DE102018213440B4 - Verfahren zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine (4) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten:Erfassen einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine (4),auf eine erfasste Stillsetzung hin Bewirken eines Druckausgleichs zwischen einer Versorgungsschiene (6) und einem Ölabscheider (8), undFüllen der Versorgungsschiene (6) mit Schmieröl.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine.
- Dabei wird unter komprimierten Erdgas (CNG) auf ca. 200 bis 250 bar verdichtetes Erdgas verstanden. Durch seine hohe Energiedichte und seine geringen Emissionswerte eignet es sich sehr gut zum Betrieb von Kraftfahrzeugen, die dafür mit einem entsprechenden Hochdrucktank ausgestattet sein müssen. Bei der Verwendung von CNG als Kraftstoff reduziert sich der Kohlenmonoxid- und Stickoxidausstoß um bis zu 80% und der CO2-Ausstoß um bis zu 25%. Der Anteil an methanhaltigen Kohlenwasserstoffen sinkt um bis zu 73%. Ein weiterer Vorteil von komprimierten Erdgas ist, dass es bei seiner Aufbereitung als Kraftstoff ohne Additive und komplizierte Raffinierungsverfahren auskommt.
- Ein Erdgasfahrzeug, auch Erdgasauto, Natural gas vehicle (NGV), CNG vehicle (Compressed Natural Gas vehicle) oder Gaz naturel pour vehicules (GNV) genannt, ist ein Kraftfahrzeug, das mit Erdgas als Kraftstoff betrieben wird und mit eine Brennkraftmaschine als Traktionsmotor aufweist. Die Brennkraftmaschine entspricht einem herkömmlichen Ottomotor. Anstatt eines Benzin-Luft-Gemisches wird ein aufbereitetes Erdgas-Luft-Gemisch in der Brennkraftmaschine verbrannt.
- Zum Einspeisen des Erdgas-Luft-Gemischs werden CNG-Injektoren verwendet, die jedoch zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer eine Schmiermittelzufuhr im geringen Umfang bedürfen.
- Aus der
US 2016 / 0 312 750 A1 - Aus der
US 6 513 505 B2 ist eine Kraftstoffzuführvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Injektoren bekannt, die über jeweilige Dosierleitungen mit einer Common Rail verbunden sind. Ein Gemisch aus einem flüssigen Kraftstoff, der aus einem flüssigen Kraftstofftank zugeführt wird, und einem zusätzlichen Fluid, das aus einem zusätzlichen Flüssigkeitstank zugeführt wird, wird gebildet und dem Common Rail zugeführt. Das im Gemisch enthaltene zusätzliche Fluid wird in einen überkritischen Zustand versetzt und das Gemisch wird von den Injektoren in die Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einlässe der Dosierleitungen sind in Bezug auf die Common Rail so positioniert, dass sie eine flüssige Kraftstoffschicht öffnen, die sich in der Common Rail bildet, wenn eine Trennung des Gemischs auftritt. - Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
- Erfassen einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine,
- auf eine erfasste Stillsetzung hin Bewirken eines Druckausgleichs zwischen einer Versorgungsschiene und einem Ölabscheider, und
- Füllen der Versorgungsschiene mit Schmieröl.
- Die Erfindung löst sich also von der Vorstellung, dass eine kontinuierliche Zufuhr von Schmieröl erforderlich ist, um eine lange Lebensdauer von CNG-Injektoren zu gewährleisten. Vielmehr ist vorgesehen, nach einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine in einem Ölabscheider gesammeltes Schmieröl zur Schmierung der CNG-Injektoren zu verwenden. Um das in dem Ölabscheider angesammelte Schmieröl zur Schmierung der CNG-Injektoren diesen zuzuführen wird ein Druckausgleich zwischen einer Versorgungsschiene der Brennkraftmaschine, an der die CNG-Injektoren angebunden sind, und dem Ölabscheider ausgeführt, um den sich im Betrieb der Brennkraftmaschine aufbauenden höheren Druck in der Versorgungsschiene wieder abzubauen. So kann ein fördermittelfreies Füllen der Versorgungsschiene mit Schmieröl ohne Verwendung von z.B. einer Förderpumpe, z.B. allein durch Schwerkraftwirkung erreicht werden.
- Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Stillsetzen der Brennkraftmaschine ein Absperrventil geschlossen, um eine Blowby-Gasleitung zu sperren. Die Blowby-Gasleitung verbindet ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine mit dem Ölabscheider um eine Kurbelgehäuseentlüftung bereitzustellen. Die Blowby-Gase weisen neben Verbrennungsprodukten und unverbrannten Kohlenwasserstoffen auch Öltröpfchen auf, die von dem Ölabscheider abgeschieden werden. Durch Schließen der Blowby-Gasleitung mit dem Absperrventil kann ein Nachströmen sowie eine ungewünschte Umkehrströmung zurück Richtung Kurbelgehäuse verhindert werden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Bewirken des Druckausgleichs ein Ablassventil geöffnet, um eine gasführende Leitung zu öffnen, die die Versorgungsschiene mit einem Gasvolumen in dem Ölabscheider verbindet. Hierzu beginnt die gasführende Leitung in einem Abschnitt des Ölabscheiders, der oberhalb eines Ölniveaus in dem Ölabscheider liegt. So kann einfach und schnell der betriebsbedingte Druck von z.B. 15 bar in der Versorgungsschiene durch die mit der Öffnung des Ablassventils einhergehenden Volumenvergrößerung auf einen Wert von z.B. 4 bar reduziert werden, wie er in dem Ölabscheider herrscht.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Füllen der Versorgungsschiene mit Schmieröl ein Ölventil geöffnet, um eine ölführende Leitung zu öffnen, die die Versorgungsschiene mit einem Ölvolumen in dem Ölabscheider verbindet. Hierzu beginnt die gasführende Leitung in einem Abschnitt des Ölabscheiders, der oberhalb eines Ölniveaus in dem Ölabscheider liegt. Bei dem Ölvolumen handelt es sich um Blowby-Gas abgeschiedenes Schmieröl. So kann Schmieröl aus dem Blowby-Gas zur Schmierung von CNG-Injektoren verwendet werden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Versorgungsschiene eine Barriere auf, die die Zuflussmenge von Schmieröl zu einem CNG-Injektor der Brennkraftmaschine begrenzt. Mit anderen Worten, die Barriere innerhalb der Versorgungsschiene stellt einen Zwischenspeicher zur verzögerten Zufuhr von Schmieröl zu den CNG-Injektoren bereit. So können die CNG-Injektoren über einen längeren Zeitraum zuverlässig mit Schmieröl versorgt werden.
- Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein Steuergerät und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.
- Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:
-
1 in schematischer Darstellung eine mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vor ihrer Stillsetzung. -
2 in schematischer Darstellung die in1 dargestellte Brennkraftmaschine nach ihrer Stillsetzung. - Es wird zunächst auf
1 Bezug genommen. - Dargestellt ist eine mit komprimierten Erdgas betriebene Brennkraftmaschine
4 eines Kraftfahrzeugs2 , wie z.B. eines PKWs. - Dabei wird unter komprimierten Erdgas (CNG) auf ca. 200 bis 250 bar verdichtetes Erdgas verstanden. Durch seine hohe Energiedichte und seine geringen Emissionswerte eignet es sich sehr gut zum Betrieb von Kraftfahrzeugen
2 die dafür mit einem entsprechenden Hochdrucktank ausgestattet sein müssen. Bei der Verwendung von CNG als Kraftstoff reduziert sich der Kohlenmonoxid- und Stickoxidausstoß um bis zu 80% und der CO2-Ausstoß um bis zu 25%. Der Anteil an methanhaltigen Kohlenwasserstoffen sinkt um bis zu 73%. Ein weiterer Vorteil von komprimierten Erdgas, dass es bei seiner Aufbereitung als Kraftstoff ohne Additive und komplizierte Raffinierungsverfahren auskommt. - Die Brennkraftmaschine
4 entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem herkömmlichen Ottomotor. Anstatt eines Benzin-Luft-Gemisches wird ein aufbereitetes Erdgas-Luft-Gemisch in der Brennkraftmaschine4 verbrannt. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug2 kann auch als Erdgasfahrzeug, Erdgasauto, Natural gas vehicle (NGV), CNG vehicle (Compressed Natural Gas vehicle) oder Gaz naturel pour vehicules (GNV) bezeichnet werden. - Zum Einspeisen des Erdgas-Luft-Gemischs werden CNG-Injektoren
16 verwendet, die jedoch zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer eine Schmiermittelzufuhr im geringen Umfang bedürfen. - Hierzu werden die CNG-Injektoren
16 - wie dies später noch detailliert erläutert wird - mit Schmieröl versorgt. Bei dem Schmieröl handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Motoröl, das dazu geeignet ist, die Brennkraftmaschine4 zu schmieren. - Die
1 zeigt von den Komponenten der Brennkraftmaschine4 eine Versorgungsschiene6 , der über eine Gasversorgungsleitung32 ein Erdgas-Luft-Gemisch zugeführt wird, das dann mittels der CNG-Injektoren16 in Zylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine4 eingebracht wird. - Des Weiteren ist ein Ölabscheider
8 gezeigt, dem über eine Blowby-Gasleitung20 Blowby-Gas aus einem Kurbelwellengehäuse der Brennkraftmaschine4 zugeführt wird. Die Blowby-Gasleitung20 kann mittels eine Absperrventils10 geschlossen werden, wie dies später ebenfalls detailliert erläutert wird. Das Absperrventil10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrisch ansteuerbares Ventil mit einem zugeordneten Ventilantrieb, das durch Ansteuersignale geöffnet und geschlossen werden kann. - Im Betrieb trennt der Ölabscheider
8 Motoröl aus dem Blowby-Gas ab, das sich in Form eines Ölvolumens28 in dem Ölabscheider8 sammelt. Oberhalb des Ölniveaus34 befindet sich in dem Ölabscheider8 ein Gasvolumen26 , bestehend aus gasförmigen Komponenten des Blowby-Gases. Zur Entleerung des Ölabscheiders8 ist eine Abführleitung30 vorgesehen. - In dem Bereich, in dem sich das Gasvolumen
26 befindet, beginnt eine gasführende Leitung22 , die in der Versorgungsschiene6 endet. Die gasführende Leitung22 kann mittels eines Ablassventils14 geöffnet und geschlossen werden, wie dies später ebenfalls detailliert erläutert wird. Das Ablassventil14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrisch ansteuerbares Ventil mit einem zugeordneten Ventilantrieb, das durch Ansteuersignale geöffnet und geschlossen werden kann. - In dem Bereich, in dem sich das Ölvolumen
28 befindet, beginnt eine ölführende Leitung24 , die ebenfalls in der Versorgungsschiene6 endet. Die ölführende Leitung24 ist ein Ölventil12 zugeordnet, dass die ölführende Leitung24 öffnet und schließt, wie dies später ebenfalls detailliert erläutert wird. Das Ölventil12 ist ein eigenmediumbetätigtes Ventil, also nicht durch Ansteuersignale ansteuerbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ölventil12 ein Rückschlagventil. - Ferner ist ein Steuergerät
36 vorgesehen, dass dazu ausgebildet ist, u.a. eine Stillsetzung der Brennkraftmaschine4 zu erfassen und dann durch Bereitstellen von Ansteuersignalen eine Schmiermittelzufuhr zu bewirken. Für diese und die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und Funktionen kann das Steuergerät36 Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen. Ferner kann das Steuergerät36 über Signal- und Steuerleitungen mit den entsprechenden Komponenten signalübertragend verbunden sein oder alternative über ein Bus-System, wie einem CAN-Bus. - In dem in
1 gezeigten Zustand befindet sich die Brennkraftmaschine4 im Betrieb. Hierbei ist das Absperrventil10 geöffnet, so dass Blowby-Gas in den Ölabscheider6 gelangen kann. Des Weiteren kann sich in dem Ölabscheider8 ein Druck von z.B. 4 bar aufbauen, während in der Versorgungsschiene6 sich durch die Zufuhr des Erdgas-Luft-Gemisch durch die Gasversorgungsleitung32 ein Druck vom z.B. 15 bar aufbaut. Somit herrscht im Betrieb in dem Ölabscheider8 ein geringerer Druck als in der Versorgungsschiene6 . Diese Druckdifferenz bewirkt, dass das Ölventil12 geschlossen ist. Ferner ist das Ablassventil14 geschlossen, sodass auch die gasführende Leitung22 verschlossen ist. - Wenn das Steuergerät
36 eine Stillsetzung der Brennkraftmaschine4 erfasst wird von diesem ein Verfahren zur Schmiermittelzufuhr durchgeführt, das unter zusätzlicher Bezugnahme auf die2 erläutert wird. - Auf das Erfassen einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine
4 in einem ersten Schritt wird in einem weiteren Schritt ein Druckausgleich zwischen der Versorgungsschiene6 und dem Ölabscheider8 bewirkt. - In einem weiteren Schritt bewirkt das Steuergerät
36 durch ein entsprechendes Ansteuersignal, dass das Absperrventil10 sich schließt. Somit ist die Blowby-Gasleitung20 verschlossen. Dies verhindert ein Nachströmen sowie eine ungewünschte Umkehrströmung zurück Richtung Kurbelgehäuse. - In einem weiteren Schritt bewirkt das Steuergerät
36 durch ein entsprechendes Ansteuersignal, dass sich das Ablassventil14 öffnet. Es besteht nun eine Verbindung zwischen dem Gasvolumen26 in dem Ölabscheider8 und der Versorgungsschiene6 . Durch die einhergehende Volumenvergrößerung kann der Druck in der Versorgungsschiene6 auf einem Wert abgebaut werden, der dem Wert entspricht, der in dem Ölabscheider8 herrscht. Mit anderen Worten, der der Druck wird auf einen Wert von z.B. 4 bar reduziert bzw. vergleichmäßigt. - Durch diesen Druckausgleich liegt keine Druckdifferenz vor, die das Ölventil
12 geschlossen hält. Vielmehr öffnet sich schwerkraftbedingt das Ölventil12 . Es kann nun Schmieröl aus dem Ölvolumen28 durch die ölführende Leitung24 in die Versorgungsschiene6 strömen, um die Versorgungsschiene6 mit Schmieröl zu versorgen. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Versorgungsschiene
6 eine Barriere18 auf. Die Barriere18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Überlauf ausgebildet, vor der sich in Strömungsrichtung des Schmieröls dieses staut und so einen Zwischenspeicher bildet, bevor ein kleiner Teil die Barriere18 überwinden kann. Somit bewirkt die Barriere18 eine verzögerte Zufuhr von Schmieröl zu den CNG-Injektoren16 . - So kann mit einfachen Mitteln eine Schmiermittelzufuhr zu CNG-Injektor
16 einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine4 zuverlässig gewährleistet werden. - Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Brennkraftmaschine
- 6
- Versorgungsschiene
- 8
- Ölabscheider
- 10
- Absperrventil
- 12
- Ölventil
- 14
- Ablassventil
- 16
- CNG-Injektor
- 18
- Barriere
- 20
- Blowby-Gasleitung
- 22
- gasführende Leitung
- 24
- ölführende Leitung
- 26
- Gasvolumen
- 28
- Ölvolumen
- 30
- Abführleitung
- 32
- Gasversorgungsleitung
- 34
- Ölniveau
- 36
- Steuergerät
Claims (12)
- Verfahren zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine (4) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten: Erfassen einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine (4), auf eine erfasste Stillsetzung hin Bewirken eines Druckausgleichs zwischen einer Versorgungsschiene (6) und einem Ölabscheider (8), und Füllen der Versorgungsschiene (6) mit Schmieröl.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei nach dem Stillsetzen der Brennkraftmaschine (4) ein Absperrventil (10) geschlossen wird, um eine Blowby-Gasleitung (20) zu sperren. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei zum Bewirken des Druckausgleichs ein Ablassventil (14) geöffnet wird, um eine gasführende Leitung (22) zu öffnen, die die Versorgungsschiene (6) mit einem Gasvolumen (26) in dem Ölabscheider (8) verbindet. - Verfahren nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , wobei zum Füllen der Versorgungsschiene (6) mit Schmieröl ein Ölventil (12) geöffnet wird, um eine ölführende Leitung (24) zu öffnen, die die Versorgungsschiene (6) mit einem Ölvolumen (28) in dem Ölabscheider (8) verbindet. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei die Versorgungsschiene (6) eine Barriere (18) aufweist, die die Zuflussmenge von Schmieröl zu einem CNG-Injektor (16) der Brennkraftmaschine (4) begrenzt. - Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis5 . - Steuergerät (36) zum Betrieb einer mit komprimierten Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine (4) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Steuergerät (36) dazu ausgebildet ist, eine Stillsetzung der Brennkraftmaschine (4) zu erfassen, auf eine erfasste Stillsetzung hin einen Druckausgleich zwischen einer Versorgungsschiene (6) und einem Ölabscheider (8) zu bewirken, und ein Füllen der Versorgungsschiene (6) mit Schmieröl zu bewirken.
- Steuergerät (36) nach
Anspruch 7 , wobei das Steuergerät (36) dazu ausgebildet ist, nach dem Stillsetzen der Brennkraftmaschine (4) ein Absperrventil (10) zu schließen, um eine Blowby-Gasleitung (20) zu sperren. - Steuergerät (36) nach
Anspruch 7 oder8 , wobei das Steuergerät (36) dazu ausgebildet ist zum Bewirken des Druckausgleichs ein Ablassventil (14) zu öffnen, um eine gasführende Leitung (22) zu öffnen, die die Versorgungsschiene (6) mit einem Gasvolumen (26) in dem Ölabscheider (8) verbindet. - Steuergerät (36) nach
Anspruch 7 ,8 oder9 , wobei das Steuergerät (36) dazu ausgebildet ist zum Füllen der Versorgungsschiene (6) mit Schmieröl ein Ölventil (12) zu öffnen, um eine ölführende Leitung (24) zu öffnen, die die Versorgungsschiene (6) mit einem Ölvolumen (28) in dem Ölabscheider (8) verbindet. - Steuergerät (36) nach einem der
Ansprüche 7 bis10 , wobei das Steuergerät (36) dazu ausgebildet ist eine Brennkraftmaschine (4) mit die Versorgungsschiene (6) zu steuern, die eine Barriere (18) aufweist, die die Zuflussmenge von Schmieröl zu einem CNG-Injektor (16) der Brennkraftmaschine (4) begrenzt. - Kraftfahrzeug (2) mit einem Steuergerät (36) nach einem der
Ansprüche 7 bis11 .
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