DE3538668A1

DE3538668A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasmengenregelung fuer dual/fuel-brennkraftmaschinen, die von der erfassung verschiedener betriebsparameter bestimmt wird

Info

Publication number: DE3538668A1
Application number: DE19853538668
Authority: DE
Inventors: Gerd Ungeringer; Gerhard Giebel; Heinz-Bernhard Dipl Ing Wilke
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasmengensteue rung, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, die mit zwei Brennstoffen, insbesondere einem flüssigen und einem gasförmigen Brennstoff, betrieben werden, wobei der flüs sige Brennstoff über eine Kraftstoffeinspritzpumpe in den Zylinder gefördert wird und das Gas über einen Gasmengen regler dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt ist und der Gasmengenregler in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine den Gasvolumenstrom regelt.

Um in verschiedenen Regionen der Welt das vorhandene Gas, insbesondere LPG (Liquid Petrol Gas), auch wirtschaftlich zu nutzen, wurden Brennkraftmaschinen entwickelt, die mit einer Gasbeimischung betrieben werden können. Die Ausle gung des Verbrennungssystems, hauptsächlich Verdichtungs verhältnis und Förderbeginn, erfolgt auf der Basis für reinen Dieselbetrieb. Das LPG wird der Brennkraftmaschine direkt in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine einge führt. Dieses Verfahren trägt auch den Namen Dual/Fuel.

Bekannt sind Dual/Fuel-Brennkraftmaschinen, deren Gaszumi schung abhängig ist von der Regelstangenstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe und als weitere Einflußgröße die höchstvorkommende Umgebungs-Verbrennungslufttemperatur be rücksichtigt wird. Außerdem wird eine drehzahlabhängige Steuerung realisiert. Vom Gasverdampfer wird das Gas zu nächst zu dem Belastungsregler geleitet, der mit der Re gelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe in Verbindung steht, der die Gasmenge in Abhängigkeit der Regelstangen stellung der Ansaugleitung zuführt.

Ein solcher Aufbau ist realisiert worden in Stadtbussen für die Verkehrsbetriebe Wien, Anfang der 70er Jahre. Be schrieben wurde dieses Dual/Fuel-System von der Firma Landi den Hartog B.V., Holland, im Januar 1970.

Die Gaszumischmenge ist stark begrenzt durch die Klopf grenze. Diese hängt ab von der Umgebungs- bzw. Verbren nungslufttemperatur, aufgrund der größeren Volumenzunahme des Gases bei Anstieg der Temperatur im Vergleich zum flüssigen Dieselkraftstoff, wodurch nicht ausreichend Kraftstoff in den Zylinder gelangt. Um der Gefahr der Klopfneigung vorzubeugen, wird die Brennkraftmaschine so eingestellt, daß bei der Gaszumessung die höchste vorkom mende Umgebungslufttemperatur für den entsprechenden Ein satz der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird. Diese Maßnahme hat zur Folge, daß in allen anderen Temperaturbe reichen, d. h. niedere Temperaturen, ein größerer Gasan teil der Brennkraftmaschine zugeführt werden könnte, als die Menge, die der Belastungsregler freigibt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren vorzustellen, mit dem für alle Betriebszu stände und alle Umgebungs- bzw. Verbrennungslufttemperatu ren die größtmögliche, für die Brennkraftmaschine zuträg liche Gasmenge zugesteuert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umgebungslufttemperatur und der Unterdruck im Venturirohr der Brennkraftmaschine erfaßt wird, daß ein Klopfsensor ein Überschreiten der Klopfgrenze erfaßt, daß ein Sicher heitsorgan die Überschreitung unzulässiger Temperaturen bzw. Drücke erfaßt, daß die erfaßten Temperaturen und Drücke mit Vorgabewerten verglichen werden und in Abhän gigkeit vom Vergleich eine Änderung des Gasvolumenstroms erfolgt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß, bezogen auf den Lastzustand verschie dener Betriebsparameter, die optimale, d. h. größtmögliche Gasmenge der Brennkraftmaschine zugeteilt werden kann. Diese Möglichkeit bewirkt eine erhöhte Wirtschaftlichkeit durch den gewollten, höheren Gasanteil im Brennkraftstoff gemisch. Dieses Verfahren läßt sich ebenso vorteilhaft an wenden auf Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung, wie auf Brennkraftmaschinen, die zusätzlich noch mit einer nachgeschalteten Ladeluftkühlung versehen sind.

Eine Vorrichtung, mit der das Verfahren vorteilhaft durch führbar ist, erfüllt ein elektronischer Regler, der die Umgebungstemperatur erfaßt und danach die Gasmenge zu teilt. Beispielsweise kann der elektronische Regler die Gasmenge über ein Gasmengensteuerventil der Brennkraftma schine zuführen, welches zwischen einem Verdampfer und dem Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine geschaltet ist. Diese Anordnung erlaubt eine genau in Abhängigkeit von der Umgebungsluft dosierte Gaszumischmenge.

Nach Anspruch 3 ist vorgesehen, daß der Geber für die Um gebungslufttemperatur sinnvollerweise dort angebracht wird, daß die tatsächlich herrschende Umgebungslufttempe ratur erfaßt wird, und nicht durch eine verfälschende Ein flußgröße beeinflußt wird.

Die elektronische Regelung kann weiter verbessert werden durch eine zweite Einflußgröße, indem über einen Geber, der im Venturirohr bzw. im Ansaugrohr der Brennkraftma schine angeordnet ist, der Unterdruck erfaßt wird und die elektronische Regelung nach einem Vergleich mit eingespei cherten Vorgabewerten die Gasmenge über das Gasmengen steuerventil zusteuert.

Weiter bietet sich vorteilhaft an, mit Hilfe eines Wegge bers den Regelstangenweg der Kraftstoffeinspritzpumpe zu erfassen und den Wert auf die elektronische Regelung zu übertragen. Der Geber übermittelt damit direkt den momen tanen Belastungszustand der Brennkraftmaschine auf die elektronische Regelung, die in Abstimmung mit dem Regel stangenweg die Gasmenge zusteuert.

Mit Hilfe eines Drehzahlgebers wird die Drehzahl auf den elektronischen Regler übertragen. Diese Regelgröße ist an gebracht zur Vervollständigung möglichst vieler Betriebs parameter der Brennkraftmaschine und kann als wichtiger Indikator für die Größe der Gaszumeßmenge betrachtet wer den.

Zur Erfüllung von Sicherheitsvorschriften, beispielsweise einer schnellen Unterbrechung der Gaszufuhr der Brenn kraftmaschine, ist die elektronische Regelung vorteilhaft mit einem Sicherheitsorgan verbunden. Das Sicherheitsorgan kann beispielsweise als Temperatur- oder als Druckgeber ausgeführt sein und im Gastank bzw. in der Gasleitung zwi schen Gasmengensteuerventil und Venturirohr angeordnet sein und bei Überschreitung von zulässigen Werten die Gas zufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrechen. Vorteilhaft und problemlos läßt sich auch mit Hilfe des Sicherheitsor gans die Brennkraftmaschine stillsetzen. Ein an der Kraft stoffeinspritzpumpe angebrachter Hubmagnet kann in einem Notfall vom elektronischen Regler geschaltet werden und damit die Einspritzpumpe auf Nullförderung gebracht werden.

Nach Anspruch 8 ist ein Klopfsensor vorgesehen, der die Brennkraftmaschine vor Schäden (Klopfschäden) bewahren soll, die durch eine unkontrollierte Verbrennung entste hen. Der Klopfsensor steht in Verbindung mit der elektro nischen Regelung und verhilft in vorteilhafter Weise zu einer genauen Überwachung des Verbrennungsablaufs und mit Hilfe der elektronischen Regelung zu einer exakten Gasmen genzusteuerung. Die Positionierung des Klopfsensors kann, muß jedoch nicht zwangsläufig am Zylinderkopf erfolgen. Eine optimale Position sollte unter Beobachtung der Motor akustik am Motor bestimmt werden.

Nach Anspruch 9 bietet sich vorteilhaft an, daß der elek tronische Regler ein Gasmengensteuerventil steuert, wel ches zwischen einen Gasverdampfer und das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine geschaltet ist. Der elektronische Reg ler besitzt ein Stellvermögen, wodurch die Gasmenge in Ab hängigkeit verschiedener Betriebsgrößen von einem Maximal wert bis auf Null verändert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel, das zur weiteren Erläuterung der Erfindung beitragen soll, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in Form einer Prinzipskizze den Aufbau des Gaskreislaufs einschließlich der elektrischen Regelung nach dem Erfindungsgedanken an einer Brennkraftmaschine, die mit zwei Brennstoffen (Dual/Fuel) betrieben wird.

Aufbau der Gassteuerung

Aus dem Gastank 1 gelangt das Flüssiggas durch die Gaslei tung 8 zum Verdampfer 2. Von dort wird der Gasdampf durch die Gasleitung 11 zum Gasmengensteuerventil 4 geführt, mit Hilfe dessen von einer separat installierten elektroni schen Regelung 3 die Gasmenge der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern zuge steuert wird. Die Gasleitung 19 verbindet das Gasmengen steuerventil 4 mit dem Venturirohr 5, welches sich in der Ansaugleitung 6 der Brennkraftmaschine befindet.

Funktion

Das unter Druck stehende Flüssiggas aus dem Gastank 1 wird im Verdamfper 2 durch Energiezufuhr verdampft und dadurch in den gasförmigen Aggregatzustand gebracht. Die zugeführ te Energie, beispielsweise Motoröl, wird dem Verdampfer 2 über die Zulaufleitung 9 zugeführt und über die Ablauflei tung 10 abgeführt. Der Verdampfer 2 übernimmt weiter eine Druckregelung des Gases auf Normaldruck. Zwischen dem Ver dampfer 2 und der Brennkraftmaschine ist ein Gasmengen steuerventil 4 geschaltet. Der Brennkraftmaschine wird über das Ansaugrohr 6 das verdampfte Gas mit der Verbren nungsluft vermischt zugeführt. Die elektronische Regelung 3 wirkt über die Verbindung 18 direkt auf das Gasmengen steuerventil 4. Die elektronische Regelung 2 hat die Auf gabe, der Brennkraftmaschine nur die Gasmenge zuzusteuern, die für den augenblicklich herrschenden Lastzustand bzw. in Abhängigkeit von beeinflussenden Umgebungsbedingungen bzw. Betriebsparametern für die Brennkraftmaschine ver tretbar ist. Der Erfindungsgedanke sieht mit der elektro nischen Regelung der Gasmengenzusteuerung eine Möglichkeit vor, der Brennkraftmaschine die größtmögliche Gasmenge zu zusteuern unter allen Last- und Umgebungsbedingungen.

Mit Hilfe von Gebern bzw. Sensoren kann das Gasmengen steuerventil 4 über die elektronische Regelung 3 gesteuert und damit die Gasmenge beeinflußt werden. Der Umgebungs lufttemperaturgeber 14 erfaßt dabei eine für den Gasbe trieb entscheidende Größe, da die Klopfgrenze (damit ist der Bereich gemeint, ab dem eine unkontrollierte Verbren nung stattfindet) sehr stark von der Umgebungslufttempera tur abhängt. Mit dem Weggeber 16 wird die Stellung der Re gelstange, an der Kraftstoffeinspritzpumpe 7 befindlich, auf die elektronische Regelung 3 übertragen, und damit der Belastungsgrad der Brennkraftmaschine angezeigt. Der Un terdruckgeber 15 erfaßt den im Venturirohr 5 herrschenden Unterdruck. Der Unterdruck ist ebenfalls ein Maß für den Belastungsgrad der Brennkraftmaschine. Als Ergänzung zum Geber 14, der die Umgebungslufttemperatur erfaßt, ist der Klopfsensor 17 anzusehen, der beispielsweise bei schlech ter Plazierung des Temperaturgebers 14, wodurch verfälsch te Temperaturen erfaßt werden, bzw. Ausfalls des Tempera turgebers 14, eine Überwachung der Klopfgrenze dennoch ge währleistet bleibt. Damit ist eine doppelte Überwachung der Klopfgrenze erreicht. Das mit 13 gekennzeichnete Si cherheitsorgan soll z. B. ausgeführt als Druckgeber unzu lässig hohe Drücke im Gastank 1 oder installiert in der Gasleitung 11 direkt auf die elektronische Regelung 3 übertragen werden, um die Gaszufuhr zu unterbrechen. An dererseits bietet sich auch die Verwendung eines Tempera turgebers an, der an gleicher Stelle installiert die Über schreitung von Grenztemperaturen meldet, so daß die Gaszu fuhr unterbrochen oder die Brennkraftmaschine abgestellt werden kann.

Die Berücksichtigung bzw. Verarbeitung aller Regelgrößen durch die elektronische Regeleinheit 3 schafft eine her vorragende Voraussetzung, daß der Brennkraftmaschine eine größtmögliche Gasmenge zugemischt werden kann bei gleich zeitig ausreichendem Schutz, um die Brennkraftmaschine nicht zu gefährden.

Claims

1. Verfahren zur Gasmengensteuerung für Brennkraftma schinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, die mit zwei Brennstoffen, insbesondere einem flüssigen und einem gasförmigen Brennstoff, betrieben werden, wobei der flüs sige Brennstoff über eine Kraftstoffeinspritzpumpe in den Zylinder gefördert wird und das Gas über einen Gasmengen regler in ein Venturirohr dem Ansaugrohr der Brennkraftma schine zugeführt ist und der Gasmengenregler in Abhängig keit von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine den Gasvolumenstrom regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungslufttemperatur und der Unterdruck im Venturirohr (5) der Brennkraftma schine erfaßt wird, daß ein Klopfsensor ein Überschreiten der Klopfgrenze erfaßt, daß ein Sicherheitsorgan die Über schreitung unzulässiger Temperaturen bzw. Drücke erfaßt, daß die erfaßten Temperaturen und die erfaßten Drücke mit Vorgabewerten verglichen werden, und in Abhängigkeit des Vergleichs eine Änderung des Gasvolumenstroms erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gastank (1) und einem Gasverdampfer (2) mit integriertem Druckregler, von dem aus Gas in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Regler (3) mit einem Geber (14) verbunden ist, der die Umgebungsluft temperatur erfaßt und entsprechend die Gasmenge zuteilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Geber (14) für die Umgebungslufttemperatur so angebracht wird, daß er unverfälscht durch die Brennkraft maschine die tatsächlich herrschende Umgebungslufttempera tur erfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (3) mit einem Geber (15) verbunden ist, der den Unterdruck im Venturirohr (Ansaug rohr) (5) mißt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (11) mit einem Weggeber (16) verbunden ist, der den Regelstangenweg der Einspritz pumpe (7) erfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (3) mit einem Geber (12) verbunden ist, der die Drehzahl der Brennkraftmaschine er faßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (11) mit einem Sicher heitsorgan (13) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (3) mit einem Klopfsen sor (17) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der elektronische Regler (11) direkt auf das Gas mengensteuerventil (4) wirkt und den Gaszufluß zum Ventu rirohr (5) (Ansaugrohr) bestimmt, und die Gasmenge von ei nem Maximalwert bis auf Null verändern kann.