DE102018106065A1

DE102018106065A1 - Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102018106065A1
Application number: DE102018106065.3A
Authority: DE
Inventors: Nuri Karaaslan; Stefan Herrmann; Martin Krieck; Tobias Fabian Schlösser
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-05-03
Also published as: DE102019106105A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einem Primärkraftstoff und mindestens einem Alternativkraftstoff betrieben werden kann, und wobei mindestens einer der Alternativkraftstoffe gasförmig vorliegt, umfasst den Schritt: a) Ermitteln eines Kondensationszustandes des gasförmigen Alternativkraftstoffes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors, welcher mit mindestens einem gasförmigen Alternativkraftstoff betrieben werden kann, und einen Verbrennungsmotor.
Die DE102011075223A1 offenbart ein Verfahren zum bivalenten Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer ersten Kraftstoffart und einer zweiten Kraftstoffart.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor mit einem Primärkraftstoff und mindestens einem Alternativkraftstoff betrieben werden kann, und wobei mindestens einer der Alternativkraftstoffe gasförmig vorliegt, umfasst den Schritt: a) Ermitteln eines Kondensationszustandes des gasförmigen Alternativkraftstoffes.
Für Fahrzeuge, die mit einem Primärkraftstoff oder einem gasförmigen Alternativkraftstoff betrieben werden, ist zu jedem Betriebszeitunkt zu entscheiden, in welcher Betriebsart das Fahrzeug betrieben werden soll. Es können zwei Betriebsarten vorliegen. In der ersten Betriebsart wird das Fahrzeug mit dem Primärkraftstoff betrieben. In der zweiten Betriebsart wird das Fahrzeug mit dem gasförmigen Alternativkraftstoff betrieben. Es ist energetisch effizienter und kostengünstiger, das Fahrzeug in der zweiten Betriebsart zu betreiben, wenn in der zweiten Betriebsart ein kostengünstigerer Kraftstoff zum Betreiben des Fahrzeuges eingesetzt wird.
Das erfindungsgemäß Verfahren ist besonders vorteilhaft für Fahrzeuge, welche einen Tank für den gasförmigen Alternativkraftstoff, eine Hochdruckleitung, welche an den Tank anschließt, einen Verdampfer, eine Niederdruckleitung, wenigstens ein Einspritzventil und ein Saugrohr, welches in einem Brennraum mündet, umfassen. Dabei ist der Verdampfer stromabwärts über die Niederdruckleitung mit dem Einspritzventil und das Einspritzventil wiederum stromabwärts mit dem Saugrohr verbunden. Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor eine Heizung für den Verdampfer, welche durch das Kühlwasser des Verbrennungsmotors betrieben wird.
Die Heizung grenzt an den Verdampfer an, was zu einer effizienteren Heizwirkung führt.
Als Primärkraftstoff eignet sich beispielsweise Benzin oder Diesel. Als gasförmiger Alternativkraftstoff eignet sich beispielsweise handelsübliches Autogas. Dieses besteht bei den auf dem Markt verfügbaren Kraftstoffen üblicherweise aus mindestens zwei Hauptbestandteilen. Die Hauptbestandteile sind dabei Propan und Butan.
Für eine effiziente Abgasreinigung in einer dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage ist es insbesondere wichtig, dass Kondensation von gasförmigen Abgas innerhalb des Verbrennungsmotors und insbesondere innerhalb des Verdampfers vermieden wird, da kondensiertes Gas zu einer unzulässig hohen Einspritzrate am Einspritzventil führen und der eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in die Abgasreinigungsanlage gelangen kann. Unverbrannter Kraftstoff wird auf Grund der katalytischen Wirkung der Abgasreinigungsanlage exotherm umgesetzt. Es kann bei unzulässig hohen Mengen an unverbranntem Kraftstoff zu einer Zerstörung der Abgasreinigungsanlage oder wenigstens einer katalytischen Beschichtung der Abgasreinigungsanlage kommen. Demnach ist eine unvorteilhafte Unterschreitung von gesetzlichen Regelungen zur Abgasreinheit möglich.
Kondensation wird durch mehrere Faktoren begünstigt. Zu diesen gehört beispielsweise die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs, wobei niedrige Umgebungstemperaturen, beispielsweise unter 10°C Kondensation begünstigen. Zudem begünstigt eine niedrige Heizungstemperatur von beispielsweise unter 10°C Kondensation, da das Autogas nicht ausreichend hoch erhitzt werden kann. Für den Fall, dass die Heizung durch das Kühlwasser des Verbrennungsmotors betrieben wird, gilt demnach, dass niedrige Kühlwassertemperaturen ebenfalls Kondensation begünstigen.
In diesen Fällen ist beispielsweise eine Vereisung des Verdampfers möglich. Der Verdampfer regelt die Dosierung des gasförmigen Alternativkraftstoffes für die Verbrennung. Bei einer Vereisung des Verdampfers kann der Verdampfer die Dosierung nicht mehr korrekt vornehmen, da der Zustand der Vereisung nicht innerhalb der zulässigen Betriebsparameter für den Verdampfer liegt. Dies begünstigt fehlerhafte Dosierungen von Kraftstoff, was zu einer Verminderung der Effizienz des Verbrennungsmotors und der Abgasreinigungsanlage führt.
Zusätzlich führen Fälle von Kondensation dazu, dass beispielsweise Einspritzventile bzw. Injektoren nicht mehr optimal operieren, wodurch eine fehlerhafte Dosierung von Kraftstoff begünstigt wird. Dies führt ebenfalls zu einer Verminderung der Effizienz des Verbrennungsmotors und der Abgasanlage.
Zudem begünstigt eine hohe angeforderte Motorleistung des Verbrennungsmotos Kondensation. Dies ergibt sich beispielsweise aus der herabgesetzten Effektivität der Heizung für größere zu erwärmende Volumen, sowie aus dem Joule-Thomson-Effekt. Das höhere Volumen ist auf einen höheren Kraftstoffmassenstrom des gasförmigen Alternativkraftstoffes bezogen. Dies liegt darin begründet, dass sich beispielsweise bei hohen angeforderten Motorleistungen des Verbrennungsmotors ein Druck in der Niederdruckleitung einstellt, welcher oberhalb des Dampfdruckes des verwendeten gasförmigen Alternativkraftstoffes liegt. Der hohe Druck in der Niederdruckleitung kann folglich zur Kondensation führen, insbesondere wenn hierbei das Gas nicht ausreichend erhitzt wurde oder durch den Joule-Thomson-Effekt abgekühlt wird.
Wird für eine Betriebsartschaltung auf den gasförmigen Alternativkraftstoff lediglich der Kraftstoffmassenstrom des gasförmigen Alternativkraftstoffes mit einem Grenzwert für den Kraftstoffmassenstrom verglichen, begünstigt dies eine effizienzmindernden Betriebsartschaltung auf den Primärkraftstoff auch in Fällen, in denen ein Betrieb des Verbrennungsmotors mit dem gasförmigen Alternativkraftstoff möglich wäre, ohne die gesetzlichen Regelungen zur Abgasreinheit zu unterschreiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Erhöhung der Effizienz im Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere einen verminderten Kraftstoffverbrauch, ohne die gesetzlichen Regelungen zur Abgasreinheit zu unterschreiten. Dies liegt darin begründet, dass zusätzlich zu einer Betrachtung von Kraftstoffmassenströmen für die Entscheidung der Betriebsart des Verbrennungsmotors auch der Kondensationszustand des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird.
Der Kondensationszustand zeigt zwei verschiedene Zustände an. Der erste Zustand zeigt Kondensation an, wenn Bedingungen für Kondensation in dem Verbrennungsmotor vorhanden sind. Der zweite Zustand zeigt keine Kondensation an, wenn die Bedingungen für Kondensation im Verbrennungsmotor nicht vorhanden sind.
Somit ergibt sich aus dem Kondensationszustandes eine Grundlage für die Entscheidung, in welcher Betriebsart der Verbrennungsmotor betrieben werden soll.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist eingerichtet für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor erlaubt eine Schaltung der Betriebsart auf den gasförmigen Alternativkraftstoff in Fällen, in denen der Kondensationszustand keine Kondensation anzeigt, und in denen die Heizungstemperatur oberhalb eines Grenzwertes für die Heizungstemperatur liegt. Dies schließt Fälle mit ein, in denen eine bloße Berücksichtigung von Kraftstoffmassenströmen die Betriebsart für den Primärkraftstoff vorsehen würde. Dies ermöglicht eine höhere Effizienz während des Betriebs des Verbrennungsmotors und insbesondere einen reduzierten Kraftstoffverbrauch. Gleichzeitig werden während des Betriebs des Verbrennungsmotors die gesetzlichen Vorgaben zur Abgasreinheit nicht unterschritten, was insbesondere auf eine Reduktion von Abgasverunreinigungen zurückzuführen ist.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figur näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1, wobei der Verbrennungsmotor 1 mit einem Primärkraftstoff und mindestens einem Alternativkraftstoff betrieben werden kann, und wobei mindestens einer der Alternativkraftstoffe gasförmig vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors 1 umfasst den Schritt:

a) Ermitteln eines Kondensationszustandes des gasförmigen Alternativkraftstoffes. Für den Kondensationszustand wird dabei eine Heizungstemperatur einer Heizung 10 und ein Kraftstoffmassenstrom in der Niederdruckleitung 2 und/oder im Saugrohr 7 berücksichtigt. Zudem umfasst der Verbrennungsmotor 1 eine Heizung 10 und einen Temperatursensor, wobei die Heizung 10 ausgebildet ist, den gasförmigen Alternativkraftstoff zu heizen, und wobei der Temperatursensor ausgebildet ist eine Temperatur der Heizung zu detektieren. Zudem umfasst das Verfahren die Schritte:
b) Für den Fall, dass der Kondensationszustand aus Schritt a) keine Kondensation anzeigt, wird ein Vergleich zwischen einem Grenzwert für die Heizungstemperatur und der Heizungstemperatur durchgeführt;
c) Für den Fall, dass die Heizungstemperatur unterhalb des Grenzwertes für die Heizungstemperatur liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den Primärkraftstoff geschaltet;
d) Für den Fall, dass die Heizungstemperatur oberhalb oder auf dem Grenzwert für die Heizungstemperatur liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet. Für den Fall, dass keine Kondensation angezeigt wird, und dass die Heizungstemperatur oberhalb eines Grenzwertes für die Heizungstemperatur liegt, wird der Verbrennungsmotor 1 auf die Betriebsart für den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet. Dies ist vorteilhaft, da es eine Erhöhung der Effizienz des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht, da der Verbrennungsmotor kostengünstiger betrieben werden kann Zudem wird die Betriebsart in allen anderen Fällen auf den Primärkraftstoff geschaltet. Dies ermöglicht es, die gesetzlichen Vorgaben zur Abgasreinheit nicht zu unterschreiten, was insbesondere auf eine Reduktion von Abgasverunreinigungen zurückzuführen ist. Zudem umfasst der Verbrennungsmotor 1 eine Niederdruckleitung 2 und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, einen Kraftstoffmassenstrom in der Niederdruckleitung 2 und/oder im Saugrohr 7 zu ermitteln. Zudem umfasst das Verfahren die Schritte:
e) Für den Fall, dass der Kondensationszustand aus Schritt a) Kondensation anzeigt, wird ein Vergleich zwischen einem Grenzwert für einen Kraftstoffmassenstrom und dem Kraftstoffmassenstrom durchgeführt;
f) Für den Fall, dass der Grenzwert für den Kraftstoffmassenstrom auf dem und/oder oberhalb dem Kraftstoffmassenstrom liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet;
g) Für den Fall, dass der Grenzwert für den Kraftstoffmassenstrom unterhalb des Kraftstoffmassenstroms liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 auf den Primärkraftstoff geschaltet. Für den Fall, dass Kondensation für den Verbrennungsmotor 1 angezeigt wird, und der Kraftstoffmassenstrom unterhalb eines Grenzwertes für den Kraftstoffmassenstrom liegt, wird der Verbrennungsmotor 1 auf die Betriebsart für den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet. Dies ist vorteilhaft, da es eine Erhöhung der Effizienz des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht, da insbesondere der Kraftstoffverbrauch reduziert wird. Zudem wird die Betriebsart in allen anderen Fällen auf den Primärkraftstoff geschaltet. Dies ermöglicht es die gesetzlichen Vorgaben zur Abgasreinheit nicht zu unterschreiten, was insbesondere auf eine Reduktion von Abgasverunreinigungen zurückzuführen ist. Zudem umfasst Verbrennungsmotor 1 einen Tank 6 für den gasförmigen Alternativkraftstoff. Zudem umfasst das Verfahren den Schritt:
h) Sobald der Tank 6 befüllt wird, wird der Kondensationszustandes so gesetzt, dass keine Kondensation angezeigt wird.

Bei jedem Tankvorgang für den Tank 6 kann sich die effektive Zusammensetzung des gasförmigen Alternativkraftstoffes im Tank 6 ändern. Dies bedeutet beispielsweise, dass nach einem Tankvorgang ein gasförmiger Alternativkraftstoff vorliegt, welcher weniger zur Kondensation neigt. So sinkt die Kondensationsneigung beispielsweise für gasförmige Alternativkraftstoffe, welche einen höheren Propananteil aufweisen. Dies ist beispielsweise in handelsüblichen Autogaszusammensetzungen der Fall, welche im Winter angeboten werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Verbrennungsmotor 1 nach jedem Tankvorgang in der Betriebsart des gasförmigen Alternativkraftstoffes betrieben, solange die Heizungstemperatur oberhalb eines Grenzwertes für die Heizungstemperatur liegt. Dies ist vorteilhaft, da es eine Erhöhung der Effizienz des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht, da insbesondere der Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor 1 ist eingerichtet für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011075223 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Betriebsartschaltung eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einem Primärkraftstoff und mindestens einem Alternativkraftstoff betrieben werden kann, und wobei mindestens einer der Alternativkraftstoffe gasförmig vorliegt, umfassend den Schritt: a) Ermitteln eines Kondensationszustandes des gasförmigen Alternativkraftstoffes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Heizung (10) und einen Temperatursensor umfasst, wobei die Heizung (10) ausgebildet ist, den gasförmigen Alternativkraftstoff zu heizen, und wobei der Temperatursensor ausgebildet ist, eine Temperatur der Heizung zu detektieren, umfassend die Schritte: b) Für den Fall, dass der Kondensationszustand aus Schritt a) keine Kondensation anzeigt, wird ein Vergleich zwischen einem Grenzwert für die Heizungstemperatur und der Heizungstemperatur der Heizung durchgeführt; c) Für den Fall, dass der Grenzwert für die Heizungstemperatur auf der und/oder oberhalb der Heizungstemperatur liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den Primärkraftstoff geschaltet; d) Für den Fall, dass der Grenzwert für die Heizungstemperatur unterhalb der Heizungstemperatur liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Niederdruckleitung (2) und ein Steuergerät umfasst, und wobei das Steuergerät eingerichtet ist, einen Kraftstoffmassenstrom in der Niederdruckleitung (2) und/oder dem Saugrohr (7) zu ermitteln, umfassend die Schritte: e) Für den Fall, dass der Kondensationszustand aus Schritt a) Kondensation anzeigt, wird ein Vergleich zwischen einem Grenzwert für einen Kraftstoffmassenstrom und dem Kraftstoffmassenstrom durchgeführt; f) Für den Fall, dass der Grenzwert für den Kraftstoffmassenstrom auf dem und/oder oberhalb dem Kraftstoffmassenstrom liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den gasförmigen Alternativkraftstoff geschaltet; g) Für den Fall, dass der Grenzwert für den Kraftstoffmassenstrom unterhalb des Kraftstoffmassenstroms liegt, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf den Primärkraftstoff geschaltet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Tank (6) für den gasförmigen Alternativkraftstoff umfasst, umfassend den Schritt: h) Sobald der Tank (6) befüllt wird, wird der Kondensationszustandes so gesetzt, dass keine Kondensation angezeigt wird.
Verbrennungsmotor (1), welcher eingerichtet ist für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.