DE102015208415A1

DE102015208415A1 - Wiederauftanken mit zwei Kraftstoffen

Info

Publication number: DE102015208415A1
Application number: DE102015208415.9A
Authority: DE
Inventors: Mark Allen Dearth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2015-11-12
Also published as: US20150322905A1; US20180291847A1; RU2015117428A3; RU2015117428A; US10167822B2; RU2680449C2; US10066585B2; CN105089825A

Abstract

Es werden Ausführungsformen offenbart, die sich auf das Wiederauftanken einer mit zwei Kraftstoffen arbeitenden Verbrennungskraftmaschine beziehen. Bei einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Zuführen eines flüssigen Kraftstoffs zu einem Kraftstofftank, der dafür ausgelegt ist, sowohl den flüssigen Kraftstoff als auch einen gasförmigen Kraftstoff zu speichern, falls der Druck im Kraftstofftank kleiner als ein Schwellendruck ist.

Description

Das Gebiet der Offenbarung bezieht sich auf mit zwei Kraftstoffen arbeitende Verbrennungskraftmaschinen.
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 wechselt. Um den Verbrauch sowohl eines gasförmigen als auch eines flüssigen Kraftstoffs zu ermöglichen, können zwei getrennte Kraftstofftanks in das Fahrzeug aufgenommen werden, um den gasförmigen bzw. den flüssigen Kraftstoff zu speichern.
Die vorliegenden Erfinder haben mehrere mit dem vorstehenden Ansatz verbundene Probleme erkannt. Insbesondere erhöht die Verwendung zweier getrennter Kraftstofftanks, die gasförmige bzw. flüssige Kraftstoffe speichern, das Fahrzeuggewicht, den Unterbringungsraum, die Komplexität der Kraftstoffspeicherung und -einspritzung und verringert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Diese Probleme werden für leichte Fahrzeuge verstärkt.
Ein Ansatz, der die vorstehenden Probleme zumindest teilweise adressiert, umfasst ein Verfahren zum Wiederauftanken, wobei ein flüssiger Kraftstoff einem Kraftstofftank zugeführt wird, der dafür ausgelegt ist, sowohl den flüssigen Kraftstoff als auch einen gasförmigen Kraftstoff zu speichern, falls der Druck im Kraftstofftank kleiner als ein Schwellendruck ist.
Bei einem spezifischeren Beispiel wird flüssiger Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt, falls der flüssige Kraftstoff in einem Ausgleichstank erkannt wird, der dafür ausgelegt ist, den flüssigen Kraftstoff zu speichern, wobei der Ausgleichstank in Fluidverbindung mit dem Kraftstofftank steht und vor dem Kraftstofftank angeordnet ist.
Bei einem anderen Aspekt des Beispiels wird Dampf aus dem Kraftstofftank zu einem sekundären Tank gepumpt, falls der Druck im Kraftstofftank größer als der Schellendruck ist.
Auf diese Weise kann ein Fahrzeug mit zwei verschiedenen Kraftstoffen versorgt und wiederaufgetankt werden, indem ein einziger Kraftstofftank für das Speichern der Kraftstoffe verwendet wird, wodurch das Fahrzeuggewicht, der Unterbringungsraum, die Komplexität der Kraftstoffspeicherung und -einspritzung verringert wird und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhöht wird. Demgemäß wird das technische Ergebnis durch diese Aktionen erreicht.
Die vorstehend erwähnten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden leicht anhand der folgenden detaillierten Beschreibung für sich oder in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung 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 Schlüsseloder 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.
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 eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 und eines anderen Kraftstoffsystems, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung eines gasförmigen Kraftstoffs und eines flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems aus den 1–3.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Wiederauftanken des Kraftstoffsystems aus 2.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Wiederauftanken des Kraftstoffsystems aus 3.
Eine physikalische Schlüsseleigenschaft von Erdgas (beispielsweise Methan) ist seine Löslichkeit in Kohlenwasserstoffen. Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um sowohl flüssige Kohlenwasserstoffkraftstoffe (beispielsweise Benzin, Diesel usw.) als auch komprimiertes Erdgas (CNG) in einem einzigen Kraftstofftank zu speichern. Durch Ändern des Drucks der Kraftstoffe kann die Mischung für den getrennten Verbrauch in ihre gasförmigen und flüssigen Bestandteile zerlegt werden. Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Wiederauffüllen eines solchen Kraftstofftanks. 1 zeigt schematisch einen als Beispiel dienenden Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, 2 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 und ein Kraftstoffsystem, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung gasförmigen und flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten, 3 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 und eines anderen Kraftstoffsystems, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung eines gasförmigen Kraftstoffs und eines flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten, 4 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems aus den 1–3, 5 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Wiederauffüllen des Kraftstoffsystems aus 2, und 6 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zum Wiederauffüllen des Kraftstoffsystems aus 3. Der Verbrennungsmotor aus 1 umfasst auch eine Steuereinrichtung zum Ausführen der in den 4–5 dargestellten Verfahren.
1 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine 10. Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem 13, 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 Superchargers 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 Supercharger 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-Direkt-einspritzung 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.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 172 einen Kraftstofftank aufweisen, der einen flüssigen Kraftstoff in der Art von Benzin enthält und auch einen gasförmigen Kraftstoff in der Art von CNG enthält. Ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs kann im flüssigen Kraftstoff gelöst sein. Der flüssige Kraftstoff und der gasförmige Kraftstoff können gemeinsam als ein gemischter Kraftstoff bezeichnet werden, und der Kraftstofftank kann demgemäß einen gemischten Kraftstoff speichern oder enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 172 einen oder mehrere Kraftstofftanks aufweisen. Gemäß Ausführungsformen, bei denen das Kraftstoffsystem 172 mehrere Kraftstofftanks aufweist, können die Kraftstofftanks Kraftstoff mit den 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. Die Kraftstoffeinspritzer 166 und 170 können dafür ausgelegt sein, Kraftstoff vom selben Kraftstofftank, von verschiedenen Kraftstofftanks oder 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 Massenluftflusses (MAF) von einem Massenluftflusssensor 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, eines Abgassauerstoff-(EGO)-Signals vom Abgassensor 128 und eines Absolutkrümmerdrucksignals (MAP) vom 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 4 und 5 beschrieben.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors 10 aus 1 und des Kraftstoffsystems 172, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung gasförmigen und flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten. Wie dargestellt 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 Kraftstoffeinspritzer 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. Bei einigen Beispielen können die Kraftstoffeinspritzer 170A und 170B verwendet werden, um einen gasförmigen Kraftstoff in der Art von CNG einzuspritzen, während die Kraftstoffeinspritzer 166A und 166B bei anderen Beispielen verwendet werden können, um gasförmigen Kraftstoff einzuspritzen. Im letztgenannten Beispiel, bei dem die Kraftstoffeinspritzer 166A und 166B verwendet werden, um gasförmigen Kraftstoff einzuspritzen, kann flüssiger Kraftstoff wie Benzin oder Diesel auch über die Kraftstoffeinspritzer 166A und 166B eingespritzt werden, wenngleich auch Ausführungsformen erwogen werden, bei denen die Kraftstoffeinspritzer 170A und 170B verwendet werden, um flüssigen Kraftstoff in Kombination mit der Direkteinspritzung von gasförmigem Kraftstoff einzuspritzen. 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 (beispielsweise einen Treibsensor) aufweisen.
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 durch Positionieren des Dreiwege-Schaltventils 224 für gasförmigen Kraftstoff zur Fluidkopplung des Kraftstofftanks 200 mit 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 Saugrohr-eingespritzt 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. Falls das Kraftstofftrenner-Umgehungsventi 226 offen ist, kann flüssiger Kraftstoff 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. Bei anderen Beispielen kann nur ein DI-Gaseinspritzsystem oder nur ein PFI-Gaseinspritzsystem verwendet werden. Ferner kann der Zuteiler 206 für flüssigen Kraftstoff einen DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff zum Direkteinspritzen flüssigen Kraftstoffs über einen oder mehrere DI-Flüssigkraftstoffeinspritzer 166A und einen PFI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff zur Saugrohreinspritzung flüssigen Kraftstoffs über einen oder mehrere PFI-Flüssigkraftstoffeinspritzer 166B aufweisen. Bei anderen Beispielen kann nur ein DI-Flüssigkeitseinspritzsystem oder nur ein PFI-Flüssigkeitseinspritzsystem verwendet werden. Überdies kann eine DI-Pumpe für gasförmigen Kraftstoff vor dem DI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff und hinter dem Schaltventil 224 für gasförmigen Kraftstoff bereitgestellt sein, um unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff dem DI-Zuteiler für gasförmigen Kraftstoff zuzuführen. Überdies kann eine DI-Pumpe für flüssigen Kraftstoff vor dem DI-Zuteiler für flüssigen Kraftstoff und hinter der Umgehungskraftstoffleitung 228 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.
Falls das Kraftstofftrenner-Umgehungsventil 226 geschlossen ist, kann der vom Kraftstofftank 200 zugeführte flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftrenner 230 zugeführt werden. Beispielsweise kann der Kraftstofftrenner 230 ein Koaleszenzmittel oder eine andere bekannte Verarbeitungseinheit zum Trennen von Flüssigkeiten und Gasen aufweisen. Der Kraftstofftrenner 230 kann einen Koaleszenzfilter 234 und eine Dehnkammer 232 auf seiner Stromabwärtsseite und eine Sumpfkammer 236 auf seiner Stromaufwärtsseite aufweisen. Flüssiger Kraftstoff kann der Sumpfkammer 236 und/oder dem Koaleszenzfilter 234 bei einem Kraftstoffdruck einer Kraftstoffhebepumpe 210 zugeführt werden. Es kann eine Druckdifferenz über den Koaleszenzfilter 234 aufrechterhalten werden, wobei der Druck in der Dehnkammer 232 kleiner sein kann als der Kraftstoffdruck in der Sumpfkammer 236. Beispielsweise kann die Druckdifferenz aufrechterhalten werden, indem die Hebepumpe 210 so gesteuert wird, dass sie einen ausreichenden Druck liefert. Ferner kann der Koaleszenzfilter einen Frittenfilter in der Art eines Stahlfrittenfilters umfassen. Die Dehnkammer 232 kann auch als eine Verteilerkammer beschrieben werden.
Bei einem Beispiel kann die Druckdifferenz durch ein Rückschlagventil 242, das hinter dem Kraftstofftrenner 230 angeordnet ist und über einen Entlastungsdurchgang 240 für gasförmigen Kraftstoff in Fluidverbindung mit der Dehnkammer 232 steht, über den Koaleszenzfilter 234 aufrechterhalten werden. Das Rückschlagventil 242 kann so ausgelegt sein, dass es sich öffnet, wenn der Druck hinter dem Rückschlagventil einen Schwellendruck überschreitet, beispielsweise einen Ansaugkrümmerdruck. Der Ausgang des Rückschlagventils 242 über den Entlastungsdurchgang 240 für gasförmigen Kraftstoff kann in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer und/oder einem positiven Kurbelgehäuseventilations-(PCV)-System des Verbrennungsmotors 10 stehen. Auf diese Weise kann dem Ansaugkrümmer und/oder dem Verbrennungsmotorkurbelgehäuse getrennter gasförmiger Kraftstoff zugeführt werden, wo er verwendet werden kann, um das Verringern der Ölviskosität und das Schmieren der Verbrennungsmotorkomponenten zu unterstützen.
Beispielsweise kann der Druck in der Dehnkammer 232 kleiner sein als ein Schwellendruck. Der Druck in der Dehnkammer 232 kann durch einen Drucksensor 238 gemessen werden und zur Steuereinrichtung 12 übermittelt werden. Bei einem Beispiel kann der Schwellendruck einen Druck von weniger als 100 psi umfassen. Unterhalb von 100 psi kann die Löslichkeit von CNG, Methan und anderen gasförmigen Kraftstoffen verringert werden, so dass der Anteil des gelösten gasförmigen Kraftstoffs im flüssigen Kraftstoff sehr niedrig sein kann. Beispielsweise kann die Löslichkeit gasförmigen Kraftstoffs (Volumen des gelösten gasförmigen Kraftstoffs pro Volumen des flüssigen Kraftstoffs) pro Atmosphäre des Drucks des gasförmigen Kraftstoffs etwa 1 ml/ml sein. Dementsprechend kann der gasförmige Kraftstoff, der im flüssigen Kraftstoff gelöst ist, nach dem Eintreten in den Kraftstofftrenner 230 aus der Lösung entweichen und sich aus dem flüssigen Kraftstoff verflüchtigen und über den Koaleszenzfilter 234 in die Dehnkammer 232 und aus dem Kraftstofftrenner 230 zum Schaltventil 224 für gasförmigen Kraftstoff befördert werden. Ferner kann die Positionierung des Dreiwege-Schaltventils 224 für gasförmigen Kraftstoff zur Fluidverbindung des Kraftstofftrenners 230 mit dem Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff den aus der Lösung entwichenen gasförmigen Kraftstoff dem Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff zuführen. Anschließend kann der aus der Lösung entwichene gasförmige Kraftstoff über Einspritzer 170A und 170B für gasförmigen Kraftstoff in den Zylinder 14 eingespritzt werden.
Die Verflüchtigung des gasförmigen Kraftstoffs aus dem flüssigen Kraftstoff kann die Temperaturen des flüssigen und des gasförmigen Kraftstoffs verringern und das Koaleszenzfilter 234 kühlen. Ferner kann die verringerte Temperatur des flüssigen Kraftstoffs die Flüchtigkeit des flüssigen Kraftstoffs verringern, so dass ein Mitführen leichterer Kohlenwasserstoffkraftstoffkomponenten in den Strom aus der Lösung entwichenen gasförmigen Kraftstoffs verringert werden kann. Alle im flüssigen Kraftstoff mitgeführten Kohlenwasserstoffkomponenten in der Art restlicher Butane, Pentane und Hexane können verflüchtigen und durch den aus der Lösung entwichenen gasförmigen Kraftstoff im Kraftstofftrenner mitgeführt werden. Dementsprechend kann der Oktanwert des flüssigen Kraftstoffs etwas erhöht werden, während der Oktanwert des gasförmigen Kraftstoffs etwas verringert werden kann. Ferner kann die Rekompression des gasförmigen Kraftstoffs hinter dem Kraftstofftrenner diese restlichen Kohlenwasserstoffkomponenten kondensieren.
Der dem Kraftstofftrenner 230 zugeführte flüssige Kraftstoff kann durch die Sumpfkammer 236 und aus dem Kraftstofftrenner 230 zur Umgehungskraftstoffleitung 228 und zur Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff fließen. Ein Teil des dem Kraftstofftrenner 230 zugeführten flüssigen Kraftstoffs kann als Tröpfchen auf dem Koaleszenzfilter 234 und darin kondensieren. Wenn die Tröpfchen des flüssigen Kraftstoffs durch den Koaleszenzfilter 234 fließen, können sie sich vereinigen und verschmelzen, wodurch größere Tröpfchen gebildet werden, die durch die Schwerkraft zur Sumpfkammer 236 zurück befördert werden können.
Wenngleich in 2 dargestellt ist, dass die Sumpfkammer 236, der Koaleszenzfilter 234 und die Dehnkammer 232 linear angeordnet sind, können auch andere Anordnungen aufgenommen werden. Beispielsweise können die Sumpfkammer 236, der Koaleszenzfilter 234 und die Dehnkammer 232 in einer konzentrischen Konfiguration angeordnet werden, wobei die Dehnkammer vom Koaleszenzfilter 234 und von der Sumpfkammer 236 umgeben ist und wobei der in den Kraftstofftrenner 230 hinein und aus diesem heraus fließende Kraftstoff in axialer und/oder radialer Richtung in Bezug auf die konzentrische Konfiguration fließt. Ferner kann die Sumpfkammer 236 über den Koaleszenzfilter 234 in Fluidverbindung mit der Dehnkammer 232 stehen.
Auf diese Weise kann im flüssigen Kraftstoff gelöster gasförmiger Kraftstoff aus der Lösung entweichen und vom flüssigen Kraftstoff getrennt werden, bevor flüssiger Kraftstoff in den Zylinder 14 injiziert wird. Ferner kann gasförmiger 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), Methan, Propan und Butan umfassen, während der flüssige Kraftstoff als nicht einschränkende Beispiele eines oder mehrere von Benzin, Alkohol und Dieselkraftstoff umfassen kann.
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 sein, um eine Kompatibilität mit mehr als einem Typ einer Hochdruck-Kraftstoffpumpendüse zu ermöglichen, wobei beispielsweise ein erster Wiederauftankstutzen dafür ausgelegt sein kann, eine unter Druck stehende Mischung eines flüssigen Kraftstoffs und eines gasförmigen Kraftstoffs zu empfangen, und ein zweiter Wiederauftankstutzen dafür ausgelegt sein kann, gasförmigen Kraftstoff zu empfangen.
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 Druckgradienten 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.
Das Kraftstoffsystem 172 kann es ermöglichen, dass nicht unter Druck stehender flüssiger Kraftstoff (beispielsweise Benzin, Diesel, Alkohol usw.), unter Druck stehender gasförmiger Kraftstoff (beispielsweise CNG) und/oder eine unter Druck stehende Mischung von flüssigem und gasförmigem Kraftstoff (beispielsweise Benzin und CNG, Diesel und CNG usw.) nach Wunsch zum Kraftstofftank 200 hinzugefügt wird, solange der Druck im Kraftstofftank kleiner als ein maximal zulässiger Druck ist. Die Hinzufügung unter Druck stehenden Kraftstoffs erfordert insbesondere keinen aktiven Steuermechanismus. Wenn Flüssigkeit innerhalb des Ausgleichstanks 270 festgestellt wird, kann die Kraftstoffpumpe 285 verwendet werden, um den flüssigen Kraftstoff in den Tank zu pumpen, falls der Tankdruck kleiner als der maximal zulässige Druck ist. Der Flüssigkeitssensor 275 kann verwendet werden, um das Pumpen von Luft in den Tank 270 zu vermeiden und um die Erzeugung einer brennbaren Mischung innerhalb des Tanks zu vermeiden. Wenn der Tank 270 voll ist (beispielsweise in Bezug auf ein Druck- oder Flüssigkeitsniveau), hält die Kraftstoffpumpe 285 an, füllt flüssiger Kraftstoff den Ausgleichstank 270 und kann eine Abgabedüse für flüssigen Kraftstoff sich selbst ausschalten. Bei einigen Beispielen kann eine Steuerlogik verwendet werden, um Verdampfungsemissionen vom Ausgleichstank 270 zu verringern, indem die Kraftstoffpumpe 285 zu einer späteren Zeit laufen gelassen wird. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens 500, das verwendet werden kann, um den Kraftstofftank 200 über das Kraftstoffsystem 172 wiederaufzufüllen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das Kraftstoffsystem 172 gemäß einigen Ausführungsformen zwei Hochdruckwiederauftankstutzen aufweisen. Bei diesem Beispiel kann ein erster Hochdruckwiederauftankstutzen dafür ausgelegt sein, eine vorab unter Druck gesetzte Mischung flüssigen Kraftstoffs und gasförmigen Kraftstoffs zu empfangen, und kann ein zweiter Hochdruckwiederauftankstutzen dafür ausgelegt sein, den gasförmigen Kraftstoff zu empfangen. Der Düsen/Stutzen-Entwurf, der vom ersten Hochdruckwiederauftankstutzen verwendet wird, kann beispielsweise von jenem verschieden sein, der vom zweiten Hochdruckwiederauftankstutzen verwendet wird, so dass der richtige Kraftstoff (die richtigen Kraftstoffe) dem entsprechenden Stutzen zugeführt werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors 10 aus 1 und eines Kraftstoffsystems 300, das dafür ausgelegt ist, mit einer Mischung gasförmigen Kraftstoffs und flüssigen Kraftstoffs zu arbeiten. Weil das Kraftstoffsystem 300 als eine Modifikation des Kraftstoffsystems 172 angesehen werden kann, werden gleiche Bezugszahlen verwendet, wo dies angemessen ist, wobei ihre Funktionalität anhand der vorstehenden Beschreibung verständlich sein wird.
Im Unterschied zum Kraftstoffsystem 172 fehlt dem Kraftstoffsystem 300 ein Ausgleichstank und eine Kraftstoffpumpe am Niederdruckwiederauftankstutzen 265. Dabei kann das Hinzufügen eines flüssigen Kraftstoffs erfolgen, wenn der Druck im Kraftstofftank 200 in etwa null ist. Um den Haupttank 200 zu depressurisieren, kann im Wesentlichen der gesamte (beispielsweise 90 % oder mehr) gelöste gasförmige Kraftstoff im Haupttank zum Verbrennungsmotor 10 gezogen und von diesem verbraucht werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Mechanismus bereitgestellt werden, durch den der Haupttank 200 depressurisiert werden kann, indem gelöster gasförmiger Kraftstoff an die Atmosphäre oder an einen in 3 nicht dargestellten getrennten Tank abgegeben wird. Gemäß diesen Ausführungsformen kann das Wiederauftanken ohne einen aktiven Steuermechanismus ausgeführt werden: Falls im Haupttank 200 ein im Wesentlichen von Null verschiedener Druck existiert (beispielsweise Atmosphärendruck oder ein größerer Druck), kann das Rückschlagventil 290 erlauben, dass flüssiger Kraftstoff den Niederdruckwiederauftankstutzen 265 füllt, und kann eine Abgabedüse für flüssigen Kraftstoff unter einem niedrigen Druck sich selbst automatisch abschalten.
3 zeigt auch einen sekundären Tank 304 und eine Pumpe 306, die gemäß einigen Ausführungsformen optional in das Kraftstoffsystem 300 aufgenommen sein können. Der sekundäre Tank 304 steht in Fluidverbindung mit dem Haupttank 200, so dass der Haupttank aktiv depressurisiert werden kann, um das Wiederauftanken mit einem unter einem niedrigen Druck stehenden flüssigen Kraftstoff zu ermöglichen. Es kann eine Steuerlogik verwendet werden, um auf der Grundlage eines ersten Schwellenwerts zu bestimmen, ob der Druck im Haupttank 200 verringert werden kann, indem Dämpfe aus dem Haupttank in den sekundären Tank 304 gepumpt werden. Die Steuerlogik kann auf der Grundlage eines zweiten Schwellenwerts, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, auch bestimmen, ob der Haupttank 200 durch Pumpen von Dampf in den sekundären Tank 204 in dem Maße depressurisiert wurde, dass der Niederdruckwiederauftankstutzen 265 geöffnet werden kann. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens 600 zum Wiederauffüllen des Tanks 200 über das Kraftstoffsystem 300.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens 400 zum Betrieb eines Verbrennungsmotors und eines Kraftstoffsystems. Das Verfahren 400 kann beispielsweise zum Betreiben eines Verbrennungsmotors 10 aus 1 und eines oder beider von den Kraftstoffsystemen 172 und 300 aus 2 bzw. 3 verwendet werden. Das Verfahren 400 beginnt bei 410, 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 400 wird bei 420 fortgesetzt, wo es bestimmt, ob Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen die Erzeugung von Teilchenemissionen erhöhen können. Bei 424 bestimmt das Verfahren 400, ob die Verbrennungsmotortemperatur T_{Verbrennungsmotor} kleiner als eine Schwellenverbrennungsmotortemperatur T_{Verbrennungsmotor,TH} ist. Falls T_{Verbrennungsmotor} < T_{Verbrennungsmotor,TH} ist, ist es möglich, dass Tröpfchen des flüssigen Kraftstoffs nicht verdampfen, wenn sie auf Metalloberflächen des Verbrennungsmotors treffen, und dadurch die Erzeugung von Teilchenemissionen vergrößern können. Falls T_{Verbrennungsmotor} nicht kleiner als T_{Verbrennungsmotor,TH} ist, wird das Verfahren 400 bei 428 fortgesetzt, wo die Teilchenerzeugung auf der Grundlage der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last bestimmt wird. Beispielsweise kann das Verfahren 400 auf eine Nachschlagetabelle einer vorgegebenen Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last Bezug nehmen, um zu bestimmen, ob Teilchenemissionen bei den aktuellen Verbrennungsmotorgeschwindigkeits- und -lastbedingungen zunehmen können. Falls das Verfahren 400 feststellt, dass Teilchenemissionen bei der aktuellen Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last nicht zunehmen können oder niedrig sind, wird das Verfahren 400 bei 430 fortgesetzt.
Bei 430 bestimmt das Verfahren 400, ob im Kraftstoffsystem eine Blasenbildung des gasförmigen Kraftstoffs auftreten kann. Bei 434 bestimmt das Verfahren 400, ob die Umgebungstemperatur T_Umgebung größer als die Schwellenumgebungstemperatur T_Umgebung,TH ist. T_Umgebung kann auch eine gemessene oder geschätzte Unter-der-Haube-Temperatur oder eine Kraftstoffsystemtemperatur bezeichnen, wie vorstehend beschrieben. Falls T_Umgebung > T_Umgebung,TH ist, können Blasen des gasförmigen Kraftstoffs während der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor erzeugt werden und können die Zuverlässigkeit und Robustheit der Kraftstoffzufuhr verringert werden. Bei einem Beispiel kann die volumetrische Flussrate der Kraftstoffzufuhr wegen der Ausdehnung von Blasen des gasförmigen Kraftstoffs in einer Leitung für den flüssigen Kraftstoff verringert werden. Bei einem anderen Beispiel kann die Bildung von Blasen des gasförmigen Kraftstoffs Kavitation in einer Leitung für flüssigen Kraftstoff oder einer DI-Kraftstoffpumpe hervorrufen, wodurch die Zuverlässigkeit der Kraftstoffzufuhr verkleinert wird und die Betriebsfähigkeit des Verbrennungsmotors verringert wird. Bei einem anderen Beispiel können Kraftstoffblasen die Kraftstoffzuteilung mit Kraftstoffeinspritzern beeinträchtigen, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird und Verbrennungsmotoremissionen verschlechtert werden. Falls T_Umgebung nicht größer als T_Umgebung,TH ist, wird das Verfahren 400 bei 438 fortgesetzt, wo es bestimmt, ob der Kraftstoffsystemdruck P_{Kraftstoffsys} kleiner als ein Schwellenkraftstoffsystemdruck P_{Kraftstoffsys,TH} ist. Falls P_{Kraftstoffsys} < P_{Kraftstoffsys,TH} ist, können Blasen des gasförmigen Kraftstoffs während der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor erzeugt werden und können die Zuverlässigkeit und Robustheit der Kraftstoffzufuhr verringert werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann P_{Kraftstoffsys} anhand eines oder mehrerer am Kraftstoffsystem 172 und/oder 300 positionierter Drucksensoren bestimmt werden. Beispielsweise sei mit Bezug auf 2 bemerkt, dass der Kraftstoffsystemdruck durch einen oder mehrere vom Drucksensor 211 am Kraftstofftank 200, vom Drucksensor 238 am Kraftstofftrenner 230, vom Drucksensor 223 in der Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff und von einem Drucksensor entweder im Zuteiler 205 für gasförmigen Kraftstoff oder im Zuteiler 206 für flüssigen Kraftstoff gemessen werden kann.
Falls bei 438 P_{Kraftstoffsys} < P_{Kraftstoffsys,TH} ist, wird das Verfahren 400 bei 440 fortgesetzt, wo es bestimmt, ob die Verbrennungsmotorlast kleiner als eine Schwellenverbrennungsmotorlast Last_TH ist. Durch das Einspritzen gasförmigen Kraftstoffs (insbesondere durch Saugrohrkraftstoffeinspritzung) kann Ansaugluft im Verbrennungsmotorzylinder oder im Verbrennungsmotoransaugluftdurchgang 146 verdrängt werden. Dabei kann bei hohen Verbrennungsmotorlasten oberhalb von Last_TH durch das Verdrängen der Verbrennungsmotoransaugluft das verfügbare Verbrennungsmotordrehmoment verringert werden und kann die Fahrbarkeit verringert werden und kann gelöster gasförmiger Kraftstoff nicht vom flüssigen Kraftstoff getrennt werden, um das Einspritzen im flüssigen Kraftstoff gelösten gasförmigen Kraftstoffs zu ermöglichen. Falls die Verbrennungsmotorlast nicht kleiner als Last_TH ist, wird das Verfahren 400 bei 460 fortgesetzt, wo es das Kraftstofftrenner-Umgehungsventil 226 öffnet, um dadurch das gelösten gasförmigen Kraftstoff und den flüssigen Kraftstoff zur Umgehungskraftstoffleitung 228 und zur Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff zu leiten. Ferner kann das Verfahren 400 das Schaltventil 224 für gasförmigen Kraftstoff positionieren, um eine Fluidverbindung des Kraftstofftanks 200 mit der Leitung 221 für gasförmigen Kraftstoff herzustellen. Als nächstes kann bei 464 die Mischung gelösten gasförmigen Kraftstoffs und flüssigen Kraftstoffs über den Zuteiler 206 für flüssigen Kraftstoff und die Einspritzer 166A und 166B für flüssigen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden. Weil das Verfahren 400 bei 420 bestimmt, dass Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen nicht für die Erzeugung von Teilchenemissionen geeignet sind, und bei 430 bestimmt, dass sie nicht für die Erzeugung von Blasen des gasförmigen Kraftstoffs geeignet sind, kann die Mischung gelösten gasförmigen Kraftstoffs und flüssigen Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden, während die Zuverlässigkeit und Robustheit der Kraftstoffzufuhr aufrechterhalten wird. Nach 464 endet das Verfahren 400.
Falls bei 424 T_{Verbrennungsmotor} < T_{Verbrennungsmotor,TH} ist, kann bei 428 die Teilchenerzeugung zunehmen, und falls bei 434 T_Umgebung > T_Umgebung,TH, bei 438 P_{Kraftstoffsys} < P_{Kraftstoffsys,TH} oder bei 440 Verbrennungsmotorlast < Last_TH ist, fährt das Verfahren 400 damit fort, den gasförmigen Kraftstoff aus der Lösung zu entfernen und vom flüssigen Kraftstoff zu trennen. Bei 470 schließt das Verfahren 400 das Kraftstofftrenner-Umgehungsventil und positioniert das Schaltventil 224 für gasförmigen Kraftstoff, um den Kraftstofftrenner 230 und die Leitung 221 für gasförmigen Kraftstoff zu verbinden. Als nächstes leitet das Verfahren 400 bei 472 den gelösten gasförmigen Kraftstoff und den flüssigen Kraftstoff zum Kraftstofftrenner 230, beispielsweise über die Kraftstoffhebepumpe 210. Alternativ kann der Druck im Kraftstofftank 210 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 210 befördern. Bei 474 wird der gasförmige Kraftstoff aus der Lösung entfernt und im Kraftstofftrenner 230 vom flüssigen Kraftstoff getrennt. Beispielsweise kann eine Druckdifferenz über den Koaleszenzfilter 234 den gasförmigen Kraftstoff aus der Lösung entfernen, wodurch der gasförmige Kraftstoff über den Koaleszenzfilter 234 zur Dehnkammer 232 und aus dem Kraftstofftrenner 230 über das Schaltventil 224 für gasförmigen Kraftstoff zur Leitung 221 für gasförmigen Kraftstoff fließt. Beispielsweise kann der Druck in der Dehnkammer kleiner als der Schwellendruck sein, beispielsweise kleiner als 100 psi, um den gasförmigen Kraftstoff leicht aus dem flüssigen Kraftstoff zu lösen. Tröpfchen flüssigen Kraftstoffs können am Koaleszenzfilter 234 kondensieren, wo sie verschmelzen können und dann in die Sumpfkammer 236 zurücktropfen können, wo sich der größte Teil des flüssigen Kraftstoffs sammelt, bevor er aus dem Kraftstofftrenner 230 zur Umgehungsleitung 228 für flüssigen Kraftstoff und zur Leitung 220 für flüssigen Kraftstoff herausfließt. Nachdem der gasförmige Kraftstoff und der flüssige Kraftstoff im Kraftstofftrenner 230 getrennt wurden, können der gasförmige Kraftstoff und der flüssige Kraftstoff bei 476 bzw. 478 getrennt über das System zum Einspritzen gasförmigen Kraftstoffs bzw. das System zum Einspritzen flüssigen Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden. Das Verfahren 400 endet nach 476 und 478.
5 zeigt nun ein Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens 500 zum Wiederauffüllen eines Kraftstoffsystems mit einem Hauptkraftstofftank, der dafür ausgelegt ist, sowohl einen flüssigen Kraftstoff als auch einen gasförmigen Kraftstoff zu speichern. Das Verfahren 500 kann verwendet werden, um den Kraftstofftank 200 beispielsweise über das Kraftstoffsystem 172 aus 2 wiederaufzutanken.
Bei 502 des Verfahrens 500 wird bestimmt, ob ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks erwünscht ist. Der Wunsch zum Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks kann auf verschiedene geeignete Weisen angegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrzeugbediener das Wiederauffüllen durch eine geeignete Schnittstelle anfordern. Alternativ oder zusätzlich kann das Öffnen einer Außenklappe eines Wiederauftankstutzens vor dem Hauptkraftstofftank einen Wunsch zum Wiederauftanken angeben. Als ein weiteres Beispiel kann die Nähe eines Fahrzeugs zu einer Wiederauftankstation einen Wunsch zum Wiederauftanken angeben. Die Nähe des Fahrzeugs kann durch verschiedene geeignete Mechanismen in der Art des vorstehend beschriebenen GPS-Systems oder über Ortsdaten, die auf eine andere Weise erhalten werden, beispielsweise über direkte Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Wiederauftankstation, bestimmt werden. Falls bestimmt wird, dass ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks nicht erwünscht ist (NEIN), endet das Verfahren 500. Falls bestimmt wird, dass ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks erwünscht ist (JA), wird das Verfahren 500 bei 504 fortgesetzt.
Bei 504 des Verfahrens 500 wird bestimmt, ob sich in einem Ausgleichstank (beispielsweise dem Ausgleichstank 270 aus 2) des Kraftstoffsystems flüssiger Kraftstoff befindet. Ein Flüssigkeitsniveausensor in der Art eines Treibsensors (beispielsweise des Treibsensors 215 aus 2), der sich im Ausgleichstank befindet, kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank befindet. Gemäß einigen Ausführungsformen können Niveaus des flüssigen Kraftstoffs unterhalb eines Schwellenwerts so behandelt werden, als ob sich im Ausgleichstank kein flüssiger Kraftstoff befinden würde. Durch Feststellen des Vorhandenseins flüssigen Kraftstoffs im Ausgleichstank kann das Pumpen von Luft in den Hauptkraftstofftank vermieden werden, wodurch wiederum die Erzeugung einer brennbaren Kraftstoffmischung innerhalb des Hauptkraftstofftanks vermieden werden kann. Falls bestimmt wird, dass kein flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank vorhanden ist (NEIN), kehrt das Verfahren 500 zu 502 zurück. Falls stattdessen bestimmt wird, dass flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank vorhanden ist (JA), wird das Verfahren 500 bei 506 fortgesetzt.
Bei 506 des Verfahrens 500 wird bestimmt, ob der Druck im Hauptkraftstofftank einen Schwellendruck übersteigt oder ob das Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Hauptkraftstofftank ein Schwellenniveau übersteigt. Es können verschiedene geeignete Mechanismen für das Messen des Druck- und/oder Flüssigkeitsniveaus im Hauptkraftstofftank verwendet werden, wobei beispielsweise der Drucksensor 211 (2) und der Flüssigkeitsniveausensor 215 (2) verwendet werden können, um den Hauptkraftstofftankdruck bzw. das Flüssigkeitsniveau zu bestimmen. Falls bestimmt wird, dass der Druck im Hauptkraftstofftankdruck den Schwellendruck übersteigt oder dass das Flüssigkeitsniveau im Hauptkraftstofftank das Schwellenniveau übersteigt (JA), endet das Verfahren 500, und das Wiederauffüllen wird verboten. Falls stattdessen bestimmt wird, dass weder der Druck im Hauptkraftstofftankdruck den Schwellendruck übersteigt noch das Flüssigkeitsniveau im Hauptkraftstofftank das Schwellenniveau übersteigt (NEIN), wird das Verfahren 500 bei 508 fortgesetzt.
Bei 508 des Verfahrens 500 wird ein Wiederauffüllen erlaubt und wird flüssiger Kraftstoff aus dem Ausgleichstank in den Hauptkraftstofftank gepumpt. Beispielsweise kann die Kraftstoffpumpe 285 aus 2 verwendet werden, um den flüssigen Kraftstoff zu pumpen. Nach dem Einleiten des Pumpens flüssigen Kraftstoffs aus dem Ausgleichstank zum Hauptkraftstofftank bei 508 kehrt das Verfahren 500 zu 504 und bedingt zu 506 zurück, so dass das Vorhandensein flüssigen Kraftstoffs im Ausgleichstank und das Druck- und Flüssigkeitsniveau im Haupttank auf einer iterativen Basis beurteilt werden können, um das Pumpen flüssigen Kraftstoffs geeignet zu steuern. Wie vorstehend beschrieben wurde, endet das Verfahren 500, falls bei 504 bestimmt wird, dass kein flüssiger Kraftstoff im Ausgleichstank vorhanden ist oder falls bei 506 bestimmt wird, dass das Druck- oder Flüssigkeitsniveau im Hauptkraftstofftank jeweilige Schwellen übersteigt. Ähnlich kann das Wiederauffüllen mit gasförmigem Kraftstoff erlaubt werden, falls bestimmt wird, dass das Druck- und Flüssigkeitsniveau im Hauptkraftstofftank unterhalb ihrer jeweiligen Schwellen liegen, wie bei 506 bestimmt wurde. Das Erlauben des Wiederauffüllens mit gasförmigem Kraftstoff kann beispielsweise das Öffnen des Wiederauftankschlosses 257 am Hochdruckwiederauftankstutzen 255 einschließen.
Das Pumpen des flüssigen Kraftstoffs vom Ausgleichstank zum Hauptkraftstofftank bei 508 kann bei 509 einschließen, dass auf der Grundlage der Kraftstoffeinlasstemperatur und der Hauptkraftstofftanktemperatur ein Kraftstoffvolumen bestimmt wird, mit dem der Hauptkraftstofftank wiederaufzufüllen ist. Die Kraftstoffeinlasstemperatur kann durch einen Temperatursensor geschätzt oder gemessen werden, der sich am Niederdruckwiederauftankstutzen 265 befindet, während die Hauptkraftstofftanktemperatur beispielsweise durch den Temperatursensor 212 gemessen werden kann. Hier kann das Kraftstoffvolumen auf der Grundlage der Differenz zwischen der Kraftstoffeinlasstemperatur und der Hauptkraftstofftanktemperatur und einer maximalen Temperatur, die vom Hauptkraftstofftank während des Fahrzeugbetriebs angenommen werden kann, bestimmt werden. Die Bestimmung des Kraftstoffvolumens auf diese Weise trägt Druckerhöhungen des Hauptkraftstofftanks infolge von Temperaturerhöhungen Rechnung. Ohne solchen Druckerhöhungen Rechnung zu tragen, kann ein Kraftstoffvolumen bei einer verhältnismäßig geringen Temperatur dem Hauptkraftstofftank zugeführt werden und später einen maximal zulässigen Druck im Hauptkraftstofftank übersteigen, wenn sich das Kraftstoffvolumen erwärmt. Die Bestimmung des Kraftstoffvolumens kann einen Zugriff auf Nachschlagetabellen einschließen, welche Kraftstoffeinlasstemperaturen und Hauptkraftstofftanktemperaturen mit Kraftstoffvolumina assoziieren, die für die verwendeten Typen flüssiger und gasförmiger Kraftstoffe und die Löslichkeit der gasförmigen Kraftstoffe in den flüssigen Kraftstoffen spezifisch sind.
Als nächstes kann die Kraftstoffpumpe bei 510 des Verfahrens 500 optional laufen gelassen werden, nachdem eine Schwellendauer nach der Bestimmung verstrichen ist, dass entweder der Druck oder das Flüssigkeitsniveau im Hauptkraftstofftank jeweilige Schwellenwerte überschritten hat. Hier kann das Laufenlassen der Kraftstoffpumpe nach der Schwellendauer Verdampfungsemissionen aus dem Ausgleichstank verringern. Nach 510 endet das Verfahren 500.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen als Beispiel dienenden Verfahrens 600 zum Wiederauffüllen eines Kraftstoffsystems mit einem Hauptkraftstofftank, der dafür ausgelegt ist, sowohl einen flüssigen Kraftstoff als auch einen gasförmigen Kraftstoff zu speichern. Das Verfahren 600 kann verwendet werden, um den Kraftstofftank 200 beispielsweise über das Kraftstoffsystem 300 aus 3 wiederaufzutanken.
Bei 602 des Verfahrens 600 wird bestimmt, ob ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks erwünscht ist. Wie vorstehend mit Bezug auf 602 des Verfahrens 600 beschrieben, kann ein Wunsch zum Wiederauffüllen des Haupttanks durch eine Anforderung eines Fahrzeugbedieners, das Öffnen einer Außenklappe eines Wiederauftankstutzens, Ortsdaten, welche die Nähe des Fahrzeugs zu einer Wiederauftankstation angeben, über direkte Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Wiederauftankstation usw. angegeben werden. Falls bestimmt wird, dass ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks nicht erwünscht ist (NEIN), endet das Verfahren 600. Falls bestimmt wird, dass ein Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks erwünscht ist (JA), wird das Verfahren 600 bei 604 fortgesetzt.
Bei 604 des Verfahrens 600 wird bestimmt, ob der Druck im Hauptkraftstofftank unterhalb eines ersten Schwellendrucks liegt. Der Drucksensor 211 aus 2 kann beispielsweise verwendet werden, um den Druck im Hauptkraftstofftank zu messen.
Falls bestimmt wird, dass der Druck im Hauptkraftstofftank nicht unterhalb des ersten Schwellendrucks liegt (NEIN), endet das Verfahren 600, und das Wiederauffüllen des Haupttanks wird nicht erlaubt. Falls stattdessen bestimmt wird, dass der Druck im Hauptkraftstofftank unterhalb des ersten Schwellendrucks liegt (JA), wird das Verfahren 600 bei 606 fortgesetzt.
Bei 606 des Verfahrens 600 wird bestimmt, ob der Druck im Hauptkraftstofftank unterhalb eines zweiten Schwellendrucks liegt. Bei diesem Beispiel ist der zweite Schwellendruck kleiner als der erste Schwellendruck. Falls bestimmt wird, dass der Druck im Hauptkraftstofftank nicht unterhalb des zweiten Schwellendrucks liegt (NEIN), wird das Verfahren 600 bei 608 fortgesetzt, wo Dampf aus dem Hauptkraftstofftank zu einem sekundären Tank gepumpt wird, der dafür ausgelegt ist, Dampf vom Hauptkraftstofftank zu empfangen. Mit Bezug auf 3 sei bemerkt, dass der Dampf durch die Pumpe 306 vom Kraftstofftank 200 beispielsweise zum sekundären Tank 304 gepumpt werden kann. Auf diese Weise kann der Hauptkraftstofftank in Fällen wiederaufgefüllt werden, in denen der Druck des Hauptkraftstofftanks zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellendruck liegt, indem Dampf aus dem Hauptkraftstofftank zum sekundären Tank gepumpt wird. Das Verfahren 600 kann für Ausführungsformen angepasst werden, bei denen das Kraftstoffsystem keinen sekundären Tank aufweist. Bei diesem Beispiel kann der Hauptkraftstofftank depressurisiert werden, indem im Wesentlichen der gesamte gasförmige Kraftstoff im Hauptkraftstofftank zum Verbrennungsmotor gezogen wird, oder dies kann bei anderen Beispielen geschehen, indem gasförmiger Kraftstoff an die Atmosphäre oder zu einem anderen Tank ausgelassen wird, falls ein solcher verfügbar sein sollte.
Falls stattdessen bestimmt wird, dass der Druck im Hauptkraftstofftank unterhalb des zweiten Schwellendrucks liegt (JA), wird das Verfahren 600 bei 610 fortgesetzt, wo das Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks mit dem flüssigen Kraftstoff erlaubt wird. Das Wiederauffüllen bei 610 kann einschließen, dass der Fahrzeugbediener darauf hingewiesen wird, dass ein Wiederauffüllen erlaubt ist, und/oder es kann ein Entriegeln oder Öffnen einer Zugangsklappe zu einem Wiederauftankstutzen einschließen. Das Wiederauffüllen mit dem gasförmigen Kraftstoff kann auch bei 610 erlaubt werden, wobei beispielsweise das Wiederauftankschloss 257 beim Hochdruckwiederauftankstutzen 255 geöffnet werden kann.
Beim Wiederauffüllen des Hauptkraftstofftanks mit dem flüssigen Kraftstoff bei 610 kann beispielsweise bei 612 auf der Grundlage der Kraftstoffeinlasstemperatur und der Temperatur des Hauptkraftstofftanks das Kraftstoffvolumen bestimmt werden, mit dem der Hauptkraftstofftank wiederaufzufüllen ist. Das Kraftstoffvolumen kann in der vorstehend mit Bezug auf 509 des Verfahrens 500 beschriebenen Weise bestimmt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann das Bestimmen des Kraftstoffvolumens Druckerhöhungen Rechnung tragen, die auftreten können, wenn sich der Kraftstoff erwärmt, und es kann dabei auf Nachschlagetabellen zugegriffen werden, welche Kraftstoffeinlasstemperaturen und Hauptkraftstofftanktemperaturen mit Kraftstoffvolumina, die für die Typen des verwendeten flüssigen und gasförmigen Kraftstoffs spezifisch sind, und der Löslichkeit der gasförmigen Kraftstoffe in den flüssigen Kraftstoffen assoziieren. Nach 612 endet das Verfahren 600.
Demgemäß können die Verfahren 500 und 600 wie dargestellt und beschrieben verwendet werden, um einen Kraftstofftank wiederaufzufüllen, der dafür ausgelegt ist, sowohl flüssigen Kraftstoff als auch gasförmigen Kraftstoff mit dem flüssigen Kraftstoff zu speichern. Wenngleich die hier beschriebenen Ansätze nicht auf einen bestimmten Typ eines gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffs beschränkt sind, kann die Verwendung von CNG (beispielsweise Methan) in Kombination insbesondere mit Benzin das Klopfen des Verbrennungsmotors verringern, während die Reichweite und die Funktionsweise des Fahrzeugs erweitert werden. Die Verfahren 400, 500 und 600 können als maschinenlesbare Befehle in einem Speichermedium gespeichert werden und durch ein Logikuntersystem ausgeführt werden, wobei beispielsweise die Verfahren im RAM 112 der Steuereinrichtung 12 gespeichert werden können und durch die CPU 106 ausgeführt werden können.
Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren 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 zum Wiederauftanken, welches Folgendes umfasst: Zuführen eines flüssigen Kraftstoffs zu einem Kraftstofftank, der dafür ausgelegt ist, sowohl den flüssigen Kraftstoff als auch einen gasförmigen Kraftstoff zu speichern, falls der Druck im Kraftstofftank kleiner als ein Schwellendruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, falls der flüssige Kraftstoff in einem Ausgleichstank erkannt wird, der dafür ausgelegt ist, den flüssigen Kraftstoff zu speichern, wobei der Ausgleichstank in Fluidverbindung mit dem Kraftstofftank steht und vor dem Kraftstofftank angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ferner der flüssige Kraftstoff vom Ausgleichstank über eine Kraftstoffpumpe zum Kraftstofftank gepumpt wird, falls der flüssige Kraftstoff im Ausgleichstank erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der flüssige Kraftstoff durch einen Flüssigkeitssensor erkannt wird, der im Ausgleichstank angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ferner die Kraftstoffpumpe nach einer Schwellendauer laufen gelassen wird, um Verdampfungsemissionen vom Ausgleichstank zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, falls das Flüssigkeitsniveau im Kraftstofftank unterhalb eines Schwellenniveaus liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeitsniveau durch einen im Kraftstofftank angeordneten Treibsensor erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Kraftstoff an einem Niederdruckwiederauftankstutzen vor dem Kraftstofftank empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Kraftstoff zumindest teilweise im flüssigen Kraftstoff im Kraftstofftank gelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Kraftstoff Benzin ist und der gasförmige Kraftstoff komprimiertes Erdgas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner Dampf aus dem Kraftstofftank zu einem sekundären Tank gepumpt wird, falls der Druck im Kraftstofftank größer als der Schwellendruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der gasförmige Kraftstoff dem Kraftstofftank über einen Hochdruckwiederauftankstutzen vor dem Kraftstofftank zugeführt wird, falls der Druck im Kraftstofftank kleiner als der Schwellendruck ist.
System zum Zuführen eines flüssigen Kraftstoffs und eines gasförmigen Kraftstoffs zu einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das System Folgendes umfasst: einen oder mehrere Zylinder, die jeweils mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern assoziiert sind, einen Kraftstofftank, der sowohl den flüssigen Kraftstoff als auch den gasförmigen Kraftstoff speichert, wobei der Kraftstofftank in Fluidverbindung mit dem einen oder den mehreren Kraftstoffeinspritzern steht, und eine Steuereinrichtung, welche Befehle aufweist, die ausführbar sind, um Folgendes auszuführen: Erlauben, dass der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, nur dann, wenn der Druck im Kraftstofftank kleiner als der Schwellendruck ist, und Verbieten, dass der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, wenn der Druck im Kraftstofftank größer als der Schwellendruck ist.
System nach Anspruch 13, wobei das Erlauben, dass der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, das Pumpen des flüssigen Kraftstoffs von einem Ausgleichstank zum Kraftstofftank über eine Kraftstoffpumpe einschließt, wobei der Ausgleichstank dafür ausgelegt ist, den flüssigen Kraftstoff zu speichern und eine Fluidverbindung mit dem Kraftstofftank vor dem Kraftstofftank bereitzustellen.
System nach Anspruch 13, wobei die Befehle ferner ausführbar sind, um die Kraftstoffpumpe nach einer Schwellendauer laufen zu lassen, um Verdampfungsemissionen vom Ausgleichstank zu verringern.
System nach Anspruch 13, wobei die Zufuhr des flüssigen Kraftstoffs zum Kraftstofftank verboten wird, falls das Flüssigkeitsniveau im Kraftstofftank größer als ein Schwellenniveau ist.
System nach Anspruch 13, wobei der flüssige Kraftstoff an einem Niederdruckwiederauftankstutzen vor dem Kraftstofftank empfangen wird, der gasförmige Kraftstoff an einem Hochdruckwiederauftankstutzen vor dem Kraftstofftank empfangen wird und der gasförmige Kraftstoff im flüssigen Kraftstoff im Kraftstofftank zumindest teilweise gelöst wird.
System nach Anspruch 13, wobei die Befehle ferner ausführbar sind, um den Kraftstofftank zu depressurisieren, indem Dampf vom Kraftstofftank zu einem sekundären Tank gepumpt wird, bevor erlaubt wird, dass der flüssige Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird.
Verfahren, welches folgende Schritte umfasst: Speichern flüssigen Benzins, worin sich darin lösliches Methan befindet, Trennen des Methans von der Flüssigkeit und voneinander getrenntes Zuführen dieser zu einem Verbrennungsmotorzylinder und Ermöglichen des Nachfüllens einer Flüssigkeit abhängig von einer Betriebsbedingung.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Flüssigkeit in einem Kraftstofftank gespeichert wird und wobei die Betriebsbedingung entweder ein Druckniveau oder ein Flüssigkeitsniveau im Kraftstofftank ist.