DE102018209423A1

DE102018209423A1 - Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102018209423A1
Application number: DE102018209423.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Bippes
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) einen Druckbehälter (2) für einen LNG-Kraftstoff (3) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:a) Ermitteln eines Anstiegs eines Drucks (4) innerhalb des Druckbehälters (2) über eine Zeit (5) undb) Prognostizieren eines zukünftigen Zeitpunkts (6), an dem der Druck (4) einen Druckgrenzwert (7) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftstoffes. Insbesondere soll ein Ausstoß von Schadstoffen (Emissionen) verringert bzw. verhindert werden. Der Kraftstoff ist insbesondere LNG oder ein anderes flüssiges Gas, das bedingt durch seinen Dampfdruck und Siedekurve ein Abblasen eines zur Bevorratung des Kraftstoffs verwendeten Druckbehälters nach einer gewissen Standzeit erforderlich macht.
LNG („liquefied natural gas“), also verflüssigtes Methangas oder Erdgas wird heute als Alternative zum Dieselkraftstoff im Bereich von Kraftfahrzeugen (z. B. PKW, LKW, aber auch Schifffahrt, etc.) angesehen.
LNG liegt als tiefkaltes, verflüssigtes Gas in isolierten Tank- und Lagerbehältern (Druckbehältern) vor. Steht ein Kraftfahrzeug still, so erfolgt kein Verbrauch an LNG bzw. verdampften Methan, so dass der Druck im Druckbehälter des Kraftfahrzeugs ansteigt. Kurz vor Erreichen des zulässigen Maximaldrucks wird der Druckbehälter über zumindest ein Sicherheitsventil gegen die Atmosphäre entspannt. Dadurch verliert der Druckbehälter an Inhalt und das Kraftfahrzeug an verbleibender Reichweite. Zudem hat z. B. Methan gegenüber CO₂ ein zumindest 21-fach erhöhtes Treibhauspotential (GWP).
Aus der DE 10 2012 024 717 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Flüssiggastank bekannt. Dabei kann bei einem Überdruck im Gastank ein Gas an die Umgebung abgeführt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Ausstoß von Schadstoffen (Emissionen) verringert bzw. verhindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug einen (Über-)Druckbehälter für einen (LNG- oder anderen flüssigen Gas-)Kraftstoff aufweist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Ermitteln eines Anstiegs eines Drucks innerhalb des Druckbehälters über eine Zeit, und
b) Prognostizieren eines zukünftigen Zeitpunkts, an dem der Druck einen Druckgrenzwert erreicht.

Das Verfahren ermöglicht, dass ein Nutzer des Kraftfahrzeuges über eine bevorstehende (also in der Zukunft erfolgende) Druckabsenkungsmaßnahme (z. B. das Entspannen des Druckbehälters über mindestens ein Sicherheitsventil an eine Umgebung) informiert werden kann. Ggf. kann sich der Nutzer in Kenntnis dieser Information dazu entscheiden, das Kraftfahrzeug vorher zu nutzen. Durch die rechtzeitige Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges kann insbesondere ein Entspannen des Druckbehälters an die Umgebung verhindert werden. Insbesondere können so Emissionen verringert bzw. verhindert werden.
Das Verfahren kann insbesondere auch außerhalb von Kraftfahrzeugen zur Überwachung von Druckbehältern bzw. Anlagen zur Lagerung von flüssigen Gasen angewendet werden.
Insbesondere umfasst der Druckgrenzwert einen Wert (z. B. den maximal zulässigen Druck des Druckbehälters; ggf. einen geringeren Druck als den maximal zulässigen Druck, so dass der Nutzer über eine Zeitspanne informiert ist, nach der die Druckabsenkungsmaßnahme dann erfolgt bzw. erfolgen würde), bei dessen Erreichen der Kraftstoff im Rahmen einer Druckabsenkungsmaßnahme über mindestens ein Sicherheitsventil an eine Umgebung abgegeben wird.
Die Druckabsenkungsmaßnahme kann weiterhin über zumindest ein Ventil, welches über eine Steuervorrichtung (und insbesondere bei Erreichen eines frei bestimmbaren Drucks innerhalb des Druckbehälters) angesteuert wird, erfolgen.
Es wird ein (insbesondere weiteres) Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen (bevorzugt in Ergänzung zum eingangs genannten Verfahren), wobei das Kraftfahrzeug einen Druckbehälter für einen (LNG oder anderen flüssigen Gas-)Kraftstoff aufweist, wobei im Rahmen einer tatsächlich durchgeführten Druckabsenkungsmaßnahme eine an die Umgebung abgegebene erste Menge des Kraftstoffes bestimmt wird. Insbesondere kann die erste Menge als Datensatz in einem Steuergerät oder einem auslesbaren Speicher des Kraftfahrzeuges gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Menge als Datensatz telemetrisch an einen vom Kraftfahrzeug entfernten Ort übertragen und dort ausgelesen und/oder gespeichert werden.
Insbesondere kann diese Verfahrensvariante auch unabhängig vom eingangs genannten Verfahren die genannten Probleme zumindest teilweise lösen.
Insbesondere kann anhand des Verlaufs des Drucks über der Zeit auf die erste Menge geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann anhand eines Füllstands (des Kraftstoffes in dem Druckbehälter, der über eine Füllstandmessung ermittelt werden kann) bzw. anhand einer Veränderung des Füllstands die erste Menge ermittelt werden.
Insbesondere kann (alternativ oder zusätzlich) ein über das mindestens eine Sicherheitsventil geleiteter Volumenstrom (ggf. alle über Sicherheitsventile an eine Umgebung abströmende Volumenströme) des Kraftstoffes erfasst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann (unmittelbar) stromabwärts des mindestens einen Sicherheitsventils eine Druckmessung durchgeführt werden. Über diese Druckmessung kann die erste Menge ermittelt oder das bereits ermittelte Ergebnis für die erste Menge plausibilisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Öffnungszeit des mindestens einen Sicherheitsventils erfasst werden. Über diese Erfassung der Öffnungszeit kann die erste Menge ermittelt oder das bereits ermittelte Ergebnis für die erste Menge plausibilisiert werden.
Insbesondere kann in Schritt b) zusätzlich eine zweite Menge des Kraftstoffes prognostiziert werden, die bei der (an dem zukünftigen Zeitpunkt) erfolgenden Druckabsenkungsmaßnahme an die Umgebung abgegeben wird.
Insbesondere kann ein Nutzer des Kraftfahrzeuges über die bevorstehende (also in der Zukunft erfolgende) Druckabsenkungsmaßnahme, also über den zukünftigen Zeitpunkt und ggf. zusätzlich über die dabei an die Umgebung abgegebene zweite Menge informiert werden.
Ggf. kann sich der Nutzer in Kenntnis dieser Information dazu entscheiden, das Kraftfahrzeug vorher zu nutzen.
Insbesondere kann zumindest die erste Menge oder die zweite Menge (oder beide Mengen) bei einer Berechnung einer Restmenge des Kraftstoffes im Druckbehälter berücksichtigt werden.
Insbesondere wird zumindest der Zeitpunkt und ggf. zusätzlich die zweite Menge (ggf. auch die erste Menge) telemetrisch übermittelt.
Telemetrisch übermittelt heißt insbesondere, dass Datensätze im Kraftfahrzeug ermittelt und zu einer räumlich getrennten Empfangsstelle (z. B. über Funk) übermittelt werden (z. B. auf ein Mobiltelefon, einen Rechner, etc.). An dieser Empfangsstelle können die Datensätze zumindest angezeigt, gesammelt und aufgezeichnet oder auch ausgewertet werden.
Insbesondere wird vor Schritt b) eine erste Temperatur innerhalb des Druckbehälters bestimmt.
Insbesondere wird vor Schritt b) eine zweite Temperatur der Umgebung bestimmt.
Insbesondere können für die Durchführung des Schritt b) zumindest Wetterdaten (zu erwartende Temperaturänderung) oder geographische Daten (Sonneneinstrahlung, Höhe in Relation zu Normal Null, etc.) berücksichtigt werden.
Die (erste bzw. zweite) Temperatur und/ oder die Wetterdaten bzw. geographische Daten können insbesondere bei der Bestimmung des Zeitpunkts und bei der Bestimmung eines Verlaufs des Drucks (z. B. des Anstiegs des Drucks) berücksichtigt werden.
Insbesondere kann die tatsächliche Zusammensetzung des Kraftstoffes bei dem Verfahren, insbesondere bei der Prognose des Zeitpunkts und/oder der ersten Menge bzw. zweiten Menge, berücksichtigt werden. Die Kenntnis der Zusammensetzung ermöglicht eine genauere Prognose des Verdampfungsverhaltens sowie eines resultierenden Druckes der Gasphase und der abgegebenen Menge an Kraftstoff (bzw. Methan). Die Zusammensetzung kann durch das Kraftfahrzeug selber mittels einer Vorrichtung zur Bestimmung der aktuellen Zusammensetzung des Kraftstoffs im Druckbehälter selbst oder in kraftstoffführenden Bauteilen erfolgen. Weiter kann die Bestimmung durch Auswertung des Verbrennungsverhaltens oder durch eine Übertragung der Kraftstoffqualität von einer Betankungsanlage mit den bekannten Kraftstoffqualitäten erfolgen. Auch eine manuelle Eingabe der Kraftstoffqualität kann erfolgen. Ggf. ist eine Kombination der genannten Möglichkeiten, insbesondere zur Plausibilisierung, vorteilhaft.
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend einen Druckbehälter für einen LNG-Kraftstoff. Weiter weist das Kraftfahrzeug ein Steuergerät auf. Das Steuergerät ist zur Durchführung des Verfahrens (bzw. beider beschriebenen Verfahren) geeignet ausgeführt und/oder eingerichtet bzw. führt das Verfahren aus.
Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung (insbesondere ein Steuergerät bzw. Teil davon) vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens ausführt.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug, das System, das Speichermedium oder das computerimplementierte Verfahren übertragbar und umgekehrt.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

1: ein Kraftfahrzeug; und
2: ein Diagramm.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen Druckbehälter 2 für einen (LNG- oder anderen flüssigen Gas-)Kraftstoff 3 und ein Steuergerät 18. Bei Erreichen eines Druckgrenzwertes 7 kann der gasförmige Kraftstoff 3 im Rahmen einer Druckabsenkungsmaßnahme 8 über das Sicherheitsventil 9 an die Umgebung 10 abgeführt und der Druckbehälter 2 entspannt werden. Der Zeitpunkt 6, an dem die Druckabsenkungsmaßnahme 8 erforderlich wird, kann prognostiziert werden.
Die im Rahmen der durchgeführten Druckabsenkungsmaßnahme 8 an die Umgebung 10 abgegebene erste Menge 11 des Kraftstoffes 3 kann z. B. über eine der folgenden Maßnahmen bestimmt werden: anhand des Verlaufs des Drucks 4 im Druckbehälter 2 über der Zeit 5; anhand eines Füllstands des Kraftstoffes 3 in dem Druckbehälter 2; anhand eines über das Sicherheitsventil 9 geleiteten Volumenstrom 12; anhand einer Druckmessung 13 stromabwärts des Sicherheitsventils 9; anhand einer Öffnungszeit 14 des Sicherheitsventils 9.
Weiter kann eine zweite Menge 15 des Kraftstoffes 3 prognostiziert werden, die bei der (an dem zukünftigen Zeitpunkt 6) erfolgenden Druckabsenkungsmaßnahme 8 an die Umgebung 10 abgegeben wird.
Über Messeinrichtungen kann eine erste Temperatur 16 innerhalb des Druckbehälters 2 und eine zweite Temperatur 17 der Umgebung 10 bestimmt werden.
Weiter kann die tatsächliche Zusammensetzung 19 des Kraftstoffes 3 mittels einer Vorrichtung zur Bestimmung der aktuellen Zusammensetzung 19 des Kraftstoffs 3 im Druckbehälter 2 selbst erfolgen.
2 zeigt ein Diagramm. Auf der vertikalen Achse ist der Druck 4 aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit aufgetragen. Der Verlauf 20 zeigt den Druckverlauf im Druckbehälter 2. Der Zeitpunkt 6, an dem der Druck 4 im Druckbehälter 2 den Druckgrenzwert 7 erreicht, kann bereits vor Erreichen des Zeitpunkts 6 prognostiziert werden. An diesem Zeitpunkt 6 erfolgt eine Druckabsenkungsmaßnahme 8, bei der eine (tatsächlich) erste Menge 11 bzw. eine (prognostizierte) zweite Menge 15 des Kraftstoffs 3 an die Umgebung 10 abgeführt wird. Die Entspannung des Druckbehälters 2 an die Umgebung 10 erfolgt über ein Sicherheitsventil 9, das zu dem Zeitpunkt 6 für eine Öffnungszeit 14 geöffnet wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Druckbehälter
3: Kraftstoff
4: Druck
5: Zeit
6: Zeitpunkt
7: Druckgrenzwert
8: Druckabsenkungsmaßnahme
9: Sicherheitsventil
10: Umgebung
11: erste Menge
12: Volumenstrom
13: Druckmessung
14: Öffnungszeit
15: zweite Menge
16: erste Temperatur
17: zweite Temperatur
18: Steuergerät
19: Zusammensetzung
20: Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012024717 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Emissionsregelung eines Kraftfahrzeuges (1) mit einem Druckbehälter (2) für einen Kraftstoff (3); wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Ermitteln eines Anstiegs eines Drucks (4) innerhalb des Druckbehälters (2) über eine Zeit (5) und b) Prognostizieren eines zukünftigen Zeitpunkts (6), an dem der Druck (4) einen Druckgrenzwert (7) erreicht.
Verfahren (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Druckgrenzwert (7) einen Wert umfasst, bei dessen Erreichen der Kraftstoff (3) im Rahmen einer Druckabsenkungsmaßnahme (8) über mindestens ein Sicherheitsventil (9) an eine Umgebung (10) abgegeben wird.
Verfahren (1) nach Patentanspruch 2, wobei eine, im Rahmen einer tatsächlich durchgeführten Druckabsenkungsmaßnahme (8), an die Umgebung (10) abgegebene erste Menge (11) des Kraftstoffes (3) bestimmt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei ein über das mindestens eine Sicherheitsventil (9) geleiteter Volumenstrom (12) des Kraftstoffes (3) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 und 4, wobei stromabwärts des mindestens einen Sicherheitsventils (9) eine Druckmessung (13) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 bis 5, wobei zumindest eine Öffnungszeit (14) des mindestens einen Sicherheitsventils (9) erfasst wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 2 bis 6, wobei in Schritt b) zusätzlich eine zweite Menge (15) des Kraftstoffes (3) prognostiziert wird, die bei der erfolgenden Druckabsenkungsmaßnahme (8) an die Umgebung (10) abgegeben wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 bis 7, wobei zumindest die erste Menge (11) oder die zweite Menge (15) bei einer Berechnung einer Restmenge des Kraftstoffes (3) im Druckbehälter (2) berücksichtigt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest der Zeitpunkt (6) telemetrisch übermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei vor Schritt b) eine erste Temperatur (16) innerhalb des Druckbehälters (2) bestimmt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei vor Schritt b) eine zweite Temperatur (17) der Umgebung (10) bestimmt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei für die Durchführung des Schritt b) zumindest Wetterdaten oder geographische Daten berücksichtigt werden.
Kraftfahrzeug (1), zumindest aufweisend einen Druckbehälter (2) für einen LNG-Kraftstoff (3) sowie ein Steuergerät (18), wobei das Steuergerät (18) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche geeignet ausgeführt ist.