DE19840460B4 - Gas metering method for an internal combustion engine operable with fuel gas and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Gas metering method for an internal combustion engine operable with fuel gas and apparatus for carrying out the method Download PDF

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Abstract

Gaszumeßverfahren für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei
stromab nach einem mit Brenngas gefüllten Hochdruckspeicher (2) nacheinander ein steuerbares erstes Ventil (4), ein Zwischengasspeicher (5) mit wenigstens einem Druck- und Temperatursensor (6, 7) in einem bestimmtem Zwischenvolumen und wenigstens ein steuerbares zweites Ventil (8; 25) angeordnet sind, sowie ein Rechner (9) für Rechenoperationen und Steuerungen vorgesehen ist, die nach folgenden Verfahrensschritten betrieben werden:
– bei geschlossenem zweiten Ventil (8; 25) wird das erste Ventil (4) geöffnet, wodurch das Zwischenvolumen mit Brenngas gefüllt wird,
– das erste Ventil (4) wird geschlossen und im Zwischenvolumen werden der Gasdruck (p0) und die Gastemperatur (T0) des Brenngases ermittelt,
– die für einen aktuellen Takt der Brennkraftmaschine erforderliche Gaszumeßmenge wird als Mengenanforderung vom Rechner (9) unter Auswertung von Signalen entsprechend unter anderem der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine und/oder eines O2-Sondenmeßwerts bestimmt,
– das zweite Ventil...Gas metering method for an internal combustion engine operable with fuel gas, in particular for motor vehicles, wherein
downstream of a filled with fuel gas high-pressure accumulator (2) successively a controllable first valve (4), an intermediate gas reservoir (5) with at least one pressure and temperature sensor (6, 7) in a certain intermediate volume and at least one controllable second valve (8; ) and a computer (9) for arithmetic operations and controls is provided, which are operated according to the following method steps:
When the second valve (8, 25) is closed, the first valve (4) is opened, whereby the intermediate volume is filled with fuel gas,
The first valve (4) is closed and in the intermediate volume the gas pressure (p 0 ) and the gas temperature (T 0 ) of the fuel gas are determined,
The gas metering quantity required for a current cycle of the internal combustion engine is determined as a quantity requirement by the computer (9) by evaluating signals corresponding inter alia to the rotational speed and / or the load of the internal combustion engine and / or an O 2 probe measurement value,
- the second valve ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaszumeßverfahren für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Gaszumeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The The invention relates to a gas metering method for one internal combustion engine operable with fuel gas, in particular for motor vehicles according to the preamble of claim 1 and a gas metering device to carry out the method according to the preamble of claim 7.

Bei einer bekannten Dosiervorrichtung für gasförmige Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Flüssiggas ( DE 36 12 994 A1 ) ist vor einem Dosierventil eine Gaskammer und ein von einer Feder beaufschlagtes Reduzierventil angeordnet. Die Feder des Reduzierventils stellt sich selbsttätig unter dem Einfluß des Drucks in der Gaskammer ein. Zur Konstanthaltung der Temperatur in der Gaskammer ist dort ein Temperaturfühler in Verbindung mit einem geregelten Wärmetauscher vorgesehen. Über einen Druckfühler in der Gaskammer wird ein Servomotor und damit zur Korrektur die Feder am Reduzierventil gesteuert. Die in der Gaskammer gemessenen Druck- und Temperaturwerte werden somit hier lediglich als Korrekturgrößen zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit verwendet.In a known metering device for gaseous fuels for internal combustion engines, in particular for liquefied petroleum gas ( DE 36 12 994 A1 ) is arranged before a metering valve, a gas chamber and acted upon by a spring reducing valve. The spring of the reducing valve adjusts automatically under the influence of the pressure in the gas chamber. To keep the temperature in the gas chamber constant, a temperature sensor is provided there in conjunction with a controlled heat exchanger. Via a pressure sensor in the gas chamber, a servo motor is controlled and thus the spring on the reducing valve for correction. The pressure and temperature values measured in the gas chamber are thus used here only as correction variables for increasing the dosing accuracy.

In einer weiter bekannten Dosiervorrichtung für gasförmigen Kraftstoff für eine Brennkraft maschine ( EP 0 157 430 B1 ) wird eine Brennstoffmeßeinrichtung aus mehreren parallelen Gaskammern verwendet, wobei das Volumen einer solchen Gaskammer jeweils einer Zylinderfüllung entspricht. Die Zumessung in diese Gaskammern erfolgt im wesentlichen druckgesteuert über Druckregler und mechanische Druckmeßdosen. Diese Gaskammern als Gasmeßeinrichtungen werden jeweils über Ventile am Eingang und Ausgang taktbezogen gefüllt und entleert. Da hier die Gaskammern als Meßbehälter ein festes Volumen aufweisen, das unmittelbar mit der Kolbenverschiebung der Brennkraftmaschine verknüpft ist, müssen dort bereits schon vor dem jeweiligen Takt die angeforderten Gasmengen bereitgestellt werden, so daß eine hochgenaue schnelle Gasdosierung nur begrenzt möglich ist.In a further known metering device for gaseous fuel for an internal combustion engine ( EP 0 157 430 B1 ) a fuel measuring device is used from a plurality of parallel gas chambers, wherein the volume of such a gas chamber corresponds to a respective cylinder filling. The metering into these gas chambers takes place essentially pressure-controlled via pressure regulators and mechanical pressure doses. These gas chambers as Gasmeßeinrichtungen are filled in each case via valves at the input and output related to clock and emptied. Since the gas chambers as a measuring container have a fixed volume, which is directly linked to the piston displacement of the internal combustion engine, there already already before the respective clock, the requested gas quantities must be provided, so that a highly accurate rapid gas metering is limited.

In einer weiter bekannten Dosiervorrichtung für gasförmigen Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine ( EP 0 581 391 A1 ) wird in einem Zumeßventil eine Steuerung eines Stellglieds vorgenommen, wobei als Korrekturgrößen der Druck und die Temperatur über entsprechende Sensoren unmittelbar im Ventil erfaßt werden. Ein dem Ventil vorgeschaltetes Zwischenvolumen ist hier nicht vorhanden.In a further known metering device for gaseous fuel for an internal combustion engine ( EP 0 581 391 A1 ) is carried out in a metering valve, a control of an actuator, which are detected as correction parameters, the pressure and the temperature via corresponding sensors directly in the valve. An upstream of the valve intermediate volume is not present here.

Zudem ist eine Vorrichtung zum Regeln des Verdampfungsdrucks beim Verdampfen von Flüssiggaskraftstoff bekannt, die einen Einlaßkanal, ein Druckreduziermittel und einen Auslaßkanal sowie einen Erhitzer stromabwärts des Druckreduziermittels, ein Einspritzglied und ein Regelglied zum Regeln der eingespritzten Flüssiggasmenge sowie einen Temperaturmeßfühler umfaßt. Das Einspritzglied spritzt Flüssiggaskraftstoff in den vergasten Kraftstoff stromabwärts des Erhitzers und stromaufwärts des Ausgangs des sich zur Verbrennungsluft hin öffnenden Auslaßkanals ein. Das Regelglied ist verstellbar, wobei es entsprechend der Signale des Temperaturmeßfühlers eingestellt wird, von dem die Temperatur des vergasten Kraftstoffs im Auslaßkanal stromabwärts des Einspritzgliedes ermittelt wird. Hier erfolgt die Dosierung im wesentlichen über das Einspritzen von Flüssiggaskraftstoff, der in den vergasten Kraftstoff stromabwärts des Erhitzers eingespritzt wird. Der gemessene Temperaturwert wird im wesentlichen als Korrekturgröße zur Regelung auf einen konstanten Druck herangezogen.moreover is a device for controlling the evaporation pressure during evaporation of liquefied petroleum gas known, which has an inlet channel, a pressure reducing agent and an outlet channel and a heater downstream of the Pressure reducing means, an injection member and a control member for Rules of the injected liquid gas quantity and a temperature sensor. The Injection member injects liquid gas fuel in the gasified fuel downstream of the heater and upstream of the heater Output of the exhaust air opening to the combustion air one. The control element is adjustable, whereby it according to the signals of Temperature sensor set of which the temperature of the gasified fuel in the exhaust passage downstream of Injection member is determined. Here, the dosage is essentially about the Injection of liquid gas fuel, which is injected into the gasified fuel downstream of the heater becomes. The measured temperature value is essentially used as a correction variable for the control used to a constant pressure.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Gaszumeßverfahren für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge vorzuschlagen, mit dem bei guter Funktion eine genaue Dosierung möglich ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.task The invention is an alternative Gaszumeßverfahren for a with Fuel gas operable internal combustion engine, in particular for motor vehicles to suggest, with the good function, a precise dosage possible and an apparatus for carrying out the method put.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is in terms of the method with the features of the claim 1 solved.

Gemäß Anspruch 1 sind nach einem mit Brenngas gefüllten Hochdruckspeicher nacheinander ein steuerbares erstes Ventil, ein Zwischengasspeicher mit wenigstens einem Druck- und Temperatursensor in einem bestimmten Zwischenvolumen und wenigstens ein steuerbares zweites Ventil angeordnet. Weiter ist ein Rechner für Rechneroperationen und Steuerungen vorgesehen. Diese Anordnung wird nach folgenden Verfahrensschritten betrieben:
Bei geschlossenem zweiten Ventil wird das erste Ventil gesteuert geöffnet, wodurch das Zwischenvolumen mit Brenngas gefüllt wird.According to claim 1, a controllable first valve, an intermediate gas storage with at least one pressure and temperature sensor in a certain intermediate volume and at least one controllable second valve are arranged successively after a filled with fuel gas high-pressure accumulator. Furthermore, a computer for computer operations and controls is provided. This arrangement is operated according to the following method steps:
When the second valve is closed, the first valve is opened controlled, whereby the intermediate volume is filled with fuel gas.

Das erste Ventil wird geschlossen und im Zwischenvolumen werden der Gasdruck (p0) und die Gastemperatur (T0) des Brenngases über die dort angeordneten Sensoren ermittelt und entsprechende Meßsignale dem Rechner zugeführt.The first valve is closed and in the intermediate volume, the gas pressure (p 0 ) and the gas temperature (T 0 ) of the fuel gas are determined via the sensors arranged there and corresponding measurement signals fed to the computer.

Die für einen aktuellen Takt der Brennkraftmaschine erforderliche Gaszumeßmenge wird als Mengenanforderung vom Rechner unter Auswertung von Signalen entsprechend der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine und/oder eines O2-Sondenmeßwerts bestimmt. Der Rechner kann vorteilhaft Bestandteil einer an sich bekannten Motorelektronik sein, wo die entsprechenden Signale für die Drehzahl, die Last und einen O2-Sondenmeßwert ohnehin zur Verfügung stehen.The Gaszumeßmenge required for a current cycle of the engine is determined as a quantity request from the computer under evaluation of signals corresponding to the speed and / or the load of the internal combustion engine and / or an O 2 -Sondenmeßwerts. The computer can advantageously be part of a known motor electronics, where the corresponding signals for the speed, the load and an O 2 -Sondenmeßwert are available anyway.

Das zweite Ventil wird dann taktgesteuert geöffnet, wobei über einen im Zwischenvolumen gemessenen Druckabfall gegenüber p0 und einer Temperaturänderung gegenüber T0 vom Rechner die aus dem Zwischenvolumen abströmende Gasmenge berechnet wird.The second valve is then opened in a cycle-controlled manner, wherein the gas quantity flowing out of the intermediate volume is calculated by the computer via a pressure drop measured in the intermediate volume with respect to p 0 and a temperature change relative to T 0 .

Der Rechner vergleicht die abströmende Gasmenge als Istwert mit der Mengenanforderung als Sollwert und wenn die Mengenanforderung erfüllt ist, wird das zweite Ventil nach einer entsprechenden Öffnungszeit geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich taktgesteuert.Of the Calculator compares the outflowing Gas quantity as actual value with the quantity requirement as nominal value and if the quantity requirement is met is, the second valve is after a corresponding opening time closed. This process repeats clock-controlled.

Die dazu erforderlichen Rechen- und Steueroperationen beruhen auf folgendem Basiszusammenhang: a) Motorischer Bedarf (pro Zylinder):

Figure 00030001
mit

λ
= Luftverhältnis
λa
= Luftaufwand (tatsächlicher Ladungseinsatz)
VZ
= Zylindervolumen
L
= Dichte Ansaugluft
LSt
= stöchiometrischer Luftbedarf
n
= Drehzahl
b) Kraftstoffluß (bezogen auf Zwischenvolumen):
Figure 00040001
c) Ideale Gasgleichung
Figure 00040002
Figure 00050001
mit
t2
= Öffnungszeit von Ventil 2; Zeit zwischen den Zuständen "0" und "1"
M
= Molmasse
Rm
= allgemeine Gaskonstante
v
= spezifisches Volumen
The necessary arithmetic and control operations are based on the following basic context: a) Motor demand (per cylinder):
Figure 00030001
With
λ
= Air ratio
λ a
= Air effort (actual charge use)
V Z
= Cylinder volume
L
= Dense intake air
L St
= stoichiometric air requirement
n
= Speed
b) Fuel flow (relative to intermediate volume):
Figure 00040001
c) Ideal gas equation
Figure 00040002
Figure 00050001
With
t 2
= Opening time of valve 2 ; Time between states "0" and "1"
M
= Molecular weight
R m
= general gas constant
v
= specific volume

Insgesamt wird dadurch eine genaue Brenngasmengenzumessung in Abhängigkeit von den Motoranforderungen (Last, Drehzahl, O2-Sonde) und den Zustandsgrößen (Druck, Temperatur) des Brenngases aus dem definierten Zwischenvolumen des Zwischengasspeichers durchgeführt. Die Zustandsgrößen (Druck, Temperatur) werden somit hier unmittelbar mit Hilfe eines schnellen Rechners zur Bestimmung der zuzumessenden Gasmenge während eines Taktes der Brennkraftmaschine verwendet und nicht nur zu Korrekturzwecken herangezogen.Overall, this is an accurate Brenngasmengenzumessung depending on the engine requirements (load, speed, O 2 probe) and the state variables (pressure, temperature) of the fuel gas from the defined intermediate volume of the intermediate gas storage performed. The state variables (pressure, temperature) are thus used here directly with the help of a fast computer for determining the gas quantity to be metered during a stroke of the internal combustion engine and not only used for correction purposes.

Damit sind insbesondere auch die Zumeßanforderungen erfüllbar bei Brennkraftmaschinen, die sowohl mit Brenngas, insbesondere Erdgas und wechselweise mit Benzin oder Dieselkraftstoff betreibbar sind. Als weitere Brenngase können z. B. Flüssiggas, Biogas oder Wasserstoff verwendet werden.Thus, in particular, the metering requirements can be met in internal combustion engines, which are operable both with fuel gas, in particular natural gas and alternately with gasoline or diesel fuel. As further fuel gases z. As liquefied petroleum gas, biogas or hydrogen can be used.

In einer ersten Alternative können an das zweite Ventil als einziges Zumeßventil alle Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen sein.In a first alternative to the second valve as the only metering valve all cylinders of the internal combustion engine be connected.

In einer zweiten Alternative sind gasparallel geschaltete Zumeßventile vorgesehen, an die jeweils ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, wobei dieser Ventilsatz dem zweiten Ventil entspricht. Dieser Ventilsatz wird hier zylinderindividuell oder zylindergruppenindividuell gleichzeitig angesteuert.In In a second alternative, metering valves connected in gas-parallel fashion provided, to each of which a cylinder or a group of cylinders the internal combustion engine are connected, said valve set the second valve corresponds. This valve set is here cylinder-individual or cylinder group individually controlled simultaneously.

In einer dritten Alternative können je nach den Gegebenheiten die Zumeßventile des Ventilsatzes zylinderselektiv oder zylindergruppenselektiv einzeln und unterschiedlich vom Rechner angesteuert werden. Dabei können für eine hochgenaue Dosierung selektive Einflußgrößen einzelner Zylinder oder einzelner Zylindergruppen berücksichtigt werden.In a third alternative Depending on the circumstances, the metering valves of the valve set are cylinder-selective or group of cylinders selectively individually and differently from the computer be controlled. It can for one high-precision metering selective influencing variables of individual cylinders or considered individual cylinder groups become.

Ebenso können jedem Zylinder oder jeder Zylindergruppe ein eigenes erstes Ventil, ein Zwischengasspeicher und ein Zumeßventil zugeordnet sein.As well can each cylinder or cylinder group has its own first valve, be associated with an intermediate gas storage and a metering valve.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß die Öffnungszeit des ersten Ventils variabel hinsichtlich seiner Öffnungszeit und/oder des Durchgangsquerschnitts steuerbar ist. Als Einflußgrößen werden dabei vom Rechner die jeweilige vorausgehende Öffnungszeit des zweiten Ventils und/oder die Fahrdynamik und/oder der gemessene aktuelle Gasdruck und/oder die gemessene aktuelle Gastemperatur berücksichtigt und ausgewertet. Dadurch wird sichergestellt, daß die im Zwischengasspeicher jeweils enthaltene Gasmenge die jeweiligen Mengenanforderungen und die geforderten Mengenströme unter Berücksichtigung des geforderten Dynamikverhaltens erfüllt. Als Wert für die aktuelle Fahrdynamik kann beispielsweise eine aktuelle Änderung eines Drosselklappenwinkels erfaßt und dem Rechner zugeführt werden.In a particularly advantageous development is proposed that the opening time of the first valve variable with respect to its opening time and / or the passage cross-section is controllable. As influencing factors while the computer from the respective previous opening time of the second valve and / or the driving dynamics and / or the measured current gas pressure and / or the measured actual gas temperature is considered and evaluated. This will ensure that the each gas contained in the intermediate gas storage the respective Quantity requirements and the required flow rates under consideration meets the required dynamic behavior. As value for the current Driving dynamics can, for example, a current change of a throttle angle detected and fed to the computer become.

Zwischen dem Brenngashochdruckspeicher, in dem Brenngas mit bis zu 200 bar Druck enthalten ist und dem ersten Ventil kann je nach den Gegebenheiten und konstruktiven Erfordernissen ein Vorschaltspeicher mit einem durch einen Druckreduzierer bevorzugt auf ca. 10 bar reduzierten Druck, angeordnet sein.Between the fuel gas high-pressure accumulator, in the fuel gas with up to 200 bar Pressure is included and the first valve may vary depending on the circumstances and constructive requirements a Vorschaltspeicher with a reduced by a pressure reducer preferably to about 10 bar Pressure, be arranged.

Hinsichtlich der Gaszumeßvorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen nach Anspruch 8 erfüllt. Dabei wird eine Anordnung der in Verbindung mit dem Verfahren nach Anspruch 1 angegebenen Komponenten beansprucht, die entsprechend diesem Verfahren zusammenwirken.Regarding the gas metering device the object is achieved with the features of claim 8. there is an arrangement of in conjunction with the method according to claim 1 specified components, according to this method interact.

Als alternative Vorrichtungen sind unterschiedliche Anordnungen und Anzahlen von Zumeßventilen beansprucht, mit denen unterschiedliche Steuerungen durchführbar sind.When alternative devices are different arrangements and Numbers of metering valves claimed, with which different controls are feasible.

Als Ventile können vorteilhaft einfach aufgebaute Magnetventile verwendet werden, insbesondere einfache Durchgangs-Magnetventile, da die Genauigkeitsanforderungen durch die Art des Verfahrens und nicht durch kompliziert und hochgenau aufgebaute Ventile erfüllbar sind.When Valves can advantageously simply constructed solenoid valves are used, in particular simple passage solenoid valves, as the accuracy requirements by the nature of the process and not by complicated and highly accurate constructed valves can be fulfilled are.

Aufgrund einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.by virtue of a drawing, the invention is explained in detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Gaszumeßvorrichtung für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung in einer ersten Ausführungsform, und 1 a Gaszumeßvorrichtung for a fuel gas operable internal combustion engine for a motor vehicle in a schematic representation in a first embodiment, and

2 eine Gaszumeßvorrichtung für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung in einer zweiten Ausführungsform. 2 a Gaszumeßvorrichtung for a fuel gas operable internal combustion engine for a motor vehicle in a schematic representation in a second embodiment.

In 1 ist eine Gaszumeßvorrichtung 1 für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Diese Gaszumeßvorrichtung 1 umfaßt einen mit einem Druck von bis zu 200 bar mit Brenngas gefüllten Hochdruckspeicher 2. Hinter den Hochdruckspeicher 2 ist ein Druckreduzierer 3 geschaltet, der den Druck des Brenngases in der Gaszumeßvorrichtung 1 auf ca. 10 bar reduziert. Auf diesen Druckreduzierer 3, dem ein Speichervolumen als Vorschaltspeicher zugeordnet sein kann, folgt ein steuerbares erstes Magnetventil 4, dem ein Zwischengasspeicher 5 mit einem bestimmten, konstanten Zwischenvolumen nachgeschaltet ist. In dem Zwischengasspeicher 5 sind ein Temperatursensor 6 und ein Drucksensor 7 angeordnet.In 1 is a gas metering device 1 shown schematically for an operable with fuel gas internal combustion engine for a motor vehicle. This gas metering device 1 comprises a high-pressure accumulator filled with fuel gas at a pressure of up to 200 bar 2 , Behind the high-pressure accumulator 2 is a pressure reducer 3 connected, the pressure of the fuel gas in the Gaszumeßvorrichtung 1 reduced to about 10 bar. On this pressure reducer 3 , to which a storage volume may be assigned as Vorschaltspeicher, followed by a controllable first solenoid valve 4 , which is an intermediate gas storage 5 is followed by a certain, constant intermediate volume. In the intermediate gas storage 5 are a temperature sensor 6 and a pressure sensor 7 arranged.

Hinter dem Zwischengasspeicher 5 ist ein steuerbares zweites Magnetventil 8 als einziges Zumeßventil angeordnet, an das alle Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, wie dies in der 1 mit den sich verzweigenden Pfeilen angedeutet ist.Behind the intermediate gas storage 5 is a controllable second solenoid valve 8th arranged as a single metering valve to which all cylinders of the internal combustion engine are connected, as shown in the 1 indicated by the branching arrows.

Weiter umfaßt die Gaszumeßvorrichtung 1 einen Rechner 9, der Bestandteil einer ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandenen Motorelektronik sein kann. Dieser Rechner 9 ist eingangsseitig über eine Leitung 10 mit dem Temperatursensor 6 und über eine Leitung 11 mit dem Drucksensor 7 verbunden. Des weiteren ist der Rechner 9 eingangsseitig z. B. mit einer Drehzahlsignalleitung 12, einer Lastsignalleitung 13 und einer O2-Signalleitung 14 verbunden.Further comprises the gas metering device 1 a calculator 9 which may be part of an already existing in the motor vehicle engine electronics. This calculator 9 is on the input side via a line 10 with the temperature sensor 6 and over a line 11 with the pressure sensor 7 connected. Furthermore, the calculator 9 on the input side z. B. with a speed signal line 12 , a load signal line 13 and an O 2 signal line 14 connected.

Ausgangsseitig ist der Rechner 9 über eine Leitung 15 mit dem ersten Magnetventil 4 und über eine Leitung 16 mit dem zweiten Magnetventil 8 verbunden. Beide Magnetventile 4, 8 sind dabei als einfache Durchgangs-Magnetventile ausgebildet.On the output side is the calculator 9 over a line 15 with the first solenoid valve 4 and over a line 16 with the second solenoid valve 8th connected. Both solenoid valves 4 . 8th are designed as simple passage solenoid valves.

Nachfolgend wird das sich taktgesteuert wiederholende Verfahren, mit dem die Gaszumeßvorrichtung 1 betrieben wird, beschrieben:
In einem ersten Verfahrensschritt, bei dem das zweite Magnetventil 8 geschlossen ist, wird das erste Magnetventil 4 über den Rechner 9 variabel gesteuert geöffnet. Dazu sendet der Rechner 9 über die Leitung 15 ein Signal an das erste Magnetventil 4.Hereinafter, the cyclic repetitive method by which the Gaszumeßvorrichtung 1 is operated described:
In a first method step, wherein the second solenoid valve 8th is closed, the first solenoid valve 4 about the calculator 9 open controlled variable. The computer sends this 9 over the line 15 a signal to the first solenoid valve 4 ,

Nach dem Öffnen des ersten Magnetventils 4 wird das Zwischenvolumen des Zwischengasspeichers 5 mit Brenngas gefüllt.After opening the first solenoid valve 4 becomes the intermediate volume of the intermediate gas storage 5 filled with fuel gas.

Anschließend wird das erste Magnetventil 4 geschlossen und im Zwischengasspeicher 5 der Gasdruck (p0) des Brenngases über den Drucksensor 7 sowie die Gastemperatur (T0) des Brenngases über den Temperatursensor 6 ermittelt. Die entsprechenden Meßsignale werden dem Rechner 9 über die Leitungen 10 und 11 zugeführt.Subsequently, the first solenoid valve 4 closed and in the intermediate gas storage 5 the gas pressure (p 0 ) of the fuel gas via the pressure sensor 7 and the gas temperature (T 0 ) of the fuel gas via the temperature sensor 6 determined. The corresponding measuring signals are the computer 9 over the wires 10 and 11 fed.

Die für einen aktuellen Takt der Brennkraftmaschine erforderliche Gaszumeßmenge wird als Mengenanforderung vom Rechner 9 bestimmt. Dabei werden im Rechner 9 die über die Leitungen 12, 13 und 14 gelieferten Drehzahl-, Last- und O2-Sondenmeßwertsignale und ggf. andere Signale ausgewertet.The Gaszumeßmenge required for a current cycle of the engine is calculated as a quantity request from the computer 9 certainly. It will be in the calculator 9 the over the wires 12 . 13 and 14 supplied speed, load and O 2 -Sondenmeßwertsignale and possibly evaluated other signals.

Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt das zweite Magnetventil 8 taktgesteuert geöffnet. Dazu sendet der Rechner 9 über die Leitung 16 ein Signal an das zweite Magnetventil 8. Während der Öffnungszeit des zweiten Magnetventils 8 wird dabei über den Temperatursensor 6 und den Drucksensor 7 eine Temperaturänderung gegenüber T0 sowie ein Druckabfall gegenüber p0 gemessen, woraus vom Rechner 9 die aus dem Zwischengasspeicher 5 abströmende Gasmenge berechnet wird.Subsequently, in a further method step, the second solenoid valve 8th clock-controlled open. The computer sends this 9 over the line 16 a signal to the second solenoid valve 8th , During the opening time of the second solenoid valve 8th is about the temperature sensor 6 and the pressure sensor 7 a temperature change compared to T 0 and a pressure drop to p 0 measured, from the computer 9 the from the intermediate gas storage 5 outgoing gas quantity is calculated.

Der Rechner 9 vergleicht die abströmende Gasmenge als Istwert mit der Mengenanforderung als Sollwert und wenn die Mengenanforderung erfüllt ist, wird das zweite Magnetventil 8 nach einer entsprechenden Öffnungszeit geschlossen. Die abgeströmte Gasmenge strömt schließlich in die Zylinder der Brennkraftmaschine.The computer 9 compares the outflowing gas quantity as the actual value with the quantity requirement as setpoint value and when the quantity requirement is met, the second solenoid valve becomes 8th closed after an appropriate opening time. The amount of gas flowed finally flows into the cylinders of the internal combustion engine.

Das erste Magnetventil 4 ist hinsichtlich seiner Öffnungszeit und gegebenenfalls des Durchgangsquerschnitts variabel steuerbar. Als Einflußgrößen werden dabei vom Rechner 9 die jeweilige vorausgehende Öffnungszeit des zweiten Magnetventils 8, die Fahrdynamik, z. B. in Form einer aktuellen Änderung eines Drossenklappenwinkels, der gemessene aktuelle Gasdruck und die gemessene aktuelle Gastemperatur sowie λ-Signale und die Dynamik innerhalb des Zumeßsystemes berücksichtigt und ausgewertet. Die Anpassung der Gasmenge im Zwischenvolumen für einen oder gegebenenfalls mehrere Takte sowie der geforderten Mengenströme erfolgt somit vorteilhaft unter Berücksichtigung des geforderten Dynamikverhaltens.The first solenoid valve 4 is variable in terms of its opening time and optionally the passage cross-section controllable. As predictors are the computer 9 the respective previous opening time of the second solenoid valve 8th , the driving dynamics, z. B. in the form of a current change in a Drossenklappenwinkels, the measured current gas pressure and the measured current gas temperature and λ signals and the dynamics within the metering system considered and evaluated. The adaptation of the amount of gas in the intermediate volume for one or optionally several cycles and the required flow rates is thus advantageously taking into account the required dynamic behavior.

In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Gaszumeßvorrichtung 20 dargestellt, bei der anstelle des in der 1 einzigen zweiten Magnetventils 8 als Zumeßventil ein Ventilsatz 25 aus vier gasparallel geschalteten Zumeßventilen 21, 22, 23 und 24 vorgesehen ist. An diese Gaszumeßventile 21, 22, 23, 24 ist, wie dies in der 2 durch die ausgangsseitigen Pfeile an den Zumeßventilen 21, 22, 23 und 24 angedeutet ist, jeweils ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine angeschlossen. Diese Zumeßventile 21, 22, 23, 24 können entweder gleichzeitig angesteuert werden oder für eine hochgenaue Dosierung zylinderselektiv oder zylindergruppenselektiv angesteuert werden.In 2 is an alternative embodiment of a gas metering device 20 shown in place of the in the 1 single second solenoid valve 8th as a metering valve a valve set 25 from four gas-parallel metering valves 21 . 22 . 23 and 24 is provided. To these gas metering valves 21 . 22 . 23 . 24 is like this in the 2 through the exit-side arrows on the metering valves 21 . 22 . 23 and 24 is indicated, in each case a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine connected. These metering valves 21 . 22 . 23 . 24 can either be controlled at the same time or be selected for a high-precision metering cylinder-selective or cylinder group-selective.

Claims (13)

Gaszumeßverfahren für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei stromab nach einem mit Brenngas gefüllten Hochdruckspeicher (2) nacheinander ein steuerbares erstes Ventil (4), ein Zwischengasspeicher (5) mit wenigstens einem Druck- und Temperatursensor (6, 7) in einem bestimmtem Zwischenvolumen und wenigstens ein steuerbares zweites Ventil (8; 25) angeordnet sind, sowie ein Rechner (9) für Rechenoperationen und Steuerungen vorgesehen ist, die nach folgenden Verfahrensschritten betrieben werden: – bei geschlossenem zweiten Ventil (8; 25) wird das erste Ventil (4) geöffnet, wodurch das Zwischenvolumen mit Brenngas gefüllt wird, – das erste Ventil (4) wird geschlossen und im Zwischenvolumen werden der Gasdruck (p0) und die Gastemperatur (T0) des Brenngases ermittelt, – die für einen aktuellen Takt der Brennkraftmaschine erforderliche Gaszumeßmenge wird als Mengenanforderung vom Rechner (9) unter Auswertung von Signalen entsprechend unter anderem der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine und/oder eines O2-Sondenmeßwerts bestimmt, – das zweite Ventil (8; 25) wird geöffnet, wobei über einen im Zwischenvolumen gemessenen Druckabfall gegenüber p0 und einer Temperaturänderung gegenüber T0 vom Rechner (9) die aus dem Zwischenvolumen abströmende Gasmenge berechnet wird, – der Rechner (9) vergleicht die abströmende Gasmenge als Istwert mit der Mengenanforderung als Sollwert und wenn die Mengenanforderung erfüllt ist, wird das zweite Ventil (8; 25) nach einer entsprechenden Öffnungszeit geschlossen, und – der Vorgang wiederholt sich taktgesteuert.Gas metering method for an internal combustion engine operable with fuel gas, in particular for motor vehicles, wherein downstream of a fuel gas-filled high-pressure accumulator ( 2 ) successively a controllable first valve ( 4 ), an intermediate gas storage ( 5 ) with at least one pressure and temperature sensor ( 6 . 7 ) in a certain intermediate volume and at least one controllable second valve ( 8th ; 25 ), and a computer ( 9 ) is provided for arithmetic operations and controls which are operated according to the following method steps: - with the second valve closed ( 8th ; 25 ), the first valve ( 4 ), whereby the intermediate volume is filled with fuel gas, - the first valve ( 4 ) is closed and in the intermediate volume of the gas pressure (p 0 ) and the gas temperature (T 0 ) of the fuel gas is determined, - the required for a current cycle of the internal combustion engine Gaszumeßmenge as a quantity request from the computer ( 9 ) under evaluation of signals in accordance with inter alia the speed and / or the load of the internal combustion engine and / or an O 2 -Sondenmeßwerts determined, - the second valve ( 8th ; 25 ) is opened, whereby a pressure drop in the intermediate volume compared to p 0 and a temperature change with respect to T 0 from the computer ( 9 ) the amount of gas flowing out of the intermediate volume is calculated, - the computer ( 9 ) compares the outflowing gas quantity as the actual value with the quantity requirement as the setpoint value and when the quantity requirement is fulfilled, the second valve ( 8th ; 25 ) closed after a corresponding opening time, and - the process repeats clock-controlled. Gaszumeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (8) als einziges Zumeßventil, an das alle Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, angesteuert wird.Gas metering method according to claim 1, characterized in that the second valve ( 8th ) as the only metering valve, to which all cylinders of the internal combustion engine are connected, is driven. Gaszumeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasparallel geschaltete Zumeßventile (21, 22, 23, 24), an die jeweils ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, als Ventilsatz (25) entsprechend dem zweiten Ventil gleichzeitig angesteuert werden.Gas metering method according to claim 1, characterized in that gas-parallel metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ), to each of which a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine are connected, as a valve set ( 25 ) are driven simultaneously according to the second valve. Gaszumeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasparallel geschalteten Zumeßventilen (21, 22, 23, 24) jeweils ein erstes Ventil (4) zugeordnet ist, an diesen Zumeßventilen (21, 22, 23, 24) jeweils ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine angeschlossen ist und diese vom Rechner (9) individuell angesteuert werden.Gas metering process according to claim 1, characterized in that gas metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ) each have a first valve ( 4 ) is assigned to these metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ) in each case a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine is connected and these from the computer ( 9 ) are controlled individually. Gaszumeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasparallel geschaltete Zumeßventile (21, 22, 23, 24), an die jeweils ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, als Ventilsatz (25) entsprechend dem zweiten Ventil zylinderselektiv oder zylindergruppenselektiv angesteuert werden.Gas metering method according to claim 1, characterized in that gas-parallel metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ), to each of which a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine are connected, as a valve set ( 25 ) are selected in accordance with the second valve cylinder selective or cylinder group selective. Gaszumeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des ersten Ventils (4) variabel hinsichtlich seiner Öffnungszeit und/oder des Durchgangquerschnitts steuerbar ist, wobei als Einflußgrößen die jeweilige vorausgehende Öffnungszeit des zweiten Ventils (8; 25) und/oder die Fahrdynamik und/oder der gemessene aktuelle Gasdruck und/oder die gemessene aktuelle Gastemperatur vom Rechner (9) ausgewertet wird, dergestalt, daß die im Zwischengasspeicher (5) jeweils enthaltene Gasmenge sicher die jeweilgen Mengenanforderungen und die geforderten Mengenströme unter Berücksichtigung des geforderten Dynamikverhaltens erfüllt.Gas metering method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the opening time of the first valve ( 4 ) is controllable variably with regard to its opening time and / or the passage cross-section, the influencing variables being the respective preceding opening time of the second valve ( 8th ; 25 ) and / or the driving dynamics and / or the measured current gas pressure and / or the measured current gas temperature from the computer ( 9 ) is evaluated, such that the in the intermediate gas storage ( 5 ) quantity of gas contained in each case reliably meets the respective quantity requirements and the required flow rates, taking into account the required dynamic behavior. Gaszumeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Brenngashochdruckspeicher (2) und dem ersten Ventil (4) ein Druckreduzierer (3) mit oder ohne Vorschaltspeicher mit reduziertem Druck angeordnet ist.Gas metering process according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the high-pressure gas storage reservoir ( 2 ) and the first valve ( 4 ) a pressure reducer ( 3 ) is arranged with or without Vorschaltspeicher with reduced pressure. Gaszumeßvorrichtung für eine mit Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß stromab nach einem mit Brenngas befüllbaren Hochdruckspeicher (2) nacheinander ein steuerbares erstes Ventil (4), ein Zwischengasspeicher (5) mit wenigstens einem Druck- und Temperatursensor (6, 7) in einem bestimmten Zwischenvolumen und wenigstens ein steuerbares zweites Ventil (8; 25) angeordnet sind, sowie ein Rechner (9) für Rechenoperationen und Steuerungen vorgesehen ist, wobei das erste Ventil (4) und das zweite Ventil (8; 25) entsprechend dem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine gesteuert sind und die Gaszumessung in Abhängigkeit der Anforderungen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Last und/oder der Drehzahl und/oder der Fahrdynamik und/oder eines O2-Sondenmeßwerts sowie der Zustandgrößen Gasdruck (p0) und Gastemperatur (T0) im Zwischengasspeicher (5) erfolgt.Gas metering device for an internal combustion engine operable with fuel gas for carrying out one of the methods according to claims 1 to 7, characterized in that downstream of a high-pressure accumulator which can be filled with fuel gas ( 2 ) successively a controllable first valve ( 4 ), an intermediate gas storage ( 5 ) with at least one pressure and temperature sensor ( 6 . 7 ) in a certain intermediate volume and at least one controllable second valve ( 8th ; 25 ), and a computer ( 9 ) is provided for arithmetic operations and controls, wherein the first valve ( 4 ) and the second valve ( 8th ; 25 ) are controlled according to the working cycle of the internal combustion engine and the Gaszumessung depending on the requirements the internal combustion engine, in particular the load and / or the rotational speed and / or the driving dynamics and / or an O 2 probe value and the state variables gas pressure (p 0 ) and gas temperature (T 0 ) in the intermediate gas reservoir ( 5 ) he follows. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ventil (8) als einziges Zumeßventil vorgesehen ist, an dem alle Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen sind.Apparatus according to claim 8, characterized in that a second valve ( 8th ) is provided as the only metering valve to which all cylinders of the internal combustion engine are connected. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Ventil (25) ein Satz von gasparallel geschalteten Zumeßventilen (21, 22, 23, 24) vorgesehen ist, an die jeweils ein Zylinder oder Zylindergruppen der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, wobei die Zumeßventile (21, 22, 23, 24) zylinderindividuell/zylindergruppenindividuell gleichzeitig oder zylinderselektiv/zylindergruppenselektiv zeitverschieden ansteuerbar sind.Apparatus according to claim 8, characterized in that as a second valve ( 25 ) a set of gas-parallel metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ) is provided, to each of which a cylinder or cylinder groups of the internal combustion engine is connected, wherein the metering valves ( 21 . 22 . 23 . 24 ) cylinder-individual / cylinder-group-individual simultaneously or cylinder-selective / cylinder-group-selective time-varying are controllable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder ein erstes, vom Rechner (9) gesteuertes Ventil (4), ein Zwischengasspeicher (5) und ein Zumeßventil (21) zugeordnet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that a first, from the computer ( 9 ) controlled valve ( 4 ), an intermediate gas storage ( 5 ) and a metering valve ( 21 ) assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (4, 8; 21, 22, 23, 24) Durchgangs-Magnetventile sind.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the valves ( 4 . 8th ; 21 . 22 . 23 . 24 ) Through-Solenoid Valves are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Ventil (4) ein Hockdruckreduzierer mit oder ohne Vorschaltspeicher angeordnet ist.Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that before the first valve ( 4 ) A high-pressure reducer is arranged with or without Vorschaltspeicher.
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