DE69612045T2 - Direkteinspritzsystem für gasförmigen Brennstoff für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Direkteinspritzsystem für gasförmigen Brennstoff für Brennkraftmaschinen

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DE69612045T2
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Orbital Engine Co Australia Pty Ltd
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmaschinen mit Direkteinspritzung, die gasförmige Kraftstoffe verwenden.
  • Der Ausdruck "Direkteinspritzung" betrifft die Verwendung von Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammern von Verbrennungsmaschinen. Der Ausdruck "gasförmiger Kraftstoff" ist hier so definiert, daß er sich sowohl auf komprimierte gasförmige Kraftstoffe wie komprimiertes Erdgas (CNG) oder Wasserstoff (H&sub2;) als verflüssigte gasförmige Kraftstoffe wie verflüssigtes Erdölgas (LPG) bezieht.
  • Es gibt zahlreiche potentielle Vorteile bei der Verwendung gasförmiger Kraftstoffe an Maschinen anstelle der üblicherweise verwendeten flüssigen Kraftstoffe. Z. B. ist es wohl bekannt, daß die unerwünschten Abgasemissionen einer gasförmigen Kraftstoff verwendenden Maschine niedriger sein können als bei einer vergleichbaren Maschine, welche flüssigen Kraftstoff verwendet. Weiterhin kann zur gegenwärtigen Zeit die Verwendung bestimmter gasförmiger Kraftstoffe zu einer beträchtlichen Kosteneinsparung für den Benutzer führen aufgrund der Pro-Liter-Kosten von diesem im Vergleich zu den Pro-Liter-Kosten der allgemein verwendeten flüssigen Kraftstoffe.
  • Die Anmelderin hat bestimmten funkengezündete, Zweitakt- und Viertakt-Verbrennungsmaschinentechnologien mit Direkteinspritzung entwickelt, welche primär flüssigen Kraftstoff verwenden. Es wäre jedoch vorteilhaft, auch ein System zu haben, welches gasförmigen Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammern der Maschine injizieren kann, da dies zu einem einfacheren System führen kann, das weniger mechanische Komponenten erfordert sowie bevorzugt eine genauere Dosierungssteuerung des gasförmigen Kraftstoffs für die Maschine im Vergleich mit Systemen nach dem Stand dar Technik erleichtert.
  • Obgleich diese Maschinen im Allgemeinen Direkteinspritz-Kraftstoffsysteme verwenden und bestimmte Dieselmaschinen, welche gasförmige Kraftstoffe verwenden, bekannt sind, sind die Betriebsbedingungen, unter welchen diese Kraftstoffsysteme arbeiten müssen, beträchtlich unterschiedlich gegenüber denjenigen, die bei einer funkengezündeten Maschine angetroffen werden. Z. B, arbeiten moderne funkengezündete Maschinen typischerweise bei beträchtlich höheren Maschinengeschwindigkeiten als entsprechende Dieselmaschinen. Daher werden an ein Direkteinspritz- Kraftstoffsystem und das Steuersystem hierfür höhere Anforderungen gestellt, wenn sie bei einer funkengezündeten Maschine eingesetzt werden.
  • Weiterhin ist eine angemessen genaue Steuerung der Kraftstoffverteilung innerhalb der Verbrennungskammer bei einer funkengezündeten Maschine erforderlich, um sicherzustellen, daß eine brennbare Mischung unmittelbar benachbart der Zündkerze zu dem geeigneten Zeitpunkt während jedes Maschinenbetriebszyklus vorhanden ist. Bei dem Verdichtungszündvorgang einer Dieselmaschine ist eine so genaue Kraftstoffverteilungssteuerung nicht so kritisch.
  • Es ist aus der EP 0 320 959 auch ein Direkteinspritz- Kraftstoffsystem für gasförmigen Kraftstoff bei einer funkengezündeten Verbrennungsmaschine bekannt, bei welchem die Injektion von gasförmigem Kraftstoff initiiert wird, nachdem die Lufteinlaßöffnung der Verbrennungskammer geschlossen wurde.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff für eine funkengezündete Brennkraftmaschine mit einer Einlaßöffnung zum Zuführen von Verbrennungsluft in eine Verbrennungskammer der Maschine vorgesehen, wobei das Direkteinspritzsystem mindestens einen Kraftstoffinjektor zum direkten Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer und Mittel zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor enthält, worin eine bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer eingespritzt wird und zumindest bei einigen Betriebsbedingungen hiervon das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs nach dem Schließen der Einlaßöffnung initiiert wird, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zum Steuern zumindest des Öffnens und Schließens des Kraftstoffinjektors, um hierdurch den Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor zwischen dem Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs und dem Druck innerhalb der Verbrennungskammer während des Einspritzvorgangs zu steuern, wobei das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs beendet wird, bevor der Verdichtungshub der Maschine im Wesentlichen beendet ist, derart, daß die Menge des in die Verbrennungskammer injizierten gasförmigen Kraftstoffs eine Funktion sowohl des zeitlichen Verlaufs als auch der Dauer des Einspritzvorgangs ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzsystems für gasförmigen Kraftstoff für eine funkengezündete Brennkraftmaschine mit einer Einlaßöffnung zum Zuführen von Verbrennungsluft in eine Verbrennungskammer der Maschine vorgesehen, wobei das Direkteinspritzsystem wenigstens einen Kraftstoffinjektor zum direkten Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer und Mittel zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor aufweist, und wobei eine bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, welches Verfahren die Initiierung der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff nach dem Schließen der Einlaßöffnung enthält, gekennzeichnet durch die Schritte des Steuerns zumindest des Öffnens und Schließens des Kraftstoffinjektors, um hierdurch den Differenzdruck über den Kraftstoffinjektor zwischen den Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs und dem Druck innerhalb der Verbrennungskammer während des Einspritzvorgangs zu steuern, und des Beendens der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff, bevor der Verdichtungshub der Maschine wenigstens an einigen Punkten wesentlichen beendet ist, wenn die Maschine unterhalb eines Betriebszustand mit maximaler Last hiervon arbeitet, wodurch die bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff, die in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, eine Funktion sowohl von dem Zeitverlauf als auch der Dauer des Einspritzvorgangs ist.
  • Vorzugsweise kann der Kraftstoffinjektor die Menge des zu der Verbrennungskammer gelieferten gasförmigen Kraftstoffs dosieren. Die Menge des gelieferten gasförmigen Kraftstoffs kann eine Funktion der Dauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors sein.
  • Das System enthält eine Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebs des Kraftstoffinjektors. Die Steuervorrichtung kann die Dauer der Einspritzung steuern, welche die Periode ist, während der der Kraftstoffinjektor geöffnet ist, und den Startpunkt und/oder den Endpunkt für die Dauer der Einspritzung. Bei einer Ausbildung kann die Steuervorrichtung den Betrieb des Kraftstoffinjektors als eine Funktion der Lastanforderung durch die Bedienungsperson steuern, wobei dies die Maschinenlast ist, die durch die Bedienungsperson der Maschine angefordert wird. Beispielsweise kann in dem Fall einer Maschine innerhalb eines Fahrzeugs die Lastanforderung durch den Fahrer des Fahrzeugs durch Versetzung eines Gaspedals gesteuert werden und kann abhängig sein von dem Wunsch des Fahrers, beispielsweise ein sich langsam bewegendes Fahrzeug zu überholen oder eine starke Neigung hochzufahren. Die Steuervorrichtung kann die Lastanforderung durch die Bedienungsperson bestimmen als eine Basis zum Bestimmen der erforderlichen Betriebsparameter für den Kraftstoffinjektor, und sie kann den Betrieb des Kraftstoffinjektors entsprechend steuern. Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung zumindest eine "nachzuschlagende" Karte enthalten, um die erforderlichen Betriebsparameter für den Kraftstoffinjektor zu bestimmen.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Direkteinspritz-Kraftstoffsystem für gasförmigen Kraftstoff bei einer funkengezündeten Verbrennungsmaschine vorgesehen, wobei das Direktemspritzsystem zumindest einen Kraftstoffinjektor enthält für die direkte Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer, und eine Steuervorrichtung vorgesehen ist zum Steuern des Kraftstoffzuführungspegels zu der Maschine auf der Grundlage der Anforderung durch die Bedienungsperson, welche Anforderung durch die Bedienungsperson als ein Geschwindigkeitsanforderungswert vorgesehen ist.
  • Bei dieser Ausbildung kann die Steuervorrichtung den Betrieb des Kraftstoffinjektors als eine Funktion der Geschwindigkeitsanforderung durch die Bedienungsperson steuern, welche die durch die Bedienungsperson der Maschine angeforderte Maschinengeschwindigkeit ist. Dies kann in gleicher Weise gesteuert werden durch das Gaspedal im Falle einer Maschine innerhalb eines Fährzeugs. Der Kraftstoffinjektor kann gesteuert werden entsprechend einer Geschwindigkeitssteuerstrategie mit geschlossener Schleife, bei der der Betrieb des Kraftstoffinjektors gesteuert wird als eine Funktion von zumindest der Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsanforderungssignal der Bedienungsperson und der tatsächlichen Maschinengeschwindigkeit, wobei die Maschinengeschwindigkeit als ein Rückkopplungssignal zu der Steuervorrichtung verwendet wird.
  • Das Ausgangssignal der Steuervorrichtung, welch den Betrieb des Kraftstoffinjektors steuert, kann vorzugsweise eine Funktion der Größe der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson und der tatsächlichen Maschinengeschwindigkeit sein, wobei eine Zunahme der Differenz zu einer Zunahme in der Änderung der Steuerparameter des Kraftstoffinjektors führt. Wenn z. B. die Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson bedeutend größer als die tatsächliche Maschinengeschwindigkeit zu dieser Zeit ist, kann die Steuervorrichtung die Betriebsparameter des Kraftstoffinjektors einstellen, um hierdurch die Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit zu der Maschine beträchtlich zu erhöhen.
  • Das Ausgangssignal der Steuervorrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Funktion der Größe der Änderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson sein, wobei eine Zunahme der Änderungsgeschwindigkeit zu einer Zunahme der Änderungsgeschwindigkeit der Injektorsteuerparameter führt. Wenn z. B. die Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson rasch ansteigt, kann die Steuervorrichtung auch die Betriebsparameter des Kraftstoffinjektors mit einer größeren Geschwindigkeit hiervon einstellen, um die Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit zu der Maschine beträchtlich zu erhöhen.
  • Die Steuervorrichtung steuert den Betrieb des Kraftstoffinjektors derart, daß der Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor, der die Differenz zwischen dem Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs, der durch den Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, und dem Druck innerhalb der Verbrennungskammer während des Einspritzvorgangs ist, gesteuert werden kann. Der Betrieb des Kraftstoffinjektors kann gesteuert werden, um eine wesentliche Differenz in dem Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor zwischen zumindest zwei verschiedenen Betriebszuständen der Maschine zu erhalten.
  • Die Steuervorrichtung steuert vorzugsweise die Menge des zu der Verbrennungskammer gelieferten gasförmigen Kraftstoffs, indem die Zeit geändert wird, zu welcher der Kraftstoffinjektor beginnt, sich zu schließen, relativ zu dem Zyklus des Maschinenbetriebs oder dem "Maschinenzyklus". Während zumindest einigen Maschinenbetriebszuständen kann eine Änderung der Lastanforderung oder Geschwindigkeitsanforderung durch die Bedienungsperson den Punkt in dem Maschinenzyklus ändern, an welchem der Kraftstoffinjektor anfänglich geöffnet wird, oder den Punkt, an welchem der Kraftstoffinjektor schließlich geschlossen ist, wobei die Gesamtdauer, während der der Kraftstoffinjektor geöffnet ist, jedoch vorzugsweise im Wesentlichen konstant bleibt.
  • Während zumindest einigen Maschinenbetriebszuständen beendet der Kraftstoffinjektor den Einspritzvorgang, nachdem der Druck in der Verbrennungskammer begonnen hat, beträchtlich anzusteigen, zumindest nachdem die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Verbrennungskammer geschlossen wurden. Es ist jedoch auch in Aussicht genommen, daß bei anderen Maschinenbetriebszuständen der Punkt, bei welchem der Kraftstoffinjektor den Einspritzvorgang beendet, vor einem beträchtlichen Anstieg des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer liegen kann. Dies macht es möglich, daß der Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor nach der Beendigung des Einspritzvorgangs geändert werden kann.
  • Der Einspritzvorgang kann vorzugsweise auf die Periode des Maschinenzyklus zwischen 180º vor dem oberen Totpunkt und 45º vor dem oberen Totpunkt begrenzt sein.
  • Es ist festzustellen, daß der Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor bei der endgültigen Schließung des Kraftstoffinjektor relativ empfindlicher ist gegenüber Änderungen der Maschinenbetriebsparameter und - zustände als bei der anfänglichen Öffnung des Kraftstoffinjektors. Dies ergibt sich teilweise aufgrund der Differenz der Änderungsgeschwindigkeit des Zylinderdrucks an verschiedenen Punkten am Maschinenzyklus. Die Änderungsgeschwindigkeit des Anstiegs des Zylinderdrucks am Anfang des Maschinenzyklus, kurz nachdem der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) passiert hat, ist typischerweise geringer als die Änderungsgeschwindigkeit des Anstiegs des Zylinderdrucks später während des Maschinenzyklus, wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt (TDC) annähert. Die Öffnung des Kraftstoffinjektors erfolgt im Allgemeinen früh während des Maschinenzyklus, wobei das Schließen des Kraftstoffinjektors im Allgemeinen später während des Maschinenzyklus erfolgt. Daher haben Änderungen der Schließzeit des Kraftstoffinjektors eine größere Wirkung auf den Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor als Änderungen der Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Direkteinspritz-Kraftstoffsystem für gasförmigen Kraftstoff bei einer funkengezündeten Verbrennungsmaschine vorgesehen, welches Direkteinspritzsystem zumindest einen Kraftstoffinjektor enthält zum direkten Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer, sowie eine Vorrichtung zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor, wobei eine bestimmte Menge vom gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, indem der Kraftstoffinjektor während einer vorbestimmten Zeitperiode geöffnet wird, worin zumindest bei einigen Betriebszuständen hiervon die Dauer der Einspritzperiode im Wesentlichen in der Zeitdomäne festgelegt ist und nicht durch eine gegebene Änderung der Maschinengeschwindigkeit geändert wird.
  • Während Maschinenbetriebszuständen, zumindest, wenn die Maschine im Leerlauf ist, kann der Punkt, an welchem der Kraftstoffinjektor anfänglich geöffnet wird, auf einen vorbestimmten Punkt in dem Maschinenzyklus gesetzt werden, wobei die Dauer, während der der Kraftstoffinjektor geöffnet ist, zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird, derart, daß das Schließen des Kraftstoffinjektors erfolgt, nachdem der Druck innerhalb der Verbrennungskammer begonnen hat, beträchtlich anzusteigen, zumindest, nachdem die Einlaß - und Auslaßöffnungen geschlossen wurden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn die Maschinengeschwindigkeit abnimmt, der Druck innerhalb der Verbrennungskammer zur Zeit der Schließung des Kraftstoffinjektors abnimmt, da die Maschine weniger ihres Verdichtungshubes während einer gegebenen Zeit beendet hat, was zu einem höheren Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor führt. Da der zu der Verbrennungskammer gelieferte Kraftstoff eine Funktion des Differenzdrucks ist, wird mehr Kraftstoff unter diesen Zuständen während einer gegebenen Zeitdauer zugeführt, was eine Zunahme des Drehmoments ergibt, wenn die Maschinengeschwindigkeit abnimmt. Dieser sogenannte "Drehmomentstau" unterstützt die Maschine, wenn die Maschine beschleunigt werden muß, zumindest aus dem Leerlauf, und unterstützt auch beim Aufrechterhalten einer konstanten Leerlaufgeschwindigkeit.
  • Das Direkteinspritzsystem kann eine Kraftstoffzuführungsvorrichtung zum Speichern und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffs enthalten. Bei einer Ausbildung kann der Druck des von der Kraftstoffzuführungsvorrichtung zugeführten gasförmigen Kraftstoffs unreguliert sein. Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung auf Änderungen des Drucks des gasförmigen Kraftstoffs innerhalb der Kraftstoffzuführungsvorrichtung ansprechen, wobei Änderungen des Druckes des Gases in der Kraftstoffzuführungsvorrichtung zu Veränderungen der Betriebsparameter des Injektors führen können. In dieser Hinsicht eine Druckmeßvorrichtung in dem Kraftstoffzuführungssystem vorgesehen sein.
  • Die Steuervorrichtung erfaßt vorteilhaft die Verzögerungszeit zwischen dem Aussenden eines Signals von der Steuervorrichtung zu dem Kraftstoffinjektor, um den Kraftstoffinjektor zu öffnen, und die erfaßte tatsächliche Öffnungszeit des Injektors. Die Verzögerungszeit kann als ein Parameter zum Steuern der Dauer, während der der Kraftstoffinjektor offen gehalten wird, und zur Ermöglichung der Bestimmung des Druckes des gasförmigen Kraftstoffs im Kraftstoffinjektor verwendet werden. Dies beruht auf dem Prinzip, daß die Verzögerungszeit unterschiedlich ist, wenn der Differenzdruck über dem Injektor unterschiedlich ist. Z. B. ist bei einem Einspritzventil vom Tellertyp, je höher der Differenzdruck ist, desto kürzer die Verzögerungszeit. Diese Anordnung ermöglicht, daß die Steuervorrichtung die Veränderungen der Zuführungsgeschwindigkeit von gasförmigem Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor kompensiert; wenn der Kraftstoffinjektor geöffnet wird, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit von gasförmigen Kraftstoffen, wenn der Kraftstoffinjektor nicht vollständig geöffnet ist, geringer ist, als wenn der Kraftstoffinjektor vollständig geöffnet ist.
  • Der Kraftstoffinjektor kann vorzugsweise solenoid betätigt sein, und die Steuervorrichtung kann die Änderung des Stroms oder der Spannung, die von dem Injektor gezogen werden, erfassen, um hierdurch die Verzögerungszeit zu bestimmten, die auch als die "Einschalt"-Zeit des Kraftstoffinjektors bekannt ist.
  • Die Steuervorrichtung kann die Maschine so betätigen, daß eine geschichtete gasförmige Kraftstoffladung vor der Zündung in der Verbrennungskammer vorhanden ist. Ein Weg, durch den die geschichtete Ladung erzielt werden kann, ist in dem früheren Australischen Patent Nr. 592990 der Anmelderin beschrieben und wird hier im Einzelnen nicht erläutert.
  • Der Kraftstoffinjektor kann zumindest eine Kontaktfläche enthalten, wobei zumindest ein Schmiermittel oder ein Reinigungszusatz zu der mindestens einen Kontaktfläche geliefert werden können. Der Kraftstoffinjektor kann eine Ventilkopf und einen Ventilsitz enthalten, wobei der Ventilkopf dichtend mit dem Ventilsitz in Eingriff ist, wenn der Kraftstoffinjektor in einer geschlossenen Position ist, wobei zumindest das Schmiermittel oder der Reinigungszusatz zu der Kontaktfläche zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilsitz geliefert werden können. Da der gasförmige Kraftstoff "trocken" ist, ist die Gefahr einer Reibungsabnutzung des Ventilkopfes und des Ventilsitzes höher als in dem Fall mit flüssigen Kraftstoffen, welche eine Schmierwirkung auf die Kontaktfläche haben. Eine Schmierung kann daher für die Kontaktfläche erforderlich sein, um diese Abnutzung zu minimieren oder zu verhindern. Weiterhin hilft der Reinigungszusatz, jeglichen Aufbau einer Ablagerung auf Kontaktflächen zu entfernen, insbesondere zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilglied.
  • Der Kraftstoffinjektor kann ein nach außen öffnender Injektor vom Tellertyp mit einem Tellerventil sein. Der Ventilkopf des Tellerventils kann eine nach außen divergierende Form haben, und der Ventilsitz kann eine Oberfläche haben, welche mit der Form des Ventilkopfes zusammenwirkt, um einen dichtenden Eingriff hierzwischen zu erzielen. Der Ventilkopf kann beispielsweise im Wesentlichen eine halbkugelförmige Gestalt haben. Der Ventilkopf kann durch eine elektrische Solenoidanordnung mit einem zwischen definierten Endanschlägen bewegbaren Anker betätigbar sein. Die Aufschlagfläche zwischen dem Anker und den Endanschlägen kann ebenfalls oder alternativ geschmiert werden.
  • Gewöhnlich kann einer der Endanschläge die Kontaktfläche zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilsitz sein. Das Schmiermittel kann vorzugsweise zu dem gasförmigen Kraftstoff stromaufwärts des Kraftstoffinjektors geliefert werden.
  • Die Kraftstoffzuführungsvorrichtung kann vorteilhaft ein Strömungssteuerventil enthalten, um die Kraftstoffzuführung zu dem Kraftstoffinjektor zu steuern, wobei das Strömungssteuerventil vorzugsweise durch eine Betätigungsvorrichtung betätigt wird. Das Strömungssteuerventil kann zwischen einer offenen Position, in der gasförmiger Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor geliefert wird, und einer geschlossenen Position, in welcher die Strömung von gasförmigen Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor zu verhindern ist, bewegbar sein. Das Strömungssteuerventil kann in der geschlossenen Position sein, wenn die Maschine nicht in Betrieb ist. Das Strömungssteuerventil kann vorteilhaft auch eine Schmiermittel- Zuführungsvorrichtung enthalten, welche die Betätigungsvorrichtung verwendet, um eine Schmiermittel- Pumpvorrichtung zu betreiben. Die Betätigungsvorrichtung kann vom elektromechanischen Solenoidtyp sein. Bei einer alternativen Anordnung kann die Betätigungsvorrichtung ein auf Druck ansprechendes Glied sein. Z. B. kann die Betätigungsvorrichtung ein pneumatisches Betätigungsglied sein.
  • Die Schmiermittel-Zuführungsvorrichtung liefert vorzugsweise ein dosierte Menge von Schmiermittel zu dem Kraftstoffinjektor. Die Betätigung der Schmiermittel- Pumpvorrichtung kann gleichzeitig mit der Bewegung des Strömungssteuerventils in die geöffnete Position erfolgen.
  • Die Betätigung der Schmiermittel-Pumpvorrichtung und die nachfolgende Lieferung von Schmiermittel kann mit einer Geschwindigkeit erfolgen, bei der keine bemerkenswerte Unterbrechung der Strömung von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor stattfindet.
  • Bei einer alternativen Anordnung kann der gasförmige Kraftstoff mit einem relativ konstanten Druck zu dem Kraftstoffinjektor geliefert werden. Zu diesem Zweck kann das Strömungssteuerventil den Druck des gasförmigen Kraftstoffs regulieren. Der regulierte Druck des gasförmigen Kraftstoffs kann vorteilhaft zwischen 380 kPa und 1,2 MPa liegen. Insbesondere kann der geregelte Druck des gasförmigen Kraftstoffs bei etwa 450 kPa liegen.
  • Die Kraftstoffzuführungsvorrichtung kann auch einen Kraftstofftank enthalten, wobei der Druck innerhalb des Kraftstofftanks der Dampfdruck des gasförmigen Kraftstoffs ist. Der Kraftstofftank speichert vorteilhaft den gasförmigen Kraftstoff in einem verflüssigten Zustand, wobei zumindest ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs in einem gasförmigen Zustand über dem flüssigen Kraftstoff gespeichert wird. Der zu dem Kraftstoffinjektor über die Kraftstoffzuführungsvorrichtung gelieferte gasförmige Kraftstoff kann vorteilhaft bei dem Dampfdruck des gasförmigen Kraftstoffs sein. Der Kraftstoff kann verflüssigtes Erdölgas (LPG) sein. Andere gasförmige Kraftstoffe wie verdichtetes Erdgas (CNG) könnten alternativ verwendet werden.
  • Der gasförmige Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks kann selektiv erwärmt werden, um den Dampfdruck des darin enthaltenen gasförmigen Kraftstoffs zu erhöhen. Zu diesem Zweck kann die Erwärmung des gasförmigen Kraftstoffs zumindest teilweise erreicht werden durch Erwärmen der Wände des Kraftstofftanks durch thermischen Kontakt mit Abgasen oder dem Kühlmittel der Maschine. Jede andere Abfallwärme der Maschine kann auch zum Erwärmen der Wände des Tanks verwendet werden.
  • Der Kraftstofftank kann ein herkömmliches Druckgefäß sein, das z. B. eine kugelförmige oder zylindrische Gestalt und kuppelförmige oder flache Enden hat. Es ist jedoch vorteilhaft, daß das Oberflächen/Volumen- Verhältnis des Kraftstofftanks größer ist als das bei herkömmlich ausgebildeten Druckgefäßen, wobei die Wände des Kraftstofftanks als Wärmetauscherfläche zum Erwärmen des gasförmigen Kraftstoffs wirken. Bei einer bevorzugten Anordnung kann der Kraftstofftank Mittel wie beispielsweise externe Rippen enthalten, um das Oberflächen/Volumen-Verhältnis des Kraftstofftanks zu maximieren. Das Vorsehen von Rippen auf dem Tank unterstützt die Erwärmung des gasförmigen Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks.
  • Bei einer alternativen Anordnung kann ein mit dem Kraftstofftank verbundener Hilfsspeicher vorgesehen sein. Der Hilfsspeicher kann ein kleineres Volumen als der Kraftstofftank aufweisen, und er kann erwärmt werden, um den erhöhten Dampfdruck zu erzeugen. Der Hilfsspeicher sieht wirksam einen externen Wärmetauscher vor, um den flüssigen Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu erwärmen. Eine Kraftstoffpumpe kann erforderlich sein, um flüssigen Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in den Hilfsspeicher zu pumpen aufgrund des höheren Druckes in diesem. Der Vorteil der Erwärmung eines kleineren Hilfsspeichers besteht darin, daß in diesem eine geringere thermische Trägheit besteht, als wenn der größere Kraftstofftank zu erwärmen ist. Dies führt zu einer schnelleren Erwärmung des gasförmigen Kraftstoffs. Dies ist besonders vorteilhaft beim Betrieb in kalter Umgebung und insbesondere beim Start der Maschine.
  • Die Kraftstoffzuführungsvorrichtung kann auch Verbindungsmittel enthalten, die den Kraftstofftank mit den Kraftstoffinjektoren verbinden. Der Kraftstofftank und die Verbindungsmittel können so positioniert sein, daß Einlaßluft zu der Maschine auch oder alternativ den gasförmigen Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks und/oder den Verbindungsmitteln erwärmen kann. Dies hilft, die Einlaßluft zu kühlen, was hilft, die Ausgangsleistung der Maschine zu erhöhen.
  • Während zumindest einigen Maschinenbetriebszuständen kann die Startfolge der Maschine erreicht werden durch das Zünden wenigstens einer der Verbrennungskammern der Maschine und verläßt sich nicht auf die Erteilung einer anfänglichen Bewegung auf die sich hin- und herbewegenden Teile der Maschine wie den Kolben durch eine getrennte mechanische Vorrichtung. Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung zumindest eine Verbrennungskammer für das anfängliche Zünden von dieser auswählen, wobei der Kraftstoffinjektor in der Verbrennungskammer in einer vorbestimmten Weise geöffnet ist und die Zündkerze in dieser Verbrennungskammer in einer vorbestimmten Weise gezündet wird, um zu bewirken, daß sich der Kolben durch zumindest einen Teil seines Leistungshubes bewegt.
  • Da der gasförmige Kraftstoff unter sehr hohen Druckzuständen gespeichert werden kann, insbesondere in dem Fall von CNG, ist ins Auge gefaßt, daß der Regulierungsprozeß zum Herabsetzen des Druckes des gasförmigen Kraftstoffs nützliche Arbeit für den Betrieb der Maschine liefern könnte. Z. B. könnte eine Turbinenvorrichtung wie ein Turbolader durch die Gasströmung betrieben werden. Somit wird der Kraftstoffdruck gedrosselt und reguliert, während er nützliche Arbeit für die Maschine liefert.
  • Das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff kann Teil eines Hybridkraftstoffsystems sein. Insbesondere kann das Hybridkraftstoffsystem mit gasförmigem Kraftstoff in bestimmten Betriebsperioden arbeiten, während es in anderen Betriebsperioden mit flüssigem Kraftstoff arbeitet.
  • Das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff kann beispielsweise das Maschinenkraftstoff- Einspritzsystem der Anmelderin, wie es im Australischen Patent Nr. 321820 gezeigt ist, enthalten. Das System kann daher auch einen Luftkompressor oder eine externe Luftzuführungsquelle sowie eine Zuführungsquelle für flüssigen Kraftstoff enthalten. Alternativ kann das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff das Kraftstoffeinspritzsystem für kleine Maschinen der Anmelderin enthalten, wie es in der Internationalen Anmeldung Nr. PCT/AU94/00210 gezeigt ist, das eine Akkumulatorkammer zum Sammeln von Gas aus der Verbrennungskammer für den nächsten Einspritzvorgang verwendet. In beiden obigen Anordnungen kann das Steuersystem des Kraftstoffeinspritzsystems so eingestellt werden, daß die Steuerparameter wie die Öffnungs- und Schließzeit der Kraftstoffinjektoren, die Einspritzdauer, die Zündzeit usw. in Abhängigkeit von dem zugeführten Kraftstoff modifiziert werden.
  • Die Verbrennungsmaschine kann vorzugsweise im Zweitaktzyklus arbeiten. Zu diesem Zweck kann die Maschine zweckmäßig mit Kolbensteuereinlaß- und -auslaßöffnungen arbeiten.
  • Die vorliegende Erfindung ist besser verständlich anhand der folgenden Beschreibung einer praktischen Ausbildung des Direkteinspritzsystems für gasförmigen Kraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in den begleitenden Zeichnungen illustriert ist, worin:
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Direkteinspritzsystems für gasförmigen Kraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, das bei einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine verwendet wird;
  • Fig. 2 ist ein alternativen Ausführungsbeispiel des Kraftstofftanks gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der Einspritzzeit eines Kraftstoffinjektors des in Fig. 1 gezeigten Systems; und
  • Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des Direkteinspritzsystems für gasförmigen Kraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, das bei einer Viertakt-Verbrennungsmaschine verwendet wird.
  • Das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff wird hauptsächlich in Verbindung mit einer funkengezündeten Zweitakt-Verbrennungsmaschine beschrieben. Das System ist jedoch auch auf Viertaktmaschinen anwendbar.
  • Es wird anfänglich auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß welcher das System gasförmigen Kraftstoff zu einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine 1 liefert, welche zumindest einen Zylinder mit einer Verbrennungskammer 10, einer Einlaßöffnung 11, einer Auslaßöffnung 8 und einem Kolben 12 zum Steuern des Öffnens und Schließens der Einlaßöffnung 11 und der Auslaßöffnung 8 enthält. Gasförmiger Kraftstoff wird durch einen Kraftstoffinjektor 9 in die Verbrennungskammer 10 geliefert. Der gasförmige Kraftstoff kann z. B. LPG sein, welches im Kraftstofftank 2 gespeichert ist. Ein Teil 14 des LPG wird in dem Kraftstofftank 2 in einem verflüssigten Zustand gespeichert, während ein gasförmiger Teil 15 des LPG über dem verflüssigten Teil 14 hiervon gespeichert wird. Der Kraftstofftank 2 ist mit dem Kraftstoffinjektor 9 durch eine Kraftstoff-Zuführungsleitung 13 verbunden. Ein Druckregler 4 ist entlang der Kraftstoffleitung 13 vorgesehen, um den Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs zum Kraftstoffinjektor 9 zu regeln.
  • Ein Schmiersystem ist ebenfalls für die Maschine 1 vorgesehen, welches System einen Öltank 6 zum Speichern des Schmieröls und eine Ölpumpe 5 enthält. Die Ölpumpe 5 kann von jedem zweckmäßigen Typ sein wie einem elektropneumatischen Typ oder kann z. B. durch den Kurbelgehäusedruck innerhalb des Kurbelgehäuses 16 der Maschine 1 betätigt werden. Schmieröl wird durch die Ölpumpe 5 zu einem Ölnippel 20 gepumpt, der sich in dem Lufteinlaß 17 der Maschine 1 stromaufwärts des Lufteinlaßventils 18 befindet. Die Ölpumpe 5 liefert auch Schmieröl zu der Kraftstoff-Zuführungsleitung 13 stromaufwärts des Kraftstoffinjektors 9, um hierdurch den Kraftstoffinjektor 9 zu schmieren. Da der gasförmige Kraftstoff in einem trockenen gasförmigen Zustand zu dem Kraftstoffinjektor 9 geliefert wird, ist Schmieröl erforderlich, um den Injektor 9 zu schmieren, insbesondere an den Aufschlagflächen des Ventilkopfes und des Ventilsitzes hiervon.
  • Die Arbeitsweise des Kraftstoffinjektors 9 wird durch eine elektronische Steuereinheit 3 gesteuert, die durch eine getrennte elektrische Leistungszuführung 8 gespeist wird. Die elektronische Steuereinheit 3 kann die Dauer der Öffnungsperiode des Kraftstoffinjektors 9 sowie den Punkt, an welchem der Kraftstoffinjektor 9 während eines Maschinenzyklus geöffnet und geschlossen wird, steuern. Die elektronische Steuereinheit 3 erhält Eingangssignale von verschiedenen Sensoren, die Informationen über die Betriebszustände der Maschine 1 liefern, sowie die Anforderung durch den Fahrer, und gibt Steuersignale zu bestimmten Maschinenkomponenten aus. Die Anforderung durch den Fahrer kann entweder als eine Lastanforderung oder als eine Geschwindigkeitsanforderung in Abhängigkeit von der verwendeten Steuerstrategie bestimmt werden.
  • Z. B. kann eine Bestimmung der Anforderung durch den Fahrer erhalten werden von einem Drosselpositionssensor 7, welcher Anforderungseingangssignal 21 zu der elektronischen Steuereinheit 3 liefert. Zahlreiche andere Sensoren werden verwendet, um Informationen über die Betriebszustände der Maschine 1 zu der elektronischen Steuereinheit 3 zu liefern. Z. B. empfängt die elektronische Steuereinheit 3 Eingangssignal, welche sich auf die Lufttemperatur 22 und die Maschinengeschwindigkeit 23 beziehen. Die elektronischen Steuereinheit 3 kann auch andere Eingangssignale wie ein Kurbelwellenpositions-Eingangssignal (z. B. TDC- Impulse) in Abhängigkeit von der besonderen Maschinenanwendung oder Konfiguration empfangen. Umgekehrt gibt die elektronische Steuereinheit 3 Steuersignale z. B. zu dem elektronischen Treiber des Kraftstoffinjektors 24 und dem elektronischen Treiber der Ölpumpe 25 aus.
  • Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der ein zweites Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 gezeigten Kraftstofftanks 2 gezeigt ist, bei dem dieser Kraftstofftank 30 mehrere äußere Rippen 31 enthält. Der Kraftstofftank 30 ist Abfallwärme 32 von der Maschine 1 wie von den Abgasen von der Maschine ausgesetzt, um hierdurch den verflüssigten Kraftstoff innerhalb des Tanks 30 zu erwärmen, damit der Dampfdruck des gasförmigen Kraftstoffs darin steigt.
  • Fig. 3 zeigt, wie der Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor 9 gesteuert wird durch Verzögern des Endes des Einspritzvorgangs, während der Start des Einspritzvorgangs auf einen vorbestimmten Punkt 42 im Maschinenzyklus gesetzt wird. Der Zylinderdruck 40 variiert als eine Funktion der Position des Kolbens 12 innerhalb des Zylinders, wobei er einen SpitzenWert gerade nach der Zündung erreicht, wenn der Kolben gerade den oberen Totpunkt (TDC) passiert hat, und auf einem Minimum ist, wenn der Kolben benachbart der Position des unteren Totpunkts (BDC) hiervon ist. Der Druck des aus dem Kraftstofftank 2, 30 gelieferten gasförmigen Kraftstoffs wird so geregelt, daß der zu dem Kraftstoffinjektor 9 gelieferte gasförmige Kraftstoff einen konstanten Druck hat. Dieser Gasdruck 41 ist daher während des Maschinenzyklus zumindest im Wesentlichen konstant. Fig. 3 zeigt, daß der Differenzdruck über dem Injektor 9 abnimmt, wenn der Endpunkt des Einspritzvorgangs vom Punkt 44 zum Punkt 43 im Maschinenzyklus verzögert wird, wobei der Differenzdruck 45 am Punkt 43 niedriger ist als der Differenzdruck 46 am Punkt 44. Wenn die Einspritzperiode aufrecht erhalten wird, führt der Abfall des Differenzdrucks zu einem entsprechenden Abfall in der Menge des während eines Maschinenzyklus von dem Kraftstoffinjektor 9 gelieferten Kraftstoffs. Die Menge des von dem Kraftstoffinjektor 9 eingespritzten Kraftstoffs kann daher z. B. durch Steuern des Zeitpunktes des Endes des Einspritzvorgangs gesteuert werden.
  • Alternativ kann die durch den Kraftstoffinjektor 9 eingespritzte Kraftstoffmenge variiert werden, indem die Dauer der Öffnungsperiode des Kraftstoffinjektors 9 konstant gehalten wird, währen der Start des Einspritzvorgangs auf einen vorbestimmten Punkt in dem Maschinenzyklus gelegt wird. Jede Verlangsamung der Maschine führt daher dazu, daß der Kraftstoffinjektor 9 im Maschinenzyklus früher schließt, so daß sich eine Zunahme des durchschnittlichen Differenzdrucks über dem Injektor 9 ergibt, und daher eine Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge, wenn sich die Maschine verlangsamt. Dies ergibt einen wünschenswerten "Drehmomentstau", um die nachfolgende Beschleunigung der Maschine 1 zu erleichtern und auch die Aufrechterhaltung einer konstanten Maschinenleerlaufgeschwindigkeit zu unterstützen.
  • Das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch auf Viertakt-Verbrennungsmaschinen anwendbar, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems nach Fig. 4 die Komponenten des Systems in Fig. 1 entsprechen, sind zweckmäßigerweise mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet. Die in Fig. 4 gezeigte Maschine 50 ist eine Viertaktmaschine vom Seitenventiltyp. Dieser Maschinentyp kann z. B. für Rasenmäher oder stationäre Maschinenanwendungen oder irgendeine andere Anwendung, die eine kostengünstige Maschine benötigen, verwendet werden.

Claims (49)

1. Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff für eine funkengezündete Brennkraftmaschine (1) mit einer Einlaßöffnung (11) zum Zuführen von Verbrennungsluft in eine Verbrennungskammer (10) der Maschine (1), wobei das Direkteinspritzsystem mindestens einen Kraftstoffinjektor (9) zum direkten Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer (10) und Mittel (13) zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor (9) enthält, worin eine bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor (9) in die Verbrennungskammer (10) eingespritzt wird und zumindest bei einigen Betriebsbedingungen hiervon das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs nach dem Schließen der Einlaßöffnung (11) initiiert wird, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (3) zum Steuern zumindest des Öffnens und Schließens des Kraftstoffinjektors (9), um hierdurch den Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor (9) zwischen dem Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs und dem Druck innerhalb der Verbrennungskammer (10) während des Einspritzvorgangs zu steuern, wobei das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs beendet wird, bevor der Verdichtungshub der Maschine (1) im Wesentlichen beendet ist, derart, daß die Menge des in die Verbrennungskammer (10) injizierten gasförmigen Kraftstoffs eine Funktion sowohl des zeitlichen Verlaufs als auch der Dauer des Einspritzvorgangs ist.
2. . Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, worin der Kraftstoffinjektor (9) die Menge des zu der Verbrennungskammer (10) gelieferten gasförmigen Kraftstoffs dosiert.
3. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Steuervorrichtung (3) die Dauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors (9) als eine Funktion der Lastanforderung durch die Bedienungsperson steuert, wobei die Steuervorrichtung (3) die erforderlichen Betriebsparameter für den Kraftstoffinjektor (9) liefert.
4. Kraftstoffsystem nach Anspruch 3, worin die Lastanforderung der Bedienungsperson als eine Funktion der Versetzung eines Gaspedals der Maschine bestimmt wird.
5. Kraftstoffsystem nach Anspruch 3 oder 4, worin die Steuervorrichtung (3) wenigstens eine Tabelle zum Bestimmen der erforderlichen Betriebsparameter für den Kraftstoffinjektor (9) enthält.
6. Kraftstoffsystem nach Anspruch 2, worin die Steuervorrichtung (3) die Dauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors (9) als eine Funktion der Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson steuert, wobei die Steuervorrichtung (3) die erforderlichen Betriebsparameter für den Kraftstoffinjektor (9) liefert.
7. Kraftstoffsystem nach Anspruch 6, worin die Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson als eine Funktion der Versetzung eines Gaspedals der Maschine bestimmt wird.
8. Kraftstoffsystem nach Anspruch 7, worin der Kraftstoffinjektor (9) gemäß einer Geschwindigkeitssteuerstrategie mit geschlossener Schleife gesteuert wird, der Betrieb des Kraftstoffinjektors (9) als eine Funktion von zumindest der Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsanforderungssignal der Bedienungsperson und der tatsächlichen Maschinengeschwindigkeit gesteuert wird, wobei die Maschinengeschwindigkeit ein Rückkopplungssignal zu der Steuervorrichtung (3) liefert.
9. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin ein Ausgangssignal der Steuervorrichtung (3), welche den Betrieb des Kraftstoffinjektors (9) steuert, eine Funktion der Größe der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson und der tatsächlichen Maschinengeschwindigkeit ist, und worin eine Zunahme der Differenz zu einer Änderung des Ausgangssignals für den Kraftstoffinjektor (9) führt.
10. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, worin ein Ausgangssignal der Steuervorrichtung (3) eine Funktion der Größe der Änderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeitsanforderung der Bedienungsperson derart ist, daß eine Zunahme der Änderungsgeschwindigkeit zu einer Zunahme der Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals für den Kraftstoffinjektor (9) führt.
11. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Betrieb des Kraftstoffinjektors (9) gesteuert wird, um eine wesentliche Differenz in dem Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor (9) zwischen zumindest zwei verschiedenen Betriebsbedingungen der Maschine (1) zu ergeben.
12. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend eine Kraftstoffzuführungsvorrichtung (2) zum Speichern und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffs.
13. Kraftstoffsystem nach Anspruch 12, worin der Druck des gasförmigen Kraftstoffs, der von der Kraftstoffzuführungsvorrichtung (2) geliefert wird, nicht geregelt ist.
14. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Steuervorrichtung (3) ausgebildet ist, um die Verzögerungszeit zwischen dem Senden eines Steuersignals von der Steuervorrichtung (3) zum Kraftstoffinjektor (9) zum Öffnen des Kraftstoffinjektors (9) und dem von der Steuervorrichtung (3) erfaßten tatsächlichen Öffnen des Injektors (9) zu erfassen.
15. Kraftstoffsystem nach Anspruch 14, worin der Kraftstoffinjektor (9) durch ein Solenoid betätigt ist und die Steuervorrichtung (3) ausgebildet ist, um die Änderung des Stroms oder der Spannung, welche(r) von dem Injektor (9) gezogen wird, zu erfassen, um hierdurch die Verzögerungszeit zu bestimmen.
16. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Steuervorrichtung (3) ausgebildet ist, um die Maschine (1) so zu betreiben, daß eine geschichtete Kraftstoffladung vor der Zündung in der Verbrennungskammer (10) vorhanden ist.
17. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Kraftstoffinjektor (9) wenigstens eine Kontaktfläche enthält, und worin zumindest einer von einem Schmierungs- und einem Reinigungszusatz zu der wenigstens einen Kontaktfläche geliefert wird.
18. Kraftstoffsystem nach Anspruch 17, worin der Kraftstoffinjektor (9) einen Ventilkopf und einen Ventilsitz enthält, und worin zumindest einer von dem Schmierungs- und Reinigungszusatz zu der Steuerfläche zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkopf geliefert wird.
19. Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 17 oder 18, worin der Kraftstoffinjektor (9) durch eine Solenoidanordnung mit einem bewegbaren Anker betätigt wird und der Kraftstoffinjektor (9) weiterhin Anschlagmittel zum Begrenzen der Bewegung des Ankers enthält, wobei zumindest einer von dem Schmierungs- und Reinigungszusatz zu der Kontaktfläche zwischen dem Anker und den Anschlagmitteln geliefert wird.
20. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, worin zumindest einer von dem Schmierungs- und Reinigungszusatz zu dem gasförmigen Kraftstoff stromaufwärts des Kraftstoffinjektors (9) geliefert wird.
21. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, worin die Kraftstoff-Zuführungsvorrichtung für die Maschine (1) ein Strömungssteuerventil zum Steuern der Kraftstoffzuführung zu dem Kraftstoffinjektor (9) enthält.
22. Kraftstoffsystem nach Anspruch 21, worin das Strömungssteuerventil durch eine Betätigungsvorrichtung betätigt wird, und worin die Strömungssteuerventile eine Schmiermittel-Zuführungsvorrichtung enthalten, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Schmiermittel-Pumpvorrichtung (5) der Schmiermittel-Zuführungsvorrichtung betreibt.
23. Kraftstoffsystem nach Anspruch 22, worin die Betätigungsvorrichtung vom Typ eines elektromechanischen Solenoids ist.
24. Kraftstoffsystem nach Anspruch 22, worin die Betätigungsvorrichtung eine pneumatische Betätigungsvorrichtung ist.
25. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, worin das Strömungssteuerventil ausgebildet ist, um den Druck des gasförmigen Kraftstoffs zu regulieren.
26. Kraftstoffsystem nach Anspruch 25, worin der Druck des gasförmigen Kraftstoffs zwischen 380 kPa und 1,2 MPa liegt.
27. Kraftstoffsystem nach Anspruch 26, worin der Druck des gasförmigen Kraftstoffs etwa 450 kPa beträgt.
28. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Kraftstoffzuführungsvorrichtung einen Kraftstofftank (2; 30) enthält, wobei der Druck innerhalb des Kraftstofftanks der Dampfdruck des gasförmigen Kraftstoffs (15) ist.
29. Kraftstoffsystem nach Anspruch 28, worin der Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs zu der Maschine der Dampfdruck des gasförmigen Kraftstoffs (15) ist.
30. Kraftstoffsystem nach Anspruch 28 oder 29, worin der gasförmige Kraftstoff (15) flüssiges Propangas (LPG) ist.
31. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 28 bis 30, enthaltend eine Heizvorrichtung (32) zum Erwärmen des gasförmigen Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks (30).
32. Kraftstoffsystem nach Anspruch 31, worin der Kraftstofftank Mittel (31) zum Maximieren des Oberflächen/Volumen-Verhältnisses des Kraftstofftanks (30) enthält.
33. Kraftstoffsystem nach Anspruch 32, worin die Mittel Rippen (31) enthalten, die auf dem Äußeren des Kraftstofftanks (30) vorgesehen sind.
34. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 31 bis 33, worin die Heizvorrichtung eine relativ kleinere Hilfsspeichervorrichtung enthält, die mit dem Kraftstofftank (30) verbunden ist, und eine Heizvorrichtung für die Hilfsspeichervorrichtung,
35. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 31 bis 33, enthaltend Verbindungsmittel (4, 13) zwischen dem Kraftstofftank (2; 30) und dem Injektor (9), und Mittel zum Erwärmen der Verbindungsmittel.
36. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Einspritzvorgang auf die Periode des Maschinenzyklus zwischen 180º vor dem oberen Totpunkt und 45º vor dem oberen Totpunkt begrenzt ist.
37. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der gasförmige Kraftstoff unter sehr hohen Druckbedingungen gespeichert ist und der Regulierungsvorgang zum Herabsetzen des Druckes des gasförmigen Kraftstoffs nützliche Arbeit für den Betrieb der Maschine liefert.
38. Kraftstoffsystem nach Anspruch 37, weiterhin enthaltend eine Turbinenvorrichtung.
39. Kraftstoffsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Direkteinspritzsystem für gasförmigen Kraftstoff Teil eines Hybridkraftstoffsystems ist, wobei das System zwischen gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen wechselt.
40. Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzsystems für gasförmigen Kraftstoff für eine funkengezündete Brennkraftmaschine (1) mit einer Einlaßöffnung (11) zum Zuführen von Verbrennungsluft in eine Verbrennungskammer (10) der Maschine (1), wobei das Direkteinspritzsystem wenigstens einen Kraftstoffinjektor (9) zum direkten Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer (10) und Mittel (13) zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor (9) aufweist, und wobei eine bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor (9) in die Verbrennungskammer (10) eingespritzt wird, welches Verfahren die Initiierung der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff nach dem Schließen der Einlaßöffnung (11) enthält, gekennzeichnet durch die Schritte des Steuerns zumindest des Öffnens und Schließens des Kraftstoffinjektors, um hierdurch den Differenzdruck über dem Kraftstoffinjektor (9) zwischen dem Zuführungsdruck des gasförmigen Kraftstoffs und dem Druck innerhalb der Verbrennungskammer (10) während des Einspritzvorgangs zu steuern, und des Beendens der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff, bevor der Verdichtungshub der Maschine (1) wenigstens an einigen Punkten wesentlich beendet ist, wenn die Maschine unterhalb eines Betriebszustands mit maximaler Last hiervon arbeitet, wodurch die bestimmte Menge von gasförmigem Kraftstoff, die in die Verbrennungskammer (10) eingespritzt wird,. eine Funktion sowohl von dem Zeitverlauf als auch der Dauer des Einspritzvorgangs ist.
41. Verfahren nach Anspruch 40, enthaltend den Schritt des Dosierens des zu der Verbrennungskammer (10) gelieferten gasförmigen Kraftstoffs durch Verändern des Zeitpunkts des Schließens des Kraftstoffinjektors (9) relativ zum Maschinenzyklus während des Einspritzvorgangs.
42. Verfahren nach Anspruch 41, enthaltend das Konstanthalten der Gesamtdauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors.
43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, enthaltend die Beendigung des Einspritzvorgangs, nachdem der Druck in der Verbrennungskammer während des Maschinenzyklus beträchtlich angestiegen ist.
44. Verfahren nach Anspruch 43, enthaltend die Beendigung des Einspritzvorgangs, nachdem die Einlaß- (11) und die Auslaßöffnung (8) der Verbrennungskammer (10) geschlossen haben.
45. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, enthaltend die Beendigung des Einspritzvorgangs vor irgendeinem beträchtlichen Anstieg des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer, der mit dem Verdichtungshub der Maschine verbunden ist.
46. Verfahren nach Anspruch 40, welches, wenn die Maschine im Leerlaufzustand ist, den weiteren Schritt des anfänglichen Öffnens des Kraftstoffinjektors (9) an einem vorbestimmten Punkt im Maschinenzyklus, des Haltens der Dauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors (9) zumindest im Wesentlichen konstant, derart, daß die Schließung des Kraftstoffinjektors (9) erfolgt, nachdem der Druck innerhalb der Verbrennungskammer (10) begonnen hat, beträchtlich anzusteigen, aufweist.
47. Verfahren nach Anspruch 46, enthaltend das Schließen des Kraftstoffinjektors (9), nachdem die Einlaß- (11) und die Auslaßöffnung (8) der Verbrennungskammer (10) geschlossen sind.
48. Verfahren nach Anspruch 40, enthaltend die Steuerung des Startvorgangs der Maschine (1) durch Auswahl wenigstens einer Verbrennungskammer (10) für die anfängliche Zündung von dieser, Öffnen des Kraftstoffinjektors (9) in der wenigstens einen Verbrennungskammer (10) in einer vorbestimmten Weise, und Zünden einer Zündkerze der wenigstens einen Verbrennungskammer (10) in einer vorbestimmten Weise, um hierdurch zu bewirken, daß der Kolben der Verbrennungskammer (10) sich über wenigstens einen Teil eines Leistungshubs hiervon bewegt.
49. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, worin bei wenigstens einigen Betriebszuständen hiervon die Dauer der Einspritzperiode im Wesentlichen in der Zeitdomäne festgelegt ist und sich nicht wesentlich in Abhängigkeit von einer gegebenen Änderung der Maschinengeschwindigkeit ändert.
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