DE69909904T2

DE69909904T2 - Verfahren zum Steuern der Kraftstoffpumpe in Fahrzeugen mit Doppeltbrennstoffvergasung

Info

Publication number: DE69909904T2
Application number: DE69909904T
Authority: DE
Inventors: Patrick Leveau; Frederic Roque
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: ES2199533T3; DE69909904D1; EP0964138A1; EP0964138B1; FR2779767A1; FR2779767B1

Description

Um den Vorschriften hinsichtlich der Verringerung der Luftverschmutzung zu entsprechen, die eine Reduzierung der Emission von Schadstoffen verlangen, insbesondere von Kohlendioxyd, besteht eine Möglichkeit darin, Flüssiggas (GPL) als Kraftstoff zu verwenden. Dieser Kraftstoff bietet den Vorteil einer geringen Schadstoffemission, ist wirtschaftlich und derzeit verfügbar.
GPL ist ein Gemisch aus zwei Kohlenwasserstoffen, Butan und Propan, die durch Raffinieren von Erdöl erhalten werden oder durch Abtrennung aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, die im Gas enthalten sind. Das Flüssiggas ist außerdem ein gasförmiger Kraftstoff bei atmosphärischem Druck und bei der Temperatur der Umgebung. Steigt jedoch der Druck, so verflüssigt er sich sodass er leicht in flüssiger Form in einem entsprechenden Tank gelagert werden kann, wobei der Druck in der Größenordnung von 7 Bar liegt. Dadurch wird es möglich, eine relativ große Menge an Energie in einem relativ kleinen Volumen zu lagern.
Auf Grund einer sehr guten Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemisches und eines geringen Gehaltes an Kohlenstoff sowie an Schwefel ist die durch Flüssiggas bedingte Luftverschmutzung erheblich geringer als diejenige, die durch Benzin bewirkt wird, wobei gleichzeitig weniger übelriechende Dämpfe entstehen. Die Emissionen von Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd können unter anderem um etwa 12% verringert werden, verglichen mit denjenigen, die bei der Verwendung von Benzin entstehen.
Außer diesen Vorteilen besitzt Flüssiggas noch einen höheren Brennwert als Benzin, eine höhere Oktanzahl, die den Wirkungsgrad verbessert und den Verbrauch senkt und eine schneller ablaufende vollständige Verbrennung.
Derzeit gibt es Fahrzeuge, die mit beiden Kraftstoffarten betrieben werden, das heißt, sowohl mit Benzin als auch mit Flüssiggas, wobei diese neben dem herkömmlichen System für den Betrieb mit Benzin, das von einem elektronischen Rechner für die Motorsteuerung angesteuert wird und das mit einem Katalysator und mit einer Lambda-Sonde versehen ist, noch ein System für die Versorgung des Motors mit Flüssiggas aufweist, das mit einer Umschaltanordnung für den Kraftstoff zusammen arbeitet, die vom Fahrer betätigt wird.
Wie die einzige Figur zeigt, in der schematisch ein Motor mit einer Doppelversorgung dargestellt ist, besteht das System vor allem aus einem Tank 1, der zylindrisch oder wulstförmig ausgestaltet sein kann und der mit einem elektrischen Sicherheitsventil 2 versehen ist, das dazu dient, den Tank beim Abstellen des Motors von diesem zu trennen.
Außerdem weist er einen mit einem Entspannungsventil versehenen Verdampfer 3 auf, der von einer Leitung 4 erwärmt wird, die vom Wasserkühlkreis für den Motor abzweigt und die dafür sorgt, dass das den Tank verlassende Flüssiggas in den gasförmigen Zustand überführt wird. Ferner ist ein Elektroventil 5 als zusätzliches Sicherheitsventil vorgesehen.
Am Ausgang des Entspannungsventils 3 ist eine Betätigungsanordnung 6 vorgesehen für die Einstellung der Anreicherung im Hinblick auf eine Dosierung des Flüssiggases in einem Venturi-Luft-Gas-Mischer, der stromaufwärts einer Drosselklappe 8 im Lufteinlasskreis 9 für den Motor vorgesehen ist. Ihre Bestimmung ist es, das Flüssiggas in den Einlasskreis einzuleiten.
Ein elektronischer Rechner 10 übernimmt die Steuerung der Betätigungsanordnung 6, der elektrischen Sicherheitsventile 2 und 5 und des Unterbrechens der Einspritzung von Benzin. Zu diesem Zweck ist er mit dem elektronischen Rechner 11 für die Steuerung des Motors verbunden, der sich im Benzin-Versorgungskreis befindet. Daneben ist er mit dem Armaturenbrett 17 des Fahrzeuges verbunden, in dem eine Anzeige für den Betrieb mit Flüssiggas vorgesehen ist.
Ein Umschalter 16 ist mit dem Rechner 10 für die Steuerung des Flüssiggas-Versorgungskreises verbunden und bietet damit dem Fahrer die Möglichkeit, die Betriebsart für den Motor, das heißt den Antrieb mittels Benzin oder mittels Flüssiggas, auszuwählen.
Im Folgenden wird die Betriebsart mit Flüssiggas näher erläutert. Das Flüssiggas tritt aus dem Tank 1 unter Druck aus und geht in dem mit dem Entspannungsventil versehenen Verdampfer in den gasförmigen Zustand über, bevor es in den Lufteinlasskreis eingeleitet wird mittels des stromaufwärts der Drosselklappe angeordneten Mischers. Die angesaugte Menge an gasförmigem GPL ist eine Funktion des im Mischer herrschenden Innendrucks. Die Versorgung des Motors mit GPL wird gesteuert ausgehend von der Messung der Zusammensetzung der Abgase mittels der Lambda-Sonde 18, die stromaufwärts des mit dem Katalysator versehenen Auspufftopfes 18 angeordnet ist. Dabei wird die Dosierung durch eine Betätigung des Schrittmotors der Betätigungsanordnung 6 durchgeführt.
Der Vorteil eines Fahrzeuges mit zweifacher Kraftstoffversorgung besteht darin, dass der Fahrer über zwei Energiequellen verfügt, die unabhängig voneinander sind, wodurch die Reichweite des Fahrzeuges vergrößert wird. Die beiden Kraftstoffe kommen aus verschiedenen Behältern, wobei der Tank für das Benzin unverändert bleibt beim Einbau des Tanks für das Flüssiggas.
Der Tank für das Flüssiggas wird durch Verformung eines Stahlblechs hergestellt und ist derart ausgelegt, dass er Krafteinwirkungen und Hitzeeinwirkungen entsprechend den bestehenden Normen widersteht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Benzinpumpe eines Fahrzeuges mit doppelter Kraftstoffversorgung zu schützen. Die derzeit verwendete Benzinpumpe 12 dient dazu, Benzin aus dem Tank 13 den Zylindern des Motors über die Einspritzdüsen 14 zuzuführen, die stromabwärts der Drosselklappe für die Luftzufuhr angeordnet sind, wie die Figur zeigt. Sie wird derart angesteuert, dass sie ständig läuft, selbst wenn der Fahrer den Motor mit Flüssiggas versorgt. Diese Funktionsweise ist mit zwei Nachteilen behaftet (siehe WO 83/03120).
Der erste Nachteil besteht darin, dass sie versagt, wie es dann der Fall sein kann, wenn der Fahrer auf den Betrieb mit Flüssiggas umschaltet, da nunmehr die Benzinpumpe nicht mehr durch das Benzin geschmiert wird und daher trocken läuft. Dies kann zu ihrer Zerstörung führen, sodass das Fahrzeug nicht mehr gestartet werden kann.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass das Fahrzeug immer mit Benzinantrieb starten muss, selbst wenn der Fahrer zum Start auf den Antrieb mit Flüssiggas umgeschaltet hat. Diese Umschaltung vom Antrieb mit Benzin auf den Antrieb mit Flüssiggas wird erst nach einer bestimmten Betriebszeit des Motors wirksam.
Der zweite Nachteil besteht darin, dass auch bei Antrieb mit Flüssiggas die Benzinpumpe durch ihren ununterbrochenen Betrieb ständig Benzin fördert, das über eine Rückkehrleitung dem Tank wieder zugeführt wird, wobei die Förderleistung bei 100 Litern pro Stunde liegt. Dieser permanente Betrieb der Pumpe führt zu einem unnötigen Stromverbrauch.
Im Hinblick auf eine Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Betriebes der Benzinpumpe eines Verbrennungsmotors für ein mit doppelter Kraftstoffversorgung ausgerüstetes Fahrzeug vor, mittels eines ersten Systems zur Versorgung des Motors mit Benzin, das von einem ersten elektronischen Rechner gesteuert wird, wobei das Benzin von einem Tank durch eine Pumpe über eine Engstelle für die Druckerhöhung den stromabwärts der im Einlasskreis für die Luft angeordneten Drosselklappe für die Luftzufuhr angeordneten Einspritzdüsen zugeführt wird und mittels eines zweiten Systems zur Versorgung des Motors mit Flüssiggas (GPL), das stromaufwärts der Drosselklappe angeordnet ist und das von einem zweiten elektronischen Rechner angesteuert wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass im Fall des Antriebs des Motors mit Flüssiggas der elektronische Rechner für die Überwachung der Versorgung des Motors mit Benzin den Motor der Benzinpumpe in intermittierender und periodischer Weise dergestalt ansteuert, dass die Betriebszeit des Motors der Benzinpumpe derart bemessen ist, dass die Beaufschlagung der Engstelle mit Druck gewährleistet ist und dass die Dauer eines Stillstands des Motors der Benzinpumpe dergestalt festgelegt wird, dass der Druck an der Engstelle nicht unterhalb eines Wertes für den Restdruck fällt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das Verfahren darin, dass im Fall einer Temperatur für die Luft und das Kühlwasser, die höher sind als die Temperatur, bei der ein Perkollieren des Benzins einsetzt, ein permanenter Betrieb der Benzinpumpe angesteuert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung hervor.
Um einerseits zu verhindern, dass die oben erwähnten Nachteile bei einem permanenten Betrieb der Benzinpumpe 12 auftreten während des Antriebs der Motors mit Flüssiggas und andererseits zu verhindern, dass der Motor dieser Pumpe sich festfrisst bei einem möglichen Leerlauf, oder wenn sie gar nicht derart angesteuert wird, sodass der Druck in der Engstelle 15 für die Druckerhöhung des Benzins abfällt, schlägt die Erfindung einen intermittierenden und periodischen Betrieb vor.
Wenn der Fahrer des Fahrzeuges auf die Versorgung mit Flüssiggas umschaltet, steuert der elektronische Rechner 11 für die Steuerung des Motors einen Betrieb der Benzinpumpe 12 während einer vorgegebenen Zeitdauer um so einen Druck in der Größenordnung von 3 bis 3,5 Bar in der Engstelle 15 für die Zufuhr des Benzins zu den Einspritzdüsen 14 aufrecht zu erhalten, zum Beispiel während 8 Sekunden, wonach der Betrieb des Motors der Benzinpumpe für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 30 Minuten unterbrochen wird. Diese Dauer des Stillstands wird berechnet als Funktion der Bauart der Pumpe und der Auslegung des Einspritzkreises für das Benzin, sodass der Druck in der Engstelle nicht unter einen Restdruck fällt. Der Wert des Restdrucks liegt in der Nähe von 1 Bar und ist ein Schwellwert, unterhalb dem eine Umschaltung von der Versorgung des Motors mit Flüssiggas auf die Versorgung mit Benzin nur schwierig zu bewerkstelligen ist ohne vom Fahrer wahrnehmbares Stottern.
Der intermittierende und periodische Betrieb führt zu einer Entlastung der elektrischen Pumpe, wenn der Fahrer sein Fahrzeug hauptsächlich mit Flüssiggas betreibt und ermöglicht eine Diagnose des Steuerkreises für die Pumpe. Beim Start des Fahrzeuges wird, selbst wenn der Fahrer entscheidet, sofort die Versorgung des Motors mit Flüssiggas durchzuführen, die Benzinpumpe für mindestens eine Sekunde in Betrieb genommen bei Einschalten der Zündung um den dafür erforderlichen Startvorgang mittels Benzin zu gewährleisten.
Hat der Fahrer auf den Betrieb mit Benzin umgeschaltet, so läuft die Pumpe wieder kontinuierlich.
Sofern die Temperaturen der Luft und des Kühlwassers für den Motor sich erhöhen und dabei einen Wert von zum Beispiel 60°C bzw. 100°C überschreiten, sodass das Risiko eines Perkollieren des Benzins besteht, das heißt einer Dampfblasenbildung im Versorgungskreis, wird zu einem permanenten Betrieb der Pumpe übergegangen.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Betriebes der Benzinpumpe eines Verbrennungsmotors für ein mit doppelter Kraftstoffversorgung ausgerüstetes Fahrzeug mittels eines ersten Systems zur Versorgung des Motors mit Benzin, das von einem ersten elektronischen Rechner gesteuert wird, wobei das Benzin von einem Tank durch eine Pumpe über eine Engstelle für die Druckerhöhung den stromabwärts der im Einlasskreis für die Luft angeordneten Drosselklappe für die Luftzufuhr angeordneten Einspritzdüsen zugeführt wird und mittels eines zweiten Systems zur Versorgung des Motors mit Flüssiggas (GPL), das stromaufwärts der Drosselklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall des Antriebs des Motors mit Flüssiggas der elektronische Rechner (11) für die Überwachung der Versorgung des Motors mit Benzin den Motor der Benzinpumpe (12) in intermittierender und periodischer Weise derart ansteuert, dass die Betriebszeit des Motors der Benzinpumpe derart bemessen ist, dass die Beaufschlagung der Engstelle (15) mit Druck gewährleistet ist und dass die Dauer des Stillstands dieses Motors derart festgelegt wird, dass der Druck in der Engstelle nicht unterhalb eines Wertes für den Restdruck fällt.
Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Fahrer des Fahrzeuges auf den Antrieb des Motors mit Flüssiggas umgeschaltet hat, die Benzinpumpe (12) derart angesteuert wird, dass sie permanent läuft, wenn die Werte für die Temperatur der Luft und für die Temperatur des Kühlwassers für den Motor oberhalb von Schwellwerten liegen, bei denen ein Perkollieren des Benzins einsetzt.
Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Betriebes des Motors der Benzinpumpe (12), die vom elektronischen Rechner (11) gesteuert wird, 8 Sekunden beträgt.
Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Stillstands des Motors der Benzinpumpe (12), die durch den ersten elektronischen Rechner (11) gesteuert wird, 30 Minuten beträgt