WO2014086356A1 - Motorsteuergerät für einen zündstrahlmotor und verfahren zum betrieb eines zündstrahlmotors - Google Patents

Motorsteuergerät für einen zündstrahlmotor und verfahren zum betrieb eines zündstrahlmotors Download PDF

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WO2014086356A1
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fuel
internal combustion
combustion engine
supplied
control unit
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Lars PFÜTZENREUTER
Dirk Neubauer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for operating a so-called Zündstrahlmotors.
  • An ignition jet engine in the sense of the invention is understood to mean a compression-ignition internal combustion engine which can be operated with at least two different fuels. Of the at least two different fuels is at least one auto-ignitable and at least one non-ignitable ..
  • Ignitable internal combustion engines are characterized in that the air-fuel mixture can be compressed to self-ignition without requiring an external ignition source, such as a spark plug.
  • a second, non-auto-ignitable fuel is added to this first, auto-ignitable fuel.
  • Such an engine is to be operated so that sufficient auto-ignitable fuel is present in the mixture to ignite by compression during the compression and thereby bring the second, not auto-ignitable fuel also to ignite.
  • the auto-ignitable fuel in such a dual-engine internal combustion engine acts as a priming jet for the non-auto-ignitable fuel.
  • the first ignitable fuel often diesel fuel is used here.
  • natural gas, methane, biogas, liquefied petroleum gas, propane, butane, hydrogen or ethanol are added to this as a second, non-auto-ignitable fuel in order to achieve improved emission values and to save fuel compared to a pure diesel drive.
  • the admixture of gaseous fuels requires according to the prior art complex gas supply systems that require a variety of components and control devices and thus are very expensive.
  • a pressure regulator, various shut-off valves and several intake valves an additional and expensive control unit with corresponding output stages for the intake valves is necessary above all else.
  • a device for controlling a compression-ignition internal combustion engine in binary operation and a method for operating the same are known.
  • two engine control units are provided, of which a first controls the supply of a first, auto-ignitable fuel.
  • the document provides a second, separate engine control unit which supplies a suitable amount of an alternative, non-auto-ignitable fuel to the engine for a given load case.
  • a total setpoint is first calculated, which is divided into a first and a second partial setpoint.
  • the first partial target value is sent to the first engine control unit, which then calculates the first fuel quantity of the autoignitable fuel to be supplied to the internal combustion engine.
  • the second control unit determines based on the second partial setpoint, the amount of, for example, gaseous, not auto-ignitable second fuel.
  • the invention has for its object to simplify the operation of an auto-ignitable internal combustion engine with two different fuels.
  • This object is achieved by a method for operating an auto-ignitable internal combustion engine with a first, auto-ignitable fuel and a second, not auto-ignitable fuel with the method steps according to claim 1.
  • an engine control unit for operating an auto-ignitable internal combustion engine with a first, self-ignitable fuel and a nem second, not auto-ignitable fuel with the features according to claim 7.
  • the invention is based on the finding that a dual-fuel operation of an auto-ignitable internal combustion engine can be significantly simplified in comparison with the known prior art in that the driver's request for a certain engine dynamics is served by a control circuit that is responsible for controlling or regulating the fuel ratios the exhaust emission regulations is separated.
  • a setpoint change for the operation of the internal combustion engine which requires an increase in the fuel quantity to be supplied to the internal combustion engine, is first detected.
  • a setpoint change can be derived in an advantageous embodiment of the invention of a modified accelerator pedal position. For example, if the driver presses the accelerator pedal harder, he expects a quick response from the "vehicle" system, which in turn places high demands on engine dynamics.
  • the supplied amount of the second fuel is initially maintained unchanged.
  • the first, auto-ignitable fuel is, for example, diesel fuel
  • the setpoint change is initially reacted, as in a conventional diesel engine, by an increased amount of injected diesel fuel. Accordingly, this regulatory task can also be handled by a commercially available engine control unit for diesel engines. In the moment in which the ignitable fuel fraction is increased and the non-combustible fuel fraction is initially maintained, although in general my exhaust emissions for a short time. A self-ignition of the mixture remains guaranteed.
  • a recalculation and control of the amounts of the first and second fuel to be supplied to the internal combustion engine takes place such that the actual value continues to correspond to the desired value and the quantity of the first fuel is reduced compared to the previously determined quantity, but is still sufficiently large to cause autoignition of the mixture of first and second fuel and air.
  • the recalculation of the ratio of first to second fuel is thus slower than the tracking of the actual value to the setpoint. In this way, the composition of the gas flow rate can be precisely metered under exhaust emission aspects, but a certain time delay due to the longer time constant of the control loop or the slower control path is accepted.
  • the method steps according to the invention are carried out with a single engine control unit, so that the considerable cost of a further engine control unit can be saved.
  • An engine control unit suitable for carrying out the method according to the invention comprises a signal input for a nominal value for the operation of the internal combustion engine, means for controlling the quantity of the first fuel supplied to the internal combustion engine as a function of the desired value and means for calculating and controlling the quantities of the first and second quantities to be supplied to the internal combustion engine Fuel such that the actual value corresponds to the desired value and the amount of the first fuel is sufficiently large to cause an auto-ignition of the mixture of first and second fuel and air.
  • Said means may be designed as logic circuits with one or more microprocessors, digital signal processors and / or programmable logic devices such as FPGAs or CPLDs in conjunction with commercially available memory modules.
  • Said engine control unit is configured in particular by hardware programming such that on a setpoint change, which requires an increase in the amount of fuel to be supplied to the internal combustion engine, the supply of the first amount of fuel is first increased and only after a redistribution of the air-fuel mixture with respect to first and second fuel is redetermined and controlled, wherein the amount of the first fuel is reduced, but still large enough to cause auto-ignition of the mixture of first and second fuel and air.
  • the gas quantity can be supplied via a gas quantity mixer arranged in the air supply duct of the internal combustion engine, in particular a Venturi mixer, which is controlled by a gas pressure regulator.
  • the single engine control unit to send a pressure setpoint to the pressure regulator, which is determined in the engine control unit on the basis of inventively recalculated amount of gas.
  • the possibly slightly modified hardware of a commercially available engine control unit for a diesel engine can be used. If the driver presses the accelerator pedal, the engine control unit first detects the associated setpoint change for the operation of the internal combustion engine and calculates a corresponding increase in the fuel quantity. As with a commercial diesel engine, the engine control will initially satisfy the increased demand for power simply by increasing the amount of diesel fuel injected. This is done with the same effort and with the same dynamics, as is the case with commercially available diesel engines. With a comparatively high time constant, a recalculation of the fuel composition, which is ideal under emission aspects, is carried out in parallel in the same engine control unit.
  • An engine control unit which has an engine control unit according to one of the abovementioned embodiments of the invention and comprises a gas flow mixer and an associated gas pressure regulator can be integrated in a particularly simple manner into the combustion tract of a self-igniting internal combustion engine.
  • a gas flow mixer must be installed, which is controlled by the gas pressure regulator.
  • the gas pressure regulator preferably receives a pressure setpoint from a signal output of the engine control unit.
  • the engine control unit here preferably comprises means for determining the desired pressure value as a function of an amount of the second fuel to be supplied to the internal combustion engine.
  • the figure shows schematically the operation of a diesel engine with two different fuels, one of which is auto-ignitable.
  • the invention is therefore shown by way of example with reference to an auto-ignitable internal combustion engine, which can be operated with diesel fuel.
  • the internal combustion engine is here represented by a cylinder 1 of the diesel engine.
  • the internal combustion engine can still be supplied with a second, non-auto-ignitable fuel, which should be exemplified here by compressed natural gas (CNG).
  • CNG compressed natural gas
  • the CNG is stored in a storage tank 2.
  • the CNG can be supplied to a venturi mixer 4.
  • Venturi mixer 4 is installed in the air supply Channel 5 of the internal combustion engine integrated. Accordingly, the combustion chamber 6 of the cylinder 1 is supplied with a mixture of air, diesel fuel and CNG.
  • the composition of this air-fuel mixture is controlled by an engine control unit 7 in a closed loop or controlled in an open loop. Like any commercially available engine control unit 7, this also includes a number of analog and digital input and output interfaces that can be coupled with sensors and actuators. In addition, a CAN bus interface (not shown) for communication with other control devices in the vehicle is provided on the engine control unit 7.
  • the engine control unit 7 determines this division and causes the corresponding fuel supply via the manipulated variables 10, 12. If the power requirement of the engine changes in particular very quickly, for example by pressing the accelerator pedal, then with an increase in the power requirement as follows the engine control 7 reacts:
  • the new accelerator pedal position 8 is detected.
  • the engine control 7 detects that the accelerator pedal has been pressed more forcefully and thus calculates an additional The amount of diesel fuel required to meet the increased power requirement.
  • the necessary control circuit essentially corresponds to the control circuit of a conventional diesel engine and therefore also has a comparable dynamics.
  • the vehicle reacts with the same dynamics to the driver's request, as would be the case with a conventional diesel vehicle.
  • a new calculation of the fuel mixture will be carried out, which will also be able to meet the power requirement, but which will be optimized under emission aspects.
  • a portion of the diesel quantity injected onto the changed accelerator pedal position is subsequently reduced again and compensated by supplying CNG via the venturi mixer 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstzundfähigen Verbrennungsmotors mit einem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff und einem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff. Ein derartiger Zündstrahlbetrieb wird durch die folgenden Verfahrensschritte im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vereinfacht: a) Erfassung einer Sollwertänderung für den Betrieb des Verbrennungsmotors, die eine Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffmenge erfordert, b) Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Menge des ersten Kraftstoffs auf einen Wert, der eine Nachführung des dem Sollwert zugehörigen Istwertes bewirkt, wobei die zugeführte Menge des zweiten Kraftstoffs zunächst unverändert bleibt, c) Neuberechnung und Steuerung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffs derart, dass der Istwert weiterhin dem Sollwert entspricht und die Menge des ersten Kraftstoffs gegenüber der in Schritt b) bestimmten Menge reduziert wird, aber noch ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus erstem und zweitem Kraftstoff und Luft zu bewirken.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Motorsteuergerät für einen Zündstrahlmotor und Verfahren zum Betrieb eines Zündstrahlmotors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines sogenannten Zündstrahlmotors. Unter einem Zündstrahlmotor im Sinne der Erfindung wird ein Selbstzünder-Verbrennungsmotor verstanden, der mit zumindest zwei unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden kann. Von den mindestens zwei unterschiedlichen Kraftstoffen ist zumindest einer selbstzündfähig und zumindest einer nicht selbstzündfähig..
Selbstzündfähige Verbrennungsmotoren kennzeichnen sich dadurch, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch bis zur selbstständigen Entzündung komprimieren lässt, ohne eine externe Zündquelle, wie beispielsweise eine Zündkerze, zu benötigen.
Bei einem Zündstrahlmotor wird diesem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff ein zweiter, nicht selbstzündfähiger Kraftstoff beigemischt. Ein derartiger Motor ist so zu betreiben, dass genügend selbstzündfähiger Kraftstoff im Gemisch vorhanden ist, um durch Kompression bei der Verdichtung zu zünden und hierbei den zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff ebenfalls zum Zünden zu bringen. Demnach fungiert der selbstzündfähige Kraftstoff bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit Zweistoffbetrieb als Zündstrahl für den nicht selbstzündfähigen Kraftstoff.
Als erster, zündfähiger Kraftstoff wird hierbei häufig Dieselkraftstoff verwendet. Diesem wird als zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff beispielsweise Erdgas, Methan, Biogas, Flüssiggas, Propan, Butan, Wasserstoff oder Ethanol zugefügt, um gegenüber einem reinen Dieselantrieb verbesserte Emissionswerte zu erzielen und Treibstoff zu sparen. Die Beimischung gasförmiger Kraftstoffe erfordert gemäß dem Stand der Technik komplexe Gasversorgungsanlagen, die eine Vielzahl von Komponenten und Steuergeräten benötigen und somit sehr kostenintensiv sind. Neben einem LPG/CNG-Tank, einem Druckregler, diversen Absperrventilen und mehreren Eingasventilen ist vor allem ein zusätzliches und teures Steuergerät mit entsprechenden Endstufen für die Eingasventile notwendig.
Aus der DE102007022230A1 sind eine Vorrichtung zum Steuern eines Selbstzünder- Verbrennungsmotors im Zweistoffbetrieb sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben bekannt. Hierbei sind zwei Motorsteuergeräte vorgesehen, von denen ein erstes die Zuführung eines ersten, selbstzündfähigen Kraftstoffes steuert. Ferner sieht die Schrift ein zweites, separates Motorsteuergerät vor, welches eine zu einem gegebenen Lastfall passende Menge eines alternativen, nicht selbstzündfähigen Kraftstoffs dem Motor zuführt. Bei dem in dieser Schrift offenbarten Verfahren wird zunächst auf Basis der Stellung eines Fahrerpedals ein Gesamtsollwert berechnet, der in einen ersten und einen zweiten Teilsollwert aufgeteilt wird. Der erste Teilsollwert wird an das erste Motorsteuergerät gesendet, welches daraufhin die dem Verbrennungsmotor zuzuführende erste Kraftstoffmenge des selbstzündfähigen Kraftstoffs berechnet. Das zweite Steuergerät bestimmt auf Basis des zweiten Teilsollwertes die Menge des beispielsweise gasförmigen, nicht selbstzündfähigen zweiten Kraftstoffes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors mit einem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff und einem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ferner gelingt die Aufgabe durch ein Motorsteuergerät zum Betrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors mit einem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff und ei- nem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 7.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Zweikraftstoffbetrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors im Vergleich zum vorbekannten Stand der Technik dadurch deutlich vereinfacht werden kann, dass der Fahrerwunsch an eine gewisse Triebwerksdynamik von einem Regelkreis bedient wird, der von einer Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffverhältnisse zur Erfüllung der Abgasemissionsvorschriften getrennt ist.
Erfindungsgemäß wird zunächst eine Sollwertänderung für den Betrieb des Verbrennungsmotors, die eine Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffmenge erfordert, erfasst. Eine derartige Sollwertänderung kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung von einer veränderten Gaspedalstellung abgeleitet werden. Drückt der Fahrer also beispielsweise das Gaspedal stärker durch, so erwartet er eine schnelle Rückantwort des Systems„Fahrzeug", was wiederum hohe Anforderungen an die Triebwerksdynamik stellt.
Dem kann dadurch begegnet werden, dass auf die Veränderung des Sollwertes zunächst mit einer Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Menge des ersten Kraftstoffs auf einen Wert reagiert wird, der eine Nachführung des dem Sollwert zugehörigen Istwertes bewirkt. Hierbei wird die zugeführte Menge des zweiten Kraftstoffs zunächst unverändert beibehalten. Handelt es sich bei dem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff beispielsweise um Dieselkraftstoff, so wird auf die Sollwertänderung zunächst wie bei einem üblichen Dieselaggregat durch eine erhöhte Menge eingespritzten Dieselkraftstoff reagiert. Demnach kann diese Regelungsaufgabe auch durch ein handelsübliches Motorsteuergerät für Dieselmotoren bewältigt werden. In dem Moment, in dem der zündfähige Kraftstoffanteil erhöht wird und der nicht zündfähige Kraftstoffanteil zunächst beibehalten wird, verschlechtern sich zwar im Allge- meinen kurzzeitig die Abgasemissionswerte. Eine Selbstzündung des Gemisches bleibt jedoch gewährleistet.
Im Anschluss an diesen Verfahrensschritt geschieht eine Neuberechnung und Steuerung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffs derart, dass der Istwert weiterhin dem Sollwert entspricht und die Menge des ersten Kraftstoffs gegenüber der zuvor bestimmten Menge reduziert wird, aber noch ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus erstem und zweitem Kraftstoff und Luft zu bewirken. Die Neuberechnung des Verhältnisses von erstem zu zweitem Kraftstoff geschieht also langsamer als die Nachführung des Istwertes auf den Sollwert. Auf diese Art und Weise lässt sich die Zusammensetzung des Gasvolumenstromes unter Abgasemissionsaspekten genau dosieren, wobei jedoch ein gewisser zeitlicher Verzug aufgrund der längeren Zeitkonstante des Regelkreises bzw. der langsameren Steuerungsstrecke in Kauf genommen wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte mit einem einzigen Motorsteuergerät durchgeführt, so dass die erheblichen Kosten für eine weiteres Motorsteuergerät eingespart werden können.
Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Motorsteuergerät umfasst einen Signaleingang für einen Sollwert für den Betrieb des Verbrennungsmotors, Mittel zur Regelung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Menge des ersten Kraftstoffs in Abhängigkeit des Sollwertes und Mittel zur Berechnung und Steuerung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffs derart, dass der Istwert dem Sollwert entspricht und die Menge des ersten Kraftstoffs ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus erstem und zweiten Kraftstoff und Luft zu bewirken. Besagte Mittel können ausgebildet sein als logische Schaltungen mit einem oder mehreren Mikroprozessoren, digitalen Signalprozessoren und/oder programmierbaren Logikbausteinen wie FPGAs oder CPLDs in Verbindung mit handelsüblichen Speicherbausteinen. Auch ist der Einsatz von ASICs denkbar und selbstverständlich von der Erfindung umfasst. Besagtes Motorsteuergerät ist insbesondere durch Hardwareprogrammierung derart eingerichtet, dass auf eine Sollwertänderung, die eine Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffmenge erfordert, zunächst die Zuführung der ersten Kraftstoffmenge erhöht wird und erst im Anschluss eine Neuaufteilung des Luft- Kraftstoffgemisches bezüglich erstem und zweitem Kraftstoff neu bestimmt und gesteuert wird, wobei die Menge des ersten Kraftstoffes reduziert wird, aber noch ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus erstem und zweitem Kraftstoff und Luft zu bewirken.
Wenn als erster Kraftstoff Diesel und als zweiter Kraftstoff Gas vorteilhafterweise verwendet werden, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Gasmenge über einen im Luftzuführungskanal des Verbrennungsmotors angeordneten Gasmengenmischer, insbesondere einen Venturimischer, zugeführt werden, der über einen Gasdruckregler geregelt wird. Hierbei kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das einzige Motorsteuergerät einen Drucksollwert an den Druckregler senden, der im Motorsteuergerät auf Grundlage der erfindungsgemäß neu berechneten Gasmenge bestimmt wird.
Als Motorsteuergerät kann hierbei die ggf. leicht modifizierte Hardware eines handelsüblichen Motorsteuergerätes für einen Dieselmotor verwendet werden. Betätigt der Fahrer das Gaspedal, so erfasst das Motorsteuergerät zunächst die hiermit verbundene Sollwertänderung für den Betrieb des Verbrennungsmotors und berechnet eine damit korrespondierende Erhöhung der Kraftstoffmenge. Wie bei einem handelsüblichen Dieselmotor wird die Motorsteuerung hierbei zunächst die erhöhte Leistungsnachfrage allein durch Erhöhung der eingespritzten Dieselkraftstoffmenge befriedigen. Dies geschieht mit demselben Aufwand und mit derselben Dynamik, wie es bei handelsüblichen Dieselmotoren der Fall ist. Mit einer vergleichsweise hohen Zeitkonstante wird parallel eine Neuberechnung der unter Emissionsgesichtspunkten idealen Kraftstoffzusammensetzung in demselben Motorsteuergerät durchgeführt. Es wird also mit etwas geringerer Dynamik ermittelt, inwieweit die zusätzlich eingespritzte Dieselkraftstoffmenge durch Beimischung von Gas im Zuluftstrom des Verbrennungsmotors substituiert werden kann. Das Ergebnis dieser Neuberechnung ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Eingangswert für den genannten Gasdruckregler, der beispielsweise einen Venturimischer ansteuert.
Eine Motorsteuereinheit, die ein Motorsteuergerät nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung aufweist sowie einen Gasmengenmischer und einen zugehörigen Gasdruckregler umfasst, lässt sich auf besonders einfache Weise in den Verbrennungstrakt eines selbstzündenden Verbrennungsmotors integrieren. Hierzu muss lediglich in den Luftzuführungskanal des Verbrennungsmotors ein Gasmengenmischer eingebaut werden, der von dem Gasdruckregler geregelt wird. Der Gasdruckregler erhält vorzugsweise einen Drucksollwert von einem Signalausgang des Motorsteuergerätes. Das Motorsteuergerät umfasst hier vorzugsweise Mittel zur Bestimmung des Drucksollwertes in Abhängigkeit einer dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Menge des zweiten Kraftstoffes. Im Vergleich zu den ohnehin zum Betheb eines Dieselmotors notwendigen Komponenten ist also lediglich ein Gasmengenmischer mit zusätzlichem Gasdruckregler erforderlich, wobei das handelsübliche Motorsteuergerät mit einer erweiterten Funktionalität wie oben beschrieben eingerichtet werden muss.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die Figur zeigt schematisch den Betrieb eines Dieselmotors mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen, von denen einer selbstzündfähig ist. Die Erfindung wird demnach exemplarisch anhand eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors gezeigt, der mit Dieselkraftstoff betrieben werden kann. Der Verbrennungsmotor ist hier durch einen Zylinder 1 des Dieselmotors repräsentiert.
Neben dem selbstzündfähigen Kraftstoff Diesel kann der Verbrennungsmotor noch mit einem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff versorgt werden, bei dem es sich hier beispielhaft um komprimiertes Erdgas (CNG) handeln soll. Das CNG wird in einem Vorratstank 2 gespeichert. Über einen Druckregler 3 kann das CNG einem Venturimischer 4 zugeführt werden. Der Venturimischer 4 ist in den Luftzuführungs- kanal 5 des Verbrennungsmotors integriert. Demnach wird die Brennkammer 6 des Zylinders 1 mit einer Mischung aus Luft, Dieselkraftstoff und CNG versorgt.
Die Zusammensetzung dieses Luft-Kraftstoffgemisches wird von einem Motorsteuergerät 7 in einem geschlossen Regelkreis geregelt oder in einer offenen Regelstrecke gesteuert. Wie jedes handelsübliche Motorsteuergerät 7 umfasst auch dieses eine Anzahl analoger und digitaler Ein- und Ausgangsschnittstellen, die mit Sensoren und Aktoren koppelbar sind. Darüber hinaus ist an dem Motorsteuergerät 7 eine nicht dargestellte CAN-Busschnittstelle für die Kommunikation mit anderen Steuergeräten im Fahrzeug vorgesehen.
Als Eingangssignal für das Motorsteuergerät 7 ist hier stark vereinfacht lediglich die Gaspedalstellung 8 und die Motordrehzahl 9 gekennzeichnet. Ausgangsgrößen sind wiederum stark vereinfacht ein erster Stellwert 10 für eine Dieseleinspritzdüse 1 1 und ein zweiter Stellwert 12 für den Druckregler 3. Weitere Eingangs- und Ausgangsgrößen, wie beispielsweise die Motordrehzahl, der Drosselklappenwinkel, der Luftmassenstrom, Temperaturen und Drücke, Lambdasonden- und das Klopfsensorsignal, Stellgrößen für den Drosselklappenversteller, das Abgasrückführungsventil, einen Turbolader und eine Nockenwellenverstellung etc. sind in der Figur nicht dargestellt, da sie zum Verständnis der Erfindung hier nichts beitragen.
Betrachtet man einen stationären Leistungsbedarf des Verbrennungsmotors, ergibt sich unter Emissionsgesichtspunkten eine optimale Aufteilung der benötigten Kraftstoffmenge hinsichtlich Diesel und Gas. Beispielsweise anhand von entsprechenden Kennlinienfeldern ermittelt die Motorsteuerung 7 diese Aufteilung und veranlasst die entsprechende Kraftstoff zufuhr über die Stellgrößen 10, 12. Ändert sich der Leistungsbedarf des Motors insbesondere sehr schnell, beispielsweise durch Betätigung des Gaspedals, so wird bei einer Erhöhung des Leistungsbedarfs wie folgt von der Motorsteuerung 7 reagiert:
Zunächst wird die neue Gaspedalstellung 8 erfasst. Die Motorsteuerung 7 stellt fest, dass das Gaspedal stärker durchgedrückt wurde und berechnet somit eine zusätzli- che Menge an Dieselkraftstoff, die erforderlich ist, um dem erhöhten Leistungswunsch gerecht zu werden. Der hierzu notwendige Regelkreis entspricht im Wesentlichen dem Regelkreis eines herkömmlichen Dieselmotors und weist daher auch eine vergleichbare Dynamik auf. Das Fahrzeug reagiert damit mit derselben Dynamik auf den Fahrerwunsch, wie es bei einem herkömmlichen Dieselfahrzeug der Fall wäre. Parallel, wenn auch mit einer geringeren Dynamik, wird eine neue Berechnung des Kraftstoffgemisches durchgeführt, mit dem sich der Leistungsbedarf ebenfalls decken lässt, der jedoch unter Emissionsgesichtspunkten optimiert ist. Das heißt, es wird im Nachgang ein Teil der auf die veränderte Gaspedalstellung eingespritzten Dieselmenge wieder reduziert und durch Zufuhr von CNG über den Venturimischer 4 kompensiert. Hierzu werden wieder mittels der Motorsteuerung 7 entsprechende, in der Motorsteuerung 7 hinterlegte Kennlinienfelder ausgewertet. Die Motorsteuerung 7 berechnet daraufhin einen zweiten Stellwert 12, der dem Druckregler als Eingangssignal dient, und einen neuen Stellwert 10 für die Dieseleinspritzung. Auf diese Art und Weise lässt sich der Gasvolumenstrom genau dosieren, allerdings mit einem gewissen zeitlichen Verzug aufgrund der längeren Zeitkonstante der Gas-Luft- Regelstrecke.
Bezugszeichenliste
1 Zylinder
2 Vorratstank
3 Druckregler
Venturimischer Luftzuführungskanal Brennkammer Motorsteuergerät Gaspedalstellung Motordrehzahl
10 erster Stellwert
11 Dieseleinspritzpumpe
12 zweiter Stellwert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors mit einem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff und einem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Erfassung einer Sollwertänderung für den Betrieb des Verbrennungsmotors, die eine Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffmenge erfordert,
b) Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Menge des ersten Kraftstoffs auf einen Wert, der eine Nachführung des dem Sollwert zugehörigen Istwertes bewirkt, wobei die zugeführte Menge des zweiten Kraftstoffs zunächst unverändert bleibt,
c) Neuberechnung und Steuerung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffs derart, dass der Istwert weiterhin dem Sollwert entspricht und die Menge des ersten Kraftstoffs gegenüber der in Schritt b) bestimmten Menge reduziert wird aber noch ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus ersten und zweiten Kraftstoff und Luft zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Sollwertänderung von einer veränderten Gaspedalstellung (8) abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verfahrensschritte a) bis c) mit einem einzigen Motorsteuergerät (7) durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als erster Kraftstoff Diesel und als zweiter Kraftstoff Gas verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Gasmenge über einen im Luftzufüh- rungskanal (5) des Verbrennungsmotors angeordneten Gasmengenmischer, insbesondere einen Venturimischer (4), zugeführt wird, der über einen Gasdruckregler geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das einzige Motorsteuergerät (7) einen Drucksollwert an den Druckregler (3) sendet, der im Motorsteuergerät (7) auf Grundlage der im Verfahrensschritt c) neu berechneten Gasmenge bestimmt wird.
7. Motorsteuergerät (7) zum Betrieb eines selbstzündfähigen Verbrennungsmotors mit einem ersten, selbstzündfähigen Kraftstoff und einem zweiten, nicht selbstzündfähigen Kraftstoff, wobei die Motorsteuerung umfasst
■ einen Signaleingang für einen Sollwert für den Betrieb des Verbren- nungsmotors,
■ Mittel zur Regelung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Menge des ersten Kraftstoffs in Abhängigkeit des Sollwertes und
■ Mittel zur Berechnung und Steuerung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffs derart, dass der Istwert dem Sollwert entspricht und die Menge des ersten Kraftstoffs ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus ersten und zweiten Kraftstoffs und Luft zu bewirken,
wobei das Motorsteuergerät (7) derart eingerichtet ist, dass auf eine Sollwertänderung, die eine Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffmenge erfordert, zunächst die Zuführung der ersten Kraftstoffmenge erhöht wird und erst im Anschluss eine Neuaufteilung des Luft- Kraftstoffgemisches bezüglich erstem und zweitem Kraftstoff neu bestimmt und gesteuert wird, wobei die Menge des ersten Kraftstoffs reduziert wird aber noch ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemisches aus erstem und zweitem Kraftstoff und Luft zu bewirken.
8. Motorsteuereinheit umfassend ein
b Motorsteuergerät (7) nach Anspruch 7 mit einem Signalausgang für einen Drucksollwert (12),
■ einen in den Luftzuführungskanal des Verbrennungsmotors einbaubaren Gasmengenmischer, insbesondere einen Venturimischer (4), und
■ einen Gasdruckregler (3) mit einem Signaleingang für den Drucksollwert wobei das Motorsteuergerät (7) Mittel zur Bestimmung des Drucksollwertes (12) in Abhängigkeit einer dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Menge des zweiten Kraftstoffes aufweist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016116040A1 (de) 2016-08-29 2018-03-01 Abb Turbo Systems Ag Gasbetriebene brennkraftmaschine und verfahren zu deren betrieb
DE102016116039A1 (de) 2016-08-29 2018-03-01 Abb Turbo Systems Ag Gasbetriebene brennkraftmaschine und verfahren zu deren betrieb
CN110848035B (zh) * 2020-01-14 2020-04-21 潍柴动力股份有限公司 一种天然气发动机的燃烧控制方法及控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059280A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 Westport Research Inc. Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine
DE102007022230A1 (de) 2007-05-09 2008-11-13 Ecomotec Gmbh Vorrichtung zum Steuern eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors im Zweistoffbetrieb sowie Verfahren zum Betreiben desselben
WO2012111114A1 (ja) * 2011-02-16 2012-08-23 トヨタ自動車株式会社 多種燃料内燃機関及びその制御方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT304172B (de) * 1970-12-22 1972-12-27 Steyr Daimler Puch Ag Regelung des Mischungsverhältnisses bei Zweistoff-Fahrzeugmotoren und Vorrichtung zu dieser Regelung
US7270089B2 (en) * 2003-06-11 2007-09-18 Clean Air Power, Inc. Method and apparatus for controlling transition between operating modes in a multimode engine
US7044103B2 (en) * 2004-08-16 2006-05-16 Dresser, Inc. Fuel quantity modulation in pilot ignited engines
US8275538B2 (en) * 2009-06-12 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Multi-fuel engine starting control system and method
DE112011105552B4 (de) * 2011-08-24 2022-12-29 Toyota Jidosha K.K. Steuersystem für eine Multikraftstoffbrennkraftmaschine
JP6089640B2 (ja) * 2012-11-30 2017-03-08 いすゞ自動車株式会社 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
US9175615B2 (en) * 2013-01-30 2015-11-03 Ford Global Technologies, Llc Method and system for engine control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059280A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 Westport Research Inc. Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine
DE102007022230A1 (de) 2007-05-09 2008-11-13 Ecomotec Gmbh Vorrichtung zum Steuern eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors im Zweistoffbetrieb sowie Verfahren zum Betreiben desselben
WO2012111114A1 (ja) * 2011-02-16 2012-08-23 トヨタ自動車株式会社 多種燃料内燃機関及びその制御方法

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