DE102017000860A1

DE102017000860A1 - Virtueller Gasqualitätssensor für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017000860A1
Application number: DE102017000860.4A
Authority: DE
Inventors: Jinghua Zhong; C. Larry Bruner; Timothy P. Lutz
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Es werden Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern des Betriebs eines Motors offenbart, der aufgebaut ist, um gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen, wie etwa ein Zweistoffmotor, einschließlich einer Schätzung von von der Erdgasqualität abhängigen Schlüsselparametern. Die Erdgasqualitätsparameter werden aus den Erdgaseigenschaften geschätzt, die aus verschiedenen erfassten, dem Motor zugeordneten Parametern erhalten wurden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen virtuellen Gasqualitätssensor für einen Verbrennungsmotor und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Systeme und Verfahren zur virtuellen Erfassung von einer oder mehreren Qualitäten von Bohrlocherdgas.
STAND DER TECHNIK
Ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor ist ein Zweistoffmotor, der eine erste Kraftstoffart, die während bestimmten Betriebsbedingungen als einziger Kraftstoff verwendet werden kann, und eine zweite Kraftstoffart einschließt, die während anderen Betriebsbedingungen in variierenden Anteilen in Kombination mit der ersten Kraftstoffart verwendet werden kann. Bei bestimmten Anwendungen ist die erste Kraftstoffquelle ein Dieselkraftstoff und ist die zweite Kraftstoffquelle Erdgas. Das Ersetzen von Dieselkraftstoff mit Erdgas kann die Kosten zum Betreiben des Motors reduzieren, insbesondere, wenn der Motor an Orten eingesetzt wird, an denen Erdgas reichlich vorhanden oder zu niedrigen Kosten erhältlich ist. Zum Beispiel bei Hochdruckanwendungen, wie etwa Fracking-Plattformen und -Ausrüstung, können Verbrennungsmotoren Bohrlocherdgas verbrennen, das häufig unverarbeitet oder geringfügig verarbeitet ist. Bohrlocherdgas kann ein breites Spektrum von Qualitätsmerkmalen aufweisen, das von einer variierenden brennbaren Mischung von Kohlenwasserstoffgasen herrührt, einschließlich variierender Anteile von Methan, Ethan, Propan, Butan und/oder Pentan. Bisherige Bemühungen, eine Steuerung für Zweistoffmotoren bereitzustellen, weisen eine Reihe von Nachteilen, Beschränkungen und Schwächen auf. Es besteht weiterhin ein erheblicher Bedarf an den hierin offenbarten einzigartigen Vorrichtungen, Verfahren, Systemen und Techniken.
KURZDARSTELLUNG
Es werden einzigartige Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern des Betriebs von Zweistoffmotoren offenbart, einschließlich einer Schätzung von einem oder mehreren Parametern in Bezug auf Erdgasqualität. In einer Ausführungsform werden Erdgasqualitätsparameter aus Erdgaseigenschaften geschätzt, die aus verschiedenen erfassten Parametern des Zweistoffmotors abgeleitet wurden.
Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die nachfolgend in den veranschaulichenden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder als Identifizierung von Hauptmerkmalen oder wesentlichen Merkmalen des beanspruchten Erfindungsgegenstands interpretiert werden noch soll sie die Einschränkung des Umfangs des beanspruchten Erfindungsgegenstands herbeiführen. Weitere Ausführungsformen, Formen, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Nutzen sollen aus der folgenden Beschreibung und den folgenden Zeichnungen ersichtlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 und 2 sind schematische Darstellungen bestimmter Aspekte eines exemplarischen Zweistoffmotors und Kraftstoffzufuhrsystems.
3 ist ein Schema einer Steuervorrichtung für einen Zweistoffverbrennungsmotor.
4A–4F sind exemplarische Erdgaseigenschaftsparametergraphen.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens für einen Zweistoffbetrieb eines Verbrennungsmotors.
BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zweck der Verständnisförderung der Grundsätze der Erfindung wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen und es wird spezifische Sprache verwendet, um dieselben zu beschreiben. Es versteht sich jedoch, dass dies nicht als Einschränkung des Erfindungsumfangs zu interpretieren ist und dass jegliche Änderungen und weiteren Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen sowie jegliche weiteren Anwendungen der Grundsätze der Erfindung wie darin dargestellt, wie sie einem Fachmann des Gebiets, auf das sich die Erfindung bezieht, unter normalen Umständen in den Sinn kommen würden, hierin in Betracht gezogen sind.
In Bezug auf 1 und 2 wird ein Verbrennungsmotorsystem 20 in schematischer Form dargestellt. Ein ebenfalls in schematischer Form gezeigtes Kraftstoffzufuhrsystem 21 (2) kann mit dem Verbrennungsmotorsystem 20 betrieben werden, um Kraftstoffzufuhr von einer ersten Kraftstoffquelle 102 und einer zweiten Kraftstoffquelle 104 für einen Zweitstoffmotor 30 bereitzustellen. Das Verbrennungsmotorsystem 20 schließt einen Zweistoffmotor 30 ein, der mit einem Ansaugsystem 22 zum Bereitstellen eines Ladungsstroms an den Motor 30 und einem Abgassystem 24 zum Ausstoß von Abgasen verbunden ist. In bestimmten Ausführungsformen schließt der Zweistoffmotor 30 einen Magerverbrennungsmotor ein, wie etwa einen Dieselzyklusmotor, der einen Primärkraftstoff oder ersten Kraftstoff, bei dem es sich um flüssigen Kraftstoff handelt, wie etwa Dieselkraftstoff, und einen Sekundärkraftstoff oder zweiten Kraftstoff verwendet, bei dem es sich um einen gasförmigen Kraftstoff handelt, wie etwa Erdgas. Der zweite Kraftstoff kann zum Beispiel Erdgas, Biogas, handelsübliches Gas, Methan, Ethan, Propan (LPG), Butan, Ethanol, Generatorgas, Feldgas, nominal behandeltes Feldgas, Bohrlochgas, nominal behandeltes Bohrlochgas, verflüssigtes Erdgas (LNG), verdichtetes Erdgas, Deponiegas, Kondensat, Kohlenbettmethan (CBM), ein bereits verdampfter flüssiger Kraftstoff (wie etwa Benzin) und ein Gemisch davon sein. Andere Arten von ersten und zweiten Kraftstoffen sind jedoch nicht ausgeschlossen, wie etwa ein beliebiger geeigneter flüssiger Kraftstoff und gasförmiger Kraftstoff. In bestimmten Ausführungsformen ist der erste Kraftstoff ein zur Magerverbrennung geeigneter Kraftstoff und ist der zweite Kraftstoff ein Kraftstoff, für den stöchiometrische oder beinahe stöchiometrische Verbrennung verwendet wird, es sei denn, dieser wird während eines Zweistoffzufuhrbetriebs mit dem ersten Kraftstoff kombiniert. In der dargestellten Ausführungsform schließt der Zweistoffmotor 30 sechs Zylinder 31a–31f in einer Reihenanordnung ein. Die Anzahl der Zylinder (zusammenfassend als 31 bezeichnet) kann jedoch jede Zahl sein und die Anordnung der Zylinder 31 kann eine beliebige Anordnung sein und beschränkt sich nicht auf die in 1 gezeigte Anzahl und Anordnung.
Der Zweistoffmotor 30 schließt einen Motorblock 70 ein, der die Zylinder 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f (zusammenfassend als Zylinder 31 bezeichnet) zumindest teilweise definiert. Eine Vielzahl von Kolben (nicht gezeigt) kann in den entsprechenden Zylindern 31 verschiebbar angeordnet sein, um sich zwischen einer oberen Totpunktstellung und einer unteren Totpunktstellung hin- und herzubewegen. Jeder der Zylinder 31, sein entsprechender Kolben und der Zylinderkopf bilden eine Brennkammer. In der dargestellten Ausführungsform schließt der Motor 30 sechs solche Brennkammern ein. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 30 eine größere oder kleinere Anzahl an Zylindern und Brennkammern einschließen kann und dass die Zylinder und Brennkammern in einer „Reihen”-Konfiguration, einer „V”-Konfiguration oder einer beliebigen anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
In einer Ausführungsform ist der Zweistoffmotor 30 ein Viertaktmotor. Das bedeutet, dass jeder Kolben jedes Zylinders 31 für jeden vollständigen Motorzyklus (d. h. für jede zweite vollständige Kurbelwellenumdrehung) einen Ansaugtakt, einen Brenntakt oder Arbeitstakt und einen Ausstoßtakt durchläuft. Somit gibt es während jedes vollständigen Zyklus des abgebildeten Sechszylindermotors sechs Takte, bei denen Luft von einer Ansaugversorgungsleitung 26 in einzelne Brennkammern gesaugt wird, und sechs Takte, bei denen Abgase einem Abgaskrümmer 32 bereitgestellt werden.
Der Zweistoffmotor 30 schließt die Zylinder 31 ein, die mit dem Ansaugsystem 22 verbunden sind, um einen Ladungsstrom zu empfangen, und mit dem Abgassystem 24 verbunden sind, um durch Verbrennung der ersten und/oder zweiten Kraftstoffe erzeugte Gase abzulassen. Das Abgassystem 24 kann einem Turbolader 46 Abgase bereitstellen, auch wenn ein Turbolader nicht erforderlich ist. In noch weiteren Ausführungsformen sind mehrere Turbolader eingeschlossen, um Hochdruck- und Niederdruckturboladungsschritte bereitzustellen, die den Ansaugstrom verdichten.
Des Weiteren kann das Abgassystem 24 mit einem oder beiden von einem Hochdruckabgasrückführungs-(AGR-)System 51 und einem Niederdruck-AGR-System 60 mit dem Ansaugsystem 22 verbunden sein. Die AGR-Systeme 51, 60 können jeweils einen Kühler 52, 62 und einen Bypass 54, 64 einschließen. In anderen Ausführungsformen sind eines oder beide der AGR-Systeme 51, 60 nicht bereitgestellt. Wenn bereitgestellt, stellt/stellen das AGR-System/die AGR-Systeme 51, 60 unter bestimmten Bedingungen dem Motor 30 eine Abgasrückführung bereit. In einer beliebigen AGR-Anordnung wird zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen zumindest ein Teil des Abgasausstoßes des Zylinders/der Zylinder 31 an das Motoransaugsystem 22 rückgeführt. In dem Hochdruck-AGR-System 51 verlassen die Abgase des Zylinders/der Zylinder 31 das Abgassystem 24 stromaufwärts einer Turbine 48 des Turboladers 46 und werden an einer von einem Verdichter 50 des Turboladers 46 stromabwärts liegenden und von einem Ansaugkrümmer 28 des Motors 30 stromaufwärts liegenden Position mit dem Ansaugstrom vermischt. In dem Niederdruck-AGR-System 60 verlassen die Abgase des Zylinders/der Zylinder 31a–31f das Abgassystem 24 stromabwärts der Turbine 48 des Turboladers 46 und werden an einer von dem Verdichter 50 des Turboladers 46 stromaufwärts liegenden Position mit dem Ansaugstrom vermischt. Die rückgeführten Abgase können in einer Mischvorrichtung (nicht gezeigt) des Ansaugsystems 22 oder durch eine beliebige andere Anordnung mit den Ansauggasen kombiniert werden. In bestimmten Ausführungsformen kehren die rückgeführten Abgase direkt zu dem Ansaugkrümmer 28 zurück.
Das Ansaugsystem 22 schließt eine oder mehrere Ansaugversorgungsleitungen 26 ein, die mit einem Motoransaugkrümmer 28 verbunden sind, der den Ladungsstrom an die Zylinder 31 des Motors 30 verteilt. Das Abgassystem 24 ist außerdem mit einem Motorabgaskrümmer 32 an den Motor 30 gekoppelt. Das Abgassystem 24 schließt eine Abgasleitung 34 ein, die sich von dem Abgaskrümmer 32 zu einem Abgasventil erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Abgasleitung 34 zu der Turbine 48 des Turboladers 46. Die Turbine 48 schließt ein Ventil, wie etwa ein steuerbares Ablassventil 70, oder einen anderen geeigneten Bypass ein, der betrieben werden kann, um zumindest einen Teil des Abgasstroms von der Turbine 48 selektiv umzuleiten, um unter bestimmten Betriebsbedingungen den Ladedruck und das Motordrehmoment zu verringern. In einer anderen Ausführungsform ist die Turbine 48 eine Turbine mit veränderlicher Geometrie mit einer größenregulierbaren Einlassöffnung. In anderen Ausführungsformen ist das Abgasventil eine Abgasdrosselklappe und/oder ein Ablassventil. Obwohl spezifische Beispiele besprochen wurden, ist weder eine bestimmte Form der Ansaug- oder Abgassteuerventileinrichtung erforderlich noch ist die Verwendung derselben ausgeschlossen.
Es kann ein Nachbehandlungssystem 80 mit einer Ausstoßleitung 68 verbunden sein. Das Nachbehandlungssystem 80 kann zum Beispiel Oxidationsvorrichtungen (DOC), Vorrichtungen zum Entfernen von Teilchen (DPF, CDPF), Komponentenabsorber oder -reduzierer (SCR, AMOX, LNT), Reduktionssysteme und andere Komponenten einschließen, falls gewünscht.
In einer Ausführungsform ist die Abgasleitung 34 an den Abgaskrümmer 32 strömungsgekoppelt und kann außerdem eine oder mehrere Zwischenströmungskanäle, -leitungen oder andere Strukturen einschließen. Die Abgasleitung 34 erstreckt sich zu der Turbine 48 des Turboladers 46. Der Turbolader 46 kann ein beliebiger im Stand der Technik bekannter geeigneter Turbolader sein, einschließlich eines Turboladers mit fester Geometrie, Turboladern mit einer Turbine mit variabler Geometrie und Ablassventil-Turboladern. Der Turbolader 46 kann außerdem mehrere Turbolader einschließen. Die Turbine 48 ist über eine Welle 49 mit dem Verdichter 50 verbunden, der mit der Ansaugversorgungsleitung 26 strömungsgekoppelt ist.
Der Verdichter 50 empfängt einen Frischluftstrom von einer Ansaugluftversorgungsleitung 23. Die zweite Kraftstoffquelle 104 kann ebenfalls an oder stromaufwärts von dem Einlass an den Verdichter 50 oder stromabwärts von dem Verdichter 50 strömungsgekoppelt sein, wie weiter unten beschrieben. Das Ansaugsystem 22 kann ferner einen Verdichterbypass 72 einschließen, der eine stromabwärtige Seite oder Ausstoßseite des Verdichters 50 mit einer stromaufwärtigen Seite oder Ansaugseite des Verdichters 50 verbindet. Der Verdichterbypass 72 schließt ein Steuerventil 74 ein, das selektiv geöffnet wird, um zu ermöglichen, dass ein Ladungsstrom an die Ansaugseite des Verdichters 50 zurückgeleitet werden kann, um unter bestimmten Betriebsbedingungen den Verdichterdruckstoß zu verringern, zum Beispiel, wenn eine Ansaugdrosselklappe 76 geschlossen wird. Die Ansaugversorgungsleitung 26 kann einen Ladeluftkühler 36 stromabwärts von dem Verdichter 50 und der Ansaugdrosselklappe 76 einschließen. In einer anderen Ausführungsform befindet sich ein Ladeluftkühler 36 stromaufwärts der Ansaugdrosselklappe 76 in dem Ansaugsystem 22. Der Ladeluftkühler 36 kann in der Ansaugluftversorgungsleitung 26 zwischen dem Motor 30 und dem Verdichter 50 angeordnet sein und zum Beispiel einen Luft-Luft-Wärmeaustauscher, einen Luft-Flüssigkeits-Wärmeaustauscher oder eine Kombination von beiden enthalten, um die Übertragung von Wärmeenergie zu oder von dem zu dem Motor 30 geleiteten Strom zu vereinfachen.
Bei Betreiben des Verbrennungsmotorsystems 20 wird Frischluft durch die Ansaugluftversorgungsleitung 23 zugeführt. Der Frischluftstrom oder die kombinierten Ströme kann bzw. können bei Bereitstellung gefiltert, ungefiltert und/oder in einer beliebigen bekannten Weise konditioniert sein, entweder vor oder nach dem Vermischen mit dem AGR-Strom von den AGR-Systemen 51, 60. Das Ansaugsystem 22 kann Komponenten einschließen, die konfiguriert sind, um die Einbringung des Ladungsstroms in den Motor 30 zu vereinfachen oder zu steuern, und kann eine Ansaugdrosselklappe 76, einen oder mehrere Verdichter 50 und einen Ladeluftkühler 36 einschließen. Die Ansaugdrosselklappe 76 kann stromaufwärts oder stromabwärts des Verdichters 50 über einen Fluidkanal verbunden und konfiguriert sein, um einen Strom von Atmosphärenluft und/oder einen kombinierten Luft-/AGR-Strom an den Motor 30 zu steuern. Der Verdichter 50 kann ein Verdichter mit fester oder variabler Geometrie sein, der konfiguriert ist, um Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Kraftstoffquelle 104 zu empfangen und die Luft oder den kombinierten Strom vor dem Motor 30 auf ein vorbestimmtes Druckniveau zu verdichten. Der Ladungsstrom wird mit dem Verdichter 50 unter Druck gesetzt und durch den Ladeluftkühler 36 geleitet und dem Motor 30 durch die Ansaugversorgungsleitung 26 an dem Motoransaugkrümmer 28 bereitgestellt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist das Kraftstoffsystem 21 konfiguriert, um Zweistoffzufuhr des Motors 30 bereitzustellen. In 2 werden lediglich vier Zylinder 31a, 31b, 31c, 31d gezeigt; es versteht sich, dass, wenn zusätzliche Zylinder, wie etwa Zylinder 31e und 31f, oder weniger Zylinder bereitgestellt werden, diese in einer ähnlichen Art wie die der dargestellten Zylinder 31 angeordnet werden. Das Kraftstoffsystem 21 schließt eine erste Kraftstoffquelle 102 und eine zweite Kraftstoffquelle 104 ein. Die erste Kraftstoffquelle 102 ist konfiguriert, um den Zylindern 31 mit einer oder mehreren Einspritzvorrichtungen an jedem Zylinder oder nahe jedem Zylinder einen Strom eines ersten Kraftstoffs bereitzustellen. Die zweite Kraftstoffquelle 104 ist mit einer Mischvorrichtung oder einer Verbindung an oder benachbart zu einem Einlass des Verdichters 50 mit dem Ansaugsystem 22 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen schließt jeder der Zylinder 31 zumindest eine Direkteinspritzvorrichtung zum Abgeben von Kraftstoff von einer Primärkraftstoffquelle, wie etwa der ersten Kraftstoffquelle 102, an die Brennkammer davon ein. Außerdem kann zumindest eine von einer Rohreinspritzvorrichtung an jedem Zylinder oder einer Mischvorrichtung an einem Einlass des Verdichters 50 zur Abgabe oder Zuführung von Kraftstoff von der zweiten Kraftstoffquelle 104 bereitgestellt werden, wobei der Ladungsstrom an die Zylinder 31 abgegeben wird.
Die Kraftstoffzufuhr von der ersten Kraftstoffquelle 102 wird gesteuert, um unter bestimmten Betriebsbedingungen die einzige Kraftstoffzufuhr an den Motor 30 bereitzustellen, und die Kraftstoffzufuhr von der zweiten Kraftstoffquelle 104 wird bereitgestellt, um die Kraftstoffzufuhr von der ersten Kraftstoffquelle 102 unter anderen Betriebsbedingungen zu ersetzen, um einen Zweistoffstrom von Kraftstoff an den Motor 30 bereitzustellen. In Ausführungsformen, in denen die erste Kraftstoffquelle 102 Dieselkraftstoff ist und die zweite Kraftstoffquelle 104 Erdgas ist, ist ein eine Steuerung 150 einschließendes Steuersystem konfiguriert, um den Strom von flüssigem Dieselkraftstoff von der ersten Quelle 102 und den Strom von gasförmigem Kraftstoff von der zweiten Quelle 104 zum Beispiel unter Berücksichtigung von Motordrehzahl, Motorlast, Ansaugkrümmerdruck und Kraftstoffdruck wie weiter unten beschrieben zu steuern.
Eine wie hierin verwendete Direkteinspritzvorrichtung schließt eine beliebige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein, die Kraftstoff direkt in das Zylindervolumen einspritzt und Kraftstoff in das Zylindervolumen abgeben kann, wenn das Ansaugventil/die Ansaugventile und das Abgasventil/die Abgasventile geschlossen ist bzw. sind. Die Direkteinspritzvorrichtung kann aufgebaut sein, um Kraftstoff oben an dem Zylinder oder seitlich an dem Zylinder einzuspritzen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Direkteinspritzvorrichtung aufgebaut sein, um Kraftstoff in eine Verbrennungsvorkammer einzuspritzen. Jeder Zylinder 31 kann jeweils eine oder mehrere Direkteinspritzvorrichtungen 116a–116d einschließen. Die Direkteinspritzvorrichtungen 116a–116d können die Primärkraftstoffzufuhrvorrichtung für die erste Kraftstoffquelle 102 für die Zylinder 31 sein.
Eine wie hierin verwendete Rohreinspritzvorrichtung schließt eine beliebige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein, die den zweiten Kraftstoff außerhalb des Motorzylinders in den Ansaugkrümmer einspritzt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Die Rohreinspritzvorrichtung spritzt den Kraftstoff in Richtung des Ansaugventils ein. Während des Ansaugtakts saugt der sich nach unten bewegende Kolben das Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem offenen Ansaugventil vorbei und in die Brennkammer ein. Jeder Zylinder 31a, 31b, 31c, 31d kann jeweils eine oder mehrere Rohreinspritzvorrichtungen 118a, 118b, 118c, 118d einschließen. In einer Ausführungsform können die Rohreinspritzvorrichtungen 118a–118d die Primärkraftstoffzufuhrvorrichtung für die zweite Kraftstoffquelle 104 an die Zylinder 31 sein. In einer anderen Ausführungsform kann die zweite Kraftstoffquelle 104 mit einer Mischvorrichtung 115 an einem Anschluss für gasförmigen Kraftstoff 114 stromaufwärts von dem Ansaugkrümmer 28, wie etwa an dem Einlass von oder stromaufwärts von dem Verdichter 50, mit dem Ansaugsystem 22 verbunden sein. Es kann ein Strömungssteuerventil 117 bereitgestellt werden, um den Strom von gasförmigem Kraftstoff von der zweiten Kraftstoffquelle 104 an den Motor 30 zu steuern.
In bestimmten Ausführungsformen schließt jeder Zylinder 31 zumindest eine Direkteinspritzvorrichtung ein, die die gesamte ausgebildete Kraftstoffzufuhrmenge unter jeglichen Betriebsbedingungen von der ersten Kraftstoffquelle 102 für die Zylinder 31 bereitstellen kann. Die zweite Kraftstoffquelle 104 stellt jedem Zylinder 31 einen Strom eines zweiten Kraftstoffs durch eine Rohreinspritzvorrichtung oder eine Verbindung für Erdgas stromaufwärts von dem Ansaugkrümmer 28 bereit, um den Zylindern 31 einen zweiten Kraftstoffstrom bereitzustellen, um die gewünschten Betriebsergebnisse zu erzielen, wie etwa verbesserte Effizienz, verbesserter Kraftstoffverbrauch, verbesserter Hochlastbetrieb und andere Ergebnisse.
Eine Ausführungsform des Systems 20 schließt das Kraftstoffsystem 21 mit zumindest einer Kraftstoffquelle 102, um allen Zylindern 31 einen ersten Kraftstoffstrom bereitzustellen, und einer zweiten Kraftstoffquelle 104 ein, die allen Zylindern 31 unter bestimmten Betriebsbedingungen zusätzlich zu dem ersten Kraftstoffstrom einen zweiten Kraftstoffstrom bereitstellt. Die erste Kraftstoffquelle 102 schließt eine erste Kraftstoffpumpe 105 ein, die mit der Steuerung 150 verbunden ist, und die zweite Kraftstoffquelle 104 schließt in einer Ausführungsform eine zweite Kraftstoffpumpe 106 ein, die mit der Steuerung 150 verbunden ist. Jeder der Zylinder 31 schließt eine Einspritzvorrichtung ein, wie etwa jedem der dargestellten Zylinder 31a–31d aus 2 zugeordnete Direkteinspritzvorrichtungen 116a–116d. Die Direkteinspritzvorrichtungen 116a–116d sind elektrisch mit der Steuerung 150 verbunden, um Kraftstoffzufuhrbefehle zu empfangen, die den entsprechenden Zylindern 31 unter Berücksichtigung eines Kraftstoffzufuhrbefehls, der je nach Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird, und einer Bedieneingabe unter Bezugnahme auf Kraftstoffzufuhrkarten, Steueralgorithmen oder einer anderen in der Steuerung 150 gespeicherten Quelle für die Bestimmung von Kraftstoffzufuhrgeschwindigkeit/menge einen Kraftstoffstrom bereitstellen. Die erste Kraftstoffpumpe 105 ist durch eine erste Kraftstoffleitung 109 mit jeder der Direkteinspritzvorrichtungen 116a–116d verbunden. Die erste Kraftstoffpumpe 105 kann betrieben werden, um jedem der Zylinder 31a–31d einen ersten Kraftstoffstrom von der ersten Kraftstoffquelle 102 in einer durch die Steuerung 150 bestimmten Geschwindigkeit und Menge und einem davon bestimmten Takt bereitzustellen, die bzw. der eine gewünschte Leistung und einen gewünschten Abgasausstoß von den Zylindern 31 erzielt.
Falls vorgesehen, ist die zweite Kraftstoffpumpe 106 mittels einer zweiten Kraftstoffleitung 108 mit dem Einlass des Verdichters 50 mit dem Anschluss für gasförmigen Kraftstoff 114 oder mit den Rohreinspritzvorrichtungen 118 verbunden. Ein Absperrventil 112, das mit der Steuerung 150 verbunden ist, kann in der Kraftstoffleitung 108 und/oder an einer oder mehreren Stellen in dem Kraftstoffsystem 21 bereitgestellt werden. Die zweite Kraftstoffpumpe 106 kann betrieben werden, um einen zweiten Kraftstoffstrom von der zweiten Kraftstoffquelle 104 in einer durch die Steuerung 150 bestimmten Menge bereitzustellen, die eine gewünschte Leistung und einen gewünschten Abgasausstoß von den Zylindern 31 erzielt. In einer anderen Ausführungsform wird die zweite Kraftstoffpumpe 106 weggelassen und Kraftstoff wird dem Anschluss 114 oder den Rohreinspritzvorrichtungen 118 unter Druck von einer unter Druck stehenden zweiten Kraftstoffquelle 104 bereitgestellt und der Strom des gasförmigen Kraftstoffs von der zweiten Kraftstoffquelle 104 wird durch das Strömungssteuerventil 117 gesteuert.
Die Steuerung 150 kann mit Aktoren, Schaltern oder anderen den Kraftstoffpumpen 105, 106, dem Absperrventil 112, der Ansaugdrosselklappe 76, dem Verdichterbypassventil 74, dem Strömungssteuerventil 117, dem Absperrventil 112, dem Ablassventil 70 und/oder den Einspritzvorrichtungen 116, 118 zugeordneten Vorrichtungen verbunden und konfiguriert sein, um Steuerbefehle daran bereitzustellen, die die Menge, den Takt und die Dauer der Ströme der ersten und zweiten Kraftstoffe an die Zylinder 31, den Ladungsstrom und den Abgasstrom steuern, um die gewünschte Leistung und den gewünschten Abgasausstoß bereitzustellen. Die Positionierung von jedem von dem Absperrventil 112, dem Strömungssteuerventil 117, der Ansaugdrosselklappe 76, dem Verdichterbypassventil 74, dem Ablassventil 70, den Einspritzvorrichtungen 116, 118 und/oder der Ein-/Aus-Status der Kraftstoffpumpen 105, 106 kann über Steuerbefehle von der Steuerung 150 gesteuert werden.
In anderen Ausführungsformen ist eine erste Unteranordnung von Zylindern 31 einer ersten Zylinderbank (nicht gezeigt) zugeordnet und ist eine zweite Unteranordnung von Zylindern 31 einer zweiten Zylinderbank zugeordnet. Entsprechend können unterschiedliche Ersetzungsraten des gasförmigen Kraftstoffes für die Zylinderbänke verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen von Motoren mit mehreren Zylinderbänke können die Einspeiseleitungen an jede Zylinderbank für den gasförmigen Kraftstoff separat gesteuert werden, um die gewünschte Ersetzungsrate des gasförmigen Kraftstoffs für die entsprechende Zylinderbank bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen der hierin offenbarten Systeme ist die Steuerung 150 aufgebaut, um bestimmte Vorgänge durchzuführen, um den Motorbetrieb und die Kraftstoffzufuhr der Zylinder 31 mit dem Kraftstoffzufuhrsystem 21 zu steuern, um die gewünschten Betriebsergebnisse bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen bildet die Steuerung 150 einen Abschnitt eines Verarbeitungsuntersystems, einschließlich einer oder mehrerer Rechenvorrichtungen, die eine Speicher-, Verarbeitungs- und Kommunikationshardware aufweisen. Die Steuerung 150 kann eine einzige Vorrichtung oder eine verteilte Vorrichtung sein und die Funktionen der Steuerung 150 können durch Hardware oder auf einem computerlesbaren Speichermedium bereitgestellte Anweisungen durchgeführt werden. Die Steuerung 150 kann in oder teilweise in einer Motorsteuerung (nicht gezeigt) eingeschlossen oder vollständig getrennt davon sein. Die Steuerung 150 kann in Verbindung mit einem beliebigen Sensor oder Aktor in den gesamten hierin offenbarten Systemen stehen, einschließlich durch direkte Verbindung, Verbindung über eine Datenverknüpfung und/oder durch Verbindung mit anderen Steuerungen oder Abschnitten des Verarbeitungsuntersystems, das der Steuerung 150 Sensor- und/oder Aktorinformationen bereitstellt.
Eine Reihe von den Systemen 20 und/oder 21 zugeordneten Sensoren kann in operativer Verbindung mit der Steuerung 150 aufgebaut sein. Sofern nicht anders angegeben, können die hierin offenbarten Sensoren physische Sensoren, virtuelle Sensoren und/oder Kombinationen davon umfassen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 in operativer Verbindung mit Folgendem stehen: einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor 81 (manchmal als Ansaugluftstromsensor bezeichnet), der aufgebaut ist, um den Ansaugfrischluftmassenstrom zu messen oder zu schätzen, einem Abgas-O₂-Sensor 82 (manchmal als Abgas-Lambda-Sensor bezeichnet), der aufgebaut ist, um den Abgassauerstoff oder damit in Bezug stehende Merkmale zu messen oder zu schätzen, und einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff 83 (manchmal als Gasmassenstromsensor bezeichnet), der aufgebaut ist, um den Massenstrom des zur Verbrennung bereitstellten gasförmigen Kraftstoffs zu messen oder zu schätzen. Der Abgas-O₂-Sensor kann außerdem in Verbindung mit einem Abgasgegendrucksensor bereitgestellt und verwendet werden. Der Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff 83 kann einen Heißfoliengasmassenstromsensor oder einen Mündungstypsensor umfassen. Der Mündungstypsensor kann Einlassdruck-, Temperatur- und Delta-Druck- oder Ausstoßdrucksensorkomponenten einschließen. In Zusammenhang mit dem Mündungstypsensor kann entweder ein Hochpräzisionsgassteuerventil oder eine dedizierte Mündung verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Gasmassenstromsensoren vorhanden sein; ein Gasmassenstromsensor 83 kann zum Beispiel ein Mündungstypsensor sein und ein Heißfoliengasmassenstromsensor 83' kann ebenfalls verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 in operativer Verbindung zu einem Sensor 84 stehen, bei dem es sich um einen Wärmeleitfähigkeitssensor handeln kann, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeitsmerkmale von gasförmigem Kraftstoff zu messen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 84 alternativ ein Schallgeschwindigkeitssensor sein, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu messen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 in operativer Verbindung zu einem Methananteilssensor stehen, der aufgebaut ist, um die Methananteilsmerkmale von gasförmigem Kraftstoff zu messen. Während jeder der Sensoren 81, 82, 83, 83' und 84 in bestimmten Ausführungsformen vorhanden sein kann, soll anerkannt werden, dass einer oder mehrere der Sensoren in anderen Ausführungsformen weggelassen werden, zum Beispiel in Fällen, in denen die durch einen bestimmten Sensor bereitgestellten Informationen für die hierin offenbarten Steuerverfahren und -systeme nicht benötigt werden.
Beispielhafte und nicht einschränkende Umsetzungselemente schließen Folgendes ein: Sensoren, die einen beliebigen hierin festgelegten Wert bereitstellen, Sensoren, die einen beliebigen Wert bereitstellen, der ein Vorläufer eines hierin festgelegten Wertes ist, Datenverknüpfungs- und/oder Netzwerkhardware, einschließlich Kommunikationschips, Quarzoszillatoren, Kommunikationsverbindungen, Kabel, verdrillte Zweidrahtleitungen, Koaxialdrahtleitungen, abgeschirmte Drahtleitungen, Sender, Empfänger und/oder Transceiver, Logikschaltungen, fest verdrahtete Logikschaltungen, rekonfigurierbare Logikschaltungen in einem bestimmten, entsprechend der Modulspezifikation konfigurierten nichttransienten Zustand, einen beliebigen Aktor, einschließlich zumindest eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktors, eine Magnetspule, einen Operationsverstärker, analoge Steuerelemente (Federn, Filter, Integratoren, Addierer, Teiler, Verstärkungselemente) und/oder digitale Steuerelemente.
Ein Fachmann kann mithilfe der Offenbarungen hierin erkennen, dass die hierin offenbarten Steuerungen, Steuersysteme und Steuerverfahren aufgebaut sind, um Vorgänge durchzuführen, die verschiedene Techniken verbessern und Verbesserungen in verschiedenen technischen Bereichen bereitstellen. Beispielhafte und nicht einschränkende technische Verbesserungen schließen ohne Einschränkung Folgendes ein: Verbesserungen der Verbrennungsleistung von Zweistoffverbrennungsmotoren, Verbesserungen der Motordrehmomenterzeugung und Drehmomentsteuerung, der Motorkraftstoffverbrauchsleistung, Verbesserungen von Motorgeräuschen und der Schwingungskontrolle von Zweistoffmotoren, Verbesserungen der Leistung oder des Betriebs von Nachbehandlungssystemen und/oder Komponenten von Zweistoffmotoren und/oder Verbesserungen der Emissionsverringerung von Zweistoffmotoren. Beispielhafte und nicht einschränkende technische Bereiche, die verbessert werden, schließen ohne Einschränkung die technischen Bereiche von Zweistoffverbrennungsmotoren und hierzu in Bezug stehenden Vorrichtungen und Systemen sowie dieselben einschließenden Fahrzeuge ein.
Bestimmte hierin beschriebene Vorgänge schließen Vorgänge zur Interpretation und/oder Bestimmung von einem oder mehreren Parametern ein. Interpretation oder Bestimmung schließt wie hierin verwendet Folgendes ein: Empfangen von Werten durch ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Verfahren, einschließlich zumindest das Empfangen von Werten von einer Datenverknüpfungs- oder Netzwerkkommunikation, Empfangen eines elektronischen Signals (z. B. eines Spannungs-, Frequenz-, Strom- oder PWM-Signals), das den Wert anzeigt, Empfangen eines computererzeugten Parameters, der den Wert anzeigt, Ablesen des Wertes von einer Speicherstelle auf einem nichttransienten computerlesbaren Speichermedium, Empfangen des Wertes als einen Laufzeit-Parameter durch ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Mittel und/oder durch Empfangen eines Wertes, durch den der interpretierte Parameter berechnet werden kann, und/oder durch Bezugnahme auf einen Standardwert, der als der Parameterwert interpretiert wird.
Die folgenden schematischen Strömungsbeschreibungen stellen veranschaulichende Ausführungsformen von Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr während eines Zweistoffzufuhrbetriebsmodus des Verbrennungsmotors 20 bereit. Wie hierin verwendet ist ein Zweistoffsystem 21 ein Kraftstoffzufuhrsystem, in dem ein Zweistoffmodus bereitgestellt ist, in dem jeder der Zylinder 31 des Motors 30 einen ersten Kraftstoffstrom und unter bestimmten Betriebsbedingungen zusätzlich zu dem ersten Kraftstoffstrom einen zweiten Kraftstoffstrom erhält. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das Zweistoffzufuhrsystem 21 bei Bedienerauswahl oder unter bestimmten Betriebsbedingungen in einem Einzelkraftstoffmodus von der ersten Kraftstoffquelle 102 betrieben werden kann. Dargestellte Vorgänge verstehen sich als lediglich beispielhaft und Vorgänge können kombiniert oder aufgeteilt und hinzugefügt oder entfernt sowie insgesamt oder teilweise neu angeordnet werden, es sei denn, hierin findet sich eine ausdrücklich gegenteilige Darlegung. Bestimmte dargestellte Vorgänge können durch eine Computer- oder Steuerungsvorrichtungsausführungsform der Steuerung 150 umgesetzt werden, die ein Computerprogrammprodukt auf einem nichttransienten computerlesbaren Speichermedium ausführt, wobei das Computerprogrammprodukt Anweisungen umfasst, die den Computer dazu veranlassen, einen oder mehrere der Vorgänge auszuführen oder Befehle an andere Vorrichtung auszugeben, um einen oder mehrere der Vorgänge auszuführen.
3 ist eine schematische Darstellung einer Verarbeitungsuntersystemausführungsform 300 der Steuerung 150, die eine oder mehrere Erdgasqualitätsparameter 310 bestimmt. Die Gasqualitätsparameter 310 können zum Beispiel einen oder mehrere eines Parameters G (manchmal als Lambda-Parameter G bezeichnet), ein einem gasförmigen Kraftstoff zugeordnetes spezifisches Gewicht, eine einem gasförmigen Kraftstoff zugeordnete Methanzahl, ein einem gasförmigen Kraftstoff zugeordneter unterer Heizwert (LHV) und ein einem gasförmigen Kraftstoff zugeordneter Wobbe-Index sein.
Die Steuerung 150 kann den Parameter G zum Bestimmen von Werten für Lambda verwenden, die zur Steuerung eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Der Parameter G kann eine signifikante potentielle Steuerfehlerquelle bei aufgetretenen hohen Lambda-Werten sein, zum Beispiel unter Magerverbrennungsbedingungen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 Steuerungen mit geschlossener Schleife PI(D) einschließen, die aufgebaut sind, um einen Zielwert für Abgas-O₂ (oder einen hierzu in Bezug stehenden Parameter, z. B. Lambda oder ein äquivalentes Verhältnis) zu bestimmen, einen aktuellen Abgas-O₂ (oder einen hierzu in Bezug stehenden Parameter, z. B. Lambda oder ein äquivalentes Verhältnis) unter Verwendung eines Sensors zu bestimmen, bei dem es sich um einen physischen Sensor oder einen virtuellen Sensor oder eine Kombination davon handeln kann, einen Fehler zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert zu bestimmten und den Fehler unter Verwendung von Proportional-, Integral- und/oder Differentialsteuerelementen in Verbindung mit einer Rückkopplungsschleife zu verarbeiten. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 150 eine Steuerung mit offener Schleife oder andere Arten von Steuerungen verwenden.
Die Steuerung 150 kann durch Durchführen einer Berechnung gemäß der nachfolgenden Gleichung (1) einen Zielwert für Lambda bestimmen:
Der Parameter G kann in Bezug auf ein Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis und ein Verhältnis zwischen inerten Bestandteilen und Kohlenstoff wie zum Beispiel durch Gleichung (2) nachfolgend beschrieben theoretisch definiert werden:
In der Praxis kann die explizite Berechnung des Parameters G nicht möglich oder praktikabel sein, da das H:C-Verhältnis und Inert:C-Verhältnis unbekannt und schwierig zu bestimmten oder schätzen sein kann. Auch wenn die Bestimmung oder Schätzung versucht wird, kann die explizite Berechnung des Parameters G aus diesen Verhältnissen zu einer Rechenbelastung führen und Fehlerquellen herbeiführen.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Untersystem 300 aufgebaut sein, um den Parameter G direkt zu bestimmen oder zu schätzen, ohne Zwischenhandlungen, -berechnungen oder -vorgänge durchzuführen, wie etwas das Bestimmen des H-C-Verhältnisses und Inter:C-Verhältnisses. In einer beispielhaften Form kann das Untersystem 300 ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis (SFAR) bestimmen, zum Beispiel wie in Verbindung mit der nachfolgenden Gleichung (4) beschrieben, und den Parameter G direkt aus SFAR bestimmen, ohne dass Zwischenberechnungen oder -verfahrensschritte erforderlich sind. Die Bestimmung kann auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Parameter G und SFAR erfolgen, zum Beispiel der in 4A dargestellten linearen Beziehung. Das Untersystem 300 kann aufgebaut sein, um den Parameter G unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Parameter G und SFAR in einer Reihe von Arten direkt zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung einer Verweistabellenstruktur, in der die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte gespeichert sind, unter Verwendung eines Arrays, eines Graphen oder einer anderen Datenstruktur, um die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte zu speichern, oder durch Durchführen einer Berechnung auf Grundlage einer die vorbestimmte Beziehung darstellenden oder annähernden Formel.
Parameter x_o₂ ist ein Abgassauerstoffwert, der unter Verwendung des von einem Abgas-O₂-Sensor empfangenen Eingangs durch die Steuerung 150 bestimmt werden kann. Parameter A (manchmal als Lambda-Parameter A bezeichnet) kann auf Grundlage des Verhältnisses von N₂ zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung (das auf einen nominalen Atmosphärenwert eingestellt werden kann und in manchen Formen auf Grundlage von Indikatoren zur Höhenlage oder zu Umgebungsbedingungen angepasst werden kann) und des Verhältnisses von H₂O zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung (das auf Grundlage von von einem Feuchtigkeitssensor empfangenen Eingängen bestimmt oder geschätzt werden kann) bestimmt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 aufgebaut sein, um Parameter A gemäß der nachfolgenden Gleichung (3) zu bestimmen:
In bestimmen Ausführungsformen kann das Untersystem 300 eine Methanzahl bestimmen, die durch die Steuerung 150 zum Steuern oder Verhindern von Motorklopfen durch Steuerung der Kraftstoffzufuhr, AGR und/oder Luftführungsparameter verwendet wird. In einer beispielhaften Form kann das Untersystem 300 ein Stromsensorverhältnis (FSR) bestimmen, zum Beispiel wie in Verbindung mit der nachfolgenden Gleichung (5) beschrieben, einen von einem Wärmeleitfähigkeits-(TC-)Wert, wie etwa von der Ausgabe eines Wärmeleitfähigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeitsmerkmale von gasförmigem Kraftstoff zu messen, und einem Schallgeschwindigkeits-(SOS-)Wert bestimmen, wie etwa von der Ausgabe eines Schallgeschwindigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu messen, und die Methanzahl aus diesen Werten bestimmen. Wenn der Eingang von einem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Methanzahl und dem Produkt aus TC und FSR (TC*FSR) erfolgen, zum Beispiel der in 4C dargestellten linearen Beziehung. Wenn der Eingang von einem Schallgeschwindigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Methanzahl und dem Produkt aus SOS und FSR (SOS*FSR) erfolgen, bei der es sich um eine der in 4B für den Wärmeleitfähigkeitssensor dargestellten linearen Beziehung ähnliche lineare Beziehung handeln kann. Das Untersystem 300 kann aufgebaut sein, um eine Methanzahl unter Verwendung solch einer vorbestimmten Beziehung in einer Reihe von Arten direkt zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung einer Verweistabellenstruktur, in der die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte gespeichert sind, unter Verwendung eines Arrays, eines Graphen oder einer anderen Datenstruktur, um die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte zu speichern, oder durch Durchführen einer Berechnung auf Grundlage einer die vorbestimmte Beziehung darstellenden oder annähernden Formel.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Untersystem 300 einen gasspezifischen Gewichtsparameter bestimmen, der durch die Steuerung 150 zum Steuern des Betriebs des Motors verwendet werden kann. Die Steuerung 150 kann den gasspezifischen Gewichtsparameter zur Berechnung eines Frischluftstroms aus Ladungsstrom und Gasmassenstrom verwenden (z. B. durch Bestimmen, wie viel Frischluft durch den Gasmassenstrom bewegt wird) und kann die Kraftstoffzufuhr, AGR und/oder Luftführungsentscheidungen auf Grundlage von demselben steuern. In einer beispielhaften Form kann das Untersystem 300 ein Stromsensorverhältnis (FSR) bestimmen, zum Beispiel wie in Verbindung mit der nachfolgenden Gleichung (5) beschrieben, einen von einem Wärmeleitfähigkeits-(TC-)Wert, wie etwa von der Ausgabe eines Wärmeleitfähigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeitsmerkmale von gasförmigem Kraftstoff zu messen, und einem Schallgeschwindigkeits-(SOS-)Wert bestimmen, wie etwa von der Ausgabe eines Schallgeschwindigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu messen, und die Methanzahl aus diesen Werten bestimmen. Wenn der Eingang von einem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem spezifischen Gewicht und dem Kehrwert des Produkts aus TC und FSR (1/(TC*FSR)) erfolgen, zum Beispiel der in 4B dargestellten linearen Beziehung. Wenn der Eingang von einem Schallgeschwindigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem spezifischen Gewicht und dem Kehrwert des Produkts aus SOS und FSR (1/(SOS*FSR)) erfolgen, bei der es sich um eine der in 4B für den Wärmeleitfähigkeitssensor dargestellten linearen Beziehung ähnliche lineare Beziehung handeln kann. Das Untersystem 300 kann aufgebaut sein, um ein spezifisches Gewicht unter Verwendung solch einer vorbestimmten Beziehung in einer Reihe von Arten direkt zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung einer Verweistabellenstruktur, in der die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte gespeichert sind, unter Verwendung eines Arrays, eines Graphen oder einer anderen Datenstruktur, um die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte zu speichern, oder durch Durchführen einer Berechnung auf Grundlage einer die vorbestimmte Beziehung darstellenden oder annähernden Formel.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Untersystem 300 einen unteren Heizwert (LHV) zur Kraftstoffqualitätsüberwachung bestimmen und verwenden und kann die Kraftstoffzufuhr, AGR und/oder Luftführungsentscheidungen auf Grundlage von demselben steuern. In einer beispielhaften Form kann das Untersystem 300 ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis (SFAR) bestimmen, zum Beispiel wie in Verbindung mit der nachfolgenden Gleichung (4) beschrieben, einen von einem Wärmeleitfähigkeits-(TC-)Wert, wie etwa von der Ausgabe eines Wärmeleitfähigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeitsmerkmale von gasförmigem Kraftstoff zu messen, und einem Schallgeschwindigkeits-(SOS-)Wert bestimmen, wie etwa von der Ausgabe eines Schallgeschwindigkeitssensors, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu messen, und den LHV aus diesen Werten bestimmen. Wenn der Eingang von einem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem LHV und dem Kehrwert des Produkts aus TC und SFAR (1/(TC*SFAR)) erfolgen, zum Beispiel der in 4D dargestellten linearen Beziehung. Wenn der Eingang von einem Schallgeschwindigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen LHV und dem Kehrwert des Produkts aus SOS und SFAR (1/(SOS*SFAR)) erfolgen, die der in 4D für den Wärmeleitfähigkeitssensor dargestellten linearen Beziehung ähnlich sein kann. Wenn der Eingang von einem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung alternativ direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem LHV und dem Quotienten aus TC und SFAR (TC/SFAR) erfolgen, zum Beispiel der in 4F dargestellten linearen Beziehung. Wenn der Eingang von einem Schallgeschwindigkeitssensor empfangen wird, kann die Bestimmung direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen LHV und dem Quotienten aus SOS und SFAR (SOS/SFAR) erfolgen, die der in 4F für den Wärmeleitfähigkeitssensor dargestellten linearen Beziehung ähnlich sein kann. Das Untersystem 300 kann aufgebaut sein, um eine Methanzahl unter Verwendung solch einer vorbestimmten Beziehung in einer Reihe von Arten direkt zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung einer Verweistabellenstruktur, in der die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte gespeichert sind, unter Verwendung eines Arrays, eines Graphen oder einer anderen Datenstruktur, um die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte zu speichern, oder durch Durchführen einer Berechnung auf Grundlage einer die vorbestimmte Beziehung darstellenden oder annähernden Formel.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Untersystem 300 einen Wobbe-Index zur Kraftstoffqualitätsüberwachung bestimmen und verwenden und kann die Kraftstoffzufuhr, AGR und/oder Luftführungsentscheidungen auf Grundlage von demselben steuern. In einer beispielhaften Form kann das Untersystem 300 ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis (SFAR) bestimmen, zum Beispiel wie in Verbindung mit der nachfolgenden Gleichung (4) beschrieben, und den Wobbe-Index aus SFAR bestimmen. Die Bestimmung kann direkt auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Wobbe-Index und SFAR erfolgen, zum Beispiel der in 4E dargestellten linearen Beziehung. Das Untersystem 300 kann aufgebaut sein, um den Parameter G unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Parameter G und SFAR in einer Reihe von Arten direkt zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung einer Verweistabellenstruktur, in der die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte gespeichert sind, unter Verwendung eines Arrays, eines Graphen oder einer anderen Datenstruktur, um die vorbestimmte Beziehung darstellende Werte zu speichern, oder durch Durchführen einer Berechnung auf Grundlage einer die vorbestimmte Beziehung darstellenden oder annähernden Formel.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 150 mehrere Gasqualitätsparameter bestimmen, wie etwa die vorangehend beschriebenen. In bestimmten Formen können zwei oder mehr von einem Lambda-Parameter G, einem gasspezifischen Gewicht, einer Methanzahl, einem unteren Heizwert (LHV) und einem Wobbe-Index zur Steuerung des Betriebs des Motors wie hierin beschrieben bestimmt und verwendet werden. In bestimmten Formen können drei oder mehr von einem Lambda-Parameter G, einem gasspezifischen Gewicht, einer Methanzahl, einem unteren Heizwert (LHV) und einem Wobbe-Index zur Steuerung des Betriebs des Motors wie hierin beschrieben bestimmt und verwendet werden. In bestimmten Formen können vier oder mehr von einem Lambda-Parameter G, einem gasspezifischen Gewicht, einer Methanzahl, einem unteren Heizwert (LHV) und einem Wobbe-Index zur Steuerung des Betriebs des Motors wie hierin beschrieben bestimmt und verwendet werden. In bestimmten Formen können alle von dem Lambda-Parameter G, einem gasspezifischen Gewicht, einer Methanzahl, einem unteren Heizwert (LHV) und einem Wobbe-Index zur Steuerung des Betriebs des Motors wie hierin beschrieben bestimmt und verwendet werden.
Das Verarbeitungsuntersystem 300 schließt ein Messmodul für Erdgaseigenschaften 302 ein, das aufgebaut ist, um Motorparametereingänge von einer Vielzahl von dem Zweitstoffmotor 30 und/oder den Systemen 20 und 21 zugeordneten Sensoren zu empfangen und eine oder mehrere Eigenschaften des Erdgases 304 unter Verwendung der Sensoreingänge zu bestimmen. Die Sensoreingänge können Eingänge von einem oder mehreren der hierin beschriebenen Sensoren umfassen. Es versteht sich, dass sich die Begriffe „Sensoreingang” und „Sensoreingänge” auf an dem Verarbeitungsuntersystem 300 von einem oder mehreren Sensoren empfangene Eingänge beziehen und alternativ als „empfangene Sensorausgaben” bezeichnet werden können. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Sensoreingänge einen Eingang von einem Ladungsstrom- oder Luftstromsensor, der aufgebaut ist, um den Ladungsstrom oder Luftstrom zu messen oder schätzen, und einen Eingang von einem Gasmassenstromsensor, der aufgebaut ist, um Merkmale des zur Verbrennung bereitgestellten gasförmigen Kraftstoffs zu messen. Wie vorangehend beschrieben, kann der Massenstromsensor einen Heißfoliengasmassenstromsensor und/oder eine mit Einlassdruck-, Temperatur- und Delta-Druck-oder Ausstoßdrucksensorkomponenten einstückige Mündung umfassen. Die Sensoreingänge können ferner Eingänge von einem Wärmeleitfähigkeitssensor und einem Methananteilssensor umfassen. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Sensoreingänge Eingänge von einem Ladungsluftstromsensor, einem Abgas-O₂-Sensor und einem Abgasgegendrucksensor, einem Mündungsgasmassenstromsensor, einem Heißfolienmassenstromsensor, einem Wärmeleitfähigkeitssensor und einem Methananteilssensor.
Das Messmodul für Erdgaseigenschaften 302 ist aufgebaut, um eine oder mehrere Erdgaseigenschaften 304 unter Verwendung der empfangenen Sensoreingänge zu bestimmen. Die Erdgaseigenschaften 304 können ein stöchiometrisches Kraftstoffluft-Verhältnis (SFAR) und ein Stromsensorverhältnis (FSR) einschließen. Das Modul 302 kann aufgebaut sein, um einen SFAR-Wert durch Empfangen von Eingängen von einem Gasmassenstromsensor, einem Frischluftstromsensor und einem Abgas-O₂- oder Lambda-Sensor zu bestimmen und eine Berechnung gemäß der nachfolgenden Gleichung (4) durchzuführen: SFAR = (Gasmassenstromsensoreingang/Frischluftmassenstromsensoreingang) * (Abgas-O₂- oder Lambda-Sensoreingang) (4)
Der Gasmassenstromsensoreingang kann durch einen Mündungsgasmassenstromsensor oder einen Heißfoliengasmassenstromsensor oder eine Kombination davon und/oder andere Gasmassenstromsensoren bereitgestellt werden.
Das Modul 302 kann ferner aufgebaut sein, um einen FSR-Wert durch Durchführen einer Berechnung gemäß der nachfolgenden Gleichung (5) zu bestimmen: FSR = (Mündungsgasmassenstromsensoreingang)/(Heißfoliengasmassenstromsensoreingang) (5)
Es sei angemerkt, dass für das vorbestimmte (z. B. nominale oder ideale) Gas, für das beide Sensoren kalibriert sind, FSR = 1 gilt und dass FSR sich entsprechend der Gasqualität ändert, da unterschiedliche Sensortypen (z. B. Mündungstypsensoren und Heißfoliensoren) auf unterschiedliche physikalischen Grundlagen basieren und durch verschiedene physikalische Eigenschaften beeinflusst werden. Heißfoliensensoren werden zum Beispiel durch eine Variation der Wärmeleitfähigkeit und der Viskosität beeinflusst, während Mündungstypsensoren durch eine Variation der Dichte und des Verhältnisses der spezifischen Wärme beeinflusst werden. Ferner soll anerkannt werden, dass FSR als das Verhältnis zwischen zwei unterschiedlichen Typen von Sensoren bestimmt werden kann, die allgemein als Gasmassenstromsensor 1 und Gasmassenstromsensor 2 bezeichnet werden, wobei Sensor 1 ein Mündungstypsensor, ein Heißfoliensensor oder ein anderer Typ Sensor sein kann und Sensor 2 ein anderer von einem Mündungstypsensor, einem Heißfoliensensor oder einem anderen Typ Sensor sein kann.
Das Untersystem 300 schließt ferner ein Erdgasqualitätsparameterschätzmodul 306 ein, das aufgebaut ist, um einen oder mehrere Erdgasqualitätsparameter 310 für den Betrieb und die Steuerung der Systeme 20 und 31 durch die Steuerung 150 als Reaktion auf die Erdgaseigenschaften 304 auszugeben. Die Erdgasqualitätsparameter 310 können zum Beispiel einen oder mehrere von einem Lambda-(•-)Parameter G, einem gasspezifischen Gewicht, einer Methanzahl, einem unteren Heizwert (LHV) und einem Wobbe-Index einschließen. Das Modul 306 kann aufgebaut sein, um die Parameter 310 unter Verwendung von einer oder mehreren vorbestimmten Beziehungen zwischen einem Erdgasqualitätsparameter und einer Erdgaseigenschaft zu bestimmen, wie die vorangehend in Verbindung mit der Steuerung 150 allgemein beschriebenen. Die vorbestimmten Eigenschaften können in einer oder mehreren Verweistabellen oder einem oder mehreren Berechnungsalgorithmen umgesetzt werden. Die vorbestimmten Beziehungen können auf Grundlage von empirisch beobachteten Beziehungen, theoriebasierten Beziehungen oder Kombinationen davon bestimmt werden.
In bestimmten Ausführungsformen speichert das Erdgasqualitätsparameterschätzmodul 306 vorbestimmte Beziehungen auf Grundlage von einem oder mehreren empirischen Erdgasqualitätsparameterextrapolationsgraphen 308, die als Reaktion auf die Erdgaseigenschaften 304 eine Beziehung zwischen dem Erdgasqualitätsparameter/den Erdgasqualitätsparametern 310 bereitstellen, oder hat darauf auf Grundlage davon Zugriff. Die Erdgasqualitätsparameterextrapolationsgraphen 308 können Beziehungen für eine Reihe von Erdgasqualitätsparametern bereitstellen.
Beispiele für empirisch bestimmte Beziehungen zwischen den Erdgasqualitätsparametern 310 und den Erdgaseigenschaften 304 werden in 4A–4F dargestellt. Die darin dargestellten Datendiagramme repräsentieren Ergebnisse für 10.000 einheitlich zufällige Gaszusammensetzungen (CO₂, N₂, CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀). Tatsächliche Feldproben von Gaszusammensetzungen (CO₂, N₂, CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂, C₆H₁₄) können ebenfalls verwendet werden. Die Gaszusammensetzungen wurden unter der Annahme getestet, dass das Verbrennungsmotorsystem konfiguriert war, um CH₄ bei maximal berechneter Leistung mit einer Heißfoliensensorspannung von 3,5 zu verbrennen. Unter Verwendung dieser Bedingungen wurde ein empirisch begründeter Massenstrom bestimmt, dessen Lambda-Wert für jedes Gas gleich ist. Es wurden ein Heißfoliensensorstrom und ein Mündungstypsensorstrom berechnet, die dem tatsächlichen Massenstrom für jedes Gas entsprechen. Die Gasqualitätsparameter wurden Funktionen von physikalischen oder abgeleiteten Gaseigenschaften zugeordnet, die durch Sensorsätze gemessen wurden und die beste Korrelation ergaben.
Der Graph aus 4A stellt eine Beziehung zwischen dem Lambda-Parameter G und dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis (SFAR) dar. Wie in 4A gezeigt, kann eine lineare Beziehung zwischen dem Lambda-Parameter G und SFAR bestimmt werden, zum Beispiel unter Verwendung einer Regressionstechnik, um eine am besten angepasste Kurve zu bestimmen. Wie oben beschrieben, kann diese Beziehung in Modul 304 unter Verwendung von einer oder mehreren Verweistabellen und/oder Berechnungsalgorithmen umgesetzt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Beziehung teilweise linear, linear über unterschiedliche Intervalle oder Bereiche oder nichtlinear sein und kann zu einem Polynom höherer Ordnung oder einem exponentiellen Ausdruck passen.
Der Graph aus 4B stellt eine lineare Beziehung zwischen einem gasspezifischen Gewicht und dem Kehrwert des Produkts aus der Wärmeleitfähigkeit (TC) und dem Stromsensorverhältnis (FSR) (1/(TC*FSR)) dar. Der Graph aus 4C stellt eine lineare Beziehung zwischen einer Methanzahl und dem Produkt aus TC und FSR (TC*FSR) dar. Der Graph aus 4D stellt eine lineare Beziehung zwischen einem unteren Heizwert nach Standardvolumen (LHV) und dem Produkt aus TC und SFAR eines Mündungstypsensors (1/(TC*SFAR_Orifice)) dar. Der Graph aus 4E stellt eine lineare Beziehung zwischen einem Wobbe-Index und dem Kehrwert eines SFAR eines Mündungstypsensors (1/SFAR_Orifice) dar. Der Graph aus 4F stellt eine lineare Beziehung zwischen einem unteren Heizwert nach Masse (LHV) und dem Quotienten aus TC und SFAR eines Mündungstypsensors (TC/SFAR_Orifice) dar. Die vorangehend beschriebene Beziehung kann in Modul 304 unter Verwendung von einer oder mehreren Verweistabellen und/oder Berechnungsalgorithmen umgesetzt werden. In bestimmten Ausführungsformen können die Beziehungen teilweise linear oder nichtlinear, linear über unterschiedliche Intervalle oder Bereiche sein und können zu einem Polynom höherer Ordnung oder einem exponentiellen Ausdruck passen.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine andere Ausführungsform eines Verfahrens 400 für Schätzungen von einem oder mehreren Erdgasqualitätsparametern gezeigt. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 400 durch das Verarbeitungsuntersystem 300 umgesetzt. Das Verfahren 400 schließt einen Vorgang 402 ein, um Erdgas für einen Vorgang 404 des Betreibens des Verbrennungsmotors 30 aus einem Gemisch des Erdgas- und Dieselkraftstoffs wie hierin vorangehend beschrieben in ein Ansaugsystem 22 an einem Verbrennungsmotor 30 einzubringen. Das Verfahren 400 wird mit einem Vorgang 406 fortgeführt, um einen oder mehrere Motorparameter durch verschiedene Sensoren des Verbrennungsmotors 30 zu erfassen, einschließlich eines virtuellen oder physischen Ladungs-/Luftstromsensors, eines Breitband-Abgas-O₂-Sensors, der einen Gegendrucksensor, einen Heißfoliengasmassenstromsensor und/oder einen Mündungsgasmassenstromsensor beinhaltet, eines Wärmeleitfähigkeitssensors und/oder eines Methananteilssensors.
Das Verfahren 400 wird mit einem Vorgang 408 fortgeführt, um eine oder mehrere Erdgaseigenschaften zu messen, einschließlich eines stöchiometrischen Kraftstoffluft-Verhältnisses (SFAR), das (Gasmassenstrom/Frischluftstrom) * (Abgas-O₂-Lambda) entspricht, und/oder eines Stromsensorverhältnisses (FSR), das (Gasmassenstromsensor 1)/(Gasmassenstromsensor 2) entspricht. Das Verfahren 400 wird mit einem Vorgang 410 fortgeführt, um den Erdgasqualitätsparameter/die Erdgasqualitätsparameter als Reaktion auf die gemessenen Erdgaseigenschaften zu schätzen. In einer Ausführungsform wird ein Lambda-Parameter G aus dem in 4A gezeigten Extrapolationsgraphen geschätzt, wird ein gasspezifisches Gewicht aus der in dem in 4B gezeigten Extrapolationsgraphen dargestellten Beziehung geschätzt, wird eine Methanzahl aus der in dem in 4C gezeigten Extrapolationsgraphen dargestellten Beziehung geschätzt, wird ein LHV [BUT/SCF] aus der in dem in 4D gezeigten Extrapolationsgraphen dargestellten Beziehung geschätzt, wird ein Wobbe-Index [BTU/SCF] aus der in dem in 4E gezeigten Extrapolationsgraphen dargestellten Beziehung geschätzt und/oder wird ein LHV [MJ/kg] aus der in dem in 4F gezeigten Extrapolationsgraphen dargestellten Beziehung geschätzt.
Eine Reihe von weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird nun beschrieben. Eine beispielhafte Ausführungsform ist ein erstes Verfahren, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu Verbrennen; Empfangen von Eingängen von einer Vielzahl von dem Motor zugeordneten Sensoren mit einer Steuerung, einschließlich Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen Eingänge; Bestimmen eines Lambda-Parameter-G-Werts mit der Steuerung, der die Qualität des gasförmigen Kraftstoffs auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem SFAR-Wert und dem Lambda-Parameter-G-Wert anzeigt, direkt aus dem SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts.
In bestimmten Formen des ersten Verfahrens umfasst der Vorgang des Steuerns des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts das Berechnen eines Lambda-Steuerwerts (•) unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts und das Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Lambda-Steuerwerts (•). In bestimmten Formen des ersten Verfahrens umfasst der Vorgang des Berechnens des Lambda-Steuerwerts (•) das Berechnen eines Lambda-Parameters A auf Grundlage eines Verhältnisses von N₂ zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung und einem Verhältnis von H₂O zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung und das Berechnen des Lambda-Steuerwerts unter Verwendung des Lambda-Parameters A. In bestimmten Formen des ersten Verfahrens wird der Lambda-Parameter A gemäß der folgenden Gleichung berechnet: A = 1 + (N₂/O₂) + (H₂O/O₂); und wird der Lambda-Steuerwert (•) gemäß der folgenden Rechnung bestimmt: •• = (1 + (G × Abgassauerstoff))/(1 + (A × Abgassauerstoff)).
Bestimmte Formen des ersten Verfahrens umfassen nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs ferner Folgendes: Empfangen zweiter Eingänge von der Vielzahl von Sensoren mit einem Steuerungssensor; Bestimmen eines zweiten SFAR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen zweiten Eingänge; Bestimmen eines zweiten Lambda-Parameter-G-Werts mit der Steuerung, direkt aus dem zweiten SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Lambda-Parameter-G-Werts; wobei der zweite Lambda-Parameter-G-Wert wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen Systeme, die ein elektronisches Steuersystem einschließen, das aufgebaut ist, um einen Steuerungsprozess nach dem ersten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des ersten Verfahrens durchzuführen. Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen nichttransitorische, durch eine Steuerung lesbare Speichermedien, die mit Anweisungen konfiguriert sind, die durch eine Steuerung ausgeführt werden können, um einen Steuerungsprozess nach dem ersten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des ersten Verfahrens auszuführen.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein zweites Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, mit einer Steuerung; Empfangen von Eingängen von einem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, mit der Steuerung, wobei der zweite Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff ein anderer Sensortyp ist als der erste Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff; Bestimmen eines Fusionssensor-(FSR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der von dem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingänge; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des FSR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
In bestimmten Formen des zweiten Verfahrens umfasst der erste Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff einen Mündungstypsensor und umfasst der zweite Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff einen Heißfoliensensor. In bestimmten Formen des zweiten Verfahrens wird der berechnete Wert als das Produkt aus einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem FSR-Wert berechnet, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs eine Methanzahl ist. In bestimmten Formen des zweiten Verfahrens wird der berechnete Wert als das Produkt aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem FSR-Wert berechnet, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs eine Methanzahl ist. In bestimmten Formen des zweiten Verfahrens wird der berechnete Wert als der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem FSR-Wert berechnet, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs ein spezifisches Gewicht des gasförmigen Kraftstoffs ist. In bestimmten Formen des zweiten Verfahrens wird der berechnete Wert als der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem FSR-Wert berechnet, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs ein spezifisches Gewicht des gasförmigen Kraftstoffs ist.
Bestimmte Formen des zweiten Verfahrens umfassen nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs ferner Folgendes: Bestimmen eines zweiten FSR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung von zweiten von dem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingängen; Bestimmen eines zweiten berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten FSR-Werts und eines zweiten von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs aus dem zweiten berechneten Wert mit der Steuerung; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs; wobei der zweite Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen Systeme, die ein elektronisches Steuersystem einschließen, das aufgebaut ist, um einen Steuerungsprozess nach dem zweiten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des zweiten Verfahrens durchzuführen. Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen nichttransitorische, durch eine Steuerung lesbare Speichermedien, die mit Anweisungen konfiguriert sind, die durch eine Steuerung ausgeführt werden können, um einen Steuerungsprozess nach dem zweiten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des zweiten Verfahrens auszuführen.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein drittes Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, mit einer Steuerung; Empfangen von Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor mit der Steuerung; Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen Eingänge von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des SFAR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
In bestimmten Formen des dritten Verfahrens ist der Qualitätsparameterwert des gasförmigen Kraftstoffs ein unterer Heizwert. In bestimmten Formen des dritten Verfahrens wird der berechnete Wert als der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem SFAR-Wert berechnet. In bestimmten Formen des dritten Verfahrens wird der berechnete Wert als der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem SFAR-Wert berechnet. In bestimmten Formen des dritten Verfahrens wird der berechnete Wert als ein auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierender TC-Wert geteilt durch den SFAR-Wert berechnet. In bestimmten Formen des dritten Verfahrens wird der berechnete Wert als ein auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierender SOS-Wert geteilt durch den SFAR-Wert berechnet.
Bestimmte Formen des dritten Verfahrens umfassen nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs ferner Folgendes: Empfangen von zweiten Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor mit einer Steuerung; Bestimmen eines zweiten SFAR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen zweiten Eingänge; Bestimmen eines zweiten berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten SFAR-Werts und eines zweiten von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines zweiten Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem zweiten berechneten Wert mit der Steuerung; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs; wobei der zweite Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen Systeme, die ein elektronisches Steuersystem einschließen, das aufgebaut ist, um einen Steuerungsprozess nach dem dritten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des dritten Verfahrens durchzuführen. Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen nichttransitorische, durch eine Steuerung lesbare Speichermedien, die mit Anweisungen konfiguriert sind, die durch eine Steuerung ausgeführt werden können, um einen Steuerungsprozess nach dem dritten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des dritten Verfahrens auszuführen.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein viertes Verfahren, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von Eingängen von einer Vielzahl von dem Motor zugeordneten Sensoren mit einer Steuerung, einschließlich Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen Eingänge; Bestimmen eines Wobbe-Indexwerts mit der Steuerung, der die Qualität des gasförmigen Kraftstoffs auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem SFAR-Wert und dem Wobbe-Indexwert anzeigt, direkt aus dem SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Wobbe-Indexwerts.
Bestimmte Formen des vierten Verfahrens umfassen ferner Folgendes: Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, mit einer Steuerung; Empfangen von Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und einem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, mit der Steuerung, wobei der zweite Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff ein anderer Sensortyp ist als der Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff; Bestimmen eines Fusionssensor-(FSR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingänge; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des FSR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
Bestimmte Formen des vierten Verfahrens umfassen ferner Folgendes: Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, zusätzlich zu den Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des SFAR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
Bestimmte Formen des vierten Verfahrens umfassen nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs ferner Folgendes: Empfangen zweiter Eingänge von der Vielzahl von Sensoren mit einem Steuerungssensor; Bestimmen eines zweiten SFAR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen zweiten Eingänge; Bestimmen eines zweiten Wobbe-Indexwerts mit der Steuerung, direkt aus dem zweiten SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des zweiten Wobbe-Indexwerts; wobei der zweite Wobbe-Indexwert wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen Systeme, die ein elektronisches Steuersystem einschließen, das aufgebaut ist, um einen Steuerungsprozess nach dem vierten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des vierten Verfahrens durchzuführen. Zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen umfassen nichttransitorische, durch eine Steuerung lesbare Speichermedien, die mit Anweisungen konfiguriert sind, die durch eine Steuerung ausgeführt werden können, um einen Steuerungsprozess nach dem vierten Verfahren oder nach einem der vorangehend beschriebenen Formen des ersten Verfahrens auszuführen.
Wie aus den vorangehend aufgeführten Figuren und dem vorangehend aufgeführten Text hervorgeht, wird eine Vielzahl von Aspekten der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen. Nach einem Aspekt schließt ein Verfahren Folgendes ein: Einbringen von Erdgas in ein Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors; Betreiben des Verbrennungsmotors zumindest teilweise als Reaktion auf das Einbringen des Erdgases in das Ansaugsystem des Verbrennungsmotors; Erfassen von zumindest einem dem Betrieb des Verbrennungsmotors zugeordneten Motorparameter; Messen von zumindest einer Eigenschaft des Erdgases als Reaktion auf das Erfassen des zumindest einen Motorparameters; und Schätzen von zumindest einem Qualitätsparameter des Erdgases als Reaktion auf das Messen der zumindest einen Erdgaseigenschaft.
Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist dieselbe als veranschaulichend zu interpretieren und weist keinen einschränkenden Charakter auf, wobei es sich versteht, dass lediglich bestimmte exemplarische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden. Ein Fachmann erkennt, dass viele Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne im Wesentlichen von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle solche Modifikationen sind entsprechend im Umfang der vorliegenden Offenbarung wie in den folgenden Patentansprüchen definiert eingeschlossen.
Beim Lesen der Patentansprüche ist zu beachten, dass mit der Verwendung von Ausdrücken wie „ein”, „eine”, „zumindest ein/eine” oder „zumindest ein Teil” nicht beabsichtigt wird, den Patentanspruch auf lediglich ein Element zu beschränken, es sei denn, in dem Patentanspruch findet sich eine ausdrücklich gegenteilige Darstellung. Wenn „zumindest ein Teil” und/oder „ein Teil” verwendet wird, kann das Element einen Teil und/oder das gesamte Element einschließen, es sei denn, es findet sich eine ausdrücklich gegenteilige Darstellung.

Claims

Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von Eingängen von einer Vielzahl von dem Motor zugeordneten Sensoren mit einer Steuerung, einschließlich Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen Eingänge; Bestimmen eines Lambda-Parameter-G-Werts mit der Steuerung, der die Qualität des gasförmigen Kraftstoffs auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem SFAR-Wert und dem Lambda-Parameter-G-Wert anzeigt, direkt aus dem SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorgang des Steuerns des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts das Berechnen eines Lambda-Steuerwerts (•) unter Verwendung des Lambda-Parameter-G-Werts und das Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Lambda-Steuerwerts (•) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei: der Vorgang des Berechnens des Lambda-Steuerwerts (•) das Berechnen eines Lambda-Parameters A auf Grundlage eines Verhältnisses von N₂ zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung und einem Verhältnis von H₂O zu O₂ in der dem Motor bereitgestellten Ansaugladung und das Berechnen des Lambda-Steuerwerts unter Verwendung des Lambda-Parameters A umfasst; und der Lambda-Parameter A gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird: A = 1 + (N₂/O₂) + (H₂O/O₂); und der Lambda-Steuerwert (•) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: •• = (1 + (G × Abgassauerstoff))/(1 + (A × Abgassauerstoff)).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs: Empfangen zweiter Eingänge von der Vielzahl von Sensoren mit einem Steuerungssensor; Bestimmen eines zweiten SFAR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen zweiten Eingänge; Bestimmen eines zweiten Lambda-Parameter-G-Werts mit der Steuerung, direkt aus dem zweiten SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Lambda-Parameter-G-Werts; wobei der zweite Lambda-Parameter-G-Wert wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Verbrennungsmotorsystem, einschließlich einer elektronischen Steuerung, die konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4 durchzuführen.
Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, mit einer Steuerung; Empfangen von Eingängen von einem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, mit der Steuerung, wobei der zweite Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff ein anderer Sensortyp ist als der erste Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff; Bestimmen eines Fusionssensor-(FSR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der von dem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingänge; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des FSR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff einen Mündungstypsensor umfasst und der zweite Massenstromsensor einen Heißfoliensensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der berechnete Wert als eines von Folgenden berechnet wird: das Produkt aus einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem FSR-Wert, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs eine Methanzahl ist; und das Produkt aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem FSR-Wert, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs eine Methanzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der berechnete Wert als eines von Folgenden berechnet wird: der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem FSR-Wert, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs ein spezifisches Gewicht des gasförmigen Kraftstoffs ist; und der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem FSR-Wert, wobei der Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs ein spezifisches Gewicht des gasförmigen Kraftstoffs ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs: Bestimmen eines zweiten FSR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung von zweiten von dem ersten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingängen; Bestimmen eines zweiten berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten FSR-Werts und eines zweiten von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs aus dem zweiten berechneten Wert mit der Steuerung; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs; wobei der zweite Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Verbrennungsmotorsystem, einschließlich einer elektronischen Steuerung, die konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 6–10 durchzuführen.
Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, mit einer Steuerung; Empfangen von Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor mit der Steuerung; Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen Eingänge von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des SFAR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert mit der Steuerung, auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Qualitätsparameterwert des gasförmigen Kraftstoffs ein unterer Heizwert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der berechnete Wert als eines von Folgenden berechnet wird: der Kehrwert des Produkts von einem auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden TC-Wert und dem SFAR-Wert; und der Kehrwert des Produkts aus einem auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierenden SOS-Wert und dem SFAR-Wert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der berechnete Wert als eines von Folgenden berechnet wird: ein auf dem von dem Wärmeleitfähigkeitssensor empfangenen Eingang basierender TC-Wert dividiert durch den SFAR-Wert; und ein auf dem von dem Schallgeschwindigkeitssensor empfangenen Eingang basierender SOS-Wert dividiert durch den SFAR-Wert.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, nach einer Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs: Empfangen von zweiten Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor mit einer Steuerung; Bestimmen eines zweiten SFAR-Werts mit der Steuerung unter Verwendung der empfangenen zweiten Eingänge; Bestimmen eines zweiten berechneten Werts mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten SFAR-Werts und eines zweiten von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines zweiten Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem zweiten berechneten Wert mit der Steuerung; und Steuern des Betriebs des Motors mit der Steuerung unter Verwendung des zweiten Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs; wobei der zweite Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs wirksam ist, um den Betrieb des Motors an die Änderung der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs anzupassen.
Verbrennungsmotorsystem, einschließlich einer elektronischen Steuerung, die konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 12–16 durchzuführen.
Verbrennungsmotorsystem, umfassend: einen Motor, der konfiguriert ist, um einen gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen; eine elektronische Steuerung, die aufgebaut ist, um Eingänge von einer Vielzahl von dem Motor zugeordneten Sensoren zu empfangen, einschließlich Eingängen von einem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, einem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und einem Abgas-O₂-Sensor, wobei die Steuerung zu Folgendem angepasst ist: Bestimmen eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-(SFAR-)Werts unter Verwendung der empfangenen Eingänge; Bestimmen eines Wobbe-Indexwerts, der die Qualität des gasförmigen Kraftstoffs auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem SFAR-Wert und dem Wobbe-Indexwert anzeigt, direkt aus dem SFAR-Wert und ohne Zwischenbestimmungen; und Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Wobbe-Indexwerts.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen; Empfangen von Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und einem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, der aufgebaut ist, um den Massenstrom des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, wobei der zweite Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff ein anderer Sensortyp ist als der Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff; Bestimmen eines Fusionssensor-(FSR-)Werts unter Verwendung der von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff und dem zweiten Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff empfangenen Eingänge; Bestimmen eines berechneten Werts unter Verwendung des FSR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen von einem Eingang von einem von einem Wärmeleitfähigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kraftstoffs zu erfassen, und einem Schallgeschwindigkeitssensor, der aufgebaut ist, um die Schallgeschwindigkeit in dem gasförmigen Kraftstoff zu erfassen, zusätzlich zu den Eingängen von dem Massenstromsensor für gasförmigen Kraftstoff, dem Ansaugfrischluftmassenstromsensor und dem Abgas-O₂-Sensor; Bestimmen eines berechneten Werts unter Verwendung des SFAR-Werts und des von dem einen des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Schallgeschwindigkeitssensors empfangenen Eingangs; Bestimmen eines Qualitätsparameterwerts des gasförmigen Kraftstoffs aus dem berechneten Wert auf Grundlage der vorbestimmten Beziehung zwischen dem berechneten Wert und dem Qualitätsparameter des gasförmigen Kraftstoffs; und Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung des Qualitätsparameters des gasförmigen Kraftstoffs.