen maximalen Einblasedruck. Letzterer sollte nicht zu hoch sein, um die beispielsweise in einem Tank aufgenommene Menge des gasförmigen Kraftstoffs möglichst weitgehend ausnutzen zu können und damit eine hohe Reichweite des Kraftwagens zu ermöglichen. Die in dem Tank aufgenommene Menge wird auch als Tankinhalt bezeichnet. Aus diesem Grund wird beispielsweise ein maximaler Einblasedruck von 15 bis 20 bar gewählt, wobei es sich vorzugsweise um einen Relativdruck handelt.
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Zudem wurde gefunden, dass bei einer Direkteinblasung im Vergleich zur Saugrohreinblasung nur ein deutlich verkürztes Intervall von circa 300 Grad Kurbelwinkel für die Einbringung des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum zur Verfügung steht. Ferner wurde gefunden, dass die Verwendung von Gasen beziehungsweise gasförmigen Kraftstoffen mit niedrigem Heizwert besonders kritisch ist, da der niedrige Heizwert durch einen entsprechend höheren Gasmassenstrom kompensiert werden muss. Letztlich könnte dies dazu führen, dass die Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinblasung auf eine relativ geringe Nennleistung ausgelegt wird und/oder dass die Verbrennungskraftmaschine je nach Gasqualität eine unterschiedliche maximale Leistung erreichen beziehungsweise bereitstellen kann.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung (Motorleistung) und in Abhängigkeit von der Qualität (Gasqualität) umgeschaltet. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine besonders hohe Leistungen auch dann bereitstellen, wenn der in dem Tank aufgenommene, gasförmige Kraftstoff einen nur geringen Heizwert aufweist, so dass beispielsweise mittels des gasförmigen Kraftstoffes beziehungsweise in dem ersten Betriebszustand die tatsächlich von der Verbrennungskraftmaschine angeforderte Leistung nicht bereitgestellt werden könnte. Daher wird dann in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, in welchem die tatsächlich angeforderte Leistung, mithilfe des flüssigen Kraftstoffs, bereitgestellt werden kann. Der Kraftwagen ist beispielsweise als bivalentes Gasfahrzeug oder als quasi-monovalentes Gasfahrzeug ausgebildet. Unter einem quasi-monovalenten Gasfahrzeug ist ein Gasfahrzeug mit einem Tank zum Aufnehmen des flüssigen Kraftstoffes zu verstehen, wobei der Tank ein Aufnahmevolumen von weniger als 15 Litern aufweist und wobei in dem Aufnahmevolumen der flüssige Kraftstoff gespeichert werden kann. Bei dem flüssigen Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um Benzin, so dass der Tank als Benzintank ausgebildet ist. Bei dem gasförmigen Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um Erdgas, so dass das Gasfahrzeug beispielsweise als Erdgasfahrzeug ausgebildet ist. Da im ersten Betriebszustand der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, während das Einbringen des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum unterbleibt, wird der erste Betriebszustand auch als Gasbetrieb bezeichnet.
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Wird beispielsweise im zweiten Betriebszustand der flüssige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, während ein Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum unterbleibt, so wird der zweite Betriebszustand auch als Benzinbetrieb bezeichnet. Alternativ dazu ist es denkbar, dass in dem zweiten Betriebszustand sowohl der gasförmige Kraftstoff als auch der flüssige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, so dass der zweite Betriebszustand beispielsweise ein Mischbetrieb beziehungsweise ein Benzin-Gas-Mischbetrieb ist. Der erste Betriebszustand wird auch als Gasbetrieb bezeichnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben einer mit einem gasförmigen Kraftstoff und mit einem flüssigen Kraftstoff betreibbaren Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens.
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Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, welcher mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei als bivalente oder als quasi-monovalente Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und demzufolge mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere Erdgas, und mit einem flüssigen Kraftstoff, insbesondere Benzin, betreibbar. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Brennraum auf. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen aufweisen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, so dass der jeweilige Brennraum als Zylinder ausgebildet ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner wenigstens eine Abtriebswelle auf, welche beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildet ist. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente und somit Leistungen zum Antreiben des Kraftwagens bereitstellen.
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Im Innenraum des Kraftwagens ist beispielsweise wenigstens ein Bedienelement insbesondere in Form eines Fahrpedals angeordnet, welches von dem Fahrer des Kraftwagens betätigbar und dadurch bewegbar ist. Durch Bewegen des Fahrpedals in unterschiedliche Stellungen kann der Fahrer, insbesondere über ein Steuergerät zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine, eine von der Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle bereitzustellende Last beziehungsweise Leistung zum Antreiben des Kraftwagens anfordern, wobei diese jeweilige Anforderung der jeweiligen Leistung auch als Leistungsanforderung oder Lastanforderung bezeichnet wird.
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Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in einem ersten Betriebszustand betrieben, in welchem der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird und ein Einbringen des flüssigen Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum unterbleibt. Mit anderen Worten unterbleibt während des ersten Betriebszustands ein Einbringen des flüssigen Kraftstoffes in den Brennraum. In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird eine Leistungsanforderung von dem Fahrer beziehungsweise dem Steuergerät an die Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Mit anderen Worten wird im Rahmen des zweiten Schritts S2 die beispielsweise über das Steuergerät von dem Fahrer angeforderte, von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellende Leistung zum Antreiben des Kraftwagens ermittelt. Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird ferner eine Qualität des gasförmigen Kraftstoffs ermittelt.
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Schließlich wird bei einem vierten Schritt des Verfahrens die Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet, in welchem zumindest der flüssige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird. Dabei erfolgt die Umschaltung vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand im Rahmen des vierten Schritts S4 in Abhängigkeit von der ermittelten Leistungsanforderung und in Abhängigkeit von der ermittelten Qualität des gasförmigen Kraftstoffs.
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Die Qualität des gasförmigen Kraftstoffs wird auch als Gasqualität bezeichnet, wobei der gasförmige Kraftstoff beispielsweise in einem Tank des Kraftwagens aufgenommen und gespeichert wird. Dieser Tank wird auch als Gastank bezeichnet. Bei dem flüssigen Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um Benzin, wobei der flüssige Kraftstoff beispielsweise in einem weiteren Tank aufgenommen und gespeichert wird. Der weitere Tank wird auch als Benzintank bezeichnet.
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Die Gasqualität wird beispielsweise nach einer Betankung, das heißt nach einem Befüllen des Gastanks über Adaptionswerte einer Lambdaregelung ermittelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Gasqualität entscheidet das Steuergerät beispielsweise aufgrund festgelegter Grenzwerte für die von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellende Leistung, welche auch als Motorleistung bezeichnet wird, ob und wann die Verbrennungskraftmaschine vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird. Da im ersten Betriebszustand der gasförmige Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum eingebracht wird, während ein Einbringen des flüssigen Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum unterbleibt, wird der erste Betriebszustand auch als Gasbetrieb bezeichnet.
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Wird beispielsweise in dem zweiten Betriebszustand der flüssige Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum eingebracht, während ein Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum unterbleibt, so wird der zweite Betriebszustand auch als Benzinbetrieb bezeichnet. Ist es jedoch im zweiten Betriebszustand vorgesehen, sowohl den flüssigen Kraftstoff als auch den gasförmigen Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum einzubringen, so wird der zweite Betriebszustand beispielsweise auch als Mischbetrieb oder Gas-Benzin-Mischbetrieb bezeichnet.
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Ein Umschaltpunkt, bei welchem zwischen den Betriebszuständen umgeschaltet wird, liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 60 Prozent bis einschließlich 95 Prozent der Nennleistung, das heißt der maximalen, von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Leistung (Motorleistung). Bei höheren Leistungen, das heißt werden höhere Leistungen angefordert, wird in den zweiten Betriebszustand geschaltet. Bei demgegenüber geringeren Leistungen erfolgt die Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand. Dies bedeutet, dass von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand beispielsweise umgeschaltet wird, wenn die Leistungsanforderung beziehungsweise die von der Verbrennungskraftmaschine angeforderte Leistung einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Dabei liegt der Schwellenwert beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 60 Prozent bis einschließlich 95 Prozent der Nennleistung der Verbrennungskraftmaschine. Dieser Schwellenwert ist beispielsweise der zuvor genannte Umschaltpunkt. Der Schwellenwert ist somit eine festgelegte Grenze. Liegt die angeforderte Leistung unterhalb der festgelegten Grenze, so erfolgt eine Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand.
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Der Schwellenwert beziehungsweise die festgelegte Grenze wird beispielsweise in Abhängigkeit von einem Heizwert des gasförmigen Kraftstoffes vorgegeben. Der Schwellenwert beziehungsweise Umschaltpunkt für gasförmigen Kraftstoff (Gas) mit hohem Heizwert liegt beispielsweise bei höheren Motorleistungen als der Umschaltpunkt für Gas mit niedrigem Heizwert. Gas beziehungsweise gasförmiger Kraftstoff mit hohem Heizwert wird auch als H-Gas bezeichnet, wobei Gas beziehungsweise gasförmiger Kraftstoff mit demgegenüber niedrigem Heizwert auch als L-Gas bezeichnet wird. Kann die gewünschte beziehungsweise angeforderte Motorleistung beispielsweise mithilfe von H-Gas erreicht werden, kann in diesem Fall auf eine Umschaltung, insbesondere von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, komplett verzichtet werden und nur für Gase beziehungsweise gasförmigen Kraftstoff mit geringerem Heizwert eine Umschaltung vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand vorgesehen werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, keine vollständige Umschaltung auf Benzinbetrieb vorzunehmen, sondern den flüssigen Kraftstoff als zusätzlichen Kraftstoff einzuspritzen beziehungsweise in den Brennraum einzubringen, um dadurch den zuvor beschriebenen Mischbetrieb darzustellen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum eingeblasen wird. Hierzu kommt ein Injektor zum Einsatz, welcher auch als Gaseinblaseventil bezeichnet wird. Mittels des Gaseinblaseventils wird der gasförmige Kraftstoff zumindest in den ersten Betriebszustand und gegebenenfalls in den zweiten Betriebszustand direkt in den jeweiligen Brennraum eingeblasen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der flüssige Kraftstoff, insbesondere in dem zweiten Betriebszustand, direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
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Durch das Verfahren ist es möglich, auch bei einer Direkteinblasung des gasförmigen Kraftstoffs besonders hohe maximale Motorleistungen zu realisieren, wobei eine von der Gasqualität unabhängige maximale Motorleistung dargestellt werden kann. Der maximale Einblasedruck, mit welchem der gasförmige Kraftstoff eingeblasen wird, kann niedrig gewählt werden, so dass sich eine in dem Gastank aufgenommene Menge des gasförmigen Kraftstoffs vollständig nutzen lässt, um dadurch eine hohe Reichweite, über welche der Kraftwagen mithilfe des gasförmigen Kraftstoffs angetrieben werden kann, zu realisieren.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Gaseinblaseventil elektromagnetisch betätigt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Gaseinblaseventil zentral in einem Zylinderkopf angeordnet ist. Ferner hat es alternativ oder zusätzlich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Systemdruck, welcher beispielsweise in einer Einbringeinrichtung zum Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs herrscht, elektronisch geregelt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009009481 A1 [0002]
