Anordnung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffarten
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Brennkraftmaschinen und betrifft eine Anordnung für eine mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffarten betreibbare
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Vor dem Hintergrund schwindender Erdölreserven und der gestiegenen Anforderungen an die Abgasemissionen werden moderne Kraftfahrzeuge zunehmend mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet, welche wie Ottomotoren nach dem Viertaktprinzip arbeiten, jedoch anstelle von Benzin auch mit Gas betrieben werden können.
Als Gase werden hauptsächlich Flüssiggase auf Petroleumbasis, so genanntes Autogas (LPG = Liquified Petroleum Gas) , ein Nebenprodukt aus Hydrierprozessen bei der Erdölraffinierung, das im Wesentlichen aus Propan und Butan besteht, und Erdgas (CNG = £ompressed Natural Gas), welches hauptsächlich aus Methan besteht und durch Förderung aus Erdgasquellen gewonnen wird, verwendet. Da LPG und CNG keine Schwefel- und Bleiverbindungen enthalten und sehr gute Verbrennungseigenschaften bei ausgezeichneter Gemischbildung haben, sind die Schadstoffemissionen CO, HC, NOx und CO2 geringer als bei ausschließlich mit Benzin betriebenen Motoren.
Da das Tankstellennetz insbesondere für LPG oder CNG in den industrialisierten Ländern bislang noch nicht ausreichend
ausgebaut ist, sind die meisten mit Gas betreibbaren Kraftfahrzeuge heutzutage "bivalent" betreibbar, d. h. die Kraftfahrzeuge sind sowohl mit einer Benzintankanlage als auch mit einer Gastankanlage ausgerüstet, so dass bei Bedarf mittels einer Steuereinrichtung automatisch oder manuell auf den Betrieb mit einer der beiden Kraftstoffarten umgeschaltet werden kann. So ist bekannt, dass in solchen bivalenten Kraftfahrzeugen eine automatische Umschaltung von Gasbetrieb auf Benzinbetrieb erfolgt, sobald der Inhalt des Gastanks unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts fällt. Zudem werden die mit Gas betreibbaren
Kraftfahrzeuge gewöhnlich mit Benzin gestartet, da bei kaltem Motor und kaltem Kühlwasserkreis keine zufrieden stellende Gemischaufbereitung erreicht wird. Sobald eine gewisse Betriebstemperatur erreicht ist, erfolgt eine automatische Um- Schaltung auf Gasbetrieb.
Ein weiteres Problem des Gasbetriebs von Brennkraftmaschinen liegt darin, dass die Ventilsitze aufgrund der mangelnden bzw. fehlenden Schmierfähigkeit der gasförmigen Kraftstoffe LPG/CNG einer höheren Belastung als im reinen Benzinbetrieb ausgesetzt sind. Setzt man die Schmierfähigkeit von Benzin als Bezugswert mit 100% an, so beträgt die relative Schmierfähigkeit von LPG etwa 20%, während die relative Schmierfähigkeit von CNG praktisch 0% beträgt.
Um dieses Problem zu beheben, werden im Handel bereits Nach- rüstsätze angeboten, bei denen den Ventilsitzen zusätzlich Schmiermittel zugeführt wird. Genauer enthält ein solcher Nachrüstsatz einen Vorratsbehälter zur Lagerung des Schmier- mittels, welcher im Motorraum angebracht wird, sowie eine
Schmiermittelleitung vom Vorratsbehälter zum Ansaugkanal um das Schmiermittel kontinuierlich einer kleinen Düse zuzuführen, die hinter der Drosselklappe im Ansaugrohr eingebaut wird. Auf diese Weise kann eine voreingestellte Schmiermittelmenge nach dem Venturiprinzip angesaugt werden.
Nachteilig bei obig dargestellter Lösung des Problems ist insbesondere die Tatsache, dass für Anschaffung und Einbau des Nachrüstsatzes, sowie für die Beschaffung von Schmiermittel, Kosten entstehen. Weiterhin muss Bauraum vor allem für den Einbau des Schmiermittelvorratsbehälters verbaut werden. Darüber hinaus kann nicht ausgeschlossen werden, dass durch das zugeführte Schmiermittel eine Verschlechterung der Verbrennungseigenschaften, sowie Probleme in der Katalysatoranlage auftreten können.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Anordnung und Verfahren zum Betrieb von bivalenten Brennkraftmaschinen (im technischen Sinne) zur Verfügung zu stellen, bei welchen eine ausreichende Schmierung der Ven- tilsitze ermöglicht ist, ohne hierbei auf das mit Nachteilen behaftete Einbringen von zusätzlichem Schmiermittel zurückgreifen zu müssen.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines bivalenten
Verbrennungsmotors mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung für eine mit zwei un¬ terschiedlichen Kraftstoffarten betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, gezeigt, welche zwei wenigstens teilweise den unterschiedlichen Kraftstoffarten zugeordnete Kraftstoffkreise und wenigstens eine elektronische Steuereinrichtung zur
Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der ersten Kraftstoffart als auch mit der zweiten Kraft Stoffart um- fasst. Von den beiden Kraftstoffarten ist die erste Kraftstoffart so gewählt oder zubereitet, dass diese eine ausreichende Schmierfähigkeit für die Ventilsitze aufweist, ohne dass eine Zugabe von weiterem Schmiermittel notwendig ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass die Steuereinrichtung geeignet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine so zu steuern, dass die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle zugeführt wird, um auf diese Weise die Ventilsitze in ausreichender Weise zu schmieren.
Hierbei ist es möglich, dass während des Betriebs der
Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , die Zugabe der zweiten Kraftstoffart während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle unterbrochen wird, um ausschließlich die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während dieser Intervalle zuzuführen.
Da nach Absetzen der Zugabe der ersten Kraftstoffart während eines solchen Intervalls die Schmierwirkung der Ventilsitze durch die erste Kraftstoffart noch eine Zeit lang anhält, kann während der ausschließlichen Zugabe der zweiten
Kraftstoffart noch eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze erreicht werden. Voraussetzung hierfür ist, dass Abstände und Längen der Intervalle zum Zuführen der ersten Kraftstoffart so gewählt werden, dass nach Absetzen der Zufuhr der ersten Kraftstoffart stets eine ausreichende Schmierwirkung an den Ventilsitzen durch die erste Kraftstoffart vorliegt.
Alternativ ist es auch möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine zusätzlich zur zweiten Kraftstoffart zugeführt wird. Durch die gemeinsame Zugabe der ersten und zweiten Kraftstoffart während der vorgebbaren Intervalle kann eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze sowohl während der vorgebbaren Intervalle als auch nach Absetzen der Zugabe der ersten Kraftstoffart während der
ausschließlichen Zugabe der zweiten Kraftstoffart erreicht werden. Voraussetzung hierfür ist, dass Abstände und Längen der Intervalle zum additiven Zuführen der ersten Kraft- stoffart so gewählt werden, dass nach Absetzen der Zufuhr der ersten Kraftstoffart stets eine ausreichende Schmierwirkung an den Ventilsitzen durch die erste Kraftstoffart vorliegt.
Bei der Brennkraftmaschine handelt es vorteilhaft, jedoch nicht zwingend, um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine.
Abstände und Längen der vorgebbaren, insbesondere regelmäßigen Intervalle zum Zuführen der ersten Kraftstoffart können beispielsweise durch Zeitspannen oder beispielsweise durch Gesamtumdrehungen der Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Die Abstände und Längen der Intervalle hängen insbesondere von der Auslegung und dem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ab. Beispielsweise kann jeweils nach 10000 Umdrehungen der Brennkraftmaschine im Betrieb mit der zweiten Kraftstoffart , gezählt ab einem Bezugszeitpunkt , für 100 bis 1000 Umdrehungen ein ausschließlicher oder additiver Betrieb der Brennkraftmaschine mit der ersten Kraftstoffart durchgeführt werden, um eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze zu erreichen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung dient als erste Kraftstoffart (herkömmliches) Benzin und als zweite Kraftstoffart dient Liquified Petroleum Gas (LPG) . Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung dient als erste Kraftstoffart (herkömmliches) Benzin und als zweite
Kraftstoffart dient Compressed Natural Gas (CNG) . In diesem Fall kann eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze erreicht werden, wenn beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit LPG oder CNG während insbesondere regelmäßiger In- tervalle Benzin der Brennkraftmaschine zugeführt wird, um eine ausreichende Schmierwirkung an den Ventilsitzen zu
erzielen. Die Zufuhr von LPG/CNG kann während der Zufuhr von Benzin unterbrochen werden.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine elektronische Steuereinrichtung für eine Anordnung für eine mit zwei unterschiedlichen KraftStoffarten betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Anordnung zwei wenigstens teilweise den unterschiedlichen Kraftstoffarten zugeordnete Kraft- stoffkreise umfasst. Die erste Kraftstoffart weist eine ausreichende Schmierfähigkeit für die Ventilsitze auf.
Die elektronische Steuereinrichtung steuert den Betrieb der Brennkraftmaschine mit der ersten Kraftstoffart als auch mit der zweiten Kraftstoffart und ist geeignet, den Betrieb der Brennkraftmaschine so zu steuern, dass die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle zugeführt wird. Hierbei ist es möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , die Zugabe der zweiten Kraftstoffart während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle unterbrochen wird, um ausschließlich die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während dieser Intervalle zuzuführen. Alternativ ist es auch möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine zusätzlich zur zweiten Kraftstoffart zugeführt wird.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einer wie oben beschriebenen Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffarten.
Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer ersten
Kraftstoffart und einer zweiten Kraftstoffart , insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die erste Kraftstoffart eine ausreichende Schmierfähigkeit für die Ventilsitze der Brennkraftmaschine aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle zugeführt wird, um die Ventilsitze ausreichend zu schmieren. Hierbei ist es möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , die Zugabe der zweiten Kraftstoffart während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle unterbrochen wird, um ausschließlich die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine während dieser Intervalle zuzuführen. Alternativ ist es auch möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der zweiten Kraftstoffart , während vorgebbarer, insbesondere regelmäßiger Intervalle die erste Kraftstoffart der Brennkraftmaschine zusätzlich zur zweiten Kraftstoffart zugeführt wird.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf einen Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete e- lektronische Steuereinrichtung einer wie oben beschriebenen Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens veranlassen.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten entsprechenden Programmcode.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum abwechselnden
Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit zwei verschiedenen Kraftstoffarten.
Es wird nun Bezug auf die Fig. 1 genommen, worin eine Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum abwechselnden Betrieb einer Brennkraftmaschine eines bivalent betreibbaren Kraftfahrzeugs, das mit Benzin und Autogas (LPG) betrieben werden kann, in einer Schemaskizze gezeigt ist. Demnach umfasst ein Kraftfahrzeug einen, insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeich- neten, fremdgezündeten Motor, bei dem über Benzin-Einspritzventile 2 Benzin in Brennräume nicht näher dargestellter Zylinder eingespritzt werden kann. Ein Motorsteuergerät 3 ist mittels elektrischer Verbindungsleitungen 4 mit den Benzin-Einspritzventilen 2 verbunden und steuert die Öffnung und Schließung der Benzin-Einspritzventile 2. Über ein teilweise dargestelltes
Ansaugrohr 5, in welchem eine Drosselklappe 6 enthalten ist, wird Benzin den Benzin-Einspritzventilen 2 zugeführt. Nicht näher dargestellt, weil für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig, sind weitere Komponenten des Benzin-Kraftstoff- kreises, sowie weitere Komponenten der Benzin-Gemischaufbereitung. Weiterhin ist ein Kühler 7 mit Wassertemperaturfühler 8 vorgesehen. Um die relative Anordnung der Komponenten im Kraftfahrzeug anzudeuten, sind der Umriss 9 des Kraftfahrzeugs und die Räder 10 dargestellt.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der Autogas-Versorgungsanlage. Die Autogas-Versorgungsanlage umfasst einen Autogas-Tank 11, welcher über eine Verbindungsleitung 13 mit einem Betan- kungsventil 12 verbunden ist, um von außen mit Autogas betankt zu werden. Der Autogas-Tank 11 ist mittels eines Multi-/Sicher- heitsventils 18 an eine Autogas-Versorgungsleitung 23 angeschlossen, welche mit einem Verdampfer 14 mit einem beispielsweise integrierten Druckregler verbunden ist. Dieser Verdampfer ändert den Aggregatszustand des LPG von flüssig in gasförmig. Der Verdampfer 14 ist über einen Gasfilter 17 mit einer Mehrzahl Gasinjektoren 22 verbunden, durch welche der gasförmige Kraftstoff (LPG) in den Ansaugkanal der Zylinder des Motors 1
eingespritzt werden kann. Nicht näher dargestellt ist eine thermische Anbindung des Verdampfers 14 an den Kühlkreis des Kraftfahrzeugs. Der Verdampfer 14 ist über eine elektrische Verbindungsleitung 15 mit einer elektronischen Autogas-Steu- ereinrichtung 16 verbunden, welche den Verdampfer 14 steuert. Ferner ist der Verdampfer 14 über eine elektrische Verbindungsleitung 21 mit dem Wassertemperaturfühler 8 verbunden.
In der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist die über elektrische Verbindungsleitungen 24 mit den Gasinjektoren 22 verbundene elektronische Autogas-Steuereinrichtung 16 mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 19 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Weiterhin ist die Autogas-Steuereinrichtung 16 mit einem Abgriff 20 für die Ausgangssignale des Motorsteuergeräts 3 elektrisch leitend verbunden. Die elektronische Autogas-Steuereinrichtung 16 und das Motorsteuergerät 3 sind so programmiert, dass Benzin und LPG in regelmäßigen Intervallen abwechselnd dem Motor 1 zugeführt werden. Genauer wird die Zufuhr von LPG zum Motor 1 gemäß vorgebbarer regelmäßiger Intervalle unterbrochen, um während dieser Intervalle ausschließlich Benzin zuzuführen, wodurch eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze erreicht werden kann. Beispielsweise kann jeweils nach insgesamt 10000 Umdrehungen des Motors 1 im Betrieb mit LPG für 100 bis 1000 Umdrehungen ein Betrieb mit LPG durchgeführt werden, um eine ausreichende Schmierung der Ventilsitze zu erreichen.
Das Motorsteuergerät 3 und die Autogas-Steuereinrichtung 16 können gleichermaßen in einer einzigen Steuereinrichtung in- tegriert sein, welche dann in entsprechender Weise programmiert wird.
Bezugszeichenliste
I Motor 2 Benzin-Einspritzventil
3 Motorsteuergerät
4 elektrische Verbindungsleitung
5 Ansaugrohr
6 Drosselklappe 7 Kühler
8 Wassertemperaturfühler
9 Umriss
10 Rad
II LPG-Tank 12 Betankungsventil
13 Verbindungsleitung
14 Verdampfer
15 elektrische Verbindungsleitung
16 Autogas-Steuereinrichtung 17 Gasfilter
18 Multi-/Sicherheitsventil
19 elektrische Verbindungsleitung
20 Abgriff für Ausgangssignale Motorsteuergerät
21 elektrische Verbindungsleitung 22 Gasinjektor
23 Autogas-Versorgungsleitung
24 elektrische Verbindungsleitung