WO2011061062A1 - Verfahren und vorrichtung zur einspritzung eines alternativen kraftstoffes - Google Patents

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combustion engine
alternative fuel
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Definitions

  • the invention relates to a method for injecting an alternative fuel to an internal combustion engine of a motor vehicle during operation.
  • the internal combustion engine is operable with an alternative fuel or a regular fuel.
  • a regular fuel in particular gasoline or diesel fuel and as an alternative fuel LPG (Liquified Petroleum Gas) referred to.
  • LPG Liquified Petroleum Gas
  • Such a method for injecting an alternative fuel is particularly advantageous in motor vehicles, which are operable with a regular fuel and an alternative fuel and have separate tank or supply systems for both types of fuel.
  • Motor vehicles are normally designed by motor vehicle manufacturers solely for use with regular fuels such as gasoline or diesel. Due to the attractive price and the increasing availability of alternative fuels, in particular of LPG, it is increasingly desired to additionally equip motor vehicles in such a way that they can also be operated with LPG in addition to operation with petrol or diesel.
  • Such equipped vehicles are either directly equipped for operation with two types of fuel by the motor vehicle manufacturer themselves, or they are later equipped with the aid of a retrofit system for operation with an additional fuel type, typically LPG.
  • the supply of alternative fuel can be done in different ways. For example, a mixing of the different types of fuel is possible even before the injection to the internal combustion engine, so that a common injector for the different types of fuel can be used.
  • systems are also known in which the different fuel th with separate injectors of an internal combustion engine are supplied.
  • the intended injectors are opened for a predetermined injection time. The injected amount of fuel thus results from the shape of the injector, the physical or chemical properties of the injected fuel, the pressure in the supply line s system to the injector and the opening time of the injector.
  • Regular fuels and alternative fuels differ in particular in their calorific value or their ignition behavior.
  • regular fuels such as gasoline or diesel
  • the density of LPG is lower.
  • the stoichiometric fuel / air ratio which has a lambda value of 1, is greater.
  • the calorific value per volume LPG is lower than for gasoline or diesel and the octane number is higher.
  • the required volume of LPG is greater than the volume of gas or diesel required at that operating point.
  • LPG is regularly composed of certain mass proportions of propane and butane, which may vary. Propane and butane regularly have different properties, and the exact magnitude of the properties of LPG described above is significantly influenced by the respective mass fractions of propane and butane. Therefore, the above-mentioned properties of LPG are not always the same.
  • an adaptation of the injection signals and in particular of the injection signal periods to the different types of fuel is required due to the described differences in the fuels.
  • the required amount of alternative fuel often deviates from the required amount on regular fuel.
  • adjusted opening times for the alternative fuel and regular fuel injectors are required.
  • This adaptation can be done by adjusting the injection signal duration.
  • At least partially compensation is also possible by a suitable design of the injectors for LPG.
  • Such an adaptation by the physical design of the LPG injectors is concretely specified and therefore not adjustable.
  • the adjustment of the opening times can be very complex and z. B. depending on the engine temperature, the pressure in the supply system to the injectors and / or the lambda value of the exhaust gases of the internal combustion engine fail differently.
  • injection signals for controlling the injectors to inject the alternative fuel from the injection signals to control the injectors to inject the regular fuel are determined. This z. As engine temperature, the pressure in the supply system, the lambda value and / or other factors taken into account. For this purpose, corresponding maps can be stored in a control unit.
  • Such maps for calculating injection signals for the alternative fuel are typically determined for different types of vehicles and stored in the control unit for controlling the injection of alternative fuel.
  • Maps that take into account all environmental and / or operational influences can not be determined in advance. There are influences that can not be determined beforehand. These include, for example, differences between the same motor vehicles. Due to the manufacturing process, identical internal combustion engines frequently have different characteristics in different temperature and rpm ranges which can not be determined in advance on a test vehicle. In addition, motor vehicles age in operation, which also affects the characteristics. In particular, the composition of available LPG is different from propane and butane between summer and winter or depending on the region. These different compositions require different durations of injection to achieve the same lambda value.
  • step a) can also take place during or after carrying out method steps b) to f).
  • step a) can also be carried out or repeated between steps e) and f) so that, if necessary, a check can be made as to whether (still) a balanced operating state exists. Then can be used to determine a balanced operating condition on in steps b) to f) determined parameters.
  • the method according to the invention is a method for adapting the injection period for an alternative fuel to the injection period for a regular fuel.
  • Precondition for the proper execution of the adaptation is a functioning lambda control by the first control unit.
  • the internal combustion engine of a motor vehicle suitable for the method according to the invention is normally equipped with first injectors for the regular fuel and with second injectors for the alternative fuel.
  • the regulation of the second injectors for the alternative fuel takes place with the aid of a second control unit.
  • This receives the injection signals which are output from a first controller, typically the engine control of the motor vehicle, to control the injection of the regular fuel with the first injectors.
  • the second control unit adjusts the alternative fuel injection durations such that the engine control does not register via its sensors, which are arranged in the exhaust system, in the intake region and / or in the cooling circuit of the internal combustion engine, that an alternative fuel is used.
  • step a) it is first established in step a) that there is a balanced operating state during operation of the internal combustion engine.
  • a balanced operating state is meant an operating state in which the internal combustion engine is operated relatively constant
  • a "balanced operating state” can also be referred to as “stationary operating state.”
  • Such an operating state is for example due to a constant temperature of the internal combustion engine (engine temperature A sufficient constancy of speed and load can also be a prerequisite for a "balanced operating state”.
  • operating sections of the motor vehicle with constant speed at constant track conditions (after warm-up) are meant.
  • a balanced operating state certain fluctuations of various parameters, such as, for example, the rotational speed of the internal combustion engine, the duration of injection or the temperature within defined limits may also be permitted. For example, fluctuations in the relevant operating parameters of a maximum of 10%, a maximum of 5% or a maximum of 3% in a test period of, for example, a maximum of 60 seconds, a maximum of 30 seconds. or maximum 15 sec. be allowed in the context of a balanced operating state.
  • arithmetically not very complex and reliable adaptation is particularly important to ensure that the injection duration and / or engine load from the beginning of the adaptation (alternative fuel) until the end of the adaptation (again alternative fuel) only (negligible) little changes.
  • a second injection period for the alternative fuel is determined in step b).
  • the lambda control of the first control unit must regularly ensure that the correct lambda value (usually 1.0) is maintained.
  • a second injection duration is thus understood to be the output of the first control unit occurring during the injection of the alternative fuel.
  • step c) the fuel supply of the internal combustion engine is converted from alternative fuel to regular fuel.
  • regular fuel is injected by means of first injectors.
  • the second control unit for controlling the second injectors for injecting the alternative fuel is thus deactivated or suspends the injection of the alternative fuel. It is a period of time until the conditions have equalized in the motor vehicle after the switch and the injection of the second fuel takes place, as they would take place if previously no alternative fuel injection would have taken place. Also will Wait until the lambda value is corrected, so there are essentially no fluctuations in the lambda value caused by the changeover. After this state has occurred, a first injection period for the regular fuel is determined in step d). This, too, is optionally stored in a memory.
  • step e the alternative fuel is switched back. If necessary, it is also possible to wait here until the conditions have equalized after the changeover and a new measurement of the second injection duration for the second fuel is carried out.
  • step a) The two injection durations for the alternative fuel, one of which has been determined before switching to the first fuel and one after the changeover back to the second fuel, can be compared as part of a check of the operating state (step a)). If both values are equal, it can be diagnosed with great certainty that the load has changed during the adaptation only within the permitted limits (tolerance). If this is the case, the adaptation is valid, otherwise it must be repeated. In such a procedure, step a) is at least partially carried out during the process according to the invention.
  • step f) a correction of the calculation of the second injection duration in the second control device takes place, taking into account the two determined injection duration (first injection duration and second injection duration). If a further second injection duration has been determined in step e), an average value of the second injection duration determined in step b) and the second injection duration determined in step e) can be used for the correction of the calculation in step f) as the second injection duration.
  • the correction can be carried out in such a way that a correction factor for the second injection duration is determined on the basis of information stored in the second control unit. But it is also possible to modify the map used for the calculation of the injection signals. In repeated implementation of the method according to the invention at different balanced operating conditions of the internal combustion engine, a corrected map can be constructed.
  • the method according to the invention is particularly suitable when the regular fuel is gasoline or diesel and the alternative fuel is LPG (Liquified Petroleum Gas).
  • the engine control system of a motor vehicle equipped for operation with petrol or diesel is normally set up in such a way that it can compensate for age-dependent or due to production fluctuations in motor vehicle production deviations between motor vehicles. It is not suitable for compensating such deviations for an alternative fuel.
  • This adaptation can be carried out particularly advantageously with the aid of the method according to the invention.
  • the method according to the invention is also advantageous if the alternative fuel is CNG (compressed natural gas) or natural gas.
  • CNG compressed natural gas
  • the differences between petrol and / or diesel and CNG are more pronounced than the differences between petrol and / or diesel and LPG.
  • CNG typically contains methane as the largest mass fraction and only a lower proportion by mass of propane and butane. Propane and butane are, as stated above, the main components of LPG.
  • step f the injections take place taking into account the correction determined in step f), these corrections being stored in a memory, so that they are available again during the next engine run. Since the calculation and application of the adaptation factor take place directly after the end of method steps a) to f), the advantages of the invention used directly according to the method, at the same time the influence of the method according to the invention on the consumption of regular fuel and the driving behavior of the motor vehicle remains minimal.
  • the method according to the invention is also advantageous if the method steps a) to f) are carried out several times, for example with each new drive of the motor vehicle.
  • the method be repeated several times in the manner of a loop immediately after one another.
  • directly behind one another it is meant that the method is carried out during operation at a time interval of less than 10 minutes and in particular less than 5 minutes gradual correction of the second injection duration can be achieved.
  • the method is also advantageous if, after each execution of method steps a) to e) in step e), a correction of the calculation is taken into account only to a maximum of 20%, preferably not more than 15% and in particular not more than 10%.
  • the proportions given here indicate in each case a maximum permissible change in the injection durations in relation to one another. In the unlikely event of a false adaptation, there is thus no excessive impairment of the operation of the internal combustion engine.
  • the inventive method if the implementation of the method takes a maximum of 40 seconds.
  • the method according to the invention is also advantageous if the method is only carried out if the internal combustion engine has already been operated with alternative fuel for at least 60 seconds.
  • the internal combustion engine has already been operated continuously with alternative fuel for 60 seconds immediately before carrying out the method according to the invention.
  • the lambda control of the motor vehicle is also advantageous if the method is only carried out if the internal combustion engine has already been operated with alternative fuel for at least 60 seconds.
  • the internal combustion engine has already been operated continuously with alternative fuel for 60 seconds immediately before carrying out the method according to the invention.
  • the lambda control of the motor vehicle is to ensure that the operating conditions of the internal combustion engine with alternative fuel are already independent of the switching phase from regular to alternative fuel and independent of the starting phase of the internal combustion engine.
  • step a) a balanced operating state during operation of the internal combustion engine is recognized that an injection duration over the period of operation of the internal combustion engine within a tolerance is constant.
  • the rotational speed of the internal combustion engine, the temperature of the cooling water of the internal combustion engine or other parameters such as the pressure in the exhaust system of the internal combustion engine for determining whether a balanced operating state is present could be used. It is also possible to use the pressure in the intake of the internal combustion engine.
  • the injection durations are processed. These signals are available and are Also suitable to diagnose a balanced operating condition of the internal combustion engine sufficiently accurate.
  • Deviations in the injection duration within a maximum of 5% or even a maximum of 3% can still be tolerated in the context of a balanced operating state of the internal combustion engine. If the deviations of the parameters which characterize the balanced operating state exceed the specified threshold values, a balanced operating state is no longer diagnosed.
  • an injection system comprising a second control device and at least one second injectors, wherein the second control device for operating the second injectors is set up according to a method according to the invention. This can be achieved in particular by an appropriate control software.
  • a second control unit of such an injection system has connecting lines to the second injectors. At the same time it has connections to which connection lines from the first control unit of the motor vehicle or from the engine control of the motor vehicle can be connected.
  • first injection signals are received, which are normally provided for controlling the first injectors for the regular fuel.
  • a connection can be provided on the second control unit, via which an external input signal for switching the fuel supply from regular fuel to alternative fuel or vice versa can get into the second control device.
  • the switching from regular fuel to alternative fuel and vice versa can also be done in the second controller.
  • the second control unit also has output lines, via which the second control unit can be connected to the first injectors for supplying the internal combustion engine with regular fuel.
  • signals for the first injectors are simply switched through the second controller without being affected by the second controller.
  • the software for carrying out a method according to the invention which is implemented in the second control unit of the injection system, may also include maps.
  • maps are possible, which are firmly stored, on the other hand can also be changed with the method according to the invention variable maps, which adapt to changing properties of the motor vehicle.
  • a motor vehicle with an internal combustion engine which is operable with a regular fuel and an alternative fuel
  • the motor vehicle having a first control unit and first injectors for supplying the internal combustion engine with regular fuel and an inventive injection system, wherein the first control device and the second control device of Einspitzsystems are arranged together for carrying out the method according to the invention.
  • Such a motor vehicle may in particular be a retrofitted motor vehicle, which has been equipped by the motor vehicle manufacturer only for operation with regular fuel, and was later provided with a retrofit system, the retrofit system an injection system according to the invention and an associated fuel supply system and a tank system for an alternative fuel having.
  • the particular advantages and refinements which are described for the method according to the invention are valid and applicable analogously for the injection system according to the invention as well as for the motor vehicle according to the invention.
  • FIGS The figures show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited. In particular, it should be noted that the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. They show schematically:
  • Fig. 1 a motor vehicle, which is adapted to carry out the method according to the invention, and
  • FIG. 2 shows a block diagram which describes the implementation of a variant of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 2, which is adapted for operation with either a regular fuel or an alternative fuel.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a regular fuel is preferably used in the motor vehicle 1 gasoline or diesel and LPG as an alternative fuel preferred.
  • a spark plug 18 for igniting the present in the operation of the internal combustion engine 2 in the cylinder 11 ignitable mixture.
  • the suction line 8 can be closed with respect to the cylinder 11 with a valve 10.
  • the internal combustion engine 2 is controlled by the first controller 5.
  • the first control unit 5 is in particular the engine control of the motor vehicle.
  • a regular fuel then passes via the first injector 3 into the intake line 8 of the internal combustion engine 2.
  • the switch 7 a change to the LPG operation.
  • the changeover switch 7 is set in Fig. 1 such that a fuel supply with LPG takes place and the fuel supply of the internal combustion engine 2 is interrupted with regular fuel.
  • the fuel supply with LPG is thus controlled according to FIG. 1 by the second control unit 6, which in turn is controlled by the first control unit 5.
  • the second control unit 6 and the switch 7 a simplified representation was chosen here.
  • the control unit 6 and the changeover switch 7 can also be integrated with one another in one component.
  • the second controller 6 may receive different signals to control the injection of the LPG.
  • a lambda input 13 is provided, via which a lambda value of the exhaust system (not shown) of the internal combustion engine 2 can reach the second control unit 6.
  • the temperature sensor 21 determines the cooling water temperature of the internal combustion engine 2 in the cooling circuit 12 of the internal combustion engine 2. The signal of this temperature sensor 21 can be utilized by the second control unit 6.
  • the second control unit 6 calculates a signal for the second injector from the signal which it receives from the first control unit 5 and which is actually intended to control the first injector 3, in combination with the other signals available to the second control unit 6 4, which injects LPG into the intake pipe 8 of the internal combustion engine 2.
  • the second injector 4 receives the LPG from the tank 16.
  • the LPG is pumped out of the tank 16 with the pump 17 and passes through the supply line 14 to the second injector 4.
  • a return 15 through which excess LPG is conveyed from the injector 4 back into the tank 16.
  • a pressure sensor 20 is provided in the return line 15.
  • the signal of the pressure sensor 20 also passes to the second control unit 6 and is used in this for calculating the injection signal for the second injector 4 with.
  • the return line 15 is also provided to promote gaseous LPG from the second injector 4 back into the tank 16 by heating and insufficient pressure in the feed line 14 - namely, it is to be achieved that (only) liquid LPG is supplied via the second injectors 4 is given.
  • Gaseous LPG is not desirable in the region of the second injector 4, because the injection of the LPG is to take place through the second injector 4 in the intake 8 liquid. This has many advantages in supplying the internal combustion engine 2 with LPG.
  • the return line 15 also exists a pressure regulator 19, with which the pressure of the LPG in the supply line 14 and in particular in front of the injector 4 can be adjusted.
  • the second injector 4 and the second control unit 6 together with their connecting lines form a retrofittable injection system 22.
  • FIG. 2 shows schematically as a block diagram the implementation of the method according to the invention for adaptation.
  • the start-up procedure 23 takes place.
  • an initialization 24 of different parameters for the method according to the invention then takes place.
  • the initialization of a counter for a loop 41 for multiple execution of the method steps a) to f) of the method according to the invention is shown.
  • an operating state test 25 takes place in which it is checked whether a balanced operating state is present during operation of the internal combustion engine. If such an operating state has not been registered in the operating state test 25, the check loop 39 starts to run.
  • the operating state test 25 will be as frequent performed until a balanced operating condition is diagnosed.
  • the method according to the invention can also be aborted if no balanced operating state was diagnosed in step a).
  • the process start 23 is then triggered again at a later time and a new operating state test 25 takes place.
  • a first measurement 26 takes place in a step b).
  • a second injection duration t 2a is determined.
  • the second injection duration t 2a characterizes the operation with alternative fuel during the balanced operating state.
  • the second injection time t 2 is stored in a memory 2a 38 for the second injection time t.
  • the lambda value x 2 is controlled by the lambda control of the first control device and is constant.
  • the time output by the first control unit is measured directly and not the time modified by the second control unit on the basis of the nozzle size, map point, gas pressure or other possible parameters.
  • a second measurement 28 takes place.
  • a first injection duration t is determined.
  • the lambda control here ensures a constant first lambda value ⁇ 1 , which is typically equal to the second lambda value ⁇ 2 .
  • the first injection time T: is in a memory
  • step e) a second changeover 48 is performed back to the alternative fuel.
  • a new measurement of the injection duration t 2b which is stored in the memory 43. If this is the case, step a) can at least partially include a compound 44 of t 2a and t 2b, by means of which it can be determined whether the operating point has changed inadmissibly during the adaptation. If this is the case, the adaptation must be repeated. This is done with the help of the correction loop 47. If the operating points close to each other, it can be assumed that even in the intermediate phase with the regular fuel, the same load condition prevailed.
  • the average of the two alternative fuel injection periods t 2a and t 2b may be stored in the memory 45 and used for further calculation. Subsequently, in step f), the calculation of a correction factor based on the ratio of the injection durations t : and t 2 .
  • a new second injection duration or a parameter of a characteristic field can also be determined.
  • the determined correction is modified by the limitation 31 such that an adaptation takes place only to a limited extent.
  • the calculated and limited correction factors (K) or the new second injection durations t 2 can be stored in a map memory 40. In this way, they are available for further injections of alternative fuel to the internal combustion engine.
  • the application of the correction factor 32 or a regular execution of second injections takes place taking into account the calculated correction. This ensures that the operation of the motor vehicle with alternative fuel continues undisturbed even after completion of the process. Subsequently, a loop control 33 can take place.
  • various parameters necessary for the method according to the invention can be adapted.
  • the counting up of a loop counter is shown here.
  • an abort criterion 34 for the method according to the invention is checked.
  • a check of the number of executed loop passes is shown.
  • Other termination criteria 34 are also possible for the method according to the invention.
  • the inventive method are aborted when a full adaptation of the second injection duration has occurred. If the abort criterion 34 is not met, the method according to the invention can start again with the operating state test 25 via the loop 41 in method step a). If the abort criterion 34 is met, the end of the process 35 can be initiated.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in order to improve the supply of an alternative fuel to an internal combustion engine, which is also operable with a regular fuel.
  • the control of the injection of the alternative fuel can be adapted with the inventive method to changing properties of the internal combustion engine and the alternative fuel.
  • manufacturing differences between the same motor vehicles can be compensated with the method according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeuges (1) im Betrieb, wobei die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine (2) zwischen einem alternativen Kraftstoff und einem regulären Kraftstoff umschaltbar ist. Dabei wird zunächst festgestellt, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff vorliegt. Dann wird eine zweite Einspritzdauer für den alternativen Kraftstoff bestimmt. Anschließend erfolgt eine Umschaltung der Kraftstoffversorgung von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff. Daraufhin wird für den regulären Kraftstoff eine erste Einspritzdauer festgestellt. Als nächster Schritt wird die Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff zurückgesetzt, wobei anschließend eine Korrektur der zweiten Einspritzdauer unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Einspritzdauern mit regulärem bzw. alternativem Kraftstoff bestimmt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Einspritzung
eines alternativen Kraftstoffes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Betrieb. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei mit einem alternativen Kraftstoff oder einem regulären Kraftstoff betreibbar. Als regulärer Kraftstoff wird hier insbesondere Benzin bzw. Dieselkraftstoff sowie als alternativer Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) bezeichnet.
Ein derartiges Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen vorteilhaft, welche mit einem regulärem Kraftstoff und einem alternativen Kraftstoff betreibbar sind und für beide Kraftstoffarten separate Tank- bzw. Versorgungssysteme aufweisen. Kraftfahrzeuge werden von Kraftfahrzeugherstellern normalerweise allein für den Betrieb mit regulären Kraftstoffen, wie Benzin oder Diesel, konzipiert. Aufgrund des attraktiven Preises und der steigenden Verfügbarkeit alternativer Kraftstoffe, insbesondere von LPG, wird zu- nehmend gewünscht, Kraftfahrzeuge zusätzlich derart auszurüsten, dass sie neben dem Betrieb mit Benzin oder Diesel auch mit LPG betreibbar sind. Derart ausgerüstete Kraftfahrzeuge sind entweder vom Kraftfahrzeugher steller selbst direkt für den Betrieb mit zwei Kraftstoffarten ausgerüstet, oder sie werden später mit Hilfe eines Nachrüstsystems für den Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart, typischerweise LPG, ausgerüstet.
Die Zufuhr der alternativen Kraftstoffart kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist eine Durchmischung der unter- schiedlichen Kraftstoffarten bereits vor der Einspritzung zur Verbrennungskraftmaschine möglich, so dass ein gemeinsamer Injektor für die unterschiedlichen Kraftstoffarten verwendet werden kann. Daneben sind aber auch Systeme bekannt, bei denen die unterschiedlichen Kraftstoffar- ten mit voneinander getrennten Injektoren einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Zur Einspritzung des Kraftstoffes werden die vorgesehenen Injektoren für eine vorbestimmte Einspritzzeit geöffnet. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt sich folglich aus der Gestalt des Injektors, den physikalischen bzw. chemischen Eigenschaften des eingespritzten Kraftstoffes, dem Druck im Zuleitung s System zum Injektor und der Öffnungszeit des Injektors.
Unterschiedliche Kraftstoffe weisen normalerweise unterschiedliche phy- sikalische und/oder chemische Eigenschaften auf. Reguläre Kraftstoffe und alternative Kraftstoffe unterscheiden sich insbesondere in ihrem Brennwert oder ihrem Zündverhalten. Gegenüber regulären Kraftstoffen, wie Benzin oder Diesel, ist die Dichte von LPG geringer. Das stöchiometri- sche Kraftstoff/Luftverhältnis, bei dem ein Lambdawert von 1 vorliegt, ist größer. Der Heizwert pro Volumen LPG ist geringer als bei Benzin oder Diesel und die Oktanzahl ist höher. Insgesamt ist aufgrund dieser Eigenschaften bei einer Verbrennungskraftmaschine bei einem bestimmten Betriebspunkt das benötigte Volumen an LPG größer als das bei diesem Betriebspunkt benötigte Volumen Benzin oder Diesel wäre.
Erhältliches LPG ist regelmäßig aus bestimmten Massenanteilen an Propan und Butan zusammengesetzt, die variieren können. Propan und Butan haben regelmäßig unterschiedliche Eigenschaften und die genaue Größenordnung der oben beschriebenen Eigenschaften von LPG wird maßgeb- lieh von den jeweiligen Massenanteilen an Propan und Butan beeinflusst. Daher sind die weiter oben angegebenen Eigenschaften von LPG nicht immer gleich.
Bei Kraftfahrzeugen, die mit verschiedenen Kraftstoffarten betreibbar sind, ist aufgrund der beschriebenen Unterschiede der Kraftstoffe eine Anpassung der Einspritz Signale und insbesondere der Einspritzsignaldauern an die verschiedenen Kraftstoffarten erforderlich. Die benötigte Menge an alternativem Kraftstoff weicht häufig von der benötigten Menge an regulärem Kraftstoff ab. Um dies zu kompensieren, sind jeweils ange- passte Öffnungszeiten für die Injektoren für alternativen Kraftstoff und regulären Kraftstoff erforderlich. Diese Anpassung kann über eine Anpassung der Einspritzsignaldauer erfolgen. Zumindest teilweise ist eine Kompensation auch durch eine geeignete Ausgestaltung der Injektoren für LPG möglich. Eine derartige Anpassung durch die physische Ausgestaltung der LPG-Injektoren ist allerdings konkret vorgegeben und folglich nicht verstellbar. Die Anpassung der Öffnungszeiten kann sehr komplex sein und z. B. in Abhängigkeit von der Motortemperatur, dem Druck im Zuleitungssystem zu den Injektoren und/oder des Lambda-Wertes der Abgase der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich ausfallen.
Häufig werden Einspritz Signale zur Steuerung der Injektoren zur Einspritzung des alternativen Kraftstoffes aus den Einspritzsignalen zur Steuerung der Injektoren zur Einspritzung des regulären Kraftstoffes bestimmt bzw. berechnet. Dabei werden z. B. Motortemperatur, der Druck im Versorgungssystem, der Lambda-Wert und/oder weitere Faktoren berücksichtigt. Dazu können in einem Steuergerät entsprechende Kennfelder hinterlegt sein.
Derartige Kennfelder zur Berechnung von Einspritz Signalen für den alternativen Kraftstoff werden typischerweise für verschiedene Kraftfahrzeugtypen ermittelt und im Steuergerät zur Steuerung der Einspritzung des alternativen Kraftstoffes hinterlegt.
Kennfelder, die alle Umgebungs- und/oder Betriebseinflüsse berücksichtigen, sind nicht vorab ermittelbar. Es gibt Einflüsse, die nicht vorher ermittelt werden können. Dazu gehören beispielsweise Unterschiede zwischen gleichen Kraftfahrzeugen. Herstellungsbedingt weisen gleiche Ver- brennungskraftmaschinen häufig unterschiedliche Charakteristika in unterschiedlichen Temperatur- und Drehzahlbereichen auf, welche an einem Versuchsfahrzeug nicht vorab ermittelbar sind. Darüber hinaus altern Kraftfahrzeuge im Betrieb, was die Charakteristika ebenfalls beeinflusst. Insbesondere ist die Zusammensetzung von erhältlichem LPG aus Propan und Butan zwischen Sommer und Winter bzw. je nach Region unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Zusammensetzungen erfordern un- terschiedlich lange Einspritzdauern, um ein gleichen Lambdawert zu erzielen.
Diese Einflüsse können die Berechnung der Einspritzsignale für den alternativen Kraftstoffes stören, so dass der Verbrennungskraftmaschine ungeeignete Kraftstoff mengen zugeführt werden und somit Fehler im Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges, Veränderungen des Lambda-Wertes der Abgase, Störungen des Abgasnachbehandlungssystems und/oder Verbrauchsnachteile der Verbrennungskraftmaschine auftreten können. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lindern. Es sollen insbesondere ein vorteilhaftes Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sowie ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Einspritz System bzw. Kraftfahrzeug vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Einspritz System gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9 bzw. einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungsgebiete der Erfindung sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvol- 1er, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Betrieb, wobei die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine zwischen einem alternativen Kraftstoff und einem regulären Kraftstoff umschaltbar ist, weist zumindest folgende Schritte auf:
a) Feststellen, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff vorliegt; b) Bestimmen einer zweiten Einspritzdauer für den alternativen Kraftstoff;
c) Umschalten der Kraftstoffversorgung von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff;
d) Feststellen einer ersten Einspritzdauer für den regulären Kraftstoff; e) Umschalten der Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff;
f) Korrigieren der zweiten Einspritzdauer unter Berücksichtigung des Verhältnisses der ersten Einspritzdauer zur zweiten Einspritz dauer.
Die Reihenfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in technisch sinnvoller Weise variiert werden. Insbesondere kann der Schritt a) auch während oder nach der Durchführung der Verfahrensschritte b) bis f) erfolgen. Insbesondere kann der Schritt a) auch zwischen den Schritten e) und f) durchgeführt bzw. wiederholt werden, so dass ggf. eine Überprüfung dahingehend vorgenommen werden kann, ob (noch immer) ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt. Dann kann zur Feststellung eines ausgeglichenen Betriebszustandes auf in den Schritten b) bis f) ermittelte Parameter zurückgegriffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ein Verfahren zur Adaption der Einspritzdauer für einen alternativen Kraftstoff an die Einspritzdauer für einen regulären Kraftstoff. Voraussetzung für den ordnungsgemäßen Ablauf der Adaption ist eine funktionierende Lambdare- gelung durch das erste Steuergerät. Die Verbrennungskraftmaschine eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Kraftfahrzeuges ist normalerweise mit ersten Injektoren für den regulären Kraftstoff und mit zweiten Injektoren für den alternati- ven Kraftstoff ausgerüstet. Die Regelung der zweiten Injektoren für den alternativen Kraftstoff erfolgt dabei mit Hilfe eines zweiten Steuergerätes. Dieses empfängt die Einspritzsignale, welche von einem ersten Steuergerät, typischerweise der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges, ausgegeben werden, um die Einspritzung des regulären Kraftstoffes mit den ersten Injektoren zu steuern. Das zweite Steuergerät passt die Einspritzdauern für den alternativen Kraftstoff derart an, dass die Motorsteuerung über ihre Sensoren, die beispielsweise im Abgassystem, im Ansaugbereich und/oder im Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind, nicht registriert, dass ein alternativer Kraftstoff verwendet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) zunächst festgestellt, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Dabei wird insbesondere überprüft, ob ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt. Mit„ausgegliche- nem Betriebszustand" ist ein Betriebszustand gemeint, in welchem die Verbrennungskraftmaschine verhältnismäßig konstant betrieben wird. Ein „ausgeglichener Betriebszustand" kann auch als„stationärer Betriebszustand" bezeichnet werden. Ein derartiger Betriebszustand ist beispielsweise durch eine konstante Temperatur der Verbrennungskraftmaschine (Motor temperatur) gekennzeichnet. Auch kann eine ausreichende Konstanz von Drehzahl und Last Voraussetzung für einen„ausgeglichenen Betriebszustand" sein. Insbesondere sind Betriebsabschnitte des Kraftfahrzeuges mit konstanter Geschwindigkeit bei konstanten Streckenbedingungen (nach dem Warmlaufen) gemeint. Im Rahmen eines ausgegli- chenen Betriebszustandes können auch gewisse Schwankungen verschiedener Parameter, wie beispielsweise der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, der Einspritzdauer oder der Temperatur in definierten Grenzen erlaubt sein. Beispielsweise können Schwankungen der relevan- ten Betriebsparameter von maximal 10 %, maximal 5 % oder maximal 3 % in einem Überprüfungszeitraum von beispielsweise maximal 60 sek., maximal 30 sek. oder maximal 15 sek. im Rahmen eines ausgeglichenen Betriebszustandes erlaubt sein. Für eine besonders genaue, rechnerisch nicht sehr aufwändige und zuverlässige Adaption ist insbesondere darauf zu achten, dass sich die Einspritzdauer und/oder die Motorlast von Beginn der Adaption (alternativer Kraftstoff) bis zum Ende der Adaption (wieder alternativer Kraftstoff) nur (vernachlässigbar) wenig ändert. Nachdem in Schritt a) ein ausgeglichener Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine festgestellt wurde, wird in Schritt b) eine zweite Einspritzdauer für den alternativen Kraftstoff bestimmt. Die Lambdarege- lung des ersten Steuergeräts hat dafür regelmäßig zu gewährleisten, dass der korrekte Lambda-Wert (in der Regel 1,0) eingehalten wird.
Bevorzugt ist direkt die vom ersten Steuergerät ausgegebene Zeit zu messen und nicht die vom zweiten Steuergerät aufgrund von Düsengröße, Kennfeldpunkt, Gasdruck usw. modifizierte Zeit. Unter einer zweiten Einspritzdauer ist also die während der Einspritzung des alternativen Kraft- Stoffes auftretende ausgegebene Einspritz dauer des ersten Steuergerätes zu verstehen.
Anschließend wird in Schritt c) die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff umgestellt. Nun wird nicht mehr alternativer Kraftstoff mit Hilfe der zweiten Injektoren, sondern regulärer Kraftstoff mit Hilfe ersten Injektoren eingespritzt. Das zweite Steuergerät zur Steuerung der zweiten Injektoren zur Einspritzung des alternativen Kraftstoffes ist somit deaktiviert oder setzt die Einspritzung des alternativen Kraftstoffes aus. Es wird eine Zeitspanne abgewartet, bis sich nach der Umschaltung die Bedingungen im Kraftfahrzeug vergleichmäßigt haben und die Einspritzung des zweiten Kraftstoffes so erfolgt, wie sie auch erfolgen würde, wenn vorher keine Einspritzung alternativen Kraftstoffes stattgefunden hätte. Auch wird abgewartet bis der Lambdawert ausgeregelt ist, also im Wesentlichen keine durch die Umschaltung bedingten Schwankungen des Lambda-Wertes mehr vorliegen. Nachdem dieser Zustand eingetreten ist, wird in Schritt d) eine erste Einspritzdauer für den regulären Kraftstoff festgestellt. Auch dieser wird gegebenenfalls in einem Speicher hinterlegt.
Daraufhin wird in Schritt e) zurück auf den alternativen Kraftstoff geschaltet. Gegebenenfalls kann auch hier abgewartet werden, bis sich die Bedingungen nach der Umschaltung vergleichmäßigt haben und eine neue Messung der zweiten Einspritz dauer für den zweiten Kraftstoff durchgeführt werden.
Die beiden Einspritzdauern für den alternativem Kraftstoff, von denen eine vor der Umschaltung auf ersten Kraftstoff und eine nach der Um- Schaltung zurück auf zweiten Kraftstoff ermittelt worden sind, können im Rahmen einer Überprüfung des Betriebszustandes (Schritt a)) verglichen werden. Wenn beide Werte gleich sind, kann mit großer Sicherheit diagnostiziert werden, dass sich die Last während der Adaption nur innerhalb der erlaubten Grenzen (Toleranz) verändert hat. Ist das der Fall, ist die Adaption gültig, ansonsten muss sie wiederholt werden. Bei einer derartigen Verfahrensführung wird Schritt a) zumindest teilweise während des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt.
Anschließend erfolgt in Schritt f) eine Korrektur der Berechnung, der zweiten Einspritzdauer im zweiten Steuergerät unter Berücksichtigung der beiden ermittelten Einspritz dauern (erster Einspritzdauer und zweiter Einspritz dauer). Wenn in Schritt e) eine weitere zweite Einspritzdauer bestimmt wurde, kann für die Korrektur der Berechnung in Schritt f) als zweite Einspritz dauer ein Mittelwert der in Schritt b) ermittelten zweiten Einspritzdauer und der in Schritt e) ermittelten zweiten Einspritzdauer verwendet werden. Das Korrigieren kann derart erfolgen, dass auf Grundlage von im zweiten Steuergerät hinterlegten Informationen ein Korrekturfaktor für die zweite Einspritzdauer ermittelt wird. Es ist aber auch möglich, das für die Berechnung der Einspritz Signale verwendete Kennfeld zu modifizieren. Bei wiederholter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei unterschiedlichen ausgeglichenen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine kann ein korrigiertes Kennfeld aufgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, wenn der regu- läre Kraftstoff Benzin oder Diesel und der alternative Kraftstoff LPG (Li- quified Petroleum Gas) ist. Die Motorsteuerung eines für den Betrieb mit Benzin oder Diesel eingerichteten Kraftfahrzeuges ist normalerweise derart eingerichtet, dass sie altersabhängige oder aufgrund von Produktionsschwankungen in der Kraftfahrzeugfertigung entstandene Abwei- chungen zwischen Kraftfahrzeugen kompensieren kann. Nicht geeignet ist sie zur Kompensation derartiger Abweichungen für einen alternativen Kraftstoff. Diese Anpassung kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft erfolgen. Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der alternative Kraftstoff CNG (Compressed Natural Gas) bzw. Erdgas ist. Die Unterschiede zwischen Benzin und/oder Diesel und CNG sind ausgeprägter als die Unterschiede zwischen Benzin und/oder Diesel und LPG. CNG beinhaltet als größten Massenanteil typischerweise Methan und nur geringere Massenanteil an Propan und Butan. Propan und Butan sind, wie bereits ausgeführt, die Hauptbestandteile an LPG.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgen nach Schritt f) die Einspritzungen unter Berücksichtigung der in Schritt f) ermittelten Kor- rektur, wobei diese Korrekturen in einem Speicher hinterlegt werden, so dass sie beim nächsten Motorlauf wieder zur Verfügung stehen. Da direkt nach Ablauf der Verfahrensschritte a) bis f) die Berechnung und Anwendung des Adaptionsfaktors erfolgt, werden die Vorteile des erfindungs- gemäßen Verfahrens unmittelbar genutzt, gleichzeitig bleibt der Einfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Verbrauch an regulärem Kraftstoff und auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges minimal. Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Verfahrensschritte a) bis f) mehrfach durchgeführt werden, zum Beispiel bei jeder neuen Fahrt des Kraftfahrzeuges.
Ferner wird auch vorgeschlagen, dass das Verfahren nach Art einer Schleife unmittelbar hintereinander mehrfach wiederholt durchgeführt wird. Mit„unmittelbar hintereinander" ist hier gemeint, dass das Verfahren während des Betriebes in einem zeitlichen Abstand von weniger als 10 Minuten und insbesondere weniger als 5 Minuten durchgeführt wird. Durch eine mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte kann eine verbesserte Adaption der zweiten Einspritzdauer erfolgen, weil eine stufenweise Korrektur der zweiten Einspritzdauer erreicht werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn nach jeder Durchführung der Verfahrensschritte a) bis e) in Schritt e) eine Korrektur der Berech- nung nur zu einem Anteil von maximal 20 %, vorzugsweise maximal 15 % und insbesondere maximal 10 % berücksichtigt wird. Die hier angegebenen Anteile geben jeweils eine maximal zulässige Veränderung der Einspritzdauern im Verhältnis zueinander an. Für den unwahrscheinlichen Fall einer falschen Adaption erfolgt so keine übermäßige Beeinträchtigung des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine. Wenn nun das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar hintereinander mehrfach wiederholt durchgeführt wird, kann der aufgrund einer falschen Adaption aufgetretene Fehler schnell korrigiert werden. Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Durchführung des Verfahrens maximal 40 Sekunden dauert. Hiermit ist gemeint, dass alle Schritte, welche bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert sind, innerhalb von 40 Sekunden ablaufen. Über derartige Zeitspannen liegen im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges regelmäßig ausgeglichene Betriebszustände vor. Je länger die zur gesamten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Zeitspanne ist, umso unwahrscheinlicher wird es, dass durchgehend ein aus- geglichener Betriebszustand vorliegt. Eine maximale Dauer von 40 Sekunden hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine bereits mindestens 60 Sekunden mit alternativem Kraftstoff betrieben wurde. Insbesondere ist hier gemeint, dass die Verbrennungskraftmaschine unmittelbar vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits 60 Sekunden ununterbrochen mit alternativem Kraftstoff betrieben wurde. Weiter soll auch während dieses Zeitraumes die Lambdaregelung des Kraftfahrzeuges aktiv sein. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff bereits unabhängig von der Umschaltphase von regulärem auf alternativen Kraftstoff und unabhängig von der Startphase der Verbrennungskraftmaschine sind.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn in Schritt a) ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine daran erkannt wird, dass eine Einspritz dauer über den Zeitraum des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer Toleranz konstant ist. Alternativ oder kumulativ könnten auch die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, die Temperatur des Kühlwassers der Verbrennungskraftmaschine oder andere Parameter, wie beispielsweise der Druck im Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine zur Feststellung, ob ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt, herangezogen werden. Auch ist es möglich, den Druck im Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine heranzuziehen. Im Rahmen der Steuerung des Verfahrens zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes werden die Einspritzdauern verarbeitet. Diese Signale stehen also zur Verfügung und sind auch geeignet, einen ausgeglichenen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine hinreichend genau zu diagnostizieren. Abweichungen der Einspritzdauer im Rahmen von maximal 5 % oder sogar maximal 3 % können im Rahmen eines ausgeglichenen Betriebszustandes der Verbren- nungskraftmaschine noch toleriert werden. Werden die Abweichungen der Parameter, die den ausgeglichenen Betriebszustand charakterisieren, größer als die angegebenen Schwellenwerte, wird kein ausgeglichener Betriebszustand mehr diagnostiziert. Auch erfindungsgemäß ist ein Einspritzsystem, aufweisend ein zweites Steuergerät und mindestens einen zweiten Injektoren, wobei das zweite Steuergerät zum Betrieb der zweiten Injektoren gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Steuerungssoftware erreicht werden. Ein zweites Steuerge- rät eines derartigen Einspritz Systems weist Verbindungsleitungen hin zu den zweiten Injektoren auf. Gleichzeitig hat es Anschlüsse, an welche Verbindungsleitungen vom ersten Steuergerät des Kraftfahrzeuges bzw. von der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges angeschlossen werden können. Durch diese Verbindungsleitungen werden erste Einspritzsignale empfangen, welche normalerweise zur Steuerung der ersten Injektoren für den regulären Kraftstoff vorgesehen sind. Auch kann am zweiten Steuergerät ein Anschluss vorgesehen sein, über welchen ein externes Eingabe Signal zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff oder umgekehrt in das zweite Steu- ergerät gelangen kann. Die Umschaltung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff und umgekehrt kann auch in dem zweiten Steuergerät erfolgen. Besonders bevorzugt hat das zweite Steuergerät auch Ausgangsleitungen, über welche das zweite Steuergerät mit den ersten Injektoren zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit regulä- rem Kraftstoff verbunden werden können. Wenn eine Einspritzung von regulärem Kraftstoff erfolgen soll, werden Signale für die ersten Injektoren einfach durch das zweite Steuergerät hindurch geschaltet, ohne dass sie durch das zweite Steuergerät beeinflusst werden. Die Software zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welche in dem zweiten Steuergerät des Einspritzsystems implementiert ist, kann auch Kennfelder beinhalten. Hier sind zum einen Kennfelder möglich, welche fest hinterlegt sind, andererseits können auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren veränderbare Kennfelder, welche sich an sich verändernde Eigenschaften des Kraftfahrzeuges anpassen, hinterlegt sein. Auch erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, welches mit einem regulärem Kraftstoff und einem alternativen Kraftstoff betreibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug ein erstes Steuergerät und erste Injektoren zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit regulärem Kraftstoff und ein erfindungsgemäßes Einspritzsys- tem aufweist, wobei das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät des Einspitzsystems zusammen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind. Ein derartiges Kraftfahrzeug kann insbesondere ein nachgerüstetes Kraftfahrzeug sein, welches vom Kraftfahrzeughersteller lediglich für den Betrieb mit regulärem Kraftstoff ausge- rüstet wurde, und später mit einem Nachrüstsystem versehen wurde, wobei das Nachrüstsystem ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem und ein dazugehöriges Kraftstoffversorgungssystem und ein Tanksystem für einen alternativen Kraftstoff aufweist. Die besonderen Vorteile und Ausgestaltungen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben sind, sind in analoger Weise für das erfindungsgemäße Einspritzsystem sowie wie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gültig und anwendbar. Gleiches gilt für die mit besonderem Bezug auf das erfindungsgemäße Einspritzsystem und das erfin- dungsgemäße Kraftfahrzeug geschilderten Vorteile und Eigenschaften, welche auf das erfindungsgemäße Verfahren analog anwendbar und übertragbar sind. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, und
Fig. 2: ein Blockdiagramm, welches die Durchführung eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2, welches zum Betrieb mit wahlweise einem regulären Kraftstoff oder einem alternativen Kraftstoff eingerichtet ist. Als regulärer Kraftstoff wird bei dem Kraftfahrzeug 1 bevorzugt Benzin oder Diesel und als alternativer Kraftstoff bevorzugt LPG eingesetzt. In Fig. 1 ist nur ein Zylinder 11 der Verbrennungskraftmaschine 2 dargestellt. Der Zylinder 11 wird über die Ansaugleitung 8 mit Luft und mit Kraftstoff versorgt. Abgase gelangen aus dem Zylinder 11 über den Abgaskrümmer 9 hinaus. Darüber hinaus existiert am Zylinder 11 eine Zündkerze 18 zur Zündung des im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 im Zylinder 11 vorliegenden zündbaren Gemisches. Die Ansaugleitung 8 kann gegenüber dem Zylinder 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden. Genauso kann der Abgaskrümmer 9 gegenüber dem Zylinder 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden.
Im Betrieb mit regulärem Kraftstoff wird die Verbrennungskraftmaschine 2 vom ersten Steuergerät 5 gesteuert. Das erste Steuergerät 5 ist dabei insbesondere die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges. Ein regulärer Kraftstoff gelangt dann über den ersten Injektor 3 in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2. Soll das Kraftfahrzeug 1 mit LPG betrieben werden, erfolgt über den Umschalter 7 ein Wechsel auf den LPG-Betrieb. Der Umschalter 7 ist in der Fig. 1 derart eingestellt, dass eine Kraftstoffversorgung mit LPG erfolgt und die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit regulärem Kraftstoff unterbrochen ist. Die Kraftstoffversorgung mit LPG wird also gemäß Fig. 1 vom zweiten Steuergerät 6 geregelt, welches wiederum vom ersten Steuergerät 5 angesteuert wird. Für das zweite Steuergerät 6 und den Umschalter 7 wurde hier eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Steuergerät 6 und der Umschalter 7 können auch in einem Bauteil miteinander integriert vorliegen. Insbesondere ist es auch möglich, dass Signale vom ersten Steuergerät 5 an den ersten Injektor 3 auch das zweite Steuergerät 6 (wahlweise) passieren. Das zweite Steuergerät 6 kann zur Steuerung der Einspritzung des LPGs unterschiedliche Signale empfangen. Beispielsweise ist ein Lambda- Eingang 13 vorgesehen, über welchen ein Lambda-Wert des nicht dargestellten Abgassystems der Verbrennungskraftmaschine 2 in das zweite Steuergerät 6 gelangen kann. Der Temperatursensor 21 ermittelt die Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 2 im Kühlkreislauf 12 der Verbrennungskraftmaschine 2. Auch das Signal dieses Temperatursensors 21 kann vom zweiten Steuergerät 6 verwertet werden. Das zweite Steuergerät 6 berechnet aus dem Signal, welches es vom ersten Steuergerät 5 erhält und welches eigentlich zur Steuerung des ersten In- jektors 3 gedacht ist, in Kombination mit den weiteren dem zweiten Steuergerät 6 zur Verfügung stehenden Signalen, ein Signal für den zweiten Injektor 4, welcher LPG in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2 einspritzt. Der zweite Injektor 4 erhält das LPG aus dem Tank 16. Das LPG wird aus dem Tank 16 heraus mit der Pumpe 17 gefördert und gelangt über die Zulaufleitung 14 zum zweiten Injektor 4. Zusätzlich zur Zulauf leitung 14 existiert vom zweiten Injektor 4 zurück zum Tank 16 eine Rücklauf lei- tung 15, durch welche überschüssiges LPG vom Injektor 4 zurück in den Tank 16 gefördert wird. In der Rücklaufleitung 15 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen. Das Signal des Drucksensors 20 gelangt ebenfalls zum zweiten Steuergerät 6 und wird in diesem zur Berechnung des Einspritzsignals für den zweiten Injektor 4 mit verwertet. Insbesondere ist die Rücklauf - leitung 15 auch dazu vorgesehen, durch Erwärmung und unzureichenden Druck in der Zulaufleitung 14 gasförmig gewordenes LPG vom zweiten Injektor 4 weg zurück in den Tank 16 zu fördern - es soll nämlich erreicht werden, dass (nur) flüssiges LPG über die zweiten Injektoren 4 ab- gegeben wird. Gasförmiges LPG ist im Bereich des zweiten Injektors 4 nicht erwünscht, weil die Einspritzung des LPG durch den zweiten Injektor 4 in die Ansaugleitung 8 flüssig erfolgen soll. Dies weist viele Vorteile bei der Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit LPG auf. In der Rücklauf leitung 15 existiert zudem ein Druckregler 19, mit welchem der Druck des LPG in der Zulaufleitung 14 und insbesondere vor dem Injektor 4 eingestellt werden kann. Der zweite Injektor 4 und das zweite Steuergerät 6 bilden mit ihren Verbindungsleitungen zusammen ein nachrüstbares Einspritz System 22.
Fig. 2 zeigt schematisch als Blockdiagramm die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Adaption. Zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff findet der Verfahrens Start 23 statt. Gegebenenfalls findet an- schließend eine Initialisierung 24 verschiedener Parameter für das erfindungsgemäße Verfahren statt. Hier beispielhaft ist die Initialisierung eines Zählers für eine Schleife 41 zur mehrfachen Durchführung der Verfahrensschritte a) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Nach der Initialisierung 24 findet ein Betriebszustandstest 25 statt, in welchem überprüft wird, ob ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Falls ein derartiger Betriebszustand beim Betriebszustandstest 25 nicht registriert wurde, beginnt die Überprüfungsschleife 39 zu laufen. Der Betriebszustandstest 25 wird so oft durchgeführt, bis ein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wird. Alternativ zur Überprüfungs schleife 39 kann das erfindungsgemäße Verfahren auch abgebrochen werden, wenn in Schritt a) kein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wurde. Der Verfahrensstart 23 wird dann zu einem späteren Zeitpunkt erneut ausgelöst und ein neuer Betriebszustandstest 25 erfolgt.
Wenn beim Betriebszustandstest 25 ein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wurde, erfolgt in einem Schritt b) eine erste Messung 26. Bei dieser wird eine zweite Einspritzdauer t2a ermittelt. Die zweite Einspritzdauer t2a charakterisiert den Betrieb mit alternativem Kraftstoff während des ausgeglichenen Betriebszustandes. Die zweite Einspritzdauer t2a wird in einem Speicher 38 für die zweite Einspritz dauer t2a abgelegt. Der Lambda-Wert x2 wird von der Lambdaregelung des ersten Steu- ergeräts geregelt und ist konstant. Vorteilhafterweise wird direkt die vom ersten Steuergerät ausgegebene Zeit gemessen und nicht die vom zweiten Steuergerät aufgrund von Düsengröße, Kennfeldpunkt, Gasdruck oder möglichen anderen Parametern modifizierte Zeit. Nach der ersten Messung 26 erfolgt in Schritt c) eine erste Umschaltung 27 von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff. Anschließend erfolgt in Schritt d) eine zweite Messung 28. Bei dieser Messung wird eine erste Einspritzdauer t: ermittelt. Die Lambdaregelung sorgt hier für einen konstanten ersten Lambda-Wert λ1 , der typischerweise gleich dem zwei- ten Lambda-Wert λ2 ist. Die erste Einspritz dauer t: wird in einem Speicher
36 für die erste Einspritz dauer t: hinterlegt. Anschließend wird in Schritt e) eine zweite Umschaltung 48 zurück auf den alternativen Kraftstoff durchgeführt. Gegebenenfalls erfolgt eine neue Messung der Einspritzdauer t2b, die im Speicher 43 hinterlegt wird. Wenn dies der Fall ist, kann Schritt a) zumindest teilweise einen Verg *-*leich 44 von t 2a und t 2b beinhal- ten, durch welchen festgestellt werden kann, ob sich der Betriebspunkt während der Adaption unzulässig verändert hat. Wenn dies der Fall ist, muss die Adaption wiederholt werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Korrekturschleife 47. Liegen die Betriebspunkte dicht beieinander, kann davon ausgegangen werden, dass auch in der dazwischen liegenden Phase mit dem regulären Kraftstoff der gleiche Lastzustand herrschte. In diesem Fall kann zum Beispiel der Mittelwert der beiden Einspritzdauern mit alternativem Kraftstoff t2a und t2b im Speicher 45 hinterlegt und für die weitere Berechnung verwendet werden. Anschließend erfolgt in Schritt f) die Berechnung eines Korrekturfaktors basierend auf dem Verhältnis der Einspritzdauern t: und t2.
Es kann alternativ auch eine neue zweite Einspritz dauer oder ein Parameter eines Kennfeldes bestimmt werden. Nach der Berechnung 30 wird die ermittelte Korrektur durch die Begrenzung 31 derart modifiziert, dass eine Adaption nur in einem begrenzten Maße stattfindet. Die berechneten und begrenzten Korrekturfaktoren (K) bzw. die neuen zweiten Einspritzdauern t2 können in einem Kennfeldspeicher 40 hinterlegt werden. Auf diese Art und Weise stehen sie für weitere Einspritzungen von alternativem Kraftstoff zur Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung. Nachdem die Begrenzung 31 abgeschlossen ist, erfolgt die Anwendung des Korrek- turfaktors 32 bzw. eine reguläre Durchführung von zweiten Einspritzungen unter Berücksichtigung der berechneten Korrektur. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Betrieb des Kraftfahrzeuges mit alternativem Kraftstoff auch nach Abschluss des Verfahrens ungestört weiterläuft. Anschließend kann eine Schleifenkontrolle 33 stattfinden. Bei der Schleifenkontrolle 33 können verschiedene für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Parameter angepasst werden. Hier beispielhaft ist das Hinaufzählen eines Schleifenzählers dargestellt. Nach der Schleifenkontrolle 33 wird ein Abbruchkriterium 34 für das erfindungsgemäße Verfah- ren geprüft. Hier beispielhaft für das Abbruchkriterium 34 ist eine Überprüfung der Anzahl an durchgeführten Schleifendurchläufen dargestellt. Es sind auch andere Abbruchkriterien 34 für das erfindungsgemäße Verfahren möglich. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen werden, wenn eine vollständige Adaption der zweiten Einspritzdauer erfolgt ist. Falls das Abbruchkriterium 34 nicht erfüllt ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren über die Schleife 41 beim Verfahrensschritt a) erneut mit dem Betriebszustandstest 25 beginnen. Falls das Abbruchkriterium 34 erfüllt ist, kann das Verfahrensende 35 eingeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, um die Zufuhr eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftma- schine, welche auch mit einem regulären Kraftstoff betreibbar ist, zu verbessern. Die Steuerung der Einspritzung des alternativen Kraftstoffes kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an sich verändernde Eigenschaften der Verbrennungskraftmaschine und des alternativen Kraftstoffes angepasst werden. Gleichzeitig können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellungsbedingte Unterschiede zwischen gleichen Kraftfahrzeugen ausgeglichen werden.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Verbrennungskraftmaschine
3 erster Injektor
4 zweiter Injektor
5 erstes Steuergerät
6 zweites Steuergerät
7 Umschalter
8 Ansaugleitung
9 Abgaskrümmer
10 Ventil
11 Zylinder
12 Kühlkreislauf
13 Lambda-Eingang
14 Zulaufleitung
15 Rücklaufleitung
16 Tank
17 Pumpe
18 Zündkerze
19 Druckregler
20 Drucksensor
21 Temp eratur sensor
22 Einspritz System
23 Verfahrensstart
24 Initialisierung
25 Betriebszustandstest
26 erste Messung
27 erste Umschaltung
28 zweite Messung
29 Speicher für ersten Lambda-Wert 30 Berechnung
31 Begrenzung
32 Anwendung des Korrekturfaktors
33 Schleifenkontrolle
34 Abbruchkriterium
35 Verfahrensende
36 Speicher für erste Einspritzdauer
37 erster Speicher für zweiten Lambda-Wert
38 erster Speicher für zweite Einspritzdauer 39 Überprüfungsschleife
40 Kennfeldspeicher
41 Schleife
42 zweiter Speicher für zweiten Lambda-Wert
43 zweiter Speicher für zweite Einspritzdauer 44 Überprüfung des Betriebszustandes
45 Speicher für zweite Einspritzdauer
46 Speicher für zweiten Lambdawert
47 Abbruchschleife
48 zweite Umschaltung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeuges (1) im Betrieb, wobei die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine (2) zwischen einem alternativen Kraftstoff und einem regulären Kraftstoff umschaltbar ist, aufweisend zumindest folgende Schritte:
a) Feststellen, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff vorliegt;
b) Bestimmen einer zweiten Einspritzdauer für den alternativen Kraftstoff;
c) Umschalten der Kraftstoffversorgung von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff;
d) Feststellen einer ersten Einspritzdauer für den regulären Kraftstoff;
e) Umschalten der Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff und erneutes Feststellen der zweiten Einspritz dauer;
f) Bestimmen einer Korrektur der zweiten Einspritzdauer unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Einspritzdauern mit regulärem bzw. alternativem Kraftstoff.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der reguläre Kraftstoff Benzin oder Diesel und der alternative Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) oder CNG (Compressed Natural Gas) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach Schritt f) die Einspritzungen unter Berücksichtigung der in Schritt f) ermittelten Korrektur erfolgen und diese Korrekturen in einem Speicher hinterlegt werden, so dass sie beim nächsten Motorlauf wieder zur Verfügung stehen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Verfahrensschritte a) bis f) mehrfach wiederholt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach jeder Durchführung der Verfahrensschritte a) bis e) in Schritt e) eine Korrektur der Berechnung nur zu einem Anteil von maximal 20 % berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Durchführung des Verfahrens maximal 40 Sekunden dauert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine (2) bereits mehr als 60 Sekunden mit alternativem Kraftstoff betrieben wurde.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt a) ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) daran erkannt wird, dass zumindest eine Einspritzdauer oder die Motortemperatur über einen Zeitraum des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer To- leranz konstant ist.
9. Einspritz System (22), aufweisend ein zweites Steuergerät (6) und mindestens einen zweiten Injektor (4), wobei das zweite Steuergerät (6) zum Betrieb des zweiten Injektors (4) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.
10. Kraftfahrzeug (1) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2), welches mit einem regulären Kraftstoff und einem alternativen Kraftstoff be- treibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug (1) ein erstes Steuergerät (5) und erste Injektoren (3) zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine (2) mit regulärem Kraftstoff und ein Einspritzsystem (22) gemäß Patentanspruch 9 aufweist, wobei das erste Steuergerät (5) und das zweite Steuergerät (6) des Einspritz Systems (22) zusammen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 eingerichtet sind.
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