WO2011101394A1 - Verfahren zum betrieb einer verbrennungskraftmaschine mit zwei verschiedenen kraftstoffen - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer verbrennungskraftmaschine mit zwei verschiedenen kraftstoffen Download PDF

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WO2011101394A1
WO2011101394A1 PCT/EP2011/052320 EP2011052320W WO2011101394A1 WO 2011101394 A1 WO2011101394 A1 WO 2011101394A1 EP 2011052320 W EP2011052320 W EP 2011052320W WO 2011101394 A1 WO2011101394 A1 WO 2011101394A1
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Georg LÜTKEMEYER
Uwe Israel
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Definitions

  • the invention relates to a method for reducing pollutants in motor vehicles, which is normally used for operation with gasoline and (subsequently) z. B. for the operation with liquefied petroleum gas (LPG: Liquefied Petroleum Gas) are set up.
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • systems are offered with which vehicles equipped for operation with petrol or diesel can be retrofitted in such a way that they can additionally be operated with liquefied petroleum gas.
  • Such retrofit systems usually include a separate tank system and injection system for LPG, which is installed in the motor vehicle in addition to the gasoline injection system.
  • This injection system has its own control unit, which controls the injection of liquid gas.
  • This LPG injection control unit is normally connected to the regular operation engine control unit to process and convert its injection signals into appropriate LPG injection signals.
  • For the LPG separate injectors are normally provided, which are arranged next to the injectors for normal operation with gasoline on the intake manifold of the internal combustion engine and supply the liquefied gas to the combustion chambers. It has been found that the pollutant emission of the internal combustion engine is increased in operation with LPG under certain operating conditions compared to the pollutant emission in gasoline operation. This applies in particular to the emissions of nitrogen oxide compounds during load changes or at high load.
  • a method for switching over a force Substance supply and a method for operating a fuel supply to an internal combustion engine can be specified, by which in particular the pollutant emissions of an internal combustion engine, which is retrofitted for operation with LPG, can be reduced.
  • the method according to the invention is a method for switching over a fuel supply of an internal combustion engine that can be operated with different fuels from a first fuel to a second fuel.
  • the internal combustion engine has an exhaust gas treatment device with a catalyst, which is flowed through by exhaust gas with an exhaust gas flow direction and in the exhaust gas flow direction downstream of the catalyst, a lambda probe is arranged, which is connected via at least one electrically conductive connection with a first control device of the internal combustion engine is, wherein the electrical resistance of the compound is changed when switching the fuel supply.
  • the first control device is preferably the regular engine control of the motor vehicle. Normally two lambda probes are connected to this control unit.
  • the first lambda probe is arranged regularly in the exhaust gas flow direction starting from the internal combustion engine of the motor vehicle in front of the catalytic converter and is controlled in the same way. called. With their help, the fuel mixture is roughly adjusted to the intended lambda.
  • the first controller regularly uses this so-called post-catalyst probe to monitor and fine tune the catalyst to a predetermined lambda.
  • the lambda probe permanently determines the residual oxygen content in the exhaust gas and transmits this value as an analog electrical signal to the first control unit, which together with other parameters produces a control signal for mixture formation, which generally results in an adaptation of the injection quantity in the internal combustion engine (lambda-trim control).
  • this lambda control follows a fixed schedule.
  • the desired adjustment of the injection signals to the operation can be achieved with LPG.
  • an increase in the electrical resistance causes a damping of the signal.
  • the resulting lower voltage values are interpreted as higher lambda (leaner mixture).
  • the response of the controller is to increase the injection amount to reach the originally planned level again.
  • the true lambda is a bit richer after the manipulation.
  • Such an adaptation is particularly useful if an adjustment to a gaseous fuel is to take place, because here the conversion window is slightly shifted towards a richer fuel mixture.
  • the thus adapted injection signals of the first control unit are regularly further processed by a second control unit and converted into injection signals for operation with the second fuel.
  • control strategy stored in the engine control unit remains unchanged, but due to the changed input signal also correspondingly changed output signals are generated, which are then suitable for the low-emission operation with LPG.
  • This can also be prevented in the engine control unit during operation with LPG unwanted adaptation processes based on incorrect assumptions about pollutant emissions continue to have an effect on (regular) operation with the first fuel even after stopping LPG or second fuel operation.
  • the first fuel and the second fuel can be chosen arbitrarily.
  • the method according to the invention can always be used if the fuel supply of an internal combustion engine is to be switched between different types of fuel.
  • the method is not limited to internal combustion engines that have been retrofitted for operation with LPG.
  • the method is particularly advantageous if the first fuel is gasoline or diesel and the second fuel is liquefied petroleum gas (LPG) or compressed natural gas (CNG).
  • LPG liquefied petroleum gas
  • CNG compressed natural gas
  • the method for switching a fuel supply according to one of the preceding claims when the electrical resistance is increased or decreased by at least 1000 ⁇ [ohm] and by a maximum of 10,000 ⁇ [ohm]. This range of values has proved to be successful, in particular for the gasoline / LPG application, with regard to the desired exhaust gas values.
  • the resistance depends on the internal resistance and the voltage / lambda characteristic of the lambda probe used and should be re-determined from case to case.
  • the operation of the internal combustion engine with the first fuel from the first control unit and the operation of the Verbrennungskraftma- machine with the second fuel from the second control unit are controlled, wherein the second control unit processes output signals of the first control unit.
  • the second control unit does not provide any direct feedback to the first control unit with regard to the control operations which take place for the control of the operation with the second fuel in the second control unit.
  • the lambda probe is a jump probe (two-point probe).
  • the aforementioned lambda probe is meant the post-cat probe.
  • the lambda probe is a Nernst probe. With this type of probe, the output voltage depends on the lambda value. A series connection with the electrical resistance thus causes a shift of the measured lambda value in the direction of lean (higher air content).
  • the invention also relates to a method for operating a fuel supply of an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine with a first fuel and a second fuel is operable and each switching of the fuel supply between the two fuels is carried out according to the inventive method for switching the fuel supply, wherein the first fuel is gasoline and the second fuel is LPG (Liquefied Petroleum Gas), and each time it switches from gas to LPG, the electrical resistance of the connection is increased by one value and the resistance is changed by the same each time LPG to gasoline is switched Value is lowered.
  • the method of operating the fuel supply is particularly advantageous if the value is between 4,000 ⁇ (ohms) and 6,000 ⁇ (ohms). Most preferably, the value is 4,900 ohms (ohms).
  • a motor vehicle having an internal combustion engine with a first control unit and with an exhaust treatment device, which can be traversed by exhaust gas of the internal combustion engine with an exhaust gas flow direction and a catalyst and arranged in the exhaust gas flow direction downstream of the catalyst lambda probe, wherein an electric Connection exists between the lambda probe and the first control device having at least a first current path and a second current path, wherein in the second current path, an electrical resistance component is provided and can be switched between the first current path and the second current path with a switch, wherein the switch is connected to the second control device.
  • the motor vehicle according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention for switching over a fuel supply and / or for carrying out the method according to the invention for operating a fuel supply of an internal combustion engine.
  • the switch is preferably controlled by the second controller.
  • the second control unit controls at least one change-over switch which sends the injection signals from the first control unit to the second control unit or to the injectors for operation with liquid gas can divert.
  • the switch ensures switching between the first current path and the second current path. Switch and switch are preferably always operated in parallel.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. Show it:
  • Fig. 1 a motor vehicle according to the invention.
  • Fig. 2 the emissions of nitrogen oxide compounds during an exhaust test at different operating conditions of a motor vehicle compared to each other.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 2, which is adapted for operation with either a first fuel or a second fuel.
  • Fig. 1 only one combustion chamber 11 of the internal combustion engine 2 is shown.
  • the combustion chamber 11 is supplied via the intake passage 8 with air and fuel. Exhaust gases pass out of the combustion chamber 11 beyond the exhaust pipe 9.
  • there is a spark plug 18 on the combustion chamber 11 for igniting the combustible mixture present in the combustion chamber 11 during operation of the internal combustion engine 2.
  • the suction line 8 can be opposite to the combustion be closed 11 with a valve 10.
  • the exhaust gas line 9 can be closed with respect to the combustion chamber 11 with a valve 10.
  • the first control unit 5 is in particular the engine control of the motor vehicle 1.
  • a first fuel in particular gasoline
  • a changeover to the second fuel occurs via the changeover switch 7.
  • the changeover switch 7 is set in Fig. 1 such that a fuel supply with second fuel takes place and the fuel supply of the internal combustion engine 2 is interrupted with the first fuel.
  • the fuel supply with the second fuel is thus controlled as shown in 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 changeover switch 7 can also be integrated with one another in one component.
  • the changeover switch 7 is controlled by the second control unit 6.
  • signals from the first control unit 5 to the first injector 3 and the second control unit 6 happen, these signals are then not modified by the second control unit 6.
  • the second control unit 6 can receive different signals for controlling the injection of the second fuel.
  • a lambda input 13 is provided, via which a lambda value, which is not shown here lambda sensor (before catalyst), the internal combustion engine 2 can get into the second control unit 6.
  • the temperature sensor 21 determines the cooling water temperature of the 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 calculates a signal for the second injector 4 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. which injects the second fuel into the intake passage 8 of the internal combustion engine 2.
  • the signal reaches the second injector 4 via the signal line 36.
  • a second injector 4 per combustion chamber 11 is provided.
  • the second injector 4 receives the second fuel from the tank 16.
  • the second fuel is pumped out of the tank 16 with the pump 17 and passes via the supply line 14 to the second injector 4.
  • a return line 15 through which excess second fuel (LPG) is conveyed from the injector 4 back into the tank 16.
  • LPG excess second fuel
  • 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.
  • a pressure regulator 19 with which the pressure of the LPG in the supply line 14 and in particular in front of the second injector 4 can be adjusted.
  • the return line 15 in combination with the pressure regulator 19 is also provided that no gaseous LPG is produced by heating and insufficient pressure in the supply line 14 - namely, it is to be achieved that (only) liquid LPG is discharged via the second injectors 4.
  • the second injector 4, the signal lines 36 and the second control unit 6 together form a kit for a retrofittable injection system 22.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine 2 reach the exhaust treatment device 23, in which they flow through a catalyst 24 with an exhaust gas flow direction 25.
  • a lambda probe 26 is arranged, which is connected via an electrical connection 27 to the first control unit 5.
  • the electrical connection 27 has a first current path 28 and a second current path 29.
  • an electrical resistance component 30 is arranged. Between the first current path 28 and the second current path 29 can be switched with the switch 31.
  • the switch 31 is controlled as well as the switch 7 for switching the fuel supply of the internal combustion engine 2 from the first fuel to second fuel and vice versa from the second control unit.
  • the switchover of the changeover switch 7 and the switch 31 is usually carried out at the same time when switching over a fuel supply.
  • Fig. 2 shows a graph of the emission of nitrogen oxide compounds of a motor vehicle during an exhaust gas test.
  • the diagram is divided into two parts. In the upper part of the pollutant emissions of a motor vehicle is shown. In the lower part, the speed 32 is related to the upper part. The speed 32 is plotted on the speed axis 39 in units of [km / h] (kilometers per hour). The upper part and the lower part both have the same time axis 37, which is scaled by the unit [s] (seconds). The various emissions of nitrogen oxide compounds are applied in the upper part of the pollutant axis 38. The pollutant axis 38 is scaled by the unit [g / s] (grams per second). The amount of nitrogen oxide ejected per second is plotted.
  • a first (dotted) curve 33 shows the emission of nitrogen oxide compounds (after catalyst) in gasoline operation. It can be seen that, in particular during load changes in the high load range, a short time interval with increased nitrogen oxide emissions occurs.
  • the second (dashed) curve 34 shows the emission of nitrogen oxide compounds in the exhaust gas test during operation of the motor vehicle with LPG, wherein no correction according to the invention takes place. It can be clearly seen that the emission of nitrogen oxide compounds in the critical time interval, in which the output is already increased in gasoline operation, is even more increased.
  • the third (solid) curve 35 shows the emission of pollutants in the same exhaust gas test during operation with LPG (liquefied petroleum gas), wherein an inventive correction of the signal of the lambda probe by changing the resistance of the electrical connection line. It can be clearly seen that the output of nitrogen oxide compounds is even reduced here compared to the emission of nitrogen oxide compounds in gasoline operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer mit verschiedenen Kraftstoffen betreibbaren Verbrennungskraftmaschine (2) von einem ersten Kraftstoff auf einen zweiten Kraftstoff, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) eine Abgasbehandlungsvorrichtung (23) mit einem Katalysator (24) aufweist, die mit einer Abgasströmungsrichtung (25) durchströmt wird und in Abgasströmungsrichtung (25) hinter dem Katalysator (24) eine Lambda-Sonde (26) angeordnet ist. Die Lambda-Sonde (26) ist über mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung (27) mit einem ersten Steuergerät (5) der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden. Bei der Umschaltung der Kraftstoffversorgung wird der elektrische Widerstand der Verbindung (27) verändert.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit zwei verschiedenen Kraftstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadstoffminderung bei Kraftfahrzeugen, die normalerweise für den Betrieb mit Benzin und (nachträglich) z. B. für den Betrieb mit Flüssiggas (LPG: Liquefied Petroleum Gas) eingerichtet sind. Hierzu werden Systeme angeboten, mit welchen für den Betrieb mit Benzin oder Diesel eingerichtete Kraftfahrzeuge derart nach- rüstbar sind, dass sie zusätzlich mit Flüssiggas betrieben werden können.
Derartige Nachrüstsysteme umfassen zumeist ein separates Tanksystem und Einspritzsystem für Flüssiggas, welches im Kraftfahrzeug zusätzlich zum Benzineinspritz System eingebaut wird. Dieses Einspritz System weist ein eigenes Steuergerät auf, welches die Einspritzung von Flüssiggas steuert. Dieses Steuergerät für das Flüssiggaseinspritzsystem ist normalerweise so an das Motorsteuergerät für den regulären Betrieb angeschlossen, dass es dessen Einspritzsignale verarbeitet und in geeignete Einspritzsignale für das Flüssiggas umwandelt. Für das Flüssiggas werden normalerweise separate Injektoren vorgesehen, die neben den Injektoren für den normalen Betrieb mit Benzin an der Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind und das Flüssiggas zu den Brennräumen zuführen. Es hat sich herausgestellt, dass die Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb mit Flüssiggas unter bestimmten Betriebsbedingungen gegenüber der Schadstoffemission im Benzinbetrieb erhöht ist. Dies betrifft insbesondere die Emissionen von Stickoxidverbindungen bei Lastwechseln bzw. bei hoher Last.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung die geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Umschaltung einer Kraft- Stoffversorgung und ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine angegeben werden, durch welche insbesondere die Schadstoffemissionen einer Verbrennungskraftmaschine, die für den Betrieb mit Flüssiggas nachgerüstet ist, reduziert werden können.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfah- ren sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt wer- den.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer mit verschiedenen Kraftstoffen betreibbaren Verbrennungskraftmaschine von einem ersten Kraftstoff auf einen zweiten Kraftstoff. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Katalysator auf, die von Abgas mit einer Abgasströmungsrichtung durchströmt wird und bei der in Abgasströmungsrichtung hinter dem Katalysator eine Lambda-Sonde angeordnet ist, die über mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung mit ei- nem ersten Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei der elektrische Widerstand der Verbindung bei der Umschaltung der Kraftstoffversorgung verändert wird.
Das erste Steuergerät ist dabei vorzugsweise die reguläre Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges. An dieses Steuergerät sind normalerweise zwei Lambda-Sonden angeschlossen. Die erste Lambda-Sonde ist regelmäßig in Abgasströmungsrichtung ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges vor dem Katalysator angeordnet und wird Regelson- de genannt. Mit ihrer Hilfe wird das Kraftstoff-Gemisch grob auf das vorgesehene Lambda justiert. Daneben gibt es eine zweite Lambda-Sonde. Diese zweite Lambda-Sonde ist regelmäßig in Abgasströmungsrichtung ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine hinter dem Katalysator angeordnet und wird als Nach-Kat- Sonde bezeichnet. Das erste Steuergerät nutzt regelmäßig diese so genannte Nach-Kat- Sonde dazu, den Katalysator zu überwachen und auf ein vorbestimmtes Lambda fein zu trimmen bzw. einzustellen. Mit dieser Lambda-Feintrimmung soll erreicht werden, dass dem Katalysator die umzusetzenden Schadstoffkomponenten in dem Verhältnis zugeführt werden, dass dieser eine möglichst vollständige Umsetzung erreicht. Die Lambda-Sonde ermittelt hierzu permanent den Restsauerstoffgehalt im Abgas und leitet diesen Wert als analoges elektrisches Signal an das erste Steuergerät, das zusammen mit anderen Kenngrößen daraus ein Steuersignal zur Gemischbildung erzeugt, was im All- gemeinen in einer Anpassung der Einspritzmenge in der Verbrennungskraftmaschine mündet (Lambda-Trimm-Regelung). Gerade bei Verbrennungskraftmaschinen, die (ursprünglich) nicht auf den Betrieb mit alternativen Brennstoffen vorbereitet sind, folgt diese Lambda-Regelung einem fest vorgegebenen Schema.
Es hat sich herausgestellt, dass es bei nachgerüsteten Verbrennungskraftmaschinen zu einer (teilweisen und/oder zeitweisen) Verschlechterung dieser auf die Umsetzung der Abgas-Schadstoffe abgestimmten Situation am Katalysator kommen kann, weil sich die optimalen Konvertie- rungsfenster bei unterschiedlichen Kraftstoffen, insbesondere bei gasförmigen und flüssigen Kraftstoff, voneinander unterscheiden. Um nun hier wieder die gewünschten guten Umsetzungsergebnisse zu erreichen, wird dem ersten Steuergerät ein manipuliertes bzw. angepasstes Signal der Lambda-Sonde zugeführt, so dass (ohne das erste Steuergerät neu zu programmieren) eine Adaption der Lambda-Regelung im Hinblick auf den alternativen Kraftstoff erreicht wird. Hierzu wurde als besonders einfach und zielführend erkannt, dass durch eine Veränderung des elektrischen Widerstandes der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Lambda- Sonde und erstem Steuergerät die gewünschte Anpassung der Einspritzsignale an den Betrieb mit Flüssiggas erreicht werden kann. So bewirkt beispielsweise eine Erhöhung des elektrischen Widerstands eine Dämpfung des Signals. Daraus folgende geringere Spannungswerte werden als höheres Lambda (magereres Gemisch) interpretiert. Die Reaktion des Steuergeräts ist eine Erhöhung der Einspritzmenge, um das ursprünglich geplante Niveau wieder zu erreichen. Das wahre Lambda ist nach der Manipulation etwas fetter. Eine solche Anpassung bietet sich insbesondere an, wenn eine Anpassung an einen gasförmigen Kraftstoff erfolgen soll, weil hier das Konvertierungsfenster leicht hin zu einem fetteren Kraftstoff-Gemisch verschoben ist. Die so angepassten Einspritz Signale des ersten Steuergerätes werden regelmäßig von einem zweiten Steuergerät weiter verarbeitet und in Einspritz Signale für den Betrieb mit zweitem Kraftstoff umgewandelt.
Wie bereits ausgeführt, ist bei dem zweiten Steuergerät des Flüssiggas- Einspritz Systems nicht vorgesehen, dass es auf die Motorsteuerung (erstes Steuergerät) des Kraftfahrzeuges Einfluss nimmt. Deswegen können mittels des zweiten Steuergerätes direkt auch keine Anpassungen vorge- nommen werden, die die Vorgaben des ersten Steuergerätes auf die Besonderheiten des Betriebes mit Flüssiggas anpassen. Über die (zeitlich gezielte) Veränderung des elektrischen Widerstandes der Signalleitung zwischen dem Motorsteuergerät (erstes Steuergerät) und der Lambda- Sonde (für die Lambda-Regelung) kann eine Anpassung dieser Signale er- reicht werden. So ist eine Veränderung der Funktionalität des Motor Steuergerätes möglich, ohne dass ein direkter Eingriff in das Motorsteuergerät erforderlich ist.
Damit bleibt die im Motorsteuergerät hinterlegte Regelstrategie unverän- dert, aufgrund des veränderten Eingangssignals werden aber auch entsprechend veränderte Ausgangs Signale erzeugt, die dann für den schadstoffarmen Betrieb mit Flüssiggas geeignet sind. So kann auch verhindert werden, dass im Motorsteuergerät während des Betriebs mit Flüssiggas unerwünschte, auf unrichtigen Annahmen über die Schadstoffemissionen beruhende Adaptions Vorgänge ablaufen, die sich auch nach Beendigung des Betriebs mit Flüssiggas bzw. zweitem Kraftstoff noch auf den (regulären) Betrieb mit dem ersten Kraftstoff auswirken.
Der erste Kraftstoff und der zweite Kraftstoff können beliebig gewählt sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann immer angewendet werden, wenn die Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine zwischen verschiedenen Kraftstoffarten umgeschaltet werden soll. Das Ver- fahren ist nicht auf Verbrennungskraftmaschinen begrenzt, die für den Betrieb mit Flüssiggas nachgerüstet sind.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren jedoch, wenn der erste Kraftstoff Benzin oder Diesel und der zweite Kraftstoff Flüssiggas (LPG: Liquefied Petroleum Gas) oder Erdgas (CNG: Compressed Natural Gas) sind. Insbesondere bei einer Kombination dieser verschiedenen Kraftstoffe als erster Kraftstoff und zweiter Kraftstoff kann durch eine Veränderung des Widerstandes eine vorteilhafte Anpassung erzielt werden. Auch vorteilhaft ist das Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wenn der elektrische Widerstand um mindestens 1.000 Ω [Ohm] und um maximal 10.000 Ω [Ohm] erhöht oder erniedrigt wird. Dieser Wertebereich hat sich insbesondere für die Anwendung Benzin/LPG als erfolgreich hinsichtlich der gewünschten Abgaswerte herausgestellt. Wird ein kleinerer Widerstand als 1.000 Ω eingesetzt, dann besteht die Gefahr, dass die Anfettung zu gering ist und immer noch Magerkomponenten (NOx) emittiert werden. Im Fall, dass der Widerstand größer als 10.000 Ω gewählt wird, besteht das Problem, dass zu stark angefettet wird und Fettkomponenten (CO, HC) in erhöhtem Maß emittiert werden. Der angepasste Widerstand richtet sich nach dem Innenwiderstand und der Spannungs / Lambda Charakteristik der verwendeten Lambda-Sonde und sollte von Fall zu Fall neu ermittelt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Betrieb der Verbrennungsmaschine mit dem ersten Kraftstoff von dem ersten Steuergerät und der Betrieb der Verbrennungskraftma- schine mit dem zweiten Kraftstoff von dem zweiten Steuergerät gesteuert, wobei das zweite Steuergerät dabei Ausgangssignale des ersten Steuergerätes verarbeitet. Insbesondere liefert das zweite Steuergerät keine direkte Rückmeldung an das erste Steuergerät bezüglich der Steuervorgänge, die für die Steuerung des Betriebes mit dem zweiten Kraftstoff im zweiten Steuergerät ablaufen.
Darüber hinaus ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, bei dem die Lambda-Sonde eine Sprungsonde (Zweipunktsonde) ist. Mit der vorstehend genannten Lambda-Sonde ist die Nach-Kat- Sonde gemeint. Vorzugsweise ist die Lambda-Sonde eine Nernst- Sonde. Bei diesem Sondentyp ist die abgegebene Spannung abhängig vom Lambdawert. Eine Reihenschaltung mit dem elektrischen Widerstand bewirkt somit eine Verschiebung des gemessenen Lambdawerts in Richtung mager (höherer Luftanteil).
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Kraftstoff und mit einem zweiten Kraftstoff betreibbar ist und jede Umschaltung der Kraftstoffver- sorgung zwischen den beiden Kraftstoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung erfolgt, wobei der erste Kraftstoff Benzin und der zweite Kraftstoff Flüssiggas (LPG: Lique- fied Petroleum Gas) ist und bei jeder Umschaltung von Benzin auf Flüssiggas der elektrische Widerstand der Verbindung um einen Wert erhöht und bei jeder Umschaltung von Flüssiggas auf Benzin der Widerstand um den gleichen Wert erniedrigt wird. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zum Betrieb der Kraftstoffversorgung, wenn der Wert zwischen 4.000 Ω (Ohm) und 6.000 Ω (Ohm) beträgt. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Wert 4.900 Ω (Ohm). Die dargestellten Vorteile und besonderen Ausgestaltungen des Verfahrens zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine und des Verfahrens zum Betrieb einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine sind aufeinander übertragbar. Für das eine Verfahren geschilderte Vorteile und besondere Ausgestaltungen können auch bei dem anderen Verfahren gelten.
Weiterhin im Rahmen der Erfindung beansprucht wird ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Steuergerät und mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die von Abgas der Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasströmungsrichtung durchströmbar ist und einen Katalysator sowie eine in Abgasströmungsrichtung hinter dem Katalysator angeordnete Lambda-Sonde umfasst, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der Lambda-Sonde und dem ersten Steuergerät existiert, die mindestens einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad aufweist, wobei in dem zweiten Strompfad ein elektrisches Widerstandsbauteil vorgesehen ist und zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad mit einem Schalter umgeschaltet werden kann, wobei der Schalter mit dem zweiten Steuergerät verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung und/oder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschi- ne geeignet. Der Schalter wird vorzugsweise vom zweiten Steuergerät kontrolliert. Gleichzeitig kontrolliert das zweite Steuergerät zumindest einen Umschalter, der die Einspritz Signale vom ersten Steuergerät auf das zweite Steuergerät bzw. zu den Injektoren für den Betrieb mit Flüssiggas umlenken kann. Jedes Mal, wenn eine Umschaltung der Kraftstoffversorgung erfolgt, gewährleistet der Schalter eine Umschaltung zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad. Schalter und Umschalter werden vorzugsweise immer parallel betätigt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die für die erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragbar und anwendbar sind. Genauso sind die für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug geschilderten Vorteile und besonderen Ausgestaltungen auf die erfindungsgemäßen Verfahren übertragbar.
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:
Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug; und
Fig. 2: die Ausstöße an Stickstoff oxidverbindungen während eines Abgastests bei verschiedenen Betriebsbedingungen eines Kraftfahrzeuges im Vergleich zueinander. Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2, welches zum Betrieb mit wahlweise einem ersten Kraftstoff oder einem zweiten Kraftstoff eingerichtet ist. In Fig. 1 ist nur ein Brennraum 11 der Verbrennungskraftmaschine 2 dargestellt. Der Brennraum 11 wird über die Ansaugleitung 8 mit Luft und mit Kraftstoff versorgt. Abgase gelan- gen aus dem Brennraum 11 über die Abgasleitung 9 hinaus. Darüber hinaus existiert am Brennraum 11 eine Zündkerze 18 zur Zündung des im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 im Brennraum 11 vorliegenden zundbaren Gemisches. Die Ansaugleitung 8 kann gegenüber dem Brenn- räum 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden. Genauso kann die Ab- gasleitung 9 gegenüber dem Brennraum 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden. Im Betrieb mit erstem Kraftstoff wird die Verbrennungskraftmaschine 2 vom ersten Steuergerät 5 gesteuert. Das erste Steuergerät 5 ist dabei insbesondere die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges 1. Ein erster Kraftstoff (insbesondere Benzin) gelangt dann über einen ersten Injektor 3 in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2. Es ist jeweils ein erster Injektor 3 für jeden Brennraum 11 vorgesehen.
Soll das Kraftfahrzeug 1 mit zweitem Kraftstoff (insbesondere LPG) betrieben werden, erfolgt über den Umschalter 7 eine Umschaltung auf den zweiten Kraftstoff. Der Umschalter 7 ist in der Fig. 1 derart eingestellt, dass eine Kraftstoffversorgung mit zweitem Kraftstoff erfolgt und die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit erstem Kraftstoff unterbrochen ist. Die Kraftstoffversorgung mit zweitem Kraftstoff wird also gemäß Fig. 1 vom zweiten Steuergerät 6 gesteuert, welches wiederum vom ersten Steuergerät 5 gesteuert wird. Für das zweite Steuerge- rät 6 und den Umschalter 7 wurde hier eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das zweite Steuergerät 6 und der Umschalter 7 können auch in einem Bauteil miteinander integriert vorliegen. Der Umschalter 7 wird vom zweiten Steuergerät 6 kontrolliert. Insbesondere ist es auch möglich, dass Signale vom ersten Steuergerät 5 an den ersten Injektor 3 auch das zweite Steuergerät 6 (wahlweise) passieren, wobei diese Signale vom zweiten Steuergerät 6 dann nicht modifiziert werden.
Das zweite Steuergerät 6 kann zur Steuerung der Einspritzung des zweiten Kraftstoffes unterschiedliche Signale empfangen. Beispielsweise ist ein Lambda-Eingang 13 vorgesehen, über welchen ein Lambda-Wert, der hier nicht dargestellten Regel Lambda-Sonde (vor Katalysator), der Verbrennungskraftmaschine 2 in das zweite Steuergerät 6 gelangen kann. Der Temperatursensor 21 ermittelt die Kühlwassertemperatur der Ver- brennungskraftmaschine 2 im Kühlkreislauf 12 der Verbrennungskraftmaschine 2. Auch das Signal dieses Temperatursensors 21 kann vom zweiten Steuergerät 6 verwertet werden. Das zweite Steuergerät berechnet aus dem Signal, welches es vom ersten Steuergerät 5 erhält und wel- ches eigentlich zur Steuerung des ersten Injektors 3 gedacht ist in Kombination mit den weiteren dem zweiten Steuergerät 6 zur Verfügung stehenden Signalen, ein Signal für den zweiten Injektor 4, welcher den zweiten Kraftstoff in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2 einspritzt. Das Signal erreicht den zweiten Injektor 4 über die Signallei- tung 36. Bevorzugt ist jeweils ein zweiter Injektor 4 pro Brennraum 11 vorgesehen.
Der zweite Injektor 4 erhält den zweiten Kraftstoff aus dem Tank 16. Der zweite Kraftstoff wird aus dem Tank 16 heraus mit der Pumpe 17 geför- dert 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 Rücklaufleitung 15, durch welche überschüssiger zweiter Kraftstoff (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. In der Rücklauf leitung 15 existiert zudem ein Druckregler 19, mit welchem der Druck des LPG in der Zulaufleitung 14 und insbesondere vor dem zweiten Injektor 4 eingestellt werden kann. Insbesondere ist die Rücklaufleitung 15 in Kombination mit dem Druckregler 19 auch dazu vorgesehen, dass durch Erwärmung und unzureichenden Druck in der Zulaufleitung 14 kein gasförmiges LPG entsteht - es soll nämlich erreicht werden, dass (nur) flüssiges LPG über die zweiten Injektoren 4 abgegeben wird.
Der zweite Injektor 4, die Signalleitungen 36 und das zweite Steuergerät 6 bilden zusammen einen Bausatz für ein nachrüstbares Einspritz System 22. Durch die Abgasleitung 9 gelangen die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 2 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 23, in welcher sie einen Katalysator 24 mit einer Abgasströmungsrichtung 25 durchströmen. In Abgas Strömungsrichtung 25 hinter dem Katalysator 24 ist eine Lambda- Sonde 26 angeordnet, welche über eine elektrische Verbindung 27 mit dem ersten Steuergerät 5 verbunden ist. Die elektrische Verbindung 27 weist einen ersten Strompfad 28 und einen zweiten Strompfad 29 auf. Im zweiten Strompfad 29 ist ein elektrisches Widerstandsbauteil 30 ange- ordnet. Zwischen dem ersten Strompfad 28 und dem zweiten Strompfad 29 kann mit dem Schalter 31 umgeschaltet werden. Der Schalter 31 wird wie auch der Umschalter 7 zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 von erstem Kraftstoff auf zweiten Kraftstoff und umgekehrt vom zweiten Steuergerät kontrolliert. Die Umschal- tung des Umschalters 7 und des Schalters 31 erfolgt bei einer Umschaltung einer Kraftstoffversorgung normalerweise zeitgleich.
Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Ausstoßes an Stickstoffoxidverbindungen eines Kraftfahrzeuges während eines Abgastests. Das Diagramm ist in zwei Teile eingeteilt. Im oberen Teil ist der Schadstoffausstoß eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Im unteren Teil ist die Geschwindigkeit 32 zum oberen Teil in Bezug gesetzt. Die Geschwindigkeit 32 ist auf der Geschwindigkeitsachse 39 in der Einheit [km/h] (Kilometer pro Stunde) aufgetragen. Der obere Teil und der untere Teil weisen beide die gleiche Zeit- achse 37 auf, welche mit der Einheit [s] (Sekunden) skaliert ist. Die verschiedenen Ausstöße an Stickstoffoxidverbindungen sind im oberen Teil auf der Schadstoff achse 38 aufgetragen. Die Schadstoff achse 38 ist mit der Einheit [g/s] (Gramm pro Sekunde) skaliert. Aufgetragen ist jeweils die ausgestoßene Menge an Stickstoffoxid pro Sekunde.
Grundlage für dieses Diagramm war folgendes Fahrzeug:
Typ: VW Golf Motorisierung: 1.6 Liter, 75KW
erster Kraftstoff: Benzin
zweiter Kraftstoff: LPG Das Fahrzeug wurde folgendem Abgastest unterzogen: ECE + EUDC Zyklus.
Die Testdurchführung erfolgte auf einem Abgasrollenprüfstand mit CVS Anlage (CVS = Constant Volume Sampling). Dargestellt ist nur der letzte Teil des Tests, weil hier durch die höheren Geschwindigkeiten die höchste Motorbelastung, und somit die höchste Stickstoffoxidemission entsteht.
Eine erste (gepunktete) Kurve 33 zeigt den Ausstoß an Stickstoff oxidver- bindungen (nach Katalysator) beim Benzinbetrieb. Es ist zu erkennen, dass insbesondere bei Lastwechseln im Hochlastbereich ein kurzes Zeitintervall mit erhöhten Stickstoffoxidemissionen auftritt.
Die zweite (gestrichelte) Kurve 34 zeigt den Ausstoß an Stickstoffoxidverbindungen bei dem Abgastest beim Betrieb des Kraftfahrzeuges mit Flüssiggas, wobei keine erfindungsgemäße Korrektur erfolgt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Ausstoß an Stickstoffoxidverbindungen im kritischen Zeitintervall, in welchem auch beim Benzinbetrieb der Ausstoß schon erhöht ist, noch stärker erhöht ist. Die dritte (durchgezogene) Kurve 35 zeigt den Schadstoffausstoß im gleichen Abgastest im Betrieb mit Flüssiggas (LPG), wobei eine erfindungsgemäße Korrektur des Signals der Lambda-Sonde durch eine Veränderung des Widerstandes der elektrischen Verbindungsleitung erfolgt. Deutlich zu erkennen ist, dass der Ausstoß an Stickstoffoxidverbindungen hier sogar gegenüber dem Ausstoß an Stickstoffoxidverbindungen beim Benzinbetrieb reduziert ist. Insgesamt ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders vorteilhafte und gut zu realisierende Variante offenbart worden, wie die Funktionsweise einer originalen Motorsteuerung an den Betrieb mit Flüssiggas angepasst werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Verbrennungskraftmaschine
3 erster Injektor
4 zweiter Injektor
5 erstes Steuergerät
6 zweites Steuergerät
7 Umschalter
8 Ansaugleitung
9 Abgasleitung
10 Ventil
11 Brennraum
12 Kühlkreislauf
13 Lambda-Eingang
14 Zulaufleitung
15 Rücklaufleitung
16 Tank
17 Pumpe
18 Zündkerze
19 Druckregler
20 Drucksensor
21 Temperatur sensor
22 Einspritz System
23 Abgasbehandlungsvorrichtung
24 Katalysator
25 Abgasströmungsrichtung
26 Lambda- Sonde
27 elektrische Verbindung
28 erster Strompfad
29 zweiter Strompfad 30 elektrisches Widerstandsbauteil
31 Schalter
32 Geschwindigkeit
33 erste Kurve
34 zweite Kurve
35 dritte Kurve
36 Signalleitung
37 Zeitachse
38 Schadstoffachse
39 Geschwindigkeitsachse

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung einer mit verschiedenen Kraftstoffen betreibbaren Verbrennungskraftmaschine (2) von einem ersten Kraftstoff auf einen zweiten Kraftstoff, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) eine Abgasbehandlungsvorrichtung (23) mit einem Katalysator (24) aufweist, die von Abgas mit einer Abgasströmungsrichtung (25) durchströmt wird und bei der in Abgasströmungsrichtung (25) hinter dem Katalysator (24) eine Lambda-Sonde (26) angeordnet ist, die über mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung (27) mit einem ersten Steuergerät (5) der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden ist, wobei der elektrische Widerstand der Verbindung (27) bei der Umschaltung der Kraftstoffversorgung verändert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der erste Kraftstoff Benzin oder Diesel und der zweite Kraftstoff Flüssiggas (LPG, Liquefied Petroleum Gas) oder Erdgas (CNG, Compressed Natural Gas) ist.
Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der elektrische Widerstand um mindestens 1.000 Ω [Ohm] und um maximal 10.000 Ω [Ohm] erhöht oder erniedrigt wird.
Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) mit dem ersten Kraftstoff von dem ersten Steuergerät (5) und der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) mit dem zweiten Kraftstoff von einem zweiten Steuergerät (6) gesteuert werden, wobei das zweite Steuergerät (6) dabei Ausgangssignale des ersten Steuergerätes (5) verarbeitet.
Verfahren zur Umschaltung einer Kraftstoffversorgung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Lambda- Sonde (26) eine Sprungsonde (Zweipunktsonde) ist.
Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine (2), wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) mit einem ersten Kraftstoff und mit einem zweiten Kraftstoff betreibbar ist und jede Umschaltung der Kraftstoffversorgung zwischen den beiden Kraftstoffen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche erfolgt, wobei der erste Kraftstoff Benzin und der zweite Kraftstoff Flüssiggas (LPG, Li- quefied Petroleum Gas) ist und bei jeder Umschaltung von Benzin auf Flüssiggas der elektrische Widerstand der elektrischen Verbindung (27) um einen Wert erhöht und bei jeder Umschaltung von Flüssiggas auf Benzin der Widerstand um den gleichen Wert erniedrigt wird.
Verfahren zum Betrieb der Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch 6, wobei der Wert zwischen 4.000 Ω [Ohm] und 6.000 Ω [Ohm] beträgt.
Kraftfahrzeug (1), aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (2) mit einem ersten Steuergerät (5) und mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung (23), die von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (2) mit einer Abgasströmungsrichtung (25) durchströmbar ist und einen Katalysator (24) sowie eine in Abgasströmungsrichtung (25) hinter dem Katalysator (24) angeordnete Lambda-Sonde (26) umfasst, wobei eine elektrische Verbindung (27) zwischen der Lambda-Sonde (26) und dem ers- ten Steuergerät (5) existiert, die mindestens einen ersten Strompfad (28) und einen zweiten Strompfad (29) aufweist, wobei in dem zweiten Strompfad (29) ein elektrisches Widerstandsbauteil (30) vorgesehen ist und zwischen dem ersten Strompfad (28) und dem zweiten Strompfad (29) mit einem
Schalter (31) umgeschaltet werden kann, wobei der Schalter (31) mit dem zweiten Steuergerät (6) verbunden ist.
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