DE102017100025A1

DE102017100025A1 - Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017100025A1
Application number: DE102017100025.9A
Authority: DE
Inventors: Nuri Karaaslan
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine (1) von einem Primärkraftstoff (10) auf einen Sekundärkraftstoff (11), insbesondere von Benzin auf Gas, mit einem Primärkraftstofftank (12), in dem der Primärkraftstoff (10) bevorratet ist und wobei vor dem Umschalten über eine Einspritzdüse (13) der Primärkraftstoff (10) in die Luft eingespritzt wird, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt, und mit einem Sekundärkraftstofftank (15), in dem der Sekundärkraftstoff (11) bevorratet ist und wobei nach dem Umschalten über eine Niederdruckleitung (16) der Sekundärkraftstoff (11) der Luft zugeführt wird, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt, und wobei die Niederdruckleitung (16) stromaufwärts an ein elektrisch betätigbares Einspritzventil (17) mündet, das eine Zeit vor der Umschaltung mittels einer Bestromung beheizt wird, und wobei stromaufwärts des Einspritzventils (17) eine Mitteldruckleitung (18) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird die Bestromung des Einspritzventils (17) abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorgenommen, wobei eine erste Heizbedingung eine wenigstens überwiegende Füllung der Mitteldruckleitung (18) mit dem Sekundärkraftstoff (11) umfasst. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Umschalteinrichtung mit einer Steuereinrichtung (20) zur Ausführung eines Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine von einem Primärkraftstoff auf einen Sekundärkraftstoff, insbesondere von Benzin auf Gas, mit einem Primärkraftstofftank, in dem der Primärkraftstoff bevorratet ist und wobei vor dem Umschalten über eine Einspritzdüse der Primärkraftstoff in die Luft eingespritzt wird, die in die Brennkraftmaschine eintritt, und mit einem Sekundärkraftstofftank, in dem der Sekundärkraftstoff bevorratet ist und wobei nach dem Umschalten über eine Niederdruckleitung der Sekundärkraftstoff der Luft zugeführt wird, die in die Brennkraftmaschine eintritt, und wobei die Niederdruckleitung stromaufwärts an ein elektrisch betätigbares Einspritzventil mündet, das eine Zeit vor der Umschaltung mittels einer Bestromung beheizt wird.
STAND DER TECHNIK
Sind Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ausgestattet, beispielsweise mit Benzinmotoren oder Dieselmotoren, so besteht die Möglichkeit, im Fahrzeug eine weitere Kraftstoffversorgung zu applizieren, über die die Brennkraftmaschine mit einem Sekundärkraftstoff betrieben werden kann. Sogenannte Gasanlagen ermöglichen ein Umschalten vom Primärkraftstoff, also von Benzin oder Diesel auf den Sekundärkraftstoff, also auf die Versorgung der Brennkraftmaschine mit Gas, insbesondere LPG (Liquified Petroleum Gas). Die Versorgung der Brennkraftmaschine mit LPG führt in der Regel zu geringeren Kraftstoffkosten, wobei eine Brennkraftmaschine nicht beginnend vom kalten Betriebszustand an mit LPG betrieben werden kann bzw. betrieben wird. Die Brennkraftmaschine muss zunächst mit dem Primärkraftstoff, also mit Benzin oder Diesel, warmgefahren werden, um erst bei Erreichen einer Mindesttemperatur, beispielsweise 60°C Kühlwassertemperatur oder Motoröltemperatur, oder bei Erreichen einer definierten Zeitspanne, beispielsweise einer über der Kühlwassertemperatur abhängigen Kennlinie mit beispielweise 60 Sekunden Umschaltzeit bei einer Kühlwassertemperatur beim Motorstart von 20°C, ein Umschalten vom Primärkraftstoff auf den Sekundärkraftstoff vorzunehmen.
Bei der Umschaltung vom Primärkraftstoff auf den Sekundärkraftstoff kann das Problem entstehen, dass die Niederdruckleitung aufgrund des vorangegangenen Betriebs mit dem Primärkraftstoff nicht mit dem Sekundärkraftstoff gefüllt ist, insbesondere aufgrund von pulsierenden Druckschwankungen im Saugrohr. Somit kann beispielsweise Luft in die Niederdruckleitung gelangen, und wird auf den Sekundärkraftstoff umgeschaltet, so wird die sich in der Niederdruckleitung befindende Luft statt des Sekundärkraftstoffes in das Saugrohr gedrückt, wodurch eine Störung des Betriebs der Brennkraftmaschine erzeugt werden kann, da die Kraftstoffversorung für eine kurze Zeitdauer aussetzt.
Wegen der Dosierung in noch flüssigem Zustand des Sekundärkraftstoffes oder aus Gründen der Unfallsicherheit ist es wünschenswert, dass das Einspritzventil in einem gewissen Abstand zur Brennkraftmaschine angeordnet ist, damit dieses auf einer niedrigeren Temperatur bzw. in einem während eines Unfalles weniger kritischen Bereich des Motorraumes gehalten werden kann. Dies und die mechanische Entkopplung von Schwingungen erfordert allerdings eine Zuleitung zwischen dem Einspritzventil und dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, die je nach Bauart des betreffenden Kraftfahrzeuges unterschiedlich lang sein können. Ab einer gewissen Leitungslänge entsteht ein sogenanntes Totvolumen, das je nach Größe unerwünschte Auswirkungen beim Umschalten zwischen den verschiedenen Kraftstoffversorgungen haben kann.
Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, den Sekundärkraftstoff oder aber das Einspritzventil selbst im Versorgungstrakt des Sekundärkraftstoffes vor der Umschaltung mittels einer Bestromung zu beheizen, wie beispielsweise die EP 1 455 077 A2 offenbart. Wird statt eines separaten Heizelementes eine bereits vorhandene Spulenwicklung der Einspritzventile zum Beheizen des Ventils bestromt, kann bei der Bestromung des Einspritzventils der Fall auftreten, dass das Einspritzventil zumindest kurzzeitig öffnet, sodass eine Spülung von zumindest Teilen des Zuführtraktes des Sekundärkraftstoffes die Folge ist. Beispielsweise kann auch stromaufwärts des Einspritzventils durch das ungewollte Öffnen des Einspritzventils während der Heizperiode der Sekundärkraftstoff ausgetauscht werden gegen beispielsweise Luft, sodass es zur Betriebsstörung der Brennkraftmaschine beim Umschalten vom Primärkraftstoff auf den Sekundärkraftstoff kommen kann. Dieser Fall kann auftreten, wenn ein Druck stromabwärts des Einspritzventiles höher ist als ein Druck stromaufwärts des Einspritzventiles. Dieser Fell tritt bei instationärer Fahrt sehr wahrscheinlich auf, da die Last an der Brennkraftmaschine in Zusammenhang mit dem Luftdruck im Saugrohr zusammenhängt und dieser Druck beispielsweise in einem Bereich von 200 mbar und 3000 mbar schwanken kann. Es ist sofort ersichtlich, dass durch die Aufprägung dieser Druckschwankungen das Druckgefälle am Einspritzventil innerhalb eines Fahrzyklus mehrfach das Vorzeichen wechseln kann.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2010 053 438 A1 ein Verfahren zum Umschalten einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine von einem Primärkraftstoff auf einen Sekundärkraftstoff, beispielsweise also von Benzin auf Gas. Um eine Betriebsstörung der Brennkraftmaschine beim Umschalten von dem Primärkraftstoff auf den Sekundärkraftstoff zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass beim Umschalten der Versorgung die Speicherung vom Sekundärkraftstoff in der Niederdruckleitung berücksichtigt wird, indem während einer Übergangsperiode in Abhängigkeit von der Umschaltrichtung die Zufuhr von Primärkraftstoff und von Sekundärkraftstoff so geschaltet und/oder modifiziert wird, dass eine möglichst gleichmäßige Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff erreicht wird.
Die Ursache, dass sich die Niederdruckleitung beginnend vom Saugrohr stromaufwärts bis zum Einspritzventil oder auch die weitere Versorgungsleitung des Sekundärkraftstoffes stromaufwärts des Einspritzventils mit beispielsweise Luft füllen kann, hängt insbesondere mit dem ungewollten Öffnungsverhalten des Einspritzventils bei der Bestromung zur Aufheizung zusammen. Folglich ist es wünschenswert, die nachteilige Füllung zumindest der Niederdruckleitung, jedoch beispielsweise auch der stromaufwärts des Einspritzventils sich anschließenden Versorgungsleitung in Richtung zum Sekundärkraftstofftank weiter zu unterbinden, insbesondere um das aus der DE 10 2015 053 438 A1 bekannte Verfahren weiter zu verbessern.
Der Zweck der Beheizung des Einspritzventils dient weiterhin dazu, diese auf Betriebstemperatur zu bringen, da die Einspritzdauer oder die Öffnungsströme bzw. das Öffnungsverhalten von der Temperatur abhängen und ein Abweichen der Einspritzmenge auf Grund kalter Spulen verhindert werden soll. Neben der Heizstrategie gibt es noch die Anti-Stick-Funktion, welche verhindern soll, dass verklebte Einspritzventile störungsfrei öffnen sollen. Hierbei werden der Anzugsstrom und damit der Öffnungsstrom erhöht. Diese Verschleiß- oder Alterungserscheinungen werden mit einer Spulenheizung ebenfalls weitgehend überwunden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung eines Verfahrens zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine von einem Primärkraftstoff auf einen Sekundärkraftstoff, insbesondere von Benzin auf Gas, sodass eine Betriebsstörung der Brennkraftmaschine wenigstens von der Umschaltung im Wesentlichen vermieden wird. Dabei soll eine möglichst geringe Menge an Sekundärkraftstoff gleichzeitig mit dem Primärkraftstoff in das Saugrohr eingegeben werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einer Umschalteinrichtung zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Bestromung des Einspritzventils abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorgenommen wird, wobei eine erste Heizbedingung eine zumindest überwiegende Füllung der Mitteldruckleitung mit dem Sekundärkraftstoff umfasst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Einschalten der Bestromung zur Beheizung des Einspritzventils abhängig zu machen von wenigstens einer Heizbedingung, wobei die Heizbedingung so ausgerichtet ist, dass eine zumindest weitere Füllung des Zufuhrtraktes für den Sekundärkraftstoff beginnend vom Saugrohr bis zum Sekundärkraftstofftank mit einem anderen Medium als der Sekundärkraftstoff, also beispielsweise mit Luft, vermieden wird.
Vereinfachend wird eine Umschalteinrichtung mit einer Niederdruckleitung, mit einer Mitteldruckleitung und mit einem Einspritzventil beschrieben, und bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine entspricht die Anzahl der Einspritzventile und damit auch die Anzahl von Niederdruckleitungen der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Erfindung ist damit auch auf das Beheizen mehrerer Einspritzventile mit zugeordneten Leitungen applizierbar. Wie sofort ersichtlich ist, kann aber auch die Anzahl der Einspritzventile geringer oder höher ausfallen als die Anzahl der Zylinder, so dass beispielsweise ein Einspritzventil für eine Kraftstoffzumessung wenigstens zweier Zylinder verwendet wird oder so dass wenigstens zwei Einspritzventile für die Kraftstoffzumessung eines Zylinders verwendet werden.
Ist beispielsweise die erste Heizbedingung nicht erfüllt, soll jedoch auf den Sekundärkraftstoff umgeschaltet werden, so kann durch Öffnen eines Absperrventils eine kleine Menge an Sekundärkraftstoff aus dem Sekundärkraftstofftank in den Zufuhrtrakt eingegeben werden, sodass die Mitteldruckleitung sich wieder mit Sekundärkraftstoff füllt. Anschließend kann die Abfrage der Heizbedingung erneut beginnen, sodass bei einer Erfüllung wenigstens der ersten Heizbedingung die Bestromung des Einspritzventils zur Aufheizung stattfinden kann.
In besonderer Weise eignet sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Saugmotoren und/oder bei direkt einspritzenden Motoren und/oder bei Turbo- oder Kompressormotoren, wenn in einer stromaufwärts des Einspritzventils ausgebildeten Mitteldruckleitung das Spülen der Mitteldruckleitung mit einem anderen Medium als mit dem Sekundärkraftstoff vermieden werden soll.
Als Saugmotoren werden hierbei atmosphärische Brennkraftmaschinen bezeichnet, welche einen Druck im Saugrohr von bis zu etwa 1000 mbar aufweisen. Als Turbo- oder Kompressormotoren werden hierbei Brennkraftmaschinen bezeichnet, welche mittels einer Ladeeinrichtung einen Saugrohrdruck signifikant über 1000 mbar erzeugen können. Als direkteinspritzende Motoren werden Brennkraftmaschinen bezeichnet, welche zumindest den Primärkraftstoff in einen Brennraum bzw. in den Zylinder der Brennkraftmaschine einbringen und nicht in das Saugrohr, wobei direkteinspritzende Motoren statt eines Kraftstoff-Luft-Gemisches lediglich Luft oder aber ein Gemisch aus Luft und Abgas ansaugen und die Zumessung des Kraftstoffes gerade nicht stromaufwärts des Zylinders erfolgt.
Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt ein Saugrohr auf, und die in die Brennkraftmaschine eintretende Luft durchströmt das Saugrohr von einem Luftfilter kommend. Dabei sind auch weitere Ausführungen der Einspritzung der Kraftstoffe möglich, beispielsweise bei einem Direkteinspritzer oder bei einem Turbomotor, bei dem das Saugrohr einen Überdruck aufweist und ein Eintreten von Luft in den Sekundärkraftstofftrakt besonders wahrscheinlich ist.
Insbesondere dann, wenn bereits die Niederdruckleitung nicht mehr ausschließlich mit Sekundärkraftstoff gefüllt ist, kann bei einem ungewollten Öffnen des Einspritzventils auch in die Mitteldruckleitung stromaufwärts des Einspritzventils ein Austausch des Sekundärkraftstoffes gegen ein anderes Medium stattfinden. Wird die Bestromung des Einspritzventils durch die zweite Heizbedingung alternativ oder zusätzlich zur ersten Heizbedingung unterbunden, kann wiederum das Absperrventil zum Sekundärkraftstofftank hin wenigstens kurzzeitig geöffnet werden, um sowohl die Mitteldruckleitung als idealerweise auch die Niederdruckleitung zu spülen, sodass anschließend ausschließlich Sekundärkraftstoff in den Leitungen vorhanden ist.
Das Absperrventil befindet sich stromaufwärts der Mitteldruckleitung, beispielsweise vor oder nach einem Verdampfer, wobei eine zweite Heizbedingung einen Öffnungszustand des Absperrventils umfasst. Gemäß der zweiten Heizbedingung ist es folglich auf einfache Weise möglich, das Absperrventil zumindest so lange zu öffnen, bis die Mitteldruckleitung und insbesondere die Niederdruckleitung bis in das Saugrohr hinein wieder mit Sekundärkraftstoff gefüllt ist. Die Öffnungsdauer des Absperrventils kann dabei so bemessen sein, dass ein Spülen der Mitteldruckleitung und vorzugsweise auch der Niederdruckleitung gerade eben stattfinden kann. Alternativ ist es auch denkbar, die Bestromung nur dann stattfinden zu lassen, wenn das Absperrventil tatsächlich geöffnet ist. Wird das Einspritzventil durch eine Bestromung beheizt und öffnet dieses wenigstens zeitweise auf ungewollte Weise, so sorgt der Überdruck des Sekundärkraftstoffes aus dem Sekundärkraftstofftank bei geöffnetem Absperrventil dafür, dass ein Fluidstrom bei Öffnen des Einspritzventils ausschließlich vom Sekundärkraftstofftank in das Saugrohr stattfindet. Eine Rückströmung von beispielsweise Luft in die Niederdruckleitung und insbesondere in die Mitteldruckleitung wird damit wirkungsvoll unterbunden. Dabei ist es auch denkbar, den Zustrom von Sekundärkraftstoff in das Saugrohr während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Primärkraftstoff zu sensieren, sodass die Öffnung des Absperrventils eben so kurz wie möglich stattfindet, dass dem Primärkraftstoff möglichst eine nur minimale oder keine Menge an Sekundärkraftstoff zugeführt wird. Für diese Ausgestaltung würde in Kauf genommen werden, dass ein geringer Überschuss an Kraftstoff der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei allerdings eine motorseitige Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses diese geringe Abweichung auszuregeln vermag. Dem gegenüber steht der durch die Erfindung erzielte Vorteil, dass während einer des Heizens nachfolgenden Umschaltung von Primär- auf Sekundärkraftstoff ein gestörter Betrieb der Brennkraftmaschine auf Grund einer Unterversorgung mit Kraftstoff gerade nicht erfolgt.
Nach einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine dritte Heizbedingung eine Druckdifferenz zwischen einem Druck in der Niederdruckleitung und einem Druck in der Mitteldruckleitung vor und nach dem Einspritzventil, gemäß welcher Druckdifferenz der Druck in der Niederdruckleitung wenigstens 0,1 bar oder wenigstens 0,3 bar oder wenigstens 1 bar niedriger ausgebildet ist als der Druck in der Mitteldruckleitung. Durch die Druckdifferenz wird sichergestellt, dass bei einem ungewollten Öffnen des Einspritzventils ein Fluidstrom, also insbesondere ein Sekundärkraftstoffstrom, ausschließlich von der Mitteldruckleitung in die Niederdruckleitung stattfindet, also vom Sekundärkraftstofftank in das Saugrohr. Sowohl in der Niederdruckleitung als auch in der Mitteldruckleitung können hierfür Drucksensoren eingerichtet sein, und über eine Steuereinrichtung der Umschalteinrichtung werden mit Vorteil die Druckdifferenz und auch das Absperrventil überwacht. Die angegebene Druckdifferenz muss nicht zwangsläufig einen Wert von exakt 1 bar aufweisen. Es ist folglich durch Verschleißerscheinungen und Alterungsprozesse auch möglich, dass die eingestellte Druckdifferenz um bis zu 0,3 bar in beiden Richtungen vor und nach dem Einspritzventil abweichen kann. Auch ist es sofort ersichtlich, dass unter Vernachlässigung von instationären Druckschwankungen bereits eine Druckdifferenz von mehr als 0 bar ausreichend ist, um einen Fluidstrom von der Niederdruckleitung in die Mitteldruckleitung zu unterbinden.
Die Druckdifferenz bildet somit eine zeitlich gemittelte Druckdifferenz ab, welche auf Grund der Trägheit etwaiger Drucksensoren nicht genauer während des Betriebes der Brennkraftmaschine ermittelt werden kann. Liegt die Kenntnis der auftretenden Dynamik in der Druckschwankung vor, so kann die maximale Abweichung des dynamischen Druckes vom zeitlich gemittelten Druck als Offset auf die Druckdifferenz, welche für die Heizbedingung herangezogen wird, herangezogen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine vierte Heizbedingung einen Überdruck in der Mitteldruckleitung gegenüber einem Druck im Saugrohr. Auch und insbesondere im Saugrohr ist ein Drucksensor angeordnet, der ebenfalls eine Druckinformation an die Steuereinrichtung der Umschalteinrichtung liefert. Dann, wenn in der Mitteldruckleitung ein höherer Druck vorherrscht als im Saugrohr, ist sichergestellt, dass bei einem ungewollten Öffnen des Einspritzventils lediglich Sekundärkraftstoff von der Mitteldruckleitung in die Niederdruckleitung überströmt, und ein Spülen der Mitteldruckleitung mit einem anderen Medium als mit Sekundärkraftstoff vermieden wird. Auch hierbei kann eine vorliegende Gasdynamik derart in der Heizbedingung Berücksichtigung finden, dass nicht der Druck in der Mitteldruckleitung höher als im Saugrohr sein soll, sondern dass der Druck in der Mitteldruckleitung höher als die Summe des Saugrohrdruckes und eines Offsets sein kann. Der Offset kann hierbei wiederum der maximalen Druckdifferenz zwischen einer dynamischen Druckamplitude und des zeitlich gemittelten Druckes im Saugrohr entsprechen. Somit wäre sichergestellt, dass der Druck in der Mitteldruckleitung auch unter Berücksichtigung der Gasdynamik, also auf einer höher aufgelösten Zeitachse und nicht im Zyklusmittel, stets über dem Saugrohrdruck liegt.
Eine begonnene Bestromung des Einspritzventils wird gemäß einer weiteren Ausführungsform beendet, wenn die dritte Heizbedingung und/oder die vierte Heizbedingung nach der begonnenen Bestromung aufgrund sich ändernder Druckverhältnisse nicht mehr erfüllt sind.
Weiterführend umfasst eine fünfte Heizbedingung ein wenigstens pulsweises Öffnen des Einspritzventils bei geöffnetem Absperrventil, welches Öffnen der Bestromung zeitlich vorgelagert wird. Ist das Absperrventil geöffnet, so herrscht in der Mitteldruckleitung ein höherer Druck als in der Niederdruckleitung, und wird das Einspritzventil wenigstens pulsweise, beispielsweise auch über einen Zeitabschnitt dauerhaft geöffnet, so spült der Sekundärkraftstoff aus der Mitteldruckleitung auch die Niederdruckleitung, und nach dem wenigstens pulsweisen Öffnen des Einspritzventils befindet sich in der Mitteldruckleitung und in der Niederdruckleitung nur noch der Sekundärkraftstoff. Wird anschließend das Einspritzventil bestromt und damit beheizt, so kann auch bei einem ungewollten Öffnen des Einspritzventils kein Gasaustausch in der Mitteldruckleitung mehr erfolgen. Eine sechste Heizbedingung sieht einen Druck in der Mitteldruckleitung vor, der einen Maximaldruck p_heat in der Mitteldruckleitung gemäß
unterschreitet, ab dem ein wenigstens pulsweises Öffnen des Einspritzventils bei geöffnetem Absperrventil vorgenommen wird. Gemäß der Formel ist es möglich, den Druckverlauf in der Mitteldruckleitung als Kriterium für die Heizbedingung heranzuziehen. Nach Versuchen war es möglich, einen Lufteintrag von bis zu p_heat = 3000 mbar integriertem Druckgradient in der Mitteldruckleitung zu tolerieren, und zwar ohne dass ein Lastschlag der Brennkraftmaschine beim Umschalten von Benzin auf Gas festzustellen war. Wie sofort ersichtlich ist der integrierte Betrag des Druckgradienten nicht notwendigerweise p_heat = 3000 mbar. Die Größe dessen hängt in hohem Maße von der tatsächlich ausgeführten Brennkraftmaschine und den Maßen sowie den Druckbedingungen der Mitteldruckleitung und der Niederdruckleitung ab.
Der Einführung der sechsten Heizbedingung mit dem Integral des Betrages des Druckgradienten basiert auf der Beobachtung, dass während des Beheizens des Einspritzventiles der Druck in der Mitteldruckleitung, sofern das Absperrventil auch geschlossen ist, einen Gradienten aufweist. Der Gradient des Druckes in der Mitteldruckleitung kann folglich ein positives Vorzeichen aufweisen, wenn der Druck in der Mitteldruckleitung durch Eintrag von Luft steigt, oder ein negatives Vorzeichen aufweisen, wenn Gas aus der der Mitteldruckleitung in die Niederdruckleitung entweicht. Wird der Betrag des Gradienten als Maß für eine Gasverdünnung bzw. für ein Maß des Substitution von Kraftstoff durch Luft in der Mitteldruckleitung interpretiert und integriert, lässt sich je nach Ausführungsbeispiel ein definierter Wert ermitteln, bis zu welchem ein Beheizen des Einspritzventiles trotz Massenstrom am Einspritzventil zugelassen werden kann. Wie sofort ersichtlich ist die Bildung des Integrals ab Motorstart spätestens jedoch ab Beginn des Heizens des Einspritzventiles vorzusehen. Die Bildung des Integrales endet folglich mit dem Beenden des Heizens des Einspritzventiles, spätestens aber mit dem Umschalten vom Primärkraftstoff zum Sekundärkraftstoff.
Eine weitere Ausgestaltung des integrierten Betrages des Druckgradienten p_heat kann derart erfolgen, dass lediglich der positive Gradient des Druckes in der Mitteldruckleitung zur Bildung eines Integrals herangezogen wird, da hierdurch ausschließlich der Eintrag von Luft in die Mitteldruckleitung berücksichtigt wird.
Das Öffnen des Einspritzventils mit wenigstens einer Öffnungsdauer gemäß der sechsten Heizbedingung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Menge des in die Brennkraftmaschine und insbesondere in das Saugrohr eingegebenen Sekundärkraftstoffes weniger als 10% und/oder weniger als 5% der in die Brennkraftmaschine und insbesondere in das Saugrohr eingegebenen Menge des Primärkraftstoffes entspricht. Damit wird eine Überversorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff vermieden bzw. minimiert.
Die Brennkraftmaschine weist einen Ansaugtrakt mit einem Saugrohr auf, in das der Primärkraftstoff über die Einspritzdüse eingespritzt wird und/oder in das der Sekundärkraftstoff aus der Niederdruckleitung eingedüst wird, wobei der Druck der in die Brennkraftmaschine eintretenden Luft im Saugrohr vorherrscht.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Umschalteinrichtung zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine von einem Primärkraftstoff auf einen Sekundärkraftstoff, insbesondere von Benzin auf Gas, mit einem Primärkraftstofftank, in dem der Primärkraftstoff bevorratet ist und wobei vor dem Umschalten über die Einspritzdüse der Primärkraftstoff in die in die Brennkraftmaschine eintretende Luft einspritzbar ist, und mit einem Sekundärkraftstofftank, in dem der Sekundärkraftstoff bevorratet ist und wobei nach dem Umschalten über eine Niederdruckleitung der Sekundärkraftstoff in die in die Brennkraftmaschine eintretende Luft eindüsbar ist, und wobei die Niederdruckleitung stromaufwärts an ein elektrisch betätigbares Einspritzventil mündet, das eine Zeit vor der Umschaltung mittels einer Bestromung beheizbar ist. Die Umschalteinrichtung ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, die Bestromung des Einspritzventils abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorzunehmen, wobei eine erste Heizbedingung eine zumindest überwiegende Füllung der Niederdruckleitung mit dem Sekundärkraftstoff umfasst. Die Umschalteinrichtung weist zur Steuerung der Bestromung, der Ansteuerung des Absperrventils und/oder zum gewollten Öffnen des Einspritzventils eine Steuereinrichtung auf, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Es zeigt die Figur eine schematisierte Darstellung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine wahlweise mit einem Primärkraftstoff oder mit einem Sekundärkraftstoff, wobei das erfindungsgemäße Verfahren mit der dargestellten Anordnung ausführbar ist.
Die Figur stellt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinder 25, einem hubbeweglich im Zylinder 25 aufgenommen Kolben 26 und mit einem Auslassventil 27 und mit einem Einlassventil 30 dar. Im Zylinder 25 befindet sich oberseitig eine Zündkerze 29, und öffnet das Einlassventil 30, kann Kraftsoff-Luft-Gemisch bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder 25 gelangen, und das verbrannte Brennstoff-Luft-Gemisch kann bei Öffnen des Auslassventils 27 in den Abgaskanal 28 entweichen. Vor dem Einlassventil 30 ist ein Saugrohr 14 ausgebildet, das stromaufwärts über eine Drosselklappe 23 in einen Luftfilter 22 mündet. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird Luft über den Luftfilter 22 durch das Saugrohr 14 angesaugt.
Weiterhin schematisch gezeigt ist eine Einspritzdüse 13, an die Primärkraftstoff 10 aus einem Primärkraftstofftank 12 über eine Primärkraftstoffleitung 24 herangeführt wird, und die Einspritzdüse 13 ermöglicht ein Einspritzen des Primärkraftstoffes 12 in das Saugrohr 14.
Weiterhin weist die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine 1 einen Sekundärkraftstoff 11 auf, der in einem Sekundärkraftstofftank 15 bevorratet ist. Der Primärkraftstoff 10 bildet beispielsweise Benzin oder Diesel, und der Sekundärkraftstoff 11 bildet ein Gas, beispielsweise Flüssiggas, insbesondere LPG (Liquified Petroleum Gas) oder andere Gase, die geeignet sind, eine Brennkraftmaschine 1 zu betreiben, wie beispielsweise Erdgas (CNG/LNG: Comprimied Natural Gas, Liquified Natural Gas) oder Wasserstoff oder ein Gemisch aus den vorgenannten Kraftstoffen.
Der Zuführtrakt für den Sekundärkraftstoff 11 beginnt mit dem Sekundärkraftstofftank 15, an den sich eine Hochdruckleitung 31 anschließt. Der Systemdruck im Sekundärkraftstofftank 15 und damit in der Hochdruckleitung 31 beträgt beispielsweise 11 bar für LPG und 200 bar für Erdgas. In der Hochdruckleitung 31 ist ein Absperrventil 19 angebracht, an das sich ein Verdampfer 21 und im Falle von Erdgas ein Druckminderer anschließt. Im Verdampfer 21 wird der flüssige Sekundärkraftstoff 11 wenigstens teilweise verdampft, und durch die Verdampfung erfolgt ein Druckabfall auf einen Mitteldruck. Damit schließt sich an den Verdampfer 21 eine Mitteldruckleitung 18 an, die den im Wesentlichen verdampften Sekundärkraftstoff 11 an ein Einspritzventil 17 führt. Das Einspritzventil 17 wird über eine Steuereinrichtung 20 so angesteuert, dass das Einspritzventil 17 synchronisiert zum Ansaugtakt der Brennkraftmaschine 1 pulsartig öffnet und eine quantifizierte Menge an Sekundärkraftstoff 11 an eine sich an das Einspritzventil 17 anschließende Niederdruckleitung 16 abgibt. Über die Niederdruckleitung 16 wird der Sekundärkraftstoff 11 an das Saugrohr 14 geführt und vermischt sich in diesem mit über den Luftfilter 22 angesaugter Luft. Der in der Mitteldruckleitung 18 eingestellte Kraftstoffdruck liegt etwa 1 bar über einem Druck der Niederdruckleitung 16.
Die Steuereinrichtung 20 bildet mit dem Einspritzventil 17 und nicht näher gezeigten Druckmesseinrichtungen wenigstens in der Niederdruckleitung 16 und in der Mitteldruckleitung 18 eine Umschalteinrichtung, die so ausgebildet ist, dass die Bestromung des Einspritzventils 17 abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorgenommen wird, wobei eine erste Heizbedingung eine zumindest überwiegende Füllung der Niederdruckleitung 16 mit Sekundärkraftstoff 11 umfasst. Die Steuereinrichtung 20 dient dabei in Wirkverbindung mit dem Einspritzventil 17 zum gewöhnlichen Betrieb des Einspritzventils 17 zur Zuteilung des Sekundärkraftstoffes 11 an die Brennkraftmaschine 1, wobei die Steuereinrichtung 20 zusätzlich dazu ausgebildet ist, die erfindungsgemäße Umschalteinrichtung zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine 1 vom Primärkraftstoff 10 auf den Sekundärkraftstoff 11 zu steuern, wobei die Steuerung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt ist. Somit kann in der Steuereinrichtung 20 wenigstens eine der Heizbedingungen einprogrammiert werden, sodass die Bestromung des Einspritzventils 17 zur Beheizung abhängig gemacht wird wenigstens von einer überwiegenden Füllung der Niederdruckleitung 16 mit dem Sekundärkraftstoff 11. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 20 dazu ausgebildet, die zweite Heizbedingung abzufragen, nämlich die Füllung der Mitteldruckleitung 18 mit Sekundärkraftstoff 11. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 20 zur Abfrage der dritten, vierten, fünften und/oder sechsten Heizbedingung ausgebildet, wie vorstehend beschrieben.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit, jede der Heizbedingungen miteinander beliebig zu kombinieren und diese zum Beheizen des Einspritzventils 17 abzufragen.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
10: Primärkraftstoff
11: Sekundärkraftstoff
12: Primärkraftstofftank
13: Einspritzdüse
14: Saugrohr
15: Sekundärkraftstofftank
16: Niederdruckleitung
17: Einspritzventil
18: Mitteldruckleitung
19: Absperrventil
20: Steuereinrichtung
21: Verdampfer
22: Luftfilter
23: Drosselklappe
24: Primärkraftstoffleitung
25: Zylinder
26: Kolben
27: Auslassventil
28: Abgaskanal
29: Zündkerze
30: Einlassventil
31: Hochdruckleitung
p_heat: Maximaldruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1455077 A2 [0005]
DE 102010053438 A1 [0006]
DE 102015053438 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine (1) von einem Primärkraftstoff (10) auf einen Sekundärkraftstoff (11), insbesondere von Benzin auf Gas, mit – einem Primärkraftstofftank (12), in dem der Primärkraftstoff (10) bevorratet ist und wobei vor dem Umschalten über eine Einspritzdüse (13) der Primärkraftstoff (10) in die Luft eingespritzt wird, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt, und mit – einem Sekundärkraftstofftank (15), in dem der Sekundärkraftstoff (11) bevorratet ist und wobei nach dem Umschalten über eine Niederdruckleitung (16) der Sekundärkraftstoff (11) der Luft zugeführt wird, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt, und wobei – die Niederdruckleitung (16) stromaufwärts an ein elektrisch betätigbares Einspritzventil (17) mündet, das eine Zeit vor der Umschaltung mittels einer Bestromung beheizt wird, und wobei – stromaufwärts des Einspritzventils (17) eine Mitteldruckleitung (18) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung des Einspritzventils (17) abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorgenommen wird, wobei eine erste Heizbedingung eine wenigstens überwiegende Füllung der Mitteldruckleitung (18) mit dem Sekundärkraftstoff (11) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Mitteldruckleitung (18) ein Absperrventil (19) eingerichtet ist, wobei eine zweite Heizbedingung einen Öffnungszustand des Absperrventils (19) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Heizbedingung eine Druckdifferenz zwischen einem Druck in der Niederdruckleitung (16) und einem Druck in der Mitteldruckleitung (18) umfasst, gemäß der der Druck in der Niederdruckleitung (16) wenigstens 0,1 bar oder wenigstens 0,3 bar oder wenigstens 1 bar niedriger ausgebildet ist als der Druck in der Mitteldruckleitung (18).
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Heizbedingung einen Überdruck in der Mitteldruckleitung (18) gegenüber dem Druck der in die Brennkraftmaschine (1) eintretenden Luft umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine begonnene Bestromung des Einspritzventils (17) beendet wird, wenn die dritte Heizbedingung und/oder die vierte Heizbedingung nach der begonnenen Bestromung aufgrund sich ändernder Druckverhältnisse nicht mehr erfüllt ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine fünfte Heizbedingung ein wenigstens pulsweises Öffnen des Einspritzventils (17) bei geöffnetem Absperrventil (19) umfasst, welches Öffnen der Bestromung zeitlich vorgelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Einspritzventils (17) mit wenigstens einer Öffnungsdauer erfolgt, die so bestimmt ist, dass die Menge des in die Brennkraftmaschine (1) eingegebenen Sekundärkraftstoffes (11) weniger als 10% und/oder weniger als 5% der in die Brennkraftmaschine (1) eingegebenen Menge des Primärkraftstoffes (10) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Heizbedingung einen Druck in der Mitteldruckleitung (18) umfasst, der einen Maximaldruck (p_heat) in der Mitteldruckleitung (18) gemäß
unterschreitet, ab dem ein wenigstens pulsweises Öffnen des Einspritzventils (17) bei geöffnetem Absperrventil (19) vorgenommen wird.
Umschalteinrichtung zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine (1) von einem Primärkraftstoff (10) auf einen Sekundärkraftstoff (11), insbesondere von Benzin auf Gas, mit – einem Primärkraftstofftank (12), in dem der Primärkraftstoff (10) bevorratet ist und wobei vor dem Umschalten über eine Einspritzdüse (13) der Primärkraftstoff (10) in die Luft einspritzbar ist, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt, und mit – einem Sekundärkraftstofftank (15), in dem der Sekundärkraftstoff (11) bevorratet ist und wobei nach dem Umschalten über eine Niederdruckleitung (16) der Sekundärkraftstoff (11) der Luft zuführbar ist, die in die Brennkraftmaschine (1) eintritt und wobei – die Niederdruckleitung (16) stromaufwärts an ein elektrisch betätigbares Einspritzventil (17) mündet, das eine Zeit vor der Umschaltung mittels einer Bestromung beheizbar ist, und wobei – stromaufwärts des Einspritzventils (17) eine Mitteldruckleitung (18) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung dazu ausgebildet ist, die Bestromung des Einspritzventils (17) abhängig von wenigstens einer Heizbedingung vorzunehmen, wobei eine erste Heizbedingung eine wenigstens überwiegende Füllung der Mitteldruckleitung (18) mit dem Sekundärkraftstoff (11) umfasst.
Umschalteinrichtung nach Anspruch 9, aufweisend eine Steuereinrichtung (20) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.