JP6978429B2 - エンジンを動作させるための装置 - Google Patents

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Description

本発明は、オートガス(LPG)、天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG)、バイオガス又は水素(H)といった液化ガス燃料を用い、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードでエンジンを動作させるための装置及び方法に関する。
ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの場合、適正な燃焼プロセスとなるようにガソリン又はディーゼルがエンジンに供給されることを、通常はエンジン制御ユニットが保証する。
LPG又はCNGによる動作のために、車両をレトロフィットすなわち追加装備すべき場合、LPG又はCNGを用いてもエンジンを動作させることができるよう、通常はアドオン制御ユニットが車両内に設置される。
独国特許出願公開第102010039844号明細書、独国特許出願公開第102011075223号明細書、独国特許発明第102012100115号明細書、国際公開第2014166534号、国際公開第2011101394号、独国特許出願公開第201010008289号明細書、独国特許出願公開第102012017440号明細書、独国特許出願公開第102006030495号明細書、国際公開第2007092142号、及び独国特許発明第102006022357号明細書の各文献には、LPG、CNG、H等を用いてエンジンを動作させるためにレトロフィット可能な装置が開示されている。
独国特許出願公開第102010039844号明細 独国特許出願公開第102011075223号明細書 独国特許発明第102012100115号明細書 国際公開第2014166534号 国際公開第2011101394号 独国特許出願公開第201010008289号明細書 独国特許出願公開第102012017440号明細書 独国特許出願公開第102006030495号明細書 国際公開第2007092142号 独国特許発明第102006022357号明細書
しかしながら、LPG、CNG、H等を用いてエンジンを動作させるときの燃焼プロセスを、燃焼プロセスの品質、有害物質放出の点で、かつ/又は特に外気温が低いとき、LPG、CNG、H等による動作時にガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを始動させるという点で、改善する必要がある。
従って本発明の課題は、さらに発展させた装置、アドオン制御ユニット、ガス始動システム及び方法を提供することにある。
この課題は、請求項1記載の装置、ならびに独立請求項記載の方法、ガス混合物分析モジュール及びガス始動システムによって解決される。導入部で説明した特徴を、単独で又は組み合わせて、本発明の以下の事項のうちの1つと組み合わせることができる。
上述の課題は、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおいてエンジンを動作させるために、エンジンのシリンダに供給されるべき液化ガス燃料、例えばオートガス(LPG)、天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG)、バイオガス又は水素(H)等、の吹き込み時間及び/又は量を求める装置において、この装置が、液化ガス燃料の求められた吹き込み時間が、求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値に依存するように構成されていることにより解決される。
特にこの装置は、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおいてエンジンを動作させるために、特に第1の液化ガス燃料のための吹き込み時間、及び/又はエンジンのシリンダに供給されるべき特に第2の液化ガス燃料の量、を求めるために適している。この装置は、液化ガス燃料の求められた吹き込み時間が求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値に依存するように構成されており、特に第1及び第2の液化ガス燃料は例えば、オートガス(LPG)、天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG)、バイオガス、又は水素(H)である。
吹き込み時間とは、特に第1の液化ガス燃料、好ましくはLPG、CNG、LNG又はバイオガスを、動作サイクルごとにエンジンのシリンダ内に吹き込む時間(吹き込みを行う期間)のことである。
供給されるべき量とは、シリンダに供給される特に第2の液化ガス燃料、好ましくは水素、の体積のことである。基本的に、供給されるべき量を、シリンダへの液化ガス燃料の供給速度又は流速が一定のときの吹き込み時間によって記述することもできる。
従ってこの装置を、例えばLPGのような1つの液化ガス燃料だけを用いて動作させることができ、又は例えばLPGと水素といったようにまさしく2つの液化ガス燃料を用いて動作させることができる。
液体燃料は、室温及び1barの通常の周囲圧力のときに液相で存在する燃料である。
液体燃料には特に、鉱油、ガソリン、ディーゼル、バイオディーゼル、燃料として用いられる植物油が含まれる。
液化ガス燃料は、室温及び1barの通常の周囲圧力のときには特にもっぱら気相で存在する燃料であり、この燃料は好ましくは、高圧つまり特に2barよりも高い圧力のもとでのみ、液相に転化可能である。
液化ガス燃料には、オートガス(LPG、Liquefied Petroleum Gas)、石油ガス、又は天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG、Liquefied Natural Gas)、バイオガス、及び水素(H)が含まれる。
モノバレント燃料モードとは、1つの燃料だけで車両を駆動するためにエンジンを動作させる、ということを意味する。
バイバレント燃料モードとは、まさしく2つの異なる燃料を同時に用いて車両を駆動するためにエンジンを動作させる、ということを意味し、つまりこの場合、2つの異なる燃料がエンジン又は1つのシリンダ内で同時に燃焼させられる。従って例えばバイバレント燃料モードは、厳密に1つの液化ガス燃料と厳密に1つの液体燃料とを用いて動作させた場合であり、又は択一的にまさしく2つの異なる液化ガス燃料を用いて動作させた場合である。バイバレント燃料モードは例えば、ディーゼルとLPG、又はLPGと水素を用いて動作させた場合である。
トリバレント燃料モードとは、まさしく3つの異なる燃料を同時に用いて車両を駆動するためにエンジンを動作させる、ということを意味し、つまりこの場合、3つの異なる燃料がエンジン又は1つのシリンダ内で同時に燃焼させられる。従って例えばトリバレント燃料モードは、厳密に2つの異なる液化ガス燃料と厳密に1つの液体燃料とを用いて動作させた場合である。トリバレント燃料モードは例えば、ディーゼルとLPGと水素とを用いて動作させることである。
求められた吹き込み時間は、求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値に依存するとは、規定された特定方法において特に可変の入力パラメータとして、吹き込み時間を求めるときに、発熱量又は求められたガス混合物特性値が考慮される、ということを意味する。
求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値とは、発熱量又はガス混合物特性値が、装置又はアドオン制御ユニット自体のどちらかによって求められた、ということを意味する。別の選択肢として、発熱量又はガス混合物特性は、インタフェースを介して接続されたモジュールによって求められて、装置又はアドオン制御ユニットに伝達されたものでもある。
好ましくは、モジュールすなわちHモジュール、セーフティモジュール、ラムダオフセットモジュール、及び/又はガス混合物分析モジュールは、少なくとも2つのアナログデータインタフェース又はディジタルデータインタフェース及び1つのアナログ回路又はディジタル回路を備えた独立した電子構成要素として設計されている。
別の選択肢として、複数のモジュールのうちの1以上を、すなわちHモジュール、セーフティモジュール、ラムダオフセットモジュール、及び/又はガス混合物分析モジュールを、装置又はアドオン制御ユニットに組み込むことができ、つまり例えば、アドオン制御ユニットのハウジング内に組み込まれたディジタル信号プロセッサ又はアナログ回路として、又はアドオン制御ユニットの記憶媒体にプログラムコードの形態で組み込むことができ、このプログラムコードはそれによって規定されたステップをアドオン制御ユニットのプロセッサに実行させる。
1つのモジュールの典型的な構成要素は、つまりHモジュール、セーフティモジュール、ラムダオフセットモジュール及び/又はガス混合物分析モジュールの典型的な構成要素は、アナログの実施形態の場合には、増幅器、フィルタ、整流器、アナログ/ディジタル変換器、ディジタル/アナログ変換器、データライン又は信号ラインのインタフェース、及び/又はミキサであり、ディジタルの実施形態の場合には、ロジックゲート、マイクロプロセッサ、アナログ/ディジタル変換器、ディジタル/アナログ変換器、データライン又は信号ラインのインタフェース、及び/又はデータメモリである。
発熱量は、物質ここではガス混合物2,21に含まれる測定単位あたりの固有の熱エネルギーの尺度である。
特に、発熱量は発熱量Hに相応する。
発熱量Hを、kWh/m、kWh/kg又はkWh/lで表現することができる。好ましくは発熱量Hは、指定された状態又は正規化された状態つまり特に所定の温度及び所定の圧力のときの体積に対して、関連づけられる又は表される。特にこれらの条件は、1barの通常の周囲圧力、例えば25℃の室温、CNG及びバイオガスの場合には、燃焼前及び燃焼後に含まれるすべてのガスの100%の相対的湿度、及び/又は例えば25℃の室温による燃焼後に形成された液状水分、を含むことができる。例えば発熱量Hを、プロパンの発熱量Hが正確に又はほぼ28.095kWh/m、14.06kWh/kg又は7.17kWh/lとなるように、計算することができる、又はそのように表すことができる。択一的又は付加的に、発熱量Hに関してDIN 51857,DIN EN ISO 6976及び/又はDIN 18599を参照されたい。
ガス混合物特性値は、多数の数値である。多数の数値は、目下のガス混合物の少なくとも1つの測定パラメータ及び/又は最大で5つの測定パラメータに基づき、特にメモリに格納された多数の数値の大きい値から割り当てられ、その結果、求められる。好ましいのは、目下のガス混合物の厳密に3つのパラメータである。
目下のガス混合物の測定パラメータとは、ガス混合物の特性と相関する量を有するセンサによって測定された測定値のことである。測定パラメータを、測定値のデータ処理の結果とすることができる。
特に、ガス混合物特性値を、好ましくは1以上の変換定数及び/又は1以上の変換係数を有する規定のアルゴリズムによって、発熱量に、発熱量を近似する変数に、又は発熱量にほぼ一致する変数に、変換することができる。
特に、ガス混合物特性値は、吹き込み時間又はガス吹き込みルックアップテーブル又はガス吹き込みルックアップテーブルのガス吹き込み曲線を、リッチ又はリーンに向かって、すなわちいっそう長い吹き込み時間又はいっそう短い吹き込み時間の方向に、シフトするために適している。ガス吹き込みルックアップテーブルについては、あとでさらに詳しく説明する。
リッチ及びリーンは、エンジンのシリンダ内での燃料の燃焼に関連するものであり、λ又はラムダとも呼ばれるラムダ値を以下のように用いて説明することができる。ラムダは、空燃比又は空気過剰率とも呼ばれる燃焼空気の比率を表し、燃焼プロセスにおける空気と燃料の質量比を表す、燃焼理論に基づく無次元の指標である。この数値から、燃焼プロセス、温度、有害物質生成及び効率に関する推論を引き出すことができる。
ラムダ=1であれば完全な燃焼が生じており、つまりすべての燃料分子が、酸素が不足することなく、又は未燃焼燃料が残留することなく、大気中の酸素に完全に反応し、従って完全燃焼となっている。
ラムダ<1(例えば0.9)とは空気過少のことであり、つまり「リッチ」又は濃厚混合のことである。
ラムダ>1(例えば1.1)とは過剰空気のことであり、つまり「リーン」又は希薄混合のことである。
例えばラムダ1.1は、化学量論的反応に必要とされるよりも、10%多い空気が燃焼に関与している、ということを意味する。
発熱量は、特に第1の液化ガス燃料のガス成分の組成に依存しており、この組成は動作中に変化する可能性がある一方、このような組成変化は、燃料の完全かつ適正な燃焼に関して燃焼プロセスに悪影響を及ぼすことから、発熱量又はガス混合物特性値に依存する特に第1の液化ガス燃料の吹き込み時間によって、つまりガス混合物の組成に依存して求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値を用いて吹き込み時間をフィードバック制御することによって、このような悪影響に対処することができ、又はこのような悪影響を排除することすらできる。
かくして、液化ガス燃料の求められた吹き込み時間が求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値に依存するように、装置を構成することによって、1以上の液化ガス燃料に基づく特に信頼性の高いバイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードを実現できるようになる。ほぼ完全燃焼を目指して、エンジンにおけるバイバレント燃料又はトリバレント燃料の燃焼を、場合によっては零度付近の低い外気温すなわち0℃であっても、特に液体燃料を燃焼させることなく、ガス始動すら可能であるように、つまり液化ガス動作でエンジンを始動させるように、調整することができる。
本発明のさらに別の態様は、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおいてエンジンを動作させるために、エンジンのシリンダに供給されるべき特に第1の液化ガス燃料の吹き込み時間及び/又は特に第2の液化ガス燃料の量を求めるための、アドオン制御ユニット又はアドオン制御ユニットを有する装置に関する。この場合、装置又はアドオン制御ユニット各々は、ガソリンエンジンにおけるエンジン負荷を求める吸気マニホールド圧力センサ、ディーゼルエンジンにおけるエンジン負荷を求めるレール圧力センサ及び/又は吸気マニホールド圧力センサ、ラムダオフセット整合を実施するラムダオフセットモジュール、吹き込み時間ルックアップテーブルをリッチ又はリーンに向けてシフトするために、液化ガス燃料のガス混合物の組成に依存する発熱量又はガス混合物特性値を求めるガス混合物分析モジュール、過剰に高い燃焼温度からエンジンを保護するセーフティモジュール、ガス混合物を放出する少なくとも1つのガス吹き込み弁(ガス噴射弁)、ガソリン又はディーゼル等の液体燃料を噴射する少なくとも1つの噴射装置、第1の液化ガス燃料としてエンジンのシリンダに供給されるべき水素量を供給するHモジュール、車両用のOBDシステム、及び/又はディーゼル、バイオディーゼル又はガソリン等の液体燃料を用いたエンジンのモノバレント燃料モード動作用のエンジン制御ユニット、へのインタフェースを有する。
このようにすれば、バイバレント燃料モード動作又はトリバレント燃料モード動作を、特に高い信頼性を伴って僅かな有害物質放出で達成することができる。特に、ラムダモジュールインタフェースと、ガス混合物分析モジュールインタフェースとの組み合わせによって、特に完全燃焼を実現することができ、これらに加えHモジュールインタフェースとも組み合わせれば、特に僅かな有害物質放出を達成することができる。これらの組み合わせによって、上述のモジュールインタフェースにより個々に達成可能な効果を合わせたものよりも大きい相乗効果が得られる。このことは、他の上述のインタフェースについても同じように適用される。
本発明のさらに別の態様は、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおいてエンジンを動作させるために、エンジンのシリンダに供給されるべき特に第1の液化ガス燃料の吹き込み時間及び/又は特に第2の液化ガス燃料の量を求めるための、アドオン制御ユニットを備えた装置に関する。この装置は、ラムダオフセット整合を実施するラムダオフセットモジュール、吹き込み時間ルックアップテーブルをリッチ又はリーンに向けてシフトするために、液化ガス燃料のガス混合物の組成に依存する発熱量又はガス混合物特性値を求めるガス混合物分析モジュール、過剰に高い燃焼温度からエンジンを保護するセーフティモジュール、ガス混合物を放出する少なくとも1つのガス吹き込み弁、及び/又はエンジンのシリンダに供給されるべき第1の液化ガス燃料として水素量を供給するHモジュールを有する。
かくして、バイバレント燃料モード動作又はトリバレント燃料モード動作を、特に高い信頼性を伴って僅かな有害物質放出で達成することができる。特に、ラムダモジュールと、ガス混合物分析モジュールとの組み合わせによって、特に完全燃焼を実現することができ、これらに加えHモジュールインタフェースとも組み合わせれば、特に僅かな有害物質放出を実現することができる。これらの組み合わせによって、上述のモジュールにより個々に達成可能な効果を合わせたものよりも大きい相乗効果が得られる。このことは、上述のインタフェースを介して接続可能な他の構成要素についても同じように適用される。
本発明のさらに別の態様は、上述の装置のための、又は上述のアドオン制御ユニットに接続するための、ガス混合物分析モジュールに関する。この場合、ガス混合物分析モジュールは、ガス混合物の濃度を液化ガス燃料のガス混合物の温度及び圧力から求めることができるように、かつ/又はガス混合物の目下の組成に応じて、ガス伝導率と温度と濃度に基づき、又はガス混合物のガス伝導率と温度と圧力とに基づき、ガス混合物分析ルックアップテーブルを用いることによって、ガス混合物の発熱量又はガス混合物のガス混合物特性値を求めることができるように、設計されている。本願の開示全体は、本発明による装置及び本発明によるアドオン制御ユニットに適用されるだけでなく、個々の開示が直接的又は間接的にガス混合物分析モジュールに関連するかぎりは、本発明によるガス混合物分析モジュールにも適用される。
本発明のさらに別の態様は、上述の装置のための、又は上述のアドオン制御ユニットに接続するための、ガス始動システムに関する。このガス始動システムは、エンジンが純然たる液化ガスモードで始動させられるときに、液化ガス燃料のガス混合物の気相だけが、エンジンのシリンダ内に吹き込むためにガスタンクから取り出されるように構成されている。本願の開示全体は、本発明による装置及び本発明によるアドオン制御ユニットに適用されるだけでなく、個々の開示が直接的又は間接的にガス始動システムに関連するかぎりは、本発明によるガス始動システムにも適用される。
純然たる液化ガスモードとは、もっぱら液化ガス燃料を用いて、又は液化ガス燃料と水素とを用いて、エンジンを動作させることを意味する。
本発明のさらに別の態様は、ガス混合物の形態の第1の液化ガス燃料、特にオートガス(LPG)、天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG)、バイオガス、の吹き込み時間を求めるための、かつ/又はエンジン(19)のシリンダに好ましくは連続的に供給されるべき第2の液化ガス燃料、特に水素、の量を求めるための、方法に関する。これによれば特に、本発明の既述の態様のうち1つの態様による装置又はアドオン制御ユニットが用いられ、その際に、
特に、ガス混合物のガス伝導率と温度と圧力とに基づき、発熱量又はガス混合物特性値を求め、
特に、ラムダ値及び/又はNOx値に基づき、好ましくは使用されるラムダセンサ及び/又はNOxセンサに固有に、第1の液化ガス燃料に依存するオフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値を求め、
特に、発熱量又はガス混合物特性値に基づき、ガス混合物整合係数を求め、
特に、ガス混合物整合係数、オフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値を用いて、リッチ又はリーンに向かってシフトされた吹き込みルックアップテーブルを使用して、エンジン負荷及び/又はエンジン速度に基づき吹き込み時間を求め、かつ/又は
特に、供給されるべき第2の液化ガス燃料の量を、エンジン負荷及び/又はエンジン速度に基づきガス量ルックアップテーブルを用いて求め、ただし、
特に、吹き込み時間及び/又は供給されるべき量を、ノック信号に基づき特に段階的に増加又は減少させる。
本発明のさらに別の態様は、ガスタンク内に存在する液化ガス燃料、特にLPG又はLNG、の気相を、車両を駆動する目的で、特に車両のガス始動の目的で、エンジンに吹き込むために使用することに関する。
ガス始動の意味については、あとで説明する。
特に、ガスタンク内に存在する液化ガス燃料の気相だけが、車両を駆動するエンジン用のただ1つの燃料として用いられる。
特に、ガスタンク内に存在する液化ガス燃料の気相及び水素だけが、車両を駆動するエンジン用の単独の燃料として用いられる。
以下では本発明について、つまりは本発明の複数の態様について、図面に示された好ましい例示的な実施形態に基づきさらに説明しながら記述する。
それぞれ車両駆動用エンジン19のバイバレントモード動作又はトリバレントモード動作のための装置又はアドオン制御ユニットを有するシステムの概観を示す図である。 液化ガスモード中はガソリン噴射が行われないガソリンエンジンのバイバレント燃料モード動作のためのガス吹き込みルックアップテーブルを用いて、求められたLPGのガス吹き込み時間と、アドオン制御ユニットにより供給すべく求められた水素量とを示す図である。 ディーゼルエンジンのトリバレント燃料モード動作のためのガス吹き込みルックアップテーブルを用いて、求められたLPGのガス吹き込み時間と、供給されるべき水素量と、アドオン制御ユニットにより求められたディーゼルの噴射時間とを示す図である。 図2のガス吹き込みルックアップテーブルに関して、アドオン制御ユニットのガス混合物調整ルックアップテーブルを示す図である。 図4のガス混合物調整ルックアップテーブルと図6のオフセットラムダ値とを考慮しながら、図2の基礎を成すガス吹き込みルックアップテーブルからの抜粋として、実際のガス吹き込み特性曲線を示す図であって、単位msの噴射時間を表す軸上で、単位%でプロットされた補正係数を有するガス吹き込み特性曲線を、単位kPaでプロットされた負圧を有するガソリンモード動作中のエンジン負荷特性曲線(左上)と対比して示す図である。 図2のガス吹き込みルックアップテーブルに関して、種々のラムダセンサ及びNOxセンサに対するオフセット係数によるラムダオフセット整合及びNOx整合を示す図であって、整合前(各ケースごとに左側の棒グラフ)と整合後(各ケースごとに右側の棒グラフ)とで信号値を対比して示す図である。 スレーブとして動作するエンジン制御ユニット20とは独立したマスタモードでのアドオン制御ユニット18のオンボード診断(OBD)制御を示す図である。 上述のプロセスに関する例示的なフローチャートである。 上述のプロセスに関する例示的なフローチャートである。 例示的なルックアップテーブルを示し、入力パラメータA及びBに基づく出力パラメータCの決定について例示している。
1つの実施形態によれば、ガス混合物2,21の形態の特に第1の液化ガス燃料のために装置が構成されており、この場合、発熱量及び/又はガス混合物特性値を、ガス混合物2,21の目下の組成に応じて求めることができるようにしている。
ガス混合物とは、少なくとも2つの異なるガスを有する又は少なくとも2つの異なるガスからなる混合物のことである。例えばLPGはブタンとプロパンとから成り、この場合、例示的な目下の組成をブタン70%、プロパン30%とすることができる。ただしガス混合物は、3つ、4つ又はそれよりも多くの異なるガスを含んでいてもよく、発熱量又はガス混合物特性値を求めるときに、ガス混合物中のこれら他のガスの割合を考慮してもよいし、又はそれらを無視してもよい。割合は好ましくは体積パーセントとして求められ、択一的に重量パーセントとして求められる。
ガス混合物2,21の目下の組成に応じて発熱量及び/又はガス混合物特性値を求めることにより、装置又はアドオン制御ユニット18による燃焼プロセスの制御(調整)において、動作中の組成変化を考慮することができ、従ってブタン70%、プロパン30%からブタン60%、プロパン40%といったようなガスの割合の変化を考慮することができ、このような変化は、以下のうちの1つ結果として生じる。すなわち、車両の燃料補給及び/又は温度の影響、ガスタンク3の充填レベルの変化、又はエンジンの始動によって生じる。かくして、温度が変動したり又は外気温が低くても、適正な燃焼プロセスを達成することができ、ガス始動を実施することができる。
1つの実施形態によればこの装置は、液化ガス燃料の特に液相2及び/又は気相21において、ガス混合物2,21の導電率を測定するためのガス伝導率センサ8を有する。
ガス混合物2,21のガス伝導率又は導電率とは、ガス混合物2,21が電流を伝導する能力のことである。
ガス混合物2,21の導電率を測定するためのガス伝導率センサ8を設けることにより、ガス混合物2,21の目下の発熱量及び/又はガス混合物特性値について、さらにはオプションとして目下の組成についても、特に正確に求めるための前提条件を与えることができる。
特にこの装置は、測定された導電率に基づき発熱量及び/又はガス混合物特性値を求めることができるように構成されている。
これにより、燃焼プロセスの著しく信頼性の高い調整のために、目下の発熱量及び/又はガス混合物特性値を特に正確に求めることができる。
1つの実施形態によれば、ガス伝導率センサ8はアノードとカソードとを有しており、かつ/又はガス伝導率センサ8は、導電率測定のためにアノードとカソードとの間に定電圧を印加できるように、かつ液相2又は気相21にあるガス混合物2,21を通して測定電流を供給できるように構成されている。
このようにすれば、特に簡単かつ安価なセンサを用いて著しく信頼性の高い導電率測定が実現される。
1つの実施形態によればこの装置は、液化ガス燃料のガス混合物2,21の温度を測定するための温度センサ1を有しており、かつ/又は液化ガス燃料のガス混合物2,21の圧力を測定するための圧力センサ9を有しており、かつ/又はこの装置は、測定された温度及び/又は測定された圧力に基づき、発熱量又はガス混合物特性値を求めることができるように構成されている。特に、ガスタンク3から蒸発器及び/又は圧力調整器11に至る経路上で、ガス混合物2,21の温度を温度センサ1が測定し、かつ/又はその圧力を圧力センサ9が測定する。
特に、ガスタンク3から蒸発器及び/又は圧力調整器11に至る経路上で、ガス混合物2,21の温度及び/又は圧力を測定することによって、規定された温度及び/又は規定された圧力に対し測定されたガス伝導率の正規化を達成することができ、その目的は、温度及び/又は圧力に左右されずにガス伝導率の値を取得するためである。この場合、蒸発器は基本的に、ガス混合物が液相2にあるときだけその蒸発機能を果たし、つまりガス混合物が気相21にあるときには通常、圧力調整器11だけが適正に動作する。
好ましくは、ガス混合物2,21の濃度は温度と圧力とを用いて求められ、測定されたガス伝導率は、濃度に左右されずにガス伝導率の値を取得する目的で、規定された濃度に対して正規化される。
特に好ましくは、ガス混合物2,21の濃度は温度及び圧力から求められ、温度と共に、温度及び圧力に対して正規化された入力パラメータが、発熱量又はガス混合物特性値を求めるために決定される。
かくして、比較的簡単に構築されたガス混合物分析特性ルックアップテーブルを用いることで、発熱量又はガス混合物特性値を特に高い信頼性で求めることができる。
1つの実施形態によればこの装置は、ガス混合物分析モジュール7と接続されており、このモジュール7は、ガス混合物2,21の濃度をガス混合物2,21の温度及び圧力から求めることができるように構成されており、かつ/又はこの場合、発熱量及び/又はガス混合物特性値を、ガス混合物分析ルックアップテーブルを用いることで、ガス混合物2,21のガス伝導率、温度及び濃度に基づき、ガス混合物2,21の目下の組成に応じて求めることができる。特に、アドオン制御ユニット18が、インタフェースを介してガス混合物分析モジュール7と接続されている。基本的にこの装置又はアドオン制御ユニット18が、ガス混合物分析モジュールを含むこともできる。
基本的にルックアップテーブルは、つまりはガス混合物分析ルックアップテーブル、ガス混合物調整ルックアップテーブル、ガス吹き込みルックアップテーブル、ガス量ルックアップテーブル、ディーゼルルックアップテーブル、ガソリンルックアップテーブル、オフセットルックアップテーブルは、プリセット値又は格納値を含むテーブル又はマトリックスである。これらの値は通常はディジタルであり、特に記憶媒体に格納されている。特にこれらの値は動作中に変化するのではなく、好ましくは製造又はコンフィギュレーションの一環としてのみ、記憶媒体に伝送され、又は変更されて格納される。
かかるルックアップテーブルは通常、少なくとも2つの軸を有する。
図4には、発熱量Hを用いてガス混合物整合係数を求めるための、2つの軸だけを有するガス混合物調整ルックアップテーブルが示されおり、ここで第1の軸は発熱量Hを表し、第2の軸はガス混合物整合係数を表す。従ってガス混合物調整ルックアップテーブルは、ただ1つの行と多数の列とを有するテーブル、又は択一的にただ1つの列と多数の行とを有するテーブルを含み、ここで各行及び各列は一般に数値で満たされる。図4に示されているように、二次元のルックアップテーブルをX軸及びY軸を用い1つの曲線として表すことができる。
厳密に3つの軸を有するルックアップテーブルの一例は、ガス量ルックアップテーブルであり、これについてはルックアップテーブルの意味を明らかにするために以下で詳しく説明する。
相応に1つのルックアップテーブルが、4つ以上の軸を有することができ、これによれば2つを超える入力パラメータを1つの出力パラメータに割り当てることができる。
特に、ガス混合物分析ルックアップテーブルは、吹き込み弁17に向かう経路上で好ましくはガスタンク3から出た直後の、ガス混合物2,21のガス伝導率と温度と濃度とである入力パラメータを有する、まさに4つの軸を含むことができる。
ガス混合物分析ルックアップテーブルによって、特に迅速に高い信頼性で発熱量又はガス混合物特性値を求めることができる。さらにガス混合物分析ルックアップテーブルの数値をあとから較正することによって、つまり再較正を行うことによって、装置が製造された後でも精度を著しく容易に改善することができる。
1つの実施形態によればこの装置は、特にアドオンモジュール18は、ガス混合物調整ルックアップテーブルを有しており、このテーブルは、求められた発熱量又は求められたガス混合物特性値に基づき、ガス混合物整合係数を求めることができるように構成されており、求められた吹き込み時間はこのガス混合物整合係数に依存する。
図4には、ガス混合物調整ルックアップテーブルが示されており、これについては上記にてすでに説明した。これにより求められたガス混合物整合係数は、好ましくはアドオン制御ユニット18の吹き込みルックアップテーブルを特に用いて、吹き込み時間を求めるための補正変数として用いられる。このようにすることで、できるかぎり完全に燃焼を維持するために燃焼プロセスを著しく効果的に調整することができる。
入力パラメータと補正変数との相違については、あとで詳しく説明する。
1つの実施形態によればこの装置は、測定されたラムダ値及び/又は測定されたNOx値に基づき、液化ガス燃料に適合されたオフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値を取得する目的で、ラムダオフセットモジュール28と接続されており、この場合、吹き込み時間は、オフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値に依存する。特に、アドオン制御ユニット18は、インタフェースを介してラムダオフセットモジュール28と接続されている。
特に、ラムダオフセットモジュール28は、ラムダセンサ45及び/又はNOxセンサ46を有しており、あるいはインタフェースを介してラムダセンサ45及び/又はNOxセンサ46と接続されている。基本的に、この装置又はアドオン制御ユニット18は、オフセットルックアップテーブルを含むこともできる。
特に、ラムダオフセットモジュール28はオフセットルックアップテーブルを有しており、このテーブルによれば、使用されるラムダセンサ45に応じて、入力パラメータである測定されたラムダ値が出力パラメータであるオフセットラムダ値に割り当てられる。
特に、オフセットルックアップテーブルはさらに、使用されるNOxセンサ46に応じて、入力パラメータである測定されたNOx値を出力パラメータであるオフセットNOx値に割り当てられることができるように構成されている。
図6によれば、複数の異なるラムダセンサ45及びNOxセンサ46について、オフセットルックアップテーブルを用いた処理に従い、ラムダ値と対応するオフセットラムダ値とが、さらにNOx値と対応するオフセットNOx値とが対比されている。
特に、エラーメッセージ及びガソリン又はディーゼルに対する噴射時間の誤った調整を回避するために、オフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値だけがエンジン制御ユニット20に伝達される。
これにより求められたオフセットラムダ値及び/又はオフセットNOx値は、好ましくはアドオン制御ユニット18の吹き込みルックアップテーブルを特に用いて、吹き込み時間を求めるための入力パラメータの役割を果たす。できるかぎり完全な燃焼が達成されるように、燃焼プロセスを著しく効果的に調整することができる。
1つの実施形態によれば、装置は、特にアドオンモジュール18は、目下のエンジン負荷及び/又は目下のエンジン(回転)速度に依存して、好ましくはLPG又はCNGの吹き込み時間を求めるために、ガス吹き込みルックアップテーブルを有しており、かつ/又はガス吹き込みルックアップテーブルによって、ガス混合物整合係数に依存してリッチ又はリーンに向かうシフトが可能となり、かつ/又はオフセットラムダ値に依存してリッチ又はリーンに向かうシフトが可能となる。
ルックアップテーブルのシフトの意味については、あとで説明する。
このようにすることで、できるかぎり完全な燃焼が得られるように燃焼プロセスを著しく効果的に調整することができる。
1つの実施形態によれば、装置は、特にアドオンモジュール18は、目下のエンジン負荷及び/又は目下のエンジン速度に応じて、特に供給されるべき第2の液化ガス燃料の量を、好ましくは水素量を求めるためのガス量ルックアップテーブルを有する。
特に水素を負荷に応じて供給することによって、有害物質放出を引き続き僅かに抑えながら、特に第2の液化ガス燃料を消費することができる。
特に、ガス量ルックアップテーブルは、エンジン負荷すなわち負荷値と(回転)速度とに基づき数値を取得する目的で、厳密に3つの軸を有しており、この数値はディジタル信号又はアナログ信号として水素セル38から伝達されて、この数値と相関する水素量が放出される。この数値が高くなればなるほど、いっそう多くの水素が連続的に放出されて、シリンダに供給される。
厳密に3つの軸を有するガス量ルックアップテーブルを、数値を含むテーブルの形式で表すことができる。この場合、各列には毎分回転速度が、例えば列1:”1000rpm”、列2:”2000rpm”等が、列見出しとして列挙され、各行には、例えばディーゼルエンジンのレール圧力センサ44等の対応するアナログ信号量である単位bar又はVの負荷値が、例えば行1:”2V”、行2:”2.5V”、行3:”3V”等が、行見出しとして列挙される。列見出しの下であり行見出しの隣りのテーブルセルには、水素セル38を制御するために用いられる数値が書き込まれる。従って各数値は、供給されるべき水素量に対するパラメータを表す。
いっしょに配置される多数の曲線を用いさえすれば、3つの軸を有するかかるルックアップテーブルを単一のダイアグラムにおいて表示することができる。
1つのルックアップテーブルを、そのルックアップテーブルが補正係数の分だけ1つの軸に沿ってルックアップテーブルをシフトさせることができるように構成することができる。簡単に述べると、例えば上述のガソリンルックアップテーブルの例においてかかるシフト動作を行う場合には、行見出しが補正係数の分だけ上方又は下方へ動かされるか、又は行見出しが、乗算、除算、加算又は減算によって補正係数の分だけ増加又は減少させられる。図5に示されているように、これによって吹き込み時間ルックアップテーブルの例示的な曲線を、所定の速度についてX軸及び/又はY軸に沿ってシフトすることができ、又は曲線形状を変更することができる。
図5には、X軸上の1及びY軸上の−10のところに開始点を有する曲線によって、ガソリンモードでの駆動時に記録されて格納されたエンジン負荷特性が、単位kPaの負圧として単位msの噴射時間の軸上に表されている。他方の曲線によって、LPGの噴射のために補正された単位%の補正係数の曲線が、単位msの吹き込み時間の軸上に示されている。補正された曲線は、補正係数であるオフセットラムダ値、オフセットNOx値及びガス混合物整合係数の作用のもとで、ガソリンモードから液化ガスモードでの動作のためのエンジン負荷特性のシフトを表している。
1つの実施形態によればこの装置は、シリンダに供給されるべき水素量を特に連続的に与えるためのHモジュール28と接続されており、かつ/又はHモジュール(28)はノックセンサ39を有しており、かつ/又はノック信号を装置に伝達することができ、これによって、供給されるべき量及び/又は吹き込み時間を、好ましくは段階的に低減し、かつ/又はノック信号が存在しないケースでは所定の期間又は所定数の動作サイクルにわたり、好ましくは段階的に増加する。特に、アドオン制御ユニット18は、インタフェースを介してHモジュール28と接続されている。基本的にこの装置又はアドオン制御ユニット18は、Hモジュール28を含むこともできる。
燃焼プロセス中にノッキングを検出し、その結果として吹き込み時間及び供給されるべき量を特に段階的に制御することによって、特に連続的に供給される水素及び特に逐次的に吹き込まれるLPG又はCNGの双方を、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおける適正な燃焼のために使用することができる。
1つの実施形態によればこの装置は、特にアドオン制御ユニット18は、組み込み型オンボード診断(OBD)制御部を有しており、これはOBDインタフェースを介して車両のOBDシステムと通信可能であり、かつ/又は液化ガスモードにおけるマスタモード動作のために構成されている。
1つの実施形態によればこの装置は、アドオン制御ユニット18又は特にレトロフィット可能なアドオン制御ユニット18である。好ましくは、この装置はレトロフィット可能であり、すなわちエンジンを備えた車両にあとから設置できるように、つまりは液体燃料によるモノバレント動作用の車両の製造後に設置できるように、設計されている。
1つの実施形態によればこの装置又はアドオン制御ユニット18は、ガス始動がプログラミングされている場合に純然たる液化ガスモードでエンジン19を始動するためのガス始動システムに対するインタフェースを有する。このインタフェースは特に、供給弁51の遠隔制御のための制御ライン50、第2の遠隔制御遮断弁33のための制御ライン35、及び/又は第1の遠隔制御遮断弁10のための制御ライン50を有する。
図2及び図3には、LPG、H及びガソリン又はディーゼルについて結果として得られた吹き込み時間が示されており、この場合、ガソリン動作においてガソリンは燃焼させられない。ディーゼル動作の場合、及びガソリン直噴エンジンの場合だけ、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードの動作に対する冷却の目的で、所定の割合の液体燃料がシリンダに供給される。
上述の本発明のさらに別の態様によるガス始動システムは、1つの実施形態によれば、好ましくは弁31を備えたガス取り出し接続部を有しており、これによってガス混合物2,21の気相21がガスタンク3から、特にガス管路32を介して第2の遠隔制御遮断弁33へ送られる。
ガス始動システムのさらに別の実施形態によれば、ガス始動システムは、上述の装置又はアドオン制御ユニット18に接続するためのアナログ又はディジタルの制御ライン35を有している。
ガス始動システムのさらに別の実施形態によれば、ガス始動システムは、ガス管路32を介して液化ガス管路6に至るガス混合物2,21の気相21を供給又は遮断するために、第2の遠隔制御遮断弁33に対するアナログ又はディジタルの制御ライン35を有する。
ガス始動システムのさらに別の実施形態によれば、ガス始動システムは、第1の遠隔制御遮断弁10を有しており、この弁は、液化ガス管路6から蒸発器及び/又は圧力調整器11に至る接続路を閉鎖又は開放するために、アナログ又はディジタルの制御ライン36を介して遠隔制御可能である。
ガス始動システムのさらに別の実施形態によれば、ガス始動システムは供給弁51を有しており、この弁は、ガスタンク3から液化ガス管路6内へのガス混合物2,21の液相21の流入を遮断又は許可するために、アナログ又はディジタルの制御ライン50を介して遠隔制御可能である。
用語「ガス始動システム」を、択一的に同義語である「ガス始動用装置」と称することもできる。
ここで蒸発器又は圧力調整器11は、第2の遠隔制御遮断弁33を介して、及び/又は第1の遠隔制御遮断弁10を介して、気相21からガスを受け取り、この場合、もっぱら圧力調整器11として動作する。
本発明の別の態様は、上述のガス始動システム及び/又は上述の装置によってガス始動を制御(調整)する方法に関する。これによればガス始動がプログラミングされている場合に、
・液相2にあるガス混合物2,21が蒸発器及び/又は圧力調整器11又は吹き込み弁17に到達することがないよう、特に制御ライン50を介して、供給弁51が閉鎖状態に保持され、
かつ/又は
・ガスタンク3から、好ましくはガス管路32を介して、蒸発器及び/又は圧力調整器11に至る液化ガス管路6中へのガス混合物2,21の気相21の流入を許可するために、特に制御ライン35を介して、第2の遮断弁33が開放される。
ガス始動を制御する方法のさらに別の実施形態によれば、以下のことが提供される。すなわち、好ましくは水温センサ37により測定されたエンジン19の冷却水の温度が、特にアドオン制御ユニット18に格納された切替温度に達すると、第2の遠隔制御遮断弁33が閉鎖しかつ遠隔制御供給弁51が開放して、蒸発器及び/又は圧力調整器11へのガス混合物2,21の気相21の流入が阻止され、その代わりにガス混合物2,21の液相2が圧力タンク3から蒸発器及び/又は圧力調整器11に供給される。
図1には、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードの動作のための、つまり特にディーゼル燃料又はガソリン燃料、液化燃料及び/又は水素による動作のための、例示的なシステムの概観が示されている。このシステムは、特に車両メーカによって設置されたエンジン制御ユニット20と、好ましくはレトロフィット可能でありマスタ−スレーブで動作するアドオン制御ユニット18とを有しており、エンジン制御ユニット20はスレーブに対応し、アドオン制御ユニット18はマスタに対応する。
本発明によるアドオン制御ユニットを用いることによって、エンジン19を好ましくは液化ガスモードで始動させることができ、以下ではこれをガス始動と称し、つまりこれはガソリンモード又はディーゼルモードではない。
1つの実施形態によれば、ガス混合物2,21の気相21が特にもっぱら、ガス始動のためにエンジン19の燃料として吹き込み弁17に供給される。かくして、外気温が低いときにガス始動を首尾よく実施することができる。
液化燃料特にLPGのガス混合物2,21は、特に水素セル38からの水素(H)と共に、気相でエンジン19の吸気ダクトに吹き込まれる。少なくとも1つのガス吹き込み弁17を介して気相での液化燃料の吹き込みが実施され、かつ/又は少なくとも1つのH吹き込みノズル40を介して気体水素の放出が実施される。エンジン19の燃焼室内まで、吸気ダクト(図示せず)が導かれている。ガス混合物2,21と水素だけが燃焼させられる場合、燃料動作モードはバイバレントである。これらに加え同時にディーゼル燃料又はガソリン燃料も燃焼させられる場合、燃料動作モードはトリバレントである。ガス混合物2,21と、ディーゼル燃料又はガソリン燃料のどちらかとだけが同時に燃焼させられる場合、燃料モードはバイバレントである。これら上述の燃料動作モードはすべて、特に以下で説明する設計との組み合わせで可能であり、従って以下ではそれらの組み合わせのすべてを明示的に別々に取り上げては説明しない。
このシステムは、ガス混合物2,21の発熱量H及び/又はガス混合物特性値を求めるためのガス混合物分析モジュール7、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードの動作に対しラムダオフセット整合を実施するためのラムダオフセットモジュール28、水素吹き込みを制御又は調整するためのHモジュール30、及び/又は過度に高い燃焼温度からエンジン19を保護するためのセーフティモジュール29を有する。
この例によれば、ガス混合物2,21又はHを搬送するためにポンプ装置は必要とされない。その理由は、ガス混合物を気相21及び液相21で貯蔵するガスタンク3は好ましくは、温度と混合物組成とに応じて少なくとも3bar及び/又は最大で18barの圧力を有するからであり、かつ/又はHガスを生成するためのH水素セル38は、特に1barの圧力でHガスを放出するからである。
ガス混合物分析モジュール7は、以下のように構成されている。すなわち、プロパンとブタンといったように一般に複数の液化ガスから合成される液化ガス混合物2の発熱量H及び/又はガス混合物特性値を、このモジュールが求めることができるように構成されている。
特に、ガス混合物2はDIN EN 589及び/又はDIN EN 51622に準拠するLPGであり、すなわちプロペン、プロパジエンを含むプロパンと、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、イソブテン、シス−2−ブテン、トランス−2−ブテン、1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエンを含むブタン、及び/又はメタン、エタン、エテン、ネオペンタン、イソペンタン、n−ペンタン、ペンテン、オレフィン、及びC5−オレフィンである。かかるオートガス又はLPGは、特にガソリン及びディーゼルの自動車エンジンにおける燃焼のために用いられる。
特に、負荷に依存する水素量が、好ましくはエンジン19の吸気ダクトに、ガス混合物2,21の吹き込みと並行して吹き込まれ、これによれば燃焼室内で生成される層状給気が燃焼プロセスに作用を及ぼし、すなわち燃焼後に発生する排気ガスが、特にガソリン及びディーゼルからの排気の有害物質放出及び/又は粒子放出が、燃焼プロセスの変更によって低減され、又は最小限に抑えられる。
負荷に依存するとは、目下のエンジン負荷に依存する、ということを意味する。エンジン負荷は基本的に、動作サイクルごとに伝達される仕事量Wとシリンダの吐出容積Vとの比であり、これは平均圧力Pとも呼ばれ、単位barで測定され、次式に基づく。すなわち、P=W/V
ガソリンエンジンのケースでは特に、エンジン負荷に相応する値を表す負荷信号を生成するために、吸気マニホールド圧力センサ43が用いられる。
ディーゼルエンジンの場合には、エンジン負荷に相応する値を表す負荷信号を生成するために、レール圧力センサ44及び/又は吸気マニホールド圧力センサ43が用いられる。
液化ガスモードの場合、好ましくは負荷に依存して、水素が連続的にエンジン19の吸気ダクトに吹き込まれる。ガス混合物2,21は、選択的に及び/又は逐次的に吸気ダクトに吹き込まれ、特にエンジン19の吸気ダクトにおける2番目の箇所に、すなわちH吹き込みノズルとエンジン19との間に吹き込まれる。選択的にとは、各シリンダの燃焼条件が異なる場合にシリンダごとに選択的に、ということを意味する。逐次的にとは、ガス混合物が周期的なタイムインターバルで吹き込まれる、ということを意味する。基本的に、逐次的に吹き込み又は噴射が行われている間、シリンダごとに個別に燃料が吹き込まれる、又は噴射される。通常、すべてのシリンダに対する吹き込み又は噴射は、シリンダの1つの動作サイクルの経過中、同じ時点に実施される。
エンジン吸気弁が開放されているとき、貯蔵されている水素と空気の混合物が最初に燃焼室に吸い込まれ、次いでガス混合物と空気の混合物が吸い込まれる。吸気ダクト及び/又は燃焼室の形状に応じて、これらのガスが燃焼室圧縮中に燃焼室内で混合される。ディーゼル直噴エンジンの場合、ディーゼル燃料の噴射量はアドオン制御ユニット18によって設定されて、燃焼室内に直接噴射される。ガソリン直噴エンジンの場合、ガソリン噴射弁を冷却するためにガソリンを噴射することができる。アドオン制御ユニット18によって保証されるのは、最適な燃焼が得られるように液化ガス燃料、液体燃料及び/又は水素の割合が互いに適合される、ということである。
典型的な用途は、トラック又は商用車である。このシステムは他の用途にも適しており、例えばボート、二輪車、三輪車、四輪車、スノーモービル、圧雪車、建設機械、トラクタ、農業及び林業の機械、非常用発電機、のエンジン又はユニットにおける燃焼、あるいはコジェネレーションユニットにおける使用、等にも適している。
ガスタンク3には、ガス混合物2特にLPGが液体の形態で貯蔵されている。液面よりも上には、ガス混合物2の蒸気相21が存在している。このケースではガスタンク3は、ガス混合物2をエンジン19内で燃焼させる自動車のガスタンクである。ただし、ボート、二輪車、四輪車、スノーモービル、圧雪車、建設機械、トラクタ、農業及び林業の機械、非常用発電機、又はコジェネレーションユニットのガスタンク3であってもよい。
ガスタンク3にはマルチ弁4が配置されている。マルチ弁4は公知のように様々な機能を提供し、特に過剰充填保護、ガス混合物2を取り出すための液化ガス管路6、圧力逃がし弁、液化ガス管路6の故障時にガス流を低減する遠隔制御供給弁51、及び/又はレベルインジケータの機能を提供する。マルチ弁4は、レベルインジケータ及び/又は過剰充填保護のためのフロート5を有する。
さらに液化ガス管路6がマルチ弁4を介してガスタンク3内部に案内されており、この管路は液相2にあるガス混合物を取り出すために用いられる。マルチ弁4の上流において液化ガス管路6は、慣用の圧力センサ9及びガス伝導率センサ8を介して、ガス混合物分析モジュール7と電気的に接続されている。ガス混合物分析モジュール7の図示された実施形態の場合、ガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9が、ガス混合物分析モジュール7のハウジング外部に配置されており、かつ/又はこれらのセンサは液化ガス管路6内のガス混合物2,21を測定する。ただしガス伝導率センサ8、温度センサ1及び圧力センサ9を、ガス混合物分析モジュール7のハウジング内に配置してもよく、又はその中に組み込んでもよい。
特に、ガス伝導率センサ8及び温度センサ1は、1つのコンビネーションセンサとして設計されている。これによって、設置スペース及び付加的なデータラインが節約される。
液化ガス管路6は、ガス混合物分析モジュール7から第1の遠隔制御遮断弁10まで案内されており、又はガス伝導率センサ8、温度センサ1及び圧力センサ9の配置次第ではハウジング内を、又はハウジング外を案内されている。特に、第1の遠隔制御遮断弁10は、蒸発器/圧力調整器11とダイレクトに接続されている。蒸発器又は圧力調整器11において液体のガス混合物は、蒸発器チャンバ55内で熱が供給されて気相に転化される。蒸発器又は圧力調整器11の低圧力側12における圧力調整器出口13に続いて、たわみ管路14が設けられており、この管路を介して気体状のガス混合物が今度は遠心濾過器15まで案内され、この遠心濾過器15によってガス混合物が洗浄され、好ましくはエステル−パラフィン−オレフィン及び/又は固体が除去される。遠心濾過器15の出口を介して気体状のガスがさらに、接続された低圧たわみ管路14を介して特にフィスト型分配器16に供給され、このフィスト型分配器16によって、ガス混合物が取り出されたときのガス圧力変動が回避及び/又は抑圧される。ガス混合物は、たわみ管路14内をガス吹き込み弁17まで案内される。
ガス吹き込み弁17はアドオン制御ユニット18によって制御され、特に逐次的にガス吹き込みのために制御ライン23を介して、ピーク&ホールド信号としても知られている好ましくは階段状パルスによって制御される。特に、ガス温度センサ25がフィスト型分配器16の出口接続部に設置されており、この場合、アドオン制御ユニット18によってガス吹き込み量が求められるときにガス温度が考慮されるようにする目的で、ガス温度がアドオン制御ユニット18へ好ましくは電気的なライン22を介して持続的に伝達される。
特に、電気的なライン26が、アドオン制御ユニット18とエンジン制御ユニット20との間に設けられている。
一般にエンジン制御ユニット20は、モノバレント燃料モードの動作のためだけに設計されており、つまりディーゼル燃料によるディーゼルエンジンの動作又はガソリン燃料によるガソリンエンジンの動作のためだけに設計されている。
特に、エンジン制御ユニット20は、噴射装置27つまりガソリン噴射弁又はディーゼルインジェクタのための噴射信号を、電気的なライン26又は択一的にワイヤレス伝送媒体を介して、アドオン制御ユニット18へ送信する。
基本的にエンジン制御ユニット20の噴射信号は、アドオン制御ユニット18による吹き込み時間及び/又は噴射時間を計算するためには必要とされない。その理由は、アドオン制御ユニット18は完全に自律的に、自主的に、かつ/又はエンジン制御ユニット20とは独立して、動作可能だからである。
特に、アドオン制御ユニット18は、エンジン制御ユニット20により計算されたライン中の噴射制御負荷信号及び/又は噴射時間信号を、好ましくは抵抗及び/又はコイルを介して熱に変換する。これによってエンジン制御ユニット20は、噴射時間を有する信号が噴射弁に到達しなかったこと、又は噴射弁に至るラインが切断されてしまっていることを認識しない。このようにすれば、エンジン制御ユニット20のエラーメッセージ及び/又は誤動作を回避することができる。好ましくは上述の措置はガソリンエンジンのために実現され、この場合には特に、エンジン制御ユニット20により計算された噴射時間に関する信号は、アドオン制御ユニット18によって記録又は処理されることさえなく、つまりアドオン制御ユニット18による制御及び/又は調整にまったく影響を及ぼさない。
1つの実施形態によれば、ディーゼルエンジン及びガソリン直噴エンジンのためにエンジン制御ユニット20によって計算された噴射時間に関する信号が、少なくとも記録され、オプションとして吹き込み時間及び/又は噴射時間を制御又は調整するために考慮される。この場合、噴射時間において過度に逸脱した計算結果を検出するための参照値として用いるのが有利であり、これによって例えば、アドオン制御ユニット又は接続されたモジュール又はセンサの故障を指摘することができる。
アドオン制御ユニット18の端子ピン割り当ての検出により、アドオン制御ユニット18は、モノバレント燃料、バイバレント燃料又はトリバレント燃料の供給がサポートされているか否か、つまりはそれが可能か否か、を判定する。これは特に、ガソリン噴射システム又はディーゼル噴射システムの特性に依存する可能性がある。
特に、アドオン制御ユニット18に格納されているガソリン及び/又はディーゼルの負荷特性によってアドオン制御ユニット18は、噴射装置27すなわちガソリン噴射弁又はディーゼルインジェクタを制御することができる。
特に、吸気マニホールド圧力センサ43は、好ましくはエンジン負荷に相応する値を表す負荷信号を生成する。
特に、レール圧力センサ44は、同様にエンジン負荷の度合いを表す圧力信号の形態の負荷信号を生成する。
吸気マニホールド圧力センサ43及び/又はレール圧力センサ44によって測定された、かつ/又は生成された負荷信号は、アドオン制御ユニット18に供給される。
図2によりガソリンエンジンについて、図3によりディーゼルエンジンについて示されているように、ガソリン又はディーゼルの噴射時間、ならびにH及び液化ガス燃料例えばLPG等の吹き込み時間を、負荷に依存するガス吹き込みルックアップテーブルからの負荷信号を用いて求めることができる。
従って負荷に依存するガス吹き込みルックアップテーブルは、入力値特に負荷信号に対応づけ可能であり記憶媒体に格納された値又は出力値を含むテーブルに相応し、特にガソリン又はディーゼルの噴射時間ならびにH及び液化ガス燃料例えばLPG等の吹き込み時間を含むテーブルに相応する。
さらにオプションとして負荷信号は、格納されている基準負荷信号値と比較され、好ましくはそれらの基準値に適合される。次いで、このようにして変更された負荷信号を、例えばセンサを較正する目的で、吸気マニホールド圧力センサ43又はレール圧力センサ44に送り戻すことができる。
噴射装置27は、つまりガソリンエンジンすなわち「オットーエンジン」のガソリン噴射弁又はディーゼルエンジンのディーゼルインジェクタ27は、エンジン19の一部である。
特に、エンジン19は、本発明から得られる特徴とは別にして、液化ガス燃料及び水素の燃焼のためにレトロフィットされた慣用のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。
従ってここで理解されるように、ガス吹き込み弁23及び噴射装置27すなわちガソリン噴射弁又はディーゼルインジェクタは双方ともに、個々の燃料をエンジン19の共通の燃焼室に導入するために用いられ、この点について図1には概略的に例示されているにすぎない。
以下では、エンジン19の種々の動作モード、ならびに個々のモジュールすなわちラムダオフセットモジュール28、セーフティモジュール29、Hモジュール30及び/又はガス混合物分析モジュール7の動作態様について、さらに詳しく説明する。
モノバレント液体燃料動作すなわちガソリン動作又はディーゼル動作
エンジン19がガソリンを液体燃料モードつまりガソリンモードで燃焼させる場合、又はディーゼルを液体燃料モードつまりディーゼルモードで燃焼させる場合、これは一般的に、噴射装置27すなわちガソリン噴射弁又はディーゼルインジェクタによって、エンジン19の燃焼室内に導入される。噴射装置は、やはり一般的な手法でエンジン制御ユニット20によって制御される。特にガソリン又はディーゼルは、図示されていないガソリンタンク又はディーゼルタンクを介して供給される。
ガソリンモード又はディーゼルモードを、特にエンジン19の始動時にアクティブにすることができるが、必ずしもそうしなくてもよく、つまり本発明を用いて液化ガスモードすなわち純然たる液化ガス動作で、エンジン19を始動させることもできる。
ガスタンク3は弁31を備えたガス取り出し接続部を有しており、これによればガス混合物の蒸気相すなわち気相21からガス管路32を介して第2の遠隔制御遮断弁33へ、ガスを案内することができる。
アドオン制御ユニット18がガス始動のためにプログラミングされているならば、第1の遠隔制御供給弁51は制御ライン50を介して作動されず、その代わりにアドオン制御ユニット18によって、第1の遠隔制御遮断弁10が制御ライン36を介して作動され、かつ/又は第2の遠隔制御遮断弁33が制御ライン35を介して作動される。特に、アドオン制御ユニットは、ガス始動がプログラミングされている場合に、Hモジュール30を制御する。
このとき蒸発器及び/又は圧力調整器11は、第2の遠隔制御遮断弁33を介して、かつ/又は第1の遠隔制御遮断弁10を介して、蒸気相21からガスを受け取り、この場合、蒸発器及び/又は圧力調整器11は、もっぱら圧力調整器11として動作する。
蒸発器又は圧力調整器11が、モータ駆動される温水供給部34によってアドオン制御ユニット18に格納されている切替温度に達すると、制御ライン35が遮断され、遠隔制御遮断弁33が閉鎖し、かつ/又は遠隔制御供給弁51が制御されて、制御ライン50を介してアドオン制御ユニット18により開放される。
特に、温水供給部34は、エンジンの冷却水を案内するための冷却水管路と接続されている。
アドオン制御ユニット18が、ガス始動のためにプログラミングされているのではなく、液体燃料モードから液化ガスモードへの切替のために規定された切替温度例えば35℃に対してプログラミングされていたならば、その場合にエンジンは慣用のようにガソリン又はディーゼルで始動させられ、蒸発器及び/又は圧力調整器11において設定された水温に達するまで、ガソリン又はディーゼルによって動作させられ、特にエンジン19の冷却水の水温センサ37が、切替温度よりも高い水温を、好ましくは信号ライン38を介してアドオン制御ユニット18に伝達し、その結果として、アドオン制御ユニット18が液体燃料モードからバイバレント液化ガスモード又はトリバレント液化ガスモードへ切り替わるまで、ガソリン又はディーゼルによって動作させられる。
冷却水とは、エンジン19の全般的な冷却のためのエンジン19の冷却液のことである。
一般に排気技術において、パラメータシンボルのラムダは、燃焼の化学量論的混合と対比された空燃比のことを表す。化学量論的燃料比のときに、燃料の完全燃焼に理論的に必要とされる空気量が正確に存在する。これをλ=1と称する。ガソリンエンジンの場合には質量比は14.7:1であり、液化ガス燃料の場合には例えば15.5:1である。
エンジン制御ユニット20は、燃焼の完全性に対する尺度となる信号値を取得するために、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45と接続されている。この信号値又はこれらの信号値に従い、ガソリン又はディーゼルの噴射時間すなわちガソリン又はディーゼルのための噴射弁を開放する期間が、通常はエンジン制御ユニット20において決定され、その際に通常はエンジン制御ユニット20の記憶媒体に格納された1以上のガソリン又はディーゼルのルックアップテーブルが用いられる。
いっそう多くの燃料が存在する場合には、いわゆるリッチ混合(ラムダ<1)であり、過剰空気はリーン混合(ラムダ>1)である。ラムダ窓(ガソリンの場合にはラムダ=0.97〜1.03)は、触媒コンバータが最大浄化性能を達成する理想的な領域である。ラムダ制御によれば通常、ラムダセンサを介して目下のラムダ値が検出され、目標値に設定されるように燃料又は空気の体積が変更される。このことが必要とされる理由は、測定し直さなければ燃料調量が十分に正確ではないからである。
上述の記載においてそれぞれ異なる質量比に基づき説明したように、決定され伝達される信号値は、液体燃料モードと、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モード又は例えばLPG及び/又は水素を用いた液化ガスモードとでは、同等に完全な燃料プロセスであってもそれぞれ異なる。従ってバイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードへの切替後、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45の信号値は、信号値の補正なしでは燃焼の完全性に関して、目下の(実際の)条件にもはや対応しない。
従って液体燃料モードからバイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードへの切替後、ガソリン又はディーゼルのルックアップテーブルにおいてラムダ比を正しく計算するためには、あるいは換言すれば、効率的な燃焼のために適正なラムダ制御を実行するためには、それ相応の信号値補正を伴わなければ、信号値はもはやエンジン制御ユニット20のために適切なものではなくなってしまう。
液体燃料モードからバイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードへの切替後であっても、それにもかかわらずエンジン制御ユニット20による適正なラムダ制御を実現できるようにする目的で、つまりはエンジン制御ユニット20からの間違ったエラーメッセージを回避する目的で、かかる信号値補正を実施するためのラムダオフセットモジュール28が特に設けられており、このような補正のことをラムダオフセット整合とも称する。ラムダオフセットモジュール28の機能及び動作について、以下でさらに説明する。
バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードあるいは液化ガスモード
純然たるモノバレント液体燃料モードつまりガソリンモード又はディーゼルモードの場合ではなく、バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードによれば、ガス混合物2,21とHセル38から送られる水素とが、燃焼のためにエンジン19の吸気ダクトに供給される。この供給は、液化ガス管路6及び/又はマルチ弁4を介したエンジン19のガス始動の完了後に実施される。ガス混合物分析モジュール7のガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9、及び/又は蒸発器及び/又は圧力調整器11は、液相2にあるガス混合物とじかに接触した状態におかれる。特に、液相2にあるガス混合物は、低圧たわみ管路14、遠心濾過器15、フィスト型分配器16及び/又はガス吹き込み弁17を介して、エンジン19に到達する。
特に、水素はH吹き込みノズル40を介して供給される。
特に、液体のガス混合物2は蒸発器又は圧力調整器11内へと流れ、そこにおいて気体状態へと転化される。
エンジン19のコールドスタートの場合には特に、ガス混合物を液相2で蒸発器及び/又は圧力調整器11へ、もっぱら又は付加的にガス管路6を介して供給することができ、及び/又はガス管路32を介して気相21で供給することができる。
特に、蒸発器及び/又は圧力調整器11は、気体のガス混合物21が供給されるときには、圧力調整器としてのみ動作し、かつ/又は上述のようにガスが低圧たわみ管14からガス吹き込み弁17へと伝達される。
ガス混合物2のガス吹き込みは、常にガス吹き込み弁17を介して実行され、かつ/又はHの吹き込みは、エンジンの吸気ダクトへのH吹き込みノズル40を介して実施される。特に燃焼室内への気相での供給は、特にもっぱら吸気ダクト(図1に示されていない)を介して実施される。
今日の実際の運用では、バイバレント又はトリバレントのガス燃焼動作の場合も、ガソリン又はディーゼルの動作の場合も、個々の燃料の供給は、ラムダセンサ又はNOxセンサの信号に応じて整合されるだけである。この場合、ラムダオフセットモジュール28、ガス混合物分析モジュール7、Hモジュール30及び/又はセーフティモジュール29が適用される。以下、これらの機能について説明する。
ガス混合物分析モジュール7
ガス混合物分析モジュール7は、特に動作中の個々のガス成分の組成又は比率の変化を考慮しながら、ガス混合物2,21の発熱量H及び/又はガス混合物特性値を求めるために用いられる。なぜならば、ガス混合物の組成の変化によって、基本的に燃焼プロセスに影響が及ぼされるからである。
従ってガス混合物分析モジュール7は、目下の組成におけるガス混合物2,21の発熱量H及び/又はガス混合物特性値を供給し、それによってアドオン制御ユニット18は、液化ガス燃料、Hに関して最適化されたガス吹き込み時間及び/又は液体燃料に関して最適化された噴射時間を供給することができる。
特に、ガス混合物分析モジュール7は、ガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9と接続されている。
特に、ガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9は、液化ガス管路6に配置されている。好ましくは、ガス混合物2,21は動作中、特に液化ガスモードの場合にガス始動を除き、常に液相2で存在しているか、又は特にガス始動中、通常の液体ガス動作に切り替わるまで気相21で存在している。
従ってガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9は常に、液相2又は気相21のガス混合物だけを測定し、つまり基本的に液相2と気相21とを同時には測定しない。
特に、ガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9の測定データを処理することによって、ガス混合物2,21のガスの割合を求めることができる。特に、これらのガスの成分にはプロペン、プロパジエン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、イソブテン、シス−2−ブテン、トランス−2−ブテン、1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエン、メタン、エタン、エテン、ネオペンタン、イソペンタン、n−ペンタン、ペンテン、オレフィン、及び/又はC5−オレフィンが含まれる。
ガス伝導率センサ8は特に、イオン化測定を実施するように構成されている。
1つの実施形態によれば、ガス伝導率センサ8は、アノードとカソードとの間において特に一定の電圧で、好ましくは測定電流を用いることによって、ガス導電率センサ8がガス混合物2,21のガス伝導率又は導電率をそれぞれ測定するように、設計されている。このようにした場合、測定された電流は導電率の尺度であり、かつ/又は測定信号を表す。
測定された電流は温度によって影響が及ぼされるので、温度に左右されず特に温度について正規された伝導率値を取得する目的で、測定された電流を温度センサ1の測定された温度と共に処理することによって、温度の影響を特定及び/又は排除、相殺又は正規化することができる。
ガス混合物2,21の目下の濃度も、測定された電流に影響を及ぼす可能性がある。
目下のガス混合物2,21の濃度は好ましくは、特に温度センサ1により測定された温度と、特に圧力センサ9により測定された圧力とに基づき、求めることができる。
測定された電流を求められた濃度と共に処理することによって、濃度に左右されず特に濃度について正規化された伝導率値を取得する目的で、濃度の影響を特定及び/又は排除、相殺又は正規化することができる。
1つの有利な実施形態によれば、ガス伝導率センサ8の測定信号の温度正規化と濃度正規化とを組み合わせて、正規化された発熱量H及び/又は正規化されたガス混合物特性値を求めることができる。好ましくは、このようにして求められた発熱量H及び/又はガス混合物特性値は、ガス吹き込み時間を求める際に、択一的に又はオプションとしてガス吹き込み量も求める際に、考慮されるようにする目的で、アドオン制御ユニット18に伝達される。
択一的に、測定された電流を圧力センサ9により測定された圧力と共に処理することによって、圧力に左右されず特に圧力について正規化された伝導率値を取得する目的で、圧力の影響を特定及び/又は排除、相殺又は正規化することができる。
特に、ガス伝導率センサ8の測定信号の温度正規化、濃度正規化及び/又は圧力正規化を組み合わせることができる。この目的は、温度について正規化された、濃度について正規化された、かつ/又は圧力について正規化された発熱量H及び/又はガス混合物特性値を求めるためであり、次いでこれらを、ガス吹き込み時間を求めるために、択一的に又はオプションとしてガス吹き込み量を求めるために、装置又はアドオン制御ユニット18に伝達することができる。
好ましくは、ガス混合物分析モジュール7には特に多次元のガス混合物分析ルックアップテーブルが格納されており、これによって、ガス伝導率センサ8の測定信号、ガス混合物2,21の求められた濃度、及び/又は温度センサ1の温度信号に基づき、発熱量H及び/又はガス混合物特性値の割り当てを行うことができる。
好ましくは、液化ガス燃料の典型的なガス成分の特性が、特に多次元のガス混合物分析ルックアップテーブルにおいて考慮され、従って出力される発熱量H及び/又は出力されるガス混合物特性値は、目下のガス混合物2,21のガス組成を考慮したものとなる。
好ましくは、特に多次元のガス混合物分析ルックアップテーブルに格納されたデータは、1以上の一連の測定によって求められたものであり、かつ/又はそれらのデータによって、規定された温度及び規定された濃度に関して、択一的に又はオプションとして規定された圧力に関しても、好ましくは測定された導電率が正規化された後の、ガス混合物2,21の導電率に基づき、個々のガス成分の種々の混合比に応じて、発熱量H及び/又はガス混合物特性値が割り当てられる。
択一的に、発熱量H及び/又はガス混合物特性値を、多次元方程式を解くアルゴリズムによって割り当てることができる。発熱量H及び/又はガス混合物特性値をこのように分解して求めることは、周波数におけるフーリエ分析と似ている。なぜならば、濃度、温度及び/又は伝導率は、すべてのガス成分の特性をまとめて表しているからであり、つまり個々のガス成分全体にわたる合計又は積分を表しているからであり、この場合、各ガス成分自体はそれぞれ異なる濃度、温度及び/又は伝導率を有している。
ガスの伝導率すなわち導電率を測定する場合、気相にあるガス混合物21において特に、正及び/又は負のイオンが電流の伝導に寄与する。
1つの実施形態によれば、ガス伝導率センサ8は、ガス混合物2,21の伝導率を測定するためにアノード及びカソードを有する。かかるガス伝導率センサ8を、製造にごく僅かな手間しかかけずに用意することができる。
特にガス混合物2,21のガス濃度、熱伝導率及び/又は実効抵抗を求めるために、イオン化測定又はガス伝導率センサ8及び温度センサ1を用いることができる。ガス伝導率センサ8及び温度センサ1によるこれらの測定データは、特にコンビネーションセンサによる実施形態の場合であれば、特に少なくとも0.5V及び/又は最大で4.5Vのアナログ電圧信号として、ガス混合物分析モジュール7に伝達される。特に、この信号はそこにおいて、8bitのディジタル信号に変換される。択一的にガス伝導率センサ8は、アナログ/ディジタル変換器を含むこともでき、かつ/又はディジタル信号を供給することもできる。
ガス混合物分析モジュール7は、ガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9の測定信号に基づき、発熱量H及び/又はガス混合物特性値を求める。
特に、発熱量H及び/又はガス混合物特性値は好ましくはさらに、信号/制御ライン24又はワイヤレス伝送手段を介して、アドオン制御ユニット18に伝達される。
特に、ガス混合物調整ルックアップテーブル(図4)がアドオン制御ユニット18に格納されており、これによれば入力パラメータである発熱量Hに基づき、出力パラメータであるガス混合物整合係数を好ましくはパーセントを単位として求めることができる。別の選択肢としてこのガス混合物調整ルックアップテーブルは、入力パラメータであるガス混合物特性値に基づき、ガス混合物整合係数を出力することができる。
特に、このガス混合物整合係数は特に液化ガス燃料に対して、上述のようにして求められた吹き込み時間と共に用いられる。好ましくはガス吹き込みルックアップテーブルは、ガス混合物整合係数によってシフトされ、つまり図5に示されているように、ガス混合物2,21の組成に適合された最適化された吹き込み時間を取得するために、リッチ又はリーンの方向へシフトされる。
特に、ガス混合物が基本的に液相2又は気相21として存在し得る液化ガス管路6内の圧力を測定するために、圧力センサ9が用いられる。これは液化ガス管路6内に生じている圧力であって、ガス混合物又はガス混合物内の各ガス成分の流体濃度及び/又はガス濃度を計算及び/又は相殺するために必要とされる。
かくしてガス導電率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9により測定された値が、液化ガス管路6内のガス混合物2に関する情報と共に、ガス混合物分析モジュール7に伝達される。これらのセンサデータからガス混合物分析モジュール7は、上述のように発熱量H及び/又はガス混合物特性値を可変の電圧パラメータすなわち電圧信号として求め、ガス混合物調整ルックアップテーブルを介してガス吹き込み時間を最適化するために、ガス混合物整合係数をパーセントで求める目的で、この電圧信号は好ましくはアナログ又はディジタルで、信号ライン又は制御ライン24を介してアドオン制御ユニット18に供給される。このようにして、ガス混合物2,21の目下のガス混合物の組成又は混合比に基づき、ガス吹き込み時間が制御される。
ガス伝導率センサ8及び温度センサ1は、イオン化によってガス混合物2又は蒸気相21の濃度−熱伝導率及び実効抵抗を測定する。この場合、ガス混合物2又は蒸気相21は以下のガスからなる。すなわちプロペン、プロパジエン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、イソブテン、シス−2−ブテン、トランス−2−ブテン、1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエン、メタン、エタン、エテン、ネオペンタン、イソペンタン、n−ペンタン、ペンテン、オレフィン、及び/又はC5−オレフィン。
ガス混合物分析モジュール7の測定された値に基づき、液相2及び/又は蒸気相21にあるガス混合物の目下の発熱量H及び/又はガス混合物特性値、及び/又はオプションとして目下のガス混合比又はガス成分すなわちガス混合物組成を求めることができるように、特にガス混合物分析モジュール7はハードウェア及びソフトウェアとして装備されている。
ガス混合物2,21の求められた発熱量H及び/又はガス混合物特性値を、アナログ又はディジタルで電気的なライン24を介してアドオン制御ユニット18に伝達することができる。
特に、ガス混合物調整ルックアップテーブルがアドオン制御ユニット18に格納されており、このテーブルにはガス混合物整合係数が、好ましくはパーセント値として特にバイバレントガス吹き込み量に対し、発熱量H及び/又はガス混合物特性値に依存して割り当てられている。
ガス混合物調整ルックアップテーブルの厳密な構造及び調整手法については、あとで説明する。
ガス混合物2,21の求められた目下の発熱量H及び/又はガス混合物特性値、及びその結果として得られたガス混合物整合係数に応じて、求められた最適化された特にバイバレントのLPGのガス吹き込み量が、次いでガス吹き込み弁17を通して、特にH吹き込みノズル40を介したHの吹き込みと並行して、エンジン19の吸気ダクト内に供給され、エンジン19は、適正な燃焼を保証して、目下のガス混合物組成を考慮しながら、できるかぎり完全燃焼させるという点で燃焼が調整されるように、バイバレント燃料混合物又はトリバレント燃料混合物を吸い込む。
規定されたタイムインターバルにおける調整
ガス混合物分析モジュール7は好ましくは、ガス混合物2,21の目下の発熱量H及び/又はガス混合物特性値の特定が、規定されたタイムインターバルで繰り返されるように、設計されている。
好ましくは、ガス始動がプログラミングされているケースでは、バイバレント又はトリバレントのガス噴射をできるかぎり迅速に調整できるようにする目的で、エンジン19が始動されたときに、ガス混合物分析モジュール7は、ガス組成を持続的に求めることになり、かつ/又は発熱量H及び/又はガス混合物特性値をアドオン制御ユニット18に連続的に送信することになる。好ましくは、かかる持続的な測定及び/又は連続的な送信は、特に水温センサ37によって測定されたエンジン19の冷却水が、格納されている温水温度に到達するまで、アクティブ状態にある。指定された水温に達したならば、エンジン19が動作しているときに所定のタイムインターバルで、この測定が何度か実施されるだけである。
特に、測定タイムインターバルは30秒であり、すなわち30秒ごとに目下の測定に基づき、目下の発熱量HS及び/又はガス混合物特性が供給される。このように測定を繰り返し、ガス混合物調整ルックアップテーブルを介して相応に制御するようにした結果として、以下でさらに述べるような様々な利点が得られる。
ガス混合物2,21の発熱量H及び/又はガス混合物特性が求められること、及びアドオン制御ユニット18のガス混合物調整ルックアップテーブルがガス混合物2,21の発熱量H及び/又はガス混合物特性値に依存すること、によって保証されるのは、特にバイバレントガス燃焼動作の開始時に、オプションとしてガスタンク3の燃料補給後にも、ガス混合物2に左右されることなく、エンジン19において適正なガス燃焼プロセスが行われる、ということである。
さらにこのことに加え、動作中に測定及び調整が繰り返し実施されることによって、温度変動が考慮され、このような温度変動は、風が吹いたり、車両を日の当たるところに停めたり、車両をガレージ内に停めたり、かつ/又は零下の温度で引き続き動作させたりすること等によって引き起こされる。ガス混合物の適正な燃焼を保証する目的で、ガス混合物の温度が変更される。液化ガス管路6内における液相又は気相、特に液相2におけるこのような温度差によって、補給されたガス混合物の濃度に変化が引き起こされ、このような温度差がガス伝導率センサ8、温度センサ1及び/又は圧力センサ9の信号と共に、ガス混合物分析モジュール7に伝達され、さらに好ましくは信号ライン又は制御ライン24を介してアドオン制御ユニット18に伝達され、かつ/又は完全燃焼させる目的でガス混合物調整ルックアップテーブルによって考慮される。
他の重要な利点は、バイバレント又はトリバレントのガス燃焼モードにおいても持続的に動作を続けるエンジン制御ユニット20は、そこに格納されているガソリン又はディーゼルのルックアップテーブルを意図に反するように整合させない、ということであり、それというのも、例えば液化ガス燃料の燃焼によるラムダ値が、ガソリン又はディーゼルの燃焼によるラムダ値とみなされるからである。
モジュール30
液体燃料モードにおいてエンジン始動時にアドオン制御ユニット18によって、制御ライン又は信号ライン52を介して、あるいはワイヤレス伝送媒体を介して、Hモジュール30が好ましくはアクティブ状態にされる。アドオン制御ユニット18はガス量ルックアップテーブルマップを有しており、このマップにより負荷値に基づき水素量を求めることができ、この水素量は好ましくは、制御ライン又は信号ライン52を介してHモジュールに伝達される。特にこの水素量に基づき、Hモジュール30はHセルによってこの水素量の放出を開始する。
特に、水素量はH吹き込みノズル40を介してエンジン19の吸気ダクトに連続的に吹き込まれ、かつ/又は燃焼のために燃焼室に供給されるべく吸入管圧力を介してエンジン19により吸い込まれる。
水素は燃料として用いられる一方、有害放出物を低減する役割も果たす。その理由は、有害物質をほとんど出さずに、又は少なくとも部分的に僅かに有害物質を生成させるだけで、水素を燃焼させることができるからである。バイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードにおいて水素の割合が大きくなればなるほど、2つ又は3つの異なる燃料を同時に燃焼させたときに発生する有害物質の総量が僅かになる。
アドオン制御ユニット18において、特に記憶媒体に、ガス量ルックアップテーブルが格納されている。水素量は常に、Hモジュールにアナログ信号又はディジタル信号の形態で伝達される。
負荷値に加え、ガス量ルックアップテーブルは好ましくは、入力パラメータとしてエンジン速度も有している。特にこれらの入力パラメータは好ましくは、Hモジュールに伝達される水素量を介して、Hモジュールによる電流制御をトリガし、これによってHセル38内に存在するHゲル又は水が、電気分解によって水素と酸素と分解される。好ましくは、達成される最大効率は約75%の水素含有率である。従って水素ガスの特に連続的な供給は、又はH吹き込みノズル40を介した水素の吹き込みは、電流制御によって規定される。
好ましくは、Hモジュール30はノックセンサ39と接続されている。ノックセンサ39はオプションとして、ノッキングノイズを検出するための音響センサであり、このようなノッキングノイズは通常、本来の火炎前面以外にも空気燃料混合物の不所望な自然着火が生じることで引き起こされる。好ましくはノックセンサ39は、バイバレント又はトリバレントの成層燃焼プロセスを持続的又は連続的に監視する。ノックセンサ39によってノッキング燃焼が検出されてHモジュール30に伝えられると、ノック信号がHモジュール30からアドオン制御ユニットに、好ましくは信号/制御ライン52を介して伝達される。ノック信号は常に、Hモジュール及び/又はアドオン制御ユニット18に、アナログ信号又はディジタル信号の形態で伝達される。
好ましくはノック信号は、ガス量ルックアップテーブルの入力パラメータとして用いられる。特に、ガス量ルックアップテーブルは、ノックのない燃焼が達成されるまで、水素量又は水素生成用の電流制御が好ましくは段階的にかつ/又は所定のパーセンテージで低減されるように構成されている。
好ましくは、ガス量ルックアップテーブルは、ノックのない燃焼が20回生じた後では、ノックメッセージを考慮せずに再び水素量が達成されるまで、水素量又は水素生成用の電流制御が好ましくは段階的にかつ/又は所定のパーセンテージで増加されるように構成されている。
好ましくは、アドオン制御ユニット18は以下のように構成されている。すなわち、アドオン制御ユニット18が再整合を伴う駆動サイクル中に上述のノッキング燃焼プロセスを検出したならば、次のエンジン再始動まで、アドオン制御ユニット18がガス量ルックアップテーブルを段階ごとに適応的に変更するのである。好ましくはエンジン再始動後、アドオン制御ユニット18内の制御特性曲線又はガス量ルックアップテーブルから結果として得られる水素量が、好ましくは所定のパーセンテージで段階ごとにノック限界に再び近づけられて、ガス量ルックアップテーブルにおける特に制御特性曲線がポジショニングし直される。
図1には、個々のHゲル又は水のための貯蔵器又はタンクからHセルへの導入は、ごく概略的にしか示されていない。
ラムダオフセットモジュール28
ラムダオフセットモジュール28は好ましくは、特に以下の排気ガス測定プローブのための電気的な接続を有する。すなわち、二酸化ジルコニウム測定プローブ、二酸化チタン測定プローブ、ラムダセンサ46としてのプレーナ型測定プローブ、ネルンスト測定プローブ、ラムダセンサ46としてのLSU測定プローブ、ポンププローブ、及び/又はNOxセンサ45。
対応する排気ガスプローブを識別して測定値を記録するために、特に電圧及び/又は電流のルックアップテーブルがラムダオフセットモジュール28に格納されている。
ラムダセンサ46としての二酸化ジルコニウム排気プローブは、電圧を送出する測定プローブである。好ましくはラムダセンサ46は、特に二酸化ジルコニウム排気プローブ及び/又はNOxセンサ45は、少なくとも−100mV(リッチ排気ガス)及び/又は最大で900mV(リーン排気ガス)の動作範囲を、特に少なくとも500℃及び/又は最大で800℃好ましくは約650℃の作用温度範囲又は動作温度で、供給することができる。好ましくは、二酸化ジルコニウム排気プローブ46は、少なくとも−100mV(リーン排気ガス)及び/又は最大で900mV(リッチ排気ガス)の反転された範囲で動作させるために、ヒ素でドーピングされる。好ましくは、5000mV±10mVの電圧が、特にガソリンモードにおいてエンジン制御ユニット20により、好ましくは二酸化ジルコニウム排気プローブ46のラムダセンサラインに供給され、これによって二酸化ジルコニウム排気プローブは、少なくとも4500mV(リッチ排気ガス)及び/又は最大で5500mV(リーン排気ガス)の制御範囲で、あるいは反転されて少なくとも4500mV(リーン排気ガス)及び/又は最大で5500mV(リッチ排気ガス)の制御範囲で、ラムダプローブ46として動作するようになる。電圧値のこのような変化は、規定されたリッチ排気ガス混合物であるのかリーン排気ガス混合物であるのかを表し、噴射すべき燃料量を特に他の調整変数に加えて調整するために、エンジン制御ユニット20によって用いられる。
ラムダセンサ46としての二酸化チタン排気プローブは、好ましくは抵抗測定プローブである。エンジン制御ユニット20は、特に5000mV±10mVの電圧を供給し、かつ/又は少なくとも約650℃の作用温度範囲/動作温度において、二酸化チタン排気プローブ46は、少なくとも4500mV(リッチ排気ガス)及び/又は最大で5500mV(リーン排気ガス)の制御範囲で、又は反転されて少なくとも4500mV(リーン排気ガス)及び/又は5500mV(リッチ排気ガス)の制御範囲で、動作する。電圧値のこのような変化は、規定されたリッチ排気ガス混合物であるのかリーン排気ガス混合物であるのかを表し、噴射すべき燃料量を調整するために、エンジン制御ユニット20によって用いられる。
ラムダプローブ46としてのプレーナ型排気ガスプローブは、測定セル及び/又はポンプセルを備えた電流プローブである。作用温度範囲/動作温度は特に500℃〜800℃好ましくは約650℃であり、この場合、セル補償電圧の目標値は好ましくは400〜500mVであり、好ましくは450mVである。測定セルの電圧がこの目標値から隔たると、目標値に再び到達するまでポンプセルは補償を行う。特に、この補償の結果として、少なくとも−3.5mA(リッチ排気ガス)及び/又は最大で3.5mA(リーン排気ガス)となる可能性のある電流が流れる。電流値のこのような変化は、規定されたリッチ排気ガス混合物であるのかリーン排気ガス混合物であるのかを表し、かつ/又は噴射すべき燃料量を調整するために、エンジン制御ユニット20によって用いられる。
ラムダプローブ46としてのネルンスト排気プローブは、ブロードバンドプローブとも称され、かつ/又は規定の内部抵抗を備えた電流プローブであり、この場合、測定セルに対向するポンプセルの膜として特に、二酸化ジルコニウム好ましくは酸化ジルコニウム(IV)が用いられる。通常、ネルンスト電圧は一定に調整され、好ましくは最小で2400mV(リッチ排気ガス)及び最大で3200mV(リーン排気ガス)で調整される。これは基本的に、少なくとも0μA(リッチ煙道ガス)及び/又は最大で100μA(リーン煙道ガス)のポンプ電流に相応する。電流値信号のこのような変化は、規定されたリッチ排気ガス混合物であるのかリーン排気ガス混合物であるのかを表し、ネルンスト電圧を参照して噴射すべき燃料量を調整するために、エンジン制御ユニット20によって用いられる。
NOxプローブ45としてのLSU排気プローブは、ブロードバンドプローブとも称されるが、特にプレーナ型のZrOの2セル式境界電流プローブである。LSU排気プローブは、ネルンスト型の2つのセル及び/又は電位差測定酸素濃度セル、及び/又は電流測定酸素ポンプセルを有する。排気ガス成分は、拡散チャネルを介してポンプセル及びネルンストセルの電極に拡散可能であり、そこにおいてそれらの排気ガス成分は熱力学的平衡状態におかれる。制御電子装置は、濃度セルのネルンスト電圧Uを記録し、かつ/又はポンプセルに可変のポンプ電圧Uを供給する。Uの値が特に約450mVの目標値よりも低ければ、排気ガスはリーンであり、ダクトから酸素がポンピングされて排出されるように、電流がポンプセルに供給される。他方、リッチ排気ガスの場合には、Uは目標値よりも高くなり、セルがダクト内に酸素をポンピングするように、電流方向が反転される。電流値のこのような変化は、好ましくは少なくとも−3.5mA(リッチ排気ガス)及び/又は最大で4.5mA(リーン排気ガス)のラムダ特性マップ制御のために、エンジン制御ユニット20において用いられる。LSU排気プローブは、0.65(リッチ排気ガス)〜10(リーン排気ガス/空気)までのラムダ測定範囲をカバーできることから、特にディーゼル排気ガス測定に適している。
一般的に提供されており自動車に設けられているようなNOx測定プローブ45は、実質的にブロードバンドプローブと同じように動作する。第1のセル(ポンプセル)において、まだ存在している酸素原子がイオン化されて、セラミックによりポンピングされて排出される。第2のセルにおいて、触媒活性物質を用いて同じ排気ガス流中で窒素酸化物が分解され、酸素含有率(分圧)が測定される。このときに存在している酸素は、窒素酸化物の分解により生成されたはずのものである。よって、窒素酸化物を遡って追跡することができる。電流値のこのような変化がエンジン制御ユニット20に伝達され、燃焼した燃料が過剰にリッチであったのか過剰にリーンであったのかを判定するために、かつ/又はいずれの窒素酸化物成分が排気ガス中に存在しているのかを判定するために、評価される。
特にLPG及び/又は水素を用いたバイバレント液化ガスモード又はトリバレント液化ガスモードの場合、NOxセンサ45及び/又はラムダセンサ46は、制御モードに依存して、かつ/又はガソリン又はディーゼルの燃料の割合と併せて、ラムダオフセットモジュール28に測定値を送信する。この場合、測定値は、液体燃料及び液化ガス燃料のそれぞれ異なる化学的な特性ゆえに、目下のラムダ比及び/又は窒素酸化物比と適正には相関していない。従って冒頭で述べたように、取得された測定データは、ガソリン又はディーゼルのルックアップテーブルにおいてラムダ比又は窒素酸化物比を適正に処理又は計算する目的で、かつ/又は適正なラムダ制御を実行する目的で、エンジン制御ユニット20のために適したものではない。
好ましくは組み込み型のラムダオフセットモジュール28は、特にエンジン制御ユニット20とNOxセンサ45及び/又はラムダセンサ46との間に配置されており、このことによって、例えばLPG、水素及び/又はガソリン又はディーゼルに基づくバイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードの場合に、NOxセンサ45及び/又はラムダセンサ46の測定信号をラムダオフセットモジュール28にダイレクトに伝達することができる。
1つの実施形態によれば、ラムダオフセットモジュール28は、特にエンジン制御ユニット20との接続路に対し並列に、アドオン制御ユニット18とダイレクトに接続されている。
バイバレント燃料モード動作又はトリバレント燃料モード動作において変更された条件に対して、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45から伝達される測定信号をラムダオフセット整合するための信号値補正が、ラムダオフセットモジュール28において特に経験に基づき実行され、つまり経験的参照値又は経験的参照曲線を用いた処理によって、かつ/又はラムダ/NOxオフセットルックアップテーブルを介してブレットシュナイダーの公式と併せてリー代数の準同型写像によって実行される。
1つの実施形態によれば、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45から伝達される測定信号をラムダオフセット整合するための信号値補正が、特にラムダオフセットモジュール28のオフセットルックアップテーブルによって実施される。
NOxセンサ45及び/又はラムダセンサ46から伝達される測定信号は、信号値補正のために好ましくはデータライン48を介して、アドオン制御ユニット18に伝達され、特にダイレクトにラムダオフセットモジュール28に伝達される。好ましくは、測定された複数の値は、ラムダオフセットモジュール28によるラムダオフセット整合のための信号値補正の後、好ましくは信号ライン49を介して、並列及び/又は同時にエンジン制御ユニット20に伝達される。他方、エンジン制御ユニット20は、例えばイバレント燃料モード又はトリバレント燃料モードであっても、ラムダオフセットモジュール28の補正された測定値に基づき、液体燃料のための噴射時間を高い信頼性を伴って制御することができる。
特に、エンジン19内への液体燃料噴射用の噴射弁を作動させるためのエンジン制御ユニット20からの信号ラインは、噴射弁にダイレクトに接続されているのではなく、アドオン制御ユニット18を介して間接的にしか接続されていない。これによって保証されるのは、液化ガス動作中、エンジン制御ユニット20は噴射弁の開放又は閉鎖を、アドオン制御ユニット18がそのことを阻止しているならば、制御することはできない、ということである。かくして、エンジン制御ユニット20による液化ガスモード動作の誤動作を回避することができる。
このような複線式の制御手順によって、エンジン制御ユニット20は、バイバレント液化ガスモード又はトリバレント液化ガスモードのために、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45の測定信号に基づき、適正に補正された測定値を常に受け取る。従ってエンジン制御ユニット20は、誤りを引き起こすおそれのあるガソリン又はディーゼルのルックアップテーブルを生成することはない。
セーフティモジュール29
セーフティモジュール29は、過剰に高い燃焼温度からエンジン19を保護する役割を果たす。特にセーフティモジュール29は、ノックセンサ41及び/又は排気ガス温度測定プローブ42と接続されている。液化ガス燃料特にLPGと水素とを用いたバイバレントモード、又はこれに加えてガソリン又はディーゼルを用いたトリバレント燃料モードによって、エンジン19の全負荷動作のときに約3100℃に及ぶ層流火炎温度又は乱流火炎温度に達する可能性がある。エンジン構成部品は短期間であれば、かかる温度上昇又は高温に耐えることができる。しかしながらエンジン構成部品が、かかる過剰に高い温度に長時間にわたって晒されると、エンジン構成部品及び/又はエンジンオイル等のような動作流体の過熱によって、エンジンに損傷が引き起こされる。燃焼に起因する過剰に高い温度又はエンジンの過熱を回避する目的で、排気ガス流における排気ガス温度が排気ガス温度プローブ42によって、特に連続的に好ましくは液化ガス動作中に測定される。過剰に高い温度に対する限界を表す閾値温度を超えると、セーフティモジュール29は閾値温度に達したことを検出し、警告信号をアドオン制御ユニット20に送信する。
特に、ガソリンエンジンに対する閾値温度は、少なくとも800℃及び/又は最大で1100℃、好ましくは約1100℃であり、これは一般に全負荷のもとでの排気ガス温度に相応する。
特に、ディーゼルエンジンに対する閾値温度は、少なくとも600℃及び/又は最大で800℃、好ましくは約800℃であり、これは一般に全負荷のもとでの排気ガス温度に相応する。
上述の閾値上限は、エンジンの損傷を回避するために、バイバレント液化ガスモード又はトリバレント液化ガスモードにおいて全負荷動作中、いかなる状況であっても超えてはならないものである。
特に、アドオン制御ユニット18は、好ましくは信号ライン又は制御ライン53を介して、セーフティモジュール29と接続されている。好ましくは、セーフティモジュール29においてエンジン形式に対応する閾値温度を求めることできるように、アドオン制御ユニット18は、エンジン19がガソリンエンジンであるのかディーゼルエンジンであるのかの情報を、セーフティモジュール19に伝達する。
排気ガス温度測定プローブ42が、過剰に高い排気ガス温度すなわち閾値温度を上回る温度をセーフティモジュール29に伝達した場合には、特にバイバレント液化ガス動作を好ましくは即座にスイッチオフできるように、アドオン制御ユニット18を介してスイッチオフパルスが送信される。
特にアドオン制御ユニット18の誤動作が検出された場合に、又は液化ガス燃料をもはや使用できない場合に、好ましくは、アドオン制御ユニット18は液化燃料モードに戻るように自動的に切り替わり、好ましくはこれは、スイッチ54のポジションによってユーザに対しかかる切替を特に表示可能なスイッチ54を介して行われる。
特に、ユーザはスイッチ54を手動で操作することによって、アドオン制御ユニットを非作動状態にすることができる。その後はエンジン制御ユニット20だけが、そのまま動作する。スレーブはもはやアクティブではないことから、その場合にはこの動作をマスタ−スレーブ動作と呼ぶことはできない。アドオン制御ユニットは完全にスイッチオフ状態にされ、従ってエンジン制御ユニットは再びマスタとして動作する。
特に、スイッチ54が非作動ポジションにない場合には、アドオン制御ユニット18は常にマスタモードで動作し、エンジン制御ユニット20は常にスレーブモードで動作する。この理由から、ラムダオフセットモジュールによって、及び/又は噴射弁との接続がそのまま維持されていることをシミュレートするために、エンジン制御ユニット20からの噴射時間を含む信号を熱に変換することによって、以下のことが保証される。すなわち、エンジン制御ユニット20単独による制御及び/又は調整のもとでの液化燃料モードへの切替がいつでも可能であるように、エンジン制御ユニット20が常に動作可能状態に維持されるのである。
特にセーフティモジュール29とダイレクトに接続されているノックセンサ41は、少なくとも18mV/g及び/又は最大34mV/gの感度で、特に少なくとも1kHz及び/又は最大で20kHzの測定範囲で、各燃焼プロセスについて毎回報告する。ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンのバイバレント又はトリバレントのガス燃焼動作において、アイドリング時から全負荷範囲に至るまでの通常の燃焼プロセス中、1kHz〜15kHzの燃焼圧力振動が発生する可能性がある。エンジン19を劣化又は損傷させる決定的な要因は通常、ノッキング燃焼の周波数ではなくノッキング強度である。好ましくは、ノックセンサ41は周波数及び/又は電圧出力レベルを、ノッキング周波数のmVで検出して伝達する。
少なくとも−450及び/又は最大で+450mVの電圧値が、好ましくはセーフティモジュール29に格納されており、従って例えば900mVの閾値電圧Ussを超えると、スイッチオフパルスがアドオン制御ユニット18に送信される。特にこの場合、バイバレント燃料モード及び/又はトリバレント燃料モードが即座にスイッチオフされ、かつ/又はアドオン制御ユニット18が液体燃料モードに戻るように切り替えられ、かつ/又はエラーメッセージがスイッチ54を介して表示される。
OBD(オンボード診断)
アドオン制御ユニット18は、慣用のエンジン制御ユニット20及び/又は車両メーカにより設置されたエンジン制御ユニット20の完全なOBD機能を有している。特に、機能監視の目的で、スレーブのエンジン制御ユニット20とデータを交換するために、OBDデータライン47が用いられる。OBDは一般に、所定の挙動又は目標条件について、制御ユニット自体及び/又は周囲環境を連続的にチェックするための制御ユニットの能力のことを表す。特に、立法機関によれば、乗用車及びトラックの双方について、排気ガス特性を連続的にテストすることが要求されている。
特に、完全にOBD対応のアドオン制御ユニット18(図7)が、バイバレントモード又はトリバレントモードでのガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに対し適用され、その際に好ましくは、排気有害物質を最低限に抑えながら最適な燃焼を達成する目的で、ガス始動特にバイバレントのガス始動と関連して求められるべきガス混合物2,21の燃焼品質Hに応じたLPG及びHガスの吹き込みを伴う。1つの実施形態によれば、アドオン制御ユニット18はレトロフィット可能に構成されており、この場合、既存のエンジン制御ユニット20が好ましくはスレーブとして動作し、アドオン制御ユニット18がマスタとして動作し、従ってアドオン制御ユニット18は、エンジン制御ユニット20とは無関係に、エンジン19の各シリンダに好ましくは選択的に、液化ガス燃料及び/又は水素を吹き込ませることができる。
特に、自然吸気式エンジン又はターボ過給式エンジンとしても知られている自然吸気式ガソリンエンジンの場合、ガソリン噴射ノズル又はガソリン噴射弁は、アドオン制御ユニット18の再プログラミングによってガスモード動作中はスイッチオフされ、その際には液化ガス燃料だけがエンジンに、特にエンジン19の各シリンダに選択的に、供給される。アドオン制御ユニット18は好ましくは、均質な燃焼室の充填を考慮した吹き込みに基づき動作する。最近のディーゼルエンジン及びガソリン用のオットー直噴エンジンの場合には、ラムダ1.4とラムダ3との間において燃料空気混合物が不均質な状態で動作するので、アドオン制御ユニット18はHオフセットモジュールを作動し、これに応じてHガスが、水素ガス用の吹き込みノズルを介して、対応するシリンダに連続的に供給され、かつ/又はエンジン負荷及び/又は排気ガス特性に応じて吸気ダクトを介して同時に供給される。
アドオン制御ユニット18は特に吹き込み装置を有しており、この装置をエンジン19の各シリンダに割り当てることができ、かつ/又は動作中のエンジン19の目下の動作状態を記録するために用いることができる。
特に、アドオン制御ユニット18は、組み込み型OBDコントローラ又は組み込み型OBD制御部及び/又はOBDインタフェースを有しており、この場合、ISO及び/又はCANのデータバスプロトコルが好ましくはサポートされ、これによれば特に、エンジン制御ユニット20及び/又はガソリンECU(電子制御ユニット)への接続を確立することができる。このようにすれば、エンジンの動作状態を認識するために短期間又は長期間の積算データを取得することができる。
特に、液化ガス燃料及び/又は水素のガス吹き込みは、2つのガスの吹き込みの分だけ先行している目下のガス吹き込みに関して、ガス吹き込みルックアップテーブル及び/又はガス量ルックアップテーブルに特に基づき、制御及び調整のプロセスによって実施される。
特にこれによれば、目下計算されたガス吹き込み信号すなわちガス吹き込み時間又は水素量等のガス吹き込み量(体積)の微調整が可能となる。
バイバレントの液化ガス動作中、エンジン制御ユニット20による影響すなわち独立した再整合又は再調整は生じない。このことは特に、OBD対応可能かつ独立して動作可能なアドオン制御ユニット18によって実現される。液化ガスモードにおいてガソリンエンジン及びディーゼルエンジンを用いたマスタモード動作は、ラムダセンサ46及び/又はNOxセンサ45、ラムダオフセットモジュール28、Hモジュール30及び/又はセーフティモジュール29の統合によって保証される。
特に、ガソリン直噴エンジンの場合には、好ましくは80%のLPG、10%のH及び10%のガソリンがエンジン19に供給される。特に、ディーゼル噴射エンジンの場合には、70%のLPG、10%のH及び20%のディーゼルが好ましい。これらのパーセンテージは、体積の割合又は重量の割合に関連づけられたものである。
図2には、ガソリンエンジンに関するバイバレントのガス噴射制御が示されている。バイバレントのアドオン制御ユニット18は、吸気マニホールド圧力センサ43によって供給される電圧を介して、目下のエンジン負荷(X軸上の1.4Vにおける垂直線)を検出する。これらのエンジン負荷データは、図5のルックアップテーブルに適応型で格納されており、すなわちLPGのガス吹き込み時間及び/又は水素吹き込み量ならびに結果として得られる他の出力パラメータ例えば加速リッチ補正等を取得する目的で、さらなる計算及び/又はさらなる整合、補正及び/又は補償のための初期値として、格納されている。目下のエンジン負荷データ(図5)、ガス混合物調整ルックアップテーブル(図4)、及びラムダオフセット整合すなわちラムダオフセットの制御又は調整(図6)によって、LPGガス吹き込み時間が導出され、これは図2において上側に位置する特性ダイアグラム又は特性曲線に示されており、かつ図2の下方部分のテーブルに単位msでLPGとして示されている。
適応型のエンジン負荷ルックアップテーブル(図5)から結果として、特に水素吹き込み量も得られ、これは図2において下側に位置する特性ダイアグラム又は特性曲線に相応し、かつ図2の下方部分のテーブルに単位AでHとして、つまりHモジュール38に対するアンペアの信号として示されている。
図2のガソリンエンジンシステムの場合、液化ガスモード中はエンジンにガソリンが供給されない。このため図2の下方部分のテーブルには、「ガソリン」に対しゼロが示されており、ダイアグラム中にはガソリンに関する曲線は示されていない。
ガソリン直噴システムの場合には(図2には示されていない)、ガソリン噴射ノズルを冷却するためのガソリン噴射時間が、適応型のエンジン負荷ルックアップテーブル(図5)を介してパーセンテージで計算され、図3におけるディーゼルの場合のように第3の曲線として加えられることになる。
図3には、ディーゼルエンジンに関するバイバレントのガス吹き込み制御が示されている。バイバレントのアドオン制御ユニット18は、レール圧力センサ44によって供給される電圧を介して、目下のエンジン負荷(X軸上の1.0Vにおける垂直線)を検出する。吸気マニホールド圧力センサ34のエンジン負荷データは、図5のルックアップテーブルに適応型で格納されており、すなわち変更可能な出力値として格納されており、LPGのガス吹き込み時間及び/又は水素吹き込み量ならびに結果として得られる他の出力パラメータ例えば加速リッチ補正等を取得する目的で、この出力値に基づきさらなる計算及び/又はさらなる整合が行われる。目下のエンジン負荷計算(図5)、ガス混合物調整ルックアップテーブル(図4)、及びラムダオフセット整合(図6)によって、LPGガス吹き込み時間が導出され、これは図2においてダイアグラムの最初と最後のところで3つの曲線のうち一番上にある曲線に相応し、図3の下方部分のテーブルに単位msでLPGとして特定されている。
適応型のエンジン負荷ルックアップテーブル(図5)の結果として水素吹き込み量が得られ、これは図3の中央の特性ダイアグラム又は特性曲線として示されており、かつ図3の下方部分のテーブルに単位AでHとして、つまりHモジュール38に対するアンペアの信号として、示されている。
ディーゼルエンジンにおける燃料噴射のために、放出すべきディーゼル噴射量が適応型のエンジン負荷ルックアップテーブル(図5)を介して、パーセンテージで計算される。これは図3における3つの特性ダイアグラム又は特性曲線のうち一番下にある特性曲線に相応し、図3の下方部分のテーブルにも「ディーゼル」というタイトルのところに示されている。
メーカ又はリペアショップは、表内及び図2及び図3のルックアップテーブル内の基本値を、いつでも変更することができる。引き渡し状態のとき、第三者が排気放出に対して設定又は整合を行うことができないように、バイバレントのアドオン制御ユニット18は好ましくはロックされている。
ガス温度、ガス圧力、ガス伝導率(熱伝導率−実効抵抗−ガス濃度)に基づき求められたガス噴射調整ルックアップテーブルによって、ガス混合物分析モジュール7は、規定された電圧信号(図示されている発熱量H、単位ボルト)又は対応する8ビットのディジタル信号を、ガス品質の尺度として供給することができる。図4によればこの信号によって、X軸上に1.2Vと1.4Vとの間にある大きい点が規定されている。適応型で生成されたガス混合物調整ルックアップテーブル(離散的に表された点を含む図4の曲線又は特性曲線)によって、(均質な混合物であるものとして)ガス吹き込み中の化学量論的燃焼である係数ラムダ1を達成する目的で、ガス吹き込み時間を増大すべきか低減すべきかがパーセントで表されている。チェックの目的で図4には、ガス混合物分析モジュール7の動作電圧(「供給電圧」)と、現在のガス混合物発熱量Hについて目下供給されている電圧とが、単位ボルトで示されている。
図5には、適合型のエンジン負荷ルックアップテーブルが示されている。エンジン特性曲線(離散的な丸点を含む左上の曲線)は、駆動中に吸気マニホールド圧力センサ43(負圧/kPa)によって適応型で、ガス吹き込み時間と関連させて生成される。図5に示されたダイアグラムには、適応型のエンジン負荷ルックアップテーブルがガス吹き込み特性曲線(正方形の離散的な測定点を含む下側に位置する曲線)と共に例示されており、これは図4のガス混合物調整ルックアップテーブルと、図6のラムダオフセット制御と、吸気マニホールド圧力センサ43により求められたエンジン負荷とによって、適応型で生成されたものである。目下の負荷ポイント(X軸上の約2.6ms及びY軸上の約−36%のところ)によって、LPGガス吹き込み時間と、ガソリンエンジン(図2)及びディーゼルエンジン(図3)の場合に供給されるべき水素量とが求められる。
図6には、ラムダオフセット制御(ラムダオフセットモジュール28)が示されており、これによれば種々のプローブが互いに隣り合って列挙されていて、それぞれ左側の棒グラフによってプローブの元の信号が、右側の棒グラフによって整合された信号が示されており、整合されたこの信号は、図5に従いガス吹き込みの時間及び/又は量(例えばLPG及びH)を整合するために、液化ガスモード中、アドオン制御ユニット18に供給される。モノバレントモード中は、元の信号(各々のケースで左側の棒グラフ)がエンジン制御ユニット20に伝達される。個々の右側の棒グラフは、ラムダオフセット制御によって変更又は整合されたラムダ信号を有しており、1つの実施形態によればこのラムダ信号は、参照値曲線を用い、ブレットシュナイダーの公式と併せてリー代数の準同型写像によって処理されており、エンジン制御ユニット20において望ましくない誤ったラムダルックアップテーブルの変更が行われないよう、さらなる処理及び/又はチェックのためにエンジン制御ユニット20に伝達される。液化ガスモードがスイッチオフされた場合には、エンジン制御ユニット20が誤動作することなく、エンジンをただちにモノバレントで運転し続けることができる。
図7には、アドオン制御ユニット18が自身固有の完全に独立したOBDを有することが示されている。これによれば、駆動中、排気放出に影響を及ぼすすべてのシステムを監視することができ、かつ/又はソフトウェアを介してアクセス可能なデータを有する車両のその他の制御ユニットのデータに、付加的にアクセスすることができる。発生した何らかのエラーは、例えば制御ランプによって運転者に表示され、アドオン制御ユニット18にも個々の制御ユニットにも、特に持続的に格納される。このようにすれば、専門のリペアショップが標準化されたインタフェースを介して、エラーメッセージをあとから読み出すことができる。コード(いわゆるP0コード)は、ISO標準15031−6において定義されている。
図8及び図9には、上述のプロセスに関する例示的なフローチャートが示されている。図10には、例示的なルックアップテーブルが示されており、入力パラメータA及びBに基づく出力パラメータCの決定について例示されている。CはA及びBに依存している。このルックアップテーブルは、出力パラメータCについて制限された個数の値を有しており、それらの値各々は、入力パラメータA及びBの値の1つの組み合わせに割り当てられている。特にこの装置は、ある1つの決定が、例えば噴射時間の決定、発熱量の決定、及び/又はガス混合物特性値の決定が、これらに合わせて設計された少なくとも1つのルックアップテーブルによって実施されるように構成されている。
上述のように、ガス混合物に関する情報、すなわちガス混合物が気体状なのか液状なのかに関する情報を、特にガス導電率センサ8、ガス温度センサ1及び/又は圧力センサ9において、複数の手法で求めることができる。例えば、ガス混合物に関する情報を、動作モード又は動作条件に基づき求めることができ、つまりガス始動のときは気体状、又は通常の液化ガスモードのときは液状である。別の選択肢として、又は付加的に、ガス混合物に関する情報を、遮断弁33及び/又は供給弁51のポジションに基づき求めることができる。特に、動作モードがガス始動であるならば、又は供給弁(51)が閉鎖されており、かつ第2の遮断弁33さらには特に第1の遮断弁10が開放されているならば、情報は「気体状」であり、又は「気体状」であるものとして求められる。特に、通常の液化ガスモードで動作しているならば、又は第2の遮断弁33が閉鎖されており、かつ供給弁(51)さらには特に第1の遮断弁10が開放されているならば、情報は「液状」であり、又は「液状」であるものとして求められる。好ましくは、電気的に制御される弁のポジションすなわち開放又は閉鎖は、弁を制御するために設けられている制御ユニットにおいて得ることができる。
1つの好ましい実施形態によれば、ガス混合物又はガス混合物の凝集状態に関する情報を求めるために、蒸発器及び/又は圧力調整器における水温センサ37が用いられる。このようにすれば、特に高い信頼性で求めることができる。水温センサ37を、コールドスタート及び/又はウォーミングアップを検出するために用いることもできる。
1つの好ましい実施形態によれば、水温センサ37が、20℃を超えるガス混合物の温度を、特に25℃を超える、特に好ましくは30℃を超えるガス混合物の温度を測定又は出力したならば、凝集状態又は情報は「液状」であり、又は「液状」であるものとして求められる。なお、これらの温度を以下では閾値温度と称する。好ましくは、このようなときには通常の液化ガス動作に切り替えられる。1つの好ましい実施形態によれば、水温センサ37が、閾値温度を下回るガス混合物の温度を、特に20℃を下回る、又は好ましくは30℃を下回るガス混合物の温度を測定又は出力したならば、凝集状態又は情報は「気体状」であり、又は「気体状」であるものとして求められる。かくして、情報又は凝集状態を特に高い信頼性で求めることができる。
1つの好ましい実施形態によれば、ガス混合物又はガス混合物の凝集状態に関する情報を求めるために、情報特定ユニットが設けられている。なお、通常の液化ガスモードとは、液体のガス混合物を用いた、かつ/又はガス始動が行われない、液化ガス動作のことを意味する。
1つの特に好ましい実施形態によれば、ガス混合物に関する情報(気体状又は液状)が、ガス伝導率センサによるガス伝導率を測定するための入力パラメータとして用いられる。このようにすればガス伝導率センサの構成を、測定すべきガス混合物の凝集状態に適合させることができる。好ましくは、ガス伝導率を測定するための電圧が、測定すべきガス混合物の凝集状態に適合される。1つの実施形態によれば、液体のガス混合物を測定するために予め規定された第1の電圧と、気体状のガス混合物を測定するために予め規定された第2の電圧とが設けられている。好ましくは、ガス伝導率センサ制御部が設けられており、これによって予め規定された電圧特に第1の電圧又は第2の電圧が、ガス混合物又はガス混合物の凝集状態に関する情報に基づき、ガス混合物を測定するガス伝導率センサのために選択される。
1つの特に好ましい実施形態によれば、予め規定された第2の電圧は60Vよりも高く、好ましくは80Vよりも高く、特に好ましくは100Vよりも高い。特に、気体状のガス混合物を測定する場合にガス伝導率センサために予め規定された電圧は、60Vよりも高く、好ましくは80Vよりも高く、特に好ましくは100Vよりも高い。1つの実施形態によれば、予め規定された第1の電圧は、予め規定された第2の電圧よりも低い。
特に、エンジンのシリンダに供給されるべき液化ガス燃料の吹き込み時間及び/又は量を求めるための装置は、少なくとも1つのプロセッサと、プログラムコードを含む少なくとも1つの記憶媒体とを有しており、ここで少なくとも1つの記憶媒体、少なくとも1つのプロセッサ、及びプログラムコードは、このプログラムコードによって規定されたステップを装置に実行及び/又は制御させるように構成されている。
1つの実施形態によれば、ガス伝導率とガス混合物又は凝集状態に関する情報とは双方ともに、出力パラメータである発熱量を求めるためのガス混合物分析ルックアップテーブルに対する入力パラメータとして用いられる。
1 温度センサ
2 ガス混合物
3 ガスタンク
4 マルチ弁
5 フロート
6 液化ガス管路
7 ガス混合物分析モジュール
8 ガス伝導率センサ
9 圧力センサ
10 第1の遠隔制御遮断弁
11 蒸発器及び/又は圧力調整器
12 低圧側
13 管路出口
14 低圧たわみ管路
15 遠心濾過器
16 フィスト型分配器
17 ガス吹き込み弁
18 アドオン制御ユニット
19 エンジン
20 エンジン制御ユニット
21 気相
22 ガス温度用の信号ライン
23 ガス吹き込み弁用の信号ライン
24 ガス伝導率センサ用の信号ライン又は制御ライン
25 ガス温度センサ
26 ガソリン/ディーゼル噴射信号用の制御ライン
27 噴射装置
28 ラムダオフセットモジュール
29 セーフティモジュール
30 Hモジュール
31 気相にあるガス用の弁を備えたガス取り出し接続部
32 気相にあるガス用のガス管路
33 気相にあるガス用の第2の遠隔制御遮断弁
34 蒸発器/圧力調整器用の温水供給部
35 第2の遠隔制御遮断弁用の制御ライン
36 第1の遠隔制御遮断弁用の制御ライン
37 蒸発器/圧力調整器における水温センサ
38 Hセル又は水素セル
39 Hモジュール用のノックセンサ
40 H吹き込みノズル
41 セーフティモジュール用のセンサ
42 排気ガス温度測定プローブ
43 吸気マニホールド圧力センサ
44 レール圧力センサ
45 NOxセンサ
46 ラムダセンサ
47 OBDデータライン
48 アドオン制御ユニット用の第1のラムダオフセットデータライン
49 エンジン制御ユニット用の第2のラムダオフセットデータライン
50 遠隔制御供給弁用の制御ライン
51 遠隔制御供給弁
52 Hモジュール用の信号ライン又は制御ライン
53 セーフティモジュール用の信号ライン又は制御ライン
54 スイッチ
55 蒸発器及び/又は圧力調整器の蒸発器チャンバ

Claims (3)

  1. ガス取り出し接続部を介してガスタンクに接続され、かつエンジン吸気弁を介して燃焼室に接続されたエンジンのための、ガス始動システムであって、
    蒸発器及び/又は圧力調整器(11)と、
    前記蒸発器及び/又は圧力調整器で気体状態へ転化されるように、液化ガス燃料の液体ガス混合物(2)をガスタンク(3)から前記蒸発器及び/又は圧力調整器(11)内へ液化ガス管路(6)を通って流れるように形成された前記液化ガス管路(6)と、
    エンジン(19)が純粋たる液化ガスモードで始動させられるときに、液化ガス燃料のガス混合物(2,21)の気相(2)だけが、エンジン(19)のシリンダ内に吹き込むためにガスタンク(3)から液化ガスライン(6)を通って取り出され、前記蒸発器及び/又は圧力調整器(11)内へ液化ガス管路(6)を通って導かれる、ガスタンクから取り出すための手段と、
    を備え
    前記ガス始動システムが前記ガス混合物(2,21)の発熱量又は目下の組成を求めるために、前記液化ガスライン(6)に、前記ガス混合物(2,21)の導電率を測定するためのガス伝導率センサ(8)が配置され、前記導電率は、ガス混合物(2,21)が電流を伝導する能力である、ガス始動システム。
  2. ガス混合物(2,21)の発熱量を求めるためのガス混合物分析モジュール(7)を備えた装置であって、
    蒸発器及び/又は圧力調整器(11)と、
    前記蒸発器及び/又は圧力調整器で気体状態へ転化されるように、液化ガス燃料の液体ガス混合物(2)をガスタンク(3)から前記蒸発器及び/又は圧力調整器(11)内へ液化ガス管路(6)を通って流れるように形成された前記液化ガス管路(6)と、
    エンジン(19)が純粋たる液化ガスモードで始動させられるときに、液化ガス燃料のガス混合物(2,21)の気相(2)だけが、エンジン(19)のシリンダ内に吹き込むためにガスタンク(3)から液化ガスライン(6)を通って取り出され、前記蒸発器及び/又は圧力調整器(11)内へ液化ガス管路(6)を通って導かれる、ガスタンクから取り出すための手段と、
    を備え、
    前記ガス混合物(2,21)の発熱量を求めるために、前記液化ガスライン(6)に、前記ガス混合物(2,21)の導電率を測定するためのガス伝導率センサ(8)が配置され、前記導電率は、ガス混合物(2,21)が電流を伝導する能力である、装置。
  3. 請求項2の前記ガス混合物分析モジュール(7)を備え、バイバレント燃焼モード又はトリバレント燃焼モードにおいてエンジン(19)を動作させるために、前記ガス混合物分析モジュール(7)によって求められた前記発熱量に依存する、エンジン(19)のシリンダに供給されるべき液化ガス燃料の吹き込み時間及び/又は量を求めるための、装置であって、
    前記エンジン(19)の前記シリンダに供給されるべき前記液化ガス燃料の量は、前記シリンダへの液化ガス燃料の一定の供給速度又は流速を有するときに、前記吹き込み時間によって記述することができる、装置。
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