DE10255345A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung einer LPG-(verflüssigtes Erdölgas)Kraftstoffzusammensetzung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassen eines Kraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kühlmitteltemperatur und einer Ansauglufttemperatur in einem Zustand mit eingeschalteter Zündung; Ermitteln, ob vorbestimmte Bedingungen vorliegen; Erfassen einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung; Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks auf Basis der erfassten Kraftstofftemperatur und des erfassten Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung; und Ermitteln einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung aus vorbestimmten Sättigungs-Dampfdruckdaten auf Basis der ermittelten Kraftstofftemperatur und des ermittelten Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein LPG-("Liquefield Petroleum Gas" = verflüssigtes Erdölgas) Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb eines Kraftstofftanks des LPG- Kraftstoffsystems, und Abschätzen einer LPG- Kraftstoffzusammensetzung auf Basis der ermittelten Werte für Kraftstoffdruck und Kraftstofftemperatur.
  • Im allgemeinen weist ein LPI-(LPG Einspritz-)System, welches zur Kraftstoffzufuhr in eine Verbrennungskammer verwendet wird, eine Kraftstoffpumpe auf, die in einem Kraftstofftank angeordnet ist, welcher den LPG-Kraftstoff speichert. Der LPG-Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe derart unter einen inneren Überdruck gesetzt, dass er in einer Kraftstoffzufuhrleitung in einem flüssigen Zustand gehalten wird, und der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird mittels einer Einspritzdüse in eine Verbrennungskammer eingespritzt.
  • Ein LPG-Fahrzeug weist üblicherweise ein Dualmodus- Kraftstoffsystem auf, welches sowohl Benzinkraftstoff als auch LPG-Kraftstoff verwendet. Während des Motorstarts wird im allgemeinen Benzinkraftstoff verwendet, und nach dem Starten des Motors wird der LPG-Kraftstoff verwendet.
  • Da es schwieriger ist, den LPG-Kraftstoff in die Einspritzdüsen zu dosieren, wenn sich der LPG-Kraftstoff im gasförmigen Zustand befindet, ist es wünschenswert, den LPG- Kraftstoff in einer Kraftstoffzufuhrleitung im flüssigen Zustand zu halten. Daher wird die Kraftstoffeinspritzsteuerung in dem LPG-Fahrzeug üblicherweise auf der Basis durchgeführt, daß ein flüssiger Zustands des LPG-Kraftstoffs angenommen wird.
  • Wenn der flüssige LPG-Kraftstoff verdampft, nimmt das Volumen des Kraftstoffs um etwa das 250-fache zu. Daher wird dann, wenn der flüssige LPG-Kraftstoff während der Kraftstoffeinspritzung verdampft wird, die Menge von in eine Verbrennungskammer eingespritztem Kraftstoff wesentlich vergrößert.
  • Um den LPG-Kraftstoff in flüssigem Zustand zu liefern, wird der in dem Kraftstofftank gespeicherte LPG-Kraftstoff mittels der Kraftstoffpumpe unter Druck gesetzt und dann an eine Einspritzdüse geliefert.
  • In einem derartigen konventionellen LPG-Fahrzeug ohne Kraftstoffpumpe, bei dem der gasförmige LPG-Kraftstoff an den Motor mittels des Kraftstoffdruckes selbst geliefert wird, wird umso weniger Kraftstoffmenge an eine Verbrennungskammer geliefert, je geringer die Temperatur des LPG-Kraftstoffs ist, so dass Anlassvermögen und Beschleunigung verschlechtert werden.
  • LPG (verflüssigtes Erdölgas) ist ein farbloses und von Erdöl abgeleitetes Gas, welches typischerweise in erster Linie aus Propan, Butan oder einer Kombination dieser beiden Gase zusammengesetzt ist. LPG ist bislang der am meisten verwendete, zu Benzin und Diesel alternative Motorkraftstoff. Ein Butan/Propanverhältnis des LPG-Kraftstoffs variiert gemäß den Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur.
  • Beispielsweise ist es bevorzugt, dass der Kraftstoff 100% Butan während des heißen Sommers enthält, wenn der LPG- Kraftstoff leichter verdampft werden kann. Andererseits betrifft während des kalten Winters das Butan/Propanverhältnis des LPG-Kraftstoffs vorzugsweise 70 : 30. Dies bedeutet, dass bevorzugterweise der Anteil an Propan mit steigender Temperatur abnimmt.
  • In einem Mono-LPI-Motor, welcher nur LPG-Kraftstoff verwendet, werden die Kraftstoffmenge und der Zündungszeitpunkt auf Basis des flüssigen Zustandes des LPG- Kraftstoffs bestimmt.
  • Daher ist es dann, wenn flüssiger LPG-Kraftstoff und gasförmiger LPG-Kraftstoff gemeinsam vorliegen, unmöglich, die Kraftstoffeinspritzung optimal zu steuern. Folglich ist es notwendig, zu ermitteln, ob sich der LPG-Kraftstoff in einem flüssigen Zustand befindet.
  • Um zu ermitteln, ob sich der LPG-Kraftstoff in einem flüssigen Zustand befindet, ist es erforderlich, die LPG- Kraftstoffzusammensetzung zu kennen, was bedeutet, daß das Butan/Propan-Verhältnis des LPG-Kraftstoffs bestimmt werden muss.
  • Das Butan/Propan-Verhältnis des LPG-Kraftstoffs kann auf Basis der Temperatur und des Druckes des LPG-Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks sowie vorbestimmter Sättigungs- Dampfdruckdaten bestimmt werden.
  • Um das Butan/Propan-Verhältnis des LPG-Kraftstoffs zu ermitteln, ist es daher erforderlich, die Temperatur und den Druck des LPG-Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks zu kennen. Diese Werte werden leicht mittels Sensoren erhalten, welche die Temperatur und den Druck des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks erfassen.
  • Es ist jedoch schwierig, Sensoren zum Erfassen der Temperatur und des Druckes des LPG-Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks zu installieren, und darüber hinaus erhöhen derartige Sensoren auch die Kosten des Kraftstoffsystems. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Abschätzung der LPG- (verflüssigtes Erdölgas) Kraftstoffzusammensetzung für ein LPI-(LPG Einspritz-)System folgende Schritte auf:
    Erfassen eines Kraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kühlmitteltemperatur und einer Ansauglufttemperatur in einem Zustand mit eingeschalteter Zündung;
    Ermitteln, ob vorbestimmte Bedingungen vorliegen;
    Erfassen einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung in vorbestimmten Intervallen;
    Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks auf Basis der erfassten Kraftstofftemperatur und des erfassten Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmten Bedingungen vorliegen; und
    Ermitteln einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung aus vorbestimmten Sättigungs-Dampfdruckdaten auf Basis der ermittelten Kraftstofftemperatur und des ermittelten Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks.
  • Bevorzugt beinhalten die vorbestimmten Bedingungen, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kühlmitteltemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Ansauglufttemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, und eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Ansauglufttemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert sind.
  • Bevorzugt weist das Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks folgende Schritte auf:
    Berechnen eines mittleren Kraftstoffdruckes aus einer vorbestimmten Anzahl von Kraftstoffdruckwerten, die zu vorbestimmten Intervallen in der Kraftstoffzufuhrleitung erfasst wurden;
    Ermitteln, ob die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks vorliegen; und
    Setzen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung als Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks, und Setzen einer Druckdifferenz zwischen dem mittleren Kraftstoffdruck und einem Druckregler- Steuerungsdruck als Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstofftanks, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung vorliegen.
  • Bevorzugt wird dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ermittelt, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
  • Weiter bevorzugt wird dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, eine Kraftstoffpumpgeschwindigkeit nicht kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, oder eine Differenz zwischen dem berechneten mittleren Druck und einem berechneten mittleren Druck einer vorherigen Routine nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, ermittelt, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG- Zusammensetzung für ein LPI-System auf: einen Kraftstofftank zum Speichern von LPG-Kraftstoff; eine innerhalb des Kraftstofftanks angeordneten Kraftstoffpumpe, wobei die Kraftstoffpumpe den LPG-Kraftstoff unter einen inneren Überdruck setzt; eine Einspritzvorrichtung, welche an die Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoffzufuhrleitung angeschlossen ist; einen in einer Kraftstoffrückleitung angeordneten Druckregler, welcher die Einspritzvorrichtung und den Kraftstofftank aneinander anschließt; eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter und Erzeugen entsprechender Signale;
    und eine Steuereinheit, welche die Signale der Erfassungseinheit empfängt und eine LPG- Kraftstoffzusammensetzung abschätzt, wobei die Steuereinheit zur Ausführung eines Verfahrens programmiert ist, welches folgende Schritte aufweist:
    Erfassen eines Kraftstoffdrucks innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kühlmitteltemperatur und einer Ansauglufttemperatur in einem Zustand eingeschalteter Zündung;
    Bestimmen, ob vorbestimmte Bedingungen vorliegen;
    Erfassen einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung zu vorbestimmten Intervallen;
    Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks auf Basis der erfassten Kraftstofftemperatur und des erfassten Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung; und
    Ermitteln einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung aus vorbestimmten Sättigungs-Dampfdruckdaten auf Basis der ermittelten Kraftstofftemperatur und des ermittelten Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks.
  • Bevorzugt weist die Erfassungseinheit auf:
    einen Zündungsdetektor zum Nachweis, ob ein aktueller Zustand ein Zustand eingeschalteter Zündung, ein Zustand mit im Betrieb befindlichem Motor oder ein Zustand mit außer Betrieb befindlichem Motor ist;
    einen Kraftstoffdruckdetektor zum Erfassen eines Kraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung;
    einen Kraftstoff-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung;
    einen Kühlmittel-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Temperatur des Kühlmittels;
    einen Ansaugluft-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Temperatur der Ansaugluft; und
    einen Kraftstoffpumpgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe.
  • Die beigefügten Abbildungen, welche Bestandteil der Beschreibung sind, stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abschätzung einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 eine schematische Ansicht eines LPG- Kraftstoffsystems, auf welches das Verfahren zur Abschätzung der LPG-Kraftstoffzusammensetzung angewandt wird;
  • Fig. 4 ein Druck-Temperatur-Diagramm des LPG-Kraftstoffs in dem Kraftstoffsystem gemäß Fig. 3; und
  • Fig. 5 Graphen für den Sättigungs-Dampfdruck von 100% Butan- LPG-Kraftstoff und LPG-Kraftstoff mit einem Butan- LPG-Kraftstoff und LPG-Kraftstoff mit einem Butan/Propan-Verhältnis von 70 : 30.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in den beigefügten Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform detailliert erläutert.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Vorrichtung zur Abschätzung der LPG-Kraftstoffzusammensetzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Erfassungseinheit 90, eine Steuereinheit 70 und eine Einspritzvorrichtung 80 auf.
  • Die Erfassungseinheit 90, welche einen oder mehrere Motorbetriebsparameter erfasst und entsprechende Signale erzeugt, weist einen Zündungsdetektor 10, einen Kraftstoffdruckdetektor 20, einen Kraftstoff- Temperaturdetektor 30, einen Kühlmittel-Temperaturdetektor 40, einen Ansaugluft-Temperaturdetektor 50 und einen Kraftstoffpumpgeschwindigkeitsdetektor 60 auf.
  • Die Steuereinheit 70 weist bevorzugt einen Prozessor, einen Speicher und andere notwendige Hardware- und Softwarekomponenten auf, wie sie für den Fachmann selbstverständlich sind, um es der Steuereinheit zu ermöglichen, mit den Sensoren zu kommunizieren und das hier beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Der Zündungsdetektor 10 erfasst die Betriebszustände eines Zündschalters, d. h. er bestimmt, ob ein aktueller Zustand ein Zündungs-Ein-Zustand, ein Zustand mit in Betrieb befindlichem Motor oder ein Zustand mit außer Betrieb befindlichem Motor ist, und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70.
  • Der Kraftstoffdruckdetektor 20 erfasst einen Druck des LPG- Kraftstoffs in einer Kraftstoffzufuhrleitung und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70.
  • Der Kraftstoff-Temperaturdetektor 30 erfasst eine Temperatur des LPG-Kraftstoffs in einer Kraftstoffzufuhrleitung und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70 aus.
  • Der Kühlmittel-Temperaturdetektor 40 erfasst eine Temperatur eines Kühlmittels und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70 aus.
  • Der Ansaugluft-Temperaturdetektor 50 erfasst eine Temperatur der Ansaugluft und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70 aus.
  • Der Kraftstoffpumpgeschwindigkeitsdetektor 60 erfasst eine Geschwindigkeit einer Kraftstoffpumpe, welche den an eine Einspritzvorrichtung über eine Kraftstoffzufuhrleitung zu liefernden LPG-Kraftstoff unter einen inneren Überdruck setzt, und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 70 aus.
  • Die Steuereinheit 70 empfängt die diversen Signale von den oben genannten Detektoren und schätzt auf Basis dieser Signale die LPG-Kraftstoffzusammensetzung ab. Die Steuereinheit 70 bestimmt die Kraftstoffzündungszeitsteuerung unter Berücksichtigung der LPG-Kraftstoffzusammensetzung.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 80 spritzt Kraftstoff in Verbrennungskammern gemäß den in die Steuereinheit 70 eingegebenen Einspritzbefehlssignalen ein.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist das LPG-Kraftstoffsystem 100 einen Kraftstofftank 102 auf, welcher den LPG-Kraftstoff speichert.
  • Der LPG-Kraftstoff ist in erster Linie entweder aus Butan, Propan oder einer Kombination hiervon zusammengesetzt.
  • Während der LPG-Kraftstoff in die Verbrennungskammer geliefert wird, wird der LPG-Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 102 in einem gesättigten Zustand gehalten, in welchem flüssiger Kraftstoff und gasförmiger Kraftstoff in einem Gleichgewichtszustand gemeinsam vorliegen.
  • Der LPG-Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 102 wird mittels einer Kraftstoffpumpe 104 unter einen inneren Überdruck gesetzt und an die Einspritzvorrichtung über eine Kraftstoffversorgungsleitung 106 geliefert.
  • Eine LPG-Kraftstoffströmung innerhalb der Kraftstoffversorgungsleitung 106 wird mittels Betätigung eines ersten Absperrventils 108 und eines zweiten Absperrventils 110 geregelt. Als erstes Absperrventil 108 und zweites Absperrventil 110 können herkömmliche Solenoidventile verwendet werden.
  • Eine Kraftstoff-Rückleitung 112 ist vorgesehen, welche die Einspritzvorrichtung 80 und den Kraftstofftank 102 aneinander anschließt, und ein Druckregler 114 ist in der Kraftstoffrückleitung 112 vorgesehen.
  • Der Druckregler 114 regelt den Druck der Einspritzvorrichtung 80 derart, dass dieser um einen vorbestimmten Druck größer als der Druck des Kraftstofftanks 102 ist. Der vorbestimmte Druck (nachfolgend als Druckregler-Steuerungsdruck bezeichnet) kann vorzugsweise auf 5 bar gesetzt werden.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt ist, befindet sich der LPG-Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 102 im Sättigungszustand 1. Der LPG-Kraftstoff im Zustand 1 geht in Zustand 2 über, in dem er mittels der Kraftstoffpumpe 104 unter einen inneren Überdruck gesetzt wird. Während dieses Übergangs wird die Temperatur des LPG-Kraftstoffs im wesentlichen konstant gehalten, und der Druck steigt an.
  • Der Druck des LPG-Kraftstoffs, welcher mittels der Kraftstoffpumpe 104 unter inneren Überdruck gesetzt wird, nimmt um einen geringen Wert ab, während der Zustand des Kraftstoffs von Zustand 2 zu Zustand 3 übergeht und wiederum von Zustand 3 zu Zustand 4 übergeht.
  • Während des Übergangs von Zustand 4 zu Zustand 5 wird der Druck des LPG-Kraftstoffs im wesentlichen aufrechterhalten, da der Druckregler 114 den Druckregler-Steuerungsdruck (beispielsweise 5 bar) aufrecht erhält.
  • Die Temperatur des Kraftstoffs ändert sich sehr wenig, d. h. die Temperatur im Zustand 1 ist im Wesentlichen gleich groß wie die Temperatur im Zustand 6 (in Fig. 4 ist zur besseren Erläuterung die Differenz der Temperatur zwischen Zustand 1 und Zustand 6 dargestellt). Aus diesem Grunde kann der Kraftstoff-Temperaturdetektor 30 in der Kraftstoffrückleitung 112 angeordnet sein.
  • Wenn eine Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe 104 gering ist, ist der Druckabfall in der Kraftstoffrückleitung 112 zwischen dem Druckregler 114 und dem Kraftstofftank 102 sehr klein, so dass der Druck im Zustand 6 und der Druck im Zustand 1 etwa gleich groß sind.
  • Bei dem Verfahren zur Abschätzung der LPG- Kraftstoffzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffzusammensetzung auf Basis der Temperatur und des Druckes innerhalb des Kraftstofftanks bestimmt, d. h. auf Basis dieser Werte im Zustand 1. Der Druck im Zustand 6 wird als übereinstimmend zu dem Druck im Zustand 1 betrachtet, und die Temperatur im Zustand 4, welche mittels des Kraftstofftemperatursensors 30 erfasst wird, wird als übereinstimmend mit der Temperatur im Zustand 1 betrachtet.
  • Das LPG-Kraftstoffsystem, auf welches das Verfahren zur Abschätzung der LPG-Kraftstoffzusammensetzung angewandt wird, kann von dem in Fig. 3 dargestellten System abweichen.
  • Das Verfahren zur Abschätzung der LPG- Kraftstoffzusammensetzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
  • Wenn ein Motorzündungs-EIN-Befehlssignal nachgewiesen wird, erfasst die Steuereinheit 70 einen Kraftstoffdruck P_FUEL_IG und eine Kraftstofftemperatur T_FUEL_IG innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung 106 oder der Kraftstoffrückleitung 112, mittels des Kraftstoffdruckdetektors 20 bzw. des Kraftstoff- Temperaturdetektors 30, und eine Kühlmitteltemperatur TCO_IG und eine Ansauglufttemperatur TIA_IG mittels des Kühltemperaturdetektors 40 bzw. des Ansaugluft- Temperaturdetektors 50.
  • Die Steuereinheit 70 erfasst im Schritt S101 einen Kraftstoffdruck P_FUEL und eine Kraftstofftemperatur T_FUEL innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung zu vorbestimmten Intervallen, sowie eine Kühlmitteltemperatur TCO und eine Ansauglufttemperatur TIA, wenn der Motor sich in Betrieb befindet, nachdem die Zündung eingeschaltet wurde.
  • Anschließend wird ermittelt, ob eine relativ lange Zeitperiode verstrichen ist, nachdem der Motor angehalten wurde, so dass die Temperaturen in unterschiedlichen Bereichen des Motors gleichförmig sind. Wenn ermittelt wurde, dass eine relativ lange Zeitperiode verstrichen ist, nachdem der Motor angehalten wurde, wird die Prozedur gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt, und falls dies nicht der Fall ist, endet die Prozedur.
  • Die Bestimmung, ob Temperaturen in unterschiedlichen Bereichen des Motors gleichförmig sind, kann auf Basis einer Kühlmitteltemperatur, einer Ansauglufttemperatur und einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung 106 durchgeführt werden.
  • Die Steuereinheit 70 berechnet im Schritt 102 eine Temperaturdifferenz ΔT1 zwischen T_FUEL_IG und TCO_IG, eine Temperaturdifferenz ΔT2 zwischen T_FUEL_IG und TIA_IG und eine Temperaturdifferenz ΔT3 zwischen TCO_IG und TIP_IG.
  • Die Steuereinheit 70 bestimmt anschließend im Schritt S103, ob die Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 und ΔT3 geringer als ein vorbestimmter Wert sind.
  • Wenn im Schritt S103 bestimmt wurde, dass sämtliche Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 und ΔT3 geringer als der vorbestimmte Wert sind, geht die Prozedur zum nächsten Schritt über, und falls dies nicht der Fall ist, endet die Prozedur.
  • Die Steuereinheit 70 ermittelt dann, ob eine Temperatur der Kraftstoffzufuhrleitung durch die Motorhitze erhöht wurde.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks über die Temperatur der Kraftstoffzufuhrleitung abgeschätzt. Daher wird dann, wenn eine Temperatur der Kraftstoffzufuhrleitung sich infolge der Motorwärme erhöht, eine genaue Abschätzung der Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftankes schwierig.
  • Die Steuereinheit 70 berechnet in Schritt S104 eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur T_FUEL innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und dem Wert von T_FUEL_IG, und bestimmt im Schritt S105, ob die Temperaturdifferenz ΔT geringer als ein vorbestimmter Wert TDEL_FUEL ist.
  • Wenn im Schritt S105 bestimmt wurde, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner als der vorbestimmte Wert TDEL_FUEL ist, bestimmt die Steuereinheit 70 anschließend, ob ein Druckabfall zwischen dem Druckregler 114 und dem Kraftstofftank 102 minimal ist.
  • Wenn die Kraftstoffpumpe 104 bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird, ist der Kraftstoffstrom groß, so dass der Druckabfall zwischen dem Druckregler 114 und dem Kraftstofftank 102 groß wird. Folglich wird die Bestimmung des Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks 102 ungenau, da der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffrückleitung hinter dem Druckregler 114 gemäß der vorliegenden Erfindung als der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstofftanks 102 betrachtet wird. Daher ist es bevorzugt, dass die Abschätzung während einer minimalen Kraftstoffströmung durchgeführt wird.
  • Für das LPG-Kraftstoffsystem wird üblicherweise eine Kraftstoffpumpe verwendet, welche mehrere Stufen von Rotationsgeschwindigkeiten aufweist. Wenn eine solche Kraftstoffpumpe verwendet wird, sollte die Kraftstoffpumpe bei der niedrigsten Geschwindigkeit betrieben werden, welches die erste Geschwindigkeit darstellt.
  • Die Steuereinheit 70 erfasst die Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe 104 und bestimmt im Schritt S106, ob die Kraftstoffpumpe bei der ersten Geschwindigkeit betrieben wird. Vorzugsweise wird die erste Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe auf einen Wert von 500 rpm (= revolutions per minute = Umdrehungen pro Minute) gesetzt.
  • Wenn andererseits die Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe nicht mehrere Stufen aufweist, sondern sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs kontinuierlich ändert, kann die Bestimmung, ob der Druckabfall geringer als der vorbestimmte Wert ist, dadurch durchgeführt werden, dass bestimmt wird, ob die Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Wenn im Schritt S107 ermittelt wurde, dass die Kraftstoffpumpe bei der ersten Geschwindigkeit betrieben wird, wird ermittelt, ob sich der Kraftstoffdruck abrupt ändert.
  • Die Bestimmung, ob die Änderung des Kraftstoffdruckes stabil ist, kann auf Basis eines mittleren Kraftstoffdrucks durchgeführt werden.
  • Der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung wird zu einer vorbestimmten Anzahl von Zeitpunkten N in vorbestimmten Intervallen erfasst, und die Steuereinheit 70 berechnet einen mittleren Kraftstoffdruck P_AVG (= Σ Pi/N) im Schritt S108.
  • Die Steuereinheit 70 bestimmt dann in Schritt S109, ob eine mittlere Druckdifferenz ΔP_AVG zwischen einem aktuellen mittleren Druck P_AVG_2 und einem vorherigen mittleren Druck P_AVG_1 geringer als ein vorbestimmter Wert P_STABIL ist.
  • Das Verfahren gemäß Fig. 1 wird wiederholt durchgeführt, und der mittlere Druck wird in einem Speicher gespeichert, auf welchen die Steuereinheit 70 Zugriff hat. Der vorherige mittlere Druck P_AVG_1 ist ein Wert, der in einer vorherigen Routine gespeichert wurde.
  • Wenn im Schritt S109 bestimmt wurde, dass die mittlere Druckdifferenz ΔP_AVG kleiner als der vorbestimmte Wert P STABIL ist, setzt die Steuereinheit 70 die Kraftstofftemperatur T_FUEL innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung als Kraftstofftemperatur T_TANK innerhalb des Kraftstofftanks, und setzt im Schritt S110 eine Differenz zwischen dem aktuellen mittleren Druck P_AVG_2 und einem Steuerdruck P_REG des Druckreglers als Kraftstoffdruck P_TANK im Kraftstofftank.
  • Die Steuereinheit 70 bestimmt anschließend im Schritt S111 die LPG-Kraftstoffzusammensetzung (ein Butan/Propan- Verhältnis des LPG-Kraftstoffs) anhand einer vorbestimmten Sättigungs-Dampfdrucktabelle auf Basis der T_TANK und P_TANK- Werte. Die vorbestimmte Sättigungs-Dampfdrucktabelle beinhaltet LPG-Kraftstoffzusammensetzungen unter spezifischen Kraftstofftemperatur- und Druckwerten. Eine solche Tabelle kann vom Fachmann experimentell leicht ermittelt werden.
  • Die Steuereinheit 70 speichert im Schritt S112 die vorbestimmte LPG-Kraftstoffzusammensetzung in einem Speicher, und die Prozedur endet.
  • Mittels der ermittelten LPG-Zusammensetzung kann der Punkt der Kraftstoffverflüssigung bestimmt werden, und auf diese Weise kann eine optimale Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung bestimmt werden.
  • Bevorzugterweise wird ein Butan-Anteil auf 100% zurückgesetzt, wenn ein Batterie-Reset auftritt.
  • Wie oben ausgeführt wurde, ermittelt das Verfahren zur Abschätzung der LPG-Kraftstoffzusammensetzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kraftstofftemperatur und den Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstofftanks, bevor das Aufwärmen des Motors nach dem Einschalten der Zündung beendet wurde, und schätzt die LPG- Zusammensetzung unter Verwendung der ermittelten Kraftstofftemperatur und des Kraftstoffdruckes ab. Anhand der ermittelten LPG-Kraftstoffzusammensetzung kann eine präzise Kraftstoffzündungszeitsteuerung bestimmt werden, so dass die Stabilität des Motors zunimmt und die Emissionen verbessert werden können.

Claims (11)

1. Verfahren zur Abschätzung einer LPG-(verflüssigtes Erdölgas) Kraftstoffzusammensetzung für ein LPI-(LPG- Einspritz-)System, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen eines Kraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kühlmitteltemperatur und einer Ansauglufttemperatur in einem Zustand mit eingeschalteter Zündung;
Ermitteln, ob vorbestimmte Bedingungen vorliegen;
Erfassen einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung in vorbestimmten Intervallen;
Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks auf Basis der erfassten Kraftstofftemperatur und des erfassten Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmten Bedingungen vorliegen; und
Ermitteln einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung aus vorbestimmten Sättigungs-Dampfdruckdaten auf Basis der ermittelten Kraftstofftemperatur und des ermittelten Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks.
2. Verfahren zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kühlmitteltemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Ansauglufttemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, und eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Ansauglufttemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert sind.
3. Verfahren zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks folgende Schritte aufweist:
Berechnen eines mittleren Kraftstoffdruckes aus einer vorbestimmten Anzahl von Kraftstoffdruckwerten, die zu vorbestimmten Intervallen in der Kraftstoffzufuhrleitung erfasst wurden;
Ermitteln, ob die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks vorliegen; und
Setzen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung als Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks, und Setzen einer Druckdifferenz zwischen dem mittleren Kraftstoffdruck und einem Druckregler- Steuerungsdruck als Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstofftanks, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung vorliegen.
4. Verfahren zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 3, wobei dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ermittelt wird, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
5. Verfahren zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 3, wobei dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, eine Kraftstoffpumpgeschwindigkeit nicht kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, oder eine Differenz zwischen dem berechneten mittleren Druck und einem berechneten mittleren Druck einer vorherigen Routine nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, ermittelt wird, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
6. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung für ein LPI-System, mit:
einem Kraftstofftank zum Speichern von LPG-Kraftstoff;
einer innerhalb des Kraftstofftanks angeordneten Kraftstoffpumpe, wobei die Kraftstoffpumpe den LPG-Kraftstoff unter einen inneren Überdruck setzt;
einer Einspritzvorrichtung, welche an die Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoffzufuhrleitung angeschlossen ist;
einem in einer Kraftstoffrückleitung angeordneten Druckregler, welcher die Einspritzvorrichtung und den Kraftstofftank aneinander anschließt;
einer Erfassungseinheit zum Erfassen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter und Erzeugen entsprechender Signale; und
einer Steuereinheit, welche die Signale der Erfassungseinheit empfängt und eine LPG- Kraftstoffzusammensetzung abschätzt, wobei die Steuereinheit zur Ausführung eines Verfahrens programmiert ist, welches folgende Schritte aufweist:
Erfassen eines Kraftstoffdrucks innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung, einer Kühlmitteltemperatur und einer Ansauglufttemperatur in einem Zustand eingeschalteter Zündung;
Bestimmen, ob vorbestimmte Bedingungen vorliegen;
Erfassen einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung zu vorbestimmten Intervallen;
Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks auf Basis der erfassten Kraftstofftemperatur und des erfassten Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung; und
Ermitteln einer LPG-Kraftstoffzusammensetzung aus vorbestimmten Sättigungs-Dampfdruckdaten auf Basis der ermittelten Kraftstofftemperatur und des ermittelten Kraftstoffdruckes innerhalb des Kraftstofftanks.
7. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 6, wobei die Erfassungseinheit aufweist:
einen Zündungsdetektor zum Nachweis, ob ein aktueller Zustand ein Zustand eingeschalteter Zündung, ein Zustand mit im Betrieb befindlichem Motor oder ein Zustand mit außer Betrieb befindlichem Motor ist;
einen Kraftstoffdruckdetektor zum Erfassen eines Kraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffzufuhrleitung;
einen Kraftstoff-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung;
einen Kühlmittel-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Temperatur des Kühlmittels;
einen Ansaugluft-Temperaturdetektor zum Erfassen einer Temperatur der Ansaugluft; und
einen Kraftstoffpumpgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit der Kraftstoffpumpe.
8. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach Anspruch 6 oder 7, wobei die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kühlmitteltemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, eine Temperaturdifferenz zwischen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Ansauglufttemperatur im Zustand eingeschalteter Zündung, und eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Ansauglufttemperatur kleiner als ein vorbestimmter Wert sind.
9. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG-Zusammensetzung, nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Ermitteln einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdruckes innerhalb eines Kraftstofftanks folgende Schritte aufweist:
Berechnen eines mittleren Kraftstoffdruckes aus einer vorbestimmten Anzahl von Kraftstoffdruckwerten, die zu vorbestimmten Intervallen innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung erfasst wurden;
Ermitteln, ob vorbestimmte Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks vorliegen; und
Setzen der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung als Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks, und Setzen einer Druckdifferenz zwischen dem mittleren Kraftstoffdruck und einem Druckregler- Steuerungsdruck als Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstofftanks, wenn ermittelt wurde, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung vorliegen.
10. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG- Zusammensetzung, nach Anspruch 9, wobei dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ermittelt wird, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdruckes und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
11. Vorrichtung zur Abschätzung einer LPG- Zusammensetzung, nach Anspruch 9 oder 10, wobei dann, wenn eine Differenz zwischen einer aktuellen Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffzufuhrleitung im Zustand eingeschalteter Zündung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, eine Kraftstoffpumpgeschwindigkeit nicht kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, oder eine Differenz zwischen dem berechneten mittleren Druck und einem berechneten mittleren Druck einer vorherigen Routine nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ermittelt wird, dass die vorbestimmten Bedingungen für eine Abschätzung eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstofftemperatur innerhalb des Kraftstofftanks nicht vorliegen.
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